间位芳纶,具有较好的热稳定性和机械性能,在轻量化领域,其结构复合材料可替代金属使用,故间位芳纶被广泛应用于军事领域和国民经济领域,是国家建设不可替代的战略关键材料。但难染色、不耐日晒等“短板”问题极大限制了其优异性能的进一步利用。解决间位芳纶“短板”问题的核心是在尽量不影响其优异性能的前提下,做到对间位芳纶大分子结构的可控调控,并在此基础上,实现间位芳纶的颜色构建,进一步拓展其在国防、民用等领域的应用。本课题围绕如何高效解决间位芳纶“短板”问题,主要开展了以下几方面工作:(1)选用间位芳纶纺丝常用溶剂,且有成熟回收技术的N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)作为间位芳纶大分子间氢键的调控剂,对间位芳纶大分子间氢键可控调控的可行性进行探讨,结合DMAc对带不同电荷染料分子上染间位芳纶效果,及对染料团聚行为的影响,提出DMAc?Dye~+体系加速染色理论。通过染色效果测试表明,DMAc和NaCl协同作用可显著提高阳离子染料在间位纤维上的透染率,且其水洗及湿摩擦牢度较好,验证了DMAc?Dye~+体系加速染色理论的正确性。(2)基于DMAc对间位芳纶大分子间氢键调控的理论研究,结合分散染料高温易升华的特性,通过压力限制气化分散染料及DMAc分子的流动空间,提高间位芳纶纤维周围分散染料及DMAc的分子浓度,建立热和压力作用下分散染料上染间位芳纶的染色机理模型;通过分析DMAc可显著降低染液中分散染料聚集度的现象,判断DMAc在打开间位芳纶大分子间氢键的同时,还能为分散染料的升华提供便利条件;热和压力作用下,高浓度DMAc可有效提高染色间位芳纶的表观色深及透染率,且一定程度上提高了间位芳纶的热稳定性及力学性能,进一步证明热和压力作用结合DMAc的氢键调控作用在提高间位芳纶染色性能方面是高效可行的。(3)对间位芳纶的表层结构进行进一步调控,使纤维表面出现微溶解层,并利用定向气流场作用使吸附在纤维表面的无机颜料粒子原位嵌入纤维表面,以实现间位芳纶的着色;选用无机颜料粒子铁红P.R.101、铁黄P.Y.42、铁蓝P.B.27,对间位芳纶进行颜色构建,其样品表现出较高的表观色深及耐熨烫升华牢度、耐日晒牢度,表明无机颜料粒子嵌入纤维表面的量较多,与间位芳纶结合的牢度较好;定向气流场原位嵌入技术对间位芳纶热稳定性及机械性能几乎无影响,进一步说明微溶解与定向气流场作用相结合适用于间位芳纶颜色构建。(4)为了提高无机颜料粒子与间位芳纶复合的界面牢度,利用DMAc在高温(175℃)环境中快速气化的特点,结合间位芳纶纤维在温度及DMAc/LiCl作用下表面可快速生成微溶解层的结论,使无机颜料粒子在DMAc瞬态气化环境中压嵌间位芳纶,以实现间位芳纶颜色的高效构建;通过考查无机颜料粒子溶液中LiCl浓度及油浴处理时间对间位芳纶颜色及强力的影响,确定DMAc瞬态气化环境中调控间位芳纶纤维微溶解层的最佳工艺,并通过水洗及摩擦牢度的测试对其界面牢度进行了考查;通过此技术,将分散染料、有机颜料P.R.254应用于间位芳纶的颜色构建,进一步验证DMAc瞬态气化环境中压嵌技术在间位芳纶颜色可控构建方面具广泛适用性及较强的可操作性。总结,本研究通过研究氢键调控剂对染料及间位芳纶的作用机理,为常压高温染间位芳纶提供了理论基础。利用压力将无机颜料粒子嵌入纤维微溶解层中以实现间位芳纶的颜色构建,既解决了有机染料染色间位芳纶不耐日晒、升华牢度差的问题,也解决了间位芳纶表界面改性工序复杂、牢度不佳的问题,为深入探讨高性能纤维的高效着色问题提供了一定的科学参考。