氣流染色技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

氣流染色是在今天節(jié)能環(huán)保意識(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種染色方法。在中國，由于氣流染料機(jī)和氣流染色技術(shù)的起步和開發(fā)較晚，目前能夠成功有效開發(fā)和制造氣流染色機(jī)的制造商很少，能夠應(yīng)用氣流染色技術(shù)的染料公司也相對(duì)較少。因此，在促進(jìn)和應(yīng)用氣流染色機(jī)的應(yīng)用研究和開發(fā)方面具有重要意義。1氣流場(chǎng)的作用氣流染色,除了噴射染色那樣的織物和染液均作不斷的循環(huán)運(yùn)動(dòng)外,還有空氣流的循環(huán)流動(dòng)。它是利用空氣動(dòng)力學(xué)的原理,通過離心式高壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流,經(jīng)噴嘴霧化染液,霧化后的染液噴向織物,使織物得色并帶動(dòng)織物運(yùn)行。在染色過程中,高速氣流的主要作用:一是通過噴嘴進(jìn)行染液霧化,使霧化后的染液噴向織物,氣壓滲透,織物與染液接觸充分,同時(shí),由于氣流場(chǎng)的作用,織物會(huì)不斷受到氣流對(duì)它的揉曲和抖動(dòng)而改變運(yùn)行過程中的位置和截面形狀,氣流對(duì)織物的這種作用,有利于染液接近和突破織物纖維界面層,使織物易得色和勻染,并且有利于釋放織物加工中產(chǎn)生的應(yīng)力,因此織物無折痕,加工后的織物手感柔軟而豐滿;二是作為牽引織物的動(dòng)力,帶動(dòng)織物運(yùn)行,由于氣體密度低,產(chǎn)生的阻力小,所以織物運(yùn)行的速度快,張力小,無損傷。2氣流染料機(jī)的主要結(jié)構(gòu)2.1槽襯的染液一般為臥式結(jié)構(gòu),材料為耐酸堿腐蝕的不銹鋼。內(nèi)設(shè)儲(chǔ)布槽,儲(chǔ)布槽襯有光滑的聚四氟乙烯管,槽內(nèi)不存放染液。聚四氟乙烯管表面的摩擦系數(shù)低,同時(shí)又由于儲(chǔ)布槽截面為變徑圓弧設(shè)計(jì),堆置有序的繩狀織物可以依靠自重自動(dòng)向前滑行,因此不會(huì)纏布、堵布和打結(jié)。2.2從交換至循環(huán)由主循環(huán)泵及相關(guān)管路、控制閥等組成。染液通過主循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán),主泵馬達(dá)由交流變頻控制,以滿足不同的染液循環(huán)頻率的需要。染色時(shí),一部分染浴通過染液噴嘴噴出,與高壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的空氣流進(jìn)行氣液兩相的混合,然后經(jīng)過氣流噴嘴進(jìn)一步霧化后噴向織物進(jìn)行交換,交換過的染液由織物纖維表面析出,從儲(chǔ)布槽聚四氟乙烯管之間的間隙流至底部的過濾器(又稱儲(chǔ)液罐)后,再參與下一次的循環(huán)。另一部分的染浴通過一個(gè)旁路,直接輸送到過濾器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。因此,氣流染色時(shí)的染浴,實(shí)際上是由兩部分組成的,即滿足織物纖維吸濕溶脹及交換的染浴和滿足主泵及管路循環(huán)的染浴,前一部分染浴傳遞布面溫度和使織物得色,經(jīng)交換后再流到過濾器,從交換到參與下次循環(huán)所需的時(shí)間稍長(zhǎng)。后一部分染浴直接回到過濾器,循環(huán)頻率高,這部分染浴的快速循環(huán),使染液的溫度以及染化料的濃度能很快地達(dá)到均勻。2.3染色風(fēng)道的設(shè)計(jì)由高壓離心風(fēng)機(jī)、氣流風(fēng)道、氣流過濾風(fēng)管、氣流噴嘴等組成。風(fēng)機(jī)是氣流染色機(jī)的心臟,在很大程度上,風(fēng)機(jī)性能的好壞,決定了氣流染色機(jī)的好壞。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流由風(fēng)道進(jìn)入到噴嘴系統(tǒng),通過噴嘴系統(tǒng)霧化染液,并帶動(dòng)織物運(yùn)行?？椢镞\(yùn)行的速度,可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量和與之相匹配的提布輥速度來控制。由于不同的織物在染色時(shí),工藝所要求的風(fēng)量和布速是不一樣的,因此風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì),采用了電機(jī)交流變頻控制,以滿足各種不同克重織物的需要。同時(shí),傳動(dòng)軸的密封性要好,軸承溫升要低,運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn),且噪音低,振動(dòng)小,這些都與設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用過程中的維護(hù)等有關(guān)。氣流風(fēng)道的設(shè)計(jì),則要考慮減少沿程損失和達(dá)到靜態(tài)平衡時(shí)每管風(fēng)量分配的均衡性。過濾風(fēng)管起到阻止織物加工過程中的一些絨毛或其他污物進(jìn)入氣流循環(huán)的作用,應(yīng)有足夠的過濾面積和過流面積。2.4喉管內(nèi)的染液分離噴嘴系統(tǒng)是氣流染色機(jī)的關(guān)鍵部件,主要由染液噴嘴、氣流噴嘴、喉管和噴嘴殼等組成。氣流噴嘴的材料一般為耐腐蝕的聚四氟乙烯。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上,一是要考慮到拆裝方便,當(dāng)根據(jù)織物束徑大小需要更換不同口徑的噴嘴時(shí)便于拆換;二是密封性要好,防止染液泄漏。如果密封性不好,不僅會(huì)影響到染液霧化的效果,而且由于各管泄漏的差異有可能產(chǎn)生染色管差。在噴嘴殼內(nèi),喉管設(shè)計(jì)成軸向截面為由擴(kuò)漸縮再由縮漸擴(kuò)的結(jié)構(gòu),形似兩個(gè)小端對(duì)接的喇叭管,前部喇叭管的錐度與氣流噴嘴外徑錐度一致,并與之構(gòu)造截面為一個(gè)軸向成銳角的環(huán)形窄縫。氣流染色時(shí),染液由主泵強(qiáng)制循環(huán),在噴嘴殼內(nèi)通過染液噴嘴噴出,與由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的通過風(fēng)道輸送至此處的氣流相混和,形成氣液兩相的混合物,染液噴嘴噴出的染液,在此處實(shí)際上有許多是珠狀顆粒染液。當(dāng)高壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流通過環(huán)形窄縫時(shí),由于通道突然變小使壓力陡增而產(chǎn)生很大的加速度,加速后具有很大的動(dòng)能,與因相同的原因在此處同樣具有很大動(dòng)能的珠狀染液相遇時(shí),將染液珠擊碎成霧狀而進(jìn)一步霧化,并使霧化的染液以一定的速度均勻地噴向運(yùn)行至喉管后喇叭部位的織物,而與織物充分地接觸和交換。喉管的最小截面處,正好是氣流噴嘴的出口處,當(dāng)織物從氣流噴嘴口出來以后,由于喉管后部是由縮變擴(kuò)的喇叭狀,通過氣流場(chǎng)的作用,織物會(huì)隨著喇叭形狀橫向漸張開并不斷地抖動(dòng),織物的這種張開和抖動(dòng),有利于與在此處相遇的霧狀染液充分接觸,同時(shí)也有利于染料接近和突破纖維界面層向纖維內(nèi)部擴(kuò)散。2.5分缸計(jì)量、化料和加料國外進(jìn)口的如德國的Then和Thies氣流染色機(jī),均有多個(gè)化料缸,有些并配有流量計(jì),可以自動(dòng)進(jìn)行酸、堿、鹽及染料的分缸計(jì)量、化料和加料,自動(dòng)化程度高,減少了加料過程中的人為干預(yù)因素,但這套系統(tǒng)的成本很高。國產(chǎn)氣流染色機(jī),考慮成本等因素,大都只配有一到二個(gè)化料缸,根據(jù)工藝的需要,編寫程序和PLC電腦控制,進(jìn)行酸、堿、鹽及染化料的線性或非線性比例加料。2.6染浴短、節(jié)能環(huán)保相對(duì)于傳統(tǒng)的染色機(jī),由于氣流染色時(shí)的浴比低,染浴量少,故所需要的熱能量相應(yīng)減少,所以所用的蒸汽也大量減少,同時(shí),需用的染色助劑,因染浴的減少而減少。另一方面,在其他條件相同情況下,染色時(shí),可以快速升溫或降溫至工藝需要的溫度,所以在一定程度上縮短了染程,節(jié)省了染色時(shí)間。因此說氣流染色節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保、高效。從設(shè)備本身來說,在相同的工藝條件下,設(shè)計(jì)熱交換器的熱交換面積可以小,從而降低了設(shè)備成本。熱交換系統(tǒng),配置比例控制閥和精確而敏感的溫度檢測(cè)元件,根據(jù)染色工藝的要求,由電腦控制,實(shí)現(xiàn)精確的比例升溫或降溫。2.7模擬量液位控制即儲(chǔ)液罐,設(shè)置在主缸體下面。氣流染色的染浴,除了織物所帶的那部分以外,都積存在過濾器內(nèi)?？梢酝ㄟ^壓差變送器和電腦進(jìn)行精確的模擬量液位控制。過濾器內(nèi)設(shè)有過濾網(wǎng),每次循環(huán)過的染液通過過濾后再參與下次的循環(huán),避免機(jī)內(nèi)雜物和織物處理時(shí)產(chǎn)生的絨毛、線頭等雜物進(jìn)入主泵和噴嘴造成堵塞而產(chǎn)生色花等染疵。2.8提布電機(jī)的控制作用提布輥的作用主要有兩點(diǎn):一是與風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量相匹配,輔助織物的運(yùn)行,控制織物的運(yùn)行速度,因此提布電機(jī)采用交流變頻控制;二是在織物入缸進(jìn)布時(shí)起導(dǎo)向作用,使織物有個(gè)理想的運(yùn)行軌跡,減小入布時(shí)的運(yùn)行阻力,避免織物進(jìn)入氣流噴嘴口時(shí)產(chǎn)生纏布堵布現(xiàn)象。提布輥采用星形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),表面光潔,以減小與織物的接觸面積和摩擦阻力,使織物運(yùn)行順暢而無損傷。2.9儲(chǔ)布槽布斗設(shè)計(jì)擺布斗設(shè)在主缸體后部,在噴嘴系統(tǒng)的喉管后部與染液進(jìn)行交換后的織物運(yùn)行至擺布斗,通過擺布使織物在儲(chǔ)布槽內(nèi)堆放有序,運(yùn)行順暢。根據(jù)織物在儲(chǔ)布槽的堆放情況,通過調(diào)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)調(diào)整織物擺幅,同時(shí),通過交流電機(jī)的變頻控制來調(diào)整與織物的運(yùn)行速度相匹配的擺布頻率,以適應(yīng)各種不同織物的堆放情況的需要。2.10對(duì)話界面的實(shí)現(xiàn)氣流染色機(jī)采用了先進(jìn)的工業(yè)電腦和一系列自動(dòng)控制系統(tǒng),自動(dòng)化程度高,有友好的人機(jī)對(duì)話界面。精確的液位控制、比例加料控制、比例升溫降溫控制、故障顯示和報(bào)警系統(tǒng)、傳動(dòng)電機(jī)的交流變頻控制,以及各種工藝曲線的設(shè)定、儲(chǔ)存、記憶、相互拷貝和參數(shù)填空式的輸入方式,使染色工藝條件受控,為實(shí)現(xiàn)織物的勻染和工藝重演創(chuàng)造了有利條件和保證。3流鉻技術(shù)條件的控制[1、2、3]3.1氣流染色過程中織物內(nèi)部液位的控制氣流染色的染浴是由參與交換使織物得色的染浴(實(shí)際上即織物本身的吸濕溶脹及纖維表面流動(dòng)所需的帶液量)和滿足主泵及管路系統(tǒng)循環(huán)使染液能快速達(dá)到溫度均勻和染化料濃度均勻的染浴兩部分組成,并不用來帶動(dòng)織物,故用水量少,因此浴比小。小浴比染色意味著在其他條件相同的情況下增大了染料與纖維接觸的概率,有利于染料的上染。同時(shí)由于助劑用量是隨著浴比的降低而減少的,因此大大減少了染色助劑用量。然而,小浴比染色時(shí)染浴的變化易于引起浴比的波動(dòng),而浴比的波動(dòng)會(huì)影響到助劑濃度或pH值,這對(duì)染色和染色工藝的重現(xiàn)性是非常不利的,因此氣流染色時(shí)控制浴比的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性顯得非常重要。在氣流染色的實(shí)際過程中,過濾器內(nèi)的液位可以預(yù)先設(shè)定,織物入缸前事先進(jìn)水至該水位,這部分液量,實(shí)際上就是上述滿足主泵和管路循環(huán)所需的染液量,是個(gè)恒定值。當(dāng)入布時(shí),由于織物的吸濕膨化會(huì)帶走部分液量而降低液位,這時(shí)通過自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開進(jìn)水閥門而進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水,直到織物完全入缸并吸濕膨化,待液位回到原來設(shè)定的水位后,補(bǔ)水自動(dòng)停止。這個(gè)織物入缸過程的補(bǔ)水量,實(shí)際上相當(dāng)于織物吸濕溶脹及表面流動(dòng)所需的帶液量。不同的織物其帶液量是不同的,因此在計(jì)算浴比時(shí),液量應(yīng)按上述液位的恒定值加上織物的帶液量來計(jì)算。對(duì)于每種織物,等重量的情況下各自的帶液量是恒定的,同時(shí),過濾器的液位通過差壓變送器和電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)也是可以精確控制的,因此,氣流染色可以完全控制浴比的準(zhǔn)確性。為了控制浴比的穩(wěn)定性,防止浴比的波動(dòng),染色過程中,盡量采用回液化料。然而在直接染料和活性染料染色時(shí),有時(shí)需加入較多的中性電解質(zhì),而回液中的染料在高濃度的電解質(zhì)中易聚積而產(chǎn)生染疵。為了避免產(chǎn)生染疵,可以先加電解質(zhì),用回流清水稀釋后,再加染料。但固色用的堿必須在染色后期加入,若用回液化料,染液中的染料在飽和堿液中析出而產(chǎn)生色漬、色點(diǎn)等染疵,因此,必須用清水在化料桶內(nèi)溶解稀釋后再打入缸內(nèi),這部分的液量引起的浴比的變化,如果影響到織物的得色深度時(shí),浴比的計(jì)算就應(yīng)考慮這部分染液。3.2染色時(shí)要注意織物表面的體氣流染色時(shí)的升溫過程中,通過快速循環(huán)染液使各處染液趨向瞬間的溫度均勻,然而,織物的溫度是在噴嘴系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行染液交換后獲得的,織物和染液之間實(shí)際上存在瞬間溫度差異,又由于織物本身也有一個(gè)循環(huán)周期,故織物各處的溫度事實(shí)上也存在瞬間差異。假如,染液的升溫速率為每2℃/min,織物的循環(huán)周期為2.5min,那么織物循環(huán)一圈后,織物首尾最大溫差就可能達(dá)到5℃,這個(gè)織物表面瞬間溫度的差異,就有可能造成染料上染差異而產(chǎn)生染色匹差或段差。在熱塑性纖維染色時(shí),如果在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度左右(此時(shí)上染速率迅速增加)升溫速度太快,就極易造成染色不勻。因此氣流染色的溫度控制,在升溫過程中染料快速上染的那段溫度范圍內(nèi)減小織物的瞬間溫度梯度,使織物各處的溫度趨于均勻是關(guān)鍵。降低升溫速率、提高染液的循環(huán)頻率和提高織物的運(yùn)行速度,是氣流染色時(shí)提高布面溫度均勻性而獲得勻染的一種重要措施。3.3添加化學(xué)品3.3.1對(duì)染料用量的影響氣流染色時(shí),因其浴比低,相對(duì)于傳統(tǒng)的溢流染色機(jī)染色,染液中染料濃度大大提高,這就意味著染料與織物接觸的概率大增,其結(jié)果,一是上染速率加快,二是提高了染料的上染率。因此,在參照溢流染色計(jì)算染料的用量時(shí),在同樣染色深度和布重的情況下,氣流染色的染料用量應(yīng)相應(yīng)減少。溶解化料時(shí),為了保證浴比的準(zhǔn)確性,盡量回液化料,如不能回液化料時(shí),應(yīng)注意到浴比的變化。3.3.2助劑用量的影響氣流染色時(shí),按浴比計(jì)算的助劑用量比溢流染色時(shí)大大減少。由于染液中染料濃度高,助劑的作用也明顯增強(qiáng)。因此,助劑的用量在考慮到對(duì)上染的作用外,還應(yīng)考慮到對(duì)染料的影響。一般情況下,氣流染色時(shí),如果在參照溢流染色工藝算出助劑的用量后,還應(yīng)再適當(dāng)折算減少其用量。助劑的溶解化料,要考慮浴比的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,同時(shí)要考慮到助劑加入時(shí)間、加入次數(shù)和加入次序。染料和助劑在化料桶內(nèi)溶解打入染缸后,均應(yīng)循環(huán)運(yùn)行5~10min,使其充分稀釋至染液各處濃度均勻后,再參與和織物的交換。3.3.3染色量的影響染料和助劑的用量計(jì)算出來以后,在實(shí)際使用中,應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的稱量。因?yàn)闅饬魅旧”鹊?如果稱量不準(zhǔn)確,就有可能造成染液中染料和助劑濃度的較大差異,對(duì)于酸、堿,稱量的不準(zhǔn)確,則有可能造成染液pH值變化,這些對(duì)于染色結(jié)果和重現(xiàn)性都是極為不利的。因此,染料或助劑的計(jì)量必須準(zhǔn)確。3.4染色速度和高度的影響織物循環(huán)周期的長(zhǎng)短,是由織物的運(yùn)行速度來決定的,并且不同的織物在染色時(shí),有不同的循環(huán)周期,也就是說,有些織物布速可快,如克重大的厚重織物,布速快,對(duì)織物的堆放,及其表面無影響。有些織物則不宜太快,像克重小的輕薄織物,因?yàn)樗俣忍?則意味著帶動(dòng)織物的風(fēng)量要大,而風(fēng)量太大,如滌綸短纖維、滌棉混紡及一些針織物易起毛起球。同時(shí),在擺布堆放時(shí),由于織物重量輕,太大的風(fēng)量易使織物飄起而導(dǎo)致堆放的無序造成壓布現(xiàn)象。因此氣流染色時(shí)必須進(jìn)行布速的控制。布速的控制是通過控制風(fēng)機(jī)風(fēng)量和提布輥速度來實(shí)現(xiàn)的,風(fēng)機(jī)風(fēng)量和提布輥速度均可以通過調(diào)節(jié)交流電機(jī)的頻率大小來調(diào)整。氣流染色時(shí),對(duì)于不同的織物,不同的布速,風(fēng)量和提布輥速度都有一個(gè)最佳匹配值,也就是說,對(duì)于控制實(shí)際布速,風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率總有一個(gè)最適合的提布輥電機(jī)頻率相對(duì)應(yīng)。如一些輕薄織物染色時(shí),要求實(shí)際風(fēng)量小,但布速又要求較快,此時(shí),可以通過降低風(fēng)機(jī)的電機(jī)頻率而提高提布輥電機(jī)頻率來實(shí)現(xiàn)。至于二者的最佳對(duì)應(yīng)值,需要我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中不斷探索和總結(jié)。4合溢流染色機(jī)的應(yīng)用從氣流染色機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特征來說,氣流染色機(jī)的應(yīng)用,應(yīng)該是靈活多變、織物適應(yīng)范圍廣的染色設(shè)備。除了可適合溢流染色機(jī)的加工范圍外,特別適用于一些高檔織物的加工,如Modal纖維織物、Lyocell纖維及其混紡織物、超細(xì)纖維織物、麻纖維織物等要求張力小、手感柔軟而豐滿的特色加工。同時(shí)還有些其他的特殊用途,如用于前處理中織物的煮練和漂白、滌綸或滌棉混紡的堿減量處理、Lyocell纖維的原纖化、彩虹染色及松式烘干和柔軟處理等等。4.1不同物質(zhì)對(duì)織物內(nèi)部滲透,有利于提高煮練或活化效果氣流染色機(jī)可完全滿足織物煮練和漂白的要求,特別是高溫高壓氣流染色機(jī)對(duì)棉、滌綸等織物的煮練和漂白的效果更好。因?yàn)樵诟邷馗邏旱沫h(huán)境下,一是利于加有表面活性劑、助練劑、漂白劑的煮練液或漂洗液潤濕織物向織物纖維內(nèi)部滲透,有助于去除各種雜質(zhì)和油劑,提高煮練或漂白的效果;二是在高溫高壓條件下,織物保持一定時(shí)間的運(yùn)行,實(shí)際上存在著汽蒸的過程,更有利于煮練和漂白勻透;同時(shí),織物由氣流帶動(dòng),低張力運(yùn)行,避免了產(chǎn)生折痕、緯斜、緯移和擦傷等疵病。并且,由于布液分離,可以進(jìn)行80℃以內(nèi)的高溫排放,不會(huì)對(duì)織物的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響,其熱浴噴淋式連續(xù)水洗方式,使煮練和漂白后殘留在織物表面的雜質(zhì)被沖洗后直接排出,水洗效果好,效率高。4.2控制均勻性高溫高壓氣流染色機(jī),還可以進(jìn)行滌綸或滌棉混紡等織物的堿減量處理。在堿減量加工時(shí),處理液的濃度和溫度均易于控制,能獲得均勻的減量率,且成品的手感、懸垂性和光澤都能達(dá)到滿意的效果。在使用氣流染色機(jī)做堿減