气液染色机对敏感色的适应性

2018-03-27  来自: 石狮市洪顺印染机械制造有限公司 浏览次数:703

从传热学角度分析了染色过程的温度场变化及热扩散过程,以及染色过程中温度场变化对敏感色的影响,并讨论了气液染色机和气流雾化染色机的热平衡条件。指出在气液染色机中染敏感色时,通过提高织物的带液量以缩短温度的热平衡时间,采用前置式组合染液喷嘴,利用提布辊辊面对织物的挤压和气流的渗透压作用,对织物单次循环中的热扩散产生多次作用,为敏感色匀染所需的温度场提供有利条件。

一、气液染色机与敏感色

织物浸染工艺中,敏感色的染色难度较大,要求较高,其不仅与染料性能有关,而且涉及设备性能和工艺控制。一些敏感色染料主要表现在同一温度下各组分染料上染速率的差异,也就是对温度的敏感程度不同。

为了保证这类敏感色染料的均匀上染,除选择配伍性较好的染料,并采取一定的工艺控制外,更重要的是控制好设备的温度场变化条件。

气液染色机不仅融入了气流染色和普通溢流喷射染色的元素,而且在敏感色染色方面,解决了目前气流染色机对敏感色染色困难的问题。

二、气液染色机和气流染色机的结构原理

根据气液染色机和气流染色机的结构原理,分析了二者在相同工艺条件下温度场的变化情况,指出气流染色在敏感色染色过程中温度变化梯度大所产生的温度差,是影响敏感色染料均匀上染的主要原因;同时,对气液染色机适于敏感色的固有机械条件和结构特性进行了诠释。

(1)染色过程中的温度场分析

从传热学的角度来看,染色可以视为

    被染物、液相、气相和设备等组成的一个传热系统,其内各点温度的集合称为温度场,它是时间和空间的函数。

染色中的温度实际上是一个温度变化过程,并且温度分布是随时间而改变的。因此,染色的温度场是一种非稳态的温度场。


(2)染色升温过程中

主缸体内部总是存在气相、液相和织物之间的温度差异。有测试表明,气流染色机喷嘴内染液的温度与主缸内染液温度大可相差10℃,这种温差对一些温度敏感型染料的均匀上染影响很大。同样在降温过程中,主缸体内部气相、液相和织物之间也存在温差。如果温差过大,会使主缸内在气相和液相的织物因布面收缩不均匀而产生折痕。

尽管纤维与水的比热不同,但含水大的织物会受水的比热影响而提高吸热量,即吸收同样的热量,其温度会比含水量小的织物低?;谡庖辉?,提高织物在升温过程中的带液量,有利于减少织物与液相(染液)的温差。

根据上述染色过程中温度场变化情况,针对气液染色机和气流染色机的结构特点,分析二者的温度场变化状态,可以解释气液染色机为什么能够适于敏感色染色。


(3)气流雾化染色机的温度场变化

为雾化染液,目前的气流染色机主要采用雾化喷嘴,单管织物单次循环的供液量为80~100L。

对于最大容布量250kg的标准单管,织物的带液量为32%~40%,比溢流染色机的带液量要低,纯棉织物需要循环5~6圈才能够达到较高的带液量。在此设备条件下,染色升温时织物在单次循环中,织物在贮布槽内与在喷嘴中的温差较大,对敏感色染料中各组分的上染速率会产生较大影响,很难达到均匀一致的上染速率,因而不容易获得匀染效果。

由于气流雾化染色机的染液雾化喷嘴,是为了获得所谓的染液雾化效果而设计的,织物单次循环在喷嘴中所获得的染液量不可能太大,因而不能够利用液体的比热来提高织物的吸热量。即使通过染色工艺设计和控制,也无法满足敏感色染色对温度场变化的要求。而普通溢流或喷射染色机基本可以达到上述要求,这是因为织物在喷嘴中可以获得较多的带液量,整个染色系统(包括被染织物、染液、空气以及设备)的温度梯度变化可控;再通过控制加料方式,基本能够满足敏感色染色的工艺条件。


(4)气液染色机的温度场变化

与气流染色机相比,气液染色机中的织物虽然也是依靠气流牵引,但是气流并没有携带染液,因而与被染织物在单次循环交换的染液量不受到任何限制,完全可以根据染色过程的需要来确定织物单次循环的带液量。对于敏感色的温度场,可通过提高被染织物带液量,缩短传热系统中各点的温度平衡时间,以获得染料的均匀上染效果。

除此之外,气液染色机的前置式染液喷嘴形式,可以使织物在单次循环中(即动程),一开始就很快与染液接触,及时获得染液的热传递。相对后置式染液喷嘴,前者染液与被染织物在单次循环的动程中获得的热交换时间更长,加速了完成热平衡过程的进程。这是目前其他气流染色机和普通溢喷染色机所不具备的。正因为这种设备条件,可减少敏感色对染色工艺设计和控制的依赖性,使得工艺操作更加简便。


(5)染色过程的温度平衡

在织物浸染过程中,温度是使纤维溶胀或化纤大分子链伸展、控制染料上染速率的主要工艺参数之一。由于染色过程的温度变化是一个不稳定的温度场,热扩散就成为反映传热系统导热能力的特征值。显然,在相同的加热或冷却条件下,导热系数越大、蓄热能力越小的物体,热扩散系数越大,温度变化的速率越快,传热系统内部各点温度趋于一致的能力也越强,即温度越容易达到平衡(均匀)。

在实际应用中发现,气液染色机特别适于敏感色染色。这与气液染色机的前置式组合染液喷嘴、提布辊和气流喷嘴三者之间的位置,以及作用条件密切相关。气液染色机的前置式组合染液喷嘴的供液形式,提布辊辊面对织物的挤压和气流的渗透压作用,对织物单次循环中的热扩散产生多次作用,因而为敏感色匀染所需的温度场提供了有利条件。

相比之下,气流染色机的染液被夹带在气流中,形成水、蒸汽和空气多种介质混合体,各组分介质的比热差异在短时间内容易形成温度差。而小浴比溢流或喷射染色机也不具备织物单次循环的多次作用条件,同样对敏感色的染色也存在温度场控制难度大的问题。


(6)气液染色机的热平衡条件

气液染色机在染色过程中的温度场之所以温差小,与其设备的热平衡条件密切相关。其中前置式组合染液喷嘴、提布辊,以及气流喷嘴的相互位置,对缩短染色时整个热传递系统的热平衡时间和减少温度差具有重要作用。

A、前置式组合喷嘴

目前,所有的气流染色机或普通溢流喷射染色机的喷嘴,在同一机型中只有一种形式。对于不同纤维品种或织物结构,一般是通过调节染液喷射量来满足工艺要求。而气液染色机的染液可以通过组合式喷嘴,提供三种与织物的交换形式,不仅染液量可调,而且染液的喷射方式也不同。甚至对同一种织物品种,前处理和染色过程所采用的交换方式也可不相同。由于组合式喷嘴所产生的喷射液,不作为牵引织物循环的动力源,因而完全可以根据织物纤维的上染特性来选择交换形式,例如对温度敏感色可选择较大的染液交换量,以缩短传热系统的热平衡时间。

B、部分染液逆流的预交换过程

目前,所有的气流染色机或普通溢喷染色机的染液与织物交换后,自由染液的流向与被染织物的运行方向相同。织物在单次循环过程中,交换后的染液温度逐渐降低,而被染织物的温度逐渐提高,二者的温度差逐步减小。在气液染色机中,染液喷嘴设置在提布辊之前,染液与织物交换后,总有一部分染液要顺着织物运行的相反方向流动,会与进入喷嘴前的织物进行预交换。这部分染液温度比未进入喷嘴的织物上染液温度要高,可提前预热织物,缩短织物的热平衡时间。

C、提布辊对织物带液的挤压作用

在织物的单次循环过程中,被染织物与染液交换后所带的染液,经过提布辊时会受到辊面的挤压作用,加速纤维表面与其内部的热扩散。这种作用效果虽然没有轧车的挤压作用强烈,但该种机械挤压作用是一般气流染色机和溢流或喷射染色机所不具备的功能。

D、气流对带液织物的渗透压作用

在织物单次循环过程中,织物与染液在喷嘴中交换后进入气流喷嘴,还会受到气流的渗透压作用,加速向纤维内部的热扩散,同时还对纤维表面所吸附的染液进行再次分配,提高纤维表面温度分布的均匀性。

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