本发明涉及合成纤维材料染色领域，具体涉及一种对位芳纶纤维染色方法。
背景技术：
对位芳纶纤维即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(ppta)，是芳香族聚酰胺纤维的主要品种之一，因具有高强高模、耐高温、阻燃、质轻等优异的综合性能而在防护、航空航天、高强绳索、高温过滤、复合材料等领域有广泛的应用。随着产能的不断扩大，对位芳纶纤维越来越多的应用于防护服装、手套、体育用品等制品领域，包括高温防护服、消防服、军服、赛车服、航天服等，这些防护类的服装、手套等除了需要高强、阻燃、耐温等防护功能，还需要通过颜色满足警示、美观、易于识别等需要，所以着色对位芳纶的开发有强烈的市场需求。
对位芳纶纤维在水中不溶胀，且其玻璃化转变温度高达345℃，远超目前染色设备的极限，所以在常规的染色条件下，染料分子很难进入纤维内部，造成对位芳纶的染色非常困难。
目前，国内芳纶的染色主要针对间位芳纶，间位芳纶属于柔性链结构，玻璃化温度也只有270℃左右，染色也还存在一些问题，染色深度、上染率和色牢度等指标还不算太好，已经可以满足一些产品的需要，但离实际应用还有一段距离。在对位芳纶1414染色方面，国外研究和应用都很少。按已有报道的对位芳纶染色技术一般是通过酸/碱预处理纤维，部分方法是加入载体，通过高温高压染色，染色温度高达160～180℃，过高的温度现有染整设备无法实现，因此现有的技术还基本在实验室阶段，没有实现工业化的应用，且进行对位芳纶纤维及织物染色，染色产品颜色较浅，不能得到较深的颜色，容易出现色花的现象，色深、色牢度不够，也没有提及染色技术是否会腐蚀染整设备、产生环境危害因素。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种提高对位芳纶纤维及织物染色深度的方法，满足后道加工使用对对位芳纶产品丰富多彩的颜色需求。
技术方案：一种提高对位芳纶纤维及织物染色深度的方法，利用机械方法预处理对位芳纶纤维或织物使其表面粗糙化，或通过调整纺丝工艺，改善纤维内部 结构，降低纤维表面的致密性，产生原纤化或气孔结构；利用前处理剂对对位芳纶纤维或织物进行表面去油处理后，采用高温高压染色工艺，并在染色过程中添加染色助剂进行对位芳纶1414纤维或织物的染色，所述染色助剂中包括浓度为10g/l～60g/l的染色载体、浓度为1g/l～10g/l的表面活性剂和浓度为5g/l～25g/l的电解质，再经去浮色处理、洗涤、烘干，即可达到所要求的颜色及染色深度。
进一步，所述前处理剂中包括浓度为2g/l～10g/l的氢氧化钠溶液、浓度为1g/l～8g/l的碳酸钠溶液、浓度为1g/l～5g/l的精练剂的一种或几种。
更进一步，所述机械方法为等离子处理对位芳纶纤维或超声波振荡处理对位芳纶纤维、纱线或织物，或采用前处理剂进行搅拌洗涤处理对位芳纶长丝或通过倒筒对芳纶长丝使纤维表面粗糙化，或通过机械压力、高频振动拍打使对位芳纶短纤维表面粗糙化。
进一步，所述低温等离子处理的气氛为氩气、氮气、空气、氧气中的一种或几种混合气体。
进一步，采用所述前处理剂进行搅拌洗涤处理对位芳纶长丝的前处理工艺为：前处理剂浓度为1g/l～10g/l，浴比为1:3～1:30，前处理温度为50℃～100℃，前处理时间为10min～50min。
进一步，所述纺丝工艺调整为纺丝温度为55℃～85℃，过滤温度为60℃～90℃，过滤器滤芯压力小于30mpa，固含量为16％～25％。
进一步，染色所使用的染料为分散染料或阳离子染料中的一种或几种。
进一步，所述染色载体为芳香醇、芳香醚、芳香酮、cindyednk、hps-301、hps501中的一种或几种。
进一步，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸钠盐、乙烯基苯酚聚氧乙烯醚磺化盐中的一种或几种混合物。
进一步，所述电解质为氯化钠、硫酸钠、硝酸钠中的一种或几种混合物。
进一步，所述前处理工艺为，前处理剂浓度为1g/l～10g/l，浴比为1:3～1:30，前处理温度为50℃～100℃，前处理时间为10min～50min。
进一步，所述高温高压染色工艺为浸渍法高温高压染色工艺：染料浓度(owf％)为0.5％～6％，染色助剂浓度为10g/l～80g/l，染色温度为125℃～155℃， 保温时间为40min～100min，染液浴比为1:10～1:50，ph值为3～6。
有益效果：1、本发明在染色前对对位芳纶纤维或织物进行机械预处理，增加了对位芳纶纤维表面的粗糙度，染色前对纤维进行去油处理，增加了染料对纤维的附着力，提高了染色效果；
2、本发明在进行对位芳纶纤维或织物进行染色过程中加入了能提高染色效果的由染色载体、表面活性剂及精练剂等复配成的染色助剂助染，提高了染料在纤维表面及内部的吸附、扩散能力，能有效地降低对位芳纶的染色温度，提高对位芳纶的染色深度；
3、应用本发明所述染色方法对对位芳纶1414纤维及织物进行染色，上色率达80％以上，色深值k/s可达16以上，染色耐摩擦色牢度达3-4级，耐沾色牢度达4-5级，芳纶1414纤维或织物经染色过程后强度降低于15％；
4、本发明能避免未染色的对位芳纶易发生颜色变化的缺点，可以满足对位芳纶在高温防护服、消防服、军服、赛车服、航天服等防护产品、高强绳索、高温过滤、复合材料、体育用品及各种阻燃装饰用品、箱包等领域丰富多彩的颜色需求，扩大对位芳纶的应用范围；
5、染色过程所选择的助剂均为环保型，在工业化大规模生产中，不会产生环境危害因素，染色过程不会腐蚀现有的染整设备。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：
本发明的原理是利用机械力预处理对位芳纶，使其纤维表面粗糙化，或通过加工工艺调整，改善纤维结构，优化芳纶1414强度、模量及结晶度，通过染色助剂助染，提高染料与纤维的结合力，在高温高压下对对位芳纶进行染色，提高染色深度。
实施例1：采用氩气和氧气混合气体(或采用氮气、空气同理)等离子处理或超声波处理对位芳纶短纤维，取机械加工获得的对位芳纶短纤维5g，在三角烧瓶中加入由氢氧化钠(浓度5g/l)和精练剂(浓度4g/l)复配的前处理剂8g/l，软水100ml(浴比1:20)，在80℃下加热20min，再用清水洗涤去除表面油剂。将去油纤维采用超声波处理器进行高频处理。在烧杯中称取分散红a2染料0.15 g(染色浓度3％)，加入75ml软水(浴比1:30)，加入由cindydnk(浓度20g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度5g/l)、氯化钠(浓度10g/l)复配成的染色助剂2.5g，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值为4，将调配好的染液倒入染杯中，放入处理好的对位芳纶短纤维，待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到135℃，保温60min后，降温，取出对位芳纶纤维，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。纤维上色率82.1％，色深值k/s＝16.6，对位芳纶短纤维经染色后强度降为9.1％。
实施例2：取对位芳纶长丝5g，在三角烧瓶中加入由碳酸钠(浓度8g/l)和精练剂(浓度5g/l)复配的前处理剂8g/l，软水50ml(浴比1:10)，在90℃下加热15min，再用清水洗涤去除表面油剂。并在带搅拌的清洗器中进行高速搅拌清洗进行处理10min。在烧杯中称取分散红a9染料0.125g(染色浓度2.5％)，加入80ml(浴比1:16)(软水，加入由cindydnk(浓度40g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度8g/l)、氯化钠(浓度20g/l)复配成的染色助剂30g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝4，将调配好的染液倒入染杯中。取处理过的对位芳纶纤维放入染杯中。待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到130℃，保温70min后，降温，取出对位芳纶纤维，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。纤维上色率80.6％，色深值k/s＝16.2，对位芳纶纤维经染色后强度降为8.7％。
实施例3：取对位芳纶长丝5g，在三角烧瓶中加入由氢氧化钠(浓度3g/l)、碳酸钠(浓度3g/l)和精练剂(浓度5g/l)复配的前处理剂6g/l，软水70ml(浴比1:14)，在90℃下加热15min，再用清水洗涤去除表面油剂。并在高频超声波清洗器中洗涤处理20min。在烧杯中称取分散蓝b1染料0.15(染色浓度3％)g，加入90ml软水(浴比1:16)，加入由hps-301(浓度30g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸钠(浓度8g/l)、硫酸钠(浓度10g/l)复配成的染色助剂60g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸-乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝3，将调配好的染液倒入染杯中。取处理过的纤维放入染杯中。待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到125℃，保温80min后，降温，取出对位芳纶纤维，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。纤维上色率81.3％，色深值k/s＝16.7。对位芳纶长丝经染色后强度降为10.3％。
实施例4：调整对位芳纶生产工艺，使固含量为22％，脱泡温度78℃，过滤 温度为75℃，纺丝温度为76℃，并保证过滤器滤芯压力小于30mpa，制得对位芳纶长丝，在电镜下测试，其表面微粒子大小、分布均匀。取调整工艺后的对位芳纶长丝5g，在三角烧瓶中加入由氢氧化钠(浓度3g/l)、碳酸钠(浓度3g/l)和精练剂(浓度4g/l)复配的前处理剂6g/l，软水50ml(浴比1:10)，在90℃下加热15min，再用清水洗涤去除表面油剂。在烧杯中称取分散蓝b2染料0.16g(染色浓度3.2％)，加入100ml软水(浴比1:10)，加入由hps-301(浓度30g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸钠(浓度7g/l)、硫酸钠(浓度8g/l)复配成的染色助剂80g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸-乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝3.2，将调配好的染液倒入染杯中。取处理过的纤维放入染杯中。待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到130℃，保温80min后，降温，取出对位芳纶纤维，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。纤维上色率81.3％，色深值k/s＝16.9。对位芳纶长丝经染色后强度降为9.0％。
实施例5：取对位芳纶短纤纱织物5g，在三角烧瓶中加入由氢氧化钠(浓度4g/l)、碳酸钠(浓度2g/l)和精练剂(浓度3.5g/l)复配的前处理剂5g/l，软水80ml(浴比1:16)，在90℃下加热15min，再用清水洗涤去除表面油剂。在烧杯中称取分散蓝b2染料0.15g(染色浓度3％)，加入50ml(浴比1:10)软水，加入由cindydnk(浓度20g/l)、hps-301(浓度20g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度10g/l)、氯化钠(浓度20g/l)复配成的染色助剂30g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝3.6，将调配好的染液倒入染杯中。放入经处理的对位芳纶织物5克于染杯中。待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到138℃，保温65min后，降温，取出对位芳纶织物，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。染色上色率83％，色深值k/s＝18.3。
实施例6：取对位芳纶短纤纱织物5g，在三角烧瓶中加入由氢氧化钠(浓度2g/l)、碳酸钠(浓度3g/l)和精练剂(浓度3g/l)复配的前处理剂5g/l，软水80ml(浴比1:16)，在60℃下加热30min，再用清水洗涤去除表面油剂。在烧杯中称取分散蓝b2染料0.18g(染色浓度3.6％)，加入90ml软水(浴比1:18)，加入由cindydnk(浓度30g/l)、hps501(浓度10g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度8g/l)、氯化钠(浓度15g/l)复配成的染色助剂40g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝3.6， 将调配好的染液倒入染杯中。放入经处理的对位芳纶织物5克于染杯中。待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到138℃，保温65min后，降温，取出对位芳纶织物，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。染色上色率84.5％，色深值k/s＝18.6。
实施例7：取对位芳纶短纤纱织物5g，在三角烧瓶中加入由氢氧化钠(浓度2g/l)、碳酸钠(浓度2g/l)和精练剂(浓度3g/l)复配的前处理剂5g/l，软水80ml(浴比1:16)，在60℃下加热30min，再用清水洗涤去除表面油剂。在烧杯中称取分散蓝b2染料0.18g(染色浓度3.6％)，加入60ml软水(浴比1:12)，加入由cindydnk(浓度30g/l)、hps501(浓度10g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度5g/l)、氯化钠(浓度15g/l)复配成的染色助剂40g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝3.6，将调配好的染液倒入染杯中。放入经处理的对位芳纶织物5克于染杯中。待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到138℃，保温65min后，降温，取出对位芳纶织物，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。染色上色率84.5％，色深值k/s＝18.6。
实施例8：取对位芳纶短纤纱织物5g，在三角烧瓶中加入氢氧化钠前处理剂(浓度5g/l)，软水60ml(浴比1:12)，在90℃下加热15min，再用清水洗涤去除表面油剂。在烧杯中称取阳离子染料0.3g(染色浓度6％)，加入80ml软水(浴比1:16)，加入由芳香醇(浓度10g/l)、cindydnk(浓度30g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度6g/l)、氯化钠(浓度25g/l)复配成的染色助剂50g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝5，将调配好的染液倒入染杯中。放入经处理的对位芳纶织物6克于染杯中。待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到139℃，保温65min后，降温，取出对位芳纶织物，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。染色上色率85.1％，色深值k/s＝21.5。
实施例9：取对位芳纶短纤纱织物10g，在三角烧瓶中加入由氢氧化钠(浓度3g/l)和精练剂(浓度5g/l)复配的前处理剂8g/l，软水80ml(浴比1:8)，在70℃下加热25min，再用清水洗涤去除表面油剂。将织物烘干后在真空度30毫乇、900w、氩气气氛下进行等离子处理9min。在烧杯中称取分散蓝b2染料0.25g(染色浓度5％)，加入100ml软水(浴比1:10)，加入由cindydnk(浓度20g/l)、 hps-301(浓度20g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度20g/l)、氯化钠(浓度20g/l)复配成的染色助剂60g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝3.2，将调配好的染液倒入染杯中。放入经处理的10克对位芳纶织物于染杯中。待染色机温度升到60℃后放入染杯，以1.5℃/min速度升温到140℃，保温60min后，降温，取出对位芳纶织物，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。染色上色率85.1％，色深值k/s＝19.1。
实施例10：用倒筒机将2kg对位芳纶纤维倒筒到染色机用纱筒上，在筒子纱染色机加入由氢氧化钠(浓度3g/l)和精练剂(浓度5g/l)复配的前处理剂8g/l，软水10kg(浴比1:5)，放入对位芳纶纱筒，加热到80℃保持20min，再用清水洗涤去除对位芳纶长丝表面油剂。在大烧杯中称取阳离子染料60g(染色浓度3％)，加入软水搅拌混合均匀，加入由cindydnk(浓度40g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度10g/l)、氯化钠(浓度20g/l)复配成的染色助剂50g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝4.2，将调配好的染液倒入筒子纱染色机的染液调配筒内。放入处理好的对位芳纶丝筒于筒子纱染色机的样品筒中。放入软水20l(浴比1:10)，待染色机温度升到60℃后将样品筒放入染机内，以1.5℃/min速度升温到132℃，保温60min后，降温，取出对位芳纶纤维筒，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。染色上色率85.7％，色深值k/s＝19.5，芳纶1414长丝纤维经染色后强度降为9.3％。
实施例11：在筒子纱染色机中加入软水10kg，加入由碳酸钠(浓度4g/l)和精练剂(浓度5g/l)复配的前处理剂10g/l，放入机械加工制得的对位芳纶短纤维2.5kg(浴比1:4)，加热到80℃保持20min，再用清水洗涤去除对位芳纶短纤维的表面油剂。并在高频超声波清洗器中进行洗涤处理。在大烧杯中称取阳离子染料80g(染色浓度3.2％)，加入软水搅拌混合均匀，加入由hps-301(浓度40g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(浓度30g/l)、硝酸钠(浓度25g/l)复配成的染色助剂60g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝4.5，将调配好的染液倒入筒子纱染色机的染液调配筒内。将经处理的2.5kg对位芳纶短纤维，放入筒子纱染色机的样品筒中。放入软水25l(浴比1:10)，待染色机温度升到60℃后将样品筒放入染色机内，以1.5℃/min速度升温到138℃，保温60min后，降温，取出对位芳纶纤维，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。染色上色率86.7％，色深值k/s＝18.8。对位芳纶短 纤维经染色后强度降为8.9％。
实施例12：在筒子纱染色机的样品筒中加入软水15kg，加入由氢氧化钠(浓度5g/l)和精练剂(浓度5g/l)复配的前处理剂10g/l，放入对位芳纶短纤维2.5kg(浴比1:6)，加热到80℃保持20min，再用清水洗涤对位芳纶短纤纱织物，去除表面油剂，并在高频超声波清洗器中洗涤处理。在大烧杯中称取阳离子染料50g(染色浓度2％)，加入软水搅拌混合均匀，加入由hps-301(浓度40g/l)、hps-501(浓度20g/l)、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸钠(浓度10g/l)、硫酸钠(浓度10g/l)复配成的染色助剂60g/l，搅拌加热到60℃左右使染料及染色助剂分散混合均匀后，用乙酸/乙酸钠缓冲溶液调节ph值＝5，将调配好的染液倒入筒子纱染色机的染液调配筒内。将机械处理过的2kg对位芳纶织物放入筒子纱染色机的样品筒中。放入软水30l(浴比1:15)，待染色机温度升到60℃后将样品筒放入染色机内，以1.5℃/min速度升温到134℃，保温60min后，降温，取出对位芳纶织物，进行还原去浮色洗涤、清水洗涤、烘干。染色上色率88.0％，色深值k/s＝17.9，测试对位芳纶布的染色耐摩擦色牢度为4级，耐沾色牢度达5级。芳纶布经染色后强度降11.2％。