一种高色牢度彩色玻璃纤维及其制备方法与流程

1.本发明属于玻璃纤维材料及其制备领域，涉及一种在玻璃纤维配方中添加离子着色剂的高色牢度彩色玻璃纤维及其制备方法。


背景技术：

2.彩色玻璃纤维兼具优良的性能和鲜艳的外观，近几年来的应用也越来越广泛。将彩色玻璃纤维通过织造制成阻燃织物，用于交通装备内饰织物、公共建筑防火织物、军事伪装等领域。将彩色玻璃纤维与不同性能的树脂结合起来，制成不同颜色、具有较好耐温性能的复合材料，用于制造消费电子、高端交通装备、军事装备领域的外饰、耐温部件等。
3.随着彩色玻璃纤维应用范围的增大其应用环境也越来越复杂，在玻璃纤维表面喷涂色料的传统彩色玻璃纤维由于色牢度较低，很难实现在复杂环境下的推广应用。与传统彩色玻璃纤维制备工艺不同，本发明直接在玻璃纤维的基础配方中加入离子着色剂获得具有高色牢度的本体彩色玻璃纤维。与传统的玻璃纤维着色技术相比，本发明无需在玻璃纤维表面涂敷色料，在简化生产工艺流程的同时也避免了生产过程中有机涂料的使用对环境造成污染；本发明制备的彩色高色牢度玻璃纤维在光照、摩擦、高温等环境下都具有较高的色牢度，在复杂多变的使用环境下不易发生褪色，有更高的使用寿命，应用前景广阔。


技术实现要素：

4.针对现有玻璃纤维着色方式存在的问题，本发明的目的在于提供一种高色牢度彩色玻璃纤维及其制备方法，通过选择合适的基础配合料和离子着色剂，通过高性能特种玻纤一体成型装置对原料进行熔制、拉丝成型，能够得到具有良好经济效益和社会效益的彩色高色牢度玻璃纤维及其制品。
5.为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：提供一种彩色高色牢度玻璃纤维，包含基础配合料和离子着色剂，其中，所述基础配合料与离子着色剂的重量比为100：0.1-8。
6.其中，作为优选方案，所述基础配合料由55-70 wt%sio2、2-6 wt%al2o3、15-25 wt%k2o与na2o混合物、9-17 wt�o和3-9 wt%mgo组成，其中，k2o与na2o混合物中两者的质量比为k2o：na2o=0.2-5：1。
7.作为优选方案，所述离子着色剂包含铁、铬、铜、镍或钴过渡金属着色离子氧化物中的一种或多种。本发明针对离子着色剂可以有以下搭配组合，但并不局限于此，凡是基于此五种过渡金属着色离子氧化物的任意组合，均在本发明的保护范围内。
8.第一种，所述离子着色剂由cuo和cr2o3组成，且两者的质量比为cuo：cr2o3=0.5-2：1，所述基础配合料与该离子着色剂的重量比为100：1-3。适当调配铜和铬的比例可获得由蓝绿到黄绿的一系列色调，增加铬的用量混合色向黄色调发展，反之增加铜的用量则混合色向蓝色色调发展。
9.第二种，所述离子着色剂为co2o3，所述基础配合料与该离子着色剂的重量比为
100：0.1-2。在一般熔制条件下，钴常以低价钴co
2
状态存在，着色稳定受玻璃组成和熔制工艺的影响较小。钴的着色能力很强，只需引入少量co2o3就能使玻璃纤维产生亮蓝色。
10.第三种，所述离子着色剂由co2o3和nio组成，且两者的质量比为co2o3：nio=0-0.5：1，所述基础配合料与该离子着色剂的重量比为100：1-3。适当调配钴和镍的比例可获得由紫红色到蓝紫色的一系列色调，增加钴的用量混合色向蓝色调发展，反之增加镍的用量则混合色向红色调发展。
11.第四种，所述离子着色剂由co2o3和fe2o3组成，且两者的质量比为co2o3：fe2o3=0.2-1：1，所述基础配合料与该离子着色剂的重量比为100：2-5。铁和钴的混合着色可以获得灰色（略带黄色调），又称中性灰玻璃。随着铁钴比例的不同可以获得一系列深度不同的中性玻璃。
12.第五种，所述离子着色剂由cuo、cr2o3、fe2o3和nio组成，且四者的质量比为cuo：cr2o3：fe2o3：nio=1：0.1-0.4：2-5：0.2-0.8，所述基础配合料与该离子着色剂的重量比为100：2-8。这四种着色剂混合使用，基本上将紫外和红外部分光能全部吸收，只有少量的可见光透过，使玻璃纤维呈黑色。
13.本发明还提供了一种高色牢度彩色玻璃纤维的制备方法，按照以下步骤制备而成：（a）称取基础配合料与离子着色剂，进行研磨混合得到混合料；（b）将步骤（a）的混合料加入玻纤加热窑体中，本发明申请的玻纤加热窑体为专利cn201920368751.7记载的高性能特种玻纤一体成型装置的加热窑体中，加热至1500℃形成玻璃熔融液；（c）步骤（b）的玻璃熔融液通过熔融液上升通道到达恒温出料装置；（d）步骤（c）中到达恒温出料装置的玻璃熔融液通过出液孔到达拉丝成型装置，再通过拉丝成型装置进行涂液及高速旋转拉丝成型，即得到高色牢度彩色玻璃纤维。
14.目前在玻纤生产过程中，特别是高性能特种玻纤如彩色玻纤的生产中对各种生产条件要求严苛。目前的生产设备如玻璃球熔化炉、坩埚等无法满足生产需求。高性能玻纤需要高质量玻璃溶液，必须要做到杂质少、温度稳定才可以。现在常用的二次熔化不仅能耗较高，同时还存在生产材料的浪费，并造成环境污染。而专利cn201920368751.7记载的高性能特种玻纤一体成型装置，有效抓住了高性能玻纤生产的痛点，并行之有效的解决了这个问题，将多种机构有机结合在一起，达到杂质少、温度稳定、成型快的生产效果。该高性能特种玻纤一体成型装置同样适用于本发明高色牢度彩色玻璃纤维的制备生产，满足其性能指标的需要。本发明的制备方法其详细步骤，可以具体参考专利cn201920368751.7中的说明解释。
15.与现有技术相比，本发明的优点在于：（1）本发明制备的彩色高色牢度玻璃纤维具有较高的色牢度，即使在强光照下、高频摩擦下和高温下都具有较高的色牢度，在复杂多变的使用环境下不易发生褪色，有更高的使用寿命。
16.（2）本发明得到的彩色高色牢度玻璃纤维本身具有颜色，在制成彩色织物的过程中，不需要涂敷涂料和染色等工序，避免了化工涂料和色料的使用，生产过程中无voc排放，生产过程绿色环保。
17.（3）本发明使用的彩色高色牢度玻璃纤维制备方法，使用特定的高性能特种玻纤一体成型装置，达到杂质少、温度稳定、成型快的生产效果，并且去除后期染色等步骤，简化了生产流程，极大提高了生产的效率，具有极高的经济效益。
附图说明
18.图1为本发明实施例1中彩色高色牢度玻璃纤维的sem图（2000倍）；图2为本发明实施例1中彩色高色牢度玻璃纤维的sem图（5000倍）；图3为本发明实施例1中彩色高色牢度玻璃纤维的cie颜色图。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例,对本发明进行进一步阐述。
20.实施例1：一种高色牢度彩色玻璃纤维，设计基础配合料化学成分为65 wt%sio2、3 wt%al2o3、18wt%（k2o na2o，其中k2o：na2o=0.2：1）、10 wt% cao和4 wt% mgo，设计离子着色剂各成分用量与基础配合料质量比为100基础配合料：2离子着色剂，其中离子着色剂内之间的质量比为1 cuo：1 cr2o3。
21.上述彩色高色牢度玻璃纤维的制备方法为:（a）称取基础配合料与离子着色剂，进行研磨混合得到混合料；（b）将步骤（a）的混合料加入专利cn201920368751.7记载的高性能特种玻纤一体成型装置的加热窑体中，加热至1500℃形成玻璃熔融液；（c）步骤（b）的玻璃熔融液通过熔融液上升通道到达恒温出料装置；（d）步骤（c）中到达恒温出料装置的玻璃熔融液通过出液孔到达拉丝成型装置，再通过拉丝成型装置进行涂液及高速旋转拉丝成型，得到绿色高色牢度玻璃纤维。
22.对实施例1得到的绿色高色牢度玻璃纤维进行sem分析，如图1为2000倍下绿色高色牢度玻璃纤维的表面形貌图，图2为5000倍下绿色高色牢度玻璃纤维的表面形貌图。从图1中我们可以发现绿色玻璃纤维直径分布均匀且表面光滑，从图2中可以测得绿色玻璃纤维的直径约为7
µ
m，表面无明显缺陷。
23.表1为从实施例1得到的绿色高色牢度玻璃纤维中随机抽取3组在d65光源下的ciexyz色度坐标中的参数测试，测试结果如下表：表1：根据表1中的数据在cie颜色图中用黑点标记实施例1中各组绿色高色牢度玻璃纤维的颜色得到图3，从图3中我们可以看出所有样品都为绿色略带黄色且颜色差别极小。
24.实施例2：一种高色牢度彩色玻璃纤维，设计基础配合料化学成分为55 wt%sio2、6 wt%
al2o3、25wt%（k2o na2o，其中k2o：na2o=1：1）、10 wt% cao和4 wt% mgo，设计离子着色剂各成分用量与基础配合料质量比为100基础配合料：0.1 co2o3。
25.上述彩色高色牢度玻璃纤维的制备方法为:（a）称取基础配合料与离子着色剂，进行研磨混合得到混合料；（b）将步骤（a）的混合料加入专利cn201920368751.7记载的高性能特种玻纤一体成型装置的加热窑体中，加热至1500℃形成玻璃熔融液；（c）步骤（b）的玻璃熔融液通过熔融液上升通道到达恒温出料装置；（d）步骤（c）中到达恒温出料装置的玻璃熔融液通过出液孔到达拉丝成型装置，再通过拉丝成型装置进行涂液及高速旋转拉丝成型，得到蓝色高色牢度玻璃纤维。
26.实施例3：一种高色牢度彩色玻璃纤维，设计基础配合料化学成分为70 wt%sio2、2 wt%al2o3、15wt%（k2o na2o，其中k2o：na2o=2：1）、9 wt% cao和4 wt% mgo，设计离子着色剂各成分用量与基础配合料质量比为100基础配合料：1.5离子着色剂，其中离子着色剂内质量比为0.2 co2o3：1 nio。
27.上述彩色高色牢度玻璃纤维的制备方法为:（a）称取基础配合料与离子着色剂，进行研磨混合得到混合料；（b）将步骤（a）的混合料加入专利cn201920368751.7记载的高性能特种玻纤一体成型装置的加热窑体中，加热至1500℃形成玻璃熔融液；（c）步骤（b）的玻璃熔融液通过熔融液上升通道到达恒温出料装置；（d）步骤（c）中到达恒温出料装置的玻璃熔融液通过出液孔到达拉丝成型装置，再通过拉丝成型装置进行涂液及高速旋转拉丝成型，得到紫色高色牢度玻璃纤维。
28.实施例4：一种高色牢度彩色玻璃纤维，设计基础配合料化学成分为55 wt%sio2、3wt%al2o3、16wt%（k2o na2o，其中k2o：na2o=3：1）、17 wt% cao和9 wt% mgo，设计离子着色剂各成分用量与基础配合料质量比为100基础配合料：3.5离子着色剂，其中离子着色剂内质量比为1co2o3：2.5fe2o3。
29.上述彩色高色牢度玻璃纤维的制备方法为:（a）称取基础配合料与离子着色剂，进行研磨混合得到混合料；（b）将步骤（a）的混合料加入专利cn201920368751.7记载的高性能特种玻纤一体成型装置的加热窑体中，加热至1500℃形成玻璃熔融液；（c）步骤（b）的玻璃熔融液通过熔融液上升通道到达恒温出料装置；（d）步骤（c）中到达恒温出料装置的玻璃熔融液通过出液孔到达拉丝成型装置，再通过拉丝成型装置进行涂液及高速旋转拉丝成型，得到灰色高色牢度玻璃纤维。
30.实施例5：一种高色牢度彩色玻璃纤维，设计基础配合料化学成分为60 wt%sio2、4 wt%al2o3、20wt%（k2o na2o，其中k2o：na2o=5：1）、13 wt% cao和3 wt% mgo，设计离子着色剂各成分用量与基础配合料质量比为100基础配合料：8离子着色剂，其中离子着色剂内质量比为1 cuo：0.2 cr2o3：3 fe2o3：0.5 nio。
31.上述彩色高色牢度玻璃纤维的制备方法为:
（a）称取基础配合料与离子着色剂，进行研磨混合得到混合料；（b）将步骤（a）的混合料加入专利cn201920368751.7记载的高性能特种玻纤一体成型装置的加热窑体中，加热至1500℃形成玻璃熔融液；（c）步骤（b）的玻璃熔融液通过熔融液上升通道到达恒温出料装置；（d）步骤（c）中到达恒温出料装置的玻璃熔融液通过出液孔到达拉丝成型装置，再通过拉丝成型装置进行涂液及高速旋转拉丝成型，得到黑色高色牢度玻璃纤维。
32.表2为对实施例1-5制备得到的彩色玻璃纤维进行色牢度测试结果如下：表2：由表2实验数据可知，本技术制备得到的玻璃纤维具有极高的耐光色牢度、耐摩擦色牢度（干摩擦）、耐摩擦色牢度（湿摩擦）和耐高温色牢度，明显高于国标要求。