短流程單紗染漿一體化打樣方法

武世鋒，周衡書,2，何 斌,2

(1.湖南工程學院 紡織服裝學院,湖南 湘潭 411104; 2.湖南省生態(tài)貼身服飾面料及加工工程技術研究中心，湖南 益陽 413000)

短流程單紗染漿一體化打樣方法

武世鋒1，周衡書1,2，何 斌1,2

(1.湖南工程學院 紡織服裝學院,湖南 湘潭 411104; 2.湖南省生態(tài)貼身服飾面料及加工工程技術研究中心，湖南 益陽 413000)

牛仔紗線的打樣主要是通過大型片紗牛仔布生產(chǎn)線中染漿一體機完成，或是小束紗線先染色后上漿分步完成，前者打樣品種少，流程長，浪費多，后者工藝不連續(xù)，在效率和質(zhì)量上也達不到要求。提出了單紗染色上漿一體化以解決這些問題，在開發(fā)牛仔紗打樣用單紗染色上漿一體機的基礎上對相關技術進行研討，提出3種實現(xiàn)短流程單紗染色上漿的方案，并從裝置的短流程化、工藝的連續(xù)高效性方面進行了分析。

單紗；染色上漿；一體化；短流程

靛藍染料染色時，染料需在堿性條件下經(jīng)還原劑還原成可溶性隱色體鈉鹽上染纖維后，再經(jīng)氧化恢復為不溶性的染料以固著在纖維上。靛藍染料隱色體對纖維的親和力較低，移染性和擴散性差，對紗線的滲透能力弱，紗線染色時大多呈環(huán)染狀，易產(chǎn)生白芯現(xiàn)象。

牛仔布織造過程中，經(jīng)紗在織機上要反復承受拉伸、彎曲和摩擦，容易產(chǎn)生毛羽，影響經(jīng)紗開合運動，并可能產(chǎn)生斷頭。上漿后紗線表面涂覆了一層薄膜，使得紗線表面毛羽貼服、光滑，還可增加紗線的強力，從而有利于織造的順利進行，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

目前企業(yè)中用于靛藍牛仔紗線的染色與上漿技術已經(jīng)較為成熟，但是用染漿生產(chǎn)線開發(fā)產(chǎn)品和進行樣紗打樣，存在浪費嚴重，打樣時間長等缺點，制約了牛仔面料開發(fā)的速度。因此，研究短流程單紗染漿一體化技術，開發(fā)快速制備靛藍牛仔紗的打樣系統(tǒng),對開發(fā)牛仔新面料具有現(xiàn)實意義。本文通過對單紗染漿一體化技術的分析，提出了3種短流程單紗染色與上漿打樣系統(tǒng)的方案模型，對該機構的運行原理進行了分析。

1 牛仔染漿聯(lián)合技術的開發(fā)進展

染漿聯(lián)合機染色上漿，又稱片狀經(jīng)紗染色上漿，紗線染色時紗線間以相互平行的狀態(tài)呈片狀前進染色，并且紗線染色和上漿2道工序都在同一臺設備上完成,它是牛仔片狀經(jīng)紗染色的關鍵設備。染漿聯(lián)合機染色上漿工藝復雜，分為軸經(jīng)多染槽連續(xù)染色上漿和軸經(jīng)單染槽環(huán)形連續(xù)染色上漿。軸經(jīng)多染槽連續(xù)染色上漿工藝中,紗線要經(jīng)過1～2道潤濕槽、 6～8道染色槽(每道染色槽由染色和氧化2部分組成)，再經(jīng)2～3道水洗槽進入儲紗架，然后烘干，最后進行上漿，再次烘干，制成色紗織軸[1-2]。如圖1所示。

軸經(jīng)單染槽環(huán)形連續(xù)染色上漿工藝中紗線經(jīng)過潤濕槽到染槽，經(jīng)過第1次染色，經(jīng)過染槽上部的1對軋輥出來，通過環(huán)形路線繞過整個經(jīng)軸架進行氧化，并從軸架下方導出來再次來到染槽進行第2次軋染，反復循環(huán)6～8次完成多道浸軋氧化的染色工藝，最后通過染槽上方的分紗輥來到水洗槽、儲紗架、漿紗預烘筒、漿槽與漿紗烘筒，最后制成織軸。如圖2所示。

牛仔經(jīng)紗染漿聯(lián)合設備大都體積大，工藝流程長，軸經(jīng)多染槽需經(jīng)過6～8道軋染氧化，每道染色長度為4.8～6.4 m、氧化長度為30～40 m[3-4]，浸染時間為1.5～3 min,氧化時間為6～20 min，全機總長度為50～60 m，單槽環(huán)染長度為45 m左右。

機器發(fā)生故障停車時，軸經(jīng)多染槽的色檔紗在200 m左右，單槽環(huán)染有的高達400 m[5]。在清洗染漿槽或者更換染漿料的時候，需要繁瑣的操作和基礎設施的提供，任何細節(jié)上的疏忽都會造成染漿料的浪費。對于單槽環(huán)染，若紗線一旦發(fā)生斷頭，處理斷頭不方便，增加了操作工人的工作量。

近年來，牛仔紗線漿染加工技術取得了一些新的進展。鄭建權等[6]開發(fā)了一種染紗效率高，可避免斷紗，可調(diào)節(jié)被染紗距離，可用于均勻段染紗線和非均勻段染紗線染色的單紗染色機。李石生[7]開發(fā)的一種單紗染色機通過前后2個染色滑輪將紗線浸沒在染液中進行染色，在烘干熱管上纏繞幾圈進行烘干。

目前，市場上有多種單紗漿紗機，國外機型有如日本三禾友誠的Yamada YS-6型單紗漿紗機、德國KAJI的KS-3型及其改進型KS-7型單紗漿紗機等。國產(chǎn)機型有江南大學與通源紡機聯(lián)合研制的GA391型單紗漿紗機、東華大學與淮北飛亞紡織聯(lián)合開發(fā)的DSSJ型單紗漿紗機、天津隆達研發(fā)的ASS-3000型單紗漿紗和臺灣碩奇開發(fā)的SS565型單紗漿紗機等[8]。

開發(fā)單紗染漿一體化技術，不僅可以實現(xiàn)單紗染色上漿的連續(xù)作業(yè)，縮短工藝流程，同時質(zhì)量也應符合后續(xù)加工的要求。已有的直線式紗線走向加工方式無法實現(xiàn)短流程漿染一體化的加工目的，因此，改變紗線的繞紗方式是縮短流程的一種有效途徑。工業(yè)化生產(chǎn)中，染漿聯(lián)合要求紗線在染液中的浸軋時間一般在1.5～5 min之間，在空氣中的氧化時間應在6～30 min之間[9-10]才能滿足染色效果。采用單槽環(huán)染方式，使紗線多次進入和離開同一染槽，實現(xiàn)染色—氧化—染色—氧化的多次循環(huán)，是一種較好的染色方式。

本文設計了3種紗線環(huán)繞裝置，對浸紗輥半徑與浸紗長度、氧化長度、繞紗高度之間的關系進行了分析，旨在從理論上解決短流程染漿一體化技術的實現(xiàn)方法問題。

2 短流程染漿一體化打樣方法設計

2.1 雙導輥循環(huán)浸染方法

圖3中虛線條為紗線，粗線條是2根導輥組成的機構，且上面實線代表的導輥半徑為r，上下2根軋輥的半徑分別為r和R，其長度均為w。圖中下方的水平虛線代表染液，根據(jù)實際紗線在染液中浸染與在空氣中氧化時間的比例關系，染槽內(nèi)染液的液位高度設置為下方導輥圓心以下。設2根導輥間的距離O1O2段為H，浸染紗線在染液中的深度O3O4段為h，紗線偏離徑向的纏繞角度β值假設是已知可測的。

(1)

其中

(2)

(3)

且lOB2=lOA2+lA2B2，lA1B1=lA2B2，

所以

即

(4)

由式(1)～(4)可知，映射在機構徑向上的單圈紗線的映射長度為

(5)

(6)

由式(5)、(6)可以得到單圈紗線的長度

(7)

可得繞滾筒的紗線的圈數(shù)

(8)

則需要繞在機構上的紗線的長度l為

(9)

在圖3中，由于:

可得2根導輥間距離(即O1O2段長度lO1O2)

(10)

由于H已知，則可得

在該機構中，單根紗線的浸染長度為

(11)

在圖3中:

(12)

由式(2)、(4)、(12)可知，單根紗線的氧化長度為

(13)

又因為：

且lO2O3+lO3O4=lO2O4，lO2O4=lO2C1=R

所以浸染紗線在染液中的深度h(即O3O4段的長度lO3O4)為

(14)

因為lO3O4已知，由此可以得到

綜上，可以得到一個理論模型：

n=

L=LJ+LY

其中n為繞滾筒的紗線的圈數(shù)。

2.2 導板-導輥循環(huán)浸染方法

圖4中虛線條為紗線，粗線條是導輥和導板組成的機構，且導輥半徑是R，導板寬度是m(即MN段的長度lMN)，導輥和導板的長度是w。圖中下方水平虛線代表染液，根據(jù)實際紗線在染液中浸染與在空氣中氧化時間的比例關系，染槽內(nèi)染液的液位高度設置為下方導輥圓心以下。設導板到導輥的距離OO′段為H，浸染紗線在染液中的深度EF段為h，紗線偏離徑向的纏繞角度β值假設是已知可以測得的。

(15)

其中:

(16)

且lAB=lAM+lMB，lBM=lCN，α+θ=π

所以得到

(17)

由式(15)～(17)可知，映射在機構徑向上的單圈紗線的映射長度

(18)

(19)

所以由式(18)、(19)可得到單圈紗線長度

(20)

所以可以得到繞滾筒的紗線的圈數(shù)

(21)

則需要繞在機構上的紗線的長度l為

(22)

在圖4中，由于:

所以得到導板到導輥的距離(即OO′段的長度lOO′)

(23)

在該染色工藝機構中，單根紗線的浸染長度LJ為

(24)

在圖4中:

(25)

由式(17)、(25)可知，單根紗線的氧化長度LY為

(26)

同雙導輥循環(huán)浸染法方案，得到浸染紗線在染液中的深度(即EF段的長度lEF)

(27)

由于lEF可知，則可以得到

綜上，可以得到一個理論模型：

L=LJ+LY

2.3 三導輥循環(huán)浸染方法

圖5中虛線條是紗線，粗線條是3個導輥組成的機構且導輥半徑都是R。圖中下方虛線是染液，根據(jù)工廠中紗線在染液中浸染與在空氣中氧化時間的比例關系，將染液的深度設為沒過下方導輥。紗線偏離徑向的纏繞角度β值、下方2個導輥間的距離e值(即B2C1段的長度lB2C1)、浸染紗線在染液中的深度h值 (即QF段的長度lQF)、上方導輥距離下方導輥的高度H值(即O1E段的長度lO1E)假設是已知可測的。

以纏繞在機構上的單圈紗線計算分析，映射在機構徑向上的紗線的長度為

(28)

因為α+γ=π，θ+δ=π

所以

(29)

(30)

因為在圖5中

(31)

又α+2θ=π，且由式(28)～(31)可知，映射在機構徑向上的單圈紗線的映射長度為

根據(jù)雙導輥循環(huán)浸染法、導板-導輥循環(huán)浸染法，可得單圈紗線的長度：

(32)

所以可以得到繞滾筒的紗線的圈數(shù)

(33)

則需要繞在機構上的紗線的長度

(34)

在該機構中，單根紗線的浸染長度

(35)

所以

(36)

(37)

又因為:

(38)

由式(36)～(38)且PB1=C2R得到

(39)

由式(30)、(35)、(39)可以得到

(40)

因為lA1P=lA2R，lPB1=lC2R，且lA1B1=lA2C2

所以，單根紗線的氧化長度

(41)

所以

(42)

可以得到

綜上，可以得到一個理論模型：

L=LJ+LY

2.4 3種方案實現(xiàn)方式及速度和時間分析

采用雙導輥循環(huán)浸染法、三導輥循環(huán)浸染法，如果徑向線速度是V徑，即各個導輥線速度，則紗線運行的線速度V線為

(43)

采用導板-導輥循環(huán)浸染法，如圖6中，下面輥筒的速度是V徑，上面?zhèn)鲃訉О宓乃俣仁荲軸，所以紗線的線速度V線為

(44)

3種方案中，假設紗線的線速度相同，亦即浸染時間TJ和氧化時間TY的比值與紗線浸染長度與氧化長度的比值相等：

(45)

且

(46)

(47)

設計方案的具體實現(xiàn)方式：

1)單紗染色和上漿的連續(xù)性。在整個單紗的染漿過程中，紗線的線速度保持不變，可以保證整個流程的連續(xù)性。實際生產(chǎn)中紗線的線速度在15～25 m/min之間，為了保證紗線的浸染氧化工藝，可以通過改變其線速度以滿足特定的工藝要求。

2)染色裝置和上漿裝置的短流程。單紗染色上漿一體化系統(tǒng)的要求是能在很短的流程之內(nèi)完成染漿聯(lián)合加工任務。以上3種設計方案，單紗染色與上漿一體化設備每道工序單元的長度可以縮短在0.3～0.5 m范圍內(nèi)，染漿工序中還有預濕、染色、水洗、上漿、烘燥等工序，加上這些工序，整個單紗染色上漿一體化機構的整體長度亦可控制在2.5～3.0 m之間,這樣極大地縮短了流程，節(jié)省了空間，而且提高了效率。

3)單紗染色上漿一體化工藝。在實際生產(chǎn)中，全流程浸染時間和氧化時間的比值一般都設置在1∶11～1∶3之間，并且全流程浸染時間在1.5～3 min之間,氧化時間在6～20 min之間，正因為如此，在雙導輥循環(huán)浸染法、導板-導輥循環(huán)浸染法中，浸染紗線在染液中的深度h的范圍設置在下方較大導輥半徑以內(nèi)，而三導輥循環(huán)浸染法中較小的導輥可以允許染液液位高度超過下方導輥頂端以保證浸染時間。

該系統(tǒng)的浸染時間由纏繞在機構上紗線的圈數(shù)n、紗線的線速度V線、單圈紗線的浸染長度LJ決定，其中單圈紗線的浸染長度LJ由浸染紗線在染液中的深度h決定；對于氧化時間，由纏繞在機構上的紗線的圈數(shù)n、紗線的線速度V線、單圈紗線的氧化長度LY決定，其中單圈紗線的氧化長度LY由H決定。

對于上漿而言，目前牛仔布行業(yè)采用一缸三浸三軋工藝，上漿過程需要一定的時間才能達到相應的上漿效果。只要調(diào)節(jié)紗線在輥筒上的繞紗圈數(shù)，把染料換成漿料，再增加1個干燥裝置，上述染色裝置同樣適應于漿紗。將這2個模塊的裝置，再加以速度同步控制和張力調(diào)節(jié)裝置，即可構成一個完整的單紗染色上漿一體機，實現(xiàn)短流程化單紗染色上漿。

2.5 應用效果分析

與生產(chǎn)用染漿聯(lián)合機相比較，短流程單紗染色上漿一體化打樣技術可以利用單缸或者雙缸來代替染漿聯(lián)合機6～8道工序，并且浸染和氧化在同一個機構上進行，從設備的結構以及工藝的整合方面講，縮短了工藝流程；作為用于單紗染色上漿打樣的機構，它擁有較小的染漿槽，一體機的染槽設計成60～80 L的容量，為片紗染漿聯(lián)合機的染槽容量的5%～10.7%，打樣時不會造成染漿料的浪費；設計機長在2.5～3.5 m之間，較小的機構、較短的流程，在機器停止運作后會產(chǎn)生較少的色檔紗，不會造成原料的浪費。

按照上述單紗染色上漿短流程理論與設計模型，已與國內(nèi)相關廠家合作研制了一臺樣機，該機的尺寸為3 500 mm×1 750 mm×1 450 mm。在樣機上進行了靛藍染色上漿工藝實驗，結果表明短流程單紗染色上漿一體機的染色牢度比染漿聯(lián)合機高0.5級，浸染與氧化時間比可調(diào)范圍為1∶10～1∶6，染液動態(tài)循環(huán)，染液溫度自動控制，各轉動機件均采用伺服電動機控制，自動化程度高，張力調(diào)節(jié)、對色調(diào)色方便，解決了牛仔紗線打樣難的問題。

3 結 語

1)采用循環(huán)染色方法,改變了以往牛仔紗線靛藍染色工藝流程直線排列的方式，將氧化裝置設計在浸染裝置上方，并用循環(huán)繞紗方法,實現(xiàn)了浸染—氧化—浸染—氧化的牛仔靛藍染色工藝循環(huán)，大大縮短了染缸和氧化架的道數(shù)，為短流程單紗染色上漿一體化提供了理論基礎與設備模型。打樣系統(tǒng)完全可以代替實際生產(chǎn)線進行牛仔布新產(chǎn)品的打樣開發(fā)，具有工藝流程短，打樣快速的特點。

2)利用改變?nèi)静廴疽焊叨?、上下導輥直徑、上下導輥間的距離實現(xiàn)了牛仔紗線靛藍染色中浸染時間與氧化時間的比例調(diào)節(jié)，確保了牛仔紗線染色工藝要求。

3)將染料改為漿料,通過調(diào)節(jié)紗線在輥筒上的繞紗圈數(shù),即可變?yōu)闈{紗裝置,2個機械模塊組合,通過速度同步控制與張力調(diào)節(jié),實現(xiàn)了單紗染漿一體化。

4)該系統(tǒng)可大大地減少占地面積和空間、節(jié)約染料和漿料，從而降低廢液排放，節(jié)省人力，降低了產(chǎn)品開發(fā)成本。

5)單紗染色上漿一體化設計與理論不僅可用于牛仔紗線靛藍染色，通過在染槽下方溫度控制裝置，可實現(xiàn)變溫調(diào)節(jié)，為適應其他染料的染色工藝提供了技術條件。

6)染色裝置模塊化，多模塊組合，還可滿足目前牛仔行業(yè)最新套色染色要求。

7)隨著循環(huán)染色工藝與理論的不斷完善，短流程染色上漿工藝技術將由單紗拓展到片紗，為牛仔行業(yè)、色織行業(yè)節(jié)能減排、產(chǎn)品創(chuàng)新設計提供有效的技術手段。

FZXB

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Short process proofing method of integration of single yarn dyeing and sizing

WU Shifeng1,ZHOU Hengshu1，2,HE Bin1，2

(1.InstituteofTextileandFashion,HunanInstituteofEngineering,Xiangtan，Hunan411104,China; 2.HunanResearchCenterforEco-fabricProcessingTechnology,Yiyang,Hunan413000,China)

The denim yarn′s proofing mainly is completed by the dyeing and sizing combined machine in a large production line,or a bunch of yarn is dyed before sizing step by step.The former′s samples have small varieties,long process and are wasted more.The latter′s process is discontinuous,and the efficiency and quality can′t meet the requirements.Now,the technology of denim yarn′ proofing by the single yarn dyeing and sizing combined machine,was discussed.The three short process schemes of the single yarn dyeing and sizing are presented and analyzed from device′s short process,process′s continuity and high-efficiency.

single yarn; dyeing and sizing; integration; short process

10.13475/j.fzxb.20140603408

2014-06-16

2015-10-21

湖南省教育廳重點項目(14A031)；湖南工程學院科技創(chuàng)新項目 (Y14013)

武世鋒(1989—)，男，碩士生。研究方向為數(shù)字化紡織技術。周衡書，通信作者，E-mail: 280434272@qq.com。

TS 193.5

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