有色 BCF色差形成的原因剖析

楊恩源 王 輝

(北京服裝學(xué)院,北京 100029)

有色 BCF色差形成的原因剖析

楊恩源 王 輝

(北京服裝學(xué)院,北京 100029)

介紹了膨體變形絲(BCF)的有色切片紡絲、色母粒著色紡絲、熔體著色紡絲和本色切片紡絲后染色的著色方法;從原料、設(shè)備和工藝等方面剖析了有色 BCF產(chǎn)生色差的原因,提出了預(yù)防措施;指出提高色母粒質(zhì)量,采用高精度色母粒計量添加裝置,選擇適宜的工藝條件可降低有色BCF的色差。

膨體變形絲 色差 色絲 色母粒 膨化變形器

膨體變形絲 (BCF)主要用于各種地毯的織造,除了對其蓬松性、抗倒伏性、抱合性等有較高要求外,還要求著色一致、色差小。BCF的色差直接影響地毯毯面的感官效果,單色或淺色地毯尤其明顯。因此,BCF色差成為影響化纖地毯質(zhì)量的重要因素之一。為了降低 BCF色差,在紡絲過程中要選擇合理的著色設(shè)備和工藝,采取有效措施和方法提高絲束著色的均勻性和一致性,改善毯面感官質(zhì)量。作者綜述了各種 BCF的著色方法,以及 BCF色差形成的原因。

1 BCF著色方法

1.1 有色切片紡絲

有色切片紡絲能夠避免出現(xiàn)色差,對單色或淺色BCF效果尤為明顯。紡絲前根據(jù)絲束顏色要求按一定比例將色母粒加入本色切片,攪拌均勻后,進行再造粒[1]。由于紡絲原料已將著色母粒均勻稀釋,成為有色切片,BCF紡絲過程不再進行著色混合,因此不會出現(xiàn)色差。有色切片紡絲適用于大批量的單色和淺色 BCF生產(chǎn),有色切片紡絲過程如圖 1所示。常在聚丙烯 (PP)和聚酯(PET)BCF生產(chǎn)中采用。當(dāng)生產(chǎn)的 BCF批量小、花色品種多時生產(chǎn)成本會大幅度提高,不宜采用有色切片紡絲。

圖 1 有色切片紡絲工藝流程Fig.1 Flow chart of colored chip spinning process

1.2 色母粒著色紡絲

色母粒著色紡絲是目前廣泛應(yīng)用于 BCF生產(chǎn)過程中的一種方法。它適用于批量小、花色品種多和規(guī)模不大的 BCF紡絲生產(chǎn)。色母粒著色紡絲生產(chǎn)成本較低、工藝較簡單,適用于 PP和PET有色 BCF生產(chǎn)。紡絲時,首先根據(jù) BCF顏色的要求,將濃縮的色母粒按一定的比例投入到紡絲切片里,并混合均勻,再進行熔融紡絲。

目前,BCF紡絲生產(chǎn)中常用的色母粒著色方法可分為以下 2種:①兩步著色法。第一步是將色母粒與本色切片按比例投入混合攪拌裝置 (容器)中,利用攪拌槳 (也可以人工混合)將二者混合攪拌均勻。第二步再加入擠出機料斗進行熔融紡絲;②一步著色法。與兩步著色法相比,一步著色法省去了色母粒與本色切片的混合工序,增加一套色母粒計量添加裝置。其紡絲工藝流程見圖2。

圖 2 一步法著色紡絲工藝流程Fig.2 Flow chart of one-step pigment spinning process

1.3 熔體著色紡絲

熔體著色紡絲是降低色差的有效方法之一。色母粒由輔助擠出機加熱、熔融,按一定比例注入本色切片,擠出機熔體出口處二者會合進入靜態(tài)或動態(tài)混合器,攪拌混合均勻后成為有色熔體,再輸送至紡絲箱組件進行紡絲,如圖 3所示。熔體著色紡絲適用于 PP和 PET有色 BCF生產(chǎn)過程。由于避免了固體色母粒與本色切片混合不勻的情況,對降低色差效果明顯,尤其是淺色絲束。但由于增加了設(shè)備,生產(chǎn)成本會有所提高。

圖 3 熔體著色紡絲裝置示意Fig.3 Schematic diagram ofmelt pigment spinning equipment

1.4 本色切片紡絲后染色

有些材料不宜在紡絲過程中著色,而是采取本色切片紡絲,然后根據(jù)需要對絲束進行染色如聚酰胺 (PA6、PA66),PET也常用這種工藝著色。本色切片紡絲后染色能實現(xiàn)多花色、小批量,避免紡絲過程中經(jīng)常出現(xiàn)的色差。

2 BCF色差產(chǎn)生的原因

目前,大多數(shù) BCF生產(chǎn)企業(yè)采用色母粒著色紡絲工藝,因此色差不可避免。色差會影響地毯毯面的感觀質(zhì)量,降低產(chǎn)品的正品率,單色或淺色BCF織造的地毯這方面的問題尤為明顯。通過對多家企業(yè) BCF生產(chǎn)過程的分析,發(fā)現(xiàn)色差產(chǎn)生的主要原因有以下 5個方面。

2.1 色母粒質(zhì)量不符合要求

色母粒的質(zhì)量指標(biāo)主要有色濃度 (含色量)、色散度、色牢度、熔點、流變性和相容性等,這些指標(biāo)都會不同程度地導(dǎo)致有色 BCF產(chǎn)生色差。因此,選用色母粒時要根據(jù)對 BCF色差的質(zhì)量要求,檢驗或測試影響色差的各項質(zhì)量指標(biāo)。有條件的可在批量生產(chǎn)前做實驗,最大限度的降低由于色母粒質(zhì)量造成的色差。

2.2 色母粒添加量過小

色母粒在本色切片中所占的比例過小會造成BCF色差。在同一紡絲設(shè)備上,所用色母粒在本色切片中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 5%時,BCF的色差不會影響毯面感官質(zhì)量;當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%～5%時,會有色差但不明顯;當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～2.5%時,容易產(chǎn)生色差;當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 1.5%時,色差明顯,尤其所紡絲束為淺色時色差嚴(yán)重。色差的程度還與色母粒的色濃度、紡絲螺桿和混合元件的結(jié)構(gòu)形式有關(guān),色濃度低、比例小或螺桿和混合元件混合效果差時易出現(xiàn)色差,反之色差不嚴(yán)重。

2.3 色母粒在切片中分布不勻

色母粒在切片中分布不勻是造成 BCF色差的另一個主要原因。經(jīng)驗表明以下情況下易造成色母粒在切片中分布不勻。第一種情況發(fā)生在色母粒著色紡絲中,當(dāng)色母粒的比例小,料斗中的攪拌元件、螺桿和螺桿前端的混合元件不可能有效將色母粒均勻分散在切片中,造成所紡絲束色差;第二種情況為色母粒在料斗切片中分布不均勻。由于秤重式和撥盤式計量添加是一種間歇過程,色母粒投入料斗切片中時,呈局部集聚狀態(tài),如果攪拌元件不能有效的將色母粒分散在切片中就會造成色差。BCF絲束顏色表現(xiàn)為部分深,部分淺。另外,色母粒的密度比切片的大,攪拌過程中色母粒的沉降速度比切片快,也會造成攪拌不均勻;第三種情況是摩擦靜電引起的色母粒貼壁現(xiàn)象產(chǎn)生色差。在料斗中的色母粒和切片由于攪拌表面產(chǎn)生靜電,造成色母粒貼附聚集在加料斗內(nèi)表面,不隨切片向進料口移動,或者移動的速度緩慢,造成色母粒在切片中分布不勻而產(chǎn)生色差。當(dāng)色母粒所占比例小時貼壁現(xiàn)象更嚴(yán)重。

2.4 BCF紡絲工藝條件

BCF紡絲溫度、壓力和速度的設(shè)定值不合理或隨意調(diào)整,是導(dǎo)致色差的原因。因此合理地設(shè)定工藝參數(shù)值,在同批次產(chǎn)品生產(chǎn)過程中保持工藝參數(shù)不變,有助于降低色差。

紡絲測控元件、儀表儀器的誤差和老化也會造成 BCF色差。新紡絲設(shè)備,其控制和檢測系統(tǒng)精度比較高,能夠精確地設(shè)定速度、拉伸比、拉伸溫度、變形溫度和變形壓力等工藝參數(shù),不易產(chǎn)生同錠位不同時段,或不同錠位間的色差,而一些老舊紡絲設(shè)備生產(chǎn)的絲束更容易出現(xiàn)色差。因此,要定期對測控元件和儀表儀器進行校對,及時更新有問題的元器件。

2.5 BCF膨體變形裝置及工藝

BCF膨體變形裝置是將一定線密度的拉伸絲進行膨體變形,使其卷曲蓬松的裝置 。變形器主要由導(dǎo)絲管、噴管、填塞管和冷卻篩鼓組成。雖然,BCF膨體變形裝置有各種不同的結(jié)構(gòu)形式,但促使絲束膨體變形的機理是相同的,都是通過熱壓縮空氣的噴射作用,將絲束開松、加熱、彎曲變形、填塞、冷卻定形,最終成為 BCF。

2.5.1 變形工藝條件

絲束在膨體變形過程中壓縮空氣的速度、溫度和壓力直接影響卷曲度。卷曲度低,對絲束對光線的反射強,感觀色淺;卷曲度高,對光線的吸收強,經(jīng)過多次折射絲束感觀色深,由此可見卷曲度高和卷曲度低的 BCF絲束存在明顯色差,并表現(xiàn)在毯面上。因此要對通過變形器的壓縮空氣速度、溫度和壓力進行有效控制,使其在紡絲過程中保持穩(wěn)定。

2.5.2 變形器結(jié)構(gòu)形式

BCF膨體變形器結(jié)構(gòu)形式對絲束色差產(chǎn)生影響[3]。變形器可分為閉式和開式,閉式在使用中可以通過調(diào)節(jié)導(dǎo)絲管來控制壓縮空氣流量和噴射壓力,開式不可調(diào)。閉式變形器在調(diào)節(jié)時容易造成不同時段壓縮空氣流量和噴射壓力大小不同,或不同錠位間壓縮空氣流量和噴射壓力的差異,從而導(dǎo)致色生色差發(fā)生;開式變形器使用過程中不調(diào)節(jié),壓縮空氣流量和噴射壓力保持恒定,一般不會出現(xiàn)色差。

填塞管的結(jié)構(gòu)形式對絲束色差產(chǎn)生影響。BCF的卷曲度影響色差,而卷曲度很大程度上取決于填塞管。管內(nèi)絲束填塞的密實,且絲塞長,卷曲變形就好。當(dāng)填塞管結(jié)構(gòu)形式一定時,管內(nèi)壓縮空氣壓力大小和排放速度決定絲塞的密實度和長度,一般熱壓縮空氣排放快,絲塞密實且長。葉片式填塞管比狹縫式填塞管排氣快,絲束的卷曲變形好。另外,加長填塞管長度也能提高卷曲度。紡絲過程中要定期清理由于紡絲油劑揮發(fā),在填塞管排氣孔槽表面形成的污垢,并定期更換填塞管,保持排氣孔槽的暢通,避免由于污垢堵塞發(fā)生排氣不暢現(xiàn)象,降低絲塞在管內(nèi)由于停留時間長短不一而造成的卷曲變形差異,特別是不同錠位間的差異,減少由此引起的色差。

2.5.3 絲束冷卻定型時間

絲塞脫離填塞管后在冷卻篩鼓上的停留時間也會影響 BCF的色差。一般要盡可能讓絲塞以松弛的狀態(tài)吸附在冷卻篩鼓上,停留時間要長一些,以便充分消除由于絲束卷曲變形產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。保證各錠位間冷卻篩鼓上吸附絲塞的一致性和冷卻篩鼓排風(fēng)管的暢通,有助于提高卷曲度的一致性。

3 結(jié)語

為了避免有色 BCF紡絲生產(chǎn)過程中出現(xiàn)色差,首先要選擇色濃度含量高,且一致的色母粒,即要保證色母粒的質(zhì)量;其次就是選用適合的色母粒著色方式和計量添加裝置,盡可能提高計量精度,色母粒的添加比例不小于本色切片的 3%;制定合理的紡絲工藝,保證紡絲溫度恒定不變,BCF變形器的結(jié)構(gòu)形式也會影響色差,要選配適合的變形器,做到定期更換磨損和損壞的零件,保證絲束在變形器內(nèi)的停留時間一致。

[1] 張玉龍,齊貴亮.塑料著色入門[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:452-459.

[2] FournéF.Synthetic fibers:Machines and EquipmentManufacture,Properties[M].Cincinnati:HanserVerlag,1999:452-459.

[3] 楊恩源.BCF膨化變形技術(shù)探討[J].合成纖維工業(yè),1992,15(4):50-54.

Reasons for color difference of colored BCF

Yang Enyuan,Wang Hui
(Beijing Institute of Fashion Technology,Beijing100029)

The pigmentmethods for bulked continuous fiber(BCF)were introduced including colored chip spinning,colormasterbatch pigment spinning,meltpigment spinning and dyeing after grey chip spinning.The reasons for the color difference of colored BCF were explored from the aspects of the raw material,equipments and process technology.And the corresponding proventive measureswere suggested.Itwas pointed out that the color difference of colored BCF could be decreased by improving the quality of colormasterbatch,applying a high-precision colormasterbatchmetering device and selecting proper process conditions.

bulked continuous fiber;color difference;colored yarn;colormasterbatch;bulkingmachine

TQ342.9 文獻識別碼:A

1001-0041(2010)02-0042-03

2009-05-11;修改稿收到日期:2010-01-21。

楊恩源 (1956—),男,副教授。主要從事化纖生產(chǎn)技術(shù)與化纖機械設(shè)計工作。