（纺织工程专业论文）山羊绒染色工艺的在线优化.pdf

摘要 山羊绒是取之于绒山羊身上紧贴皮肤表面即毛的根部的一种细绒毛，是品质 最为优秀的一种动物纤维。据统计全世界山羊绒年产量为1 0 0 0 0 吨，一只山羊一 年仅能产5 0 - 8 0 克无毛绒，也就是晓五只山羊一年所产的绒仅可制做一件普通羊 绒衫，可见它的珍贵。 山羊绒的珍贵不仅由于它稀有，更重要的是用它织造的产品各项性能都是消 费者所熟知的纯羊毛产品及其它纤维产品所望尘莫及的，特别是鄂尔多斯地区所 产的山羊绒，其纤维弹性、长度、细度、白度、色泽等方面均名列其它山羊绒之 前，被国外客商推崇为中国最好的c a s h m e r e ，誉为“纤维宝石”。 山羊绒与羊毛同属天然蛋白纤维，但它们的结构不同，羊绒纤维比羊毛细 很多，外层鳞片也比羊毛细密、光滑。由于纤维结构决定其产品性能，因此，羊 绒纤维的一系列性能包括物理性能、化学性能与羊毛纤维相比均有所不同，特别 是染色性能也有较大的差别。虽然说毛用染料都适合染羊绒，但多年来，使用厂 家一直是按照染料生产厂家推荐的适用羊毛的染料及工艺应用于羊绒，没有真正 针对羊绒的结构研究其染色性能，这样既影响了羊绒制品的质量( 色牢度差、损 伤严重、手感差等) ，又造成很大的浪费( 能源消耗) 。所以，我们引进国际先进 的在线染色机( 具有触模式全自动控制系统，连接分光光度仪) ，采用科学的实 验设计，优化羊绒染色工艺，提高羊绒制品质量对于合理利用稀有资源意义深远。 本文主要应用国际先进的在线染色机，模拟大生产工艺，它不仅能准确、快 速、动态地反映整个染色过程，而且能同时检测出不同条件下的纤维染色指标 ( 上染率、固着率、半染时间) 。并以此作为实验目标，选择科学的实验设计， 依据大量的、系统的染料、助剂、工艺的正交实验数据，采用数理统计的方差分 析方法进行在线优化：同时根据产品的色牢度指标、风格( 光泽度、手感) 及生 产性( 成本低、效率高) 确定羊绒染色的最佳染料及助剂，优选出适合羊绒染色 的最科学、最合理、最环保的染色工艺，进一步指导生产，提高羊绒制品的色牢 度，降低成本，节约能源，提高纺纱制成率，改善手感，保护羊绒天然特性，确 保鄂尔多斯羊绒制品的优质品牌长盛不衰。 关键词：山羊绒，染色，在线检测，染色质量 a b s t r a e t ： c a s h m e r ef i b e ri so n eo f 凼em o s tl u x u r ys p e c i a l t na n i m a lf i b e rt a k e nf r o m 曲8 f i n e ，s o f tu n d e r c o a to ru n d e r l a y e ro fg o a th a i r a c c o r d i n gt o s t a t i s t i c sd a t a ，t h e a n n u a lp r o d u c t i o no fc a s h m e r ef i b e ra r o u n dt h ew o r l di sa b o u t1 0 ，0 0 0t o n s ，o n l y 5 0 - 8 0g r a m sd e h a i r e dc a s h m e r ec a l lb eo b t a i n e df r o mo n e g o a t ，t h a tm e a n st h et o t a l c a s h m e r ec o l l e c t e df r o m5 g o a t sp e ry e a rc a l lm a k eo n l yo n ec o m m o nc a s h m e r e s w e a t e r ， s oi t sv e r yr a r e m o r ei m p o r t a n t l y ，t h ed i f f e r e n tp r o p e r t i e so fc a s h m e r ep r o d u c t si ss u p e r i o rt o t h a to fo t h e rp u r ew o o lp r o d u c t so ro t h e rf i b e rp r o d u c t sw h i c hi sw e l lk n o w nt ot h e c o n s u m e r s ， e s p e c i a l l yt h ev a r i o u sp r o p e r t i e so fc a s h m e r ef i b e rf r o me e r d u o s i r e g i o n ，t h ee l o n g a t i o n ，l e n g t h ，f i n e n e s s ，w h i t e n e s sa n dl u s t e ro f c a s h m e r ef i b e r f r o mt h i sa r e ae x c e e dt h o s ef r o mo t h e rr e g i o n s ，i ti sr e g a r d e db yf o r e i g nc u s t o m e r s t h eb e s tc a s h m e r ei nc h i n aa n di sc a l l o d “d i a m o n df i b e r c a s h m e r ea n dw 0 0 1a r eb o t hk e r a t i nf i b e l ， b u tt h e i rs t r u c t u r ei sd i f f e r e n t c a s h m e r ef i h e ri sm u c ht h i m l e rt h a nw o o lf i b e ra n dt h ec u t i c l es o a l e so fc a s h m e r e f i b e ri sd e n s e ra n ds m o o t h e rt h a nt h a to f w o o lf i b e r b e c a u s et h ed y e i n gp r o p e r t yi s d e t e r m i n e db yt h ef i b e rs t r u c t u r e ，t h ec a s h m e r ef i b e rp r o p e r t i e s ，i n c l u d i n gp h y s i c a l p r o p e r t i e sa n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s ，a r e d i f f e r e n tf r o mt h o s eo f w o o lf i b e ri nal a r g e d e g r e e ，p a r t i c u l a r l yt h ed y e i n gp r o p e r t y a l t h o u g ha l lt h ed y e s t u f ff o rd y e i n gw o o l a r e a p p l i c a b l e t oc a s h m e r e d y e i n ga n dt h e y a r ep u ti n t ou s ew i t h o u t d e e p l y r e s e a r c h i n gt h es p e c i f i cd y e i n gp r o p e r t yr e g a r d i n gt oc a s h m e r ef i b e rs t r u c t u r e ，t h i s c o n d i t i o nb o t ha f f e c t st h ed y e i n gq u a l i t yo fc a s h m e r ep r o d u c t s ( 1 0 wc o l o r f a s t n e s s ， s e v e r e l yd a m a g et ot h ef i b e r ，p o o rh a n df e e l i n ge t c ) a n dm a k e sm u c hw a s t e ( e n e r g y c o n s u m p t i o n ) c o n s i d e r i n ga l lt h ea b o v ef a c t o r s ， w ei n t r o d u c e di n t e r n a t i o n a l l y a d v a n c e do n l i n ed y e i n gm a c h i n ew i t ha u t o m a t i ct o u c hc o n t r o ls y s t e me q u i p p e dw i t h s p e c t r o p h o t o m e t e r r e s e a r c h i n gc a s h m e r ed y e i n gp r o c e s sa n di m p r o v i n gc a s h m e r e p r o d u c t sq u a l i t ya r eo fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rr a t i o n a l l yt a k ea d v a n t a g eo fr a r e r e s o u r c e s b ya p p l f i n gi n t e r n a t i o n a l l ya d v a n c e do n l i n ed y e i n gm a c h i n et os t i m u l a t em a s s p r o d u c t i o np r o c e s si no r d e rt od i s p l a ya c c u r a t e l y ，p r o m p t l ya n dd y n a m i c a l l yt h e w h o l ed y e i n gp r o c e s s ，a n dm e a n w h i l ed e t e c td i f f e r e n tf i b e rd y e i n gi n d e x ( d y e i n g u p t a k ea n dc o l o rf i x i n gr a t e ) u n d e rd i f f e r e n td y e i n gc o n d i t i o n s ，t h ea i mo f t h i sp a p e r i st od e t e r m i n et h em o s ts u i t a b l ed y e s t u f fa n da u x i l i a r i e sf o rc a s h m e r ed y e i n g a c c o r d i n gt ot h ec o l o r f a s t n e s si n d e x ，s t y l e ( 1 u s t e r ，h a n df e e l i n g ) a n dp r o d u c i b i l i t y ( 1 0 wc o s t ，h i 曲e f f i c i e n c y ) ， o p t i m a l l ys e l e c tt h em o s ts c i e n t i f i c ，r a t i o n a la n d e n v i r o n m e n t a l - f r i e n d l yd y e i n gp r o c e s ss u i t a b l ef o rc a s h m e r ed y e i n g a n dt oi m p r o v e t h ec o l o r f a s t n e s so fc a s h m e r ep r o d u c t s ，l o w e rc o s t ，s a v ee n e r g ya n di n c r e a s e s p i n n i n gp r o d u c i n ge f f i c i e n c y ，m a i n t a i nt h en a t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so f c a s h m e r ef i b e r t oi n s u r et h el o n gt e r md e v e l o p m e n to fs u p e r i o rq u a l i t yb r a n do fe r d o sc a s h m e r e p r o d u c t s k e vw o r d s ： c a s h m e r e , d y e i n g , o n l i n ec h e c k ，d y e i n gq u a l i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云注王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的洗明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期如题年月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞挂王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 蝴魏静跏躲加参次 签字日期：c ) 诱年 月日 签字开期：一l f 年月叼同 学位论文的主要创新点 该课题采用国际先进的在线染色机，可动态、准确、快速地模 拟大生产工艺，在线检测上染全过程的各项指标( 上染率、固 着率、半染时间、上染速率等) ，为准确研究山羊绒染色工艺提 供有力证据，同常规小样研究相比更先进，更科学。 经过理论和实际的有机结合，直观分析与数理统计相结合的分 析，总结优化出适合山羊绒染色的最佳工艺，比推荐工艺更加 科学合理。 通过优化，总结出适合山羊绒染色的最优工艺，打破了厂家推 荐的一成不变的常规工艺，更好地指导了生产，解决了生产中 的实际难题，提高了产品质量和生产效率。 t 程便i 。论文 第一章引言 世界山羊绒的年产量大约是1 0 0 0 0 吨之间，中国是世界山羊绒产量最大、出口 量最多的国家，约占世界总产量的7 0 以上。除中国外还有蒙古、翦苏联部分地 区、伊朗、阿富汗、巴基斯坦、尼泊尔等国家。中国的山羊分布区域较广，各地区 的山羊因大小、绒毛类型和色泽而异，靠北部的山羊较南部的个头小，最初山羊主 要是用来食肉的，奶、皮、绒毛是属于畜产品。在中国北方，山羊主要生存在海拔 1 0 0 0 3 0 0 0 米的地区，由于地区不同、羊种不同、气候不同、水土草质不同以及饲 养条件方式不一，羊绒的品质也大不相同。总体上曾分为两路三色之说，两路指包 字路和顺德路，三色为白绒、青绒、紫绒。一般而言，气候稍暖的地区羊绒特点是 纤维细度好，手感也不错，但平均纤维长度短，纤维光泽不好。在北方内蒙古、西 藏大部分地区以及宁夏、甘肃、陕西北部产的山羊绒，其羊绒品质不论是纤维的平 均细度、平均长度、还是强力、光泽等指标都是世界羊绒之首。 鄂尔多斯羊绒集团经过了二十多年的滚动式快速发展，经济效益逐年稳步增 长，2 0 0 3 年实现利税5 3 亿，2 0 0 4 年实现利税5 5 亿，羊绒产业的生产营销能力已 经达到了中国的4 0 n 世界的3 0 ，是当今世界规模最大的羊绒加工企业。 目前，国内外对羊绒的研究与应用已进入发展新时期，涉及羊绒及其制品的染 整加工、纺纱织造、检测方法及标准制定等。我国拥有羊绒资源和产业优势，但并 不拥有羊绒技术标准的优势，鄂尔多斯作为领头羊，并拥有由国家科技部和自治区 科技厅投资，被国家科技部正式认定纺织行业唯一的国家羊绒制品工程技术研究中 心，虽然在生产设备、新产品开发和新技术应用方面均具备世界领先水平，但还需 迸一步致力于羊绒的研究开发和推广应用及标准制定，有效地调整和优化行业及鄂 尔多斯集团的羊绒产业结构，加快推动我国由拥有羊绒资源和产业优势向拥有羊绒 技术标准的优势转化的进程，更有力地推动中国的羊绒行业走向世界，更有利于中 国羊绒行业资源优势向经济优势的转化，实现绒纺行业的可持续发展。 鄂尔多斯集团生产的主导产品“鄂尔多斯羊绒衫”以其优质的品质闻名世界。 但在产品的生产过程中仍然存在以下质量问题： ( 1 ) 产率f 或收率、利用率、生产效率等) 偏低。 i 。程坝 论文 ( 2 ) 产品的最优配方或最优配比不合理； ( 3 ) 小实验通过的技术，中试或大试通不过； ( 4 ) 小试、中试和大试都通过。批量生产质量都不稳定； ( 5 ) 产品需求减少或设计落后，需技术创新或更新换代。 具体到染色工序主要存在以下问题： ( 1 ) 大小样之间色差、缸间色差、同一色号批差； ( 2 ) 色花、色泽不匀； ( 3 ) 色泽发暗，色牢度差 ( 4 ) 纤维损伤严重，强力、伸长下降，可纺性降低，织物手感差； ( 5 ) 染料、助剂用量大，上染率低，能源( 水、蒸汽、电) 消耗高，生产效率 低，生产工艺不合理，质量稳定性差。 针对以上质量问题采取的质量改进措施主要是改进产品设计和产品生产过 程。即针对产品的原材料、原部件、结构参数和生产过程的工艺参数，寻求他们 之间的最佳搭配一一实验设计 美国莫托罗拉公司的质量与生产改善顾问b h o t ek r 说：“试验设计是通向 质量的高速公路”；“如果质量是带动公司前进的火车头，那么试验设计就是燃料。 它能在一、二年内，不是以百分之五十或百分之百，而是成十倍甚至成百倍地提 高产品质量。” 本文重点就是对羊绒的染色性能及工艺进行研究和优化。应用在线染色机， 选择合理的实验设计，模拟大生产工艺，缩小与大生产的差距，准确在线染色全 过程，同时快速检测过程中的多项染色指标；再通过科学的数理统计方法分析系 统的实验数据，优化总结出适合于羊绒染色、保持羊绒天然特性的科学的工艺。 从而进一步指导生产，避免生产中出现的色差、色花、色泽发暗，色牢度差等质 量问题，确保高效进行“一次准确染色”，解决生产过程中的质量难题，进而提 高羊绒制品的质量，降低成本，节约能源，使这种优质的稀有天然纤维得到合理 的开发和利用。 l “程椰! l j 论交 第二章染色机理 染色是山羊绒制品生产过程中的一道重要工序，通过研究其所用染料的性 能、染色原理和染色工艺，将有助于合理的选择染料，设计优化染色工艺，提高 染色质量和效率。 2 1 染色原理 2 1 1 山羊绒的结构 山羊绒具有不规则的稀而深的卷曲，由鳞片层和皮质层组成，没有髓质层， 鳞片密度约为6 0 - , 0 7 0 个m m ，紧抱毛干，张开角度较小，鳞片薄彼此紧贴，纤 维横截面近似园形，直径比细羊毛还要细，平均细度多在1 4 , 一1 6i tm ，细度不匀 率小，约为2 0 ，长度一般为3 5 4 5 m m ，强伸长度、吸湿性优于绵羊毛，集纤 细、轻薄、柔软、滑糯、保暖于一身。纤维强力适中，富有弹性，并具有一种天 然柔和的色泽。山羊绒对酸、碱、热的反应比细羊毛敏感，即使在较低的温度和 较低浓度酸、碱液的条件下，纤维损伤也很显著，对含氯的氧化剂尤为敏感。同 时，羊绒在许多方面与其它动物纤维不同。如下表： 表2 - 1羊绒与其它主要动物毛纤维的性能与结构对比 纤维羊绒驼绒牦牛绒兔绒7 0 支澳毛 环状环状环状菱形 鳞片形状环状斜纹 斜纹斜纹斜纹斜纹 鳞片密度个m m 6 0 7 0 5 0 9 05 0 8 5不易8 0 1 5 0 鳞片可见高度um 1 0 1 78 2 05 2 3 6 1 2 5 皮质层双侧双侧双侧双侧 髓质层无无无有无 细度似m 1 3 1 71 1 81 8 2 01 l 1 61 6 2 0 比重曲m 3 131 3 21 3 3 o 9 1 1l | 3 2 保暖率 7 0 36 4 65 6 96 8 7 26 2 5 比电阻 1 0 13 0 22 34 543 3 光泽6 0 0 角入射 1 o0 3 o 2 1 00 ，6 沸水收缩率 3 4 43 2 72 0 15 2 53 7 卷曲率糯 8 6 48 3 38 2 46 5 88 6 9 摩擦效应 0 0 9 4 70 0 5 4 50 1 0 9 60 1 6 0 6o 1 9 8 5 2 1 2 染色上染过程及作用原理 所谓染色就是用染料按一定的方法将纤维纺织物染上颜色的加工过程。染料 上染纤维一般可分为三个过程： ( 1 ) 染料从染液向纤维表面扩散，并上染纤维表面，这个过程称为吸附。 ( 2 ) 吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散，直至染色平衡或基本平衡，这一过 程称为染料在纤维中的扩散。 ( 3 ) 染料和纤维发生化学反应固着于纤维。 染料的上染过程主要取决于染料的结构和纤维的性能以及二者的结合力，它 受很多因素的影响，包括设备、染料及染化助荆、染色工艺( 包括p h 值、温度、 升温速度、保温时间等) ，若不能科学有效地控制上述因素，将直接影响染色的 质量( 色泽、匀染性、透染性、色牢度) 。因此，针对山羊绒的结构性能并对其 适用的酸性m f 染料、c f 中性染料和兰纳素活性染料的染色工艺进行科学合理 地优化和控制，可提高染色质量，提升产品档次。 ( 1 ) m f 酸性染料 m f 酸性染料比直接染料分子量低，以磺酸基为水溶性基团，可溶于水， 与纤维中的氨基结合，对羊绒有较高的亲合力，染色在酸浴中进行，染料与纤维 间的作用除了存在库仑引力外，还存在范德华引力的作用，其染料染色饱和值远 高于吸酸饱和值，是一种匀染型酸性染料。适合染羊绒浅色。 ( 2 ) c f 中性染料 c f 染料为1 ：2 金属络合染料，其母体不含有强的水溶基团，含有强极性基 团，溶解度较低，染色在弱酸性染液中进行，染料分子与纤维通过盐式键、氢键、 t 程坝l 。论义 范德华力结合，形成稳定结构。适合染羊绒中色。 ( 3 ) 兰纳素活性染料 兰纳素染料含有n 一溴丙烯酰胺活性基团，具有很大的活泼性，染料与纤 维以牢固的共价键结合，不仅发生亲核取代反应，也发生亲核加成反应，形成环 状结合形式，可在弱酸性条件下染色，且获得较高的上染率和固着率。可适合染 浅色、中色和深色。 反应式如下： ( 1 ) 亲核取代反应： d y e n h c o c ( b r ) = c h 2 + p n h 2 一d y e - n h - c o c ( n h p ) = c h 2 ( 2 ) 加成反应： d y e n h c o c ( a r ) = c h 2 + p n h 2 一d y e 小m - c o - c h ( n h p ) - c h 2 - n h - p 2 2 染色原理及影响因素 山羊绒是一种天然蛋白纤维，其分子上既含有氨基，又含有羧基，可表示为 h 2 n p c o o h 。在水中，因它的电离而两性离子结构：h 3 盯。p c o o l ，氨基和 羧基的离解程度与p h 有关。通过调整溶液的p h 值使羊绒分子上的正负电荷相 等，即使羊绒分子为电中性，此时溶液的p r t 为羊绒等电点。高于或低于等电点， 均会使蛋白分子的盐式键发生断开，发生水解，使纤维受到损伤。因此，各种染 料在羊绒的等电点附近染色，既不受酸的损伤，也不受碱的损伤，这样才能保持 羊绒的天然特性。 各种染料的染色机理基于染料与羊绒两性离子的作用。羊绒在酸性染浴中先 吸附h + ，使纤维带正电荷，染液中有染料阴离子和酸根离子，染色过程中，染 料扩散到纤维表面取代酸根离子，而上染到纤维中去。中性染料在水溶液中成为 带负电荷的络合离子，其上染过程与酸性染料相似，染料与纤维形成离子键结合。 活性染料在水溶液中以阴离子形式存在，它与羊绒纤维分子间以氢键、范德华力 及离子结合力。因而，活性染料在羊绒上吸附较快。 染色助剂主要改变染料在纤维上的吸附、扩散、固着。染料与纤维的结合方 式有氢键、共价键、静电力、范德华力等，染料的吸附过快，则易造成染色不匀， 降低染料中的均染性。增加扩散可以促进染料分子向纤维内部转移提高均染性。 丁程坝l 论殳 染料的固着可以提高染色后织物的各项牢度。 影n 向羊绒纤维染色性能的主要因素有：氨基酸残基、聚集态结构、表面电 荷性质、等电点、膨润性能、纤维细度、比表面积、耐酸碱性能、染色工艺等， 它们对染色的影响总结于表2 2 中。 表2 2 羊绒纤维结构和性能与染色的关系 项目对染色的影响 碱性氨基酸既含有酸基一c o o h ，又含有氨基n h 2 ，因此为两性化合 分子结构 物，可用酸性、中性、碱性染料染色。 p n p i 有利于酸性染料的上染；p s p i ，中性盐起促染作用。 染色中纤维会受到损伤使强力降低，若染色条件控制不当时会造成 耐酸碱性氨基酸的损失，羊绒纤维耐酸不耐碱，强酸强碱均会对纤维造成损 伤，特别是碱性会导致纤维上的酰胺键发生断裂。 羊绒纤维表面鳞片层产生蔽障作用使其膨润性较差，因此，采用加 膨润性能入表面活性剂和前处理的方法，改善其膨润性，更有利于染料扩散、 渗透，匀染。 纤维在水中的负电性大，对阴离子染料的排斥力大，不利于阴离予 电荷性质 染料的吸附，但在p h 大于等电点时中性电解质的促染作用更明显。 纤维细，表面积大，可染性好，但对光的漫反射强，表观色深。同 纤维细度 样浓度，羊绒比羊毛上染快且均匀，上染率高2 0 。 染色温度及时间对羊绒纤维的强力及伸长影响较大，且影响成品的 染色工艺 色牢度及手感。 2 3 在线染色机工作原理 在线染色机由染色在线系统和自动分光检测系统两部分组成，其中染色在线 系统主要由触摸式屏幕程序系统进行控制，该系统使用先进的技术及软件来对样 品染色机的多功能控制提供一个简单而又复杂的强有力的手段支持，可按照输入 染色工艺自动运行。全面反映染色过程中各项因素的变化情况。自动分光检测系 统使用先进的软件处理系统，既可对不同色光的最大吸收波长的进行选择，确保 t 程坝。i 一论史 浓度与吸光值的线性最好，又可动态反映不同时f n j 的上染曲线。准确测试不同点 的上染率。因此，采用该仪器研究优化羊绒染色工艺可提供准确、可靠的实验数 据。 应用在线染色机研究优化工艺同常规小样机打样分析相比具有以下特点和 优点： ( 1 ) 可准确地模拟大生产工艺，大大减少大小样的差别； ( 2 ) 可动态、直观地反映染色全过程； ( 3 ) 可快速、准确有效地控制染色工艺； ( 4 ) 可立即反映染料的上染情况： ( 5 ) 操作简单。科学准确，避免失误，减少误差。 设备图如下： 丁程顺l j 论艾 3 1 实验条件 第三章实验部分 3 1 1 原料：白色无毛绒、2 6 n m 白纱 3 1 2 染料及助剂 本文结合生产实际，以三种常用染料系列为例，分析优化工艺。 ( 1 ) 酸性m f 染料及配套助剂( 克莱恩公司生产) ：山德兰m f ，m 代表移染性 好；f 代表坚牢度好，其特点：匀染性好，移染性、重现性好，目晒牢度好。适 合染浅色。 ( 2 ) c f 中性染料及配套助剂( 克莱思公司生产) ：兰纳山c f ，c 代表相容性好； f 代表坚牢度好，其特点：匀染性好，相容性、重现性好，日晒牢度好。适合染 中色。 ( 3 ) 兰纳素活性染料及配套助剂( 汽巴公司生产) ：鲜艳度高，色谱全，色牢度 好，固色率高，染料水解少。适合染浅中深色。 ( 4 ) 高效匀染低温渗透剂：非离子表面活性剂，具有增溶、促染、匀染和固色 的综合效果，可以在降低上染温度的同时，增加上染率，降低损伤，提高色牢度。 仪器： ( 1 ) 意大利生产的o r i n t e x 自动测配色系统仪：可以根据标准色样自动测试 处方，自动配制染料溶液，自动吸取溶液。 ( 2 ) 英国生产的c o l o r t e c 在线染色机并连接a g i l e n t8 4 5 3 紫外可见分光光度 计自动处理系统，可以按照输入染色工艺自动运行，且自动测试染色过程中不同 点的吸光值，并将吸光值转化为浓度，进而可计算出不同点的上染率。该装置能 够快速准确反映出染色过程动态数据，为准确控制工艺提供有力证据。 3 2 染色影响因素的确定 根据羊绒纤维的结构性能与染色的关系，选用某一种染料，然后变换不同的 工艺条件，并通过在线染色机测试其爿i 同条件下的上染率( 如附录) ，山上染曲 t 程顶l “论文 线图可直观确定主要影响因素。经分析将染色的p h 值、盐量、匀染剂用量、浴 比、染色工艺( 包括温度) 、保温时间等六个因素确定为影响染色的主要因素。 3 3 实验方案的设计及正交表的选择 本研究实验方案设计采用正交实验方法，分析认为对上面的六种主要实验因 素应选用l 18 ( 3 7 ) 正交实验( 其中1 8 代表实验次数即正交表行数，3 代表每个 因素的水平数及工艺参数，7 代表实验因素即f 交表列数) ，可以最快的进度获 得优化的方案。 3 4 直观分析和方差分析计算公式 ( 1 ) 平均值： 多= 去喜咒= 吾 ( 2 ) 偏差( 离差) ：与目标值之间的偏差( y i - m ) 与平均值之间的偏差( y i y ) ( 3 ) 极差r = t m a x - - t m i n ( 4 ) 存在目标值：总偏差平方和s t ：e ( y i - m ) 2 不存在目标值：总偏差平方和s t = ( y i y ) 2 ( 5 ) 自由度f i 在偏差平方和中独立平方的数据个数 ( 6 ) 平均偏差平方和( 均方差) = 偏差平方和自由度 ( 7 ) 总均方差：v f s t f t ( 8 ) 因素均方差：v a = s a f a ；v b = s b f b ：；v axb = s a x b f a + b 误差均方差：v 。= s d g ( 9 ) 标准差：品 ( 1 0 ) 二水平偏差平方和s = 掣2 ( 1 1 ) 三水平偏差平施s = 半2 一等( t = t i + t 2 + t 3 ) 丁程碾 ：论文 3 5 质量指标的检测 ( 1 ) 色牢度的检测 按照产品标准要求并依据g b t 3 9 2 0 1 9 9 7 、g b t 3 9 2 1 1 1 9 9 7 、 g b t 3 9 2 2 一- 1 9 9 5 、g b t 5 7 1 3 1 9 9 7 检测摩擦色牢度、皂洗色牢度、汗渍色牢度、 水沈色牢度。 ( 2 ) 械性能的检测 采用单纱强力仪y g 0 2 5 g 依据g b t 3 9 1 6 1 9 9 7 检测纱线强力和伸长。 ( 3 ) 半染时间 指上染达到平衡吸附量一半( c t = i 2 c ) 所需的时间。或上染百分率达到平 衡上染百分率一半时所需的时间，用t 1 2 表示。 0 t 程颀 ：论文 第四章结果与分析 根据染料的不同特性及产品质量要求，并结合生产实践，采用正交实验， 优选羊绒浅色( 染料浓度0 5 o w f 左右) 、中色( 染料浓度1 5 o w f 左右) 、深 色( 染料浓度3 o o w f 以上) 的最优染料及工艺。 4 1 直观分析与方差分析的评价方法 直观分析根据计算极差判定：r 越大，说明该因子对指标的影响越显著；方 差分析采用正交实验的设计软件，根据下列公式检验各因素的显著性。 平均偏差平方和：v j = s j f jj _ 1 ，2 ，m v e = s e f e 检验值：f j = v j ，v cj = 1 ，2 ，n临界值：f 0 0 5 ( 0 ，f e ) 结论： f j f 0 0 5 不显著 显著 4 2 酸性m f 染料染色工艺优化与分析 由于酸性m f 染料品种少，鲜艳度很高，日晒牢度好，染料吸尽率高，匀染 性重现性很好，但由于该染料分子量较小，标准深度低，只适合染浅色。因此， 只对其浅色工艺进行优化。 表4 - 1 酸性m f 染料染浅色的参数设计及统计结果 编匀染 浴比 染色 保温酸性m e ( o 5 o w f ) p h 值盐量 剂量工艺 时间 半染 号 abdm m 上染简化 时间 ce 率后 f m l n 11 ( 5 o )1 ( 3 )1 ( 0 5 ) 1 ( 1 ：2 0 ) l ( 9 0 )1 ( 2 0 )9 9 3 69 3 61 5 212 ( 5 )2 ( 1 0 ) 2 ( 1 ：3 0 ) 2 ( 6 0 )2 ( 3 0 )9 7 1 97 1 92 5 3l3 ( 8 )3 ( 1 5 ) 3 ( 1 ：4 0 ) 3 ( 7 0 )3 ( 4 0 )9 3 ，9 73 9 73 5 42 ( 5 5 )1l2 239 8 8 58 ，8 51 5 52223319 6 6 06 6 02 5 6233l129 4 3 44 3 43 0 t 程坝l j 论文 耐洗牢度汗渍牢度耐水牢度 耐磨 l 色号工艺 牢度 色毛棉色毛棉色毛棉干温 变沾沽变沽沾变沾沾磨磨 正常 n工艺 4 54 5 4 4 5234 5 4 5 3 4 3 2 t , o u h o 优化 工艺 4 54 54 54 54 54 54 54 54 53 43 正常 工艺 4 54 - 52 34 ，53 42 34 5443 42 3 凸 矗 优化 工艺 4 54 53 44 54 s44 54 543 - 43 正常 轰 工艺 4 54 - 544 53 43 44 54 54 533 耸优化 a 工艺 4 54 54 54 54 54 54 54 54 53 43 4 4 5l a n a s o l 染料染深色纤维机械性能测试结果 高温染色对纤维的强力和伸长损伤很大，大大影响羊绒的天然风格。因此， 合理选择染色工艺可降低对纤维的损伤，有助于提高后道纺纱质量。以下是工艺 优化前后的纺纱指标对比。 表4 1 2 纺纱各项指标对比结果 名称上染率单纤强力 色绒平色纱 色纱制 均伸长断头率千 w 2 5 0 6圃着率c n 成率手感 册锭小时 高温染色 9 8 8 3 ( 9 8 )9 6 1 5 4 0 13 5 5 2 6 09 6 1 差 低温染色 9 8 5 铺 4 1 93 9 3 2 2 39 7 7 较好 ( 9 0 )9 5 7 2 提高相近 4 5 l o 7 1 4 2 1 6 4 5 实验结果分析 ( 1 ) 活性染料l a n a s o l 既可染浅色、中色，又可染深色。由于l a n a s o l 染料色 谱全，鲜艳度高，且与染料以共价键结合，色牢度，固着率较高，因此，对于浅 1 程颂1 论文 中色而言，吸收完全，不需要作固色处理，深色必须经过皂洗清除浮色后再固色， 色牢度才可达到要求。 ( 2 ) 采用活性染料染浅色，实验证明因素中盐用量和匀染剂用量均是影响上染 率的显著因素。主要由于浅色所用染料浓度低，在纤维中上染渗透快，若不采取 措施控制上染速度，无论大生产还是打小样特别容易染花。因此，必须要在染浅 色时加入硫酸铵，随温度的升高铵盐发生分解，放出氨气增加染液的酸性，获得 匀染效果，同时加入匀染剂进一步发挥匀染作用，避免色花。同时，必须严格控 制盐和匀染剂的用量。可见，染浅色首先应选择匀染性好的染料，其它因素条件 按照生产性最好进行选择。 ( 3 ) 采用活性染料染中色，浴比、用盐量、染色工艺是影响活性染料上染的主 要因素。由于l m m s o l 染料带有a 一溴丙烯酰胺活性基团，浴比大，会加速它的 水解，导致上染率和固着率下降，同时p h 值和铵盐有效地降低了染料和纤维的 排斥力，起到了很好的促染作用，高温高反应速度的特性直接影响染料最终的上 染率和固着率。因此，采用活性染料染中色时，一定要控制浴比这个显著因素。 否则，不仅会造成染料上染率和固着率的降低，而且会严重损伤纤维。 ( 4 ) 采用活性染料染深色，高效匀染渗透剂、染色工艺、保温时间是影响上染 率和固着率的主要因素。由于深色所用染料浓度远远超过其标准浓度，纤维吸附 处于过饱和状态，若不采取措施增加染料的渗透和扩散，它将发生水解，导致固 着率下降，产生大量浮色，色牢度差。因此，染深色时，必须严格控制染色工艺、 浴比和保温时间，同时加入具有特殊渗透功能的匀染剂，增加纤维的膨化、溶胀 作用，提高染料的扩散渗透能力，减少水解，确保产品色牢度。 ( 4 ) 采用优化工艺染深色，加入高效匀染低温渗透剂，使温度降低( 由9 8 c 降到9 0 c ) ，上染率提高，固着率提高，纤维损伤下降，产品色牢度明显提高。 ( 5 ) 活性染料从浅色到深色的优化工艺与推荐工艺相比更加科学合理，特别是 深色工艺不仅提高了色牢度，而且降低了染色温度，减少了损伤，提高了可纺性 和生产效率。 t ：程顺i j 论史 第五章结论 本文以在线染色机为载体，以羊绒为研究对象，以优化羊绒染色工艺为研究 重点，在原有实践的基础上进一步进行优化设计，并采用科学的实验设计，借助 正交实验设计对大量的实验数据进行了直观分析和方差分析，对大生产羊绒染色 的染料、助剂及工艺进行科学的在线优化，通过优化，得出如下结论： 5 1 羊绒染色受多种因素的影响，若控制不当，不仅影响染色的均匀性、上染率、 固着率、色牢度，而且对纤维造成损伤，严重影响产品的质量。 5 2 羊绒染色应根据颜色深浅及鲜艳度选择染料，同时根据染料的不同特性应用 于不同的产品颜色，切忌从浅到深采用一种染料。 5 _ 3 不同染料对染色质量的影响因素不同。因此，采用哪种染料染色就要对该种 染料的显著影响因素进行严格控制，同时，必须保证大小样之间、缸与缸之间的 各项条件保持一致。否则，必然会出现大小样色差和缸差。 5 4 羊绒染浅色选用匀染性好，日晒牢度高的m f 弱酸性染料进行染色。染色工 艺为：p h 值：5 0 ，元明粉：5 ( o w f ) ，匀染剂：0 5 ( o w f ) ，浴比：1 ：2 0 ， 工艺：4 0 起染，i c 分升至6 0 c ，保温l o 分，继续升至9 0 ，保温3 0 分， 降温漂洗。其中元明粉是影响匀染质量的显著因素，因此，为了避免色花，必须 严格控制。 5 5 羊绒染中色根据颜色鲜艳度和染色形式选择染料，若绞纱染色且颜色偏暗， 选用匀染性、重现性好的c f 中酸性染料进行染色。染色工艺为：p h 值：4 5 5 0 ， 元明粉：1 0 ( o w f ) ，匀染剂：2 o ( o w f ) ，浴比：1 ：2 0 3 0 ，工艺：4 0 。c 起染， 1 。c 分升至9 0 c ，保温6 0 分。其中p h 值影响染色质量的显著因素，因此，必 须严格控制。 若散纤维染色且颜色鲜艳，选用鲜艳度高，上染色牢度好的蓝纳素活性染料 进行染色。染色工艺为：p h 值：5 0 0 ，硫酸铵：2 ( o w l ) ，匀染荆：l ( o w f ) ， 浴比：l ：2 0 ，工艺：4 0 。c 起染，1 。c 分升至9 0 c ，保温4 0 分。其中浴比是影响 染色质量的显著因素，应该严格控制。 5 6 羊绒染深色选用上染率、固着率高，色牢度好的蓝纳素活性染料进行染色， 同时要加入高效匀染低温渗透剂替代原柬的匀染剂，既降低了染色温度，又提高 t 程硕 论文 了色牢度和可纺性。染色工艺为：p h 值：4 0 ，硫酸铵：4 ( o w f ) ，高效匀染渗 透剂：5 o ( o w f ) ，浴比：1 ：2 0 3 0 ，工艺：4 0 。c 起染，i 分升至7 0 v 保温 l o 分，然后升至9 0 保温9 0 分，降温漂洗两次。 皂洗工艺：按l ：2 0 的浴比进水，用氨水p h 值8 9 ，快速升温至8 0 ，保温 2 0 分钟，放液清洗。 5 7 以上染料的优化工艺与厂家推荐工艺相比更加科学更加合理，更适合天然 羊绒的染色，进一步证明了羊绒与羊毛的差别。 上述优化工艺经大生产实践，使染色中存在的大小样之间色差、缸问色差、 同一色号批差；色花、色泽不匀；色泽发暗，色牢度差的质量问题大大减少，特 别是一直困扰企业的羊绒制品的深色牢度难题得以解决( 合格率由原来地2 6 提高到9 0 ) ，同时，采用低温染色后，纤维损伤降低，手感改善，可纺性和制 成率有所提高。更有意义的是工艺优化有效的避免了大生产中许多主观的、片面 的、习惯的错误操作，杜绝了使用染料及助剂、染色工艺一成不变、大小样工艺 条件不一致、忽视浴比、一味加大染料浓度等问题。使生产工艺更加合理，大大 提高了生产效率和质量稳定性，节约了大量的能源( 包括软水、染料及助剂、电、 蒸汽) ，减少了染色疵