染色生产中对筒子染色疑问最大的,也是最常见的质量问题,就是内—中—外色差。这里姑且不论由于纤维品质的原因,而造成内—中—外色差,就工艺和设备而言造成内—中—外色差最主要的原因是染液流量不足。可从下列14个方向进行分析。

14种内中外色差原因分析

1.主泵流量不足

筒子内—中—外色差的实质是内—中—外层纱线上染的染料量不一。这里可以先设想一个特例:如果筒子染色时没有开主泵,即相当于将筒子浸在静止的染浴中,则会出现筒子内层、外层与染料接触处有色,越向中部色越浅,中心部位可能还是本色。这与20世纪70年代的轴流泵染机经常发生皮带打滑泵转速不足,或泵停后也未察觉而造成“白芯”现象相似。很显然,此时染液与筒子中层的纱线未接触,虽然由于毛细作用,内层纱已湿了,但由于沿程纱线的吸附作用,染料已被先接触的纱线吸尽了,所以中层纱无染料可上染。

由上可知,没有主泵的强制循环,造成筒子内—中—外色差是必然的。

从筒子染色理论模型分析可知,筒子染色有个明显的特征,即染液在筒子纱线中的循环运动过程中,染料浓度会沿程下降(dc/dx,沿程浓度差),只有当染液循环速度大到足以补充染料被吸附变稀,使内—中—外各处纱线接触到的染液浓度一致,才不会出现沿程色差。

也就是说,要防止内—中—外色差,主泵必须提供足够的染液流动速度———流量。由此并综合了其他因素,比流量、循环频率等等。理论和实践证明:只要流量足够,即使只打正循环,也可以匀染,使内—中—外达到无色差的满意效果(实际情况中由于染液在内—中—外圈的流线密度不同,还会出现内—中—外色差。

2.有效流量不足

主泵流量不等于实际上真正穿透筒子纱层的流量(有效流量),两者之比为有效流量率(有效流量率=有效流量/主泵实际流量)。造成两种流量不等的原因是部分流量泄漏了,如筒管之间的密封不良。如前所述,不同筒管的有效流量率,从60%～90%不等,以间隔片密封的不锈钢锥形筒管主泵有将近一半的流量是无效流量。另外由于某些原因造成的“露眼”或“破肚”,导致染液“短路”,也会显著降低有效流量率。

3.主泵扬程不足

主泵的扬程是用来克服染液循环时的各种阻力(沿程阻力、局部阻力、纱线过滤阻力等)的,如果遇到系统阻力较大,而主泵扬程不足就会产生问题,从泵的H—Q特性曲线可知,染液虽不至于不循环,但是随着H的增大,工作点转移,流量会变小,即会造成内—中—外色差。

补充：泵的扬程流量，正反循环时间。筒子纱染色时染液要靠泵的扬程渗透到筒子纱内层，通过内外往复循环达到染色平衡。筒子纱染色时要求泵有足移的扬程流量，并可通过染液旁通阀来调节。如扬程流量过大，会使纱中部分短纤维脱出纱捻而浮出，起毛乃至断裂；如扬程过小，造成染液渗透不良，产生筒子纱中层比外层浅的现象。一般全棉纱的流量在35～50L／（min·kg）之间，T／C纱在30～40L／（min·kg）之间。筒子纱在染色过程中正反循环时间比应根据泵的扬程流量、纱线类别而定。一般筒子纱染色时，采用反循环（外一内）的时间大于正循环（内一外）的时间。筒子纱颜色内层浅、外层深，增加染液的正循环；筒子纱颜色内层深，外层浅，增加染液的反循环时间。筒子纱染色液流正反循环的调整，对色泽匀染有较大效果。因为正循环时染液从筒子中心向外喷射，压力大，这时筒子受正压，筒子内中心小，液流集中向筒子外层扩张，染液通过纱层产生阻力。这种阻力能使染液在纱层中间流通不畅、不匀，流速逐渐减慢，染液容易在筒子内分布不匀。因此正循环时间过长，更易产生内外色差。而反循环是染液从筒子四周流向中心，筒子受负压，虽然染液通过纱层仍有一定阻力，但筒子直径逐渐变小，对筒子中的流量、流速影响不大，染液在筒子中分布较均匀，纱层与染液接触浓度和时间上比较接近。因此多打反循环对改善色差较有利，同时反循环时由外向里吸，筒子不易变形。但是具体正反循环时问比如何确定，应根据各厂设备实际情况而定。

4.卷绕密度过大、筒子纱层过厚

众所周知,筒子染色需准备松式筒子,不仅密度匀,而且比常规筒子松———密度小。不论染色筒子卷绕密度如何,在筒染时,都会产生“过滤阻力”。密度大,阻力大,反之阻力小。过滤阻力是筒染系统阻力的一部分,会使系统阻力曲线形状发生变化,导致主泵工作点转移,即阻力大、流量小。因而筒子卷绕密度的大小,还应与染机相匹配。当泵的能力不是太充裕时,卷绕密度应小一些。

筒管上卷绕的纱层太厚(纱太多),过滤阻力也会增大,一般认为纱层厚度不超过50mm为宜。

5.正、反循环安排

染色筒子从内层到外层,半径逐渐增大,各层容纱量也随之增大,但是主泵的有效流量,在各层上并没有增大。也就是说,不同半径处的纱层面上通过的染液流量是同样的。当染液作由内向外的正循环时,沿程纱的面积逐渐增加,单位面积上通过的染液随半径的增加而。减少(即流线密度下降)。尽管流体的速度已大到足以弥补沿程浓度降低,然而由于(染)料少纱多,同样会发生内深外浅的问题。

当染液作反循环时(从外向内),流向沿程染液流线密度越来越大,情况变成(染)料多纱少,沿程染料浓度减少,就有利于减少内—中—外色差。

因而,对主泵能力不足的染色机应考虑一定的反循环时间。以致出现有人设计反循环时间比正循环还长的情况。

但笔者并不赞成频繁换向,特别是对一些换向缓慢的染色机。因为换向会减少染液循环时间,而且有的还会造成纱线毛羽增加、毡结等问题。

6.进料时染液主循环的方向

一般染色机进料时由注料泵把配好的料打到主泵进口,再由主泵混同主釜中其他染液通过出口进入纱线强制循环系统。循环方向有正反之分。

正循环时,泵出口染液直接通向各筒子内层,此时该部分染浴物料浓度比全浴浓度大,而纱线量又最少。反循环时,泵出口染浴首先进入染缸缸体与全浴混合后,从筒子的外表面被压入(或吸入)到筒子的内侧。反循环时,一方面由于染液被稀释,浓差没有正循环开始时大,而另一方面纱线量又是从大变小,因而造成的沿程浓差要小得多,这对筒子内层沉积物的减少也是有益的。本书作者建议注料时,主循环应取反循环,有利于减少内—中—外色差。

7.筒子密度变化

纱线染色过程中不同纤维其溶胀程度不一致。如在水中,棉纤维的直径增大20%,羊毛直径增大15%,粘胶纤维直径增大35%以上,Tencel直径增大更多。由于络松筒时是干纱,在水中直径增大造成纱变粗,而长度增加很小(1%～2%),使卷绕密度变大。在碱溶液中溶胀更是严重。

合成纤维在热水中其长度会收缩,也会使筒子密度变大。一些弹性纱(如氨纶包芯纱、包缠纱)在湿热状态下也会剧烈收缩。所有这些都会破坏原来卷绕均匀的筒子,一方面密度变大,另一方面变得不均匀。

如上所述,筒子密度变大就会使过滤阻力增大,导致染液流量变小,而加剧内—中—外色差。

8.筒管直径及其穿透率影响

所有资料及大量实践都说明筒管直径大有利于匀染,穿透率高有利于匀染,这是因为:

(1)筒管直径大,卷绕纱层薄:同样的卷绕量,筒管直径大,其纱层就薄,这是很明显的事实。纱层薄,染液穿透循环的过滤阻力就小,流量就大,所以内—中—外色差小。

另外,纱层越薄,内外层纱的卷绕直径相差就越小,流线密度差异越小,内外色差也就越小。纱层越薄,染液穿透的时间就越短,沿程染料度差就越小,内—中—外色差就越小。

(2)筒管穿透率大、阻力小:筒管满布孔眼,染液只有穿过这些孔眼才能再分布到纱线内层。对染液而言,这些孔眼形成局部阻力,属于系统阻力的一部分。穿透率大,阻力小,反之阻力大,流量减小,会导致内—中—外色差。

9.染化料性质及染色工艺的影响

无论是染化料本身的性质还是染色工艺参数的设定,都会影响上染速率(尤其是初染率)和移染率,当上染速率太快,移染率又低时会造成不匀染,即内—中—外色差。

10.染后柔软剂使用不当的影响

一般染色后纱线会发涩、发毛,致使后道工序进行困难,深色尤为严重。为此不少厂家增加了“上油”工序,一般是用平滑性表面活性剂处理,有的用有机硅处理。但是有机硅由于折光度低会产生“增深”效应,如果“上油”不匀,即增深不匀,也会造成内—中—外色差。

11.水质影响

筒子纱染色对水质要求较高，一般要求为：含游离氯<0.05mg／L；硬度< 25mg／kg；混浊度<3°；含铁<0.1mg／kg。水质含氯偏高，对氯敏感的活性染料就会发生色变，造成筒子纱外层与内层色差。水质浑浊表示水中含有一些悬浮物和其他微粒，在染色时，筒子纱如同一个“过滤器”，其杂质等在纱层中吸附，使之不能正常流通，能导致内、外层色差。水中含Fe2+、Fe3+量过多，会使漂白、浅色产品内层纱及筒纱之间两端接触紧密处产生铁绣黄圈，且在氧漂过程中起催化作用，造成筒子纱脆损。水质硬度过高，对绝大多数染料能产生凝聚而造成染色疵病。

筒子染色时,筒子上的纱线如同滤材。染色全过程中,前处理、染色、皂洗、清洗液数千次的穿透过滤。当水质不良、含杂过高,管道设备中铁锈污垢存在,或在前处理中,纤维素共生物在前处理液中,因分散不匀,有些杂质沉积在纱线上,造成内层发黄(也有黄褐色)。用草酸加醋酸处理可去除铁锈(Fe2+、Fe3+)。因而筒染应使用软水,设备管道一定要冲洗干净。

12.筒子卷绕密度不匀

筒子卷绕时,径向密度分布不均匀,内层太松,以致染液轴向流量增加,造成内深外浅。

13.筒子纱预缩

如果是涤／棉纱，在络筒前必须经130℃汽蒸处理30min，将纱退捻到具有一定的回缩，而预缩工序往往被许多染厂所忽视：如涤／棉纱在煮练及高温染色时，就会产生严重收缩（5％～10％收缩率），而筒纱内层比外层收缩更快、更紧密，不易使染液均匀渗透。而纯棉筒子纱则不存在收缩。

14.制订合理染色工艺

如活性染料应掌握好食盐、元明粉的分次加入，控制升温。分散染料应控制染液pH值，90～130℃必须严格控温。还原染料染色后，立即升温、进水、去泡沫，避免筒子表面色点产生，要严格执行操作要求。