筒子染色機技術(shù)水平的提高與發(fā)展

摘  要：筒子染色機對紗線(xiàn)筒子染色工藝的實(shí)現起著(zhù)至關(guān)重要的作用，科學(xué)技術(shù)水平的提高，使其性能更加可靠，功能更為強大，為染色工藝的“一次成功”提供了必要的保證。本文論述了筒子染色機在性能和功能方面的發(fā)展以及對紗線(xiàn)筒子染色工藝起到的作用。
關(guān)鍵詞：筒子染色機；染色工藝；功能；技術(shù)水平；

    紗線(xiàn)筒子染色工藝應用的發(fā)展，推動(dòng)了染色設備的技術(shù)不斷進(jìn)步，傳統依靠人的操作經(jīng)驗控制染色工藝的做法，已被性能可靠和*的自動(dòng)控制技術(shù)所替代。這些功能和結構的出現，不僅保證了染色工藝的重現性，而且更加體現出、節能和環(huán)保的特點(diǎn)，在為使用者帶來(lái)較高的經(jīng)濟效益的同時(shí)，也帶來(lái)了一定的社會(huì )效益。
1、適于染色工藝的發(fā)展，提高“一次成功”率
    與染色工藝密切相關(guān)的除被染物和設備外，就是染化料。適用于某種纖維染色的染料，總是伴隨著(zhù)該種纖維的改良而發(fā)展，同時(shí)也在不斷擴大應用于其他纖維的染色，這其中具有代表性的染料是活性染料?？梢哉f(shuō)它是發(fā)展zui快的一類(lèi)染料?；钚匀玖先旧幕纠碚撔纬珊?，人們對此提出了一些更為合理和嚴格的控制方式，制訂了一些新的染色工藝。如受控染色工藝和中性固色工藝，它對保證染色質(zhì)量和重現性起到很大作用。
1.1 受控染色工藝
    受控染色是將染料、染色技術(shù)和管理技術(shù)有機結合起來(lái)，對染色過(guò)程進(jìn)行嚴格控制，以科學(xué)合理的染色工藝，實(shí)現率、高率、低生產(chǎn)成本和zui少廢水污染的生產(chǎn)模式。這就是我們現在經(jīng)常講到的“一次成功”生產(chǎn)。
    從染色技術(shù)方面來(lái)看，選用配伍性較好的染料，通過(guò)一定的程序合理控制染色過(guò)程，是受控染色的關(guān)鍵所在。程序控制是否合理，直接影響染色過(guò)程，而它又是通過(guò)染色機的一些功能來(lái)實(shí)現的。根據染料上染和固色二個(gè)階段的不同規律，將實(shí)驗得到的染料的染色規律，設計出合理的控制程序，由染色機對影響各階段的染色溫度、染料和助劑的濃度等因素，進(jìn)行溫度比例、加料計量、浴比和染色時(shí)間的控制。
    受控染色過(guò)程不僅用于染色，現在已擴展到染色后的水洗過(guò)程。它通過(guò)對水洗的影響因素，如溫度、水流速度、PH值和水解染料的直接性等，設計出合理的控制程序，進(jìn)行過(guò)程控制，以達到、節能降耗的目的。
1.2  活性染料中性固色工藝
    活性染料中性固色工藝是*致力于研究的課題。在采用活性染料的染色工藝中，堿是作為固色的條件，同時(shí)，隨著(zhù)堿性的增強，染料的水解速率也加快，造成固色效率降低。除此之外，在生產(chǎn)中配制的染液穩定性也會(huì )因堿性的增加而下降，導致染色的重現性降低。因此，活性染料染色受到了一些限制。
    為了克服活性染料在堿性條件下染色所存在的缺點(diǎn)，出現了活性染料中性固色工藝。這種工藝的先決條件是如何提高中性條件下活性染料的固色速度，從工藝控制方面來(lái)考慮，取決于染料性質(zhì)、纖維性質(zhì)、反應介質(zhì)和固色反應條件等四個(gè)方面。而其中的固色反應條件包括反應溫度、PH值、電解質(zhì)濃度、浴比以及染色助劑的濃度，它們都與染色機的控制有關(guān)系。如果染色機具備了這些控制功能，那么就能夠較好地實(shí)現活性染料中性固色工藝。
1.3  前處理
    前處理是紗線(xiàn)染色之前必*的一道工序?；瘜W(xué)纖維主要是以去油為主，工藝比較簡(jiǎn)單，時(shí)間也不長(cháng)，但纖維素纖維，則不然。大量的天然雜質(zhì)，衍生物，使得前處理的工藝復雜化，耗費的助劑和占用的時(shí)間都很大。為了解決這個(gè)矛盾，近年來(lái)推行了前處理工藝，除了發(fā)明的許多煮漂劑外，還在設備的使用上做了改進(jìn)，由過(guò)去常溫下（100℃以下）的前處理改為高溫條件下（110℃左右）進(jìn)行。這樣不僅提高了前處理的效果，同進(jìn)縮短了時(shí)間，當然只有采用高溫高壓筒子染色機才能滿(mǎn)足這種使用條件。
2、、節能、環(huán)保特性的充分體現
    現代染色技術(shù)的發(fā)展表明，染色機的性能不僅要滿(mǎn)足染色工藝的要求，同時(shí)還要求染色過(guò)程短，消耗的能源zui低，對環(huán)境造成污染zui小。通過(guò)對機械結構及功能控制的不斷完善，使得染色機的、節能和環(huán)保的特性日趨明顯。
2.1  生產(chǎn)效率高
    對生產(chǎn)效率有直接影響的因素主要是生產(chǎn)過(guò)程時(shí)間的長(cháng)短。染色工藝是生產(chǎn)過(guò)程的主要組成部分，它一般由升溫、保溫和降溫過(guò)程所組成，而溫度變化的熱源來(lái)自熱交換器。提高換熱效率，不僅可以為溫度變化過(guò)程提供較短時(shí)間，還可達到節能降耗的目的。
除此之外，還有高溫排放、壓力排放、染液壓力輸入等輔助功能，對提高生產(chǎn)效率，縮短輔助工時(shí)都起到了一定作用。
2.2  節能降耗
    水是目前染色工藝中普遍使用的介質(zhì)，除染色外，水洗還要消耗更多的水，并且工藝要求水具備一定的溫度，而熱量是由飽和蒸汽來(lái)提供的。水用得多，飽和蒸汽就消耗得多，因此，降低染色工藝的耗水量，就成為染色機發(fā)展所追求的一個(gè)目標。與傳統筒染機相比，目前的筒染機已做了很大結構上的改進(jìn)，通過(guò)結構上的優(yōu)化設計，結合染色工藝的特點(diǎn)，不斷降低浴比，降低蒸汽和染化料消耗。
1）提高水洗效率
    前面講到的染色受控，實(shí)際已擴展到了水洗過(guò)程。而實(shí)現這一過(guò)程的所有參數，均由筒染機相應功能去控制。當然水洗效率還受到染色過(guò)程中很多因素影響，如染料的提升性，固色率以及像活性染料在堿性條件下的水解程度。但*的筒染機可以通過(guò)自身一些性能，較好對染色過(guò)程中的影響因素進(jìn)行受控，為染色后的水洗提供一個(gè)良好的先決條件，正由于這二者的有機結合，才使得筒染機具有較高為水洗效率。
2）同步染色控制
    同步染色控制（英文Synchro Dyeing Control；簡(jiǎn)稱(chēng)SDC）作為較早應用于染色機的一項技術(shù)，將染液循環(huán)流量，按不同纖維材料、不同卷裝方式、染化料及助劑對纖維的不同作用過(guò)程，以及同一染色工藝過(guò)程中的不同時(shí)間段，給予不同量的分配，以zui少的流量實(shí)現、低耗的染色過(guò)程。其核心就是在染色不同的階段，采用不同的流量進(jìn)行染色。
    流量變化是由主泵交流變頻、流量或者壓差在線(xiàn)檢測，反饋信號，由PLC和電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。目前比較*的筒染機已經(jīng)采用了這項控制技術(shù)，并且取得良好的經(jīng)濟效益。
2.3  環(huán)保要求已成為經(jīng)濟發(fā)展的一個(gè)主題，雖然目前染色機和染色工藝還不能擺脫水的消耗，但人們始終都朝著(zhù)降低水消耗，減少染色后污液中所殘留的對環(huán)境有破壞影響的化學(xué)雜質(zhì)方向去努力。設備許多性能是兼顧多方面的，如設備浴比的降低，不僅節省水、蒸汽和染化料，而且減少了污水的排放量。設備性能的提高，保證了染色工藝的重現性，減少返修率，實(shí)際上降低了由于返工或修色而增加水消耗和排放，對環(huán)保起到了一定作用。
3、設備結構的優(yōu)化設計
    筒子染色機有臥式和立式之分，目前主要以立式為主。筒子染色機發(fā)展迄今，不同形式的各自結構都發(fā)生了很大變化，大到主缸、主循環(huán)系統、染籠；小到頂鎖均有不同程度變化。這些都為筒染機的使用性能和功能上拓展起到了很大作用，可以說(shuō)筒染機今天的結構形式，是這些具體各組成部分的整體優(yōu)化。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，現從二個(gè)大的方面，對結構的優(yōu)化設計進(jìn)行闡述。
3.1  染液循環(huán)系統
    染液循環(huán)系統是為染色過(guò)程提供染液與被染物進(jìn)行交換所設置的結構，它必須保證同一缸內的所有被染物的各點(diǎn)得到相同的交換和頻率，其目的主要是保證染液濃度和溫度的均勻性。系統結構的差異，必然產(chǎn)生不同結果，因此，人們進(jìn)行了大量的實(shí)驗研究，不斷改進(jìn)，形成了各自的結構特點(diǎn)。從降低浴比的角度來(lái)講，染液循環(huán)系統所占用的空間愈小愈好，因為它可以減少存水量。但就實(shí)際的情況來(lái)看，過(guò)分地減少循環(huán)系統的存水量，就會(huì )使自由循環(huán)染液（除去被紗線(xiàn)所吸附以外的循環(huán)染液）減少，帶來(lái)一些不利影響。我們知道染液在循環(huán)過(guò)程中肩負著(zhù)一個(gè)很重要的任務(wù)，那就是染液的濃度差和溫度差縮小，而它又是由自由循環(huán)染液在強制對流中完成，希望完成的時(shí)間和影響的范圍越小越好。從這個(gè)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，應該將染液的濃度差和溫度差控制放在主循環(huán)管路中，給予一定的空間和時(shí)間（當然是有限制的），讓其在強制對流中充分進(jìn)行，使得進(jìn)入主缸體內的染液濃度和溫度均勻一致，保證所有紗線(xiàn)的各點(diǎn)均得到相同的上染條件。這一點(diǎn)對容量大的缸是非常重要的。
    從流體力學(xué)的角度考慮，染液在主循環(huán)系統中要有良好的水力特性，盡量減少局部和沿程阻力損失。局部阻力損失主要是發(fā)生在換向裝置、熱交換器及彎管處，沿程阻力損失主要發(fā)生在循環(huán)管路中。采用平穩圓滑過(guò)度，縮短管程等優(yōu)化設計結構，均可減少水力損失。
    主循環(huán)泵作為染液循環(huán)的動(dòng)力源，應具有較高的效率和良好的抗汽蝕性能。由于目前大部分筒染機主泵采用了交流變頻控制，按照同步染色控制的要求，主泵的流量和揚程在一定的范圍內可變化，這就要求主泵的特性曲線(xiàn)必須平穩圓滑，不能出現駝峰現象，否則會(huì )使流量和揚程在變化過(guò)程中產(chǎn)生波動(dòng)，造成染液循環(huán)流量不穩定，影響上染過(guò)程。
3.2  提高主缸有效容積，可以降低染液浴比。目前這種結構優(yōu)化設計主要表現在以下幾個(gè)方面。
1）筒子紗芯桿的分布。采用不*同心圓分布，可以在相同范圍內，比同心圓分布多設置一些紗芯桿。
2）主缸底部封頭的形式和空間的利用。主缸底部封頭采用的有橢圓形封頭和碟形封頭二種。從壓力容器受力的角度來(lái)分析，橢圓形封頭優(yōu)于碟形封頭，但碟形封頭的容積要小于橢圓形封頭。結于相同直徑的橢圓封頭和碟形封頭，受力的差異，對于強度計算后的厚度影響不是很大，因此，目前采用碟形封頭型式較多。如果將熱交換器外置，那么染籠還可以向下移一部分，充分利用了封頭內部空間。
3）主缸體的長(cháng)徑比
    若主缸染液液面淹沒(méi)頂層紗的頂面高度一定，那么頂部染液量與缸徑的平方成正比。也就是說(shuō)，相同容量的主缸體，直徑大而高度低的比直徑小高度高的浴比要大（筒體上端和底部封頭部分染液的容積差）。
    因此，立式筒染機有向高層紗發(fā)展的趨勢，當然，還要綜合考慮到主泵揚程以及染籠結構形式的相應改變，否則，可能會(huì )出現上下層筒子紗色差。
4、*控制技術(shù)的應用
    筒子染色機技術(shù)水平的發(fā)展，可以說(shuō)很大程度體現在控制技術(shù)的發(fā)展和應用，過(guò)去許多靠人的經(jīng)驗去操作的過(guò)程，現在都由自動(dòng)程序去控制了。這樣不僅消除了人為的影響因素，提高了染色重現性，而且還提高了生產(chǎn)效率，為生產(chǎn)廠(chǎng)家帶來(lái)了較好的經(jīng)濟效益。
目前已經(jīng)有幾項比較成熟的控制技術(shù)應用到筒子染色機上。
4.1  液位壓差式模擬量檢測控制。傳統的液位是靠翻板液位計去測量，具體使用中，不同載量，為了保證浴比不變，須通過(guò)液位限制開(kāi)關(guān)由人去調整，產(chǎn)生誤差較大，對染色的重現有影響。采用壓差式模擬量液位檢測，可以比較地控制浴比。當剛入完水后，由于被染物的不斷吸附，液位發(fā)生變化時(shí)，它可以自動(dòng)進(jìn)行一次、二次或多次入水補償，保證浴比的準確性。
4.2  染液循環(huán)流量的檢測和控制
    染液循環(huán)流量對染色工藝甚至zui終被染物質(zhì)量有很大的影響，早期筒染機的流量是通過(guò)主泵出口所設置的節流閥進(jìn)行調節的，但這種控制是不連續的。由于是依靠操作者的經(jīng)驗去設定，所以流量控制很不穩定，同時(shí)降低了主泵效率。
    *的染液循環(huán)流量控制原理是：根據不同紗種以及同一染色工藝中的不同時(shí)間段（如升溫過(guò)程中的不同溫度段，保溫的時(shí)間段）對流量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。它是由主泵電機交流變頻調速、PLC和電腦組成的控制系統，給予不同主泵轉速下的流量和揚程特性曲線(xiàn)，并保證主泵效率不變。這也就是前面講到的同步染色控制技術(shù)。
通過(guò)對染液流量的有效控制，不僅能夠保證紗線(xiàn)的染色質(zhì)量和染色工藝的重現性，同時(shí)還可以節省電能消耗。
4.3  溫度、加料比例控制
    升溫的精度控制，尤其是低升溫速率的控制，對染色工藝顯得尤為重要。通過(guò)溫度比例控制閥程序的設定?？梢杂行У剡M(jìn)行溫度比例控制。加料比例控制是按照受控染色的要求，由加料比例調節閥和PLC程序所組成的控制系統，完成染料和助劑分段、計量以及注入速度等過(guò)程。它對保證染色質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。
4.4  pH值檢測裝置
    目前有些比較*的設備配備了這種裝置，從染色工藝的角度來(lái)考慮，是非常有用的。它可以隨時(shí)比較的檢測和控制染液的pH值，有效地控制上染和固色的工藝過(guò)程，但這套裝置價(jià)格比較貴，應用還不是很普及。
4.5  *控制
    由于一般染紗廠(chǎng)的染色機比較多，少則10幾臺，多則幾10臺，所以設備的使用效率和工藝的管理比較重要。采用*控制可以較好地集中控制染色工藝，提高設備使用效率，消除單機操作的人為影響因素；同時(shí)，還將秤料、化料、化驗、打樣及物流納入統一到受控之中。目前這項控制技術(shù)已廣泛得到應用，并獲得了良好的經(jīng)濟效益。
5、設備使用的可靠性
    設備具備了優(yōu)良的性能和滿(mǎn)足使用要求的各種功能，還必須要有可靠的元器件和機電配套件去保證這些性能或者去實(shí)現這些功能，也就是說(shuō)設備的性能和各項功能要由一定的配套件來(lái)支撐，它的質(zhì)量好與壞直接影響到設備的可靠性。因此，一個(gè)性能優(yōu)良的染色機，它的配套機電及元器件也是非?？煽康?。
    對筒子染色機性能影響較大的配套件主要有以下幾個(gè)方面
5.1  控制系統所采用PLC和電腦。它是設備控制系統的核心部分，必須保證性能可靠、功能強大并留有與*控制連接的接口。由于各種品牌電腦系列中，功能上存在較大差異，有的功能是考慮未來(lái)或應用到其他非染色機設備上，所以?xún)r(jià)格上相差較大。盲目追求過(guò)剩功能的做法是不可取的，但基本的和必需的功能必須保證。
5.2  檢測及執行元器件。檢測元件價(jià)格一般都比較貴，由于檢測到的溫度、壓差等參數發(fā)準確性直接關(guān)系到PLC和電腦zui終發(fā)出的程序指令是否正確。所以檢測元件必須是精度高，性能可靠，故障率低，否則會(huì )出現錯誤信號傳送，zui終導致動(dòng)作失誤。
各種閥類(lèi)，如氣控閥、電磁閥都是程序動(dòng)作的執行元器件，也必須質(zhì)量可靠，動(dòng)作準確，使用壽命長(cháng)。如果這些元器件質(zhì)量不好，故障頻繁，那么再好的設備性能也體現不出來(lái)。
6、結束語(yǔ)
    筒子染色機技術(shù)水平的發(fā)展和進(jìn)步，充分體現出設備綜合性能的提高，在為紗線(xiàn)染色工藝提供更加可靠加工手段的同時(shí)，其、節能和環(huán)保特性也顯得尤為突出。隨著(zhù)染色工藝的不斷創(chuàng )新和發(fā)展，設備某些功能還須逐步完善，并且在向新的應用領(lǐng)域繼續拓展。