摘 要

超高分子量聚乙烯纤维是一种超性能纤维，发展自上世纪90年代。该纤维具有很多优点，在各方面的运用也很广泛。但是超高分子量聚乙烯纤维是由聚乙烯构成，而该分子为非极性分子，使得其表面加工性能差，不易做染色及粘结处理。

本文首先介绍了超高分子量聚乙烯纤维和酞菁颜料的的制备、性质、应用、以及染色，之后实验研究了疏水性较强的酞菁颜料对UHMWPE的染色性能。实验研究了染色温度、染色时间以及颜料用量对超高分子量聚乙烯纤维的染色性能影响，并与分散染料（分散蓝）对超高分子量聚乙烯纤维染色进行了对比。通过染色过后颜色上染率K/S值的对比，得出结论：酞菁蓝上染UHMWPE的最佳染色温度为130℃，酞菁绿上染UHMWPE的最佳染色温度120℃，染色K/S值随着时间以及颜料浓度的增加而增加；与分散兰染料相比，酞菁颜料明显更适于上染UHMWPE。

关键词：酞菁颜料 超高分子量聚乙烯 染色

Study on Dyeing Properties of Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber (UHMWPE) Dyeing With Phthalocyanine Pigment

Abstract

Ultra high molecular weight polyethylene（UHMWPE）fiber is a kind of high performance fiber, which was developed in the 80's of last century. The fiber has many advantages and is widely used in various aspects. But the basic structure of the ultra high molecular weight polyethylene fiber is polyethylene, and the PE molecules are not polar molecules, which are not very easy to be dyed and bonded.

In this paper, the properties，preparation, application, coloration of UHMWPE, as well as the properties and dyeing of phthalocyanine pigments were introduced. Then the dyeing properties of UHMWPE with phthalocyanine pigments of high hydrophobicity were studied. The dyeing properties of ultra high molecular weight polyethylene fiber were investigated by the dyeing temperature, dyeing time and the amount of pigments, and the dyeing properties of the ultra high molecular weight polyethylene fiber were compared with that of the disperse dyes. By with the comparation K/S value after dyeing, the conclusion was gained. The optimal dyeing temperature of phthalocyanine blue on UHMWPE was 130 ℃，phthalocyanine green 120 ℃, dyeing K/S value increases with increment of time and pigment concentration; It was found that, in contrast with disperse dyes, .the phthalocyanine pigments were more suitable for dyeing of ultra high molecular weight polyethylene fiber

Key Words: phthalocyanine pigment; UHMWPE; dyeing

目录

摘要 I

Abstract

第一章文献综述 5

1.1超高分子量聚乙烯（UHMWPE） 5

1.1.1超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的性质与应用 5

1.1.2超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的染色 6

1.2酞菁颜料 7

1.2.1酞菁颜料的性质与应用 7

1.2.2酞菁颜料的染色 9

1.3本课题实验设计 11

1.3.1 本实验设想 11

第二章实验部分

2.1实验材料、药品与仪器 12

2.1.1实验材料 12

2.1.2实验药品 12

2.1.3实验器材 13

2.2实验过程 13

2.2.1温度对酞菁颜料染色性能的影响 14

2.2.2 时间对酞菁颜料染色性能的影响 14

2.2.3 浓度对酞菁颜料染色性能的影响 15

2.2.4 分散染料与酞菁颜料染色的对比 16

2.3实验测试方法 16

2.4实验数据处理 17

第三章结果与讨论

3.1温度对酞菁颜料染色性能的影响 18

3.2时间对酞菁颜料染色性能的影响 19

3.3浓度对酞菁颜料染色性能的影响 22

3.4酞菁颜料与分散染料染色性能的对比 23

第四章结论与展望

4.1实验结论 29

4.2展望 29

参考文献 31

致谢 33

第一章文献综述

1.1超高分子量聚乙烯（UHMWPE）

1.1.1超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的性质与应用

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）问世于上个世纪八十年代，其出现为纤维再次扩充了较远大的发展方向。该纤维的制备工艺繁琐，工业上生产通常运用凝胶纺丝超倍拉伸技术，其是凝胶纺丝技术中不断改进过程中的典型产物代表。一般纺丝的时候，人们先在一定前提下将柔性分子链在半稀溶液中解去缠结，之后再纺丝、结晶，最后通过高倍拉伸获得伸展链。在初生纤维状态时，它一般都是以凝胶状态为存在形式，并且这种形态的纤维强度非常低。但是在一定条件下，如在超倍热拉伸(超过20倍)时，便可以制成高强高模的新纤维^[1]。目前UHMWPE用于大范围工业生产的工艺路线主要是有两种：一种是高挥发性溶剂干法凝胶纺丝工艺路线，另外一种是低挥发性溶剂湿法凝胶纺丝工艺路线^[2]。上个世纪八十年代中期，荷兰公司DSM最先提出用新型工艺处理高轻度聚乙烯纤维的概念，并且这种技术的操作成本更低，纤维度高等诸多优点，DSM是第一家将UHMWPE推向商业生产的公司^[3]。目前此类技术已经广泛普及使用。

UHMWPE纤维具有如下优良的基本特性：

1. 较高的取向度，较高的结晶度，并且纤维沿拉伸方向排列规整度相当高，使用电子显微镜还能够观察到“串晶”结构（shish-kebab structure）^[4]，即纤维晶上附生许多片晶且晶片方向基本平行于纤维轴向的晶体结构；
2. 优良的耐冲击性能，在同样的条件下，UHMWPE纤维所制成的复合材料冲击吸收能量非常高，能达到芳纶的2.6倍，碳纤维的3倍，E玻璃纤维复合材料的1.8倍^[5]；
3. 分子质量很轻，密度仅仅只有碳纤维的一半，芳纶的2/3^[4]；
4. 该纤维耐低温性能好，使用时温度最低可达到零下150℃^[4]；
5. 超高分子量聚乙烯纤维绳索破裂循环数、耐磨性能和弯曲疲劳很高，与碳纤维、芳纶相比，更适用于制造绳索等工具；
6. 这种纤维的耐辐射强度高，在紫外线的照射下不会发生性质的改变，而且其介电常数低，对电磁波的透过性能优良，耐劳度好等特点。

超高分子量聚乙烯纤维在各行各业都有着极其广泛的应用，它的抗切割性能极好，常被用来制作如绳缆、渔网以及一些特殊用途的海洋绳类制品。不同的高分子材料有不同的用途，比如UHMWPE与熟知的复合材料相比，它能在高强度的冲撞力下仍然保持良好的物理结构形态，对作用力等形式的外来能量具有良好的吸收性。因此它常被使用与安保材料中，如防弹衣、头盔的内芯材料等均有使用这种材料。在现在，UHMWPE已经从之前的安保用途扩展到生活中，一些护具、保护板等也均能看到UHMWPE的身影，其应用范围十分广泛。另外，该材料还可以用来制作人类生产的娱乐休闲用品，例如对强度要求比较高的，球拍、滑板之类的体育用品。由于现在对超高分子量聚乙烯纤维的科研还不是很成熟，所以这种高强度的复合材料并没有走到终点，而是有着很大的扩展空间和提升潜力。我们可以通过对纤维的界面改性，优化它的混杂结构形式来提升它的性能，以便开拓它的应用领域，当代工业生产中已有多种已知的高分子材料投入生产，比如航空结构材料，薄壁容器，水上材料，以及医用高分子材料等等。

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