1、不銹鋼纖維與棉混紡紗染色工藝的探究摘要 本文探討了一種以不銹鋼纖維、棉為原料的混紡紗的染色工藝技術(shù)。不銹鋼纖維是生產(chǎn)防靜電、防電磁輻射紡織品織物的理想紗線，采用棉與不銹鋼纖維混紡生產(chǎn)的紗線是一種具有較多良好性能的紗線。由于不銹鋼纖維不能上色，所以本文特別探討了不銹鋼纖維與棉混紡紗的染色工藝，實驗表明影響混紡紗染色的因素有溫度、浴比、中性電解質(zhì)、固色劑等，不同的條件影響也是不同的。關(guān)鍵詞：不銹鋼纖維 ； 棉纖維 ； 混紡紗 ； 染色工藝1前言 不銹鋼纖維具有細微化、柔軟化和良好的撓性，并且有較好的機械性能、導(dǎo)電性能、耐腐蝕、耐熱性好。而棉纖維素的聚合度越高，分子量越大，棉纖維的物理機械性能也就越

2、好，但是天然棉纖維素的分子量和聚合度并不是每一個分子都是一樣的，所以不銹鋼纖維與棉混紡后可以改變天然棉纖維機械性能不均勻，提高其耐腐蝕性、撓性和抱合性。所以根據(jù)功能需要，選用不同規(guī)格的不銹鋼纖維，調(diào)整經(jīng)向、緯向的加入量，經(jīng)、緯向的緊度，選擇合適的后處理工序，可制得棉與不銹鋼纖維混紡的各種功能性面料。由于不銹鋼纖維不能上色，所以不銹鋼纖維與棉混紡紗的染色主要是對混紡紗中棉的染色，鑒于此，下面將系統(tǒng)闡述不銹鋼纖維與棉混紡紗線的染色工藝。 21不銹鋼纖維的基本介紹不銹鋼金屬絲微細化產(chǎn)品是近20年發(fā)展起來的新型工業(yè)材料和高新技術(shù)、高附加值產(chǎn)品。它既具有化纖、合成纖維及其制品的柔軟性，又具有金屬本身優(yōu)良

3、的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐腐蝕、耐高溫等特性。其不銹鋼金屬微絲面料所特有的記憶性和褶皺效果，光彩閃爍，亮麗時尚，以及永久防靜電、防輻射和抗菌作用，使之在最近幾季的紗線流行趨勢中占據(jù)了越來越重的位置2，4。22不銹鋼纖維的性能特點不銹鋼纖維之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因為它具有許多特有的性能。這些特殊性能主要表現(xiàn)在以下幾方面。可撓性：一般直徑為8m的不銹鋼纖維的柔軟性相當于直徑為 13m的麻纖維，其可撓性與有機纖維接近，所以具有可紡性，能用來進行紡紗織布；機械性能：8m的不銹鋼單纖維強力可達21945188 cN,與棉單纖強度接近，相對強度較高，并且有良好的彎曲加工性和耐磨性；導(dǎo)電性能：不銹鋼纖維的電阻率很低

4、，是良好的電導(dǎo)體；耐腐蝕性：不銹鋼纖維完全耐硝酸、堿及有機溶劑的腐蝕；耐熱性能可在600 的高溫有氧環(huán)境下連續(xù)使用 是性能良好的耐高溫材料3。此外，不銹鋼纖維還具有良好的抗菌性能。經(jīng)醫(yī)學(xué)檢驗證明：不銹鋼纖維織品可抑殺多種菌株，抑菌效果令人滿意。因此，用不銹鋼纖維可加工出各種保健紡織品和醫(yī)療衛(wèi)生用品。這一用途將成為不銹鋼纖維應(yīng)用和研究開發(fā)新的熱點之一4。23不銹鋼纖維的制取方法不銹鋼纖維的制造方法主要有單絲拉伸法、集束拉伸法、熔融紡絲法、切削法等4。24不銹鋼纖維功能性紡織品開發(fā)現(xiàn)狀與趨勢不銹鋼纖維當初主要用于冶金工業(yè)的環(huán)境保護 ,在污水處理與高溫氣體凈化時用作過濾材料。隨著經(jīng)濟全球化程度和人們

5、生活水平的不斷提高 ,有關(guān)生產(chǎn)環(huán)境和生活方式的生態(tài)、環(huán)保和健康意識日趨強烈 ,人們對紡織品的功能性要求和各種功能性紡織品的市場需求與日俱增。用不銹鋼纖維開發(fā)的紡織品越來越受到產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域和人們?nèi)粘Ｉ畹钠毡闅g迎 ,其新產(chǎn)品的研究與開發(fā)備受關(guān)注。用不銹鋼纖維開發(fā)的紡織品分為純不銹鋼纖維制品和不銹鋼纖維混紡織物2大類。紡織用不銹鋼纖維 ,由廠家提供每束12 400根的長絲束纖維 ,經(jīng)紡織的牽切工序牽切成不銹鋼短纖維條子 ,牽切的長度可按紡織混紡纖維的要求確定 ,加工成不銹鋼纖維條子后 ,采取并條方法與滌綸或棉條按比例混合 ，最后紡成混紡紗 ,織成各種織物。隨著不銹鋼纖維紡織制品越來越廣泛的應(yīng)用，其功能

6、性更加多樣 ,已成為功能性紡織品的新寵4。25不銹鋼纖維混紡織物此類紡織制品主要發(fā)揮不銹鋼纖維所具有的優(yōu)良導(dǎo)電性，用于電磁波屏蔽和抗靜電。不銹鋼纖維含量達到0.15 %5 %的混紡織物可制成防靜電工作服，供有靜電危害場所的工作人員穿用；隨著不銹鋼纖維含量的不斷增加，其混紡織物還可用于防靜電地毯、防靜電吸塵器、電磁波微波防護服及防護罩、醫(yī)療手術(shù)服；此外，還可用作雷達敏感織物，在軍事工業(yè)上制作假目標和雷達靶子，達到迷惑和偽裝的目的。當不銹鋼纖維的含量達到25 %時，其混紡織物可制成超高壓電屏蔽服，適用于500 kV以下的交、直流作業(yè)。而不銹鋼纖維與棉混紡只是其中的一種4。31不銹鋼纖維與棉混紡紗的

7、生產(chǎn) 不銹鋼金屬首先被加工成0.0100.030 mm的細絲以供紡紗，然后金屬絲與棉纖維組合并通過不同的工藝生產(chǎn)出各種紗線，主要為合股紗和各種包纏紗。在機織物織造過程中，金屬絲經(jīng)紗的張力要保持均勻，織機上經(jīng)紗的上下開口運動所受的張力不能過大或過小，否則都會引起織造經(jīng)紗斷頭。同時斷裂的不銹鋼絲易纏繞其他經(jīng)紗造成更多經(jīng)紗斷裂。織物通過不同織造工藝配置與形狀記憶花形設(shè)計的結(jié)合，可增強織物的形狀記憶效果。如每英寸經(jīng)紗數(shù)不同，形狀記憶效果的花紋和表現(xiàn)也不同；筘齒的穿法不同，可在布面上產(chǎn)生稀或密的織紋。在針織服裝設(shè)計中，金屬絲的應(yīng)用被認為是點睛之筆，活潑的色彩、亮麗的光澤都注定它是未來時尚市場的寵兒3。不

8、銹鋼纖維體積質(zhì)量大、剛性大、靜摩擦因數(shù)大，韌性和彈性與合成纖維相比也有很大差異，其生產(chǎn)工藝上要采取重加壓、大隔距、通道光潔、防纏防堵等措施保證牽伸的穩(wěn)定。否則會造成牽伸效率低，條干和重量不勻率增大，甚至出現(xiàn)牽伸不開“出硬頭”等不良后果。由于不銹鋼纖維的機械性能較高，其柔軟度較天然的棉纖維還是較差的，所以在加工成衣服時還必須對其進行柔軟處理6。不銹鋼纖維作為一種新型的紡織原料，其紡紗技術(shù)還在不斷地完善過程中，隨著用不銹鋼纖維生產(chǎn)的紡織品在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，其紡紗技術(shù)將會得到不斷完善和提高。32不銹鋼纖維與棉混紡紗的性能特點不銹鋼纖維與棉混紡后的織物表面光潔 ,紋路清晰 ,由于織物中含有超微細

9、不銹鋼纖維，有冷色金屬光澤和特殊變化的折皺功能，印染加工后具有風(fēng)格獨特、光滑柔軟、穿著舒適，耐洗滌，透氣性和吸濕性好的特點，且手感與棉布接近，其防護效果明顯 ,是制作抗靜電服、電磁輻射防護服的理想面料。不銹鋼金屬還具有很好的抗菌性能，其抗菌作用持久，金屬離子極性較強，制得的服裝面料每平方厘米可釋放出50008000個負離子。經(jīng)醫(yī)學(xué)界檢驗證明。不銹鋼纖維制品可抑殺多種菌株，而且抑菌效果令人滿意。所以根據(jù)功能需要，可以通過加入不同比例的不銹鋼纖維獲得各種功能奇特的混紡纖維。但是，不銹鋼纖維的色澤較單一，為改變不銹鋼微絲色彩單一(銀白色)的缺陷，通過化學(xué)浸漬著色。在原色不銹鋼表面凝結(jié)一層透明薄膜，成

10、功將其加工成色彩艷麗、光艷奪目的彩色不銹鋼微絲。且手感更加柔軟，質(zhì)量和風(fēng)格也得到了改進，其產(chǎn)品質(zhì)量已達到國際同類水平5，7。41不銹鋼纖維與棉混紡紗染色染料的選擇及介紹由于不銹鋼纖維不能上色，所以對不銹鋼纖維與棉混紡紗的染色實際則是對混紡紗中純棉的染色。棉織物染色的染料有還原染料、直接染料、活性染料，但是直接染料染色牢度差、耐洗牢度較低，還原染料的價格較高，染色工藝較復(fù)雜，所以在實際生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是活性染料。活性染料以色澤鮮艷、色譜齊全、應(yīng)用簡便、成本低廉、牢度優(yōu)良而著稱。特別是近年來纖維素纖維的發(fā)展，活性染料已成為纖維素纖維紡織品染色最重要的一類染料 。但活性染料最突出的問題是上染率和固色

11、率低，染料的利用率低。所以在活性染料的染色過程中主要探討怎樣提高其上染率和固色率6，7。活性染料，又稱反應(yīng)性染料。這類染料分子中含有能與纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的基團，染色時染料與纖維反應(yīng)，二者之間形成共價鍵，成為整體，使耐洗和耐摩擦牢度提高。活性染料的染色過程包括上染、固色、皂洗后處理三個階段。活性染料的性能特點：優(yōu)點活性染料由于其用母體染料、連結(jié)基和活性基組成，使其在使用時能與纖維形成牢固的共價鍵結(jié)合，而具備一系列其它纖維素纖維染料無法比擬的特點，確立了其作為纖維素纖維用染料的發(fā)展和使用重點的地位，突出地表現(xiàn)在下列四個方面： 活性染料是取代禁用染料和其它類型纖維素用染料如硫化染料、冰染染料和還原染

12、料等的最佳選擇之一。活性染料能用經(jīng)濟的染色工藝和簡單的染色操作獲得高水平的各項堅牢性能特別是濕牢度。活性染料的色譜廣、色澤鮮艷、性能優(yōu)異、適用性強，其色相和性能基本上與市場對纖維和衣料的要求相適應(yīng)。活性染料適用于新型纖維素纖維產(chǎn)品如Lyocell纖維等印染的需要。 缺點 利用率不夠高，一般為60%70%，產(chǎn)生大理有色污水，其色度超過幾千倍，COD值一般在0.8萬3萬ppm，濃廢水的COD值要超過5萬ppm。為了抑制纖維表面的電荷，活性染料使用時需耗用相當量的電解質(zhì)，既增加了勞動強度，又造成廢水中的氯離子濃度高達10多萬ppm，大大地增加了治理活性染料染色廢水的難度。某些色牢度不能滿足市場要求，

13、如汗日光牢度、濕摩擦牢度以及偶氮型紅色染料與偶氮型藍色染料在淺色時的日曬牢度等。能取代硫化硫化料和還原染料等的深色品種較少1。42染色工藝的探討以中溫型活性染料為例（染色溫度一般為6065oC），染料取自欣鴻源印染有限公司，染料編號為8517,其一般染色工藝為一浴二步法工藝，這種染色方法是先在中性浴中進行染色，讓染料上染纖維，并加中性電解質(zhì)（NaCl或Na2SO4由于工業(yè)用鹽含雜質(zhì)較多，故多采用元明粉）進行促染，再加入堿劑(純堿或磷酸三鈉，由于固色pH值一般以1011較合適，所以常用的是純堿)繼續(xù)進行固色，此種染色方法可以降低染料的初染率，獲得均勻的染色效果，目前棉針織物、紗線等一般都采用這種

14、方法染色。上染和固色一般可采用相同的溫度，以便于控制。其工藝曲線如下圖：Na2CO3元明粉織物取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC怎樣提高活性染料的上染率是活性染料上染階段首先要考慮的問題，對其上染率可造成影響的有溫度、浴比、中性電解質(zhì)、堿性固色劑、固色時間等，下面將進行逐一探討。采用單一因素條件方法進行分析，即是使其中一個影響因素變化，而其他所有因素都保持一致。實驗所用材料如下：（1）材料：不銹鋼纖維與棉混紡紗線；（2）染料與助劑：活性染料，元明粉，碳酸鈉，肥皂；（3）實驗儀器: 燒杯，量筒，膠頭滴管，恒溫水浴鍋，分光光度計，移液管，洗耳球，玻璃棒，電子天平等。421 元明粉的量對其上染率的

15、影響表1 工藝處方（元明粉的量逐漸增加，其它不變）Na2SO4的量（g/L）1020304050607080Na2CO3的量（g/L）2020202020202020染色溫度（oC）6060606060606060染色時（min）3030303030303030固色溫度(oC）6060606060606060固色時（min）7070707070707070浴比1:201:201:201:201:201:201:201:20紗線重（g）44444444o.w.f（%）22222222上染率（%）64.4473.5879.2082.5785.4886.9987.1187.26圖1由表1知：增加元明

16、粉的量，上染率提高，但是增加到一定量時，其上染率增加越來越緩慢，從圖1可看出曲線最后趨近于平滑的直線。由此可見，并不是元明粉的量越高，其上染率就能達到百分之百。加入過多不僅會造成資源浪費，而且殘液中的電解質(zhì)會使環(huán)境的污染變得嚴重，使淡水鹽化，破壞生態(tài)環(huán)境。而且無機鹽(如氯化鈉、元明粉)還不能通過簡單的物理化學(xué)及生化方法加以處理，鹽分的高滲透性將導(dǎo)致江湖及印染廠周邊的土質(zhì)鹽堿化,降低農(nóng)作物的產(chǎn)量。綜上所述加入元明粉的量應(yīng)為5060g/L,此時上染率較好，且不會造成資源浪費，對環(huán)境造成危害小。422元明粉放入時間對其上染率的影響一般情況下，元明粉放入時間對其上染率影響不大，但是對其勻染性有較大影響

17、，所以為了降低初染率，獲得良好的勻染效果，電解質(zhì)一般在染色10min左右加入。(1)元明粉在染色開始時就放入織物、元明粉1/10Na2CO39/10Na2CO330min10min60min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC（2）元明粉在染色10min后放入織物9/10Na2CO31/10Na2CO3元明粉10min20min10min60min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC（3）元明粉在染色15min后放入織物元明粉1/10Na2CO39/10Na2CO3取出、水洗、皂洗、水洗、烘干15min15min10min60min60oCC（4）元明粉在染色20min后放入元明粉1/10Na

18、2CO39/10Na2CO3取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60min織物20min10min10min60oC表2 工藝處方（元明粉放入時間變化，其它不變）實驗次數(shù)1234Na2CO3的量（g/L）20202020Na2SO4的量（g/L）50505050染色溫度（OC）60606060染色時間(min)30303030固色溫度(min)60606060固色時間（min）70707070浴比1:201:201:201:20紗線重（g）4444o.w.f(%)2222上染率（%）83.8084.2285.4883.00由表2可知：織物放入15min后再放入元明粉，對其勻染性和上染率均較好。423

19、碳酸鈉的量對其上染率的影響表3 工藝處方（碳酸鈉的量逐漸增加，其它不變）Na2CO3的量（g/L）510152025303540Na2SO4的量（g/L）5050505050505050染色溫度（OC）6060606060606060染色時間(min)3030303030303030固色溫度(min)6060606060606060固色時間（min）7070707070707070浴比1:201:201:201:201:201:201:201:20紗線重（g）44444444o.w.f(%)22222222上染率（%）75.8480.1683.0685.4886.6088.1088.3288.

20、41圖2 由圖2可以看出加入的碳酸鈉的量越多，其上染率越高。但是升高到某一值時上升變得緩慢，如果此時繼續(xù)追加碳酸鈉的量，上染率不會有太大的提高空間，而且會造成染整廢水含堿量太高，也造成純堿的浪費。現(xiàn)在有好多工廠都會回收廢水中的堿劑，或者循環(huán)利用。從上圖可以看出碳酸鈉的用量在30g/L時就可以了。424 固色時間對其上染率的影響表4 工藝處方（固色時間逐漸延長，其它不變）Na2SO4的量（g/L）5050505050505050Na2CO3的量（g/L）2020202020202020染色溫度（oC）6060606060606060染色時間（min）3030303030303030固色溫度（oC

21、）6060606060606060固色時間（min)30405060708090100浴比1:201:201:201:201:201:201:201:20紗線重（g)44444444o.w.f(%)22222222上染率（%)78.7279.2681.9983.2585.4885.6185.7685.85圖3由圖3可以看出延長固色時間，上染率提高，開始是上染率提高很快，達到一定值之后上染率提高較緩慢，最后應(yīng)該會趨于某一值。活性染料染色時，時間對其上染率和固色率是有很大影響的，延長固色時間會提高其上染率，但是對其固色率不利，會造成染料的水解，導(dǎo)致固色率下降，所以最合適的固色時間為70min。42

22、5 溫度對其上染率的影響表5 工藝處方（溫度逐漸升高，其它不變）Na2CO3的量（g/L）2020202020Na2SO4的量（g/L）5050505050染色溫度（OC）4050607080染色時間(min)3030303030固色溫度(min)4050607080固色時間（min）7070707070浴比1:201:201:201:201:20紗線重（g）44444o.w.f(%)22222上染率（%）80.2682.9685.4877.1766.05圖4由圖4可知：60oC時染色，上染率最高。一般情況下，溫度升高，反應(yīng)速率提高，溫度每升高10oC，反應(yīng)速率可提高23倍。但是溫度升得過高，

23、會導(dǎo)致染料的水解，而且也會影響其固色率。因此，實際染色時必須選擇合適的染色溫度和固色溫度，使其在合適的染色時間內(nèi)充分反應(yīng)，以獲得較高的上染率。因為這次實驗所選的染料是中溫型染料，所以60oC染色時上染率最高。426 Na2CO3分批放入的量對其上染率的影響(1)Na2CO3一次全部放入織物取出、水洗、皂洗、水洗、烘干70min15min元明粉15minNa2CO360oC（2）Na2CO3分兩次放入，先放入1/2，10min后再放入1/21/2Na2CO31/2Na2CO3元明粉織物60min10min15min15min60oC取出、水洗、皂洗、水洗、烘干(3) Na2CO3分兩次放入，先放

24、入1/4，10min后再放入3/4織物3/4Na2CO31/4Na2CO3元明粉60min10min15min15min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC(4) Na2CO3分兩次放入，先放入1/6，10min后再放入5/6織物元明粉5/6Na2CO31/6Na2CO315min10min60min15min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC(5) Na2CO3分兩次放入，先放入1/8，10min后再放入7/81/8Na2CO37/8Na2CO3元明粉織物60min10min15min15min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC(6) Na2CO3分兩次放入，先放入1/10，10min后

25、再放入9/10元明粉9/10Na2CO31/10Na2CO3織物15min10min15min60min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC表6 工藝處方（碳酸鈉分次放入的量變，其他不變）實驗次數(shù)123456Na2CO3的量（g/L）202020202020Na2SO4的量（g/L）505050505050染色溫度（OC）606060606060染色時間(min)303030303030固色溫度(min)606060606060固色時間（min）707070707070浴比1:201:201:201:201:201:20紗線重（g）444444o.w.f(%)222222上染率（%）83.36

26、82.6584.1684.3884.2285.48由上述實驗可知：Na2CO3分次放入對其上染率影響不大，但是為了染色均勻，一般先放入少量，再放入余下的，所以可以先放入1/10，再放入9/10。427 浴比對其上染率的影響表7 工藝處方（浴比逐漸減小，其它不變）浴比1:601:501:401:301:20Na2SO4的量（g/L）5050505050Na2CO3的量（g/L）2020202020染色溫度（oC）6060606060染色時間（min）3030303030固色溫度（oC）6060606060固色時間（min)7070707070紗線重（g)44444o.w.f(%)22222上染率

27、（%）76.1278.0380.1182.6985.48由表7可以看出在其他條件相同時，染色浴比越小，上染率越高，但是浴比過小會影響染色的勻染性，浴比過大會造成水解染料增多，染料利用率降低，故通常采用的浴比為1：151：20。5結(jié)論由上述實驗可得知影響上染率的因素主要是溫度、Na2SO4的量、Na2CO3的量和浴比。（1）溫度升高，反應(yīng)速率提高，但是溫度升得過高，會導(dǎo)致染料的水解，而且也會影響其固色率。因此，實際染色時必須選擇合適的染色溫度和固色溫度，使其在合適的染色時間內(nèi)充分反應(yīng)，以獲得較高的上染率。因為這次實驗所選的染料是中溫型染料，所以60oC染色時上染率最高。（2）增加元明粉的量，上染率提高，但是增加到一定量時，其上染率增加越來越緩慢，由上染率與元明粉的量的關(guān)系圖可看出曲線最后趨近于平滑的直線。由此可見，并不是元明粉的量越高，其上染率就能達到百分之百。所以加入元明粉的量應(yīng)為5060g/L,此時上染率較好，且不會造成資源浪費，對環(huán)境造成危害小。（3）加入的碳酸鈉