羊毛筒子紗染色的滲透性及其勻染性

周 偉，王樹(shù)根，孫 昌，周嫦娥

(江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

羊毛筒子紗染色浴比小，既能節(jié)約能源又能減少污染，而且亂紗少，紗線制成率高，易形成規(guī)模生產(chǎn)，是多品種、多花樣、快交貨的一種有利染色方法。但是目前國(guó)內(nèi)羊毛筒子紗染色在生產(chǎn)中應(yīng)用較少，主要原因是染色產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，沒(méi)有完善的工藝參數(shù)，存在的關(guān)鍵問(wèn)題是勻染性差，表現(xiàn)形式為筒子紗沿直徑方向出現(xiàn)無(wú)規(guī)律色差、同一染缸中筒與筒之間產(chǎn)生色差、不同染缸之間成品產(chǎn)生色差[1-2]。一旦出現(xiàn)較大色差，需進(jìn)行顏色修正，即使采用紗線剝色重新染色也很難達(dá)到勻染效果，導(dǎo)致了生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)、影響銷(xiāo)售，同時(shí)也增加了染色成本及紗線消耗，降低了紗線強(qiáng)力[3-4]。勻染效果差是筒子紗染色的共性問(wèn)題，由于羊毛原料成本高，該問(wèn)題成為羊毛筒子紗染色大規(guī)模生產(chǎn)的主要障礙。

研究表明，羊毛筒子紗染色出現(xiàn)色差與染色工藝、紗線密度及質(zhì)量、設(shè)備、操作、水質(zhì)等有關(guān)。目前研究者主要把目光集中在染色工藝方面[5-6]，對(duì)染色溫度、pH值、染色時(shí)間等的研究較為深入[7]。本文構(gòu)建一個(gè)由染液流體、紗線狀態(tài)和產(chǎn)品勻染性三者相互結(jié)合的體系，分析染液流體與紗線、染液流體與染色相互作用關(guān)系，為解決羊毛筒子紗染色過(guò)程中色差問(wèn)題提供理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)材料：18.8 tex羊毛紗線(張家港牧羊人服飾有限公司)。

實(shí)驗(yàn)藥品：尤納素紅CQ(上海雅運(yùn)紡織化工股份有限公司)，醋酸、醋酸鈉、氨水(分析純)，醋酸/醋酸鈉緩沖溶液(pH值為4.5)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：Colortec-2萬(wàn)能染色機(jī)(英國(guó)Advanced dyeing solutions有限公司)、AH-1000精密移液器(奧豪斯儀器有限公司)、STARTER 2100精密pH計(jì)(梅特勒-托利多儀器有限公司)、Datacolor-650反射分光光度儀(美國(guó)Datacolor公司)、SMARO-I絡(luò)筒機(jī)(青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司)、SME301-Ф1500筒子紗脫水機(jī)(泰州寶進(jìn)機(jī)械制造有限公司)、101-2AB鼓風(fēng)干燥機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 單向染液流體耦合滲透實(shí)驗(yàn)

絡(luò)筒：利用絡(luò)筒機(jī)按照同一密度對(duì)羊毛紗線進(jìn)行絡(luò)筒[8]。

實(shí)驗(yàn)方法：采集萬(wàn)能染色機(jī)泵出口與入口壓力差數(shù)值。具體實(shí)驗(yàn)方法：①設(shè)置萬(wàn)能染色機(jī)運(yùn)行程序，單向染液流體流速為9 L/min，方向從筒子紗內(nèi)到外，保持缸內(nèi)水與紗線最上端在同一水平，且染液流體溫度為室溫；②將絡(luò)好的羊毛筒子紗放入缸中，密封缸口并開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，待壓差值穩(wěn)定后記錄泵兩端壓力差值，完成一次實(shí)驗(yàn)；③改變羊毛筒子紗厚度，重復(fù)以上步驟。④改變羊毛筒子紗絡(luò)筒密度重復(fù)實(shí)驗(yàn)。萬(wàn)能染色機(jī)工作原理圖見(jiàn)圖1。

①—泵；②—加熱室；③—染色缸；④—pH值探針；⑤—加料缸；⑥—流速儀。

1.3 染液流體染色實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：①絡(luò)筒時(shí)保持每次羊毛筒子紗厚度相同，在此基礎(chǔ)上設(shè)置紗線密度作為變量。②調(diào)節(jié)萬(wàn)能染色機(jī)染色程序(定義正循環(huán)染色：染色方向從內(nèi)到外；反循環(huán)染色：染色方向從外到內(nèi))。

染色處方：尤納素紅CQ 2%(owf)，浴比1∶16.5，醋酸/醋酸鈉調(diào)節(jié)染液pH值為4.5，40 ℃入染，以2 ℃/min升溫到98 ℃保溫60 min[9]。固色時(shí)用氨水調(diào)節(jié)pH值為8.5，保溫90 ℃固色20 min。染色結(jié)束后降溫，取出紗線，皂洗。再用50 ℃水洗10 min，然后冷水洗，脫水并烘干。染色工藝流程如圖2所示。

圖2 染色工藝流程

1.4 測(cè)試方法

1.4.1 壓力差值測(cè)試

根據(jù)圖1，單向染液流體穿過(guò)具有一定厚度的紗線前后會(huì)產(chǎn)生壓力差，通過(guò)萬(wàn)能染色機(jī)設(shè)備系統(tǒng)顯示出染液流體壓力差數(shù)值。

1.4.2K/S值測(cè)試

染色后按紗線厚度分成若干層，將各層解筒并織成布片。采用反射分光光度儀(Datacolor-650)測(cè)試K/S值。儀器參數(shù)設(shè)置：微小孔徑，含鏡面反射，D65光源，10°視角。K/S值是表征染色后羊毛紗線顏色深淺的重要指標(biāo)，K/S值越大說(shuō)明羊毛紗線得色越深[10]。

1.5 色差評(píng)價(jià)

根據(jù)每組實(shí)驗(yàn)所得紗線各層K/S值，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差和極差，標(biāo)準(zhǔn)偏差和極差越小，紗線染色的勻染性越高。

2 結(jié)果與討論

2.1 羊毛筒子紗染液流體耦合滲透性分析

2.1.1 滲透性的數(shù)學(xué)表達(dá)

基于Biot的三維固結(jié)理論分析羊毛筒子紗與染液流體耦合過(guò)程中的滲透性能，Biot的三維固結(jié)理論是最早考慮多孔介質(zhì)在三向壓縮情況下滲流的流固耦合問(wèn)題[11]。根據(jù)Biot的三維固結(jié)理論，單向染液流體滲透紗線過(guò)程中由于紗線應(yīng)力和紗線孔隙壓力相互作用而引起孔隙變化,可以簡(jiǎn)單理解為單向染液流體對(duì)紗線產(chǎn)生壓力進(jìn)而對(duì)多孔介質(zhì)變形有影響。因此對(duì)羊毛筒子紗線這種可變性彈性多孔介質(zhì),羊毛紗線介質(zhì)的本構(gòu)方程及紗線之間的孔隙變化的響應(yīng)方程為：

eij=2GΧij+wij(λXv+Tp)

(i,j=1,2,3)

(1)

式中：eij為羊毛紗線的總應(yīng)力，Pa;Xij為總應(yīng)變；Xv為筒子紗體積應(yīng)變；p為紗線內(nèi)部孔隙壓強(qiáng)，Pa;wij為Kroncker函數(shù)記號(hào)；λ、G為拉梅系數(shù)；T為Biot常數(shù)。

水流沖擊并滲透羊毛筒子紗線的過(guò)程一般近似于一維流動(dòng)，忽略染液流體在紗線內(nèi)部周向束縛，則筒子紗側(cè)向變形及剪切應(yīng)變均為零，所以只需考慮染液流體方向上的一維應(yīng)變[12-13]。設(shè)羊毛筒子紗線初始孔隙率為n0,n為瞬時(shí)孔隙率，Δn為空隙改變,則變形引起的孔隙變化量Δn=n-n0，對(duì)于線性多孔介質(zhì)而言，Δn滿足方程：

(2)

式中：T、Q為Biot常數(shù)；XX為筒子紗x方向體積應(yīng)變。

染液流體沖擊紗線過(guò)程中孔隙度的改變必然會(huì)導(dǎo)致紗線滲透系數(shù)的變化，考慮到單向染液流體滲透紗線過(guò)程中的滲透率是一直變化的，羊毛紗線滲透系數(shù)與孔隙變化存在函數(shù)關(guān)系，則孔隙流體流動(dòng)符合Darcy定律:

(i=1,2,3)，k(n)=k(n0+Δn)

(3)

式中：qi為羊毛筒子紗微元體上水流量，L/min;Xi為羊毛筒子紗微元體上水流量三維坐標(biāo)；k(n)為羊毛筒子紗線滲透率。

染液流體在滲透羊毛筒子紗過(guò)程中，沿筒子紗直徑方向不同位置的流速、滲透率、孔隙率、壓力等都是變化的，但是染液流體通過(guò)一個(gè)微元單位的流體質(zhì)量是守恒的[14]。

當(dāng)滲流的非線性較明顯時(shí)，可令羊毛筒子紗線的滲透系數(shù)服從指數(shù)函數(shù)，由滲透率方程(4)表示。研究表明：滲透率方程大體上服從線性函數(shù)、半對(duì)數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)或者指數(shù)函數(shù)。

(4)

式中:k0、A為反映各向同性羊毛筒子紗線滲透特性的常數(shù)；k1為羊毛筒子紗線的初始滲透率，md。

k(n)=k1eA1p-A2XX

(5)

由式(5)可知，在泵的作用下，單向流體進(jìn)出紗線時(shí)產(chǎn)生的壓力差與滲透率成反比關(guān)系，對(duì)于同一單向流體通過(guò)羊毛筒子紗線，壓力差變化越大說(shuō)明此時(shí)紗線的滲透率越低。

實(shí)驗(yàn)采用一維穩(wěn)定滲流情形下控制羊毛筒子紗厚度的方法,初始水流速為q(L/min),筒子紗最內(nèi)側(cè)染液流體初始?jí)毫閜0(Pa),紗線最外側(cè)處于染色缸內(nèi)且流體壓力為0[15-16]，每次實(shí)驗(yàn)控制應(yīng)變?yōu)槌Ａ?則可以得到：

(6)

式中L為筒子紗厚度,mm。

由式(6)可見(jiàn)，羊毛筒子紗內(nèi)部染液流體壓力梯度并非常數(shù)，也非線性變化，表明筒子紗染色時(shí)各層紗線接觸染料量一定不同，從而導(dǎo)致紗線內(nèi)外層色差。結(jié)合式(6)推導(dǎo)結(jié)果，為了將滲透性數(shù)據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)化并表征滲透性變化趨勢(shì)，可將同一流速條件下的單向流體(初始?jí)簭?qiáng)p0相同)穿過(guò)羊毛筒子紗線過(guò)程中的滲透率變化情況用壓力差變化進(jìn)行表達(dá)。

2.1.2 耦合滲透性分析

對(duì)9 L/min流速的單向穩(wěn)定染液流體穿過(guò)不同厚度的羊毛紗線在染色機(jī)泵進(jìn)出口壓力差數(shù)值進(jìn)行分析，同時(shí)改變羊毛紗線的密度做平行實(shí)驗(yàn),不同密度的紗線厚度變化對(duì)壓差值的影響見(jiàn)圖3。其中紗線密度計(jì)算公式為：

(7)

式中：m為紗線質(zhì)量，g；ρ為紗線密度，g/cm3；h為紗線高度，h=14.5 cm；r為紗管半徑，r=1.274 cm。

圖3 不同密度的紗線厚度變化對(duì)壓差值的影響

由圖3可知：

①單向染液流體在滲透紗線的過(guò)程中受到了阻礙作用，表現(xiàn)為水流在泵入口壓強(qiáng)與泵出口壓強(qiáng)差值發(fā)生明顯變化，隨著紗線厚度增加，壓力差負(fù)值逐漸變小。其中紗線厚度增加到90 mm的過(guò)程中壓力差值下降較快，之后下降較為緩慢，最后趨于穩(wěn)定。同時(shí)通過(guò)整體分析壓力差值的變化情況，也可以間接地看出單向染液流體穿過(guò)某一厚度紗線的過(guò)程中其內(nèi)部不同位置滲透性能是明顯不同的，且下降趨勢(shì)呈現(xiàn)先快后慢的現(xiàn)象，表明此過(guò)程中紗線孔隙度及滲透性是變化的。該現(xiàn)象符合理論分析，根據(jù)式(6)紗線厚度增加，壓強(qiáng)的負(fù)值變化越大，同時(shí)根據(jù)式(2)(3)，紗線孔隙率與滲透系數(shù)是變化的，壓強(qiáng)與滲透系數(shù)成反比例關(guān)系，滲透系數(shù)變小，下降趨勢(shì)呈現(xiàn)先快后慢的現(xiàn)象。

②改變紗線密度，可以看出單向染液流體在滲透密度較大的紗線過(guò)程中，滲透性隨紗線厚度的增加其數(shù)值迅速銳減，且變化范圍較大。達(dá)到極限后，流體動(dòng)能變小，難以滲透到紗線另一側(cè)，若強(qiáng)行增加紗線厚度可能會(huì)使設(shè)備損壞。這是由于紗線密度增大，紗線內(nèi)部孔隙變小，在初始水流量不變的情況下初始?jí)簭?qiáng)較大。由式(3)可以看出，初始?jí)簭?qiáng)大，流體滲透紗線過(guò)程中耗能大，對(duì)應(yīng)的紗線初始滲透系數(shù)小。整體壓強(qiáng)變大，而染液流體的流速在減少，勢(shì)必導(dǎo)致滲透性減小，且變化迅速。

2.2 單向染液流體對(duì)羊毛紗線染后性能的影響

考慮羊毛紗線絡(luò)筒密度不同對(duì)紗線染色性能影響較大，故將紗線密度作為變量，對(duì)厚度相同的紗線染色。染色后按紗線厚度分成若干層，將各層紗線解筒并織成布片，測(cè)得密度不同的2組紗線K/S值分布情況。并改變流體流速重復(fù)染色實(shí)驗(yàn)，得到羊毛紗線從里到外每層紗線K/S值分布曲線圖，不同流速下單向染液流體染色后紗線的K/S值見(jiàn)圖4～8。

圖4 1.8 L/min流速單向染液流體染色后紗線K/S值

圖5 3.6 L/min流速單向染液流體染色后紗線K/S值

圖6 5.4 L/min流速單向染液流體染色后紗線K/S值

不同流速的染液流體染色紗線后K/S值的標(biāo)準(zhǔn)方差和極差如表1所示。

分析圖4～8及表1可知：

①隨著紗層數(shù)的增大，從內(nèi)到外紗線顏色表觀深度對(duì)應(yīng)的K/S值逐漸降低，且變化呈現(xiàn)先快后慢現(xiàn)象，最后稍微回升。這是由于紗線最外層浸泡在染缸中，染缸中的染液對(duì)羊毛筒子紗線最外層產(chǎn)生慢滲透的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致最外層紗線出現(xiàn)K/S值回升的現(xiàn)象。

圖7 7.2 L/min流速單向染液流體染色后紗線K/S值

圖8 9 L/min流速單向染液流體染色后紗線K/S值

表1 不同流速下單向染液流體染色紗線K/S值的標(biāo)準(zhǔn)方差和極差

②相同密度的紗線在受到同一流速單向染液流體染色時(shí)，密度大的紗線內(nèi)部較為緊密，染色后紗線從內(nèi)到外K/S值下降速度較快，且K/S值變化范圍較大。由表1可以看出，染色條件相同情況下，密度小的筒子紗染色后K/S值的標(biāo)準(zhǔn)方差和極差較小，紗線勻染性較好。

③紗線密度相同的條件下，流速較大的單向染液流體對(duì)紗線進(jìn)行染色時(shí)，染色后紗線從內(nèi)到外K/S值曲線下降較平緩，且K/S值變化范圍也相對(duì)較?。煌瑫r(shí)羊毛筒子紗染色后K/S值的標(biāo)準(zhǔn)方差和極差較小，表明在一定程度上改善了紗線勻染性。根據(jù)式(2)(3)，當(dāng)染液流體流速變大，初始?jí)簭?qiáng)變大，使紗線的孔隙度變大，滲透性增強(qiáng)，最終K/S值變化平緩。

④在不同染色條件下，染色后K/S值最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的層數(shù)有所差異，其中流速較大的染液流體比流速小的流體對(duì)紗線染色后K/S值最低點(diǎn)平均層數(shù)相對(duì)靠后。

⑤通過(guò)對(duì)單向染液流體對(duì)紗線染色K/S值分布曲線結(jié)果(圖4～8)和圖3耦合滲透性分析結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)其整體變化趨勢(shì)完全相同,說(shuō)明染液流體與紗線耦合滲流的過(guò)程中由于滲透性能的變化，導(dǎo)致染液上染紗線過(guò)程中紗線對(duì)染料的吸收能力不同，最終形成色差。

⑥這些現(xiàn)象與前述的耦合滲透性分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論及理論公式相對(duì)應(yīng)。

2.3 雙向染液流體對(duì)羊毛筒子紗勻染性影響

2.3.1 正反循環(huán)染色對(duì)勻染性能的影響

為了探究反循環(huán)染色與雙向染液流體染色對(duì)羊毛紗線染色后勻染性能的影響，采用5.4 L/min流速染液流體對(duì)0.33 g/cm3羊毛紗線染色，并作為不變條件。設(shè)置正循環(huán)(從內(nèi)到外)、反循環(huán)(從外到內(nèi))及正反循環(huán)染色時(shí)間比為5∶5(5 min，5 min)的雙向染色3組實(shí)驗(yàn)，染色紗線的K/S值測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 5.4 L/min流速染液流體染色后紗線K/S值

由圖9可以看出，運(yùn)動(dòng)方向不同的染液流體分別對(duì)紗線染色，沿染色方向紗線顏色表觀深度變化趨勢(shì)相同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得紗線各層K/S值，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差和極差，如表2所示。標(biāo)準(zhǔn)偏差和極差越小，紗線染色的勻染性越高，反循環(huán)染色紗線K/S值標(biāo)準(zhǔn)偏差與極差較小，表明染液流體反循環(huán)對(duì)紗線染色后其勻染性相對(duì)較好；染液流體最先正循環(huán)開(kāi)始染色，正循環(huán)與反循環(huán)染色時(shí)間比為5∶5(5 min，5 min)，染色后紗線勻染性比任一單向循環(huán)染色都好，證明正反循環(huán)染色相互結(jié)合的染色，可提升羊毛紗線的勻染性。

表2 染色后紗線K/S值的標(biāo)準(zhǔn)偏差與極差

產(chǎn)生這樣結(jié)果的原因是：染色筒子紗從內(nèi)層到外層,半徑逐漸增大,各層容紗量也隨之增加，但是單位時(shí)間內(nèi)，不同位置的紗層面上通過(guò)的染液流量是相等的。當(dāng)染液由內(nèi)向外染色時(shí),隨著紗筒半徑的增加紗的面積逐漸增加,單位面積上通過(guò)的染液減少(即流體線密度下降)。盡管染液流體的速度在一定程度上可以彌補(bǔ)紗線內(nèi)深外淺的問(wèn)題，但是紗線內(nèi)外顏色表觀深度差異依舊明顯。當(dāng)染液從外向內(nèi)染色,染液流體線密度越來(lái)越大,有利于減少紗線內(nèi)—中—外顏色表觀深度差異，而二者結(jié)合可以彌補(bǔ)紗線中間色深較淺的情況，勻染性得以提高。

2.3.2 正反循環(huán)染色時(shí)間對(duì)勻染性的影響

由于正循環(huán)(從內(nèi)到外)染色比反循環(huán)(從外到內(nèi))染色后紗線的勻染性差，探討在流速5.4 L/min、羊毛紗線密度0.330 g/cm3條件下，正反循環(huán)染色時(shí)間比對(duì)紗線K/S值的影響見(jiàn)圖10。

圖10 正反循環(huán)染色時(shí)間比對(duì)紗線K/S值的影響

根據(jù)圖10可得染色紗線K/S值標(biāo)準(zhǔn)差與極差，見(jiàn)表3。

由圖10可以看出，染液流體正循環(huán)與反循環(huán)染色時(shí)間比從5∶5(5 min，5 min)到3∶5(3 min,5 min)的過(guò)程中紗線K/S值變化趨向平緩，且最低值逐漸上移；正反循環(huán)染色時(shí)間比為2∶5(2 min,5 min)時(shí)K/S值曲線下降速度變快，最低值稍有下降。且由表3可以看出，染色時(shí)間比為3∶5時(shí)K/S值標(biāo)準(zhǔn)偏差與極差最小，表明一定范圍內(nèi)增加反方向染色時(shí)間將可增加紗線勻染性，最佳正反循環(huán)染色時(shí)間比為3∶5(3 min，5 min)，但是若染液流體反循環(huán)染色時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)降低勻染性。

表3 不同時(shí)間比染色紗線K/S值的標(biāo)準(zhǔn)偏差與極差

2.3.3 正反循環(huán)染色順序?qū)蛉拘缘挠绊?/p>

在前述結(jié)論的基礎(chǔ)上，保持同樣的實(shí)驗(yàn)條件，由于反循環(huán)(從外到內(nèi))比正循環(huán)(從內(nèi)到外)染色羊毛紗線的勻染性好，且正反循環(huán)時(shí)間比為3∶5時(shí)染得的紗線勻染性較好。為了探究染色順序?qū)喚€勻染性的影響，改變正反循環(huán)染色順序測(cè)試對(duì)K/S值的影響，結(jié)果見(jiàn)圖11。

圖11 正反循環(huán)染色順序?qū)喚€K/S值的影響

由圖11計(jì)算得到正反循環(huán)染色時(shí)間比為3∶5(3 min,5 min)時(shí)，K/S值標(biāo)準(zhǔn)差與極差分別為0.500、1.8，反正循環(huán)染色時(shí)間比為5∶3(5 min,3 min)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差與極差分別為0.499、1.7。

從反循環(huán)開(kāi)始染色，反循環(huán)與正循環(huán)染色時(shí)間比為5∶3的染色條件下，染色后紗線K/S值變化曲線較平緩，且染色后紗線K/S值標(biāo)準(zhǔn)偏差與極差較小，表明其染色勻染性較好。

2.3.4 正反循環(huán)染色紗線厚度對(duì)勻染性的影響

為了探究紗線厚度對(duì)雙向染液流體染色勻染性的影響，在2.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上，反循環(huán)與正循環(huán)染色時(shí)間比為5∶3(5 min, 3 min)，其他條件不變，將紗線層數(shù)增加為45層，染色紗線K/S值分布見(jiàn)圖12。根據(jù)圖12計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.708，極差為2.82。

圖12 45層紗線染色后K/S值分布

對(duì)比圖11、12可以看出，30層紗線相比45層紗線染色后顏色表觀深度曲線下降平緩；30層紗線K/S值的標(biāo)準(zhǔn)偏差和極差相比45層紗線的數(shù)值更小，勻染性提高，說(shuō)明染色時(shí)降低紗線厚度可以增加染后紗線勻染性。

2.3.5 升溫速率對(duì)紗線勻染性的影響

羊毛紗線在一定溫度以上時(shí)的上染速率較快，羊毛筒子紗染色時(shí)升溫速率對(duì)染色紗線勻染性影響較大。為了探究染色升溫速率對(duì)雙向染液流體染色后勻染性的影響，保持其他條件不變，在反循環(huán)與正循環(huán)染色時(shí)間比為5∶3(5 min, 3 min)的條件下，升溫速率對(duì)紗線K/S值的影響見(jiàn)圖13。

圖13 升溫速率對(duì)染色紗線K/S值的影響

根據(jù)圖13可得染色紗線K/S值的標(biāo)準(zhǔn)差與極差，見(jiàn)表4。

表4 不同升溫速率染色紗線K/S值的標(biāo)準(zhǔn)偏差與極差

由圖13可以看出，以3 ℃/min升溫速率染色時(shí)，染色紗線的K/S值變化波動(dòng)較大，且隨著升溫速率的下降，K/S值變化波動(dòng)變小。由表4可以看出：在1 ℃/min升溫速率的染色條件下，紗線K/S值的標(biāo)準(zhǔn)偏差和極差最小，勻染性能最佳，說(shuō)明降低染色時(shí)的升溫速率有利于提高紗線勻染性。

2.3.6 最佳染色工藝結(jié)果

在染液流體9 L/min流速條件下，對(duì)0.330 g/cm3密度的羊毛紗線染色，采用正反循環(huán)相結(jié)合的染色方式，反循環(huán)與正循環(huán)染液流體染色時(shí)間比為5∶3(5 min，3min)，染色升溫速率為1 ℃/min，并選擇紗線層數(shù)為30層，探究在此最佳染色工藝條件下紗線的勻染性能。最佳工藝條件下染色紗線的K/S值分布見(jiàn)圖14。根據(jù)圖14得出染色紗線K/S值標(biāo)準(zhǔn)差與極差分別為0.288、0.591。

圖14 最佳工藝染色紗線K/S值分布

由圖14可以看出，最佳染色工藝條件下，對(duì)羊毛筒子紗染色，從內(nèi)到外每層紗線K/S值分布情況較穩(wěn)定，幾乎保持在一個(gè)水平線上，且標(biāo)準(zhǔn)差與極差最小，紗線勻染性最佳。

3 結(jié) 論

本文構(gòu)建了羊毛筒子紗染色時(shí)紗線狀態(tài)、染液流動(dòng)狀態(tài)和羊毛染色工藝三相染色體系，對(duì)染液流體與羊毛筒子紗之間進(jìn)行滲透性和染色性能的實(shí)驗(yàn)探究，得出筒子紗染色內(nèi)外層出現(xiàn)色差是染液滲透不同造成的。

①根據(jù)耦合滲流理論，筒子紗厚度和密度增加，染液流體壓力差值變大，紗線孔隙率與滲透系數(shù)是變化的，壓力差值與滲透系數(shù)成反比關(guān)系，染液流體壓差值變大滲透性變小，紗線對(duì)染料的吸收量變小，必然導(dǎo)致紗線內(nèi)外層色差變大。

②染液流體流速變大，染液的初始?jí)簭?qiáng)變大，使紗線的孔隙度變大，滲透性增強(qiáng)，最終色差變小。

③正反循環(huán)相結(jié)合的染色，染色后紗線的勻染性比任一單向循環(huán)染色的勻染性要好；染色流速足夠大時(shí)，從反循環(huán)開(kāi)始，反循環(huán)與正循環(huán)染色時(shí)間比為5∶3(5 min，3 min)，且染色升溫速率為1 ℃/min時(shí)，染色紗線的勻染性最佳。