筒子染色机技术水平的提高与发展

      纱线筒子染色工艺应用的发展,推动了染色设备的技术不断进步,传统依靠人的操作经验控制染色工艺的做法,已被性能可靠和先进的自动控制技术所替代。这些功能和结构的出现,不仅保证了染色工艺的重现性,而且更加体现出高效、节能和环保的特点,在为使用者带来较高的经济效益的同时,也带来了一定的社会效益。
 
  1、适于染色工艺的发展,提高“一次成功”率
 
  与染色工艺密切相关的除被染物和设备外,就是染化料。适用于某种纤维染色的染料,总是伴随着该种纤维的改良而发展,同时也在不断扩大应用于其他纤维的染色,这其中具有代表性的染料是活性染料。可以说它是发展快的一类染料。活性染料染色的基本理论形成后,人们对此提出了一些更为合理和严格的控制方式,制订了一些新的染色工艺。如受控染色工艺和中性固色工艺,它对保证染色质量和重现性起到很大作用。
 
  1.1受控染色工艺
 
  受控染色是将染料、染色技术和管理技术有机结合起来,对染色过程进行严格准确控制,以科学合理的染色工艺,实现高效率、低生产成本和少废水污染的生产模式。这就是我们现在经常讲到的“一次成功”生产。
 
  从染色技术方面来看,选用配伍性较好的染料,通过一定的程序合理控制染色过程,是受控染色的关键所在。程序控制是否合理,直接影响染色过程,而它又是通过染色机的一些功能来实现的。根据染料上染和固色二个阶段的不同规律,将实验得到的染料的染色规律,设计出合理准确的控制程序,由染色机对影响各阶段的染色温度、染料和助剂的浓度等因素,进行温度比例、加料计量、浴比和染色时间的控制。
 
  受控染色过程不仅用于染色,现在已扩展到染色后的水洗过程。它通过对水洗的影响因素,如温度、水流速度、PH值和水解染料的直接性等,设计出合理的控制程序,进行过程控制,以达到高效、节能降耗的目的。
 
  1.2活性染料中性固色工艺
 
  活性染料中性固色工艺是长期致力于研究的课题。在采用活性染料的染色工艺中,碱是作为固色的条件,同时,随着碱性的增强,染料的水解速率也加快,造成固色效率降低。除此之外,在生产中配制的染液稳定性也会因碱性的增加而下降,导致染色的重现性降低。因此,活性染料染色受到了一些限制。
 
  为了克服活性染料在碱性条件下染色所存在的缺点,出现了活性染料中性固色工艺。这种工艺的先决条件是如何提高中性条件下活性染料的固色速度,从工艺控制方面来考虑,取决于染料性质、纤维性质、反应介质和固色反应条件等四个方面。而其中的固色反应条件包括反应温度、PH值、电解质浓度、浴比以及染色助剂的浓度,它们都与染色机的控制有关系。如果染色机具备了这些控制功能,那么就能够较好地实现活性染料中性固色工艺。
 
  1.3高效前处理
 
  前处理是纱线染色之前必不可缺少的一道工序。化学纤维主要是以去油为主,工艺比较简单,时间也不长,但纤维素纤维,则不然。大量的天然杂质,衍生物,使得前处理的工艺复杂化,耗费的助剂和占用的时间都很大。为了解决这个矛盾,近年来推行了高效前处理工艺,除了发明的许多高效煮漂剂外,还在设备的使用上做了改进,由过去常温下(100℃以下)的前处理改为高温条件下(110℃左右)进行。这样不仅提高了前处理的效果,同进缩短了时间,当然只有采用高温高压筒子染色机才能满足这种使用条件。
 
  2、高效、节能、环保特性的充分体现
 
  现代染色技术的发展表明,染色机的性能不仅要满足染色工艺的要求,同时还要求染色过程短,消耗的能源低,对环境造成污染小。通过对机械结构及功能控制的不断完善,使得染色机的高效、节能和环保的特性日趋明显。
 
  2.1生产效率高
 
  对生产效率有直接影响的因素主要是生产过程时间的长短。染色工艺是生产过程的主要组成部分,它一般由升温、保温和降温过程所组成,而温度变化的热源来自热交换器。提高换热效率,不仅可以为温度变化过程提供较短时间,还可达到节能降耗的目的。
 
  除此之外,还有高温排放、压力排放、染液压力输入等辅助功能,对提高生产效率,缩短辅助工时都起到了一定作用。
 
  2.2节能降耗
 
  水是目前染色工艺中普遍使用的介质,除染色外,水洗还要消耗更多的水,并且工艺要求水具备一定的温度,而热量是由饱和蒸汽来提供的。水用得多,饱和蒸汽就消耗得多,因此,降低染色工艺的耗水量,就成为染色机发展所追求的一个目标。与传统筒染机相比,目前的筒染机已做了很大结构上的改进,通过结构上的优化设计,结合染色工艺的特点,不断降低浴比,降低蒸汽和染化料消耗。
 
  1)提高水洗效率
 
  前面讲到的染色受控,实际已扩展到了水洗过程。而实现这一过程的所有参数,均由筒染机相应功能去控制。当然水洗效率还受到染色过程中很多因素影响,如染料的提升性,固色率以及像活性染料在碱性条件下的水解程度。但先进的筒染机可以通过自身一些性能,较好对染色过程中的影响因素进行受控,为染色后的水洗提供一个良好的先决条件,正由于这二者的有机结合,才使得筒染机具有较高为水洗效率。
 
  2)同步染色控制
 
  同步染色控制简称SDC)作为较早应用于染色机的一项技术,将染液循环流量,按不同纤维材料、不同卷装方式、染化料及助剂对纤维的不同作用过程,以及同一染色工艺过程中的不同时间段,给予不同量的分配,以少的流量实现优质、低耗的染色过程。其核心就是在染色不同的阶段,采用不同的流量进行染色。
 
  流量变化是由主泵交流变频、流量或者压差在线检测,反馈信号,由PLC和电脑进行实时控制。目前比较先进的筒染机已经采用了这项控制技术,并且取得良好的经济效益。
 
  2.3环保要求已成为全球经济发展的一个主题,虽然目前染色机和染色工艺还不能摆脱水的消耗,但人们始终都朝着降低水消耗,减少染色后污液中所残留的对环境有破坏影响的化学杂质方向去努力。设备许多性能是兼顾多方面的,如设备浴比的降低,不仅节省水、蒸汽和染化料,而且减少了污水的排放量。设备性能的提高,保证了染色工艺的重现性,减少返修率,实际上降低了由于返工或修色而增加水消耗和排放,对环保起到了一定作用。
 
  3、设备结构的优化设计
 
  筒子染色机有卧式和立式之分,目前主要以立式为主。筒子染色机发展迄今,不同形式的各自结构都发生了很大变化,大到主缸、主循环系统、染笼;小到顶锁均有不同程度变化。这些都为筒染机的使用性能和功能上拓展起到了很大作用,可以说筒染机今天的结构形式,是这些具体各组成部分的整体优化。为了说明这一点,现从二个大的方面,对结构的优化设计进行阐述。
 
  3.1染液循环系统
 
  染液循环系统是为染色过程提供染液与被染物进行交换所设置的结构,它必须保证同一缸内的所有被染物的各点得到相同的交换和频率,其目的主要是保证染液浓度和温度的均匀性。系统结构的差异,必然产生不同结果,因此,人们进行了大量的实验研究,不断改进,形成了各自的结构特点。从降低浴比的角度来讲,染液循环系统所占用的空间愈小愈好,因为它可以减少存水量。但就实际的情况来看,过分地减少循环系统的存水量,就会使自由循环染液(除去被纱线所吸附以外的循环染液)减少,带来一些不利影响。我们知道染液在循环过程中肩负着一个很重要的任务,那就是染液的浓度差和温度差缩小,而它又是由自由循环染液在强制对流中完成,希望完成的时间和影响的范围越小越好。从这个观点出发,应该将染液的浓度差和温度差控制放在主循环管路中,给予一定的空间和时间(当然是有限制的),让其在强制对流中充分进行,使得进入主缸体内的染液浓度和温度均匀一致,保证所有纱线的各点均得到相同的上染条件。这一点对容量大的缸是非常重要的。
 
  从流体力学的角度考虑,染液在主循环系统中要有良好的水力特性,尽量减少局部和沿程阻力损失。局部阻力损失主要是发生在换向装置、热交换器及弯管处,沿程阻力损失主要发生在循环管路中。采用平稳圆滑过度,缩短管程等优化设计结构,均可减少水力损失。
 
  主循环泵作为染液循环的动力源,应具有较高的效率和良好的抗汽蚀性能。由于目前大部分筒染机主泵采用了交流变频控制,按照同步染色控制的要求,主泵的流量和扬程在一定的范围内可变化,这就要求主泵的特性曲线必须平稳圆滑,不能出现驼峰现象,否则会使流量和扬程在变化过程中产生波动,造成染液循环流量不稳定,影响上染过程。
 
  3.2提高主缸有效容积,可以降低染液浴比。目前这种结构优化设计主要表现在以下几个方面。
 
  1)筒子纱芯杆的分布。采用不完全同心圆分布,可以在相同范围内,比同心圆分布多设置一些纱芯杆。
 
  2)主缸底部封头的形式和空间的利用。主缸底部封头采用的有椭圆形封头和碟形封头二种。从压力容器受力的角度来分析,椭圆形封头优于碟形封头,但碟形封头的容积要小于椭圆形封头。结于相同直径的椭圆封头和碟形封头,受力的差异,对于强度计算后的厚度影响不是很大,因此,目前采用碟形封头型式较多。如果将热交换器外置,那么染笼还可以向下移一部分,充分利用了封头内部空间。
 
  3)主缸体的长径比
 
  若主缸染液液面淹没顶层纱的顶面高度一定,那么顶部染液量与缸径的平方成正比。也就是说,相同容量的主缸体,直径大而高度低的比直径小高度高的浴比要大(筒体上端和底部封头部分染液的容积差)。
 
  因此,立式筒染机有向高层纱发展的趋势,当然,还要综合考虑到主泵扬程以及染笼结构形式的相应改变,否则,可能会出现上下层筒子纱色差。
 
  4、先进控制技术的应用
 
  筒子染色机技术水平的发展,可以说很大程度体现在控制技术的发展和应用,过去许多靠人的经验去操作的过程,现在都由自动程序去控制了。这样不仅消除了人为的影响因素,提高了染色重现性,而且还提高了生产效率,为生产厂家带来了较好的经济效益。
 
  目前已经有几项比较成熟的控制技术应用到筒子染色机上。
 
  4.1液位压差式模拟量检测控制。传统的液位是靠翻板液位计去测量,具体使用中,不同载量,为了保证浴比不变,须通过液位限制开关由人去调整,产生误差较大,对染色的重现有影响。采用压差式模拟量液位检测,可以比较准确地控制浴比。当刚入完水后,由于被染物的不断吸附,液位发生变化时,它可以自动进行一次、二次或多次入水补偿,保证浴比的准确性。
 
  4.2染液循环流量的检测和控制
 
  染液循环流量对染色工艺甚至被染物质量有很大的影响,早期筒染机的流量是通过主泵出口所设置的节流阀进行调节的,但这种控制是不连续的。由于是依靠操作者的经验去设定,所以流量控制很不稳定,同时降低了主泵效率。
 
  先进的染液循环流量控制原理是:根据不同纱种以及同一染色工艺中的不同时间段(如升温过程中的不同温度段,保温的时间段)对流量进行实时控制。它是由主泵电机交流变频调速、PLC和电脑组成的控制系统,给予不同主泵转速下的流量和扬程特性曲线,并保证主泵效率不变。这也就是前面讲到的同步染色控制技术。
 
  通过对染液流量的有效控制,不仅能够保证纱线的染色质量和染色工艺的重现性,同时还可以节省电能消耗。
 
  4.3温度、加料比例控制
 
  升温的精度控制,尤其是低升温速率的控制,对染色工艺显得尤为重要。通过温度比例控制阀程序的设定。可以有效地进行温度比例控制。加料比例控制是按照受控染色的要求,由加料比例调节阀和PLC程序所组成的控制系统,完成染料和助剂分段、计量以及注入速度等过程。它对保证染色质量起到了至关重要的作用。
 
  4.4 pH值检测装置
 
  目前有些比较先进的设备配备了这种装置,从染色工艺的角度来考虑,是非常有用的。它可以随时比较准确的检测和控制染液的pH值,有效地控制上染和固色的工艺过程,但这套装置价格比较贵,应用还不是很普及。
 
  4.5中央控制
 
  由于一般染纱厂的染色机比较多,少则10几台,多则几10台,所以设备的使用效率和工艺的管理比较重要。采用中央控制可以较好地集中控制染色工艺,提高设备使用效率,消除单机操作的人为影响因素;同时,还将秤料、化料、化验、打样及物流纳入统一到受控之中。目前这项控制技术已广泛得到应用,并获得了良好的经济效益。
 
  5、设备使用的可靠性
 
  设备具备了优良的性能和满足使用要求的各种功能,还必须要有可靠的元器件和机电配套件去保证这些性能或者去实现这些功能,也就是说设备的性能和各项功能要由一定的配套件来支撑,它的质量好与坏直接影响到设备的可靠性。因此,一个性能优良的染色机,它的配套机电及元器件也是非常可靠的。
 
  对筒子染色机性能影响较大的配套件主要有以下几个方面
 
  5.1控制系统所采用PLC和电脑。它是设备控制系统的核心部分,必须保证性能可靠、功能强大并留有与中央控制连接的接口。由于各种品牌电脑系列中,功能上存在较大差异,有的功能是考虑未来或应用到其他非染色机设备上,所以价格上相差较大。盲目追求过剩功能的做法是不可取的,但基本的和必需的功能必须保证。
 
  5.2检测及执行元器件。检测元件价格一般都比较贵,由于检测到的温度、压差等参数发准确性直接关系到PLC和电脑发出的程序指令是否正确。所以检测元件必须是精度高,性能可靠,故障率低,否则会出现错误信号传送,导致动作失误。
 
  各种阀类,如气控阀、电磁阀都是程序动作的执行元器件,也必须质量可靠,动作准确,使用寿命长。如果这些元器件质量不好,故障频繁,那么再好的设备性能也体现不出来。
 
  6、结束语
 

  筒子染色机技术水平的发展和进步,充分体现出设备综合性能的提高,在为纱线染色工艺提供更加可靠加工手段的同时,其高效、节能和环保特性也显得尤为突出。随着染色工艺的不断创新和发展,设备某些功能还须逐步完善,并且在向新的应用领域继续拓展。