高能物理技术与功能纺织品

1、高能物理技术与功能纺织品,超声波技术的原理与应用,主要内容：,超声波的介绍及空化作用,超声波介绍 1、概念： 超声波(ultrasound)指的是频率高于2104Hz的声波，是高于正常人类听觉范围的弹性机械振动。 其传播时，使弹性介质中的粒子振荡，并通过介质按超声波的传播方向传递能量，这种波可分为纵向波和横向波。在固体内，两者都可以传送，而在气体和液体内，只有纵向波可以传送。由于染整加工大多为湿加工，因此对超声波的纵向波的研究尤其重要。超声波主要具有机械效应(如传声媒质的质点振动位移、速度、加速度、声压等力学量)、热效应(声波在传过程中其部分能量被媒质吸收变成热能)和腔效应。其中空腔效应是声化

2、学的应用理论基础，最为重要。,2、超声波的主要参数 频率：F20KHz（在实际应用中因为效果相似，通常把F15K的声波也称为超 声波）； 功率密度：p=发射功率(W)/发射面积(cm2);通常p0.3w/cm2; 在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗，其原理可用“空化”现象来解释：超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35w/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的压力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污垢撞击下

3、来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。太小的声强无法产生空化效应 3、应用 工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等。 生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等。 诊断学方面的应用：A型、B型、M型、D型、双功及彩超等。 治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等。,空化作用 超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。 空化作用一般包括3个阶段：空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。当盛满液体的容器通入超声波后，由于液体振动而产生数以万计的微小气泡，即空化泡。这些气泡在超声

4、波纵向传播形成的负压区生长，而在正压区迅速闭合，从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸。在气泡被压缩直至崩溃的一瞬间，会产生巨大的瞬时压力，一般可高达几十兆帕至上百兆帕。,由于染整加工大多为湿加工，而超声波在气体和液体内，只有纵向波可以传送。超声波在液体介质中以纵波的方式传播，从而产生交变的压缩相和稀疏相，在声波的压缩相内，分子的平均距离减小，而在稀疏相内，分子的平均距离增大，倘若声波足够强，使液体受到的相应负压力亦足够强，那么分子间的平均距离就会增大到超过极限距离，从而破坏液体结构的完整性，导致出现空穴。在相继而来的声波正压相内，另外一些空穴泡将完全崩溃，进而产生空化效应，即声空化。,空化作用的

5、影响因素：,超声波的作用机理,超声波对整理液的作用（以超声波染色为例）： 超声波在整理液中的作川，以超声波染色为例，通常被认为有3个方面: 分散作用、脱气作用、搅拌作用。超声波的作用，有利于提高染料在染浴中的溶解度，使染浴中单分子分散状态的染料数目增加，有利于提高染料的上染百分率和扩散系数，降低染料的活化能。,超声波对纤维的作用的力学机制 当超声波作用于纤维材料时，必然在材料的原始缺陷处产生应力、应变能的集中。超声波所传递的能量有一部分转化为裂缝扩展新表面所需的能量，引起裂纹的扩展，致使纤维的表面如同被腐蚀一样，大大增加了吸附整理剂(或染料)的纤维比表面积。但纤维微结构的变化也带来了纤维强力等

6、物理机械性能的变化，因此必须把这种损伤控制在所允许的限度内，才能保证超声波染整的进行。,超声波在纺织工业中的应用及前景,在退浆工艺中的应用 在纺织品退浆过程中，应用超声波可加速织物上浆膜的膨化和脱离，从而提高织物的退浆效率。在退浆过程中，超声波空化作用引起的分散作用可以使大分子之间产生分离，促进浆料与纤维的粘着变松，而超声波引起的乳化作用可以使去除的浆料溶解性能提高，使其具有较好的退浆效果，并且超声波的吸热效应可使反应保持在一定的温度，为反应提供能量，从而节省了其它能量。,在煮练工艺中的应用： 超声波在煮练工艺中的作用主要是源于空化作用而引起的弥散作用、乳化作用、洗涤作用以及解聚作用。超声空化

7、作用使粘附在纤维上的污物表面张力降低，在各个表面上和低处起着清洁作用，同时空化作用使污物和油垢得以乳化，协助清除油垢和污物。 在漂白工艺中的应用： 漂白工艺中主要应用的是超声波的空化作用。超声波的空化作用可以使药剂与纤维充分接触，一方面超声波作用于纤维，使纤维内部的比表面积加大，从而增大了纤维吸附化学药剂的比表面积，提高反应速率；另一方面超声波的空化作用可有助于破坏发色体系，从而起到消色的作用。,在染色工艺中的应用 超声染色的温度一般选为45 -65，因为产生空化作用的最佳温度为50，因此超声染色属于低温染色，又由于在染色过程中部分声能转换为热能，因此采用超声染色的染浴无需外加热能。由于它属于

8、低温染色，因此可以改善染色工艺，提高产品质量。 纺织品的染色是一种多相的体系，包括作为固相的织物、作为液相的染液和截留在织物交织点纤维空隙内以及纤维毛细管中的空气和气泡。超声波的空化作用可使气泡离开固相表面而进人流动相，并从该处由于空化作用而立即除去。这不仅有利于染料和纤维间的接触，并提高了纤维表面染料的吸附率，因其提供额外动能给染料分子，克服了排斥力，有利于纤维对染料的吸收。因此，超声染色对提高厚密织物的染色效果更为显著。同时，超声染色的空化作用可以穿透覆盖纤维的隔离层，从而促进染料向纤维内部的扩散。研究表明，超声染色与常规染色相比较，可提高扩散系数达30，染色活化能明显下降，超声波可能增加

9、纤维内无定形区分子链段的活动性，使高分子侧序降低，可使纤维的结晶度下降。,在洗涤工艺中的应用 染整加工中纺织品的耗水量很大，提高水洗效率和节约用水量很有意义。实验表明，将超声波应用于羊毛的洗涤加工中，洗涤时间可以从3h缩短至15一30 min,而洗涤效果相同。洗涤效率主要取决于超声波强度，强度129 W/cm2时达到最大洗涤效率。这是由于声空化作用产生强大冲击波并作用于被洗织物，因而减弱了杂质粒子和织物之间的分子粘附力，外来杂质则被分离并分散于洗涤液中。,在后整理中的应用 在超声波存在下，聚酯织物在不同浓度碱液中处理1060min，结果表明，随碱液浓度的提高和处理时间的延长，织物的手感和防皱性

10、能较佳，但撕破强力有所降低。 将8-18kHz超声波用于脲醛树脂对棉织物的整理工艺的实验表明，整理织物即使经过60次水洗后，其弹性回复角也远高于常规工艺整理后的织物。由于树脂在纤维内部的渗透更深，使纤维超分子结构发生变化，故织物强力损失略有增加。 超声波在纺织品粘合、切割以及纺织品烘燥中也得到了应用。超声波粘合只在实际粘合面上产生热能，因此消除了纤维降解，使获得的产品更加持久耐用。并且超声波粘合不产生污染物质，有利于环境保护，消除了化学工业一大弊病，符合世界卫生组织有关条例。超声波切割适用领域广，从天然纤维、合成纤维到高性能纤维；从机织物、针织物到非织造织物。与冷切割工艺相比，热塑性材料的超声波切割与熔接可同时进行。与热切割工艺相比，超声波切割加工后的布边柔软，切割均匀，无厚度变化，无超厚现象，不产生焊珠。由于材料是从里向外加热，温度也不高，因此切割处颜色不发黄，加工过程对环境无害。加工过程不产生烟雾与臭味，消除了烧伤与烧焦的危险。,应用前景,超声波可用于改善多种纺织品染整加工工艺，例如退浆、煮练、漂白、染色、后整理与洗涤。它在染整加工中的使用具有许多优点，如减少加工时间，降低化学品的消耗和能量损耗，改进产品质量等。但