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气流染色机的现状与发展

文章出处:永利皇宫官网责任编辑:人气:-发表时间:2014-11-24 15:37【

气流染色机

与传统的溢喷染色机相比,它具有显著的节能减排效果,并且基本涵盖了传统的溢喷染色机所适应的织物品种范围。对于一些新型纤维织物如Lycoell(天丝)、超细纤维织物等,更有其独特的染色风格。此外,气流染色机的一些结构特点,为染料均匀上染织物提供非常有利的条件,加之所配置的一些先进控制技术作保证,使其染色的“一次成功率”在98%以上,极大地节省了因返工所造成的能源浪费,并提高了生产效率。

气流染色仍属于竭染过程,与其它间歇式染色目的一样,就是建立一个能够使染料在纤维上均匀上染和固着的条件,保证被染织物按照所要求颜色和牢度完成染色过程。由于气流染色机的结构特征和工作过程与普通溢流或喷射染色机有较大差异,所以熟悉和掌握这些基本特征,可为设备结构设计、染色工艺制订及过程控制提供帮助和指导。

1、气流染色机的工作原理

气流染色机采用了空气动力学原理,以循环空气替代水来牵引被染织物作循环运动,因而与传统的溢喷染色机相比,染色浴比大为降低。气流染色机中织物与染液的交换形式有两种:一个是气流雾化,另一个气压渗透。气流雾化是先将染液通过特殊的喷嘴雾化并弥散在气流中,然后这种带有雾化染液的气流与被染织物进行交换并牵引织物循环。在交换的过程中,雾化染液对织物不仅接触面积大,而且对织物纤维具有较强的渗透力,加速染液向纤维内部的扩散速度。德国特恩(THEN)气流染色机的喷嘴就是采用这种形式。气压渗透形式是采用两个喷嘴,即一个纯气流喷嘴,一个液流喷嘴。液流喷嘴在前、被染织物先经过该喷嘴,与染液进行交换,然后经过提布辊再进入气流喷嘴,由气流对染液露织物进行压力渗透,在牵引织物循环的过程中加速染液向织物纤维的扩散速度。德国第斯(Thies)气流染色机的喷嘴是采用这种形式。从目前应用情况来看,以气流雾化形式的气流染色机居多,并且具有较好的使用效果。本文也是以这种喷嘴形式的气流染色机进行讨论。

2、气流染色机的主要特征

2.1 低浴比

气流染色与普通溢流或喷射染色的最大不同点,就是能够在非常低的浴比(1:4以下)条件下实现染色过程。然而,这种低浴比染色条件会带来染料对织物上染率的变化。实验表明,活性染料的直接性随着染色浴比的降低而提高。就染色过程而言,在提高染料上染率的同时,还应保证较高的固色率,这是达到一定的颜色深度和色牢度的基本要求。任何染料不可能百分之百全部上染到织物,总有一些水解或者积聚的染料附在织物纤维表面,如果不加以去除,那么会在使用的过程或洗涤中剥落下来。因此,提高染色的牢度是染色过程的一项重要控制指标。织物的染色牢度除了与染料特性有关外,主要取决于染料在染色过程中达到透染的程度,以及对未上染或水解染料是否进行了充分水洗。气流染色的低浴比条件,可以不需借助过多的促染剂和固色剂即可达到较高的固色率,而固色剂(如碱)的减少,又可以 减少染料的水解。染料直接性的提高,又可以减少对促染剂(如元明粉、食盐等电解质]的依存性,提高上染率。不过,采用活性染料染色时,为了控制染料的上染速率,气流染色一般要考虑使用直接性较低的活性染料。

2.2 织物与染液的交换频率高

气流染色仍属于竭染。根据竭染的规律,被染织物必须与染液进行连续若干次交换次数,才能够完成染料的全过程上染,气流染色也是依靠这种方式来达到染料对织物的上染目的。根据Beckmann的理论,喷射染色的最佳上染速率是:

Vopt=I•U

式中:I—织物每循环一圈时染料的上染率(%),一般经验取1~3%:

U—织物和染液循环频率之和。

显然单位时间内织物与染液的交换次数越多,越有利于匀染和缩短染色过程的时间。如果在织物不产生过大张力的情况下,提高织物的循环频率或染液的循环频率,那么既可以保证织物的均匀上染率,又可以缩短染色时间。气流染色由于浴比较低,染液的循环频率很高,并且织物因带液量低也可以在较誓高的速度下循环。两者高频率的交换,为匀染带来了有利条件,并且在一定的染色工艺支持下,完全可囊以实现快速染色过程。

2.3 染液循环的动态分配

对于一些纤维比表面积较大的织物,通常染料的上染率较快,如果控制不好容易染花。所以为了保证匀染性,工艺上往往需要控制织物在每一个循环中染料的最大上染量。普通溢流或喷射染色机的织物运行速度是由染液喷射量来决定的,染液喷射量的降低就会使织物运行速度降下来,并且还会影响织物与染液的交换频率。相比之下,气流染色机的织物循环是依靠气流牵引的,染液的循环频率可以根据工艺的需要进行独立控制,在改变染液对织物的供给量时,并不影响织物的循环频率。所以,可以根据织物特性和染色工艺,控制织物每一个循环中染料的上染量,保证深、浅颜色的质量。

2.4 染料对织物的上染变化

要实现染料对织物的着色,首先是决定染料和被染织物的结合形式,其次是提供促成两者结台的必要条件。众所周知,染料是通过吸附、扩散和固着三个基本过程来完成织物的染色过程的。其中固着过程主要决定于染料与织物作用,并且时间也是较长的;吸附和扩散过程与染液和织物的相对运动有关,及时打破边界层动态平衡和减薄其厚度,就是依靠这种相对运动来完成的。染液和织物的相对运动越激烈,越容易及时打破吸附和扩散边界层动态平衡,或者减薄吸附和扩散边界层厚度,能够尽快向固着后的边界层“空虚”处输送染料。

由流体动力学得知,液体的运动粘度随温度的升高而降低,而空气的运动粘度却随温度的升高而提高。对气流染色来说,随温度的升高,染液运动粘度的降低和气体运动粘度的提高,更加有利于打破染液边界层和减薄其厚度,加速染料的上染过程,从而缩短染色时间。与此同时,两种流体的运动粘度变化,还为提高织物的运行速度提供了条件,也就是说,在循环风量不变(风机功率会增加)的情况下,空气粘度的增加提高了对织物的牵引力,使得织物运行速度加快。这样的条件变化,更加有利于染料对织物的均匀上染。

2.5 温度的分布

气流染色过程中的温度变化仍然是以加热或冷却染液来控制的。由于浴比较低,储布槽内织物及所吸附的染浴与自由染浴(循环染浴)处于分离状态,所以织物经过喷嘴时的温度总是要高于储布槽内织物的温度,尤其是在快速升温至l30℃时,两处的温差可达l0℃左右。如何控制染料在上染过程中对总体织物的均匀性,对气流染色机来说是非常重要的,通常需要染液旁通和升温速率以及织物的循环速度来控制。因此,织物与染液的快速交换,不仅是染料对织物上染量的均匀分布控制要求,同时也是织物获得均匀温度分布的重要控制手段。

2.6 织物的汽蒸过程

在染整湿加工过程中,为了保证被加工织物纤维与助剂的充分反应,往往对织物采用一个汽蒸过程。这样可以使织物纤维充分膨润,加快助剂向织物纤维内部的扩散和反应速度。在气流染色机中,织物在储布槽内不浸在染浴中,在处理的过程中,织物经过喷嘴后落入储布槽中实际上是受到了一个类似于汽蒸的过程。这对提高织物纤维的膨润性以及加速助剂向织物纤维的渗透和扩散起到了很重要的作用,其结果是不仅缩短了处理时间,同时还提高了处理效果,具有高效短流程特点。

缩短织物湿处理时间,不仅可以提高生产效率,降低能耗,同时还可以减少织物因加工过程长而造成表面损伤或者拉伸变形(主要是含氨纶的针织物)。实践证明,用气流染色机来做织物湿处理的“一次成功率”非常高,比常规溢喷染色机具有明显的优势。

3、气流染色机的关键技术

与其他间歇式染色机一样,气流染色机能够满足染色工艺条件,其原理、结构和功能也是建立在一定的关键技术基础之上。从机器的设计和制造角度来看,具有以下几项关键技术。

3.1 空气动力循环系统

气流是牵引织物循环的主要动力源,同时还兼有织物对染料均匀和加速吸附的作用。通常由风机、气流喷嘴、气流风道和过滤装量等组成一个封闭循环系统。风机一般采用高压离心风机,并有足够大 的 风量。其安装形式有内量式和外量式二种。内量式结构紧凑,风道沿程阻力损失小;外量式占地空间较大,局部阻力损失小。风机的额定功率一般设计得比较大,主要是考虑到克重大的织物需要保证足够大的风量牵引。而对中厚以下织物的风量,通过变频控制到80%以下;如果是轻薄织物,风量甚至可用到50%。

气流喷嘴是气流染色机的核心部分,尤其是采用气流雾化形成的结构,须保证染液的雾化效果,以及与织物的充分接触。与此同时,气流对织物还可产生扩展效果,不断改变织物的绳状位置,以避免织物褶皱的产生。对于这部分结构,制造商都有自己的专利技术保护。

3.2 染液循环系统

染液循环系统是为完成染液上染织物过程而设置的。染料在织物每一个循环中的上染量,织物所含带的染液与主体染液的温度差和浓度差,都是由染液循环系统来控制。由于气流染色机的浴比极低,染液的浓度相对较高,对温度和浓度的变化非常敏感,因此,必须通过系统的结构和控制来保证整个染液系统,在温度变化(升、降温)和浓度变化(加料)时的均匀性。

染液喷嘴是染液循环系统中的一个重要单元,其作用是为织物和染液提供交换条件。在气流染色机中,无论采用哪种喷嘴形式,它都不起牵引织物循环的作用。它的结构形式取决于织物与染液的交换方式,对于采用雾化形式的染液喷嘴,要求能够产生雾化(确切的讲,应该是染液的细化)效果;而对于采用气压渗透形式的染液喷嘴,则相当于一个软喷射的喷嘴,要求能够控制织物的带液量,保证气压渗透作用的效果。

3.3 水洗受控

气流染色机的浴比很低,采用的是连续式水洗方式,并且对水洗过程分阶段进行水流和温度的控制 。染色刚结束时,织物纤维表面上主要是分布着未上染的染料、水解染料和电解质,必须采用强烈的水流冲刷才能加快它们与织物纤维的剥离速度。通常加大喷嘴喷射压力(主泵电机通过变频提高转速),织物连续循环2~3圈即可达到要求。在强烈水流对织物表面污物作用后,第二阶段就是以温度的作用,专将纤维内部的水解染料去除。这种温度作用效应,也是提高水洗效率不可缺少的控制部分。由于纤维内部孔道上也存在水解染料,水流作用不能使其脱离纤维,所以必须提高温度,扩大纤维内部孔隙,加大分子向纤维外迁移的动能,并从纤维表面解吸下来。当完成前面两个控制阶段后,织物管维内外的大部分污物己脱离,但还有一部分附在织物表面上,这时只要用较低水流和温度即可去除。这一过程控制实际上是一种受控过程,是低浴比水洗达到最佳效果的主要手段。

3.4 染色过程控制

实现染色工艺必须对染色过程进行控制。染液的温度、染料和助剂的注入,都是对染色过程实施控制的手段。相对溢喷染色机浴比较大的条件而言,气流染色机的l氐浴比条件,对这些控制手段的精度要求更高。除此之外,空气在常温和高温下的密度变化,热塑性纤维茬高温条件下收缩,也会影响到织物最初设定的循环频率。对于这些变化,只要有可能影响到织物的匀染性,就应该实施过程控制。通过对织物运动检测,由PLC和电脑进行动态控制。

染色过程控制,已经涉及到了染液循环比例分配,对织物进行高给量和低给量的控制。根据被眷墅物纤维比表面积大小的不同,以及染色与水洗所需水量的不同,可控制织物的带液量,以保证上染速率快的织物在最短的时间内达到最佳的匀染效果。超细纤维织物在这种条件下染色的效果要比溢喷染色更好,并且“一次成功率”很高。所以,染色过程控制是气流染色机又一项关键技术,必须与染化料、织物纤维和染色工艺密切结合起来,形成一个软件控制系统,而不是简单的几个动作控制。

4、气流染色机的常见问题及解决方法

任何染色机都不可避免存在一些自身的缺陷,尤其是气流染色机作为一项新技术更不例外,在过去的十几年中基本上是处于试验探索之中,也正是经历了这个过程才有了今天成熟技术的出现。那么,气流染色机现在还可能出现哪些问题昵?应用中反映出以下几点。

4.1 织物的擦伤和起毛现象

在气流染色过程中,织物的运行速度相对较快,当进入喷嘴和导布管时,虽然接触到染液,但不像溢喷染色那样能够完全被包围在染液中。因此,织物表面与管壁之间产生了较大摩擦力,严重时将织物表面擦伤。设计者曾试图通过气流形成一个气垫,也将织物包围起来,但事实上并非如此。

织物的起毛或起球现象,除织物纤维强力和抗挠曲性能高、暴露的纱线表面积大(如针织物)外,大多是由于外界的机械作用(拉伸、摩擦)所促成的。所以,目前解决的办法是,提高设备内表面的制造精度,工艺上采取适当降低织物运行速度,添加平滑剂等措施加以消除或改善。

4.2 织物的折痕

气流染色机通常布速较快,其目的是提高织物与染液的交换频率,保证匀染性;同时,缩短织物在储布相对静态的停滞时间,避免织物产生折痕。但是,有些轻薄高支高密长丝类织物,布速过快时,容易出现擦伤;而布速慢时,则会产生折痕。对此情况,需要寻找一个合适的布速。

对于有些针织物可能出现的折痕(纵向),其原因是针织物在纺织过程中形成较大的内应力,如果外界经向张力过大,就容易产生经向折痕,而且在第一次遇水加工(如前处理)中就形成了。在接下来的染色过程中,染料在折痕处的吸附量有差异,形成深浅不一的痕迹。要避免或减少这种现象出现,在前处理过程中,必须通过风量与提布辊线速度的匹配关系,让织物离开导布管后有一个扩展过程,不断改变束状位置, 使得折叠处迅速展开。只要经历一次这种过程,织物没有形成永久性折痕,那么在以后加工过程中就不会再形成折痕了。

4.3 织物色牢度降低

从理论上讲,采用活性染料染色,织物经气流染色后的各项色牢度指标高于普通溢喷染色,这也被大多数使用好的染厂所证实。但是有个别染厂特别是没有真正掌握气流染色机的厂家,出现了染色牢度下降的现象。其实这完全是没有根据气流染色机特点去设计染色工艺,而是简单套用普通溢喷染色机的工艺所造成的。分析其原因,主要是染色工艺时间过长,将已经达到了匀染的时间误以为还不够,结果造成了已与纤维形成化学键的染料又断键,而在水洗时又没有得到有效充分去除。因此,制订适于气流染色的工艺是非常重要的,尤其是时间的控制,一定要考虑到同种染料和被染织物染同一颜色,气流染色的时间比普通溢喷染色时间短,因为织物与染液的交换频率高,完成相同交换次数所用的时间短。

5、气流染色机的发展趋势

在有水染色工艺中,气流染色机作为一种具有高效、节能和环保特性的新机型,在未来的印染行业发展过程中一定能够起到积极的作用,至少可以逐步取代传统浴比较大的溢喷染色机。气流染色机在完善自身一些结构和性能的同时,还有更多的功能有待于去拓展或开发。

5.1 开发完全适于气流染色的工艺

为了充分发挥出气流染色机优势,必须结合气流染色机的特点,开发出与其相应的染色工艺,并且不断扩展染色工艺适用范围。这里需要设备、染化料、织物纤维和染色工艺几方面的密切配合,将各自的适应条件和要求进行最佳组合,然后形成智能化的控制软件,使用者只要按照指令要求输入相关的基本参数即可由设备自动完成。随着新型纺织材料的不断出现,以及纺织品功能性要求的提高,还要开发满足这些整理要求的气流染色工艺和设备功能。

5.2 实现动态质量控制

这部分的发展要求是,除温度和加料实现自动控制外,还可以通过模拟量液位的检测装置,根据基础数据和预设定参数,制定出最佳的运行时间和工艺条件(包括水和蒸汽的消耗);同时,对不同织物的克重和长度,可自动设定布速、浴比等参数,充分保证织物的匀染性和工艺的重现性。这是一种智能型控制系统,也称为DQC(DynamJ Quality Control一动态质量控制)系统。

5.3 用于织物整理

织物的整理是提高服用性的一道工艺,在现代纺织品中占有越来越重要的地位。利用气流染色机的气流对织物作用,通过一些整理助剂与织物的反应,可以获得一些织物特殊风格。

5.3.1 生物酶抛光

生物酶除应用于染整行业中的退浆外,现在已经扩展到织物的表面处理。Lyocell纤维经过“初次原纤化”处理后,进行生物酶处理,再经过气流染色过程中所伴随的“二次原纤化”,最终可以获得织物表面带霜的桃皮绒效果。此外,一些针织物面料经生物酶抛光后,不仅可以提高布面的光洁度,而且.还可获得非常好的手感。如果通过一定的助剂作用是否能以此方法来取代烧毛工艺,那么将省去燃烧气体所造成的废气排放,节省能耗。这也意味着对某些传统工艺的改进将更具有节能减排的意义。

5.3.2 海岛型超细纤维碱溶离开纤加工

海岛型超细纤维是聚酯海岛复合纤维经烧碱(NaOH)溶解海组分而获得的,完成这一过程通常是在染色设备上进行的。在进行过程中要求织物与处理液具有激烈的相对运动,目的是要加快反应速度和进行的程度,同时要求对反应过程中碱溶液的浓度差变化进行严格控制。采用气流染色的前处理加工方法,可以较好地满足这一要求。

5.3.3 机械柔软

含有亚麻类的织物一般都要经过柔软处理,提高服用性。还有高档毛巾类织物,人们开始注重生态环保,尽量少用或者不用化学柔软助剂,而通过织物运动的拍打机械作用进行柔软处理。气流染色机利用其气流的振动和拍打作用,可降低织物纤维分子的刚性,提高织物的柔软性。事实上,气流染色机在染色过程中已经伴随着这种作用,所以经气流染色机加工后的织物,无论是布面风格还是手感都明显比普通溢喷染色机好。

5.3.4 织物表面产生纹痕或褶皱感

有的厂家用气流染色机进行植绒布面的冰花绒加工,并获得了非常好的效果。这种加工的方法主要是通过工艺设计,控制循环风量、织物速度和温度,让植绒布在一定的条件下,通过机械的拍打及降温速率控制,使植绒布面原本均匀平整的绒面产生均匀不规则的皱纹印迹,看似冰面的细裂纹,时尚感强。此外,也是通过工艺参数设计,让化纤织物表面产生均匀的褶皱,形成一种人为的褶皱,具有鲜明的服装个性化。

6、结束语

气流染色机作为一种新型间歇式染色设备,经过十多年的改进和发展,已经逐步达到了成熟的阶段。它除了具有显著的节能减排效果外,不论是对织物的适用范围,还是织物的加工品质及风格都明显优于普通溢喷染色机。在为使用者带来了良好的经济效益的同时,也产生了较好的社会效益。其使用的效果及适用的织物品种范围已超出了当初人们的想象。尽管如此,气流染色机还有许多功能没有开发出来。随着染化料、织物纤维和染色工艺的发展,气流染色机的各项性能和功能还会不断完善,将会被更多的使用者所掌握和采用。种种迹象表明,未来的几年将进入一个气流染色时代,印染行业也将伴随这项新技术的应用推广得到发展和进步。

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