松堆丝光工艺的理论与实践-纺织技术中心

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松堆丝光工艺的理论与实践

来源：印染在线　发布时间：2011年07月27日

一、松堆丝光工艺的效果与机理

1、丝光的含义
　　l9世纪40年代英国人Mercer以浓烧碱处理棉纤维的研究在学术上取得了巨大的成就。后人将此种工作命名为MerceriSation(默塞化)，即浓烧碱处理纤维素纤维(在无张力条件下进行)。几年后英国人Lowe在此基础上进行了在施加压力的情况下用浓烧碱处理棉纱线并在张力下水洗去碱，使纱线保持原来的长度的研究，实验发现纱线除了不再收缩变粗外还可以大大增加光泽。后来国际上把Lowe的有张力工艺称为Mercerisating with tension(有张力丝光)，把Mercer的无张力工艺称为 Mercerisation without tension(无张力丝光)，后来有张力工艺就成为棉织物的常规丝光工艺。

2、松堆丝光工艺
　　第一道工序：织物经过浸轧碱液后不经绷布辊而直接落布进入能容纳500～1000米织物的大容布器(J型箱)内，在松堆状态下碱液可良好的渗透进入纤维并保证纤维和碱的作用时间在5分钟以上，使纤维溶胀“既透又匀”的效果显著，可实现丝光工艺应具有的各项功能。第二道工序：织物进入轧槽再浸轧浓碱液——进入6～8只绷布辊——进入两辊小轧车(调节和第二道进碱槽轧辊的线速度控制织物张力，使织物恢复到收缩前原来长度并控制纬密)——进入布铗拉幅(使纬向拉伸至坯布门幅)——直辊去碱水洗——烘干。

3、松堆丝光工艺的效果及机理
　　(1)可大大提高纤维素纤维的溶胀程度纤维素纤维在未经烧碱处理前主要是纤维素I型，经过碱处理后纤维结晶，C轴和A轴的晶胞参数及B角发生变化，部分纤维素I型转变成纤维素II 型。从I型转变为II型的多少，可显示出溶胀程度的高低。从测试的图谱和数据充分说明松堆丝光工艺的溶胀效果明显

比紧式工艺为好，经纱“松堆” 比“紧式”可提高25％，纬纱可提高54％。在紧式丝光中棉织物经纱和纬纱的丝光效果区别不大，这是由于经纱在紧式丝光中受到强烈拉伸，使经纱伸直紧贴在纬纱上，这就对纬纱施加了纬向张力，紧贴着的经纬交织点碱液就难于透入，这在经密度较高的棉织物上影响更大。而松堆丝光就不会发生这种问题，所以纬纱的丝光效果明显较经纱好。又如对苎麻织物的试验其效果基本和棉织物是一致的，但从x射线衍射图谱上可看出丝光对苎麻织物的作用明显小于对棉织物的作用，特别是采用紧式工艺。这可能是苎麻的结晶度高、纤维壁较厚、含杂又较高有关，因此要得到较好的溶胀效果，就要加强苎麻的丝光工艺，所以苎麻织物更应该采用松堆丝光工艺，并延长作用时间。
　　(2)可提高纤维素纤维对染料、助剂的吸附力经碱处理的纤维素纤维织物，其纤维的微细结构如结晶度、密度等均有降低，这象征无定形区增加。同时，原来的无定形区也变得较为疏松，可供吸附的位置也增多，这就提高了纤维对染料、助剂的吸附能力及吸湿能力。从试验数据也可证明松堆丝光工艺较紧式工艺的半制品，即使碱浓度降低7O％苎麻织物的染色得色率仍可提高20％以上。
　　(3)可提高织物染色均匀度且减轻染色条花由于松堆丝光工艺易使碱液透入纤维，织物的表层和里层的纤维均能和碱作用均匀地溶胀且溶胀充分，所以能达到“透而匀”的效果，而紧式工艺其溶胀效果是“不透不匀”。由于成熟度不同的纤维其染色性能是有差异的，如经烧碱充分溶胀后可缩小其差异从而可提高染色均匀度，这是丝光工艺十分重要的机理。这一点在紧式工艺上就解决不了，而松堆丝光就可以解决这一矛盾。
　　(4)松堆丝光可以降低缩水率采用紧式丝光工艺的半制成品其门幅往往不能符合要求，从而也影响了成品的幅宽和缩水率的要求。这是由于紧式工艺经向张力

过大，使布铗拉幅时门幅不易伸展。另外在纤维生长过程中，纤维分子问形成氢键，在纤维问产生了内应力影响了织物的伸展。如采用松堆丝光工艺，其透而匀的溶胀使纤维分子问的氢键容易得到解键，而使内应力相应地消失，从而增加了可塑性，所以门幅容易拉伸。织物经充分拉伸后在经洗碱和烘干后纤维分子问在新的位置上有规则地重新建成氢键，相对稳定了尺寸，半制品门幅加宽了，就容易控制织物的缩水率。据测试采用松堆丝光工艺一般丝光半制品门幅可增加2厘米以上。
　　(5)可大大节约用碱，减少能耗，有利于丝光废碱的回收松堆丝光工艺可显著降低丝光浸轧碱液的浓度。根据实践，碱浓度可以自240克／升至260克／升降至1 80克／升，烧碱补给液的浓度也可自350克／升降至240克／升。每制备1升补给液，自回收碱5O克／升。蒸浓至240克／升较之蒸浓到35o克／升，所蒸发的水分前者不到后者的2／3。这就大大节约了蒸汽，节约了能源，同时蒸浓时前者热利用率也较后者为高，烧碱回收设备也可以选用省投资的扩容回收设备。

二、松堆丝光工艺的实践
　　1、松堆丝光工艺流程和工艺线路(应用于纯棉、涤棉织物) 可在常规布铗丝光上增添一些辅助设施(可堆置5分钟以上织物的J型箱)，把两台轧槽之间加宽、机架升高，就可组成一台“松紧两用”的布铗丝光机：其工艺线路为：织物进入第一道轧槽浸轧碱液(18O克／升)后松堆5分钟(织物经纬向均充分溶胀发生收缩)——进入第二道轧槽再浸轧碱液(碱液自第一道轧槽回流入第二道轧槽以防止织物松堆后露在空气中产生含碱不匀的现象)——再进入8只绷布辊—— 进入两辊小轧车的小浸槽(轧热淡碱4O一6O克／升)调节和第二道浸轧碱液轧辊的线速度控制织物张力，使织物恢复至收缩前原来长度并控制纬密——进入布铗　　拉幅(使

纬向承受张力拉伸至原坯布门幅)——直辊去碱槽——7O1 蒸箱—— 平洗格—— 烘筒烘燥。
　　在上海十七漂染厂进行的纯棉织物大样试验中织物得色率、染色均匀度都有提高，半制品门幅也容易拉出并提高2CM以上，缩水率也较常规有所提高。同样在上海第五印染厂进行的涤棉织物大样试验也取得了好效果，不仅提高了给色量并减少了条花。由于涤棉混纺织物本身已有良好光泽，当浸轧烧碱后松堆下也不会因有1／3棉产生溶胀而使织物收缩(涤棉混纺织物只有经向受张力下门幅才会收缩)。更何况涤棉混纺织物在丝光前还有一道拉幅定形工艺，所以不存在半制品门幅不足的问题。涤棉织物丝光的主要目的是提高给色量和减少条花，因此通过五印的实践生产加工涤棉织物，可不用紧式工艺而采用松堆工艺。
　　2、应用于粗厚苎麻织物的松堆丝光的工艺和设备
　　湖南泪罗纺织印染厂根据苎麻织物存在手感粗糙、穿着刺痒、色泽萎暗、弹性差、易起皱等问题，应用推广了松堆丝光工艺，并邀请了陶教授和全国染整委员会前处理学组领导去该厂具体分析了苎麻织物的特性及存在的主要问题。由于苎麻纤维的高结晶度、高取向度及强拒水性使烧碱溶液比棉纤维更难渗透。虽然降低烧碱浓度有所改善，但苎麻纤维与烧碱作用后发生溶胀，使织物变得紧密，阻碍了烧碱进一步向纤维内部渗透；另一方面，由于干布丝光碱液渗透不充分，而浸轧后织物上带碱量很低，因而没有足够的碱液向织物内部和纤维内部扩散，加上透风时间又受设备、车速制约，所以碱液很难向纤维内部渗透，粗厚苎麻织物则渗透更难，导致丝光不良，因而易产生破边。纤维之间的内应力得不到消除，使织物尺寸难以稳定，又因苎麻纤维微结构和物理性能得不到充分改善，导致上染率低、色泽鲜艳度差等问题。针对上述问题，专家组设计了全国第一条松紧两用丝光联合机，并根据苎麻丝光关键要素优选了

苎麻松堆丝光工艺条件，设计了松紧两用丝光机的工艺流程：
　　进布——直辊浸碱槽——第一道三辊浸碱槽——(紧式绷布辊l7只或松式J型容布箱)—— 第二道三辊浸碱槽——(紧式绷布辊6只)——热淡碱预洗槽——布铗扩幅(五冲五洗)——直辊去碱槽——701去碱长蒸箱两格— —902高效水洗槽两格——落布进布——浸渍槽(5645L车)——烘燥机(10只X 3A)——落布。
　　其工艺特点为：(1)织物先进人较淡浓度的直辊浸碱槽(直辊6上7下)织物包绕在下辊上，经上部浮动辊多次挤压的多浸多轧，有利于碱液的扩散和渗透。(2)织物再进入第一道三辊浸碱槽(槽内两格先淡后浓)经重型轧车二浸二轧使碱液挤压人纤维内部。(3)然后进入J型容布箱中堆置5分钟以上，在经纬向松弛状态下，碱液能充分渗入纤维内部。(4)织物再进入第二道三辊浸碱槽再次经重型轧车二浸二轧后使碱液更均匀轧人纤维内部。(5)织物再经6只绷布辊透风使碱液进一步渗透，然后进入热淡碱预洗槽。至此完成了烧碱浸轧渗透溶胀与纤维作用过程，由于浸轧时间充分，提高了透芯丝光程度，同时其物理性能和微结构也发生了系列变化，部分晶区转变为无定形区，纤维的密度、取向度相应得到降低，在适当张力下，进行水洗去碱烘干，这些变化就能不可逆的保存下来，而获得永久性光泽和提高染色均匀度、得色率以及尺寸稳定性等性能。这说明去碱前的张力和去碱后的均匀是提高透芯丝光的关键。
　　由于苎麻纤维的干湿断裂伸长率低，纤维脆性大，伸幅时所能承受的纬向张力要比棉

纤维低，对结构紧密地粗厚苎麻织物伸幅难度更大，如加大张力来伸幅，极易产生破边；如织物带碱多则水洗去碱负荷更大，为此苎麻织物松堆丝光的伸幅和水洗部分其设备工艺有如下的特点：
　　(1)织物进入丝光扩幅前采用了热淡碱预洗，布经65～75摄氏度热淡碱预洗槽，碱浓度为65～80 克／升，可洗去织物上部分烧碱，从而降低了布铗冲洗碱液负担，由于布温度提高，织物变得柔软，可塑性增加，利于纬向张力增加而伸幅，但预洗槽碱浓度不能太低，应使进布铗前织物上的碱浓度不低于维持碱纤维素的浓度，否则，碱纤维素在紊乱状态下转化为水合纤维影响丝光效果。(2)加强布铗部分的冲洗去碱效果，以保证织物出布铗前的门幅要扩足(五冲五洗)织物残留碱含量要控制在50克／升以下，这对织物的尺寸稳定性起决定性作用，要保持淋冲碱液一定温度(70摄氏度以上)，可大大提高去碱效果。(3)织物出布铗后采用直辊去碱槽去碱，由于粗厚织物上含碱较多时脱铗后进入水洗区，纬向张力消除呈收缩趋势。如直接进入701去碱蒸箱，碱被逐渐去除，布的张力随着含碱不同而产生变化，这就很易起皱；如施加张力，去除皱条又将导致门幅缩小，故布出铗后先采用直辊去碱槽去碱，由于直辊粗、包角大，织物又紧贴在直辊上，而直辊上的罗纹对织物的握持作用和摩擦力，能保持纬向张力下进一步去碱，不仅避免了褶皱的产生，也有利于稳定门幅和纬向缩水率，另外经直辊去碱槽的浮动上辊的多次挤压及上面喷淋的热淡碱可大大提高去碱效果。(4)最后平洗槽采用高温密封逐格倒流，使落布的PH值达 N7左右，完全满足了工艺要求。
　　为满足松堆丝光工艺要求，电器部分采用了交流变频调速和微机控机系统。由于常规丝光机的运转同步难，电器故障多，加上松堆丝光的张力变化大，电机功率差异大，转动惯量变化大，因此同步就更难，加上浸轧浓碱的苎麻织物落人了J箱堆置后经充分溶胀和收缩，纬向收缩4～5％，经向收缩7～8％，为此必须具

备：(1)由于织物的收缩，J 型箱中容布量减少，为保证工艺的重演性，J型箱前单元必须加速以补足容布量；(2)织物充分溶胀收缩后必须对织物施加张力使经纬向拉伸至原长度以降低缩水率，为解决上述问题，电器部分必须采用交流变频调速与微机控制系统。
　　采用松堆丝光工艺后，能有效地提高苎麻织物丝光的透芯度，改善苎麻纤维微结构和物理性能，保证半制品门幅，降低缩水率；提高对染料、化学药剂的吸附能力，提高染色均匀度和光泽度，还节约了染料助剂的消耗，降Y~40％碱回收负荷经济效益十分显著。

3、应用于苎麻混纺织物的实践
　　由于苎麻纤维的结晶度、取向度都大大高于棉纤维而延伸度却较低，其在烧碱溶液中的溶胀度也低于棉纤维，加上本身已有较好的光泽，在较大张力下以浓碱处理将大大降低苎麻纤维的活度，并影响手感，要解决这些问题除加强合理的退煮漂前处理工序外，还须改进丝光工艺和进一步处理好脱胶和研究纤维结构的改进及染料结构和色素的影响等。根据陶乃杰教授研究开发的松堆丝光工艺实践，证实合理的丝光工艺为浸轧 150—160克／升烧碱、松堆5分钟以上，延长纤维与烧碱的作用时间——扩幅——去碱，经生产实践证实松堆丝光工艺完全可达到改善染色性能，提高得色深度和鲜艳度的要求。(可见表1、表2、表3)

从上述测试数据完全证实松堆丝光工艺的双折射率、纤维密度和结晶度都有明显下降，其钡值、回潮率和保水性都有明显上升，各种染料的得色量都有明显提高(平均在25％左右)效果显著，同时还降低了烧碱回收的蒸汽消耗和回收设备的负荷，有利丝光机的操作，使丝光均匀并减轻染色得不匀性。
　　同样湖南泪罗纺织印染厂为解决苎麻织物的上染率、尺寸稳定性、降低缩水率和提高半制品急缓弹性等问题，也采用推广了陶乃杰教授研究开发的松堆丝光工艺，根据此理论同黄石纺机厂合作设计制造安装的适用于苎麻厚织物及纯棉

粗厚织物的松堆直辊——布铗——直辊丝光机，经实地观察，机台运转平稳，门幅极易拉伸，去碱净，落布平整，全幅毛效均匀，其重点攻关项目制定的指标均得到预期效果达到和超过了攻关目标：其上染率攻关目标为提高15％一20％，实际达到提高 22．14％；缩水率攻关指标为经向2％ 3％、纬向 1．5％一2．5％，实际经向2％以下、纬向0％；急缓弹 (经+纬)攻关指标为提高200以上，实际提高 296．8。再次证实了“松堆丝光工艺”理论的正确性和机台组合设计的合理性，但加工棉织物时其缩水率，特别是经向缩水率达不到要求，在传动上还有待于改进。

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