本发明属于玻璃纤维表面处理和染色涂装的制备领域，特别涉及一种高强度彩色玻璃纤维的制备方法。
背景技术：
玻璃纤维是一种性能优良，用途广泛的无机非金属材料，是以材料、能源、信息为标志的新科技革命中的重要组成部分。其产品涉及各个领域，广泛应用于各工业部门，诸如玻璃钢、地板、墙体保温、防水材料、混凝土材料、高速公路、防火材料、吸声材料等。在玻璃纤维下游的大规模应用中，人们对产品外观视觉要求越来越高，因此彩色玻璃纤维的开发可以扩展玻璃纤维的使用范围，增加其经济价值。
玻璃纤维的表面致密光滑且含有较少的活性基团，不利于染料分子的吸收和扩散，严重影响纤维的着色性能。目前在玻璃纤维染色方面还没有成熟的工艺，主要是染色不均匀，染色附着力不佳和易脱落等问题，国内对彩色玻璃纤维的研究和开发较少。
国家知识产权局于2014年06月04日公开了申请号为cn201410018438.2，名称为一种在线涂覆制备彩色玻璃纤维的方法的发明专利，公开了一种在线涂覆制备彩色玻璃纤维的方法，包括以下步骤：(1)在室温下，将冰醋酸、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧分别用去离子水稀释，然后依次混合并搅拌均匀，再加入无机着色物质，最后加入余量的水，得到含有着色物质的浸润剂；(2)将上述含有着色物质的浸润剂添加到玻璃纤维生产线上的设备中，通过在线拉丝制备玻璃纤维原丝，最后烘干即得彩色玻璃纤维。
上述现有技术中的彩色玻璃纤维通过无机着色物质染色，但是无机着色物质性质不稳定，会导致彩色玻璃纤维的着色不稳定，高强度的拉伸更会加速颜色的脱落。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种高强度彩色玻璃纤维的制备方法，实现了彩色玻璃纤维着色稳定、均匀且不易脱落，在高强度拉伸时仍能保持颜色稳定的目的。
本发明采用了以下技术方案：
一种高强度彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、制备纺丝溶液
按以下摩尔配比选好原材料：sio2为55-60份，al2o3为6-9份，cao为1-2份，mgo为1-2份，k2o为0.5-1.5份，li2co3为9-10份，b2o3为5-7份，ceo2为5-7份；将上述原材料混合后再熔化成纺丝溶液；
b、制备有色合金喷涂液
先将二氧化硅、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧分别用去离子水稀释，然后加入粒度为1nm-100nm的有色合金粉末并搅拌均匀，形成透光率为7%-12%的有色合金喷涂液；所述有色合金粉末的颜色即为需要制造的彩色玻璃纤维的颜色；
c、干法纺丝
将步骤a制得的纺丝溶液和步骤b制得的有色合金喷涂液混合成均匀的混合液，所述混合液内的有色合金的质量分数在30%-50%之间；将混合液从喷丝头压出形成细丝流，通过热空气套筒使细丝流中的溶剂挥发，并牵引成直径为10μm以下的丝；再烘干至含水量低于0.3%，得到玻璃纤维；
d、层流等离子喷涂
以层流等离子发生器为热源，将步骤b制得的有色合金喷涂液向步骤c制得的玻璃纤维喷涂至涂层厚度达到0.8μm-1.2μm；得到彩色玻璃纤维；
上述粒度为1nm-100nm的有色合金粉末均通过粉碎方式得到；
e、热处理
对步骤d得到的彩色玻璃纤维进行以下热处理：将彩色玻璃纤维置于惰性气体体系，在3250℃以上高温下退火处理至少1小时，得到高强度彩色玻璃纤维。
进一步地，本发明所述有色合金为：铜合金、蓝白镀锌或者锌铜合金。
进一步地，本发明所述高强度彩色玻璃纤维的热导率至少为1440w/(㎡·k)。
进一步地，本发明所述步骤b中的固色剂为阳离子型季铵盐，其在含有有色合金喷涂液中的质量分数为1.5%-2%。
进一步地，本发明所述步骤b中的水溶性环氧为双酚a型环氧树脂，其在含有有色合金喷涂液中的质量分数为4%-8%。
进一步地，本发明所述高强度彩色玻璃纤维的拉伸强度至少为3500mpa。
进一步地，本发明所述惰性气体体系中的惰性气体为he、ne、和ar中的至少两种混合，且惰性气体体系为低压体系。
进一步地，本发明所述低压体系为压力值在0.1mpa-1.6mpa之间的密闭系统。
本发明带来的有益效果有：
1.本发明通过粒度为1nm-100nm有色合金粉末进行染色，有色合金粉末先和二氧化硅、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧的混合液混合。有色合金在固色剂均匀混合，使得着色均匀，通过干法纺丝第一次对玻璃纤维进行着色。为了保证形成颜色均匀的彩色玻璃纤维，再通过层流等离子喷涂有色合金喷涂液，进行第二次着色。本发明的有色合金喷涂液的透光率为7%-12%。透光率太高颜色太浅，透光率太低颜色会浑浊黯淡。经多次试验证明，7%-12%的透光率刚好能够满足对彩色玻璃纤维的颜色要求，能够制造色彩鲜明的彩色玻璃纤维。本发明制造的彩色玻璃纤维颜色稳定且均匀，内外颜色一致，不易扩散和脱落。本发明中的原料均为纳米级，混合后形成胶体溶液，使得原料的颜色能够更加均匀。同时，本发明中的纳米级有色合金粉末均是通过粉碎的方式得到的，能够保证其原本的合金颜色。
2.本发明通过热处理对彩色玻璃纤维进行进一步加工。热处理不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能，提高了彩色玻璃纤维的韧性和强度。
3.本发明所述的有色合金可以对应几种不同的颜色，在需要得到不同颜色的彩色玻璃纤维时，选择不同的有色合金，从而制成不同颜色的彩色玻璃纤维。同时还可以根据需要合成其他颜色的有色合金进行着色。有色合金性质稳定，从颜色也稳定，从而保证彩色玻璃纤维的颜色稳定。同时由于颜色是在溶液的时候进行着色，不存在色附着力不佳易脱落的问题。
4.本发明的固色剂采用阳离子型季铵盐，具有良好的表面活性，提高有色合金在溶液中的耐湿处理牢度。
5.本发明所述方法制造的彩色玻璃纤维可以用于生产玻璃钢制品，多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械，满足了对强度的高标准要求。
6.本发明采用混合的惰性气体形成惰性气体体系，并且为低压体系。有研究证明：同一空间中，两种气体的释放压力越大，扩散混合均匀所需时间越短。在减压的环境中，混合均匀的时间相对常压环境更久。热量被惰性气体带动运动，热量分散均匀。在高温下热处理的更加完全，提高彩色玻璃纤维的拉伸强度。
具体实施方式
实施例1
玻璃纤维的表面致密光滑且含有较少的活性基团，不利于染料分子的吸收和扩散，严重影响纤维的着色性能。为了制造出彩色玻璃纤维，本发明不在玻璃纤维形成后对玻璃纤维进行染色，而是在玻璃纤维的原料中加入有色合金，从而制造出需要的彩色玻璃纤维。为了保证有色合金的颜色着色，加入了固色剂进行固色，使得溶液有颜色，再拉丝形成彩色玻璃纤维。
高强度彩色玻璃纤维是指拉伸强度至少高于2500mpa的玻璃纤维。
本发明所述惰性气体体系是指一个充满惰性气体的密闭环境。
本发明的具体流程为如下。
一种高强度彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、制备纺丝溶液
按以下摩尔配比选好原材料：sio2为55-60份，al2o3为6-9份，cao为1-2份，mgo为1-2份，k2o为0.5-1.5份，li2co3为9-10份，b2o3为5-7份，ceo2为5-7份；将上述原材料混合后再熔化成纺丝溶液；
b、制备有色合金喷涂液
先将二氧化硅、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧分别用去离子水稀释，然后加入粒度为1nm-100nm的有色合金粉末并搅拌均匀，形成透光率为7%-12%的有色合金喷涂液；所述有色合金粉末的颜色即为需要制造的彩色玻璃纤维的颜色；
c、干法纺丝
将步骤a制得的纺丝溶液和步骤b制得的有色合金喷涂液混合成均匀的混合液，所述混合液内的有色合金的质量分数在30%-50%之间；将混合液从喷丝头压出形成细丝流，通过热空气套筒使细丝流中的溶剂挥发，并牵引成直径为10μm以下的丝；再烘干至含水量低于0.3%，得到玻璃纤维；
d、层流等离子喷涂
以层流等离子发生器为热源，将步骤b制得的有色合金喷涂液向步骤c制得的玻璃纤维喷涂至涂层厚度达到0.8μm-1.2μm；得到彩色玻璃纤维；
上述粒度为1nm-100nm的有色合金粉末均通过粉碎方式得到；
e、热处理
对步骤d得到的彩色玻璃纤维进行以下热处理：将彩色玻璃纤维置于惰性气体体系，在3250℃以上高温下退火处理至少1小时，得到高强度彩色玻璃纤维。
实施例2
一种高强度红色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、制备纺丝溶液
按以下摩尔配比选好原材料：sio2为55份，al2o3为6份，cao为1份，mgo为1份，k2o为1.5份，li2co3为10份，b2o3为5份，ceo2为7份；将上述原材料混合后再熔化成纺丝溶液；
b、制备铜合金喷涂液
先将二氧化硅、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧分别用去离子水稀释，然后加入粒度为80nm的铜合金粉末并搅拌均匀，形成透光率为7%的铜合金喷涂液；
c、干法纺丝
将步骤a制得的纺丝溶液和步骤b制得的铜合金喷涂液混合成均匀的混合液，所述混合液内的铜合金的质量分数为30%；将混合液从喷丝头压出形成细丝流，通过热空气套筒使细丝流中的溶剂挥发，并牵引成直径为10μm以下的丝；再烘干至含水量低于0.3%，得到玻璃纤维；
d、层流等离子喷涂
以层流等离子发生器为热源，将步骤b制得的铜合金喷涂液向步骤c制得的玻璃纤维喷涂至涂层厚度达到0.8μm；得到红色玻璃纤维；
上述粒度为80nm的铜合金粉末均通过粉碎方式得到；
e、热处理
对步骤d得到的红色玻璃纤维进行以下热处理：将红色玻璃纤维置于惰性气体体系，在3250℃以上高温下退火处理至少1小时，得到高强度红色玻璃纤维。
实施例3
一种高强度蓝色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、制备纺丝溶液
按以下摩尔配比选好原材料：sio2为58份，al2o3为7份，cao为1份，mgo为1份，k2o为0.5份，li2co3为9份，b2o3为6份，ceo2为6份；将上述原材料混合后再熔化成纺丝溶液；
b、制备蓝白镀锌合金喷涂液
先将二氧化硅、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧分别用去离子水稀释，然后加入粒度为1nm的蓝白镀锌合金粉末并搅拌均匀，形成透光率为7%-12%的蓝白镀锌合金喷涂液；
c、干法纺丝
将步骤a制得的纺丝溶液和步骤b制得的蓝白镀锌合金喷涂液混合成均匀的混合液，所述混合液内的蓝白镀锌合金的质量分数在30%-50%之间；将混合液从喷丝头压出形成细丝流，通过热空气套筒使细丝流中的溶剂挥发，并牵引成直径为10μm以下的丝；再烘干至含水量低于0.3%，得到玻璃纤维；
d、层流等离子喷涂
以层流等离子发生器为热源，将步骤b制得的蓝白镀锌合金喷涂液向步骤c制得的玻璃纤维喷涂至涂层厚度达到1.2μm；得到蓝色玻璃纤维；
上述粒度为1nm的蓝白镀锌合金粉末均通过粉碎方式得到；
e、热处理
对步骤d得到的蓝色玻璃纤维进行以下热处理：将蓝色玻璃纤维置于惰性气体体系，在3250℃以上高温下退火处理至少1小时，得到高强度蓝色玻璃纤维。
实施例4
一种高强度黄色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、制备纺丝溶液
按以下摩尔配比选好原材料：sio2为55份，al2o3为9份，cao为2份，mgo为1份，k2o为1.5份，li2co3为9份，b2o3为6份，ceo2为7份；将上述原材料混合后再熔化成纺丝溶液；
b、制备锌铜合金喷涂液
先将二氧化硅、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧分别用去离子水稀释，然后加入粒度为100nm的锌铜合金粉末并搅拌均匀，形成透光率为7%-12%的锌铜合金喷涂液；
c、干法纺丝
将步骤a制得的纺丝溶液和步骤b制得的锌铜合金喷涂液混合成均匀的混合液，所述混合液内的锌铜合金的质量分数在45%之间；将混合液从喷丝头压出形成细丝流，通过热空气套筒使细丝流中的溶剂挥发，并牵引成直径为10μm以下的丝；再烘干至含水量低于0.3%，得到玻璃纤维；
d、层流等离子喷涂
以层流等离子发生器为热源，将步骤b制得的锌铜合金喷涂液向步骤c制得的玻璃纤维喷涂至涂层厚度达到0.8μm-1.2μm；得到黄色玻璃纤维；
上述粒度为100nm的黄色合金粉末均通过粉碎方式得到；
e、热处理
对步骤d得到的黄色玻璃纤维进行以下热处理：将黄色玻璃纤维置于惰性气体体系，在3250℃以上高温下退火处理至少1小时，得到高强度黄色玻璃纤维。
实施例5
一种高强度彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、制备纺丝溶液
按以下摩尔配比选好原材料：sio2为55-60份，al2o3为6-9份，cao为1-2份，mgo为1-2份，k2o为0.5-1.5份，li2co3为9-10份，b2o3为5-7份，ceo2为5-7份；将上述原材料混合后再熔化成纺丝溶液；
b、制备有色合金喷涂液
先将二氧化硅、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧分别用去离子水稀释，然后加入粒度为1nm-100nm的有色合金粉末并搅拌均匀，形成透光率为7%的有色合金喷涂液；所述有色合金粉末的颜色即为需要制造的彩色玻璃纤维的颜色；
c、干法纺丝
将步骤a制得的纺丝溶液和步骤b制得的有色合金喷涂液混合成均匀的混合液，所述混合液内的有色合金的质量分数在30%；将混合液从喷丝头压出形成细丝流，通过热空气套筒使细丝流中的溶剂挥发，并牵引成直径为10μm以下的丝；再烘干至含水量低于0.3%，得到玻璃纤维；
d、层流等离子喷涂
以层流等离子发生器为热源，将步骤b制得的有色合金喷涂液向步骤c制得的玻璃纤维喷涂至涂层厚度达到0.8μm；得到彩色玻璃纤维；
上述粒度为1nm-100nm的有色合金粉末均通过粉碎方式得到；
e、热处理
对步骤d得到的彩色玻璃纤维进行以下热处理：将彩色玻璃纤维置于惰性气体体系，在3250℃以上高温下退火处理至少1小时，得到高强度彩色玻璃纤维。
进一步地，本发明所述有色合金为：铜合金、蓝白镀锌或者锌铜合金。
进一步地，本发明所述高强度彩色玻璃纤维的热导率至少为1440w/(㎡·k)。
进一步地，本发明所述步骤b中的固色剂为阳离子型季铵盐，其在含有有色合金喷涂液中的质量分数为1.5%。
进一步地，本发明所述步骤b中的水溶性环氧为双酚a型环氧树脂，其在含有有色合金喷涂液中的质量分数为6%。
进一步地，本发明所述高强度彩色玻璃纤维的拉伸强度为3600mpa。
进一步地，本发明所述惰性气体体系中的惰性气体为he、ne、和ar三种气体混合，且惰性气体体系为低压体系。
进一步地，本发明所述低压体系为压力值为1.5mpa的密闭系统。
实施例6
一种高强度彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、制备纺丝溶液
按以下摩尔配比选好原材料：sio2为55-60份，al2o3为6-9份，cao为1-2份，mgo为1-2份，k2o为0.5-1.5份，li2co3为9-10份，b2o3为5-7份，ceo2为5-7份；将上述原材料混合后再熔化成纺丝溶液；
b、制备有色合金喷涂液
先将二氧化硅、硅烷偶联剂、固色剂和水溶性环氧分别用去离子水稀释，然后加入粒度为1nm-100nm的有色合金粉末并搅拌均匀，形成透光率为12%的有色合金喷涂液；所述有色合金粉末的颜色即为需要制造的彩色玻璃纤维的颜色；
c、干法纺丝
将步骤a制得的纺丝溶液和步骤b制得的有色合金喷涂液混合成均匀的混合液，所述混合液内的有色合金的质量分数在40%之间；将混合液从喷丝头压出形成细丝流，通过热空气套筒使细丝流中的溶剂挥发，并牵引成直径为10μm以下的丝；再烘干至含水量低于0.3%，得到玻璃纤维；
d、层流等离子喷涂
以层流等离子发生器为热源，将步骤b制得的有色合金喷涂液向步骤c制得的玻璃纤维喷涂至涂层厚度达到9μm；得到彩色玻璃纤维；
上述粒度为1nm-100nm的有色合金粉末均通过粉碎方式得到；
e、热处理
对步骤d得到的彩色玻璃纤维进行以下热处理：将彩色玻璃纤维置于惰性气体体系，在3250℃以上高温下退火处理3小时，得到高强度彩色玻璃纤维。
进一步地，本发明所述有色合金为：铜合金、蓝白镀锌或者锌铜合金。
进一步地，本发明所述高强度彩色玻璃纤维的热导率至少为1440w/(㎡·k)。
进一步地，本发明所述步骤b中的固色剂为阳离子型季铵盐，其在含有有色合金喷涂液中的质量分数为2%。
进一步地，本发明所述步骤b中的水溶性环氧为双酚a型环氧树脂，其在含有有色合金喷涂液中的质量分数为4%。
进一步地，本发明所述高强度彩色玻璃纤维的拉伸强度为3600mpa。
进一步地，本发明所述惰性气体体系中的惰性气体为he和ne两种气体混合，且惰性气体体系为压力值为0.1mpa的密闭系统。