氣流染色機的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、氣流染色機的現(xiàn)狀與發(fā)展氣流染色機的現(xiàn)狀與發(fā)展PresentSituationandDevelopmentofAirFlowDyeingMachine一_Ir_文介紹了氣流染色機工作原理關(guān)鍵技術(shù)和特征,指出其不足之處,同時提出了解決方案,最后預測其發(fā)展趨勢.Theprinciple,keytechnologiesandfeaturesofairflowdyeingmachinehavebeenintroducedinthisarticleinadequateandsolutionshavealsobeenpointedout.Finally.thedevelopmenttrendhasbeenp

2、redicted.隨著能源及環(huán)保形勢的日益嚴峻,印染行業(yè)將面臨著生存與發(fā)展的挑戰(zhàn).傳統(tǒng)的印染工藝和技術(shù)裝備嚴重地阻礙了行業(yè)的發(fā)展,甚至威脅到企業(yè)的生存.如何將關(guān)系到民生的紡織產(chǎn)業(yè)健康,持續(xù)地發(fā)展下去,是擺在印染工作者面前的一個課題.氣流染色機就是在這一背景下發(fā)展起來的一種間歇式染色方法.與傳統(tǒng)的溢噴染色機相比,它具有顯著的節(jié)能減排效果,并且基本涵蓋了傳統(tǒng)的溢噴染色機所適應的織物品種范圍.對于一些新型纖維織物ILyocell,超細纖維織物等,更有其獨特的染色風格.此外,氣流染色機的一些結(jié)構(gòu)特點,為染料均勻上染織物提供非常有利的條件,加之所配置的一些先進控制技術(shù)作保證,使其染色的一次成功率在98%

3、以上,極大地減少了返工造成的能源浪費,并提高了生產(chǎn)效率.為此,了解和掌握氣流染色機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,可為設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計,染色工藝制訂及過程控制提供幫助和指導.1氣流染色機的工作原理氣流染色機采用了空氣動力學原理,以循環(huán)空氣替代水來牽引被染織物作循環(huán)運動,因而與傳統(tǒng)的溢噴染色機相比,染色浴比大為降低.氣流染色機中織物與染液的交換形式有兩種:一個是氣流霧化(確切地講,應該是染液細化),另一個是氣壓滲透.氣流霧化是先將染液通過特殊的噴嘴霧化并彌散在氣流中,然后這種帶有霧化染液的氣流與被染織物進行交換并牽引織物循環(huán).在交換的過程中,霧化染液對織物不僅接l作者簡介:劉江堅,男,1958年生,高級工程師,主

4、要從事染整機械_設(shè)計和開發(fā)工作.-作者單位:邵陽紡織機械有限責任公司技術(shù)中心.文/劉江堅觸面積大,而且對織物纖維具有較強的滲透力,加速染液向纖維內(nèi)部的擴散速度.德國THEN(特恩)氣流染色機的噴嘴就是采用這種形式.氣壓滲透形式是采用兩個噴嘴,即一個純氣流噴嘴,一個液流噴嘴.液流噴嘴在前,被染織物先經(jīng)過該噴嘴,與染液進行交換,然后經(jīng)過提布輥再進入氣流噴嘴,由氣流對染液向織物進行壓力滲透,在牽引織物循環(huán)的過程中加速染液向織物纖維的擴散速度.德國Thies(第斯)氣流染色機的噴嘴是采用這種形式.從目前應用情況來看,以氣流霧化形式的氣流染色機居多,并且具有較好的使用效果.本文也是以這種噴嘴形式的氣流染

5、色機進行討論.2氣流染色機的主要特征2.1低浴比氣流染色機與普通溢流或噴射染色機的最大不同點,就是能夠在非常低的浴比(1:4以下)條件下實現(xiàn)染色過程.然而,這種低浴比染色條件會帶來染料對織物上染率的變化.實驗表明,活性染料的直接性隨著染色浴比的降低而提高.就染色過程而言,在提高染料上染率的同時,還應保證較高的固色率,這是達到一定的顏色深度和色牢度的基本要求.氣流染色的低浴比條件,可以不需借助過多的促染劑和固色劑即可達到較高的固色率,而固色劑(如堿)的減少,又可以減少染料的水解.染料直接性的提高,可以減少對促染劑(如元明粉,食鹽等電解質(zhì))的依存性,提高上染率.不過,采用活性染料染色時,為了控制染

6、料的上染速率,氣流染色一般要考慮使用直接性較低的活性染料.2.2織物與染液的交換頻率高氣流染色仍屬于竭染.根據(jù)竭染的規(guī)律,被染織物必紡織導報ChinaTextileLeader-2010No.1131本期特藕(,)Q墮磐cD須與染液進行連續(xù)若干次交換次數(shù),才能夠完成染料的全過程上染,氣流染色也是依靠這種方式來達到染料對織物的上染目的.根據(jù)Beckmann的理論,噴射染色的最佳上染速率是:.=,XU式中,:織物每循環(huán)一圈時染料的上染率(%),一般經(jīng)驗取l%3%;U:織物和染液循環(huán)頻率之和.顯然單位時間內(nèi)織物與染液的交換次數(shù)越多,越有利于勻染和縮短染色過程的時間.如果存織物不產(chǎn)生過大張力的情況下,

7、提高織物的循環(huán)頻率或染液的循環(huán)頻率,既可以保證織物的均勻上染率,又能縮短染色時間.氣流染色機由于浴比較低,故染液的循環(huán)頻率很高,并且織物因帶液量低也可以在較高的速度下循環(huán).織物與染液的快速交換,為勻染帶來了有利條件,同時在一定的染色工藝支持下,完全可以實現(xiàn)陜速染色過程.2.3染液循環(huán)的動態(tài)分配對于一些纖維比表面積較大的織物,通常染料的上染率較快,如果控制不好就容易染花.所以為了保證勻染性,工藝上往往需要控制織物在每一個循環(huán)中染料的最大上染量.普通溢流或噴射染色機的織物運行速度是由染液噴射量來決定的,染液噴射量的降低就會使織物運行速度降下來,并且還會影響織物與染液的交換頻率.相比之下,氣流染色機

8、的織物循環(huán)是依靠氣流牽引的,染液的循環(huán)頻率可以根據(jù)工藝的需要進行獨立控制,在改變?nèi)疽簩椢锏墓┙o量時,并不影響織物的循環(huán)頻率.所以,可以根據(jù)織物特性和染色工藝,控制織物每一個循環(huán)中染料的上染量,保證深,淺顏色的質(zhì)量2.4染料對織物的上染變化由流體動力學得知,液體的運動粘度隨溫度的升高而降低,而空氣的運動粘度卻隨溫度的升高而提高.對氣流染色來說,隨溫度的升高,染液運動粘度的降低和氣體運動粘度的提高,更加有利于打破染液邊界層和減薄其厚度,加速染料的上染過程,從而縮短染色時間.與此同時,兩種流體的運動粘度變化,還為提高織物的運行速度提供了條件,也就是說,在循環(huán)風量不變(風機功率會增加)的情況下,空氣

9、粘度的增加提高了對織物的牽引力,使得織物運行速度加快.這樣的條件變化,更加有利于染料對織物的均勻上染.2.5溫度的分布氣流染色過程中的溫度變化仍然是以加熱或冷卻染液32來控制的.由于浴比較低,儲布槽內(nèi)織物及所吸附的染浴與自由染浴(循環(huán)染浴)處于分離狀態(tài),所以織物經(jīng)過噴嘴時的溫度總是要高于儲布槽內(nèi)織物的溫度,尤其是在快速升溫至130時,兩處的溫差可達10左右.如何控制染料在上染過程中對總體織物的均勻性,對氣流染色機來說是非常重要的.通常需要通過染液旁通循環(huán),以及升溫速率和織物的循環(huán)速度來控制.因此,織物與染液的快速交換,不僅是染料對織物上染量的均勻分布控制要求,同時也是織物獲得均勻溫度分布的重要

10、控制手段.2.6織物的汽蒸過程在染整濕加工過程中,為了保證被加工織物纖維與助劑的充分反應,往往對織物采用一個汽蒸過程.這樣可以使織物纖維充分膨潤,加快助劑向織物纖維內(nèi)部的擴散和反應速度.在氣流染色機中,織物在儲布槽內(nèi)不浸在染浴中,在處理的過程中,織物經(jīng)過噴嘴后落入儲布槽中實際上是受到了一個類似于汽蒸的過程.這對提高織物纖維的膨潤性以及加速助劑向織物纖維的滲透和擴散起到了很重要的作用,其結(jié)果是不僅縮短了處理時間,同時還提高了處理效果,具有高效短流程特點.3氣流染色機的關(guān)鍵技術(shù)與其他間歇式染色機一樣,氣流染色機能夠滿足染色工藝條件,其原理,結(jié)構(gòu)和功能也是建立在一定的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)之上.從機器的設(shè)計和

11、制造角度來看,具有以下幾項關(guān)鍵技術(shù).3.1空氣動力循環(huán)系統(tǒng)氣流是牽引織物循環(huán)的主要動力源,同時還兼有織物對染料均勻和加速吸附的作用.通常由風機,氣流噴嘴,氣流風道和過濾裝量等組成一個封閉循環(huán)系統(tǒng).風機一般采用高壓離心風機,并有足夠大的風量.其安裝形式有內(nèi)置式和外置式兩種.內(nèi)置式結(jié)構(gòu)緊湊,風道沿程阻力損失小;外量式占地空間較大,局部阻力損失小.風機的額定功率一般設(shè)計得比較大,主要是考慮到克重大的織物需要保證足夠大的風量牽引.而對中厚以下織物的風量,通過變頻控制到80%以下;如果是輕薄織物,風量甚至可用到50%.此外,氣流對織物還可產(chǎn)生擴展效果,不斷改變織物的繩狀位置,以避免織物褶皺的產(chǎn)生.3.2

12、染液循環(huán)系統(tǒng)染液循環(huán)系統(tǒng)是為完成染液上染織物過程而設(shè)置的.染料在織物每一個循環(huán)中的上染量,織物所含帶的染液與主體染液的溫度差和濃度差,都是由染液循環(huán)系統(tǒng)來控紡織導報ChinaTextileLeader?2010No11本期特稿Q.竺c制.由于氣流染色機的浴比極低,染液的濃度相對較高,對溫度和濃度的變化非常敏感,因此,必須通過系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制來保證整個染液系統(tǒng),在溫度變化(升,降溫)和濃度變化(加料)時的均勻性.3.3水洗受控氣流染色染色機的浴比很低,采用的是連續(xù)式水洗方式,并且對水洗過程分階段進行水流和溫度的控制.染色剛結(jié)束時,織物纖維表面上主要分布著未上染的染料,水解染料和電解質(zhì),必須采用強

13、烈的水流沖刷才能加快它們與織物纖維的剝離速度.通常加大噴嘴噴射壓力(主泵電機通過變頻提高轉(zhuǎn)速),織物連續(xù)循環(huán)23圈即可達到要求.在強烈水流對織物表面污物作用后,第二階段就是以溫度的作用,將纖維內(nèi)部的水解染料去除.這種溫度作用效應,也是提高水洗效率不可缺少的控制部分.由于纖維內(nèi)部孔道上也存在水解染料,水流作用不能使其脫離纖維,所以必須提高溫度,擴大纖維內(nèi)部孔隙,加大分子向纖維外遷移的動能,并將其從纖維表面解吸下來.當完成前面兩個控制階段后,織物纖維內(nèi)外的大部分污物已脫離,但還有一部分附在織物表面上,這時只要用較低水流和溫度即可去除.這一過程控制實際上是一種受控過程,是低浴比水洗達到最佳效果的主要

14、手段.3.4染色過程控制實現(xiàn)染色工藝必須對染色過程進行控制.染液的溫度,染料和助劑的注入,都是對染色過程實施控制的手段.相對溢噴染色機浴比較大的條件而言,氣流染色機的低浴比條件,對這些控制手段的精度要求更高.除此之外,空氣在常溫和高溫下的密度變化,熱塑纖維在高溫條件下收縮,也會影響到織物最初設(shè)定的循環(huán)頻率.對于這些變化,只要有可能影響到織物的勻染性,就應該實施過程控制.通過對織物運動檢測,由PLCIJ電腦進行動態(tài)控制.染色過程控制,已經(jīng)涉及到了染液循環(huán)比例分配,對織物進行高給量和低給量的控制.根據(jù)被染織物纖維比表面積大小的不同,以及染色與水洗所需水量的不同,可控制織物的帶液量,以保證上染速率快

15、的織物在最短的時問內(nèi)達到最佳的勻染效果.超細纖維織物在這種條件下染色的效果要比溢噴染色更好,并且一次成功率很高.所以,染色過程控制是氣流染色機有一項關(guān)鍵技術(shù),必須與染化料,織物纖維和染色工藝密切結(jié)合起來,形成一個軟件控制系統(tǒng),而不是簡單的幾個動作控制.4氣流染色機的常見問題及解決方法任何染色機都不可避免存在一些自身的缺陷,尤其是氣流染色機作為一項新技術(shù)更不例外,過去的十幾年基本上是處于試驗探索之中,也正是經(jīng)歷了這個過程才有T4天成熟技術(shù)的出現(xiàn).然而,氣流染色機在日常使用過程中依舊存在以下問題.4-1織物的擦傷和起毛現(xiàn)象在氣流染色過程中,織物的運行速度相對較快,當進入噴嘴和導布管時,雖然接觸到染

16、液,但不像溢噴染色那樣能夠完全被包圍在染液中.因此,織物表面與管壁之間產(chǎn)生了較大摩擦力,嚴重時將織物表面擦傷.設(shè)計者曾試圖通過氣流形成一個氣墊,將織物包圍起來,但事實上并非如此.織物的起毛或起球現(xiàn)象,除織物纖維強力和抗撓曲性能高,暴露的紗線表面積大(如針織物)外,大多是由于外界的機械作用(拉伸,摩擦)所促成的.所以,目前解決的辦法是,提高設(shè)備內(nèi)表面的制造精度,工藝上采取適當降低織物運行速度,添加平滑劑等措施加以消除或改善.4.2織物的折痕氣流染色機通常布速較快,其目的是提高織物與染液的交換頻率,保證勻染性,縮短織物在儲布相對靜態(tài)的停滯時間,避免織物產(chǎn)生折痕.但是,有些輕薄高支高密長絲類織物,布

17、速過快時,容易出現(xiàn)擦傷;而布速慢時,則會產(chǎn)生折痕.對此情況,需要確定一個合適的布速.有些針織物可能出現(xiàn)的折痕(縱向),是因為針織物在紡織過程中形成較大的內(nèi)應力,如果外界經(jīng)向張力過大,就容易產(chǎn)生經(jīng)向折痕,而且在第一次遇水加工(如前處理)中就形成了.在接下來的染色過程中,染料在折痕處的吸附量有差異,形成深淺不一的痕跡.要避免或減少這種現(xiàn)象出現(xiàn),在前處理過程中,必須通過風量與提布輥線速度的匹配關(guān)系,讓織物離開導布管后有一個擴展過程,不斷改變束狀位置,使得折疊處迅速展開.只要經(jīng)歷一次這種過程,織物沒有形成永久性折痕,那么在以后加工過程中就不會再形成折痕了04.3織物色牢度降低從理論上講,采用活性染料染

18、色,織物經(jīng)氣流染色后的各項色牢度指標高于普通溢噴染色,這也被大多數(shù)使用過的染廠所證實.但是有個別染廠特別是沒有真正掌握氣流染色機的廠家,出現(xiàn)了染色牢度下降的現(xiàn)象.其實這完全是沒有根據(jù)氣流染色機特點去設(shè)計染色工藝,而是簡單套用普通溢噴染色機的工藝所致.其原因主要是染色工藝時間紡織導報ChinaTextileLeader?2010No.11過長,將已經(jīng)達到了勻染的時間誤以為還不夠,結(jié)果造成了已與纖維形成化學鍵的染料又斷鍵,而在水洗時又沒有得到有效充分去除.因此,制訂適于氣流染色的工藝是非常重要的,尤其是時間的控制,一定要考慮到同種染料和被染織物染同一顏色,氣流染色的時間比普通溢噴染色時間短,因為織

19、物與染液的交換頻率高,完成相同交換次數(shù)所用的時間短.5氣流染色機在應用中的不足盡管目前有許多制造商在研發(fā)氣流染色機,但真正掌握其核心技術(shù)的確寥寥無幾,更談不上研發(fā)實驗的經(jīng)歷.這種狀況不僅給使用者的選擇帶來了困難,而且對真正技術(shù)上成熟的氣流染色機的應用推廣也產(chǎn)生了阻力.從目前應用中反映出比較突出的問題有以下幾點.5-1對氣流染色機的理解程度如何正確理解氣流染色機的工作原理,以結(jié)構(gòu)和控制方法去實現(xiàn)氣流染色過程,是氣流染色機開發(fā)者所必須面對的首要問題.目前有一部分制造商簡單地將風機裝機容量降低,不考慮風量和風壓的關(guān)系,對外聲稱他們的機器功率消耗比別人低,結(jié)果使織物的品種和克重適用范圍大大縮小.實際上

20、,氣流染色機的風機額定功率,是從滿足絕大部分織物染色工藝而設(shè)計的,尤其是超細旦織物,高支高密織物必須加快與染液的交換頻率,否則,會出現(xiàn)上染不均勻現(xiàn)象.對于常規(guī)織物可以縮短工藝時間,適當降低風機頻率,再配合一定的工藝優(yōu)化,也就能夠降低電能的消耗.實踐證明,技術(shù)成熟的氣流染色機的染色一次成功率在98%以上,遠高于普通溢噴染色機.這實際上也是減少了返修所造成的能耗.因此,對氣流染色機的理解是建立在全面理解染色全過程的理論和實踐基礎(chǔ)上的,而不是簡單地模仿或想當然.5.2設(shè)備的工藝試驗經(jīng)歷在對設(shè)備原理和結(jié)構(gòu)理解的基礎(chǔ)上,設(shè)計滿足原理的機械結(jié)構(gòu)和控制條件,尋求適于氣流染色的工藝方法,是氣流染色機研發(fā)的必由

21、之路.一些成功的氣流染色機制造商,不管是原創(chuàng)的還是在一定消化吸收基礎(chǔ)上的,都經(jīng)歷過漫長的試驗過程,并總結(jié)了自己的實踐經(jīng)驗.少數(shù)設(shè)備制造商僅僅靠弄些別人的設(shè)計圖紙,挖幾個設(shè)計人員,而沒有自己的研發(fā)和實驗過程經(jīng)歷的制造方法,是不可能在短時間內(nèi)獲得成功的.現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了不少這種現(xiàn)象,結(jié)果是擾亂了氣流染色機市場,誤導使用者,給成熟的氣流染色機應用推廣帶來了阻礙.5.3氣流染色技術(shù)的應用指導氣流染色作為一項新的染色技術(shù),在沒有為大多數(shù)人所掌握之前,設(shè)備制造商有責任和義務(wù)向使用者進行技術(shù)指導和幫助.對于成熟的氣流染色工藝應該在行業(yè)里普及推對于設(shè)備的潛在功能,設(shè)備制造商應該聯(lián)合染化料供應商,染色工藝研究機構(gòu)

22、共同開發(fā).并且在染色工藝的開發(fā)過程中不斷完善或再增加新的功能,使氣流染色機的性能和功能進一步得到提高或拓展.5.4落后技術(shù)裝備和染色工藝的阻礙在落后染色機充斥市場的環(huán)境下,先進技術(shù)裝備的應用推廣存在很大阻力,主要體現(xiàn)在設(shè)備的價格上.氣流染色機雖有諸多的優(yōu)點,但畢竟由于設(shè)備的制造水平要求高,需要一些必要的加工設(shè)備來作保證,加工成本遠高于普通溢噴染色機,所以不是一般的印染廠所能夠承受或者愿意接受的.相比之下,一些落后設(shè)備的制造商,為了自己的眼前利益,以低成本推銷技術(shù)性能落后的染色機,嚴重阻礙氣流技術(shù)的應用推廣.因此,氣流染色機的應用推廣必須以淘汰落后的技術(shù)裝備為前提.5.5缺乏氣流染色工藝相對普通

23、溢噴染色工藝而言,氣流染色由于出現(xiàn)得比較晚,應用還不是很普及,所以,真正掌握它的人并不多.事實上,氣流染色與溢噴染色有很大的區(qū)別,首先是浴比存在很大的差異.實驗表明,在極低浴比條件下,染料的直接性(尤其是活性染料),對電解質(zhì)的依存性,染料的上染率,與大浴比條件下的情況是有很大差異的;其次是織物與染液的交換方式不同,它直接反映出勻染性和染色過程的時間.如果完全套用浴比較大的溢噴染色工藝,那么必然導致這樣的結(jié)果:活性染料產(chǎn)生大量水解,已結(jié)合的染料斷鍵,造成色牢度下降,織物運行時間過長出現(xiàn)布面起毛現(xiàn)象.所以,開發(fā)適于氣流染色的工藝是非常重要的,尤其是進行常規(guī)織物的染色加工,就更需要采用適合氣流染色的

24、工藝.6氣流染色機的發(fā)展趨勢在有水染色工藝中,氣流染色機作為一種具有高效,節(jié)能和環(huán)保特性的新機型,在未來的印染行業(yè)發(fā)展過程中一定能夠起到積極的作用,至少可以逐步取代傳統(tǒng)浴比較大的溢噴染色機.氣流染色機在完善自身一些結(jié)構(gòu)和性能的同時,還有更多的功能有待于去拓展或開發(fā).6.1開發(fā)完全適于氣流染色的工藝為了充分發(fā)揮出氣流染色機的優(yōu)勢,必須結(jié)合氣流染色機的特點,開發(fā)出與其相應的染色工藝,并且不斷擴展染色工藝適用范圍.這里需要設(shè)備,染化料,織物纖維和染色工藝幾方面的密切配合,將各自的適應條件和要求進行最佳組合,然后形成智能化的軟件控制程序,使用者只要按照指令要求輸入相關(guān)的基本已知參數(shù)即可由設(shè)備自動完成.

25、隨著新型紡織材料的不斷出現(xiàn),以及紡織品功能性要求的提高,還要開發(fā)滿足這些整理要求的氣流染色工藝和設(shè)備功能.6.2實現(xiàn)動態(tài)質(zhì)量控制這部分的發(fā)展要求是,除溫度和加料實現(xiàn)自動控制外,還可以通過模擬量液位的檢測裝置,根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和預設(shè)定參數(shù),制定出最佳的運行時間和工藝條件(包括水和蒸汽的消耗);同時,對不同織物的克重和長度,可自動設(shè)定布速,浴比等參數(shù),充分保證織物的勻染性和工藝的重現(xiàn)陛.36這是一種智能型控制系統(tǒng),也稱為DQC(DynamicQualityControl,動態(tài)質(zhì)量控制)系統(tǒng).6.3用于織物整理織物的整理是提高服用性的一道工藝,在現(xiàn)代紡織品中占有越來越重要的地位.利用氣流染色機的氣流對織物作用,