人们对筒子染色疑问最大的,也是最常见的质量问题,就是内—中—外色差。这里姑且不论由于纤维品质的原因,而造成内—中—外色差,就工艺和设备而言造成内—中—外色差最主要的原因是染液流量不足。可从下列12个方向进行分析。
1、主泵流量不足
筒子内—中—外色差的实质是内—中—外层纱线上染的染料量不一。这里可以先设想一个特例:如果筒子染色时没有开主泵,即相当于将筒子浸在静止的染浴中,则会出现筒子内层、外层与染料接触处有色,越向中部色越浅,中心部位可能还是本色。这与20世纪70年代的轴流泵染机经常发生皮带打滑泵转速不足,或泵停后也未察觉而造成“白芯”现象相似。很显然,此时染液与筒子中层的纱线未接触,虽然由于毛细作用,内层纱已湿了,但由于沿程纱线的吸附作用,染料已被先接触的纱线吸尽了,所以中层纱无染料可上染。
由上可知,没有主泵的强制循环,造成筒子内—中—外色差是必然的。
从筒子染色理论模型分析可知,筒子染色有个明显的特征,即染液在筒子纱线中的循环运动过程中,染料浓度会沿程下降(dc/dx,沿程浓度差),只有当染液循环速度大到足以补充染料被吸附变稀,使内—中—外各处纱线接触到的染液浓度一致,才不会出现沿程色差。
也就是说,要防止内—中—外色差,主泵必须提供足够的染液流动速度———流量。由此并综合了其他因素,就有了第五章所涉及的比流量、循环频率等等。理论和实践证明:只要流量足够,即使只打正循环,也可以匀染,使内—中—外达到无色差的满意效果(实际情况中由于染液在内—中—外圈的流线密度不同,还会出现内—中—外色差。
2、有效流量不足
主泵流量不等于实际上真正穿透筒子纱层的流量(有效流量),两者之比为有效流量率(有效流量率=有效流量/主泵实际流量)。造成两种流量不等的原因是部分流量泄漏了,如筒管之间的密封不良。如前所述,不同筒管的有效流量率,从60%～90%不等,以间隔片密封的不锈钢锥形筒管主泵有将近一半的流量是无效流量。另外由于某些原因造成的“露眼”或“破肚”,导致染液“短路”,也会显著降低有效流量率。
3、主泵扬程不足
主泵的扬程是用来克服染液循环时的各种阻力(沿程阻力、局部阻力、纱线过滤阻力等)的,如果遇到系统阻力较大,而主泵扬程不足就会产生问题,从泵的H—Q特性曲线可知,染液虽不至于不循环,但是随着H的增大,工作点转移,流量会变小,即会造成内—中—外色差。
4、卷绕密度过大、筒子纱层过厚
众所周知,筒子染色需准备松式筒子,不仅密度匀,而且比常规筒子松———密度小。不论染色筒子卷绕密度如何,在筒染时,都会产生“过滤阻力”。密度大,阻力大,反之阻力小。过滤阻力是筒染系统阻力的一部分,会使系统阻力曲线形状发生变化,导致主泵工作点转移,即阻力大、流量小。因而筒子卷绕密度的大小,还应与染机相匹配。当泵的能力不是太充裕时,卷绕密度应小一些。
筒管上卷绕的纱层太厚(纱太多),过滤阻力也会增大,一般认为纱层厚度不超过50mm为宜。
5、正、反循环安排
染色筒子从内层到外层,半径逐渐增大,各层容纱量也随之增大,但是主泵的有效流量,在各层上并没有增大。也就是说,不同半径处的纱层面上通过的染液流量是同样的。当染液作由内向外的正循环时,沿程纱的面积逐渐增加,单位面积上通过的染液随半径的增加而。减少(即流线密度下降)。尽管流体的速度已大到足以弥补沿程浓度降低,然而由于(染)料少纱多,同样会发生内深外浅的问题。
当染液作反循环时(从外向内),流向沿程染液流线密度越来越大,情况变成(染)料多纱少,沿程染料浓度减少,就有利于减少内—中—外色差。
因而,对主泵能力不足的染色机应考虑一定的反循环时间。以致出现有人设计反循环时间比正循环还长的情况。
但笔者并不赞成频繁换向,特别是对一些换向缓慢的染色机。因为换向会减少染液循环时间,而且有的还会造成纱线毛羽增加、毡结等问题。
6、进料时染液主循环的方向
一般染色机进料时由注料泵把配好的料打到主泵进口,再由主泵混同主釜中其他染液通过出口进入纱线强制循环系统。循环方向有正反之分。
正循环时,泵出口染液直接通向各筒子内层,此时该部分染浴物料浓度比全浴浓度大,而纱线量又最少。反循环时,泵出口染浴首先进入染缸缸体与全浴混合后,从筒子的外表面被压入(或吸入)到筒子的内侧。反循环时,一方面由于染液被稀释,浓差没有正循环开始时大,而另一方面纱线量又是从大变小,因而造成的沿程浓差要小得多,这对筒子内层沉积物的减少也是有益的。本书作者建议注料时,主循环应取反循环,有利于减少内—中—外色差。
7、筒子密度变化造成内—中—外色差
纱线染色过程中不同纤维其溶胀程度不一致。如在水中,棉纤维的直径增大20%,羊毛直径增大15%,粘胶纤维直径增大35%以上,Tencel直径增大更多。由于络松筒时是干纱,在水中直径增大造成纱变粗,而长度增加很小(1%～2%),使卷绕密度变大。在碱溶液中溶胀更是严重。合成纤维在热水中其长度会收缩,也会使筒子密度变大。一些弹性纱(如氨纶包芯纱、包缠纱)在湿热状态下也会剧烈收缩。所有这些都会破坏原来卷绕均匀的筒子,一方面密度变大,另一方面变得不均匀。
如上所述,筒子密度变大就会使过滤阻力增大,导致染液流量变小,而加剧内—中—外色差。
8、筒管直径及其穿透率影响
所有资料及大量实践都说明筒管直径大有利于匀染,穿透率高有利于匀染,这是因为:
(1)筒管直径大,卷绕纱层薄:同样的卷绕量,筒管直径大,其纱层就薄,这是很明显的事实。纱层薄,染液穿透循环的过滤阻力就小,流量就大,所以内—中—外色差小。
另外,纱层越薄,内外层纱的卷绕直径相差就越小,流线密度差异越小,内外色差也就越小。纱层越薄,染液穿透的时间就越短,沿程染料度差就越小,内—中—外色差就越小。
(2)筒管穿透率大、阻力小:筒管满布孔眼,染液只有穿过这些孔眼才能再分布到纱线内层。对染液而言,这些孔眼形成局部阻力,属于系统阻力的一部分。穿透率大,阻力小,反之阻力大,流量减小,会导致内—中—外色差。
9、染化料性质及染色工艺的影响
无论是染化料本身的性质还是染色工艺参数的设定,都会影响上染速率(尤其是初染率)和移染率,当上染速率太快,移染率又低时会造成不匀染,即内—中—外色差。
10、染后柔软剂使用不当的影响
一般染色后纱线会发涩、发毛,致使后道工序进行困难,深色尤为严重。为此不少厂家增加了“上油”工序,一般是用平滑性表面活性剂处理,有的用有机硅处理。但是有机硅由于折光度低会产生“增深”效应,如果“上油”不匀,即增深不匀,也会造成内—中—外色差。
11、水质影响
筒子染色时,筒子上的纱线如同滤材。染色全过程中,前处理、染色、皂洗、清洗液数千次的穿透过滤。当水质不良、含杂过高,管道设备中铁锈污垢存在,或在前处理中,纤维素共生物在前处理液中,因分散不匀,有些杂质沉积在纱线上,造成内层发黄(也有黄褐色)。用草酸加醋酸处理可去除铁锈(Fe2+、Fe3+)。因而筒染应使用软水,设备管道一定要冲洗干净。
12、筒子卷绕密度不匀
筒子卷绕时,径向密度分布不均匀,内层太松,以致染液轴向流量增加,造成内深外浅。
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