核心提示：我们将超声波应用于织物前处理、染色后和印花后的水洗加工中,研发、制造了一种新型的染整超声波水洗机械,并在印染企业工业化生产应用,综合考察,超声波水洗设备不仅使产品质量比以前有所提高,而且大大降低了水消耗量和蒸汽消耗量,这项技术的推广将在印染行业产生极大的经济效益和社会效益。

纺织品染整加工需要大量的热能和水，其中水洗工序占了很大的比例。无论是前处理中的退浆、煮练、漂白、丝光，还是染色、印花后去除浮色和杂质，都必须有多道水洗才能保证最终产品的质量。常规水洗工艺每台水洗机需要消耗水约13—15吨／小时，需要消耗蒸汽约1.2吨／小时，水洗过程用水一般要占到整道工序用水的60%以上，而且90℃以上的热水使用量非常大。研究表明将超声波应用于织物染前处理和染后的水洗加工中，可以显著提高水洗效果并节约用水量和能源。我们在此领域开展了工业化应用工作，取得了显著效果。我们研制了新型染整超声波水洗机，并在企业工业化生产应用，综合考察，超声波水洗设备不仅使产品质量比以前有所提高，而且为印染企业带来了较好的经济效益和环境效益。对当前节能减排要求严格的印染企业来说，无疑具有重要的意义。

1、染整超声波水洗机的研发

1.1超声波的背景

1893年Golton发现了超声哨子，此时建立了超声波领域。20世纪20年代，R·伍德证实了超声强化物理化学过程的可能性，美国普林斯顿大学化学实验室发现超声波有加速化学反应的作用。但在1940年以前，只有单晶压电材料，这种技术存在许多缺点，使得超声波未能得到广泛应用。20世纪40年代，人们发现了压电多晶材料——钛酸钡压电陶瓷，50年代，美国贾菲等发现了PbZr03-PbTi03(PZT)固溶体系统，70年代，人们又研制出PLZT透明压电陶瓷。压电材料的发展大大地促进了超声波领域的发展。80年代中期，由于功率超声设备的普及与应用，超声波在化学中的应用研究才迅速展开，形成

了一门新兴的交叉学科——一声化学。1990年欧洲声化学学会在法国宣告成立，并组织了专题学术交流会。1991年声化学专著《Practical Sonochemistry》发行，1994年3月声化学杂志((Ultrasonics Sonochemistry》创刊。大量的文献报道和许多实验结果表明：超声波不仅可以改善反应条件，加快反应速度和提高反应产率，还可以使一些难以进行的化学反应得以实现。超声波辐射能加速各种有机均相及异相反应。

1.2超声波洗涤原理

把液体放入清洗槽内，槽内作用超声波。由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，介质的压力作交替变化。如果对液体中某一确定点进行观察.这点的压力以静压(一般是一个大气压)为中心，产生压力的增减，若依次增强超声波的强度，则压力振幅也随着增减，并产生负的压力。所谓负压，实际上负的压力是不存在的，只是在液体中某些区域中产生撕裂的力。且形成真空的空泡，并被后面的压缩压挤而破灭。这种在声场作用下的振动当声压达到一定值时，气泡将迅速增长，然后又突然闭合，在气泡闭合时，由于液体间相互碰撞产生强大的冲击波。

超声波清洗过程由下列三个方面作用所引起。

(1)因空泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层的一部分在冲击波的作用下被剥离即分散、乳化及脱落。

(2)因空化现象产生的气泡，由冲击形成的污垢层与表面之间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡与声压同步膨胀、收缩，像剥皮那样的物理力重复作用污垢层，一层层被剥开，小气泡再继续向前进，直到污垢层被剥下为止。这就是空化二次效应。

(3)超声波清洗中清洗液的超声振动本身对清洗的贡献。例如20 kHz、2 W／cm2超声波在清洗液中传播时，它将引起质点的振动，位移幅度1.32μm，速度为0.16 rn／S，加速度为2.04×10 4 m／S2(约为2000 g的重力加速度)，声压为1.45 X10 5 Pa，这表明清洗物表面的污垢层将

受到±248 kPa／S的激烈冲击。

清洗剂也溶解了污垢，产生了乳化分散的化学力。

1.3超声波与染整水洗机的组合研发

通过有效地组合超声波装置和印染设备，我们开发了超声波染整专业水洗机，目前主要应用于染整加工的各类水洗：如退、煮、漂的水洗，染色后水洗，印花后水洗等。

生产制造的试验设备流程为：

平幅进布架→二辊平轧车→还原蒸箱→二辊轧车→平洗槽(冷水)→二辊轧车→平洗槽(冷水)→二辊轧车→平洗槽(冷水)→二辊轧车→平洗槽(冷水)→二辊轧车→上5下6蒸洗箱(80℃)→二辊轧车→上5下6蒸洗箱(80℃)→二辊轧车→上5下6蒸洗箱(80℃)→二辊轧车→超声波水洗箱(常温)→二辊轧车→超声波水洗箱(常温)→二辊轧车→超声波水洗箱(常温)→二辊轧车→超声波水洗箱(常温)→二辊轧车→水洗箱(常温)→三辊轧车→3柱10烘筒烘燥机(φ570)→摆布出布，详见下图的示意图。

图1：染整超声波水洗机