棉网喷染无水色纺关键技术.pdf
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1、棉网喷染无水色纺关键技术印染(2024 No.3)棉网喷染无水色纺关键技术魏家坤1,程小明1,吕治家1,2()1.魏桥纺织股份有限公司,山东 邹平 256200;2.天津工业大学,天津 300387摘要:对梳棉喷染无水色纺纱线关键技术的可行性进行分析并进行研发验证。实践证明:通过对梳棉/喷染装备的设计研发,配置合适的雾化装置、烘干装置和有机溶剂回收装置,并通过对纺纱工艺流程的再造,采用蒸纱方式对无水色纺纱线进行固色,同时对纺纱工艺参数、纺纱专件、专件清洁方式等进行优化调整,实现了棉网喷染无水色纺普梳全棉18.5 tex纱线的生产,并且成纱指标、产品色牢度均达到了预期的开发效果。棉网喷染无水色纺
2、纱线可满足客户对浅色系、花式风格产品的应用需求。关键词:喷染;无水色纺;棉网;色纺纱中图分类号:TS193.8文献标志码:BDOI:10.3969/j.yinran.202403012Key technology for waterless color spinning of cotton web with spray dyeingWEI Jiakun1,CHENG Xiaoming1,LYU Zhijia1,2()1.Weiqiao Textile Co.,Ltd.,Zouping 256200,China;2.Tiangong University,Tianjin 300387,China
3、Abstract:The feasibility of key technologies for waterless color spinning of colored cotton web is analyzed.Theresults prove that through the design and development of carding/spray dyeing equipment,including the configuration of atomization devices,drying devices and organic solvent recovery device
4、s,and through the transformation of spinning process,fixation of color spun yarns by steaming,and optimization of the spinning processparameters,spinning parts and cleaning methods,the production of 18.5 tex waterless color spinning cottonyarn is realized.The yarn indexes and color fastness can meet
5、 the application needs of customers for light color and fancy style products.Key words:spray dyeing;waterless colored spinning;cotton web;colored fiber blends色纺纱线是以有色纤维或染色纤维纺制成的具有色彩效果的纱线,产品具有环境污染少、色彩丰富、风格多样的特点,近年来越来越受到品牌企业和设计师的青睐,色纺纱的需求量持续上升1。目前,常规色纺纱的加工工艺是先染纤维(或原液着色)后纺纱,但染色后纤维性能变化较大,以棉纤维为例,染色后纤维强力比
6、未染色纤维强力下降8.2%左右,棉结增加10.5%左右,且染色后纤维弹性下降,导致棉纤维的可纺性变差、短绒率增高、强力下降等问题2。同时,由于常规色织物在精练、渗透、染色、固色等加工过程中会产生大量废水,其生产环保性有待进一步提升。对此,本课题研究了棉网喷染无水色纺纱线技术,并以普梳全棉18.5 tex纱线研发为例,进一步探究了棉网喷染无水色纺纱的技术难点及各工序的控制要点。1棉网喷染无水色纺纱线可行性分析为进一步降低传统花色纱生产能耗高、耗水量大、使用无机盐促染而产生大量废水的行业共性问题,研究者在不断寻求清洁绿色的染纱方法,陆续出现了多种新技术。泡沫染色主要是采用特殊上染方式,通过降低浴比
7、来达到省水和节能减排的目的。无盐染色主要是针对原料进行改性并复配相应的助剂,以及开发新型工艺,如改性棉、改性活性染料、电化学染色等,能够在一定程度上减少盐和其他助剂的使用,有助于成本控制和能耗降低3-7。近年来,无水染色(非水介质染色)技术逐渐进入人们的视野,具有代表性的技术有超临界CO2无水染色技术、有机溶剂介质染色等新型染色方式。这一类技术利用了非水介质回收率高的特点,从而减少污水排放,相比较少水无盐染色技术,能够大幅降低印染工业对水资源的依赖,尤其是对涤纶等非亲水性的化学纤维进行染色时,与高温高压水介质染色方法相比,它降低了能耗和污染,但对设备、操作和安全规范的要求较高8-10。纱线喷染
8、技术也可以实现节水、降耗的效果。纱线喷染是利用空压机的气流将喷头中的染液喷到匀速运行的纱线上,染液与纱线接触产生的压强会在一定收稿日期:2023-11-22;修回日期:2024-02-22基金项目:山东省重点研发计划(重大科技创新工程)(2023CXGC010610);泰山产业领军人才工程专项经费项目(tsjn20221129)。作者简介:魏家坤(1967),高级工程师,魏桥纺织股份有限公司总经理,主要从事纺织企业生产经营管理。通信作者:吕治家,正高级工程师,高级纺织面料设计师,魏桥纺织股份有限公司总工程师。E-mail:。59印染(2024 No.3)程度上促使染液渗透进入纱线内而实现彩点效
9、果。谈智鑫等11以美术喷笔替代实际生产所用的喷头,在实验室建立了一种纱线喷染模拟试验装置,通过正交试验优化喷染参数,结果表明在最优喷染工艺下制得的棉纱线具有较高的色深度和色牢度。黄凯等12设计了一种用于纱线染色的喷头和喷墨装置,将多个喷针组件设置成绕纱线轴的环形分布,可从不同方向对纱线表面喷射染液,提高喷染均匀性。张家港三得利染整科技有限公司开发出染整微用水、零排放、多花色新型纱线连续涂料染色关键技术,通过原纱电晕刻蚀改性和超声波阳离子改性技术的组合运用,前处理、浸轧染色和焙烘固色的全流程创新,采用涂料染色及成套整机装备,开发了纱线连续段染、喷染工艺及装置,并与连续轧染集成于一体13。以上喷染
10、纱线均能达到较好的色牢度及颜色深度,但均为成纱后进行喷染加工,存在成纱后的纤维轴向抱合力较大,喷染过程中染液仅能在纱线表面附着,容易出现染色不匀及染花现象。目前,行业内对成纱过程中实现喷染加工技术的相关研究极少。本文在综合分析上述染色方法的基础上,进一步研究短流程色纺染色技术,提出一种棉网喷染的无水色纺成纱技术,通过雾化装置将染液均匀喷洒在梳棉棉网上,经后道常规纺纱流程制得染色纱线,再经一定的固色工艺使得纱线及织物的色牢度达到用户要求。选择在梳棉棉网阶段进行喷染的原因:首先,由于梳棉棉网幅宽可达到1 m,增大了梳棉棉网与染液的接触面积,有利于雾化后的染液更加均匀地喷洒到梳棉棉网上;其次,梳棉棉
11、网集束成条后,染料可更好地被棉纤维包裹在纱线内部,后续的固色过程中更有利于提升颜色深度及色牢度;再次,由于梳棉棉网的喷染在纺纱流程的前道工序进行,经并合、牵伸后,色纺纱线颜色更加均匀。2棉网喷染纱线关键技术及控制措施基于对以上棉网喷染技术方案的分析,采用棉网喷染方式生产无水色纺纱线需要解决以下问题:(1)染液如何均匀地喷洒到梳棉棉网上,且不能因喷洒雾化气流干扰梳棉棉网的运行轨迹,从而造成梳棉棉网的破边、破洞、断头等问题;(2)如何将梳棉机连续输出的棉网迅速干燥,避免因棉纤维的回潮率过高导致无法顺利成条,以及由于染液的黏连造成棉纤维间黏连成块无法顺利牵伸,影响纱线指标等问题;(3)棉网喷染纱线如
12、何达到服用产品要求的颜色深度及牢度问题。因此,棉网喷染无水色纺技术是一项涉及到设备技改、染液配制、纺纱染整等技术的多学科交叉系统工程。2.1棉网喷染设备技改微纳米镶嵌纺技术是利用梳棉/静电纺丝一体机,将梳棉棉网与功能性亚微米纤维镶嵌复合成纱的一种新型纺纱技术。该技术是将产生的微纳米纤维沉积到梳棉棉网上,完成纳米纤维与棉纤维的结合14。棉网喷染需要有足够的棉网拓展空间,以便安装雾化喷头及烘干装置。棉网喷染/烘干箱体是借鉴了我司的梳棉/静电纺丝一体机,并在箱体内安装雾化喷洒装置及烘干装置(如图1所示)。改造后的棉网喷染/烘干箱体将梳棉机梳理后的棉网经托棉帘喂入到棉网喷染/烘干箱体中,梳棉棉网在箱体
13、内负压装置的作用下吸附于网眼式输棉帘的底部,负压可贯穿整个箱体及输棉帘,在负压装置的作用下,经雾化喷洒装置雾化后的染液均匀地分散在梳棉棉网表面,同时箱体内由于负压的存在解决了雾化装置喷洒染液时因气流紊乱而造成的棉网破边、破洞及断头等问题。在雾化喷洒装置的前方安装烘干装置,使带有染液的梳棉棉网能迅速地烘干至合适的回潮率,再经喇叭口的集束制备成棉网喷染无水色纺生条。551C5#5 5E图1棉网喷染/烘干装置示意图Fig.1 Schematic diagram of spray dyeing/drying device for cotton web2.2无水染液的配制无水染液中含有溶解或分散均匀的染
14、料和元明粉等,该染液要具有较好的挥发性及回收性。无水染液中溶剂选择易于挥发和回收的二甲基甲酰胺(DMF)有机溶剂,染料选择S-3B诺威克隆宝石红活性染料,具体为:将活性染料、元明粉加入到二甲基甲酰胺(质量比为2 0.5 100)中,搅拌2 h,超声波振荡3 min后继续搅拌2 h,以备梳棉喷染工序使用。2.3喷染工序关键控制措施梳棉/喷染是该技术的关键工序,该工序在确保棉网梳理质量的前提下,不仅要实现梳棉棉网的喷染完整性、均匀性,还需要对喷染后的棉网进行烘干并集束成条,同时还需要通过控制梳棉工序的出条速度(即棉网运动速度)、生条定量(即棉网的厚度)来调节无水色纺生条的颜色深浅程度。生产无水色纺
15、喷染普梳全棉18.5 tex纱线,梳棉生条定量控制在15.5 g/5 m,梳棉出60棉网喷染无水色纺关键技术印染(2024 No.3)条速度控制在30 m/min,以确保纱线颜色深度。经梳棉机梳理后的棉网轻薄,雾化装置的雾化压力、雾化喷头与棉网之间的距离直接影响到梳棉棉网的完整性,而喷头的雾化效果直接影响染液液滴的大小及染液在棉网表面的均匀性。通过调节雾化喷头与梳棉棉网的距离,可以合理控制雾化喷头对输棉帘棉网的影响,解决雾化喷头吹散棉网的问题,同时加大负压装置的负压量,使梳棉棉网完全贴服于输棉帘的底部。四组雾化喷头与输棉帘棉网的距离控制在80 cm。通过调节雾化喷头的压力和流速来控制染液的雾化
16、效果及喷液量,可以达到棉网喷染均匀的目的。为确保喷头雾化染液的均匀性,雾化喷头压力控制在1.0 MPa,无水染液流速根据最终纱线产品不同颜色的深浅程度控制在500 mL/h。连续输出的棉网需要在喷染箱体内迅速烘燥,但又必须具有一定的含水率,以保证后道工序的正常加工。棉网的运行速度、烘干装置温度、烘干装置与棉网之间的距离直接影响棉网的烘燥效果。由于棉纤维、二甲基甲酰胺有机溶剂均属于易燃物品,烘燥过程中不允许有明火出现,因此需要控制烘干装置温度低于棉纤维的着火点温度及二甲基甲酰胺的闪点温度,并且不能使用明火或电钨丝,以免造成火灾事故。因此,烘干装置优选远红外加热灯管,调整远红外加热灯管与棉网的固定
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