气流染色技术的发展与应用

气流染色技术的发展与应用

气流染色是在今天节能环保意识的基础上发展起来的一种染色方法。在中国，由于气流染料机和气流染色技术的起步和开发较晚，目前能够成功有效开发和制造气流染色机的制造商很少，能够应用气流染色技术的染料公司也相对较少。因此，在促进和应用气流染色机的应用研究和开发方面具有重要意义。1气流场的作用气流染色,除了喷射染色那样的织物和染液均作不断的循环运动外,还有空气流的循环流动。它是利用空气动力学的原理,通过离心式高压风机产生的高速气流,经喷嘴雾化染液,雾化后的染液喷向织物,使织物得色并带动织物运行。在染色过程中,高速气流的主要作用:一是通过喷嘴进行染液雾化,使雾化后的染液喷向织物,气压渗透,织物与染液接触充分,同时,由于气流场的作用,织物会不断受到气流对它的揉曲和抖动而改变运行过程中的位置和截面形状,气流对织物的这种作用,有利于染液接近和突破织物纤维界面层,使织物易得色和匀染,并且有利于释放织物加工中产生的应力,因此织物无折痕,加工后的织物手感柔软而丰满;二是作为牵引织物的动力,带动织物运行,由于气体密度低,产生的阻力小,所以织物运行的速度快,张力小,无损伤。2气流染料机的主要结构2.1槽衬的染液一般为卧式结构,材料为耐酸碱腐蚀的不锈钢。内设储布槽,储布槽衬有光滑的聚四氟乙烯管,槽内不存放染液。聚四氟乙烯管表面的摩擦系数低,同时又由于储布槽截面为变径圆弧设计,堆置有序的绳状织物可以依靠自重自动向前滑行,因此不会缠布、堵布和打结。2.2从交换至循环由主循环泵及相关管路、控制阀等组成。染液通过主循环泵强制循环,主泵马达由交流变频控制,以满足不同的染液循环频率的需要。染色时,一部分染浴通过染液喷嘴喷出,与高压风机产生的空气流进行气液两相的混合,然后经过气流喷嘴进一步雾化后喷向织物进行交换,交换过的染液由织物纤维表面析出,从储布槽聚四氟乙烯管之间的间隙流至底部的过滤器(又称储液罐)后,再参与下一次的循环。另一部分的染浴通过一个旁路,直接输送到过滤器内进行循环。因此,气流染色时的染浴,实际上是由两部分组成的,即满足织物纤维吸湿溶胀及交换的染浴和满足主泵及管路循环的染浴,前一部分染浴传递布面温度和使织物得色,经交换后再流到过滤器,从交换到参与下次循环所需的时间稍长。后一部分染浴直接回到过滤器,循环频率高,这部分染浴的快速循环,使染液的温度以及染化料的浓度能很快地达到均匀。2.3染色风道的设计由高压离心风机、气流风道、气流过滤风管、气流喷嘴等组成。风机是气流染色机的心脏,在很大程度上,风机性能的好坏,决定了气流染色机的好坏。风机产生的高速气流由风道进入到喷嘴系统,通过喷嘴系统雾化染液,并带动织物运行。织物运行的速度,可以通过调节风机产生的风量和与之相匹配的提布辊速度来控制。由于不同的织物在染色时,工艺所要求的风量和布速是不一样的,因此风机的设计,采用了电机交流变频控制,以满足各种不同克重织物的需要。同时,传动轴的密封性要好,轴承温升要低,运转应平稳,且噪音低,振动小,这些都与设计、制造、安装和使用过程中的维护等有关。气流风道的设计,则要考虑减少沿程损失和达到静态平衡时每管风量分配的均衡性。过滤风管起到阻止织物加工过程中的一些绒毛或其他污物进入气流循环的作用,应有足够的过滤面积和过流面积。2.4喉管内的染液分离喷嘴系统是气流染色机的关键部件,主要由染液喷嘴、气流喷嘴、喉管和喷嘴壳等组成。气流喷嘴的材料一般为耐腐蚀的聚四氟乙烯。设计结构上,一是要考虑到拆装方便,当根据织物束径大小需要更换不同口径的喷嘴时便于拆换;二是密封性要好,防止染液泄漏。如果密封性不好,不仅会影响到染液雾化的效果,而且由于各管泄漏的差异有可能产生染色管差。在喷嘴壳内,喉管设计成轴向截面为由扩渐缩再由缩渐扩的结构,形似两个小端对接的喇叭管,前部喇叭管的锥度与气流喷嘴外径锥度一致,并与之构造截面为一个轴向成锐角的环形窄缝。气流染色时,染液由主泵强制循环,在喷嘴壳内通过染液喷嘴喷出,与由风机产生的通过风道输送至此处的气流相混和,形成气液两相的混合物,染液喷嘴喷出的染液,在此处实际上有许多是珠状颗粒染液。当高压风机产生的气流通过环形窄缝时,由于通道突然变小使压力陡增而产生很大的加速度,加速后具有很大的动能,与因相同的原因在此处同样具有很大动能的珠状染液相遇时,将染液珠击碎成雾状而进一步雾化,并使雾化的染液以一定的速度均匀地喷向运行至喉管后喇叭部位的织物,而与织物充分地接触和交换。喉管的最小截面处,正好是气流喷嘴的出口处,当织物从气流喷嘴口出来以后,由于喉管后部是由缩变扩的喇叭状,通过气流场的作用,织物会随着喇叭形状横向渐张开并不断地抖动,织物的这种张开和抖动,有利于与在此处相遇的雾状染液充分接触,同时也有利于染料接近和突破纤维界面层向纤维内部扩散。2.5分缸计量、化料和加料国外进口的如德国的Then和Thies气流染色机,均有多个化料缸,有些并配有流量计,可以自动进行酸、碱、盐及染料的分缸计量、化料和加料,自动化程度高,减少了加料过程中的人为干预因素,但这套系统的成本很高。国产气流染色机,考虑成本等因素,大都只配有一到二个化料缸,根据工艺的需要,编写程序和PLC电脑控制,进行酸、碱、盐及染化料的线性或非线性比例加料。2.6染浴短、节能环保相对于传统的染色机,由于气流染色时的浴比低,染浴量少,故所需要的热能量相应减少,所以所用的蒸汽也大量减少,同时,需用的染色助剂,因染浴的减少而减少。另一方面,在其他条件相同情况下,染色时,可以快速升温或降温至工艺需要的温度,所以在一定程度上缩短了染程,节省了染色时间。因此说气流染色节水、节能、环保、高效。从设备本身来说,在相同的工艺条件下,设计热交换器的热交换面积可以小,从而降低了设备成本。热交换系统,配置比例控制阀和精确而敏感的温度检测元件,根据染色工艺的要求,由电脑控制,实现精确的比例升温或降温。2.7模拟量液位控制即储液罐,设置在主缸体下面。气流染色的染浴,除了织物所带的那部分以外,都积存在过滤器内。可以通过压差变送器和电脑进行精确的模拟量液位控制。过滤器内设有过滤网,每次循环过的染液通过过滤后再参与下次的循环,避免机内杂物和织物处理时产生的绒毛、线头等杂物进入主泵和喷嘴造成堵塞而产生色花等染疵。2.8提布电机的控制作用提布辊的作用主要有两点:一是与风机产生的风量相匹配,辅助织物的运行,控制织物的运行速度,因此提布电机采用交流变频控制;二是在织物入缸进布时起导向作用,使织物有个理想的运行轨迹,减小入布时的运行阻力,避免织物进入气流喷嘴口时产生缠布堵布现象。提布辊采用星形结构设计,表面光洁,以减小与织物的接触面积和摩擦阻力,使织物运行顺畅而无损伤。2.9储布槽布斗设计摆布斗设在主缸体后部,在喷嘴系统的喉管后部与染液进行交换后的织物运行至摆布斗,通过摆布使织物在储布槽内堆放有序,运行顺畅。根据织物在储布槽的堆放情况,通过调节连杆机构调整织物摆幅,同时,通过交流电机的变频控制来调整与织物的运行速度相匹配的摆布频率,以适应各种不同织物的堆放情况的需要。2.10对话界面的实现气流染色机采用了先进的工业电脑和一系列自动控制系统,自动化程度高,有友好的人机对话界面。精确的液位控制、比例加料控制、比例升温降温控制、故障显示和报警系统、传动电机的交流变频控制,以及各种工艺曲线的设定、储存、记忆、相互拷贝和参数填空式的输入方式,使染色工艺条件受控,为实现织物的匀染和工艺重演创造了有利条件和保证。3流铬技术条件的控制[1、2、3]3.1气流染色过程中织物内部液位的控制气流染色的染浴是由参与交换使织物得色的染浴(实际上即织物本身的吸湿溶胀及纤维表面流动所需的带液量)和满足主泵及管路系统循环使染液能快速达到温度均匀和染化料浓度均匀的染浴两部分组成,并不用来带动织物,故用水量少,因此浴比小。小浴比染色意味着在其他条件相同的情况下增大了染料与纤维接触的概率,有利于染料的上染。同时由于助剂用量是随着浴比的降低而减少的,因此大大减少了染色助剂用量。然而,小浴比染色时染浴的变化易于引起浴比的波动,而浴比的波动会影响到助剂浓度或pH值,这对染色和染色工艺的重现性是非常不利的,因此气流染色时控制浴比的准确性和稳定性显得非常重要。在气流染色的实际过程中,过滤器内的液位可以预先设定,织物入缸前事先进水至该水位,这部分液量,实际上就是上述满足主泵和管路循环所需的染液量,是个恒定值。当入布时,由于织物的吸湿膨化会带走部分液量而降低液位,这时通过自动控制系统会自动打开进水阀门而进行自动补水,直到织物完全入缸并吸湿膨化,待液位回到原来设定的水位后,补水自动停止。这个织物入缸过程的补水量,实际上相当于织物吸湿溶胀及表面流动所需的带液量。不同的织物其带液量是不同的,因此在计算浴比时,液量应按上述液位的恒定值加上织物的带液量来计算。对于每种织物,等重量的情况下各自的带液量是恒定的,同时,过滤器的液位通过差压变送器和电脑自动控制系统也是可以精确控制的,因此,气流染色可以完全控制浴比的准确性。为了控制浴比的稳定性,防止浴比的波动,染色过程中,尽量采用回液化料。然而在直接染料和活性染料染色时,有时需加入较多的中性电解质,而回液中的染料在高浓度的电解质中易聚积而产生染疵。为了避免产生染疵,可以先加电解质,用回流清水稀释后,再加染料。但固色用的碱必须在染色后期加入,若用回液化料,染液中的染料在饱和碱液中析出而产生色渍、色点等染疵,因此,必须用清水在化料桶内溶解稀释后再打入缸内,这部分的液量引起的浴比的变化,如果影响到织物的得色深度时,浴比的计算就应考虑这部分染液。3.2染色时要注意织物表面的体气流染色时的升温过程中,通过快速循环染液使各处染液趋向瞬间的温度均匀,然而,织物的温度是在喷嘴系统内进行染液交换后获得的,织物和染液之间实际上存在瞬间温度差异,又由于织物本身也有一个循环周期,故织物各处的温度事实上也存在瞬间差异。假如,染液的升温速率为每2℃/min,织物的循环周期为2.5min,那么织物循环一圈后,织物首尾最大温差就可能达到5℃,这个织物表面瞬间温度的差异,就有可能造成染料上染差异而产生染色匹差或段差。在热塑性纤维染色时,如果在玻璃态转化温度左右(此时上染速率迅速增加)升温速度太快,就极易造成染色不匀。因此气流染色的温度控制,在升温过程中染料快速上染的那段温度范围内减小织物的瞬间温度梯度,使织物各处的温度趋于均匀是关键。降低升温速率、提高染液的循环频率和提高织物的运行速度,是气流染色时提高布面温度均匀性而获得匀染的一种重要措施。3.3添加化学品3.3.1对染料用量的影响气流染色时,因其浴比低,相对于传统的溢流染色机染色,染液中染料浓度大大提高,这就意味着染料与织物接触的概率大增,其结果,一是上染速率加快,二是提高了染料的上染率。因此,在参照溢流染色计算染料的用量时,在同样染色深度和布重的情况下,气流染色的染料用量应相应减少。溶解化料时,为了保证浴比的准确性,尽量回液化料,如不能回液化料时,应注意到浴比的变化。3.3.2助剂用量的影响气流染色时,按浴比计算的助剂用量比溢流染色时大大减少。由于染液中染料浓度高,助剂的作用也明显增强。因此,助剂的用量在考虑到对上染的作用外,还应考虑到对染料的影响。一般情况下,气流染色时,如果在参照溢流染色工艺算出助剂的用量后,还应再适当折算减少其用量。助剂的溶解化料,要考虑浴比的准确性和稳定性,同时要考虑到助剂加入时间、加入次数和加入次序。染料和助剂在化料桶内溶解打入染缸后,均应循环运行5~10min,使其充分稀释至染液各处浓度均匀后,再参与和织物的交换。3.3.3染色量的影响染料和助剂的用量计算出来以后,在实际使用中,应进行准确的称量。因为气流染色浴比低,如果称量不准确,就有可能造成染液中染料和助剂浓度的较大差异,对于酸、碱,称量的不准确,则有可能造成染液pH值变化,这些对于染色结果和重现性都是极为不利的。因此,染料或助剂的计量必须准确。3.4染色速度和高度的影响织物循环周期的长短,是由织物的运行速度来决定的,并且不同的织物在染色时,有不同的循环周期,也就是说,有些织物布速可快,如克重大的厚重织物,布速快,对织物的堆放,及其表面无影响。有些织物则不宜太快,像克重小的轻薄织物,因为速度太快,则意味着带动织物的风量要大,而风量太大,如涤纶短纤维、涤棉混纺及一些针织物易起毛起球。同时,在摆布堆放时,由于织物重量轻,太大的风量易使织物飘起而导致堆放的无序造成压布现象。因此气流染色时必须进行布速的控制。布速的控制是通过控制风机风量和提布辊速度来实现的,风机风量和提布辊速度均可以通过调节交流电机的频率大小来调整。气流染色时,对于不同的织物,不同的布速,风量和提布辊速度都有一个最佳匹配值,也就是说,对于控制实际布速,风机电机频率总有一个最适合的提布辊电机频率相对应。如一些轻薄织物染色时,要求实际风量小,但布速又要求较快,此时,可以通过降低风机的电机频率而提高提布辊电机频率来实现。至于二者的最佳对应值,需要我们在实际应用中不断探索和总结。4合溢流染色机的应用从气流染色机的工作原理和结构特征来说,气流染色机的应用,应该是灵活多变、织物适应范围广的染色设备。除了可适合溢流染色机的加工范围外,特别适用于一些高档织物的加工,如Modal纤维织物、Lyocell纤维及其混纺织物、超细纤维织物、麻纤维织物等要求张力小、手感柔软而丰满的特色加工。同时还有些其他的特殊用途,如用于前处理中织物的煮练和漂白、涤纶或涤棉混纺的碱减量处理、Lyocell纤维的原纤化、彩虹染色及松式烘干和柔软处理等等。4.1不同物质对织物内部渗透,有利于提高煮练或活化效果气流染色机可完全满足织物煮练和漂白的要求,特别是高温高压气流染色机对棉、涤纶等织物的煮练和漂白的效果更好。因为在高温高压的环境下,一是利于加有表面活性剂、助练剂、漂白剂的煮练液或漂洗液润湿织物向织物纤维内部渗透,有助于去除各种杂质和油剂,提高煮练或漂白的效果;二是在高温高压条件下,织物保持一定时间的运行,实际上存在着汽蒸的过程,更有利于煮练和漂白匀透;同时,织物由气流带动,低张力运行,避免了产生折痕、纬斜、纬移和擦伤等疵病。并且,由于布液分离,可以进行80℃以内的高温排放,不会对织物的正常运行产生影响,其热浴喷淋式连续水洗方式,使煮练和漂白后残留在织物表面的杂质被冲洗后直接排出,水洗效果好,效率高。4.2控制均匀性高温高压气流染色机,还可以进行涤纶或涤棉混纺等织物的碱减量处理。在碱减量加工时,处理液的浓度和温度均易于控制,能获得均匀的减量率,且成品的手感、悬垂性和光泽都能达到满意的效果。在使用气流染色机做碱减