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化纤针织物超声波除油定形工艺的研究与应用2021-08-02肖广智 曾 涛 广州德润纺织有限公司 肖广智 曾 涛 摘要：阐述了采用超声波技术应用于化纤针织物平幅除油定形工艺代替化学助剂对化纤针织物平幅除油水洗再定形工艺，同样可以达到原平幅除油水洗工艺的效果。介绍了超声波除油的工艺及其原理：超声波的“空化效应一可以对油剂进行分散、乳化作用，然后通过水洗和定形机的蒸发达到除油目的的工艺过程。化纤针织坯布经一槽85℃清水+超声波和一槽60℃清水+超声波及一槽60℃清水洗，轧水进定形机195℃×20 m/min初定形，布上油剂随水分蒸发进入定形机尾气从而达到除油定形的目的。 l超声波及其能用于纺织化纤针织物除油的机理 1.1超声波 声波是物体机械振动状态或能量的传播形式，声波的传递依照正弦曲线纵向传播，即一层强一层弱依次传递。声波分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20 Hz以下，我们入耳能听到的声波频率为20～20 kHz，超出入耳听觉的一般上限(20 kHz)，这种人耳听不到的声波叫超声波。 由于超声波具有功率大，频率高，波长短的特性，因此它传播的方向性好，穿透能力强。利用其功率特性、传播特性和空化效应，工业与医学上常常用来切削、焊接、清洗、钻孔和超声探测。 超声波技术在纺织品湿加工方面的研究已有多年。利用超声波在液体中会产生强烈的空穴效应能从分散、排气、扩散三个方面影响染色或前处理进程，具有经济、高效（缩短加工时间）、纤维损伤小和加工效率高的特性。由于超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，可以促进液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散性能，明显地提高染料的溶解性和分散性，减少了因染料溶解性不好，分散性差而造成的染色异常。根据超声波具有的这些性能，我们也可以研究将其应用于化纤针织物坯布的除油工艺。 1.2纺织化纤针织物超声波除油的机理 化纤针织物除油定形创新工艺是采用在高效除油机的除油槽内设置超声波(声波频率在20～50 kHz)发生器震源，利用超声波的振荡产生的“空化”效应（升温至50℃即可达最佳空化效果），强化除油过程。当足够大振幅的超声波作用于液体介质（水）时，反复交替地产生瞬间负压力和瞬间正压力，在产生负压的半周期内，液体介质中产生真空空穴，液体蒸汽或溶解于溶液中的气体进入空穴形成气泡。紧接着在正压力的半周期，气泡被压缩而破裂，瞬间产生强大的压力。反复如此，液体介质就会发生断裂，形成微泡，这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，微粒之间这种剧烈的相互作用会使液体的温度骤然升高，起到了很好的“搅拌”作用。另一方面超声波在密度不同的异相界面处会产生显著的反射作用，这个反射声压也会使界面上溶液激烈地发生搅动。二种“搅拌”叠加，起到了很好地“打碎”细化作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，使织物表面和内存的油渍剥落、分散，形成水包油型乳化状态的很小的颗粒。加上机器上部的喷淋和溢流水洗作用，然后经过轧车轧水（或真空吸水），除掉了部分油剂。坯布上带走的另一部分已经形成“水包油”型乳化状态的纺织油剂颗粒则经定形机高温定形被蒸发，经抽风带入定形机尾气净化装置进行回收处理，从而达到进一步除油的目的。 2化纤针织物超声波除油定形工艺与传统除油水洗工艺的对比 2.1化纤针织物传统除油水洗工艺 化纤针织物在纺丝和织造过程中为了使生产更加顺利，都会添加纺丝油剂和织造油剂来减小纱线与机械的摩擦。但这些坯布上的油剂又会影响其后续印染加工，须予以去除。坯布上的油通常是已经乳化的润滑油，有较好的水溶性，但经高温破乳后就很难除去了，因此最好是在高温初定形之前进行除油。对于含氨纶的化纤针织物，加在氨纶上的润滑油剂一般是较难溶于水的含硅油剂，相对就较难去除了。 化纤针织物的常规印染加工工艺流程是：坯布除油→高温初定形→染色或印花→后定形→成品。 传统的除油工艺通常有3个： a.煮练除油：坯布平幅→溶剂（四氯乙烯）除油→高温初定形； b.染缸内前处理除油：坯布进染缸→除油剂+纯碱80～100℃×20～30 min→脱水→高温初定形； c.连续平幅水洗除油：坯布平幅进机→一槽85℃+除油剂纯碱→一槽70℃除油剂+纯碱→三槽60℃水洗→一槽常温水洗→轧水→高温初定形。 2.2新型超声波除油定形工艺 坯布→一槽85℃清水+超声波→二槽60℃清水+超声波→轧水→高温初定形。 2.3超声波除油定形新工艺的特点 此工艺除油为物理作用除油，改变了传统的化纤纺织面料须用化学助剂除油的概念，是对传统除油工艺的一个全新突破，它不需要使用化学助剂（也可加少量除油剂辅助除油），更绿色环保；大幅减少了用水、用电和蒸汽的消耗，实现了节能减排；缩短了工艺流程，实现了除油与定形生产的连续化， 减少了劳动用工，也提高了生产效率：因为使用超声波振荡，能使化纤纺织面料表面的纺织油剂颗粒更小，分布更加均匀，从而达到了提高染色及印花上色率和改善得色的均匀度，同时改善纺织面料手感的要求；因为少用或不使用化学助剂，保障了坯布布面上的pH值及后续印染加工得色的前后一致性， 降低了后续加工的质量风险，同时也减少了对纺织纤维的加工损伤。 3化纤针织物超声波除油定形工艺技术条件及工艺生产试验与实践 3.1工艺技术条件 超声波频率一般在30kHz左右，功率大小根据坯布厚薄及含油量多少可在0.3～1.0 W/cm2功率密度范围内进行调整；工艺车速按坯布的原初定形工艺车速，初定形温度195～198℃；轧水轧车压力按加工坯布厚薄在0.3-0.5 MPa范围内调整。 3.2工艺生产试验与实践 3.2.1试生产用坯布代号及其原料组合 试生产用坯布代号及其原料组合如表l所示。 表l试生产用坯布代号及其原料组合
3.2.2除油设备及工艺流程对比 a.溶剂平幅煮练除油机是ITALY SperottoRimar，平幅除油水洗机是立倍高乐平幅水洗机OIV2SCS-2400，超声波除油机是广州盛鹏SPDXCY-2400。 b.化纤针织物坯布的传统除油方式有：溶剂（四氯乙烯）平幅煮练除油；进染缸加除油剂和纯碱做高温前处理除油；在平幅水洗机（如高乐平幅水洗机）除油槽加除油剂和纯碱高温水洗除油。 c.超声波除油定形工艺是采用广州盛鹏新型除油水洗机SPDXCY-2400，在二至三个水洗槽中加装了超声波发生器，利用超声波产生的空化作用，不需加任何化学助剂，经溢流、喷淋水冲洗并再通过高温定形蒸发随尾气抽走达到除油的目的。 d.工艺流程对比 工艺流程对比如表2所示。 表2 工艺流程对比
3.3试验及生产实践结果 同一条坯布分别用不同除油工艺除油的布面含油率见表3。 表3不同除油工艺除油的布面含油率
同一条坯布分别用不同除油工艺除油后的左、中、右含油率见表4。 表4 不同除油工艺除油后的左、中、右含油率
取同一织造机台织的坯布D05分别用高乐平幅除油、初定形和超声波除油初定形工艺，然后在同一染缸的两管各配同一条布的一半，同浴染浅紫色（敏感色），看布面及边、中色差等情况。其结果见表5。 表5 布面及边、中色差等情况
4 结果分析与讨论 含氨纶纺织化纤弹力针织物坯布的除油最干净的方法是溶剂（四氯乙烯）平幅煮练除油，按此工艺除油，布面手感较硬，染色得色较浅，且生产过程中四氯乙烯会随布带出而挥发污染空气，不利环保，此工艺己在逐渐淘汰中，因此，无需再同它作对比，同现常用的除油工艺：平幅水洗除油和染缸内前处理除油工艺比较即可。 从表三可以看出用超声波除油定形工艺，其布面除油效果和高乐平幅水洗除油和染缸前处理除油工艺相当（稍低），且水洗除油后初定形的高温蒸发对除油有较大的帮助作用，经水洗除油后及时定形是很必要的，这样更进一步除油的同时还可减少一没及时定形烘干产生“风印”造成水洗流色印等染色色花、色渍疵病。从表四、表五可以看出，虽超声波除油的除油效果稍差，但其除油效果较均匀， 其染后边中色差较好、布面得色较深，且染色均匀度也较好。 5结论 (1) 在化纤弹力针织物的印染生产实践中，我们发现，其实坯布的除油是不需要除太干净的，只需部分去除、使布面含油均匀就可以了，这样布面手感才会更好，染色得色也更深、更艳，采用超声波除油更能满足生产要求。 (2) 盛鹏超声波除油机总功率只15 kW左右，其工艺流程很短，能与定形机联机生产，且不需用其它化学除油助剂，、因此，应用超声波除油定形工艺更省水、电、汽、化学除油剂及人工，更绿色环保， 能满足生产质量要求，有较好的推广应用价值。 (3) 化纤针织坯布经一槽85℃清水+超声波和一槽60℃清水+超声波及一槽60℃清水洗，轧水进定形机195℃、20 m/min初定形，超声波频率用30 kHz，功率大小可根据坯布的厚薄和含油多少在0.35～1.0 W/cm2之间调整。 (4) 利用超声波的这些特性还可以试验推广应用到超声波化染料、超声波染色等纺织印染其它生产过程。 参考文献： [1] 李志刚.超声波技术在羊绒低温染色中的应用[J].针织工艺，2012 (9)：51-52. [2] 李志刚.超声波技术在棉针织物低温练漂中的应用[c]∥2018年全国针织染整前处理染色新技术研讨会论文集，广州：2018年全国针织染整前处理染色新技术研讨会，2018. [3] 丘健鹏.锦氨经编针织面料平幅除油水洗新工艺探讨[c]∥2018年全国针织染整前处理染色新技术研讨会论文集，广州：2018年全国针织染整前处理染色新技术研讨会，2018. [4] 吴赞敏.纺织品清洁染整加工技术[M].北京：中国纺织出版社，2007. [5] 沈淦清.含氨纶弹性织物染整[M].北京：中国纺织出版社，2004.[6] 阎克路.染整工艺与原理[M].北京：中国纺织出版社，2009. |
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