[发明专利]用于将颜色及其它物理性能转移到纤维、编织物、层压复合材料和其它制品的系统和方法

说明书

发明背景

本发明广泛涉及提供与单个纤维、编织物和层压材料着色相关的系统和方法。

在纺织纤维工业中，对纤维的着色存在大量要求，至少对大多数的军事、商业、服装、工业、医疗和航空应用来说是如此。然而，层压增强材料是素色的(plain)，不利于染色或着色。用于向层压材料中添加颜色的一种已知技术是涂覆该材料。然而，涂料材料通过使用和随着时间的推移在阳光下褪色而使漆料脱落。这些缺陷在柔性层压材料中可能非常显着。在另一现有技术实施方式中，层压增强材料与附加的膜层或其它材料组合以产生纤维增强的柔性织物。其他附加材料可以包括能够染色的更传统的织布。这种材料通常存在于需要高性能的应用中，视觉或美观外观是次要的。典型的接受的外观是如所制造的素色的和/或缺乏视觉着色、图案或图形。

传统上，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维以单一且仅一种颜色(即半透明白色)可用。这种纤维例如以品牌名称和出售。UHMWPE纤维仅限于一种苍白色，这限制了UHMWPE纤维在许多领域的适用性，否则其具有适用性，但不能满足需要除白色以外的其他颜色的最终用途产品的要求以满足必要的产品要求或规格。

迄今为止，UHMWPE纤维如或纤维染色或着色的尝试一直是很大程度上不成功的，因为不能用耐磨、耐环境暴露、耐洗涤或耐化学降解的耐用不褪色的表面涂覆纤维表面。染色剂或着色剂的粘合力和/或色牢度的缺乏尤其是在如下的应用是有问题的：其中着色分解和可能转移到其它表面或环境中可能导致污染、变色或者在医疗应用情况下导致毒性、感染或者诸如表面张力、摩擦系数、润滑性和润湿性等工程表面性能的破坏。

在纺丝和拉伸操作之前将着色剂添加到聚乙烯聚合物前体中的尝试也一直不成功，这主要是由于链断裂和聚合物降解或者聚合物与着色剂之间的相互作用而导致的机械性能的不可接受的降低，通常降低大于50％，而且由于加工困难、供应链问题和必须支持前体聚合物的多种有色变体的制造复杂性、以及用于运行和不同着色纤维的设备的清洗和重新设置。即使有大量的清洗停机时间，也很难避免各种纤维颜色不同运行之间的交叉污染。

因此，期望生产经着色的或可着色的、图案化的或富集其它物理性质(如耐褪色性)的着色纤维、编织物和层压增强材料。

发明概述

在本公开的各种实施方式中，使用染料升华着色技术来着色UHMWPE材料。在各个方面，UHMWPE材料包括纤维、编织物和层压合复合材料中的任何一种。例如，根据本文方法着色的UHMWPE材料可以包括通过凝胶纺丝技术制成的拉伸UHMWPE纤维，例如纤维。根据本公开的着色方法允许着色剂在热和压力的受控条件下注入到凝胶纺丝UHMWPE纤维本身中。除了作为纤维着色的有效方法之外，可以在纤维从聚合物溶液中纺出之后、在纤维或编织物制造工艺中的许多点时，使用大量容易得到的涂布或转移方法在范围广泛的颜色下来实施本文的染料升华着色方法的各种实施方式。这种加工灵活性提高了工艺的实用性、实践性和经济效率，同时允许将颜色应用于产品流中的一点，从而使库存和工艺流程合理化和简化。

更重要的是，尽管其它着色技术可以不利地将UHMWPE纤维的机械性能降低50％或更多，但是通过本文的染料升华方法可以实现将着色剂注入纤维本身，而不会使纤维的机械性能(如强度和工程杨氏模量)有显著变化，这两者都对UHMWPE纤维至关重要，也是纤维的主要卖点。

在本公开的各种实施方式中，UHMWPE纤维和编织物沿着每个纤维或纤维编织物在多个部分中以两种(2)或更多种颜色着色，(a)不会使纤维/编织物的拉伸强度降低超过10％；(b)没有过多的着色剂残留物；和(c)不使用表面涂层(仅仅是着色剂/染料)。在各种实施方式中，所述方法包括将纤维缠绕在可膨胀心轴周围，并允许心轴在着色过程期间膨胀和张紧纤维。