紗線筒子染色工藝應(yīng)用的發(fā)展，推動了染色設(shè)備的技術(shù)不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)依靠人的操作經(jīng)驗(yàn)控制染色工藝的做法，已被自動控制技術(shù)所替代。這些功能和結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，不僅保證了染色工藝的重現(xiàn)性，而且更加體現(xiàn)出節(jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)，在為使用者帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來了一定的社會效益。
1、適于染色工藝的發(fā)展，提高“一次成功”率
與染色工藝密切相關(guān)的除被染物和設(shè)備外，就是染化料。適用于某種纖維染色的染料，總是伴隨著該種纖維的改良而發(fā)展，同時(shí)也在不斷擴(kuò)大應(yīng)用于其他纖維的染色，這其中具有代表性的染料是活性染料。可以說它是發(fā)展快的一類染料。活性染料染色的基本理論形成后，人們對此提出了一些合理和嚴(yán)格的控制方式，制訂了一些新的染色工藝。如受控染色工藝和中性固色工藝，它對保證染色質(zhì)量和重現(xiàn)性起到很大作用。
1.1受控染色工藝
受控染色是將染料、染色技術(shù)和管理技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，對染色過程進(jìn)行嚴(yán)格準(zhǔn)確控制，以科學(xué)合理的染色工藝，實(shí)現(xiàn)低生產(chǎn)成本和少廢水污染的生產(chǎn)模式。這就是我們現(xiàn)在經(jīng)常講到的“一次成功”生產(chǎn)。
從染色技術(shù)方面來看，選用配伍性較好的染料，通過一定的程序合理控制染色過程，是受控染色的關(guān)鍵所在。程序控制是否合理，直接影響染色過程，而它又是通過染色機(jī)的一些功能來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)染料上染和固色二個(gè)階段的不同規(guī)律，將實(shí)驗(yàn)得到的染料的染色規(guī)律，設(shè)計(jì)出合理準(zhǔn)確的控制程序，由染色機(jī)對影響各階段的染色溫度、染料和助劑的濃度等因素，進(jìn)行溫度比例、加料計(jì)量、浴比和染色時(shí)間的控制。
受控染色過程不僅用于染色，現(xiàn)在已擴(kuò)展到染色后的水洗過程。它通過對水洗的影響因素，如溫度、水流速度、PH值和水解染料的直接性等，設(shè)計(jì)出合理的控制程序，進(jìn)行過程控制，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
1.2活性染料中性固色工藝
活性染料中性固色工藝是長期致力于研究的課題。在采用活性染料的染色工藝中，堿是作為固色的條件，同時(shí)，隨著堿性的增強(qiáng)，染料的水解速率也加快，造成固色效率降低。除此之外，在生產(chǎn)中配制的染液穩(wěn)定性也會因堿性的增加而下降，導(dǎo)致染色的重現(xiàn)性降低。因此，活性染料染色受到了一些限制。
為了克服活性染料在堿性條件下染色所存在的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了活性染料中性固色工藝。這種工藝的先決條件是如何提高中性條件下活性染料的固色速度，從工藝控制方面來考慮，取決于染料性質(zhì)、纖維性質(zhì)、反應(yīng)介質(zhì)和固色反應(yīng)條件等四個(gè)方面。而其中的固色反應(yīng)條件包括反應(yīng)溫度、PH值、電解質(zhì)濃度、浴比以及染色助劑的濃度，它們都與染色機(jī)的控制有關(guān)系。如果染色機(jī)具備了這些控制功能，那么就能夠較好地實(shí)現(xiàn)活性染料中性固色工藝。
1.3前處理
前處理是紗線染色之前必不可缺少的一道工序�；瘜W(xué)纖維主要是以去油為主，工藝比較簡單，時(shí)間也不長，但纖維素纖維，則不然。大量的天然雜質(zhì)，衍生物，使得前處理的工藝復(fù)雜化，耗費(fèi)的助劑和占用的時(shí)間都很大。為了解決這個(gè)矛盾，近年來推行了高效前處理工藝，除了發(fā)明的許多高效煮漂劑外，還在設(shè)備的使用上做了改進(jìn)，由過去常溫下(100℃以下)的前處理改為高溫條件下(110℃左右)進(jìn)行。這樣不僅提高了前處理的效果，同進(jìn)縮短了時(shí)間，當(dāng)然只有采用高溫高壓筒子染色機(jī)才能滿足這種使用條件。
2、節(jié)能、環(huán)保特性的充分體現(xiàn)
現(xiàn)代染色技術(shù)的發(fā)展表明，染色機(jī)的性能不僅要滿足染色工藝的要求，同時(shí)還要求染色過程短，消耗的能源低，對環(huán)境造成污染小。通過對機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能控制的不斷完善，使得染色機(jī)的節(jié)能和環(huán)保的特性日趨明顯。
2.1生產(chǎn)效率高
對生產(chǎn)效率有直接影響的因素主要是生產(chǎn)過程時(shí)間的長短。染色工藝是生產(chǎn)過程的主要組成部分，它一般由升溫、保溫和降溫過程所組成，而溫度變化的熱源來自熱交換器。提高換熱效率，不僅可以為溫度變化過程提供較短時(shí)間，還可達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
除此之外，還有高溫排放、壓力排放、染液壓力輸入等輔助功能，對提高生產(chǎn)效率，縮短輔助工時(shí)都起到了一定作用。
2.2節(jié)能降耗
水是目前染色工藝中普遍使用的介質(zhì)，除染色外，水洗還要消耗更多的水，并且工藝要求水具備一定的溫度，而熱量是由飽和蒸汽來提供的。水用得多，飽和蒸汽就消耗得多，因此，降低染色工藝的耗水量，就成為染色機(jī)發(fā)展所追求的一個(gè)目標(biāo)。與傳統(tǒng)筒染機(jī)相比，目前的筒染機(jī)已做了很大結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，通過結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合染色工藝的特點(diǎn)，不斷降低浴比，降低蒸汽和染化料消耗。
1)提高水洗效率
前面講到的染色受控，實(shí)際已擴(kuò)展到了水洗過程。而實(shí)現(xiàn)這一過程的所有參數(shù)，均由筒染機(jī)相應(yīng)功能去控制。當(dāng)然水洗效率還受到染色過程中很多因素影響，如染料的提升性，固色率以及像活性染料在堿性條件下的水解程度。但先進(jìn)的筒染機(jī)可以通過自身一些性能，較好對染色過程中的影響因素進(jìn)行受控，為染色后的水洗提供一個(gè)良好的先決條件，正由于這二者的有機(jī)結(jié)合，才使得筒染機(jī)具有較高為水洗效率。
2)同步染色控制
同步染色控制簡稱SDC)作為較早應(yīng)用于染色機(jī)的一項(xiàng)技術(shù)，將染液循環(huán)流量，按不同纖維材料、不同卷裝方式、染化料及助劑對纖維的不同作用過程，以及同一染色工藝過程中的不同時(shí)間段，給予不同量的分配，以少的流量實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗的染色過程。其核心就是在染色不同的階段，采用不同的流量進(jìn)行染色。
流量變化是由主泵交流變頻、流量或者壓差在線檢測，反饋信號，由PLC和電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。目前比較先進(jìn)的筒染機(jī)已經(jīng)采用了這項(xiàng)控制技術(shù)，并且取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3雖然目前染色機(jī)和染色工藝還不能擺脫水的消耗，但人們始終都朝著降低水消耗，減少染色后污液中所殘留的對環(huán)境有破壞影響的化學(xué)雜質(zhì)方向去努力。設(shè)備許多性能是兼顧多方面的，如設(shè)備浴比的降低，不僅節(jié)省水、蒸汽和染化料，而且減少了污水的排放量。設(shè)備性能的提高，保證了染色工藝的重現(xiàn)性，減少返修率，實(shí)際上降低了由于返工或修色而增加水消耗和排放，對環(huán)保起到了一定作用。
3、設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
筒子染色機(jī)有臥式和立式之分，目前主要以立式為主。筒子染色機(jī)發(fā)展迄今，不同形式的各自結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大變化，大到主缸、主循環(huán)系統(tǒng)、染籠；小到頂鎖均有不同程度變化。這些都為筒染機(jī)的使用性能和功能上拓展起到了很大作用，可以說筒染機(jī)今天的結(jié)構(gòu)形式，是這些具體各組成部分的整體優(yōu)化。為了說明這一點(diǎn)，現(xiàn)從二個(gè)大的方面，對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。
3.1染液循環(huán)系統(tǒng)
染液循環(huán)系統(tǒng)是為染色過程提供染液與被染物進(jìn)行交換所設(shè)置的結(jié)構(gòu)，它必須保證同一缸內(nèi)的所有被染物的各點(diǎn)得到相同的交換和頻率，其目的主要是保證染液濃度和溫度的均勻性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的差異，必然產(chǎn)生不同結(jié)果，因此，人們進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，不斷改進(jìn)，形成了各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。從降低浴比的角度來講，染液循環(huán)系統(tǒng)所占用的空間愈小愈好，因?yàn)樗梢詼p少存水量。但就實(shí)際的情況來看，過分地減少循環(huán)系統(tǒng)的存水量，就會使自由循環(huán)染液(除去被紗線所吸附以外的循環(huán)染液)減少，帶來一些不利影響。我們知道染液在循環(huán)過程中肩負(fù)著一個(gè)很重要的任務(wù)，那就是染液的濃度差和溫度差縮小，而它又是由自由循環(huán)染液在強(qiáng)制對流中完成，希望完成的時(shí)間和影響的范圍越小越好。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)該將染液的濃度差和溫度差控制放在主循環(huán)管路中，給予一定的空間和時(shí)間(當(dāng)然是有限制的)，讓其在強(qiáng)制對流中充分進(jìn)行，使得進(jìn)入主缸體內(nèi)的染液濃度和溫度均勻一致，保證所有紗線的各點(diǎn)均得到相同的上染條件。這一點(diǎn)對容量大的缸是非常重要的。
從流體力學(xué)的角度考慮，染液在主循環(huán)系統(tǒng)中要有良好的水力特性，盡量減少局部和沿程阻力損失。局部阻力損失主要是發(fā)生在換向裝置、熱交換器及彎管處，沿程阻力損失主要發(fā)生在循環(huán)管路中。采用平穩(wěn)圓滑過度，縮短管程等優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，均可減少水力損失。
主循環(huán)泵作為染液循環(huán)的動力源，應(yīng)具有較高的效率和良好的抗汽蝕性能。由于目前大部分筒染機(jī)主泵采用了交流變頻控制，按照同步染色控制的要求，主泵的流量和揚(yáng)程在一定的范圍內(nèi)可變化，這就要求主泵的特性曲線必須平穩(wěn)圓滑，不能出現(xiàn)駝峰現(xiàn)象，否則會使流量和揚(yáng)程在變化過程中產(chǎn)生波動，造成染液循環(huán)流量不穩(wěn)定，影響上染過程。
3.2提高主缸有效容積，可以降低染液浴比。目前這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1)筒子紗芯桿的分布。采用不完全同心圓分布，可以在相同范圍內(nèi)，比同心圓分布多設(shè)置一些紗芯桿。
2)主缸底部封頭的形式和空間的利用。主缸底部封頭采用的有橢圓形封頭和碟形封頭二種。從壓力容器受力的角度來分析，橢圓形封頭優(yōu)于碟形封頭，但碟形封頭的容積要小于橢圓形封頭。結(jié)于相同直徑的橢圓封頭和碟形封頭，受力的差異，對于強(qiáng)度計(jì)算后的厚度影響不是很大，因此，目前采用碟形封頭型式較多。如果將熱交換器外置，那么染籠還可以向下移一部分，充分利用了封頭內(nèi)部空間。
3)主缸體的長徑比
若主缸染液液面淹沒頂層紗的頂面高度一定，那么頂部染液量與缸徑的平方成正比。也就是說，相同容量的主缸體，直徑大而高度低的比直徑小高度高的浴比要大(筒體上端和底部封頭部分染液的容積差)。
因此，立式筒染機(jī)有向高層紗發(fā)展的趨勢，當(dāng)然，還要綜合考慮到主泵揚(yáng)程以及染籠結(jié)構(gòu)形式的相應(yīng)改變，否則，可能會出現(xiàn)上下層筒子紗色差。
4、先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用
筒子染色機(jī)技術(shù)水平的發(fā)展，可以說很大程度體現(xiàn)在控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，過去許多靠人的經(jīng)驗(yàn)去操作的過程，現(xiàn)在都由自動程序去控制了。這樣不僅消除了人為的影響因素，提高了染色重現(xiàn)性，而且還提高了生產(chǎn)效率，為生產(chǎn)廠家?guī)砹溯^好的經(jīng)濟(jì)效益。
目前已經(jīng)有幾項(xiàng)比較成熟的控制技術(shù)應(yīng)用到筒子染色機(jī)上。
4.1液位壓差式模擬量檢測控制。傳統(tǒng)的液位是靠翻板液位計(jì)去測量，具體使用中，不同載量，為了保證浴比不變，須通過液位限制開關(guān)由人去調(diào)整，產(chǎn)生誤差較大，對染色的重現(xiàn)有影響。采用壓差式模擬量液位檢測，可以比較準(zhǔn)確地控制浴比。當(dāng)剛?cè)胪晁�，由于被染物的不斷吸附，液位發(fā)生變化時(shí)，它可以自動進(jìn)行一次、二次或多次入水補(bǔ)償，保證浴比的準(zhǔn)確性。
4.2染液循環(huán)流量的檢測和控制
染液循環(huán)流量對染色工藝甚至被染物質(zhì)量有很大的影響，早期筒染機(jī)的流量是通過主泵出口所設(shè)置的節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的，但這種控制是不連續(xù)的。由于是依靠操作者的經(jīng)驗(yàn)去設(shè)定，所以流量控制很不穩(wěn)定，同時(shí)降低了主泵效率。
先進(jìn)的染液循環(huán)流量控制原理是：根據(jù)不同紗種以及同一染色工藝中的不同時(shí)間段(如升溫過程中的不同溫度段，保溫的時(shí)間段)對流量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。它是由主泵電機(jī)交流變頻調(diào)速、PLC和電腦組成的控制系統(tǒng)，給予不同主泵轉(zhuǎn)速下的流量和揚(yáng)程特性曲線，并保證主泵效率不變。這也就是前面講到的同步染色控制技術(shù)。
通過對染液流量的有效控制，不僅能夠保證紗線的染色質(zhì)量和染色工藝的重現(xiàn)性，同時(shí)還可以節(jié)省電能消耗。
4.3溫度、加料比例控制
升溫的精度控制，尤其是低升溫速率的控制，對染色工藝顯得尤為重要。通過溫度比例控制閥程序的設(shè)定�？梢杂行У剡M(jìn)行溫度比例控制。加料比例控制是按照受控染色的要求，由加料比例調(diào)節(jié)閥和PLC程序所組成的控制系統(tǒng)，完成染料和助劑分段、計(jì)量以及注入速度等過程。它對保證染色質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。
4.4 pH值檢測裝置
目前有些比較先進(jìn)的設(shè)備配備了這種裝置，從染色工藝的角度來考慮，是非常有用的。它可以隨時(shí)比較準(zhǔn)確的檢測和控制染液的pH值，有效地控制上染和固色的工藝過程，但這套裝置價(jià)格比較貴，應(yīng)用還不是很普及。
4.5中央控制
由于一般染紗廠的染色機(jī)比較多，少則10幾臺，多則幾10臺，所以設(shè)備的使用效率和工藝的管理比較重要。采用中央控制可以較好地集中控制染色工藝，提高設(shè)備使用效率，消除單機(jī)操作的人為影響因素；同時(shí)，還將秤料、化料、化驗(yàn)、打樣及物流納入統(tǒng)一到受控之中。目前這項(xiàng)控制技術(shù)已廣泛得到應(yīng)用，并獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
5、設(shè)備使用的可靠性
設(shè)備具備了優(yōu)良的性能和滿足使用要求的各種功能，還必須要有可靠的元器件和機(jī)電配套件去保證這些性能或者去實(shí)現(xiàn)這些功能，也就是說設(shè)備的性能和各項(xiàng)功能要由一定的配套件來支撐，它的質(zhì)量好與壞直接影響到設(shè)備的可靠性。因此，一個(gè)性能優(yōu)良的染色機(jī)，它的配套機(jī)電及元器件也是非�？煽康摹�
對筒子染色機(jī)性能影響較大的配套件主要有以下幾個(gè)方面
5.1控制系統(tǒng)所采用PLC和電腦。它是設(shè)備控制系統(tǒng)的核心部分，必須保證性能可靠并留有與中央控制連接的接口。由于各種品牌電腦系列中，功能上存在較大差異，有的功能是考慮未來或應(yīng)用到其他非染色機(jī)設(shè)備上，所以價(jià)格上相差較大。盲目追求過剩功能的做法是不可取的。
5.2檢測及執(zhí)行元器件。檢測元件價(jià)格一般都比較貴，由于檢測到的溫度、壓差等參數(shù)發(fā)準(zhǔn)確性直接關(guān)系到PLC和電腦發(fā)出的程序指令是否正確。所以檢測元件是性能可靠，故障率低，否則會出現(xiàn)錯(cuò)誤信號傳送，導(dǎo)致動作失誤。
各種閥類，如氣控閥、電磁閥都是程序動作的執(zhí)行元器件，也必須質(zhì)量可靠，動作準(zhǔn)確，使用壽命長。如果這些元器件質(zhì)量不好，故障頻繁，那么再好的設(shè)備性能也體現(xiàn)不出來。
6、結(jié)束語
筒子染色機(jī)技術(shù)水平的發(fā)展和進(jìn)步，充分體現(xiàn)出設(shè)備綜合性能的提高，在為紗線染色工藝提供更加可靠加工手段的同時(shí)，其節(jié)能和環(huán)保特性也顯得尤為突出。隨著染色工藝的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，設(shè)備某些功能還須逐步完善，并且在向新的應(yīng)用領(lǐng)域繼續(xù)拓展。
