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            如何科學的設定染色升溫速率?
            2022年11月02日 11:25 www.m-customers.com

            浸染染色工藝設定升溫曲線時,其升溫速率的快慢設定依據是要花最少的時間達到勻染的效果,大部分染廠都是靠染色工程師(師傅)憑借經驗積累的數據,為了從理論上更準確的計算最佳的升溫速率,以下文章將更專業的來指導染色工藝的設定。

             

            一、吸盡染色的勻染性
            采用間歇式染色時,想要獲得良好的勻染效果,需要注意以下兩點:

            (1)在吸盡階段使纖維表面的染料階段性增加,保持均等分配。
            (2)使吸附的染料均勻地向纖維內部擴散。

            要想在短時間內獲得勻染效果,必須通過有效控制上述2個過程來實現短時間內的染料的纖維內部的均等分配。

            (1)的使染料在纖維表面均等分配,其作為有效的勻染手段,起著重要的作用。為此,在染色過程中,必須采用與纖維的染料吸附速度相對應的速度(上染速度),向纖維的各部分均勻地進行染料供給。

            染色速度較快時,最終吸盡也能較快達成,染色時間短。但是,染色速度超過染料供給速度時,就會造成分配不均,產生不勻染現象。如果染料可快速提供,那么,染色速度可設為快速。

            所謂染料供給是指使存在于染浴中無法被纖維吸收的領域中的染料,向能被纖維吸收的領域移動,順暢地進行染料供給之意。換言之,染料供給是染浴中與被染物接觸的染液中的染料的含量,由于上染而減少,此時,通過總染液中的染料立刻予以補充。

            由于染色速度是由染浴的環境條件(比如,溫度、pH值、鹽類及助劑等)來決定,為此,可通過調整染色條件來控制。另一方面,染料供給可通過染浴的物理條件(染浴的攪拌、流量、布匹的循環速度等)的設定來進行管理。

            所以,控制染色速度與染料的供給,保持最佳平衡,即可獲得良好的勻染效果。

            二、被染物所占的染浴領域
            首先,假設染色用的染浴是靜止狀態,被染物均勻分布于染浴中,染液中的染料呈均等分配狀態,并且染浴中的染料擴散不受任何阻礙,可自由進行。

            那么,即使被染物和染料同時處于靜止狀態,被染物的染料吸附速度(上染速度) 也與受染料的熱擴散左右的染液的染料濃度的均一性保持平衡。染料在染浴中均勻分配,達到均勻染色效果。

            象這樣,染浴在靜止狀態時存在單纖維集合體均勻染色的臨界密度,且將此稱為臨界密度。而把所存在的與臨界密度對應的染浴容積稱為染浴的絕對領域。

            其次,使被染物的染浴中的分布狀態發生變化,作為有密度的被染物的集合體,且這個集合體在染液中呈不均勻分布狀態(假設此時的染浴條件及染料的熱擴散速與被染物在染浴中完全均勻分布時相同)。當被染物集合體的密度超過規定值時,與被染物結合體的不同部分接觸的染浴中的染料產生濃度差異,而且染料吸附量也不同。

            簡而言之,將被染物所占的染浴的范圍稱作被染物的所占領域,將被染物所占的染浴領域的最小值稱作被染物的最小領域。

            以靜態為基礎的考慮方法認為,在采用使染浴循環或使被染物移動的染色方法染色時,有效于勻染的絕對領域是隨著被染物中的染液流動的增大而減小。

            三、有效領域與勻染染色
            在染浴中,實際對染色有效的部分,在被染物移動的場合,由于最小領域的位置發生變動,因此,在被染物移動增大的同時,全體被染物的平均值就作為領域被表示。此時的被染物所占的染浴領域稱作有效領域。

            筒子、經軸染色等固定被染物,只使染液移動的染色裝置,由于不存在被染物的最小領域的移動,因此不存在有效領域的擴大,被染物的有效領域與紗線或織物的最小領域相同或者變小。

            在紗線或織物被過渡壓縮時,紗線或織物的最小領域縮小,染液得不到充分滲透,引起不勻染現象(在實際染色時,為了避免這種現象的產生,可采取提高染色溫度或使用勻染劑提高擴散速度等對策來解決)。

            另一方面,采用液流染色機、絞盤繩狀染色機等使被染物循環的染色機染色時,由于染色槽內的被染物是可移動的,因此有效領域是根據機械條件的設定而變動的。

            在被染物的領域足夠充足時,染液的交換就成為可能。如果在被染物的領域內設定能有效進行機械性染液交換的條件,即可獲得勻染效果。

            此外,如果隨著被染物的領域的增加,動態染色的絕對領域能向靜態接近,那么,利用被染物的空隙使染液強制性地通過的必要性就減小,依靠平穩的循環或運行染料也能得到均勻分配。

            四、為保持平均分配的染浴領域交換率
            以有關為保持染料平均分配的被染物的有效領域、染浴及被染物的移動的概念數值化為目的,介紹領域交換率的觀點。

            領域交換率是指,以在有效領域內的染液循環或被染物循環時,由新鮮染液的交換所產生的染料供給效率??捎檬?1)表示。

            領域交換率=有效領域×循環次數(次/min)···(1)

            五、卷染式染色的領域交換率
            以筒子染色為例,染色時固定被染物,而使染浴循環的染色機的領域交換。

            筒子染色的有效領域(最小領域)與錐形筒子被浸的染浴的量相同,相當于圖1所示的筒子卷繞層被浸于染浴的部分(最小領域受筒子卷繞密度影響)。

            將錐形筒子內的染液容積作為有效領域計算
            領域交換率的計算舉例
            有效領域(最小領域)=錐形筒子所占的體積-被染物自身所占的體積···(2)
            有效領域比=有效領域的染液量÷染液的總量···(3)
            染浴循環次數=染液的總量÷染液流量···(4)
            卷繞密度為0.3kg/L的筒子重量180kg的場合,筒子所占的體積為600L,被染物(滌綸纖維)的比重為1.38,被染物所占的體積為130.4L(180/1.38=130.4),
            因此,有效領域=600-130.4=469.6(L)
            假設染液的總量為2700L,染液流量為5400L,那么,
            有效領域比=469.6÷2700=0.174
            染浴循環次數=5400÷2700=2(次/min)
            領域交換率=領域比×循環次數=0.174×2=0.348(次/min)
            表1所示的是采用筒子染色機(舊型號筒子染色機與快速型)染色時的領域交換率。

            從表1的可知,與以往型筒子染色機相比,快速筒子染色機具有8倍的交換能力。
            用分散染料對滌綸進行染色時,染料上染速度與升溫速度幾乎成正比,因此,與用舊型號筒子染色機染色相比,快速筒子染色機只要1/8的升溫時間。

            六、液流染色機的領域交換率
            液流染色機等染色時使被染物循環移動的染色機,有效領域不象前述筒子染色機那樣固定,而是被染物在循環時,展開可能的染色槽的容積為可獲得的有效領域的領域。此時,以染色槽內染液的循環攪拌十分理想為前提,

            有效領域=染色槽中的被染物在循環時,移動展開的容積,這個值可看作有效領域的最大值。

            實際上,染色裝置是依靠泵進行染液循環,依靠液流進行被染物循環的,這些循環對勻染有效,依靠泵的染液循環對有效領域的擴大有效,而液流染色的有效領域可用下面的公式表示。

            液流染色的有效領域=染色槽的容積×染浴的循環次數···(5)
            液流染色的領域交換率=有效領域比×布的循環次數(次/min)···(1’)

            表2例示了液流染色機染色時的領域交換率。

            從表2的結果可知,舊型號液流染色機的領域交換率,與前述的舊型號筒子染色機相近,雖然機種不同,但是,在升溫條件幾乎相同時,可獲得勻染效果。

            七、超低浴比液流染色機的領域交換率
            為了進行織物充分浸漬于染浴中的染色處理所需要的染浴量,因織物的種類(目付、織物密度及膨松性)、填充方式等而不等。但是,即使象軋堆法那樣進行合理填充的染色處理,如果不設機械軋液裝置,浴比必需在1:2以上,象以往的液流染色機那樣,織物浸漬在浴中的染色方式,即使進行合理的機械設計,浴比必需在1:4~1:8。

            因此,為了進行被染物完全浸漬在液面下的染色,浴比最低需在1:10左右。

            這種狀況下,在進行浴比為1:3~1:6左右的低浴比液流染色時,進行滯留部的織物完全浸漬于染液下的染色是很困難的,被染物的一部分或全體從染浴中露出,被染物不得不含著染液在蒸汽中滯留、運行。

            最近開發的低浴比液流染色機或氣流染色機,是以圖3所示的染色狀態為前提設計的。

            這種染色機,由于勻染的有效領域減少,有可能降低勻染性,但是,如果進行與有效領域值相符的領域交換,也可獲得勻染效果。

            八、氣相系與液相系的有效領域
            有關液相系(織物完全浸漬于液面下的染色)染色的勻染,根據被染物的種類、狀態、向染色機內的機械性填充方法的差異等,染浴中由被染物的“展開”或“搖晃”引起的平均化或擴大化的程度發生差異。

            象這樣的有效領域的變動因素,隨著低浴比化而減小,而且有效領域的絕對值也變小。此時,如上所述,如果調整被染物的循環次數,控制領域交換率,即可獲得勻染效果。

            另一方面,氣相系(織物在露出液面的狀態下染色)染色時,必須將氣相部的被染物所浸漬的染液作為有效領域。

            一般情況下,機織物、針織物的染液浸漬量在常溫下為100~300%左右,但是,考慮到在高溫染色條件下的染液粘度低下等因素,浸漬量設在100~200%左右,即把有效領域設在被染物重量的1~2倍左右較妥。

            九、氣流染色機的領域交換率
            氣流染色機染色時被染物與染液接觸只有氣流噴嘴部分,而在循環中,只有被染物所帶的染液中的染料有助于染色,織物上的染液只是在通過噴嘴時進行交換。

            象這樣的染色裝置,擴大有效領域是不太可能的,為了被染物的循環和噴嘴部的染液噴出,用泵攪拌進行染液循環,被染物的染液交換是在噴嘴的瞬間染液噴射時進行。

            此時的交換率可用(1”)式表示:

            氣流染色機的領域交換率=有效領域比×織物的循環次數(次/min)···(1”)

            以這種方法為考慮基礎,低浴比染色機及氣流染色機染色時的領域交換率的計算舉例用表3表示。

            從表3的計算結果可知,半氣相型低浴比液流染色機染色時,領域交換率最高,對勻染有效。

            全氣相型的氣流染色機的領域交換率與舊型液流染色機相近,從領域交換來看,效率不佳。
            但是,實際上,效率良好的染色是可能的,氣流染色的分析不僅是領域交換率,而且應該從其他觀點加以分析。
            圖片

            十、浴比與氣流染色的勻染關系
            氣流染色機的氣相部染色時,僅在通過噴嘴時進行染液的交換,而且直至通過噴嘴前時,只是織物所浸染液中的染料參與染色,所以織物所帶染液中的染料量,與布環循環一周時上染的染料的量相比較少時,容易發生不勻染現象,充分剩余時可獲得勻染效果。因此,相同濃度染色時,浴比越低,染液中的染料濃度越高,越有利于勻染。

            分散染料的滌綸變形紗織物染色時的織物所帶染液中的染料量與布環每次循環時的上染量,通過與不同浴比的關系來表示(圖5)。

            如圖5所示,浴比為1:15的染色時,由于每次循環時的上染量多于布上的染料量,因此,不勻染的可能性較大,但是,如果浴比為1:5時,每次循環時的上染量少于布上的染料量,容易獲得勻染效果。

            在采用類似氣流染色機構造的染色機染色時,有效領域被限定,而且通常同時采用低浴比進行染色,因此,低浴比化使有效領域中所含的染料量增加,染料的供給大于上染的條件容易實現,有助于提高勻染性。

            十一、參考實驗數據
            有關氣相部與液相部的染色性能,將通過實驗數據予以證明和介紹。

            試驗方法:使用小樣染色機染色。由于攪拌,布料發生上下運動。在下沉狀態時,布料全體浸漬于染浴,而在上升狀態時,布料的一半露于氣相。使布料浸漬于液面下的條件(照片中A)保持10秒鐘,布料一半露于氣相的條件(照片中B)保持50秒鐘,以使每次循環時的上染量變化為目的,變化升溫條件,進行染色試驗。

            染色處方如下所示:
            染料:Sumikaron Blue E-FBL1.0%
            助劑:分散勻染劑1g/L
            pH值5
            浴比:1:10
            升溫條件:2~4℃/min
            攪拌條件:露出于氣相50秒/浸漬于液相10秒(反復)

            圖7.勻染實驗方法

            被染物在上升狀態時,被染物的一半露于氣相部分,下沉狀態時全部浸漬于染液。

            如圖7左側A所示狀態,使被染物a和b部分在染液中充分浸漬10秒鐘,之后,如右側B所示狀態,保持50秒鐘。上述操作反復進行,比較a和b的濃度差。

            試驗結果:

            結果表明,在1℃/min~3℃/min的升溫條件下,當露于氣相的部分的浸漬染料濃度大于每次循環時的上染量時,露于氣相的部分和一直浸漬于液相的部分不存在上染濃度差及色相差,染色均勻。而在4℃/min的升溫條件下,當露于氣相的部分的浸漬染料濃度小于每次循環時的上染量時,出現染色不均現象。圖片

             

            表4.升溫速度與露于氣相部分(浮出部分)的不均染的關系

             

            表4表示的是,假設浴比為1:10的布上的染液浸漬量為200%o.w.f.,循環次數為次/min的條件下,以布料上的染料與每次循環時的上染量(如果染料過量存在,上染可能的上染量) 的比較為目的,利用升溫速度較快時,每次循環時的上染量增加的規則的實驗結果。

            從表4的結果可知,升溫速度為2℃/min或3℃/min時,沒有發生不均染現象。這說明布料上的染料量多于每次循環時的上染量,另一方面,升溫速度為4℃/min時,在102℃~118℃的范圍內,出現不均染現象。這是因為布料上的染料量少于每次循環時的上染量。

            來源:紡染天地

             
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