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  • 涤纶热定型轧染一步法生产工艺

    发布时间:2016-01-27 点击:

    摘要:针对工厂实际生产,利用均匀轧车和定型机等连续性设备,采用浸轧烘焙的工艺,对涤纶纤维同时进行热定型和染色,并确定较佳工艺,解决染色及拼色过程中出现的问题,为进行批量化生产提供参考;对染色后的织物性能进行测试。


    关键词:分散染料;涤纶;热定型机;轧染


    涤纶的连续性热熔轧染染色已有应用,经过多年的改善,如今已有实际生产;涤纶的连续性热熔轧染染色有很多优点,生产时间短、连续性好、效率高、用水少、排放少、污染小等;然而涤纶的连续性热熔轧染染色也存在着各种问题,能耗大、浮色多、手感硬等。本文运用常规热定型设备,采用浸轧焙烘工艺,在涤纶织物热定型的同时对织物进行染色,在降低能耗的同时也可以省去水洗,实现染色零排放。


    热熔染色时,织物浸轧分散染料溶液后烘干,分散染料吸着在织物表面,然后在200℃及以上的高温下涤纶纤维无定形区分子链段的运动剧烈,可产生足够大的瞬时空隙,同时,染料升华为气相,并以此形式扩散进入织物内部而染着[1]。


    在轧液烘干时,易出现染料泳移,所谓泳移是指随着织物上水分、自由活动水的蒸发而引起染料移动的现象。染料的泳移会造成色斑、色差、白芯等疵病,为防止或减少染料的泳移,一方面控制好织物浸轧后的带液率,另一方面可在染液中加入防泳移剂。本实验以海藻酸钠作防泳移剂,其抑制泳移的机理是:海藻酸钠具有水合作用,能与自由活动水分相结合,使自由水分量降低,从而在烘燥过程中,减少分散染料的泳移[2]。


    2.1织物规格、试剂及设备


    织物规格:经纬细度75×100旦,经纬密18.5/32白帆布,荣夏远纺织有限公司提供。


    试剂:海藻酸钠、聚丙烯酸酯类匀染剂、冰醋酸;低温型染料:分散蓝2BLN;中温型染料:分散黄SE-RL;高温型染料:分散蓝S-GL。


    设备仪器:RAIPED轧车、定型机;HunterLab测色配色仪;摩擦色牢度测试仪,电子分析天平。


    2.2染色工艺


    煮练后织物浸轧染液(二浸二轧,轧余率50%左右)→预烘→焙烘→水洗


    2.3测试


    K/S值:采用HunterLab测色配色仪测试。


    摩擦牢度:采用GB/T3920-1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定;


    汗渍牢度:采用GB/T3922-1995《纺织品耐汗渍色牢度》测试。


    3.1温度对染色的影响


    焙烘温度是影响染色效果的重要因素,温度过高,染料升华较多,部分染料升华到设备上,造成设备污染、染料浪费和固色率降低;温度过低,染料向纤维内部扩散速率较慢,导致长染色时间。焙烘温度的选择应考虑染料的耐升华牢度。在文献中染料的热熔温度给出的都是一个范围,在这个范围内,染料能够大部分上染涤纶织物,但是上染率仍然存在差异,织物浮色量也不同。因此研究温度对染色的影响很有必要。工艺流程及配方:


    S-GL,SE-RFL,2BLN;染料浓度20g/L,一浸一轧,焙烘时间90S,轧余率50%左右,轧车压力4kg。水洗后测得K/S值如下图:


    从图1、图2、图3中可以得出,较佳热熔温度分别是:S-GL220℃,SE-RL210℃,2BLN195℃,由于染料结构的不同,其升华温度也不同,随温度的升高,染料的上染率逐渐增加;温度较低时,纤维没有足够大的空隙染料升华未能进入纤维内部固着,从而影响上染率;温度太高,染料大量升华逸入大气,固着纤维内的染料也会升华,从而降低染料的上染率。实际生产中使用中温型或高温型分散染料比较适合热熔染色。


    图1为高温型分散染料的在不同温度下的上染率通过K/S值表示,从图中可以看出从200~215℃上染率略有下降,由于温度升高,染料升华增多而损失,但还有部分染料未升华,而未进入纤维内部,当温度达到220℃的时候,涤纶织物产生足够大的空隙,染料升华量增加,进入纤维内部固着的染料和升华出来的染料动态平衡增加,从而增加了染料的上染率。图2为温度对中温型分散染料上染率的影响,从190~210℃染料的上染率呈递增趋势,随着温度的升高,纤维大分子链段运动加剧,纤维空隙增加,升华的染料进入纤维内部的几率增大,染料上染率增加。此时纤维力学性能损失较小,上染率能够达到生产所需要求,在实际生产中中温型染料被广泛应用。图3显示了低温型分散染料在不同温度下上染纤维的情况,在较大吸收波长处的K/S值波动不大,可以得出在这个温度范围内染料上染纤维没有很大差别,在195℃时染料上染率达到较高,但是由于在低温型分散染料的升华温度下上染纤维,往往达不到纤维染色饱和值,故在染浅色时,采用低温型分散染料更有利,可避免焙烘箱内染料升华损失过多。


    3.2焙烘时间对染色的影响


    本文采用的工艺是先预烘再焙烘,如果织物浸轧后烘干时受热不匀,水分不规则地气化,将引起染料沿着水分蒸发的方向移动,从而产生阴阳面,前后、左中右色差等染色不匀疵病,由于分散染料颗粒对涤纶缺乏亲和力,因此,烘干时很容易发生泳移现象,常用的是红外线预烘和热风烘干相结合的烘干方式,降低织物浸轧后带液率,以及加入适量的防泳移剂都可以减少染色过程中的疵病。故预烘温度采用100℃,时间为30s。


    染色过程中焙烘时间也是影响染色效果的重要因素之一,分为三个阶段:①织物升温到染色焙烘温度所需的时间②染料吸附所需时间③染料向纤维内部扩散固着所需时间,这三个阶段交叉进行,形成一个动态的平衡。焙烘时间与织物厚度和紧密度、设备加热效率、焙烘温度及染色深度等因素有关。对于松薄织物、设备加热效率高、焙烘温度高、染浅色,焙烘时间较短;相反,则要适当延长焙烘时间,保证染料充分发色、固色,获得匀染、透染的效果,焙烘时间过程会导致染料升华增加而损失。


    在以往的论文资料中焙烘时间都在90~150s这个范围内,在实际生产中焙烘时间决定定型机的车速,从而制约着工艺生产的效率,本实验大样在8节烘箱组成的定型机(全长25M左右)上进行,车速18m/min,实际染色的布样在焙烘90s后已经可以达到生产的要求。本实验小样在RAIPET轧车、定型机上进行,焙烘时间对染料染色的影响,如图4所示



    从图中不同的焙烘时间对S-GL染料所染布的K/S值,图4可以看出5种焙烘时间K/S值差别不是很大,故综合取90s为较佳热熔焙烘时间。


    3.3pH对染色的影响


    涤纶染色,染浴pH值要求在弱酸性条件下,是由涤纶纤维与分散染料的性质所决定的。涤纶纤维在高温条件下,当pH值>7时,就容易发生水解减量,严重时会使涤纶纤维强力下降。而且,脱落的水解产物,又易沾污纤维,造成染色疵病。分散染料中,一些含氰基、酯基、酰胺基的染料,在高温碱性条件下,容易发生水解,而变色或消色。所以分散染料高温高压染色染浴pH值通常控制在5~6之间,这样染色织物色光纯正,色泽鲜艳,上染百分率高。


    本实验用冰醋酸对染液的pH值进行控制,从图5可以得出当pH值在5~6时,织物的K/S值较大,反映了染料上染纤维量较大。与以往的论文文献所得出的结果相吻合。



    3.4助剂对染色的影响


    在染液中加入合适的助剂有利于染色的进行,减少染色后的疵病,提高产品质量。海藻酸钠被公认为热熔染色比较好的匀染剂,聚丙烯酸酯类也有很好的匀染效果,现对两种助剂进行对比,海藻酸钠浓度3%,聚丙烯酸酯类浓度3%,搅拌2h,静置12h。



    图6、7分别为海藻酸钠和聚丙烯酸酯对染料染色的影响,通过图6和图7可以看出,随着海藻酸钠量的增加,染料上染率会增加,织物颜色加深,而聚丙烯酸酯类则没有很大变化;从匀染效果来看,两者接近;染色后若要经过树脂整理,海藻酸钠本身对织物就有硬挺的效果,则优先考虑使用海藻酸钠,本文工艺采用3%海藻酸钠80g/L。


    尿素是染料的良好助溶剂,能提高染料溶解的速率;尿素又是良好的吸湿剂,在涤纶热熔染色中的可以加速纤维溶胀,使纤维自由容积增大,从而可提高染料向纤维内部的扩散速率,从图中可以得出,当尿素达到2g/L的时候,染料上染率有明显的增加;工艺中尿素的用量为2g/L。


    3.5织物性能


    热熔染色水洗后织物的耐汗渍色牢度为4~5级;干、湿摩擦色牢度均为5级。而未经水洗织物的干摩擦色牢度为4~5级,湿摩擦色牢度为4~5级。因此,在色牢度要求不是很严格时,可以省略水洗的步骤。


    4染料拼色及拼色过程中的问题


    工厂实际热熔染色生产中,往往是两种或三种颜色的拼色,染色过程中出现较大的三个问题就是染色不匀、浮色较多和染深色性差。为了提高染色的均匀性,①从筛选染料开始,由于不同温型的分散染料在不同的温度下染色时,其上染率与染色温度的依附性也会不同,所以实际染色温度一旦偏高或偏低,就会造成不同温型的分散染料上染率产生差异,引起色光波动。例如,SE型与S型两只染料拼色,采用二者的中间温度染色,若染色温度偏高,许多S型染料的上染率会随温度的升高而增加,而SE型染料的上染率却变化不大;若染色温度偏低,S型染料的上染率又会随温度的降低而下降,而SE型染料的上染率却较少变化。所以,实际染色温度的差异必然会造成小样放大样时色差较大和大生产时色光不稳定、重现性不佳的问题出现[3],所以在筛选染料时候,要求所选染料热熔温度在同一范围内。



    ②溶化染料时,如果使用的水温度超过80℃,染液浓度很大,使用了硬水,操作时将水加入于粉状分散染料之中,都会使染料凝结成块,不易化开,使配制的染浴呈现凝聚现象,造成染色不匀。应使用40℃以下的温水,使用软水,在搅拌下将粉状分散染料缓缓撒入,即能获得分散性良好的染液。③如果所染织物前处理不充分,纺纱油剂残留较多,会促使染浴中的染料凝聚甚至沉淀,造成染色不匀。应加强织物的染前处理,充分清除残留油剂。浮色产生较多的原因与浸轧的染液浓度过高、焙烘温度以及时间有关,由于分散染料对涤纶纤维没有直接性,预烘后只是附着在织物表面,若浸轧染液浓度过高在同样的条件下织物表面染料增多,热熔时不能全部进入纤维而固着就会产生大量的浮色,浮色的产生不仅影响织物的色光,染料浪费也严重,也加大水洗的污染程度;实际生产中可以通过加增稠剂以及在不影响色光的情况下降低染液浓度来解决这样的问题。关于染深性,由于热熔染色与高温高压染色不同,热熔染色焙烘时间短,染料从升华到固着快,染色饱和值较低;而高温高压染色时间相对较长,在高压的情况下,纤维上染率增加,染色饱和值会比热熔染色高。为了提高染色深度,增加纤维上染料的上染量,获得深浓的染色效果,分散染料拼色时可依据分散染料染色饱和值的加和性,即分散染料拼色时,拼色染料的结构和性质相差较大,染色饱和值具有加和性,此时纤维的染色饱和值约为这几种染料单独染色时的染色饱和值之和。但若拼色用的几只染料结构和性质相近,则染色饱和值不具有加和性,这是由于结构和性质相近的染料,染色时可能在纤维上形成混晶而产生竞染,这时染色饱和值不具有加和性[4]。


    5结论


    热定型、热熔染色一步法较佳工艺条件:染液(3%海藻酸钠80g/L,尿素2g/L,醋酸调节pH值5~6之间,分散染料量由所需色泽而定),二浸二轧,4kg轧车压力(轧余率50%左右),在有张力条件下预烘(温度100℃以下)30s,并焙烘(温度220℃)时间90s,落布。


    6参考文献


    [1]吴冠英.染整工艺学,第三册[M].北京:纺织工业出版社,1985


    [2]薛迪庚.涤纶混纺织物的染整[M].北京:纺织工业出版社,1987


    [3]崔浩然.分散染料浸染的配伍技术(1)[J].2008,30(11):35-37


    [4]赵涛.染整工艺学,第二分册[M].中国纺织出版社,2005


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