牛仔色紗打樣技術(shù)進(jìn)展

席立鋒 周衡書 陳桂春 張 淳 周忠成

（1.湖南工程學(xué)院，湖南湘潭，411104；2.韶關(guān)市順昌布廠有限公司，廣東韶關(guān)，512000）

牛仔織物起源于150多年前，延續(xù)至今仍在大眾服裝消費(fèi)中占據(jù)著重要比例［1］。近幾年隨著消費(fèi)者個(gè)性化消費(fèi)觀念的引導(dǎo)，牛仔織物色紗種類向著多元化方向發(fā)展，主要有靛藍(lán)染色、硫化染料染色、涂料靛藍(lán)染色、多色染料套染等，但靛藍(lán)牛仔織物仍然是牛仔色紗的主流［2?3］。

靛藍(lán)牛仔色紗染色開始于19世紀(jì)70年代，由于靛藍(lán)染料來源廣泛、色澤穩(wěn)定，因此得到大眾的喜愛。牛仔行業(yè)經(jīng)過多年的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，形成了以軸經(jīng)染色、球經(jīng)染色、筒子紗染色為主流的染色方式［4］。隨著紡織服裝業(yè)個(gè)性化消費(fèi)理念的發(fā)展，促使牛仔服裝業(yè)朝著差異化、個(gè)性化方向發(fā)展，這對(duì)牛仔行業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)速度提出了新要求。企業(yè)要完成新型牛仔色紗打樣必須停工停產(chǎn)，借助50 m~60 m的生產(chǎn)線完成小批量產(chǎn)品開發(fā)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高、物料浪費(fèi)大的局面。本研究對(duì)現(xiàn)有牛仔色紗染色方式進(jìn)行梳理總結(jié)，對(duì)比分析了企業(yè)生產(chǎn)線牛仔色紗染色和短流程牛仔色紗染色的優(yōu)缺點(diǎn)，為了解牛仔色紗染色相關(guān)技術(shù)提供參考。

1 靛藍(lán)牛仔色紗染色機(jī)理

靛藍(lán)類色素是人類所使用最古老的色素之一，最早可追溯到大約公元前2 500年。在古代，靛藍(lán)以價(jià)格低廉、色澤優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)受到大眾的喜愛，通過“甕染”技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于日常生活用品的染色。19世紀(jì)90年代LEVI Strauss采用501靛藍(lán)染料染色創(chuàng)造了牛仔色紗產(chǎn)品的先河，這也成為了牛仔織物染色發(fā)展進(jìn)程中的重要節(jié)點(diǎn)［5］。

靛藍(lán)染料是一種還原性染料，分子式為C16N2H10O2，分子量為262。由于靛藍(lán)分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，故不可直接用于牛仔色紗染色；靛藍(lán)染料只有在強(qiáng)堿性環(huán)境中被還原成為隱色體鈉鹽上染纖維，再經(jīng)過空氣氧化恢復(fù)為原來的穩(wěn)定態(tài)染料，才能最終固著在纖維上，完成纖維染色。

靛藍(lán)染紗包括4個(gè)過程：靛藍(lán)染料還原→靛藍(lán)隱色體鈉鹽上染→靛藍(lán)隱色體氧化→紗線染色后處理。靛藍(lán)染料還原是指將不溶性的靛藍(lán)在強(qiáng)堿（主流用NaOH溶液）條件下和還原劑（又稱“保險(xiǎn)粉”，主流用Na2S2O4）作用轉(zhuǎn)化為靛藍(lán)隱色體鈉鹽。靛藍(lán)隱色體鈉鹽上染是指紗線經(jīng)過染缸時(shí)，隨著浸染時(shí)間的推移，隱色體鈉鹽被吸附在纖維表面并向內(nèi)部擴(kuò)散；企業(yè)在生產(chǎn)中為了提高紗線上染效率，通常在染液中加入滲透劑，并采用6次~8次浸軋氧化連續(xù)染色，以達(dá)到所需染色深度。靛藍(lán)隱色體氧化是指上染在紗線上的隱色體鈉鹽離開染缸后，在空氣中與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，使紗線呈現(xiàn)穩(wěn)定的靛藍(lán)色。紗線染色后處理是指染色完成后洗去紗線表面的浮色。

2 生產(chǎn)線中靛藍(lán)牛仔色紗染色打樣方法

由于靛藍(lán)需要經(jīng)過多次浸染上色，企業(yè)生產(chǎn)線長(zhǎng)達(dá)幾十米，這對(duì)企業(yè)的牛仔產(chǎn)品開發(fā)和小型打樣帶來諸多技術(shù)難題［6］。目前企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)階段為了保證小樣生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)產(chǎn)品無差異，借助的生產(chǎn)線中靛藍(lán)牛仔色紗染色打樣主流方法有軸經(jīng)染色、球經(jīng)染色和筒子紗染色。

2.1 軸經(jīng)染色

軸經(jīng)染色又稱片紗染色，指紗線染色過程中多根紗線并列呈片狀排列染色。根據(jù)紗線染色工藝要求，需要經(jīng)過多道浸扎還原染色和氧化。企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，將色紗的染色和上漿工藝連續(xù)化設(shè)計(jì)，形成漿染聯(lián)合機(jī)組。目前主流的軸經(jīng)染色方式又可分為軸經(jīng)多染槽連續(xù)染色上漿聯(lián)合機(jī)組和軸經(jīng)單染槽環(huán)形連續(xù)染色上漿聯(lián)合機(jī)組。

2.1.1 軸經(jīng)多染槽連續(xù)染色上漿

軸經(jīng)多染槽連續(xù)染色上漿聯(lián)合機(jī)組的工藝過程包括5個(gè)步驟：經(jīng)紗退卷預(yù)濕→多道染槽浸染氧化→水洗烘干→上漿→烘干集紗。經(jīng)過整經(jīng)的經(jīng)紗從經(jīng)軸上退繞下來浸入1道~2道的潤濕槽進(jìn)行預(yù)濕處理；紗線經(jīng)多次循環(huán)進(jìn)入6道~8道染色槽浸染還原和空氣中氧氣，完成靛藍(lán)染色的氧化還原反應(yīng)；染色后的紗線進(jìn)入2道~3道水洗槽，洗去紗線表面的浮色，并利用多個(gè)烘筒進(jìn)行預(yù)烘干；染色后的片紗送入漿槽完成上漿；最后片紗通過烘房完成烘燥，導(dǎo)出到集紗裝置，完成紗線的纏繞收集。

2.1.2 軸經(jīng)單染槽環(huán)形連續(xù)染色上漿

軸經(jīng)單染槽環(huán)形連續(xù)染色上漿聯(lián)合機(jī)組的工藝原理與軸經(jīng)多染槽連續(xù)染色上漿聯(lián)合機(jī)組的工藝一致，但是軸經(jīng)單染槽是采用環(huán)形走紗方式，將紗線連續(xù)多次送入單染槽完成染色上漿工藝，即1個(gè)染槽代替6個(gè)~8個(gè)染槽；該方法縮短了工藝過程，減少了生產(chǎn)設(shè)備的占地面積，且節(jié)省了染料配給和排放。其工藝過程：經(jīng)軸上的經(jīng)紗退繞后經(jīng)過潤濕槽完成預(yù)濕工藝；預(yù)濕完畢的經(jīng)紗送入單染槽完成紗線的第1次染色；染色后的紗線從染缸上部一對(duì)壓輥導(dǎo)出，繞過位于后方的經(jīng)軸架完成氧化工藝；之后紗線從經(jīng)軸架的下方經(jīng)過，通過導(dǎo)輥再次到單染槽完成浸染，重復(fù)循環(huán)6次~8次，完成經(jīng)紗的染色；最后水洗烘干、上漿、烘干集紗，與軸經(jīng)多染槽連續(xù)染色上漿工藝相同。

2.2 球經(jīng)染色

球經(jīng)染色又稱束裝染色或繩染，指將數(shù)十根或數(shù)千根紗線聚集呈一束進(jìn)行染色。球經(jīng)染色工藝流程中包括球經(jīng)整經(jīng)機(jī)、球經(jīng)染色機(jī)（又稱束狀染色機(jī)）、分紗機(jī)。球經(jīng)整經(jīng)機(jī)是將數(shù)筒經(jīng)紗合并成一束卷繞在經(jīng)軸處，球經(jīng)染色機(jī)同上述的軸經(jīng)染色相同，多道浸染完成染色工藝；分紗機(jī)是將染色完成的球經(jīng)重新分紗、整經(jīng)完成色紗的收集。球經(jīng)染色生產(chǎn)的色紗染色質(zhì)量穩(wěn)定，效率高，受到企業(yè)的一致好評(píng)，但相關(guān)的國內(nèi)紡機(jī)制造企業(yè)比較少，主要進(jìn)口的球經(jīng)染色設(shè)備來自美國莫里森公司［7?8］。

球經(jīng)染色的工藝過程和軸經(jīng)染色稍有不同，染色機(jī)的前端和后端設(shè)置了球經(jīng)整經(jīng)機(jī)和分紗機(jī)。球經(jīng)紗有12束、14束、24束、28束以及36束，經(jīng)紗根數(shù)可達(dá)到400根。球經(jīng)染色的工藝流程：將12根~36根束紗從整經(jīng)機(jī)上退繞下來再潤濕；束紗進(jìn)入染缸6次~8次進(jìn)行浸染和氧化，完成束紗染色；然后再完成水洗和烘燥；最后通過分紗機(jī)進(jìn)行分紗，并重新整經(jīng)制成經(jīng)軸，以備后道上漿工序使用。

2.3 筒子紗染色

筒子紗染色按其染色工藝形態(tài)又稱為填裝染色，將用于筒子染色的紗線卷繞在多個(gè)表面有孔的筒子上，然后將筒子依次置于染缸中，通過循環(huán)泵帶動(dòng)染液循環(huán)流動(dòng)對(duì)筒子紗的內(nèi)部和外部進(jìn)行充分的滲透，然后將筒子紗從染缸中拿出來在空氣中進(jìn)行氧化，從而完成色紗染色［9］。其中恒天立信公司生產(chǎn)的筒子紗染色設(shè)備可適用于純棉紗和化纖紗的染色。

筒子紗染色的工藝流程和上述的軸經(jīng)、球經(jīng)染色機(jī)理一致，不同的是筒子紗染色的染色機(jī)打破了固有的紗線浸染模式，為紗線染色方式提供了新的思路。筒子紗染色機(jī)是將紗線筒置于封閉式染筒內(nèi)不動(dòng)，紗線四周布有高壓染液噴頭，根據(jù)染色工藝要求，噴頭噴出染液至紗線表面完成上染，緊接著紗線運(yùn)行至染筒上部的導(dǎo)紗處，同時(shí)完成紗線染色的氧化反應(yīng)，然后紗線進(jìn)入下一個(gè)染筒，重復(fù)多次氧化還原反應(yīng)，直至紗線完成染色。

3 生產(chǎn)線中牛仔色紗染色打樣存在的問題

目前，國內(nèi)多數(shù)企業(yè)的靛藍(lán)牛仔色紗染色打樣都借助生產(chǎn)線完成產(chǎn)品的開發(fā)工作，但存在以下問題。

首先，工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備占地面積大。在企業(yè)生產(chǎn)中為保證還原性染料充分染色，需要經(jīng)過多道浸軋還原和氧化反應(yīng)才能滿足紗線的染色要求，導(dǎo)致染漿聯(lián)合機(jī)和束狀染色機(jī)的生產(chǎn)線長(zhǎng)達(dá)幾十米。其中每道染色機(jī)的長(zhǎng)度達(dá)到6.5 m，完成氧化工藝的設(shè)備總長(zhǎng)度可達(dá)到40 m，再加上上漿工藝設(shè)備，全機(jī)總長(zhǎng)度在50 m~60 m。

其次，資源浪費(fèi)多，成本損耗大。企業(yè)中龐大的機(jī)臺(tái)設(shè)備是針對(duì)大批量生產(chǎn)設(shè)計(jì)的，所以染槽、漿槽等容量都比較大，造成染料、漿料的浪費(fèi)。同時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾十米的生產(chǎn)線需要多名技術(shù)工人協(xié)同，存在勞動(dòng)力成本較高的問題。

再次，色紗質(zhì)量差，工藝不連續(xù)。由于借助產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線完成色紗打樣存在束紗（或片紗）股繩細(xì)的問題，經(jīng)過軋染時(shí)存在強(qiáng)力低、易斷紗等問題。相較于企業(yè)生產(chǎn)線成熟的工藝，采用絞紗染色的牛仔色紗打樣方法成本較高，容易出現(xiàn)片差和層差現(xiàn)象，而采用筒子染色所生產(chǎn)的小樣蓬松度與柔軟度都不如絞紗染色的產(chǎn)品，也容易發(fā)生內(nèi)外層色差、染色不透等現(xiàn)象。

最后，產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，質(zhì)量不穩(wěn)定。企業(yè)借助生產(chǎn)線完成產(chǎn)品開發(fā)需要停工停產(chǎn)、配置染料、調(diào)整工藝參數(shù)等以完成小批量打樣，同時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)需要重復(fù)上述的操作，耗費(fèi)了大量的時(shí)間在準(zhǔn)備打樣階段；由于染缸染液濃度有波動(dòng)和不易清洗導(dǎo)致的遺留物問題會(huì)對(duì)打樣染液配方產(chǎn)生影響，使得打樣紗線質(zhì)量不穩(wěn)定。

4 短流程牛仔色紗打樣方法

為解決生產(chǎn)線中牛仔色紗染色打樣存在的問題，行業(yè)內(nèi)給出的解決方案是在保證牛仔紗線染色工藝的條件下，利用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)，將紗線染色的氧化還原過程在短流程設(shè)備上完成。目前，主流的設(shè)備有立缸染色機(jī)、噴缸染色機(jī)、短流程染漿一體機(jī)3種，受到業(yè)界的一致好評(píng)［10］。

4.1 立缸染色機(jī)

立缸染色機(jī)打破了原來的生產(chǎn)線紗線移動(dòng)、染液相對(duì)靜止的模式，轉(zhuǎn)換為紗線圓周盤繞、染液動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)均勻上染。立缸染色機(jī)采用循環(huán)式排紗，可以滿足生產(chǎn)線6道~8道軋染工藝，原理類似于洗衣機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋槳使染液有規(guī)律地轉(zhuǎn)動(dòng)。紗線在染色機(jī)內(nèi)呈圓周盤繞，染液在螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)下，對(duì)紗線表面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)染色，隨著時(shí)間的推移，染液濃度下降，打開底部排液孔將廢液排出。立缸染色機(jī)采用新型染色模式解決了生產(chǎn)線中牛仔色紗打樣占地面積大、產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)的技術(shù)難題，可適用于羊毛和棉紗等針織牛仔產(chǎn)品的色紗開發(fā)。

4.2 噴缸染色機(jī)

噴缸染色是將絞紗放置于帶有多孔的噴管處，噴缸中噴管連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絞紗運(yùn)動(dòng)，同時(shí)噴管表面高壓噴口將染液噴染在紗線上。噴缸染色機(jī)在機(jī)箱內(nèi)部設(shè)有8根染料噴射管，可根據(jù)不同紗線的染色工藝要求自定義參與染色的噴管。噴管噴出的染料完成紗線染色后，多余的染料順著絞紗流回自循環(huán)染槽中，大幅度提高了染液的利用率。紗線以絞紗形式纏繞在支紗架上，支紗架做圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，水泵將染液經(jīng)輸液管噴染在絞紗表面。染色過程中，紗線在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)染料同步循環(huán)噴射。此方法可適用于棉紗、蠶絲及較高品質(zhì)的絞紗等色紗打樣工藝。

4.3 短流程染漿一體機(jī)

通過對(duì)企業(yè)中各種靛藍(lán)牛仔色紗染色工藝的分析和總結(jié)，得出靛藍(lán)牛仔紗線染色生產(chǎn)的工藝必須滿足以下范圍：在室溫染色條件下，機(jī)臺(tái)轉(zhuǎn)軸速度15 m/min~35 m/min，紗線浸染還原時(shí)間1.8 min~3.6 min，空氣氧化時(shí)間6 min~15 min，浸染還原和氧化比例為1∶10.7~1∶4.0，紗線水洗工藝溫度18℃~25℃，上漿漿液溫度70℃~90℃。

為解決現(xiàn)有工藝生產(chǎn)線長(zhǎng)、成本高、染色不勻、染色不透等問題，開發(fā)一種適用于企業(yè)生產(chǎn)線、高?；虿夹羞M(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的短流程式牛仔色紗設(shè)備十分必要，我們和江陰通源紡機(jī)有限公司聯(lián)合研制的GA 393型染漿一體機(jī)給出了解決方案，具體如圖1所示。

筒子原紗1從筒子架上導(dǎo)出來經(jīng)過導(dǎo)紗器2和張力盤3，繞過大紗籠5進(jìn)入染槽14，通過浸沒輥13后紗線被浸壓到染液液面以下，紗線從染液中出來并通過軋輥4擠壓掉多余的染液，之后再次繞過大紗籠5和浸沒輥13，如此往復(fù)，并通過大紗籠5和分紗板6的作用，將一定圈數(shù)的紗線均勻地排列在大紗籠和浸沒輥上。之后經(jīng)過染色的紗線通過水洗槽7，洗去色紗上多余的浮色，水洗后的紗線到漿槽12，實(shí)現(xiàn)單根紗線上漿。完成漿紗過程的紗線到烘房10，在小紗籠11上進(jìn)行烘干，最后經(jīng)過斷紗自停裝置8到整個(gè)設(shè)備的成形機(jī)構(gòu)9，紗線被卷繞到筒管上，完成單紗的染色與上漿過程。

GA 393型染漿一體機(jī)和其他短流程染色機(jī)相比的技術(shù)突破點(diǎn)在于，其還原了產(chǎn)業(yè)牛仔紗線染色的整個(gè)工藝過程。為解決生產(chǎn)線多染缸占地面積大的問題，GA 393型染漿一體機(jī)給出的解決方案是采用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)，將數(shù)十米的染漿生產(chǎn)線打樣縮短在3 m左右的染漿一體機(jī)上，機(jī)械結(jié)構(gòu)采用復(fù)合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大紗籠5和浸沒輥13同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)原紗1排布在大紗籠5和浸沒輥13表面，大紗籠5表面的紗線可完成靛藍(lán)染色的氧化工藝，浸沒輥13的紗線浸沒在染液中，完成靛藍(lán)染色的還原工藝。同時(shí)，大紗籠5下側(cè)設(shè)置了分紗板6，可保證原紗1根據(jù)染液要求多次進(jìn)出染槽14，滿足紗線染色深度要求。該設(shè)備可滿足不同種類紗線、不同染液的染色上漿要求，為企業(yè)、高校等的靛藍(lán)牛仔色紗小批量打樣提供了新的解決方案。

5 結(jié)語

牛仔色紗打樣受染料上染率的影響，也被50 m~60 m生產(chǎn)線所制約，同時(shí)染液系統(tǒng)存在濃度不穩(wěn)定、染缸未實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)和補(bǔ)給、無法保證各個(gè)染缸的上染率穩(wěn)定等問題。本研究從生產(chǎn)線牛仔色紗打樣、短流程牛仔色紗打樣兩個(gè)方面總結(jié)了牛仔靛藍(lán)染色技術(shù)的研究進(jìn)展。短流程牛仔色紗打樣突顯了不可替代的優(yōu)勢(shì)，為提升牛仔色紗短流程打樣與生產(chǎn)線生產(chǎn)色紗的一致性，建議今后短流程色紗打樣還需在以下幾方面進(jìn)行深入研究。

首先，發(fā)展多種短流程排紗機(jī)械結(jié)構(gòu)。為徹底克服色紗借助生產(chǎn)線打樣問題，進(jìn)一步研發(fā)特種機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足多類紗線和染料的打樣，提升色紗打樣與生產(chǎn)線工藝的一致性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)短流程單機(jī)染色設(shè)備的色紗柔性打樣。

其次，搭建智能檢測(cè)和智能染液補(bǔ)給系統(tǒng)。由于現(xiàn)有的各種染缸染液采用自循環(huán)和人工濃度檢測(cè)方法，未對(duì)牛仔色紗進(jìn)程中的染液濃度進(jìn)行定量、定性測(cè)量分析，導(dǎo)致紗線的上染均勻性差。因此從紗線染色的實(shí)踐和工藝要求角度出發(fā)，需要添加短流程牛仔色紗的智能染液補(bǔ)給系統(tǒng)。

最后，建立全面的短流程牛仔色紗打樣理論。短流程染色機(jī)的進(jìn)一步研發(fā)需要涉足交叉領(lǐng)域知識(shí)，如機(jī)械、化工、計(jì)算機(jī)等，以實(shí)現(xiàn)占地面積小、上染效率高、染液濃度穩(wěn)定的新型短流程染漿一體機(jī)。