（纺织工程专业论文）预湿上浆工艺及机理研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 传统经纱上浆是纺织加工过程中成本消耗大、污染严重的工序之一。全世界每 年耗用各种浆料大约9 0 万吨。这些浆料在纱线形成织物以后、印花染色加工之前， 还必须从织物上全部退净。为了上浆和退浆需要耗用各种化学物品和大量能源。同 时，退浆废液中含有一些难以生物降解的物质如聚乙烯醇( p v a ) 、某些表面活性 剂等，这些物质如果不能很好地处理，就会对环境造成严重污染。此外，随着浆纱 机车速的提高，经纱在浆槽中的浸浆时间缩短，这样很难保证浆液对纱线的浸透和 被覆效果的实现，浆纱质量难以提高。为此，浆纱研究工作者对传统上浆方式进行 了改进，通过采用预湿上浆的方式来降低浆料用量，减少成本消耗和环境污染，提 高浆纱质量。 国内对于预湿上浆的研究主要集中在应用实践方面，如在带有预湿槽的新型浆 纱机以及国产g 1 4 2 型浆纱机上进行预湿上浆实践。这些尝试或者因为没有掌握预 湿上浆的特性和使用条件，或者因为没有真正了解预湿上浆的机理而进行简单地模 仿，结果都没有取得理想的上浆效果。目前，关于如何根据不同的产品种类应用预 湿上浆工艺，特别是如何利用现有的双浆槽浆纱机进行预湿上浆等方面的研究，至 今未见过专题报道，而且也没有见过对预湿上浆机理进行深入、系统研究的报道。 鉴于此，本文拟通过对预湿上浆工艺的研究，全面阐述预湿上浆的机理。 本课题利用现有的双浆槽浆纱机，采用预烘的方法，将一只浆槽作为预湿槽， 用另一只浆槽进行上浆。从预湿上浆的特性出发，对影响预湿上浆效果的因素如纱 线出水槽时的压出回潮率、预烘温度、预湿槽水温、压水辊和压浆辊压力等作了进 一步了分析，确定了纯棉、涤棉纱上浆的最佳工艺参数。通过对纯棉、涤棉品种进 行预湿上浆实践，并对其浆纱和织造性能指标进行测试，同时对浆纱成本进行核算， 最后从上浆过程粘附原理的角度，探讨了预湿上浆的作用机理。结果表明：( 1 ) 中 档纯棉或涤棉产品在双浆槽浆纱机上应用预湿上浆工艺，能够取得较为理想的浆纱 和织造效果，并且能节约浆料成本，适于在工厂推广应用：( 2 ) 预湿处理改善了纱 线的表面性质，增加了纱线对浆液的吸附量和吸附速度，为纱线进一步吸浆提供了 条件；( 3 ) 纱线经过预湿处理后，不仅提高了纱线的润湿性能，而且增强了浆液对 纤维的粘附强度。 关键词：预湿上浆，工艺，机理，浆纱质量，浆料成本 a s t u d yo nt h ep r o c e s s i n ga n d m e c h a n i s mo f p r e w e ts i z i n g a b s t r a c t c o n v e n t i o n a lw a r ps i z i n gi so n eo ft h e p r o c e d u r e sw i t hs e v e r ee n v i r o n m e n t p o l l u t i o na n dg r e a ts i z i n gc o s td u r i n gt h et e x t i l ep r o c e s s i n g a c c o r d i n gt os t a t i s t i c s e v e r y y e a ri ti sa b o u t9 0 0 ，0 0 0t o n so fs i z i n ga g e n t st ob ec o n s u m e da l lo v e rt h ew o r l d h o w e v e r , t h e s i z i n ga g e n t sm u s tb e a l lr e m o v e df r o mt h e f a b r i cb e f o r ed y e i n go r p r i n t i n g p r o c e s s i n g i tt a k e sa l lk i n d so fc h e m i c a l sa n dag r e a td e a le n e r g ys o u r c e st os i z ea n d d e s i z e a tt h es a w l et i m e ，d e s i z i n gw a t e ri n c l u d e sp o l y v i n y la l c o h o la n ds o m es u r f a c t a n t s ， w h i c hw i l ls e r i o u s l yp o l l u t et h ee n v i r o n m e n t ，s oi ti sn o ta l l o w e dt ob ed i r e c t l yl e to u ti n m a n yc o u n t r i e s f u r t h e r m o r e ，w i t hm o d e mh i g hs p e e ds i z i n g , t i m et h a tt h ey a r ni sd i p p e d i n t ot h es i z et r o u g hb e c o m e ss h o r t e r i ti sv e r yd i f f i c u l tf o rt h ey a mt oh a v eb e t t e r c o v e r a g ea n dp e n e t r a b i l i t y f o rt h i sr e a s o n ，t h es i z er e s e a r c hs t a f fh a sm a d ei m p r o v e m e n t t oc o n v e n t i o n a ls i z i n gm o d es o a st or e d u c et h ea m o u n to fs i z i n ga g e n t s ，d e c r e a s et h e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n di m p r o v es i z i n ge f f e c to ft h ey a r nb y p r e w e ts i z i n g i no u rc o u n t r y , t h e r eh a v eb e e nm a n ys t u d i e sa b o u tp r e w e ts i z i n g b u tt h e ya r ea l li n a p p l i c a t i o n ，s u c ha sp r a c t i c e si nm o d e ms i z i n gm a c h i n e sw i t hp r e w e tt r o u g ho rg 1 4 2 s i z i n gm a c h i n e i nt h e s ea t t e m p t s ，a st h e yh a v en o tm a s t e r e dt h ec h a r a c t e r i s t i ca n d p r o c e s s i n gc o n d i t i o no fp r e w e ts i z i n go ru n d e r s t o o dt h em e c h a n i s mo fp r e w e ts i z i n g ， t h e yh a v e n tg o t t o ni d e a ls i z i n ge f f e c t s u pt on o wn oo n eh a sr e p o r t e dh o ww es h o u l d a p p l yt h et e c h n o l o g yo fp r e w e ts i z i n ga c c o r d i n gt od i f f e r e n tp r o d u c ta s s o r t m e n t ，a n dh o w w es h o u l dm a k ee x p e r i m e n to np r e w e ts i z i n gb yu t i l i z i n gs i z i n gm a c h i n ew i t ht w o t r o u g h s i nt h em e a n t i m e ，n oo n eh a ss t u d i e ds y s t e m a t a c i a l l yt h em e c h a n i s mo fp r e w e t s i z i n g t h e r e f o r e ，t h i st h e s i ss e t f o r t ho v e ra l lt h em e c h a n i s mo fp r e w e t s i z i n gb y s t u d y i n gt h ep r o c e s s i n go fp r e w e ts i z i n g t h i st h e s i sm a d ee x p e r i m e n t a t i o ni nap r e d r y i n gw a yb ym a k i n gu s eo fs i z n g m a c h i n ew i t ht w ot r o t i g a s ，a n do n et r o u l g hi sf o rp r e w e ta n da n o t h e ro n ei sf o rs i z e a m o n gm a n yf a c t o r sa f f e c t i n gt h es i z i n ge f f e c to fp r e w e t t i n g ，t h eb e s tm a n u f a c t u r i n g p a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e dt h r o u g ha n a l y s et e m p e r a t u r eo fp r e d r y i n g ，p r e w e t t i n g p r e s s u r e ，t e m p e r a t u r eo fp r e w e t t i n gw a t e rp 0 0 1 p r e w e t t i n gt r i a lw a sm a d eb yt h eb e s t p r o c e s s i n gp l a n ，t h ep r o p e r t i e so fs i z e dy a r na n dw e a v i n gw e r et e s t e d ，a n ds i z i n ga g e n t c o s t sw e r ec a l c u l a t e d 1a s t ，t h em e c h a n i s mo fp r e w e ts i z i n gw a sd i s c u s s e df r o mt h e t h e o r yo fa d h e r ei nt h ec o u r s eo fs i z i n g t h er e s u l ti st h ef o l l o w i n g ： 1 c o t t o no rp o l y e s t e ra n dc o t t o np r o d u c tc a ng e tb e t t e rs i z i n ge f f e c to ns i z i n g m a c h i n gw i t ht w ot r o u g h sb ya p p l y i n gt h et e c h n i c so fp e r w e t t i n g ，a n ds a v es i z i n ga g e n t c o s t s s oi ti sw o r t ht r y i n g ： 2 p r e w e t t i n gm a yi m p r o v es u p e r f i c i a lp r o p e r t i e so fy a m ，a n di n c r e a s ea d s o r p t i v e c a p a c i t ya n ds p e e dy a r nt os i z el i q u i d i nt h em e a n t i m e ，i tp r o v i d e sab e t t e rc o n d i t i o nf o r y a m t oa d s o r bs i z el i q u i d ： 3 a f t e rt h ey a r np r e w e t t e d ，i t sw e t t i n gp r o p e r t yi si m p r o v e da n ds i z ea d h e s i o n s t r e n g t hi sa l s oi n t e n s i f l e d b e nd e p i n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yw u h a i l i a n g ( p r o f e s s 0 0 k e y w o r d ：p r e w e ts i z i n g , p r o c e s s i n g , m e c h a n i s m ，s i z i n ge f f e c t ，s i z i n gc o s t 1 绪论 1 绪论 在纺织加工过程中，首先是将纤维纺制成纱线，然后再将纱线织成织物。在织 物的形成过程中，由于织机的开口、投梭和打纬等五大机构的作用，使得经纱在织 机上不仅要受到停经片、钢筘和综丝等机件的反复拉伸、曲折、摩擦及冲击等作用， 而且在相邻两根经纱之间也会产生剧烈的摩擦。未经上浆处理的单纱表面毛羽多， 纤维之间抱合力差，在织造过程中强烈的外力作用下，容易相互缠绕，造成经纱起 毛、起球甚至断头，另外毛羽过多，还会影响织物的外观质量。因此，除了很少一 部分粗支股线、强捻丝以及一些变形丝外，其它形式的经纱在织造之前都必须经过 上浆。 经纱通过上浆，一方面由于浆液在纱线表面能够形成保护性的浆膜，使突出在 纱条外表的毛羽伏贴在纱身上，赋予纱线光滑的表面和更高的耐磨性；另一方面因 为浆液能够渗透到纱线内部，增强了纤维之间的抱合力，并尽可能地保持经纱原有 的弹性，赋予纱线更高的强伸度，从而综合地提高了纱线的可织性，使经纱在织造 过程中能够承受织机上强烈的机械作用，不起毛起球，并且断头少，保证织机有一 定的织造效率，保证织物满足一定的质量要求。从这个意义上来讲，经纱上浆是 纺织加工过程中一个非常重要的环节，因此，历来为国内外纺织界所重视。 1 1 经纱上浆的发展概况 经纱上浆具有悠久的历史，早在唐代( 公元6 0 0 9 0 0 年) 就开始采用上浆的 方式使经纱满足织造要求。古代手工浆纱是将经纱展成片状，然后用刷子或筘抹上 浆糊，晾干后绕成织轴。1 8 世纪末，随着动力织机的出现，浆纱已由机器完成，并 与织布分开而形成独立的工序0 3 。 1 1 1 浆料及其发展0 1 2 0 世纪2 0 年代，糊精开始用作机械上浆的浆料。到了4 0 年代，国内外已广泛 采用淀粉作为棉纱上浆的浆料，这些淀粉主要包括各种天然淀粉( 如玉米、小麦等) 及其简单衍生物( 如氧化淀粉、酸化淀粉等) ；长丝上浆主要以各种动物胶( 如骨 胶、明胶、鱼胶等) 为主。2 0 世纪5 0 年代以后，随着各种新型织机的发展和化学 纤维的相继问世，经过改性处理的天然高聚物浆料( 如变性淀粉、纤维素衍生物等) 以及合成浆料( 如聚乙烯醇、聚丙烯酸等) 又陆续诞生。在2 0 世纪6 0 年代初，我 1 绪论 国遭到了自然灾害，为减少工业用粮，开始探索使用甲壳素、羧甲基纤维素、褐藻 酸钠及其它代用浆料。到了2 0 世纪7 0 年代后期，为了满足涤棉混纺织物高档产品 的需要，开始使用丙烯酸类聚合物作为合成纤维纱线的主要浆料( 如酰胺浆料、甲 酯浆料等) 。随后又出现了众多的丙烯酸类浆料和以丙烯酸类为主体的共聚浆料。 从2 0 世纪8 0 年代开始，上浆工作者又着手开发各类变性淀粉浆料( 如氧化淀粉、 酸解淀粉、醚化淀粉和酯化淀粉等) 的研究。在9 0 年代初，又研制开发出具有国 际先进水平的接枝淀粉用于经纱上浆。 当前，在纺织经纱上浆领域，国内外已逐渐形成了变性淀粉、聚乙烯醇和丙烯 酸类三大浆料。 1 1 2 上浆方式及其发展“、“8 1 随着浆料的发展，与其密切相关的上浆方式和上浆工艺的研究也同样经历了较 长的发展历史。 a 传统上浆方式的种类传统的上浆方式主要包括轴经式上浆、整浆联合式上 浆、筒子单纱上浆和绞纱上浆。 ( 1 ) 轴经式上浆是将几个经轴并合在一起进入浆槽进行上浆，经过烘干后绕 成织轴。主要适用于短纤纱、有捻长丝以及织物经纱密度低的大批量白坯织物的经 纱上浆。 ( 2 ) 整浆联合式上浆就是在整经的同时进行上浆、烘干，然后再把几只或十 几只上过浆的经轴在并轴机上荠成织轴。由于这种方式将两道工序并为一道，因而 操作、管理方便，主要适于长丝纱上浆。 ( 3 ) 分条整浆联合式上浆是在分条整经的同时对带状的纱片进行上浆、烘干 后卷绕在整经滚筒上，然后倒成织轴。这种方式缩短了工序，使生产更加合理化， 适于色织物、毛单纱织物的上浆。 ( 4 ) 筒子单纱上浆的方法，种是采用筒子染色法，将筒子直接放在盛有浆 液的密闭容器内循环流通而使浆液渗透到筒子内部进行上浆。这种方法仅限于浆粗 支纱，如毛巾织物圈经的上浆。另一种方法就是在将染色后的筒子纱倒筒重新卷绕 为筒子的同时，进行单纱上浆。筒子单纱上浆主要适合于色织物上浆。 ( 5 ) 绞纱上浆方式是将绞纱套在绞纱棒上，通过浆槽时进行上浆，随后经过 烘干。该方式适于色织物的小批量生产。 b 新型上浆方式的发展除了传统的上浆方式外，曾经有过对溶剂上浆、热熔 上浆、泡沫上浆、高压上浆等的研究，近几年又出现了预湿上浆、冷上浆、拖拉式 上浆、液态c o , 上浆等。 2 1 绪论 ( 1 ) 溶剂上浆是2 0 世纪7 0 年代研究开发的，其原理是利用一些比热较低的 有机溶剂替代调制浆料用的水进行上浆。因为有机溶剂的比热较低，烘干浆纱时耗 用较少的热量，并且有机溶剂的使用有利于提高浆纱机的速度。但由于溶剂回收率 和回收设备的投资过大，并且对提高经纱上浆的实际效果不明显，再加上对环境保 护有不利的影响，因此，这种上浆方式最终未能正式用于生产。 ( 2 ) 热熔上浆是与溶剂上浆同一时期出现的，它是选用热熔性的高分子材料 作为浆料，以干粉状态的浆料喷涂于经纱上，再通过一高温加热区使浆料熔融而粘 着在经纱上。后来因为没有研究出可用于生产实际的热熔性浆料，这种上浆方式以 后再末见过报道。 ( 3 ) 泡沫上浆研究开发于2 0 世纪8 0 年代，它的原理是在浓度较大的浆液中 通入c 0 2 气体，以增大浆液的表面积，改善经纱的吸浆条件。但由于在原理上不够 成熟，设备上也难以实现这种上浆方式的要求，因此，很快就趋于沉寂。 ( 4 ) 高压上浆出现于2 0 世纪7 0 年代，其原理是利用高压轧力，对湿态经纱 进行机械脱水，从而大大减少了因蒸发水分所需的热能消耗，并且显著地提高了浆 纱的上浆性能。高压上浆方式已为纺织厂广泛接受。 ( 5 ) 预湿上浆的原理是利用高温热水对纱线的洗涤，去除了纤维中含有的蜡 质、采胶质和脂肪物质，提高了纱线的润湿性，从而增强了浆料对纤维的粘附力， 提高浆纱质量。这种上浆方式最突出的特点是节约浆料近1 3 。 ( 6 ) 冷上浆是在分条整经机的经轴与滚筒之间装一套类似“上蜡”的简单装 置，浆料放在槽中，经纱在回转的浸浆辊上拖过，完成吸浆。所用的浆料是具有较 强粘附力的低熔点的高分子材料。显然，这种上浆方式能节约大量的设备投资，降 低能量的消耗，有利于保护环境。主要适合于色织和毛纺织行业。 ( 7 ) 拖拉式上浆主要是依靠经纱压向拖浆辊表面进行吸浆。因此，经纱与拖 浆辊的接触角、接触压力、经纱与拖浆辊的速度和接触时间、浆液粘度等都是关键 因素，同时要求浆液有较高的浓度。显然，吸浆量不会很大，上浆温度也较低( 4 5 ) 。该上浆方式适于那些不能承受过大的张力和伸长的纱线，如毛纱、粘胶纱。 ( 8 ) 液态c o ：上浆起始于2 0 世纪9 0 年代，它是一种以c m 为溶剂的无水上浆， 由于c 0 ：具有很高的蒸发气压，因而仅需要很少的能量即可去除；同时其化学活性 差、不燃，是可利用的仅次于水的第二廉价溶剂：此外，液态c 0 。和浆料几乎可以 完全回用，大大减少了废物的产生，因此很具有发展前景，目前正处于探索阶段。 上述这些上浆方式的研究，不仅对于提高上浆效果，而且对于降低浆料消耗、 节约浆纱成本、减少环境污染等方面都有一定的作用。 3 1 绪论 1 2 传统上浆方式存在的问题”“” 传统的上浆方式是经纱从经轴上退绕下来以后直接进入浆纱机的上浆装置，经 过浸没辊，一部分浆液附着于纱线表面，再经过一对轧压辊的挤压，另一部分浆液 渗透到纱线内部。由于进入浆槽前的纱线，其表面粗糙，含有蜡质、果胶质或油脂 等杂质，并且其表面张力较小；而浆液是多种高聚物的混合液，具有一定的粘度和 较高的表面张力，因此，浆液很难润湿纱线。要想使浆液和纱线之间达到润湿平衡， 需要一定的时间。然而，经纱在浆槽中的浸浆时间很短( 不足1 5 s ) ，如此短的浸浆 时间使得浆液和纱线之间来不及达到润湿平衡就被轧压辊挤出大部分浆液，这样， 纱线的表面和内部纤维之间必然存在没有润湿的地方，其界面上是空气。正是由于 这些空气的存在，使纱线的表面和内部纤维不能直接和浆液接触，因此，传统上浆 方式的浆液和纤维之间的粘附性能不够理想。图卜1 、卜2 为传统上浆方式的浆纱 横截面和表面形态的扫描电镜图。 图卜1 传统浆纱横截面的扫描电镜图图卜2 传统浆纱表面形态的扫描电镜图 从图1 - 1 可以看出，纱线表面层的被覆大多发生在纤维表面上，相互之间很少 有连在一起的；浆液在纱线内部的渗透深度是有限的，一般发生在表层1 3 根纤 维之间；渗透到纱线内部的浆液存在于纤维与纤维之间的空隙处，并且空隙内的浆 液没有完全充满该空间，烘干后留有空隙。从图1 - 2 浆纱表面形态图中则可以观察 到，浆纱表面浆膜很不完整，浆纱表层纤维基本上都呈分离状态单独上浆，并没有 一层完整的浆膜把经纱包覆起来。以上两图表明：一方面因为浆液不能把纱线内部 的纤维较好地粘结在一起，浆纱的强力难以增强：另一方面因为浆液不能在纱线表 面形成完整的浆膜，浆纱毛羽的伏贴效果不好，耐磨性能难以提高。 4 1 绪论 1 3 预湿上浆简介 预湿上浆是在传统浆纱机的经轴架和浆槽之间增加一个预湿槽，经纱先通过预 湿槽中的高温热水浸渍和轧压，使热水充分浸透经纱，确保经纱上的蜡质、果胶质 和脂肪物质被去除，保证经纱进入浆槽浸浆时有良好的润湿性和吸浆条件。 1 3 1 发展历史“”“1 早在4 0 多年前，国外就开始进行了预湿上浆的研究，但由于当时许多专家对 此的看法不尽相同，因而，这方面的研究工作取得的进展不大。直到1 9 9 2 年，国 外才开始出现了用于长丝上浆机的预湿上浆装置，到了1 9 9 5 年德国d e k e n d o r f 研 究所j t r a n t e r 对短纤纱进行了预湿上浆试验，据称与传统上浆相比，浆纱性能显 著提高，织造时经纱断头大幅度降低，上浆率明显下降，1 9 9 7 年该成果己在本宁格 公司b e n s i z e t e c 浆纱机上应用，并推向市场。在1 9 9 9 年巴黎国际纺机展览会上， 德国的卡尔迈耶( k a r l m e y e r ) 、祖克( s u c k e r ) 、米勒( m u l l e r ) 、美国 的西点( w e s tp o i n t ) 等公司分别展出了类似的机型，此时，大家才逐渐认识到 了预湿上浆在浆纱工程中的重要性和优越性。 1 3 2 形式及特点“ 从上浆装置的形式分，预湿上浆有独立式双浸双压预湿槽以及联合式预湿浆槽 两种形式。 a 独立式双浸双压预湿槽如图1 - 3 所示，这种形式的预湿槽分为两个独立的 图卜3 独立式预湿槽 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 再进入浆槽进行上浆。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，以便纱线在第 二浸渍区内有充足的时间吸收水份。在第 二道高温洗涤作用后，由压力高达1 0 0 千 牛的轧压辊充分挤出所含水份。 独立式双浸双压预湿槽到浆槽的距离要短，否则会因为湿纱过度冷却而产生上 浆问题。这种形式主要用于流程较长的工艺中，粗支纱以这种形式上浆效果较好。 由于占地面积较大，这种形式最好与单浆槽浆纱机联用。 b 联合式预湿浆槽该预湿浆槽是由喂入区、预湿区和上浆区三部分构成( 如 1 绪论 图卜4 联合式预湿浆槽 至液面恒定、温度一定的预湿槽中， 图1 - 4 ) 。喂入区与传统上浆工艺一样， 后经轴架到浸湿区的张力必须较低，以 使纱线容易吸水，伸长降低。拖引辊积 极传动，可单独调节经纱张力，以满足 不同情况需求。经纱在引纱辊作用下浸 入预湿区的水中，先由底部的挤压辊挤 出纱线中的空气，同时也洗去脏物，离 开挤压点后，经纱再吸入热水，进行第 二次浸湿和挤压，再经过1 0 0 千牛挤压 辊的挤压。预湿槽有溢流装置，脏物流 热水和蒸汽系统循环由泵和阀门控制。经纱从 预湿区运行到上浆区由摇臂加压罗拉传送，这样保证经纱张紧，不会纠缠。上浆区 和传统上浆法一样，有单浸单压和双浸双压两种形式，挤压辊弹性要适当，能对整 幅经纱进行横向均匀的有效挤压，挤压辊表面要有特殊结构，使浆料分布均匀，不 粘连。 1 3 3 应用“”4 预湿上浆作为一种理想的上浆方法，不仅提高了浆纱质量，而且减少了浆料用 量，降低了上浆成本，同时也减少了环境污染，因此，具有广泛的应用前景。国外 已有一些新型浆纱机如德国的祖克( s u c k e rm u l l e r ) 、本宁格( b e n n i n g e r ) 和美国的 西点( w e s tp o i n t ) 等应用预湿上浆技术，有许多浆纱厂都采用预湿上浆工艺，并取 得了理想的效果。我国对预湿上浆技术的应用还处在初期阶段，有个别纺织厂从国 外购买了带有预湿上浆装置的新型浆纱机，如德国的卡尔迈耶( k a r l m e y e r ) 、 日本津田驹公司的h s 3 0 型浆纱机，并且在实际应用中取得了一定的效果；另有个 别纺织厂模仿国外的预湿上浆装置，在国产6 1 4 2 型浆纱机上安装一水槽用来代替 预湿上浆浆纱机上的预湿槽，然后进行上浆。这些上浆方式的应用，为预湿上浆技 术在我国的推广起到了一定的促进作用。目前，我国几家专业生产浆纱机的纺织机 械厂如郑州纺织机械厂、盐城纺织机械厂等已开始计划生产带预湿槽的新型浆纱 机，以满足国内市场的需要。 预湿上浆工艺在不同原料的产品上也得到广泛的应用，并取得了显著的效果。 如粘胶长丝纱应用预湿上浆可以提高浆纱质量，减少上浆率2 0 ，使织物无染色条 影：涤棉( t 4 5 c 5 5 ) 混纺纱织物应用预湿上浆在上浆率降低1 3 的前提下，提高浆后 经纱性能、织机效率以及产品质量；纯棉粗支纱品种进行预湿上浆，其上浆率在5 1 绪论 1 1 ，可节约浆料3 0 5 0 。 1 4 本课题研究的意义及内容2 “2 “ 传统经纱上浆是纺织生产过程中成本消耗较大的工序之一。全世界每年耗用各 种浆料大约9 0 万吨，其中我国每年消耗浆料3 0 万吨左右。这些浆料在纱线形成织 物以后、印花染色加工之前，还必须从织物上全部退净。因此，为了上浆和退浆需 要耗用各种化学物品和大量能源。同时，经纱上浆也是纺织加工过程中污染严重的 工序之一，因为退浆废水中含有一些难以生物降解的物质如聚乙烯醇( p v a ) 、某 些表面活性剂等，这些物质如果不能被很好地处理，就会对环境造成严重污染。据 报道，每年纺织行业废水排放量为7 2 亿吨，其中退浆废水量约占5 0 7 0 。此外， 随着浆纱机车速的提高，经纱在浆槽中的浸浆时间缩短，这样很难保证浆液对纱线 的浸透和被覆效果的实现，浆纱质量难以提高。 多年来，国内外许多浆纱研究工作者对如何进一步降低浆料用量，减少环境污 染，提高浆纱质量做过许多研究，尤其是上浆方式和工艺的研究取得了重大的成果， 如溶剂上浆、热熔上浆、泡沫上浆、高压上浆等，由于经济、技术和环境等方面的 原因，溶剂上浆和泡沫上浆未能实现，高压上浆已在生产中得到了广泛的应用。这 些上浆方式在提高浆纱质量，减少浆料用量，节约能源消耗等方面起到了一定的作 用，但浆纱质量并不完美，经纱的上浆率也没有得到明显的降低。然而，通过对上 浆经纱进行预湿处理，改善纱线的润湿性能，不仅可以显著地提高浆纱质量如减少 经纱毛羽，提高强力，增强耐磨性能等，而且也明显地减少了浆料用量近1 3 ，因 此，无论从降低浆料用量，减少环境污染，还是从提高浆纱质量方面，预湿上浆的 研究都具有十分重要的意义。 国外对于预湿上浆的研究起步较早，目前已开发出带预湿上浆装置的成熟设 备，但是价格十分昂贵。国内对于预湿上浆的研究尚处于初级阶段，目前主要集中 在应用实践方面，如在带有预湿槽的新型浆纱机以及国产6 1 4 2 型浆纱机上进行预 湿上浆实践。这些尝试或者因为没有掌握预湿上浆的特性和使用条件，或者因为没 有真正了解预湿上浆的机理而进行简单地模仿，结果都没有取得理想的上浆效果， 因此，阻碍了预湿上浆技术在我国的发展和应用。目前，关于如何根据不同的原料、 品种应用预湿上浆工艺，特别是如何利用现有的双浆槽浆纱机进行预湿上浆等方面 的研究，至今未见过专题报道，而且也没有见过对预湿上浆机理进行深入、系统研 究的报道。鉴于此，陕西省科技厅极为关注这一新型技术，本课题就是陕西省科技 7 1 绪论 厅委托的国际合作项目“预湿上浆机理与工艺研究( 项目号：2 0 0 2 k w - 2 6 ) ”。课 题拟通过对预湿上浆工艺的研究，全面阐述预湿上浆的机理。一方面有助于纺织企 业了解并掌握预湿上浆新技术，更好地提高浆纱质量和织造效率；另一方面也为纺 织机械生产厂家研制开发带预湿装置的新设备以及对原来老式浆纱机进行改造提 供理论基础和技术依据。 本课题利用现有的双浆槽浆纱机，采用预烘的方法，将一只浆槽作为预湿槽， 用另一只浆槽进行上浆。从预湿上浆的特性出发，对影响预湿上浆效果的因素如纱 线出水槽时的压出回潮率、预烘温度、预湿槽水温、压水辊和压浆辊压力等作了进 一步了分析，确定了纯棉、涤棉纱上浆的最佳工艺参数。通过对纯棉、涤棉品种的 预湿上浆实践，并对其浆纱和织造性能指标进行测试，同时对浆纱成本进行核算， 最后从上浆过程粘附原理的角度，探讨了预湿上浆的作用机理。 8 2 实验方法与实验 2 实验方法与实验 2 1 设备、仪器及原料 2 1 1 设备、仪器( 见表2 1 ) 表2 - i 实验设备、仪器 序号名称型号生产厂家 1 祖克浆纱机 $ 4 3 2 德国祖克公司 2 津田驹喷气织机 z a 2 0 5 卜1 9 0 日本津田驹公司 3 电子单纱强力仪 m ) 0 2 i c - 1 2南通宏达实验仪器厂 4 电子织物强力仪 h d 0 2 6 n 一5 0 0 南通宏达实验仪器厂 5 纱线毛羽测试仪 1 崛1 7 l 太仓纺织仪器厂 6 抱合力仪 y 7 3 i 常州纺织仪器厂 7 哈氏切片器 y 1 7 2 常州纺织仪器厂 8 数码显微镜 d 鹏5 麦克奥迪实业公司 9 量糖计 w y t泉州光学仪器厂 1 0 可调漏斗式粘度计 y t 8 2 1无锡东纺织仪器配件厂 1 1 电热恒温水浴锅 h h - 4 常州国华电器有限公司 1 2 可调式电炉 m b l 北京科伟永鑫实验仪器厂 1 3 恒温恒湿箱 l 船- 2 5 0 上海精宏实验设备有限公司 1 4 电子天平 m p 2 0 0 b上海精密科学仪器厂 1 5 电热恒温鼓风干燥箱 d h g 一9 1 4 6 a上海精宏实验设备有限公司 1 6电动搅拌器 j l i 常州国华电器有限公司 1 7 接触角测定仪j 1 一8 2 型河北省承德市试验机厂 1 8 干燥器 9 2 实验方法与实验 2 1 2 原料( 见表2 - 2 ) 表2 - 2 实验原料 序号名称型号生产厂家 l 精梳毛条西北国棉一厂 2 纯棉末道粗纱 1 4 7 号西北国棉一厂 3 涤棉( 6 5 3 5 ) 末道粗纱 1 3 号 西北国棉一厂 4 传统精梳纯棉浆纱 1 4 7 号西北国棉厂 5 精梳纯棉纱 1 4 7 号西北国棉厂 6传统涤棉( 6 5 3 5 ) 浆纱1 3 号西北国棉一厂 7 涤棉( 6 5 3 5 ) 混纺纱1 3 号西北国棉一厂 8 聚乙烯醇 1 7 9 9 兰州维尼龙厂 9 聚乙烯醇 2 0 5 肥 日本可乐丽公司 l o 磷酸酯变性淀粉 f z 一2 咸阳嘉恒纺织材料有限公司 1 1 复合变性淀粉 t s b 一1 江西顺吕隆实业有限公司 1 2 磷酸酯淀粉强j山西晋利实业集团有限公司 1 3 丙烯酸类浆料 p - t 美国s e y d e l 公司 1 4 丙烯酸类浆料 x z w 一1 咸阳嘉恒纺织材料有限公司 1 5 蜡质润滑剂s - 5 2 d美国s e y i ) e l 公司 1 6 浆纱油剂 s l m o 一9 6 上海立明助剂有限公司 1 7 丙三醇( 甘油)分析纯西安化学试剂厂 1 8 稀硫酸 化学纯 西安化学试剂厂 1 9 火棉胶 化学纯 西安化学试剂厂 2 0 稀碘液 自制 1 0 2 实验方法与实验 2 2 实验方法 2 2 1 接触角的测定“” 采用液滴法测试纱线与润湿液之间的接触角。 用胶带纸将待测纱线平行且紧密排列在尺寸为3 0 5 0 xl o o m m 的板材上，用刀 片将多余的纱线割掉；将准备好的试样置于工作台上，用弹簧板压紧，并把装有需 测液体的液滴调整器装在主机上，用螺钉固定。旋转测微头，调整液滴的量使其在 针头形成液滴，向上移动工作台，使试样表面与液滴接触，再向下移动工作台。在 试样上留下液滴后，水平移动工作台，使液滴在显微镜目镜中心。 接触角的读取如下：先转动目镜刻线的两条十字线与液滴两侧相切；将工作台 上移，使目镜中的圆心与液滴的顶点重合：转动目镜的十字线，使它通过液滴的顶 点，圆弧和平面的交点，两个点这时在目镜中读取的角度的两倍即为接触角。 分别测试经过预湿处理和未经预湿处理的棉纱、羊毛纱及涤纶纱与浓度为1 0 的p v a 、丙烯酸酯浆液之间的接触角。 2 2 2 浆料对纤维粘附力测试1 用粗纱法测试浆料与纤维之间的粘附力。 将试验用的浆料配制成1 浓度的浆液2 0 0 0 毫升，升温至9 5 ，然后把试样 ( 纯棉4 0 支末道粗纱或涤6 5 棉3 5 混纺4 5 支末道粗纱) 绕在长约2 0 厘米，宽约 1 5 厘米的框架上，并一同浸泡在浆液中( 纯棉粗纱按表3 1 配方中各组分重量百分 比调制，涤棉粗纱按表3 - 3 配方中各组分重量百分比调制) ，5 分钟后取出并自然晾 干。浆过的粗纱放在恒温恒湿箱内2 4 小时后，在h d 0 2 6 n 一5 0 0 型织物强力仪上测试 其强力。 为了了解预湿处理前后，浆料对纤维粘附力的影响，分别对未经预湿处理的纯 棉、涤棉粗纱和经过预湿处理的纯棉、涤棉粗纱试样进行粘附力测试，每个试样均 测定3 0 次，取算术平均值作为最终粘附力值。 下夹头预加张力为1 0 0 厘牛，拉伸速度为2 0 0 毫米分钟，试样长度为1 0 0 毫 米。 2 2 3 压出回潮率的测定。6 1 采用烘干法测纱线出预湿槽时的压出回潮率。 在浆纱机经轴架后方放置一定数量的筒子纱，把这些纱头拧在一起并搭接在经 轴退绕的纱片下面，开慢车时将样纱引出预湿槽，并把样纱的头端系在绕纱筐上， 正常开车约4 5 分钟后，剪断经轴架后方的筒子纱，直至将其全部绕完，快速取 2 实验方法与实验 下纱筐上的样纱，放入预先称过重量的密封采样筒内。称取采样筒连同样纱的重量， 然后放入1 0 5 11 0 c 烘箱内，烘干至恒重，移入干燥器内冷却2 0 分钟，称其干重。 压出回潮率按下式计算 - 半x 1 0 0 1 ) 式中： 样纱出预湿槽时压出回潮率，； 形预湿纱湿重，克； 职预湿纱干重，克。 2 2 4 上浆率( 即退浆率) 的测定 用退浆法测定经纱的上浆率( 即退浆率) 。 取全幅长度约1 0 厘米左右的浆纱扎成束，放入1 0 5 1 1 0 c 烘箱中烘至恒重， 接着放入干燥器中冷却至室温，称其干重。然后用稀硫酸进行退浆。 在1 0 0 0 毫升的烧杯中放水7 0 0 毫升，加入1 4 毫升稀硫酸( 2 1 9 b e ) ，混合 煮沸，然后放入样纱煮沸3 0 分钟，取出后用热水清洗。在样纱上滴凡滴稀碘液， 如果样纱不呈蓝色，则表明退浆已完全；如果样纱仍有蓝色，则表明退浆还不完全， 应该放在水中继续煮，直到样纱对碘液不呈现蓝色为止。将洗净的样纱放入1 0 5 1 1 0 ( 2 烘箱内，烘至恒重移入干燥器内冷却2 0 分钟，取出称其重量。 取一段全幅长度约为l o 厘米的原纱，按上述方法进行退浆，然后按下式计算 毛羽损失率。 口生量1 0 0( 2 2 ) 。 b 式中：口浆纱毛羽损失率，； 口原纱试样煮洗前干重，克； 且原纱试样煮洗后干重，克。 上浆率按下式计算 s 率删 。， 1 一声 式中：s 上浆率，； 1 2 2 实验方法与实验 浆纱试样退浆前干重，克； 形浆纱试样退浆后干重，克； 口絮纱毛羽损失率，。 2 2 5 含固量的测定 浆液含固量通常有烘干法和用手持式量糖计两种方法测定，本实验两种方法均 采用。 a 烘干法用吊桶在供应桶吊取一定量( 约4 0 0 毫升) 浆液立即倒入瓶内，冷 却至4 0 5 0 。c 左右，在蒸发皿中迅速称取2 5 克浆液，先置于沸水浴中蒸出大部分 水分，然后在1 0 5 11 0 。c 的烘箱内烘干至恒重，放入干燥器内冷却至室温称重。按 下式计算出浆液含固量 c 。! ! 二! ! 1 0 0( 2 4 ) a w 式中：c 浆液含固量，； 4 蒸发皿和浆液质量，克； 曰蒸发皿和浆液干燥质重，克。 w - - 蒸发皿干燥质量，克。 b 量糖计测定法掀开棱镜盖板，用玻璃棒将少量浆液涂在棱镜面上，合上盖 板，使浆液遍布于镜面，将仪器的进光窗对向明亮处，调节目镜，使视野内明暗分 界线清晰可见。明暗分界线指示的读数即为浆液含固量近似值。平行测定三次，取 其平均值，即为浆液的含固量。 2 2 6 粘度的测定 采用y t 8 2 1 型可调漏斗式浆液粘度计测试浆液的粘度。 把粘度计浸入被测浆液中，使浆液超过桶体2 3 厘米，迅速轻轻地将粘度计 提出液面约1 0 厘米，同时按动秒表( 两个动作要同步) ，待全部浆液丛桶内流出为 止，按停秒表读数，即为浆液自粘度计中流完的时间( 秒) ，平行测定三次计算其 平均值，即为浆液的粘度。 注：试验中采用3 孑l 测试 2 2 7 耐磨性能的测定 在耐磨性测试中，纱线在一定张力下拉紧，并以一定的角度曲折，测试时磨片 往复运动，使纱线经受摩擦，并逐渐起毛至断裂。这个过程持续时间的长短与浆纱 的抱合力、浆液的渗透程度、粘附力及动态拉伸频率有关，反映了纱线耐磨性的优 1 3 2 实验方法与实验 劣。由于各组试验的工艺条件不同，所以采用浆纱增磨率( 即浆纱磨至断裂时的次 数比原纱所增加的磨断次数对原纱磨断次数之比的百分数) 来表示浆纱的耐磨性。 浆纱增磨率按下式计算 m 竺! 二竺x 1 0 0( 一z - t ) ) _ 一x l u u l 朋。 式中：m 浆纱增磨率，； m ：3 0 根浆纱平均磨断次数，次； m 。3 0 根原纱平均磨断次数，次。 原纱和浆纱每个试样随机取样3 0 根，在y 7 3 1 型抱合力仪上进行测试，然后计 算其平均值，即为纱线的耐磨次数。测试条件为：室温下，纱线静态张力为2 0 0 厘 牛，磨片空载往复速率为1 4 3 次分钟，磨片自压为2 4 0 克。 2 2 8 毛羽的测定。“ 采用y g l 7 1 型毛羽仪测试纱线毛羽指数。 试验表明，纱线单边毛羽与纱体周围的毛羽呈一定的比例。纱线毛羽是利用光 电转换原理，自动测试纱线表面单边指定长度的毛羽根数，并可以从投影屏上观察 纱线毛羽的外观形态。测试标准为1 米长纱线内单侧长度超过3 毫米的毛羽，因为 长度小于3 毫米的毛羽对相邻的经纱不会造成太多的纠缠，也不容易被刮拉出纱体 之外。由于各组试样的上浆方式不同，因此用浆纱毛羽降低率( 即浆纱毛羽指数比 原纱所增加的毛羽指数对原纱毛羽指数之比的百分数) 来表示浆纱毛羽的伏贴情 况。 浆纱毛羽降低率按以下公式计算 f 。型q 二些1 0 0( 2 6 ) o 式中：，浆纱毛羽降低率，； 。原纱毛羽指数平均值： ，浆纱毛羽指数平均值。 原纱和浆纱每个试样随机测试3 0 次，计算其平均值，即为纱线的毛羽指数平 均值。测试速度为6 0 转分钟。 2 2 9 强伸性能的测定 1 4 2 实验方法与实验 经纱上浆后断裂强度、断裂伸长的变化，主要是由于浆液浸透于纱线内部，使 纤维之间粘合，阻止纤维受拉伸时的相对滑移，但上浆后纱线原有的弹性和伸长就 会受到一定的影响，因此，通过测试原纱、浆纱强伸性能的变化情况，了解浆纱物 理性能的变化，作为提高浆纱质量的依据。衡量浆纱强伸性能的指标有增强率和减 伸率，上浆后单根浆纱断裂强度比原纱所增加的强度对原纱断裂强度之比的百分率 称为浆纱的增强率，而上浆后纱线断裂伸长率的降低值对原纱