预湿上浆技术综述_预湿上浆

　　文章对预湿上浆的基本原理、预湿机构、预湿效果及预湿上浆存在的问题进行综合分析讨论。 　　This paper has introduced the fundamental, pre-wet framework, pre-wet effect of pre-wet sizing and some problems coming of its application.
　　
　　近年来,国内外针对预湿上浆的研究进行了大量的探讨,预湿上浆是浆纱工艺的一项较大的进步,它对浆纱质量的提高和上浆成本的降低,起到重要的推动作用,在生产实践中取得了较好的效果。
　　
　　1预湿上浆的工艺过程(图 1)
　　
　　预湿上浆就是在经轴架与浆槽间装上一预湿装置,经纱在进入浆槽浸浆前,先经过预湿装置高温(一般采用 85 ℃以上的水)预湿,通过热水对经纱的浸湿与洗涤,然后经过一对挤压辊(85 ～ 100 kN)来控制经纱的回潮率 (30% 左右),最后再进行上浆,能获得较好的浆纱质量。
　　
　　
　　2预湿上浆的作用机理
　　
　　经纱上浆的过程就是将浆液按设定的要求一部分粘附在经纱表面,另一部分渗透到纱线内部,因此浆液的粘附程度和渗透状况是上浆质量优劣的重要标志。根据粘附原理,浆液在经纱上的粘附状况与纱线的特性、表面状况、湿润程度等有关。化学纤维表面光滑且含油剂,影响上浆;棉纤维表面较粗糙,而且有天然转曲,虽然比化学纤维容易上浆,但是由于棉纤维中含有纤维素共生物,如蜡状物质、含氮物质、果胶物质、矿物质以及色素等,而且棉纱的纤维间空隙存在空气,都不利浆液粘附和渗透。预湿上浆可以改善经纱的上浆效果,其作用机理可从以下几个方面进行分析。
　　2.1洗涤作用
　　在预湿过程中,经纱先经过热水或轻碱水的浸渍和挤轧,把棉蜡、果胶质、脂肪、糖衣、尘屑、纺丝油剂、杂质等物质溶解在高温水洗槽内,改善了纱线表面性质,利于浆液浸透和被覆。
　　2.2润湿作用
　　在经纱上浆中,浆料对纤维的粘附是最基本的问题,要获得良好的粘合其必要条件是,在界面处建立分子尺度的紧密接触,即两相分子间的距离通常要小于 0.5 nm。显然,要将粘合剂与被粘纤维的大分子间距降低到如此小的程度,仅靠压力是不够的,还必须借助于润湿作用才能实现。也就是说,润湿是形成良好粘合的关键因素。
　　润湿依表面能之变化种类及其相互间之关系,可分成下列 3 种现象:铺展润湿、附着润湿和浸入润湿。不论何种润湿都是表面化学现象,其过程的实质都是界面性质及界面能量的变化。纱线浸浆就是表面化学现象,它取决于两个方面:一是固体表面张力,高能表面易于润湿,低能表面润湿性差,Zisman提出以固体润湿临界表面张力表示固体表面状态,如果液体表面张力比固体临界表面张力低,则液体能在该固体表面润湿,反之则有接触角;二是液体表面张力,采用润湿性较好的浆料或加入表面活性剂,以降低表面张力改善其润湿性。
　　在高温水(> 85 ℃)的洗涤作用下,棉蜡、脂肪、纺丝油剂等纤维表面包覆物被部分去掉;经纱离开预湿槽进入浆槽浸浆前含水率和温度的提高,这些因素均使经纱的表面能得以提高,为上浆经纱的润湿创造了良好的条件。
　　2.3毛羽伏贴作用
　　浆前预湿的高温和挤压可以使纱线表面纤维软化,柔顺性提高,另外,纱线以一定的速度通过预湿槽,预湿槽中水的内摩擦力会使纱线上的毛羽倾向同一方向而使浆膜 圆整。
　　2.4水对空气的置换作用
　　传统上浆方式中,经纱进入浆槽时,纱体内部含较多的空气,既不利于浆液浸透,又会在浆液与纤维结合面上容易存留部分气泡,削弱了浆液与纤维之间的粘附作用。利用预湿槽中压辊的高压作用,用热水排除掉纱线中的部分空气,纱线内部充有部分水分,这为浆液均匀的渗透与扩散提供了媒介,同时,减少或消除了由于气泡原因在纤维与浆液之间形成的阻隔区,使得原先有间断的接触面变得更加连续,扩大了浆液与纤维的接触表面积比。
　　
　　3预湿上浆的装置
　　
　　1999年在巴黎国际纺织机械博览会上,首次展出了用于短纤纱的带预湿上浆装置的新型浆纱机,随后国内外的纺织机械制造商、纺织企业、研究院所、高等院校在预湿上浆装置的研制和应用领域的研究日趋活跃。
　　目前,德国Sucker Muller(祖克)、Karl Mayer(卡尔迈耶),瑞士Benninger(贝宁格),日本津田驹和美国West Point(西点)等浆纱机制造厂已经开始提供带有预湿上浆装置的浆纱机。德国著名的纺织研究所ITV Denkendorf声称可以对外提供预湿上浆咨询和技术服务。国内几家著名的浆纱机制造厂家,如盐城纺织机械有限公司、郑州纺织机械股份有限公司等也已开发出了具有预湿功能的浆纱机;国内的高等院校、研究院所、纺织企业,如西安工程大学、山东德棉集团德棉股份有限公司、保定依棉集团、山东华润临清公司、五环集团股份有限公司、新疆石河子市八一棉纺织有限公司一分厂等 10 多家单位,开展了预湿上浆的应用研究,他们采用的预湿上浆装置有的是从国外引进的设备,有的是在传统浆纱机上加一水槽来代替预湿上浆浆纱机上的预湿槽,有的是将祖克双浆槽浆纱机中的后一只浆槽作为预湿槽。
　　根据国内外预湿上浆的装置的情况,从工艺配置来看,预湿处理装置具有以下几种方式。
　　3.1单压式
　　在经轴架与浆槽间加装一过水槽(图 2),使经纱在进入浆槽上浆之前,先经过过水槽使经纱达到完全润湿,以利于浆液浸透。
　　
　　3.2单浸单压式
　　单浸单压式如图 1 所示,在经轴与浆槽间加装一套预湿装置,经纱在进入浆槽上浆之前,先经过预湿处理。预湿槽中设置一根浸没辊和一对轧压辊,用以压出多余水分并粘附纱线表面的毛羽。
　　3.3单浸双压式
　　图 3 是Karl Mayer浆纱机的预湿槽结构图。纱线通过安装在预湿浆槽内的引纱辊进入预湿槽内,先通过第一压辊后,再通过浸水辊二次入水,然后再通过下挤水辊和上挤水辊的高压挤水,最后进入浆槽进行上浆。预湿机构的高压挤水辊加压 100 kN,使挤压后的纱线含水量尽量地少(20% ～ 40%),这样利于吸浆,受压后纱线的压扁系数较大,但进浆槽后又会蓬松一些,因此一般不会有不良后果产生。
　　
　　另一种单浸双压式预湿浆纱是将祖克双浆槽浆纱机中的后一只浆槽作为预湿槽,工艺流程如图 4 所示,在进行预湿上浆时,把祖克浆纱机后浆槽(SD1)做水槽,把第二根浸没辊升到液面以上,使之不起浸没作用;另接一水管做输水用。其中水槽采用蒸汽直接加热,温度及液面高度由自动控制系统控制,利用了浆槽原有功能。这样,纱线在引纱辊的作用下进入水槽,在水温 90 ℃ 以上的条件下,经过单浸双压。浸润纱线受到挤压作用时,水分向纱线里层转移,而多余的空气和水分被压出,回流入水槽。这样就完成了预湿过程。预湿后的纱线在引纱辊的作用下进入浆槽(SD2)。
　　
　　3.4双浸双压式
　　双浸双压式预湿装置可分为单预湿槽式和双预湿槽式。单预湿槽式采用一个预湿槽,也可采用祖克双浆槽浆纱机中的后一只浆槽作为预湿槽,具体的工艺流程如图 5 所示。双预湿槽式将预湿槽分为两个独立的浸渍区,每个浸渍区各配置一根浸没辊和一对轧压辊,形成双浸双压式预湿,然后再进行上浆。两个独立的浸渍区可起优化洗涤作用。第一浸渍区的轧压辊不仅可以阻挡尘杂,而且可以排出纱线中的空气,进行第一道洗涤,以方便第二浸渍区内纱线吸收充足的水分,延长浸渍的相对时间。在第二道高温洗涤作用后由压力高达 l00 kN的轧压辊充分挤出所含的水分,以免影响浆槽中浆液的浓度和粘度,同时有利于纱线吸附浆液。预湿浆槽采用蒸汽直接加热,温度及液面高度由自动控制系统控制。轧压辊压力可调,积极传动,回转速度与纱线行进速度同步,以保证纱线的张力一致。为防止预湿经纱冷却过度而影响浆纱质量,同时避免换批时回丝消耗过多,预湿浆槽与浆槽之间的距离以小为宜。
　　
　　3.5浸喷双压式
　　浸喷双压式预湿装置由经纱输入装置、预湿区和上浆装置 3 部分组成。预湿区配置一根浸没辊与一对轧压辊、一次喷淋与另一对轧压辊组成浸喷双压式预湿。先由浸没辊对经纱进行水浴、洗涤,第一对轧压辊将空气挤出经纱,在离开挤轧点后,采用喷淋管用热水对经纱实施淋浴、洗涤。由于喷淋和轧辊钳口产生第二次给湿,纱线能充分湿润,最后通过第二对高压轧压辊压出多余水分。由自动装置保持液面高度恒定,蒸汽加热控制水温,清除预湿槽中漂浮杂物用溢流方式,并用循环系统将热水输送到预湿槽和喷淋管。经纱从预湿区到浆槽,用摆锤式罗拉确保纱片不松弛并防止纱线扭结。
　　4预湿上浆的效果
　　Benninger、West Point、德国纺织研究所ITV Denkendorf的研究结果表明,预湿上浆的主要好处是大大减小了上浆率,从而降低了浆料成本。上浆率的降低改善了织造性能,减小了断头率,提高了织造效率。另一个好处是浆料用量的降低减少了废水污染。众所周知,50% ～ 70% 的废水污染是由浆料造成的,由于浆料耗用量减少,相应地减少了BOD(生化需氧量)和COD(化学耗氧量)耗氧物的产生,为改善环境创造了有利条件。
　　近几年,国内在预湿上浆方面取得了可喜的成绩,在保持浆纱性能提高的前提下,上浆率有较大幅度的下降,根据国内的研究报道进行的上浆率统计结果如表 1 所示。
　　
　　从表 1 可以看出,预湿上浆上浆率的下降率约在 10% ～ 35% 之间,如果纺织企业优化浆纱工艺,较好地掌握预湿上浆技术,企业必将节约成本,降低消耗,提高企业产品的市场竞争力,同时为保护环境、造福后代、促进我国国民经济可持续发展做出积极贡献。
　　
　　5预湿上浆技术存在的问题
　　
　　5.1预湿水槽轧辊的高压力问题
　　预湿水槽轧辊的压力高达 70 ～ 100 kN,设备的设计与应用管理不易。
　　5.2压出带水量与浆槽浓度的稳定性问题
　　经纱预湿后从预湿水槽中引到浆槽时,会把一定的水分带入浆槽,使浆槽中的浆液浓度逐步降低,为了保持浆液浓度的稳定性,要随时对浆槽中浆液浓度进行监控并及时调节。这样就必须采用可靠高效自动化监控仪器和调节设备,增加了预湿浆纱机的设计、操作和管理难度。
　　
　　6结语
　　
　　从原理上讲,预湿上浆能够改善纱线的润湿性能,降低经纱毛羽,以较低的上浆成本达到织造对经纱上浆的要求,是一种较理想的上浆方法。但预湿经纱压出带水量与浆槽浓度的稳定性是影响预湿上浆的关键,国内的浆纱设备生产厂家应尽快开发生产具有浆槽浆液浓度自动监控与自动调节的机电一体化设备,以适应预湿上浆的要求。
　　
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