紗線筒子染色工藝應用的發展，推動了染色設備的技術不斷進步，傳統依靠人的操作經驗控制染色工藝的做法，已被性能可靠和先進的自動控制技術所替代。這些功能和結構的出現，不僅保證了染色工藝的重現性，而且更加體現出高效、節能和環保的特點，在為使用者帶來較高的經濟效益的同時，也帶來了一定的社會效益。

 

　　1、適于染色工藝的發展，提高“一次成功”率

 

　　與染色工藝密切相關的除被染物和設備外，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展，同時也在不斷擴大應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更為合理和嚴格的控制方式，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，它對保證染色質量和重現性起到很大作用。

 

　　1.1受控染色工藝

 

　　受控染色是將染料、染色技術和管理技術有機結合起來，對染色過程進行嚴格精確控制，以科學合理的染色工藝，實現高效率、高正品率、低生產成本和**少廢水污染的生產模式。這就是我們現在經常講到的“一次成功”生產。

 

　　從染色技術方面來看，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的一些功能來實現的。根據染料上染和固色二個階段的不同規律，將實驗得到的染料的染色規律，設計出合理精確的控制程序，由染色機對影響各階段的染色溫度、染料和助劑的濃度等因素，進行溫度比例、加料計量、浴比和染色時間的控制。

 

　　受控染色過程不僅用于染色，現在已擴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，設計出合理的控制程序，進行過程控制，以達到高效、節能降耗的目的。

 

　　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，隨著堿性的增強，染料的水解速率也加快，造成固色效率降低。除此之外，在生產中配制的染液穩定性也會因堿性的增加而下降，導致染色的重現性降低。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，出現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、纖維性質、反應介質和固色反應條件等四個方面。而其中的固色反應條件包括反應溫度、PH值、電解質濃度、浴比以及染色助劑的濃度，它們都與染色機的控制有關系。如果染色機具備了這些控制功能，那么就能夠較好地實現活性染料中性固色工藝。

 

　　1.3高效前處理

 

　　前處理是紗線染色之前必不可缺少的一道工序。化學纖維主要是以去油為主，工藝比較簡單，時間也不長，但纖維素纖維，則不然。大量的天然雜質，衍生物，使得前處理的工藝復雜化，耗費的助劑和占用的時間都很大。為了解決這個矛盾，近年來推行了高效前處理工藝，除了**的許多高效煮漂劑外，還在設備的使用上做了改進，由過去常溫下(100℃以下)的前處理改為高溫條件下(110℃左右)進行。這樣不僅提高了前處理的效果，同進縮短了時間，當然只有采用高溫高壓筒子染色機才能滿足這種使用條件。

 

　　2、高效、節能、環保特性的充分體現

 

　　現代染色技術的發展表明，染色機的性能不僅要滿足染色工藝的要求，同時還要求染色過程短，消耗的能源**低，對環境造成污染**小。通過對機械結構及功能控制的不斷完善，使得染色機的高效、節能和環保的特性日趨明顯。

 

　　2.1生產效率高

 

　　對生產效率有直接影響的因素主要是生產過程時間的長短。染色工藝是生產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間，還可達到節能降耗的目的。

 

　　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，對提高生產效率，縮短輔助工時都起到了一定作用。

 

　　2.2節能降耗

 

　　水是目前染色工藝中普遍使用的介質，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，就成為染色機發展所追求的一個目標。與傳統筒染機相比，目前的筒染機已做了很大結構上的改進，通過結構上的優化設計，結合染色工藝的特點，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，實際已擴展到了水洗過程。而實現這一過程的所有參數，均由筒染機相應功能去控制。當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。但先進的筒染機可以通過自身一些性能，較好對染色過程中的影響因素進行受控，為染色后的水洗提供一個良好的先決條件，正由于這二者的有機結合，才使得筒染機具有較高為水洗效率。

 

　　2)同步染色控制

 

　　同步染色控制(英文Synchro Dyeing Control；簡稱SDC)作為較早應用于染色機的一項技術，將染液循環流量，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間段，給予不同量的分配，以**少的流量實現優質、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和電腦進行實時控制。目前比較先進的筒染機已經采用了這項控制技術，并且取得良好的經濟效益。

 

　　2.3環保要求已成為全球經濟發展的一個主題，雖然目前染色機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境有破壞影響的化學雜質方向去努力。設備許多性能是兼顧多方面的，如設備浴比的降低，不僅節省水、蒸汽和染化料，而且減少了污水的排放量。設備性能的提高，保證了染色工藝的重現性，減少返修率，實際上降低了由于返工或修色而增加水消耗和排放，對環保起到了一定作用。

 

　　3、設備結構的優化設計

 

　　筒子染色機有臥式和立式之分，目前主要以立式為主。筒子染色機發展迄今，不同形式的各自結構都發生了很大變化，大到主缸、主循環系統、染籠；小到頂鎖均有不同程度變化。這些都為筒染機的使用性能和功能上拓展起到了很大作用，可以說筒染機今天的結構形式，是這些具體各組成部分的整體優化。為了說明這一點，現從二個大的方面，對結構的優化設計進行闡述。

 

　　3.1染液循環系統

 

　　染液循環系統是為染色過程提供染液與被染物進行交換所設置的結構，它必須保證同一缸內的所有被染物的各點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。系統結構的差異，必然產生不同結果，因此，人們進行了大量的實驗研究，不斷改進，形成了各自的結構特點。從降低浴比的角度來講，染液循環系統所占用的空間愈小愈好，因為它可以減少存水量。但就實際的情況來看，過分地減少循環系統的存水量，就會使自由循環染液(除去被紗線所吸附以外的循環染液)減少，帶來一些不利影響。我們知道染液在循環過程中肩負著一個很重要的任務，那就是染液的濃度差和溫度差縮小，而它又是由自由循環染液在強制對流中完成，希望完成的時間和影響的范圍越小越好。從這個觀點出發，應該將染液的濃度差和溫度差控制放在主循環管路中，給予一定的空間和時間(當然是有限制的)，讓其在強制對流中充分進行，使得進入主缸體內的染液濃度和溫度均勻一致，保證所有紗線的各點均得到相同的上染條件。這一點對容量大的缸是非常重要的。

 

　　從流體力學的角度考慮，染液在主循環系統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生在換向裝置、熱交換器及彎管處，沿程阻力損失主要發生在循環管路中。采用平穩圓滑過度，縮短管程等優化設計結構，均可減少水力損失。

 

　　主循環泵作為染液循環的動力源，應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，主泵的流量和揚程在一定的范圍內可變化，這就要求主泵的特性曲線必須平穩圓滑，不能出現駝峰現象，否則會使流量和揚程在變化過程中產生波動，造成染液循環流量不穩定，影響上染過程。

 

　　3.2提高主缸有效容積，可以降低染液浴比。目前這種結構優化設計主要表現在以下幾個方面。

 

　　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，比同心圓分布多設置一些紗芯桿。

 

　　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，橢圓形封頭優于碟形封頭，但碟形封頭的容積要小于橢圓形封頭。結于相同直徑的橢圓封頭和碟形封頭，受力的差異，對于強度計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，立式筒染機有向高層紗發展的趨勢，當然，還要綜合考慮到主泵揚程以及染籠結構形式的相應改變，否則，可能會出現上下層筒子紗色差。

 

　　4、先進控制技術的應用

 

　　筒子染色機技術水平的發展，可以說很大程度體現在控制技術的發展和應用，過去許多靠人的經驗去操作的過程，現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，提高了染色重現性，而且還提高了生產效率，為生產廠家帶來了較好的經濟效益。

 

　　目前已經有幾項比較成熟的控制技術應用到筒子染色機上。

 

　　4.1液位壓差式模擬量檢測控制。傳統的液位是靠翻板液位計去測量，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由人去調整，產生誤差較大，對染色的重現有影響。采用壓差式模擬量液位檢測，可以比較精確地控制浴比。當剛入完水后，由于被染物的不斷吸附，液位發生變化時，它可以自動進行一次、二次或多次入水補償，保證浴比的準確性。

 

　　4.2染液循環流量的檢測和控制

 

　　染液循環流量對染色工藝甚至**終被染物質量有很大的影響，早期筒染機的流量是通過主泵出口所設置的節流閥進行調節的，但這種控制是不連續的。由于是依靠操作者的經驗去設定，所以流量控制很不穩定，同時降低了主泵效率。

 

　　先進的染液循環流量控制原理是：根據不同紗種以及同一染色工藝中的不同時間段(如升溫過程中的不同溫度段，保溫的時間段)對流量進行實時控制。它是由主泵電機交流變頻調速、PLC和電腦組成的控制系統，給予不同主泵轉速下的流量和揚程特性曲線，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。

 

　　通過對染液流量的有效控制，不僅能夠保證紗線的染色質量和染色工藝的重現性，同時還可以節省電能消耗。

 

　　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定。可以有效地進行溫度比例控制。加料比例控制是按照受控染色的要求，由加料比例調節閥和PLC程序所組成的控制系統，完成染料和助劑分段、計量以及注入速度等過程。它對保證染色質量起到了至關重要的作用。

 

　　4.4 pH值檢測裝置

 

　　目前有些比較先進的設備配備了這種裝置，從染色工藝的角度來考慮，是非常有用的。它可以隨時比較精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，但這套裝置價格比較貴，應用還不是很普及。

 

　　4.5中央控制

 

　　由于一般染紗廠的染色機比較多，少則10幾臺，多則幾10臺，所以設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，提高設備使用效率，消除單機操作的人為影響因素；同時，還將秤料、化料、化驗、打樣及物流納入統一到受控之中。目前這項控制技術已廣泛得到應用，并獲得了良好的經濟效益。

 

　　5、設備使用的可靠性

 

　　設備具備了優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電配套件去保證這些性能或者去實現這些功能，也就是說設備的性能和各項功能要由一定的配套件來支撐，它的質量好與壞直接影響到設備的可靠性。因此，一個性能優良的染色機，它的配套機電及元器件也是非常可靠的。

 

　　對筒子染色機性能影響較大的配套件主要有以下幾個方面

 

　　5.1控制系統所采用PLC和電腦。它是設備控制系統的核心部分，必須保證性能可靠、功能強大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用到其他非染色機設備上，所以價格上相差較大。盲目追求過剩功能的做法是不可取的，但基本的和必需的功能必須保證。

 

　　5.2檢測及執行元器件。檢測元件價格一般都比較貴，由于檢測到的溫度、壓差等參數發準確性直接關系到PLC和電腦**終發出的程序指令是否正確。所以檢測元件必須是精度高，性能可靠，故障率低，否則會出現錯誤信號傳送，**終導致動作失誤。

 

　　各種閥類，如氣控閥、電磁閥都是程序動作的執行元器件，也必須質量可靠，動作準確，使用壽命長。如果這些元器件質量不好，故障頻繁，那么再好的設備性能也體現不出來。

 

　　6、結束語

 

　　筒子染色機技術水平的發展和進步，充分體現出設備綜合性能的提高，在為紗線染色工藝提供更加可靠加工手段的同時，其高效、節能和環保特性也顯得尤為突出。隨著染色工藝的不斷創新和發展，設備某些功能還須逐步完善，并且在向新的應用領域繼續拓展。