彩色玄武岩纤维材料及其制备方法

本发明涉及纺织材料着色的，尤其涉及一种彩色玄武岩纤维材料及其制备方法领域。

背景技术：

1、作为一种新型纤维，玄武岩纤维因具有高强度、高模量、耐腐烛、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、防火阻燃、过滤性好、耐高低温等优异的性能，科学技术的发展进一步优化了玄武岩纤维的性能，使其在耐磨性和抗拉强度等方面达到更卓越的水平，而广泛应用于航空航天、建筑、化工、医学、电子、农业等军工和民用领域。除此之外，它还兼备纺织纤维材料的柔软可加工性，因此，玄武岩纤维又可应用于纺织服装领域。

2、由于玄武岩纤维的表面致密光滑且含有较少的活性基团，导致对其染色时染料在纤维表面分散性差，存在染色不均匀、颜色附着不佳、易褪色等问题。而在玄武岩纤维布上直接染色也会因底色较深而导致无法上色，上染率较低，限制了玄武岩纤维制品的应用。

3、目前在玄武岩纤维染色方面还没有比较成熟的工艺。公开号为cn 111676717a的专利提供了一种上染率高的玄武岩纤维布染色方法，该专利中通过在玄武岩纤维布表面镀涂层，形成镀膜后再进行染色，所得织物上染率高、颜色均匀，但处理过程复杂，造价成本高，操作难度较大。

4、因此，有必要设计一种彩色玄武岩纤维的制备方法，以解决玄武岩纤维上染率低、染色不均匀、易褪色、染色工艺复杂、染色成本高的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种彩色玄武岩纤维材料及其制备方法，可以解决玄武岩纤维织物上染率低、染色不均匀、易褪色、染色工艺复杂、染色成本高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种彩色玄武岩纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1.玄武岩纤维预处理

4、将玄武岩纤维经过清洗后干燥，将干燥后的玄武岩纤维进行表面活化处理；

5、s2.彩色玄武岩纤维材料的制备

6、在步骤s1中经预处理后的玄武岩纤维表面沉积预定种类、预定厚度的氧化物薄膜，得到彩色玄武岩纤维材料。

7、作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述清洗的过程为：将玄武岩纤维置于溶液中进行洗涤；所述溶液为乙醇或丙酮或乙醇和丙酮的混合溶液；所述洗涤方式包括浸泡、超声洗涤、搅拌洗涤中的一种或多种。

8、在步骤s1中，所述表面活化处理的方式是将玄武岩纤维置于质量分数为0.05～1％的hf溶液中处理1～10min，再将其置于食人鱼溶液中处理5～10min。。

9、所述食人鱼溶液是由浓硫酸和质量百分浓度为30％的过氧化氢按照体积比(4：6)～(7:3)配制得到。

10、在步骤s2中，所述氧化物薄膜的总厚度为50-300nm。

11、所述氧化物薄膜的材料为氧化锌、氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、三氧化二铋和二氧化铈中的任意一种或几种。

12、在玄武岩纤维材料表面形成氧化物薄膜的方法，包括喷涂法、层层自组装、旋转式原子层沉积法、等离子体增强化学气相沉积和磁控溅射中的一种。

13、作为本发明的进一步改进，本发明还提供了一种彩色玄武岩纤维材料，由上述彩色玄武岩纤维材料的制备方法制得。

14、所述玄武岩纤维材料的表面覆有膜结构，所述膜结构为单一薄膜或复合薄膜，其中，所述单一薄膜为一种氧化物薄膜组成，所述复合薄膜为两种及两种以上氧化物薄膜组成，玄武岩纤维材料与薄膜材料以及薄膜之间均以化学键合的方式结合。

15、本发明的有益效果是：

16、(1)本发明通过将玄武岩纤维预处理后，在玄武岩纤维表面形成均匀致密的氧化物薄膜，从而使玄武岩纤维着色。通过上述方法，可在玄武岩纤维表面引入不同的适配型氧化物并合理调控薄膜的厚度，实现了对玄武岩纤维颜色的精准调控，得到彩色玄武岩纤维材料。

17、(2)本发明有效解决了玄武岩纤维难着色的问题，玄武岩纤维颜色随着膜结构的种类和膜结构的厚度而改变，而且颜色亮丽，饱和度高，色彩均匀，色系丰富，可制备出银色、黄色、紫色、蓝色、粉色、绿色等多谱系色彩。

18、(3)本发明所制备的彩色玄武岩纤维材料实现多彩化的同时，其原有性能保持稳定，包括力学性能、电学性能等。

19、(4)本发明所制备的彩色玄武岩纤维材料是利用仿生学原理，没有使用任何化学染料，对环境无污染，与染料染色相比更加绿色环保。

20、(5)本发明所制备的彩色玄武岩纤维材料表面的膜材料与玄武岩纤维之间是以化学键合形式存在，膜的结合力较强，不会轻易脱落和破坏，导致颜色消失；彩色玄武岩纤维材料的氧化物薄膜的表面结构比原始纤维更致密且粗糙。

21、(6)本发明工艺技术简单易操作，成本低廉、低碳环保，对环境无污染，且重现性好，具有很好的应用前景。

22、(7)本发明所制备的彩色玄武岩纤维材料经800～1500℃极端高温处理后，所述彩色玄武岩纤维材料仍保持一定形态，可应用于极端高温环境下的热保护。

技术特征：

1.一种彩色玄武岩纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的彩色玄武岩纤维材料的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述清洗的过程为：将玄武岩纤维置于溶液中进行洗涤。

3.根据权利要求2所述的彩色玄武岩纤维材料的制备方法，其特征在于，所述溶液为乙醇或丙酮或乙醇和丙酮的混合溶液；所述洗涤方式包括浸泡、超声洗涤、搅拌洗涤中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的彩色玄武岩纤维材料的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述表面活化处理的方式是将玄武岩纤维置于质量分数为0.05～1％的hf溶液中处理1～10min，再将其置于食人鱼溶液中处理5～10min。

5.根据权利要求4所述的彩色玄武岩纤维材料的制备方法，其特征在于，所述食人鱼溶液是由浓硫酸和质量百分浓度为30％的过氧化氢按照体积比(4：6)～(7:3)配制得到。

6.根据权利要求1所述的彩色玄武岩纤维材料的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述氧化物薄膜的总厚度为50-300nm。

7.根据权利要求1所述的彩色玄武岩纤维材料的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述氧化物薄膜的材料为氧化锌、氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、三氧化二铋和二氧化铈中的任意一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种彩色玄武岩纤维材料的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，在玄武岩纤维材料表面形成氧化物薄膜的方法，包括喷涂法、层层自组装、旋转式原子层沉积法、等离子体增强化学气相沉积和磁控溅射中的一种。

9.一种彩色玄武岩纤维材料，其特征在于，根据权利要求1-8所述的任意一项彩色玄武岩纤维材料的制备方法制得。

10.根据权利要求9所述的彩色玄武岩纤维材料，其特征在于，所述玄武岩纤维材料的表面覆有膜结构，所述膜结构为单一薄膜或复合薄膜，其中，所述单一薄膜为一种氧化物薄膜组成，所述复合薄膜为两种及两种以上氧化物薄膜组成，玄武岩纤维材料与薄膜材料以及薄膜之间均以化学键合的方式结合。

技术总结
本发明提供了一种彩色玄武岩纤维材料及其制备方法，将玄武岩纤维预处理后，在玄武岩纤维表面形成均匀致密的氧化物薄膜，从而使玄武岩纤维着色。通过上述方法，可在玄武岩纤维表面引入不同的适配型氧化物并合理调控薄膜的厚度，实现了对玄武岩纤维颜色的精准调控。所制备的玄武岩纤维不仅颜色种类丰富，色彩丰富度高，而且颜色的耐久性好，此方法解决了玄武岩纤维因其表面惰性无法着色的难题，同时也赋予了玄武岩纤维更好的耐环境服役性能。

技术研发人员：陈凤翔,史芷丞,王梦琦,骆宇新,张玉,乔思杰,童爱心,何安南,邢桐贺,黄智宇,梁子辉,柯贵珍,刘欣,徐卫林
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12