專利名稱：一種超高分子量聚乙烯纖維染色裝置及其方法
技術領域：
本發明是ー種染色裝置，特別涉及ー種超高分子量聚こ烯纖維染色裝置及其方法。
背景技術：
現有技術中分子量在100萬以上的聚こ烯成為超高分子量聚こ烯，由凝膠或凍膠紡絲法制得的超高分子聚こ烯纖維具有較高的強度、模量、剛性，其単位質量強度是鋼絲的15倍，高于芳綸，纖維的密度為0. 96g/cm3，可浮于水面，能量吸收性好，可用于制作高強度纜繩、防弾、防切割用品，廣泛用于軍事、警備、航天、艦船纜繩等領域。 由于超高分子量聚こ烯具有分子結構規整、對稱，非極性的鏈結構及伸直鏈結構，化學惰性、疏水和表面結晶度高等特征，使超高分子量聚こ烯纖維極不易和其他物質發生反應，染料不能與纖維反應而著色；同吋，該類纖維的極限使用溫度為100-130°C，其強度和模量隨處理溫度的升高而降低，150°C即可融化，分散染料高溫高壓染色エ藝不適于該纖維的染色，削弱了其作為功能性纖維所具有的高強度性能。因此，超高分子量聚こ烯纖維的染色成為世界性的難題。日本愛知縣產業技術研究所三河纖維技術中心與大成商會聯合開發出ー種超高分子量聚こ烯的染色方法，即使用有機溶劑可溶性染料與こ醇介質上染超高分子量聚こ烯纖維。該方法雖然解決了超高分子量聚こ烯纖維染色問題，但實際生產應用受到極大的限制，無法進行エ業化生產。中國專利201210081172. 7，公開了ー種超高分子量聚こ烯有色纖維的生產方法，其特征在干首先將干燥后的超高分子量聚こ烯纖維放入高壓染色艙內并封閉好，然后將ニ氧化碳儲罐中的ニ氧化碳氣體加熱加壓到非氣體也非液體的超臨界狀態，然后由泵將超臨界狀態下的ニ氧化碳打入染料槽內，使ニ氧化碳超臨界流體溶解染料，然后送至高壓染色艙內與超高分子量聚こ烯纖維進行接觸，給超高分子量聚こ烯纖維進行染色，染色后的超高分子量聚こ烯纖維再進行超倍熱牽伸、收卷、入庫，所述ニ氧化碳和剩余的染料進入分離器分離，分別收集回用。此結構染色效果不出色，同時染色方法相對繁瑣。

發明內容
本發明主要是解決現有技術中存在的不足，結構緊湊，在分散染色的基礎上，采用載體染色方法，在對超高分子量聚こ烯纖維表面處理的前提下，使用分子結構較小的分散染料在較低的溫度下上染纖維的超高分子量聚こ烯纖維染色裝置及其方法。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的
ー種超高分子量聚こ烯纖維染色裝置，包括未處理纖維筒子紗錠和處理后纖維筒子紗錠，所述的未處理纖維筒子紗錠上纏繞有超高分子量聚こ烯纖維紗線，所述的超高分子量聚こ烯纖維紗線依次進入喂入張カ輥、喂入三軸摩擦處理器和輸出張カ輥后并與處理后纖維筒子紗錠相纏繞。
一種超高分子量聚乙烯纖維染色方法，按以下步驟進行
(1)、表面處理
采用高速機械摩擦的方法對超高分子量聚乙烯纖維進行表面處理，將超高分子量聚乙烯纖維進入喂入三軸摩擦處理器，喂入三軸摩擦處理器的摩擦轉速為8000 12000轉/分，喂入三軸摩擦處理器的摩擦時間為O. I O. 2秒，喂入三軸摩擦處理器中與超高分子量聚乙烯纖維的間距為I. 5 2. 5mm，喂入三軸摩擦處理器將超高分子量聚乙烯纖維表面不利于染料擴散的高密度結晶層均勻剝離，同時對超高分子量聚乙烯纖維表面產生刻蝕，刻蝕的深度約2um 5um，刻蝕的面積約占纖維表面積的80% 90%，，以增大超高分子量聚乙烯纖維染色接觸面積，為后續染色創造有利條件，喂入張力輥的張力控制在IOOg 250g，輸出張力棍的張力約6g 90g ；
(2)、染色載體配置 將甲基萘系與鄰苯基苯酚系染色載體按比例9:1在水中充分乳化，染色載體總量為10g/L,乳化轉速控制為2000r/min,常溫乳化的時間為10 15min,直至乳液呈現淡淡的藍色；
(3)、雙溫載體染色
取lg/L的分散劑NNO及平平加O分別作為染色分散劑及勻染劑，用甲酸調節pH值為5 6，取步驟(2)中配置好的乳液I. 5g/L，再補加水，使染色浴比維持在1:30，形成混合染液；將混合染液和超高分子量聚乙烯纖維筒子紗放入筒子紗染色機內，開始升溫染色，以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至95°C，并保溫15分鐘；再以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至125°C，保溫30分鐘；以2. 5°C /分鐘的降溫速率降至室溫，再取出超高分子量聚乙烯纖維筒子紗，進行水洗，水洗的時間為15min，然后在90°C的鼓風干燥箱中烘干2h。超高分子量聚乙烯纖維紗線從未處理纖維筒子紗錠中被引出，先進入喂入張力輥，然后被喂入三軸摩擦處理器進行纖維表面摩擦處理，再通過輸出張力輥送到處理后纖維紗筒子紗錠收卷成形。通過調節喂入張力輥和輸出張力輥之間的速度差異，可以滿足不同規格超高分子量聚乙烯纖維所需的加工張力；通過調節三軸摩擦處理器的摩擦轉速來控制對超高分子量聚乙烯纖維表面處理的強度。第一步是采用高速機械摩擦的方法對超高分子量聚乙烯纖維進行表面處理，將纖維表面不利于染料擴散的高密度結晶層均勻剝離，同時對纖維表面產生輕微刻蝕，增大纖維染色接觸面積，為后續染色創造有利條件。第二步是采用中、低溫載體染色方法進行染色，選用中低溫型分散染料，采用甲基萘系及鄰苯基苯酚類的混合物作為染色載體，再加入適量分散劑和勻染劑，采用特定染色溫度控制方法，對超高分子量聚乙烯纖維筒子紗進行染色。由于染液中添加合適的載體后，載體分子較小，擴散速率高于染料分子，載體首先與纖維結合；染料分子在載體中的溶解度高于水，因此吸附在纖維表面載體層中染料濃度比染浴中的濃度高，提高了染料在纖維內外的濃度梯度，加速染料上染。此外，載體對纖維還具有增塑作用，無定形區的大分子鏈更加容易活動，降低了染色溫度，提高了纖維表面的吸附量。因此，本發明提供的一種超高分子量聚乙烯纖維染色裝置及其方法，結構緊湊，提高了染料在纖維內外的濃度梯度，加速染料上染，具有增塑作用，無定形區的大分子鏈更加容易活動，降低了染色溫度，提高了纖維表面的吸附量。


圖I是本發明的結構示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進ー步具體的說明。實施例I :如圖I所示，ー種超高分子量聚こ烯纖維染色裝置，包括未處理纖維筒子紗錠I和處理后纖維筒子紗錠2，所述的未處理纖維筒子紗錠I上纏繞有超高分子量聚こ烯纖維紗線3，所述的超高分子量聚こ烯纖維紗線3依次進入喂入張カ輥4、喂入三軸摩擦處理器5和輸出張カ輥6后并與處理后纖維筒子紗錠2相纏繞。ー種超高分子量聚こ烯纖維染色方法，按以下步驟進行
(1)、表面處理
采用高速機械摩擦的方法對超高分子量聚こ烯纖維進行表面處理，將超高分子量聚こ烯纖維進入喂入三軸摩擦處理器5，喂入三軸摩擦處理器5的摩擦轉速為8000轉/分，喂入三軸摩擦處理器5的摩擦時間為0. I秒，喂入三軸摩擦處理器5中與超高分子量聚こ烯纖維的間距為I. 5mm,喂入三軸摩擦處理器5將超高分子量聚こ烯纖維表面不利于染料擴散的高密度結晶層均勻剝離，同時對超高分子量聚こ烯纖維表面產生刻蝕，刻蝕的深度約2um，刻蝕的面積約占纖維表面積的80%，，以增大超高分子量聚こ烯纖維染色接觸面積，為后續染色創造有利條件，喂入張力輥的張力控制在100g，輸出張カ輥的張カ約6g ；
(2)、染色載體配置
將甲基萘系與鄰苯基苯酚系染色載體按比例9:1在水中充分乳化，染色載體總量為10g/L,乳化轉速控制為2000r/min,常溫乳化的時間為IOmin,直至乳液呈現淡淡的藍色；
(3)、雙溫載體染色
取lg/L的分散劑NNO及平平加0分別作為染色分散劑及勻染劑，用甲酸調節pH值為5，取步驟(2)中配置好的乳液I. 5g/L，再補加水，使染色浴比維持在1:30，形成混合染液；將混合染液和超高分子量聚こ烯纖維筒子紗放入筒子紗染色機內，開始升溫染色，以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至95°C，并保溫15分鐘；再以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至125°C，保溫30分鐘；以2. 5°C /分鐘的降溫速率降至室溫，再取出超高分子量聚こ烯纖維筒子紗，進行水洗，水洗的時間為15min，然后在90°C的鼓風干燥箱中烘干2h。實施例2 :—種超高分子量聚こ烯纖維染色方法，按以下步驟進行
(1)、表面處理
采用高速機械摩擦的方法對超高分子量聚こ烯纖維進行表面處理，將超高分子量聚こ烯纖維進入喂入三軸摩擦處理器5，喂入三軸摩擦處理器5的摩擦轉速為10000轉/分，喂入三軸摩擦處理器5的摩擦時間為0. 15秒，喂入三軸摩擦處理器5中與超高分子量聚こ烯纖維的間距為2mm，喂入三軸摩擦處理器5將超高分子量聚こ烯纖維表面不利于染料擴散的高密度結晶層均勻剝離，同時對超高分子量聚こ烯纖維表面產生刻蝕，刻蝕的深度約4um，刻蝕的面積約占纖維表面積的85%，，以增大超高分子量聚こ烯纖維染色接觸面積，為后續染色創造有利條件，喂入張力輥的張力控制在150g，輸出張カ輥的張カ約50g ；
(2)、染色載體配置將甲基萘系與鄰苯基苯酚系染色載體按比例9:1在水中充分乳化，染色載體總量為10g/L,乳化轉速控制為2000r/min,常溫乳化的時間為12min,直至乳液呈現淡淡的藍色；
(3)、雙溫載體染色
取lg/L的分散劑NNO及平平加O分別作為染色分散劑及勻染劑，用甲酸調節pH值為5. 5，取步驟(2)中配置好的乳液I. 5g/L，再補加水，使染色浴比維持在1:30，形成混合染液；將混合染液和超高分子量聚乙烯纖維筒子紗放入筒子紗染色機內，開始升溫染色，以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至95°C，并保溫15分鐘；再以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至125°C，保溫30分鐘；以2. 5°C /分鐘的降溫速率降至室溫，再取出超高分子量聚乙烯纖維筒子紗，進行水洗，水洗的時間為15min，然后在90°C的鼓風干燥箱中烘干2h。
實施例3 : —種超高分子量聚乙烯纖維染色方法，按以下步驟進行
(1)、表面處理
采用高速機械摩擦的方法對超高分子量聚乙烯纖維進行表面處理，將超高分子量聚乙烯纖維進入喂入三軸摩擦處理器5，喂入三軸摩擦處理器5的摩擦轉速為12000轉/分，喂入三軸摩擦處理器5的摩擦時間為O. 2秒，喂入三軸摩擦處理器5中與超高分子量聚乙烯纖維的間距為2. 5mm，喂入三軸摩擦處理器5將超高分子量聚乙烯纖維表面不利于染料擴散的高密度結晶層均勻剝離，同時對超高分子量聚乙烯纖維表面產生刻蝕，刻蝕的深度約5um，刻蝕的面積約占纖維表面積的90%，，以增大超高分子量聚乙烯纖維染色接觸面積，為后續染色創造有利條件，喂入張力輥的張力控制在250g，輸出張力輥的張力約90g ；
(2)、染色載體配置
將甲基萘系與鄰苯基苯酚系染色載體按比例9:1在水中充分乳化，染色載體總量為10g/L,乳化轉速控制為2000r/min,常溫乳化的時間為15min,直至乳液呈現淡淡的藍色；
(3)、雙溫載體染色
取lg/L的分散劑NNO及平平加O分別作為染色分散劑及勻染劑，用甲酸調節pH值為6，取步驟(2)中配置好的乳液I. 5g/L，再補加水，使染色浴比維持在1:30，形成混合染液；將混合染液和超高分子量聚乙烯纖維筒子紗放入筒子紗染色機內，開始升溫染色，以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至95°C，并保溫15分鐘；再以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至125°C，保溫30分鐘；以2. 5°C /分鐘的降溫速率降至室溫，再取出超高分子量聚乙烯纖維筒子紗，進行水洗，水洗的時間為15min，然后在90°C的鼓風干燥箱中烘干2h。
權利要求
1.一種超高分子量聚乙烯纖維染色裝置，其特征在于包括未處理纖維筒子紗錠(I)和處理后纖維筒子紗錠(2)，所述的未處理纖維筒子紗錠(I)上纏繞有超高分子量聚乙烯纖維紗線(3)，所述的超高分子量聚乙烯纖維紗線(3)依次進入喂入張力輥(4)、喂入三軸摩擦處理器(5)和輸出張力輥(6)后并與處理后纖維筒子紗錠(2)相纏繞。
2.根據權利要求I所述的一種超高分子量聚乙烯纖維染色方法，其特征在于按以下步驟進行 (1)、表面處理 采用高速機械摩擦的方法對超高分子量聚乙烯纖維進行表面處理，將超高分子量聚乙烯纖維進入喂入三軸摩擦處理器(5)，喂入三軸摩擦處理器(5)的摩擦轉速為8000 12000轉/分，喂入三軸摩擦處理器(5)的摩擦時間為O. I O. 2秒，喂入三軸摩擦處理器(5)中與超高分子量聚乙烯纖維的間距為I. 5 2. 5mm,喂入三軸摩擦處理器(5)將超高分子量聚乙烯纖維表面不利于染料擴散的高密度結晶層均勻剝離，同時對超高分子量聚乙烯 纖維表面產生刻蝕，刻蝕的深度約2um 5um，刻蝕的面積約占纖維表面積的80% 90%，，以增大超高分子量聚乙烯纖維染色接觸面積，為后續染色創造有利條件，喂入張力輥的張力控制在IOOg 250g,輸出張力棍的張力約6g 90g ； (2)、染色載體配置 將甲基萘系與鄰苯基苯酚系染色載體按比例9:1在水中充分乳化，染色載體總量為10g/L,乳化轉速控制為2000r/min,常溫乳化的時間為10 15min,直至乳液呈現淡淡的藍色； (3)、雙溫載體染色 取lg/L的分散劑NNO及平平加O分別作為染色分散劑及勻染劑，用甲酸調節pH值為5 6，取步驟(2)中配置好的乳液I. 5g/L，再補加水，使染色浴比維持在1:30，形成混合染液；將混合染液和超高分子量聚乙烯纖維筒子紗放入筒子紗染色機內，開始升溫染色，以20C /分鐘的升溫速率使溫度升高至95°C，并保溫15分鐘；再以2V /分鐘的升溫速率使溫度升高至125°C，保溫30分鐘；以2. 5°C /分鐘的降溫速率降至室溫，再取出超高分子量聚乙烯纖維筒子紗，進行水洗，水洗的時間為15min，然后在90°C的鼓風干燥箱中烘干2h。
全文摘要
本發明是一種染色裝置，特別涉及一種超高分子量聚乙烯纖維染色裝置及其方法。包括未處理纖維筒子紗錠和處理后纖維筒子紗錠，所述的未處理纖維筒子紗錠上纏繞有超高分子量聚乙烯纖維紗線，所述的超高分子量聚乙烯纖維紗線依次進入喂入張力輥、喂入三軸摩擦處理器和輸出張力輥后并與處理后纖維筒子紗錠相纏繞。進行表面處理和雙溫載體染色處理。一種超高分子量聚乙烯纖維染色裝置及其方法結構緊湊，提高了染料在纖維內外的濃度梯度，加速染料上染，具有增塑作用，無定形區的大分子鏈更加容易活動，降低了染色溫度，提高了纖維表面的吸附量。
文檔編號D06P1/16GK102953186SQ20121036782
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者包劍峰 申請人:杭州翔盛高強纖維材料股份有限公司