不锈钢纤维与棉混纺纱染色工艺的探究

1、不锈钢纤维与棉混纺纱染色工艺的探究摘要 本文探讨了一种以不锈钢纤维、棉为原料的混纺纱的染色工艺技术。不锈钢纤维是生产防静电、防电磁辐射纺织品织物的理想纱线，采用棉与不锈钢纤维混纺生产的纱线是一种具有较多良好性能的纱线。由于不锈钢纤维不能上色，所以本文特别探讨了不锈钢纤维与棉混纺纱的染色工艺，实验表明影响混纺纱染色的因素有温度、浴比、中性电解质、固色剂等，不同的条件影响也是不同的。关键词：不锈钢纤维 ； 棉纤维 ； 混纺纱 ； 染色工艺1前言 不锈钢纤维具有细微化、柔软化和良好的挠性，并且有较好的机械性能、导电性能、耐腐蚀、耐热性好。而棉纤维素的聚合度越高，分子量越大，棉纤维的物理机械性能也就越

2、好，但是天然棉纤维素的分子量和聚合度并不是每一个分子都是一样的，所以不锈钢纤维与棉混纺后可以改变天然棉纤维机械性能不均匀，提高其耐腐蚀性、挠性和抱合性。所以根据功能需要，选用不同规格的不锈钢纤维，调整经向、纬向的加入量，经、纬向的紧度，选择合适的后处理工序，可制得棉与不锈钢纤维混纺的各种功能性面料。由于不锈钢纤维不能上色，所以不锈钢纤维与棉混纺纱的染色主要是对混纺纱中棉的染色，鉴于此，下面将系统阐述不锈钢纤维与棉混纺纱线的染色工艺。 21不锈钢纤维的基本介绍不锈钢金属丝微细化产品是近20年发展起来的新型工业材料和高新技术、高附加值产品。它既具有化纤、合成纤维及其制品的柔软性，又具有金属本身优良

3、的导热、导电、耐腐蚀、耐高温等特性。其不锈钢金属微丝面料所特有的记忆性和褶皱效果，光彩闪烁，亮丽时尚，以及永久防静电、防辐射和抗菌作用，使之在最近几季的纱线流行趋势中占据了越来越重的位置2，4。22不锈钢纤维的性能特点不锈钢纤维之所以得到广泛的应用，是因为它具有许多特有的性能。这些特殊性能主要表现在以下几方面。可挠性：一般直径为8m的不锈钢纤维的柔软性相当于直径为 13m的麻纤维，其可挠性与有机纤维接近，所以具有可纺性，能用来进行纺纱织布；机械性能：8m的不锈钢单纤维强力可达21945188 cN,与棉单纤强度接近，相对强度较高，并且有良好的弯曲加工性和耐磨性；导电性能：不锈钢纤维的电阻率很低

4、，是良好的电导体；耐腐蚀性：不锈钢纤维完全耐硝酸、碱及有机溶剂的腐蚀；耐热性能可在600 的高温有氧环境下连续使用 是性能良好的耐高温材料3。此外，不锈钢纤维还具有良好的抗菌性能。经医学检验证明：不锈钢纤维织品可抑杀多种菌株，抑菌效果令人满意。因此，用不锈钢纤维可加工出各种保健纺织品和医疗卫生用品。这一用途将成为不锈钢纤维应用和研究开发新的热点之一4。23不锈钢纤维的制取方法不锈钢纤维的制造方法主要有单丝拉伸法、集束拉伸法、熔融纺丝法、切削法等4。24不锈钢纤维功能性纺织品开发现状与趋势不锈钢纤维当初主要用于冶金工业的环境保护 ,在污水处理与高温气体净化时用作过滤材料。随着经济全球化程度和人们

5、生活水平的不断提高 ,有关生产环境和生活方式的生态、环保和健康意识日趋强烈 ,人们对纺织品的功能性要求和各种功能性纺织品的市场需求与日俱增。用不锈钢纤维开发的纺织品越来越受到产业领域和人们日常生活的普遍欢迎 ,其新产品的研究与开发备受关注。用不锈钢纤维开发的纺织品分为纯不锈钢纤维制品和不锈钢纤维混纺织物2大类。纺织用不锈钢纤维 ,由厂家提供每束12 400根的长丝束纤维 ,经纺织的牵切工序牵切成不锈钢短纤维条子 ,牵切的长度可按纺织混纺纤维的要求确定 ,加工成不锈钢纤维条子后 ,采取并条方法与涤纶或棉条按比例混合 ，最后纺成混纺纱 ,织成各种织物。随着不锈钢纤维纺织制品越来越广泛的应用，其功能

6、性更加多样 ,已成为功能性纺织品的新宠4。25不锈钢纤维混纺织物此类纺织制品主要发挥不锈钢纤维所具有的优良导电性，用于电磁波屏蔽和抗静电。不锈钢纤维含量达到0.15 %5 %的混纺织物可制成防静电工作服，供有静电危害场所的工作人员穿用；随着不锈钢纤维含量的不断增加，其混纺织物还可用于防静电地毯、防静电吸尘器、电磁波微波防护服及防护罩、医疗手术服；此外，还可用作雷达敏感织物，在军事工业上制作假目标和雷达靶子，达到迷惑和伪装的目的。当不锈钢纤维的含量达到25 %时，其混纺织物可制成超高压电屏蔽服，适用于500 kV以下的交、直流作业。而不锈钢纤维与棉混纺只是其中的一种4。31不锈钢纤维与棉混纺纱的

7、生产 不锈钢金属首先被加工成0.0100.030 mm的细丝以供纺纱，然后金属丝与棉纤维组合并通过不同的工艺生产出各种纱线，主要为合股纱和各种包缠纱。在机织物织造过程中，金属丝经纱的张力要保持均匀，织机上经纱的上下开口运动所受的张力不能过大或过小，否则都会引起织造经纱断头。同时断裂的不锈钢丝易缠绕其他经纱造成更多经纱断裂。织物通过不同织造工艺配置与形状记忆花形设计的结合，可增强织物的形状记忆效果。如每英寸经纱数不同，形状记忆效果的花纹和表现也不同；筘齿的穿法不同，可在布面上产生稀或密的织纹。在针织服装设计中，金属丝的应用被认为是点睛之笔，活泼的色彩、亮丽的光泽都注定它是未来时尚市场的宠儿3。不

8、锈钢纤维体积质量大、刚性大、静摩擦因数大，韧性和弹性与合成纤维相比也有很大差异，其生产工艺上要采取重加压、大隔距、通道光洁、防缠防堵等措施保证牵伸的稳定。否则会造成牵伸效率低，条干和重量不匀率增大，甚至出现牵伸不开“出硬头”等不良后果。由于不锈钢纤维的机械性能较高，其柔软度较天然的棉纤维还是较差的，所以在加工成衣服时还必须对其进行柔软处理6。不锈钢纤维作为一种新型的纺织原料，其纺纱技术还在不断地完善过程中，随着用不锈钢纤维生产的纺织品在工业领域中的广泛应用，其纺纱技术将会得到不断完善和提高。32不锈钢纤维与棉混纺纱的性能特点不锈钢纤维与棉混纺后的织物表面光洁 ,纹路清晰 ,由于织物中含有超微细

9、不锈钢纤维，有冷色金属光泽和特殊变化的折皱功能，印染加工后具有风格独特、光滑柔软、穿着舒适，耐洗涤，透气性和吸湿性好的特点，且手感与棉布接近，其防护效果明显 ,是制作抗静电服、电磁辐射防护服的理想面料。不锈钢金属还具有很好的抗菌性能，其抗菌作用持久，金属离子极性较强，制得的服装面料每平方厘米可释放出50008000个负离子。经医学界检验证明。不锈钢纤维制品可抑杀多种菌株，而且抑菌效果令人满意。所以根据功能需要，可以通过加入不同比例的不锈钢纤维获得各种功能奇特的混纺纤维。但是，不锈钢纤维的色泽较单一，为改变不锈钢微丝色彩单一(银白色)的缺陷，通过化学浸渍着色。在原色不锈钢表面凝结一层透明薄膜，成

10、功将其加工成色彩艳丽、光艳夺目的彩色不锈钢微丝。且手感更加柔软，质量和风格也得到了改进，其产品质量已达到国际同类水平5，7。41不锈钢纤维与棉混纺纱染色染料的选择及介绍由于不锈钢纤维不能上色，所以对不锈钢纤维与棉混纺纱的染色实际则是对混纺纱中纯棉的染色。棉织物染色的染料有还原染料、直接染料、活性染料，但是直接染料染色牢度差、耐洗牢度较低，还原染料的价格较高，染色工艺较复杂，所以在实际生产中应用最多的是活性染料。活性染料以色泽鲜艳、色谱齐全、应用简便、成本低廉、牢度优良而著称。特别是近年来纤维素纤维的发展，活性染料已成为纤维素纤维纺织品染色最重要的一类染料 。但活性染料最突出的问题是上染率和固色

11、率低，染料的利用率低。所以在活性染料的染色过程中主要探讨怎样提高其上染率和固色率6，7。活性染料，又称反应性染料。这类染料分子中含有能与纤维发生化学反应的基团，染色时染料与纤维反应，二者之间形成共价键，成为整体，使耐洗和耐摩擦牢度提高。活性染料的染色过程包括上染、固色、皂洗后处理三个阶段。活性染料的性能特点：优点活性染料由于其用母体染料、连结基和活性基组成，使其在使用时能与纤维形成牢固的共价键结合，而具备一系列其它纤维素纤维染料无法比拟的特点，确立了其作为纤维素纤维用染料的发展和使用重点的地位，突出地表现在下列四个方面： 活性染料是取代禁用染料和其它类型纤维素用染料如硫化染料、冰染染料和还原染

12、料等的最佳选择之一。活性染料能用经济的染色工艺和简单的染色操作获得高水平的各项坚牢性能特别是湿牢度。活性染料的色谱广、色泽鲜艳、性能优异、适用性强，其色相和性能基本上与市场对纤维和衣料的要求相适应。活性染料适用于新型纤维素纤维产品如Lyocell纤维等印染的需要。 缺点 利用率不够高，一般为60%70%，产生大理有色污水，其色度超过几千倍，COD值一般在0.8万3万ppm，浓废水的COD值要超过5万ppm。为了抑制纤维表面的电荷，活性染料使用时需耗用相当量的电解质，既增加了劳动强度，又造成废水中的氯离子浓度高达10多万ppm，大大地增加了治理活性染料染色废水的难度。某些色牢度不能满足市场要求，

13、如汗日光牢度、湿摩擦牢度以及偶氮型红色染料与偶氮型蓝色染料在浅色时的日晒牢度等。能取代硫化硫化料和还原染料等的深色品种较少1。42染色工艺的探讨以中温型活性染料为例（染色温度一般为6065oC），染料取自欣鸿源印染有限公司，染料编号为8517,其一般染色工艺为一浴二步法工艺，这种染色方法是先在中性浴中进行染色，让染料上染纤维，并加中性电解质（NaCl或Na2SO4由于工业用盐含杂质较多，故多采用元明粉）进行促染，再加入碱剂(纯碱或磷酸三钠，由于固色pH值一般以1011较合适，所以常用的是纯碱)继续进行固色，此种染色方法可以降低染料的初染率，获得均匀的染色效果，目前棉针织物、纱线等一般都采用这种

14、方法染色。上染和固色一般可采用相同的温度，以便于控制。其工艺曲线如下图：Na2CO3元明粉织物取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC怎样提高活性染料的上染率是活性染料上染阶段首先要考虑的问题，对其上染率可造成影响的有温度、浴比、中性电解质、碱性固色剂、固色时间等，下面将进行逐一探讨。采用单一因素条件方法进行分析，即是使其中一个影响因素变化，而其他所有因素都保持一致。实验所用材料如下：（1）材料：不锈钢纤维与棉混纺纱线；（2）染料与助剂：活性染料，元明粉，碳酸钠，肥皂；（3）实验仪器: 烧杯，量筒，胶头滴管，恒温水浴锅，分光光度计，移液管，洗耳球，玻璃棒，电子天平等。421 元明粉的量对其上染率的

15、影响表1 工艺处方（元明粉的量逐渐增加，其它不变）Na2SO4的量（g/L）1020304050607080Na2CO3的量（g/L）2020202020202020染色温度（oC）6060606060606060染色时（min）3030303030303030固色温度(oC）6060606060606060固色时（min）7070707070707070浴比1:201:201:201:201:201:201:201:20纱线重（g）44444444o.w.f（%）22222222上染率（%）64.4473.5879.2082.5785.4886.9987.1187.26图1由表1知：增加元明

16、粉的量，上染率提高，但是增加到一定量时，其上染率增加越来越缓慢，从图1可看出曲线最后趋近于平滑的直线。由此可见，并不是元明粉的量越高，其上染率就能达到百分之百。加入过多不仅会造成资源浪费，而且残液中的电解质会使环境的污染变得严重，使淡水盐化，破坏生态环境。而且无机盐(如氯化钠、元明粉)还不能通过简单的物理化学及生化方法加以处理，盐分的高渗透性将导致江湖及印染厂周边的土质盐碱化,降低农作物的产量。综上所述加入元明粉的量应为5060g/L,此时上染率较好，且不会造成资源浪费，对环境造成危害小。422元明粉放入时间对其上染率的影响一般情况下，元明粉放入时间对其上染率影响不大，但是对其匀染性有较大影响

17、，所以为了降低初染率，获得良好的匀染效果，电解质一般在染色10min左右加入。(1)元明粉在染色开始时就放入织物、元明粉1/10Na2CO39/10Na2CO330min10min60min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC（2）元明粉在染色10min后放入织物9/10Na2CO31/10Na2CO3元明粉10min20min10min60min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC（3）元明粉在染色15min后放入织物元明粉1/10Na2CO39/10Na2CO3取出、水洗、皂洗、水洗、烘干15min15min10min60min60oCC（4）元明粉在染色20min后放入元明粉1/10Na

18、2CO39/10Na2CO3取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60min织物20min10min10min60oC表2 工艺处方（元明粉放入时间变化，其它不变）实验次数1234Na2CO3的量（g/L）20202020Na2SO4的量（g/L）50505050染色温度（OC）60606060染色时间(min)30303030固色温度(min)60606060固色时间（min）70707070浴比1:201:201:201:20纱线重（g）4444o.w.f(%)2222上染率（%）83.8084.2285.4883.00由表2可知：织物放入15min后再放入元明粉，对其匀染性和上染率均较好。423

19、碳酸钠的量对其上染率的影响表3 工艺处方（碳酸钠的量逐渐增加，其它不变）Na2CO3的量（g/L）510152025303540Na2SO4的量（g/L）5050505050505050染色温度（OC）6060606060606060染色时间(min)3030303030303030固色温度(min)6060606060606060固色时间（min）7070707070707070浴比1:201:201:201:201:201:201:201:20纱线重（g）44444444o.w.f(%)22222222上染率（%）75.8480.1683.0685.4886.6088.1088.3288.

20、41图2 由图2可以看出加入的碳酸钠的量越多，其上染率越高。但是升高到某一值时上升变得缓慢，如果此时继续追加碳酸钠的量，上染率不会有太大的提高空间，而且会造成染整废水含碱量太高，也造成纯碱的浪费。现在有好多工厂都会回收废水中的碱剂，或者循环利用。从上图可以看出碳酸钠的用量在30g/L时就可以了。424 固色时间对其上染率的影响表4 工艺处方（固色时间逐渐延长，其它不变）Na2SO4的量（g/L）5050505050505050Na2CO3的量（g/L）2020202020202020染色温度（oC）6060606060606060染色时间（min）3030303030303030固色温度（oC

21、）6060606060606060固色时间（min)30405060708090100浴比1:201:201:201:201:201:201:201:20纱线重（g)44444444o.w.f(%)22222222上染率（%)78.7279.2681.9983.2585.4885.6185.7685.85图3由图3可以看出延长固色时间，上染率提高，开始是上染率提高很快，达到一定值之后上染率提高较缓慢，最后应该会趋于某一值。活性染料染色时，时间对其上染率和固色率是有很大影响的，延长固色时间会提高其上染率，但是对其固色率不利，会造成染料的水解，导致固色率下降，所以最合适的固色时间为70min。42

22、5 温度对其上染率的影响表5 工艺处方（温度逐渐升高，其它不变）Na2CO3的量（g/L）2020202020Na2SO4的量（g/L）5050505050染色温度（OC）4050607080染色时间(min)3030303030固色温度(min)4050607080固色时间（min）7070707070浴比1:201:201:201:201:20纱线重（g）44444o.w.f(%)22222上染率（%）80.2682.9685.4877.1766.05图4由图4可知：60oC时染色，上染率最高。一般情况下，温度升高，反应速率提高，温度每升高10oC，反应速率可提高23倍。但是温度升得过高，

23、会导致染料的水解，而且也会影响其固色率。因此，实际染色时必须选择合适的染色温度和固色温度，使其在合适的染色时间内充分反应，以获得较高的上染率。因为这次实验所选的染料是中温型染料，所以60oC染色时上染率最高。426 Na2CO3分批放入的量对其上染率的影响(1)Na2CO3一次全部放入织物取出、水洗、皂洗、水洗、烘干70min15min元明粉15minNa2CO360oC（2）Na2CO3分两次放入，先放入1/2，10min后再放入1/21/2Na2CO31/2Na2CO3元明粉织物60min10min15min15min60oC取出、水洗、皂洗、水洗、烘干(3) Na2CO3分两次放入，先放

24、入1/4，10min后再放入3/4织物3/4Na2CO31/4Na2CO3元明粉60min10min15min15min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC(4) Na2CO3分两次放入，先放入1/6，10min后再放入5/6织物元明粉5/6Na2CO31/6Na2CO315min10min60min15min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC(5) Na2CO3分两次放入，先放入1/8，10min后再放入7/81/8Na2CO37/8Na2CO3元明粉织物60min10min15min15min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC(6) Na2CO3分两次放入，先放入1/10，10min后

25、再放入9/10元明粉9/10Na2CO31/10Na2CO3织物15min10min15min60min取出、水洗、皂洗、水洗、烘干60oC表6 工艺处方（碳酸钠分次放入的量变，其他不变）实验次数123456Na2CO3的量（g/L）202020202020Na2SO4的量（g/L）505050505050染色温度（OC）606060606060染色时间(min)303030303030固色温度(min)606060606060固色时间（min）707070707070浴比1:201:201:201:201:201:20纱线重（g）444444o.w.f(%)222222上染率（%）83.36

26、82.6584.1684.3884.2285.48由上述实验可知：Na2CO3分次放入对其上染率影响不大，但是为了染色均匀，一般先放入少量，再放入余下的，所以可以先放入1/10，再放入9/10。427 浴比对其上染率的影响表7 工艺处方（浴比逐渐减小，其它不变）浴比1:601:501:401:301:20Na2SO4的量（g/L）5050505050Na2CO3的量（g/L）2020202020染色温度（oC）6060606060染色时间（min）3030303030固色温度（oC）6060606060固色时间（min)7070707070纱线重（g)44444o.w.f(%)22222上染率

27、（%）76.1278.0380.1182.6985.48由表7可以看出在其他条件相同时，染色浴比越小，上染率越高，但是浴比过小会影响染色的匀染性，浴比过大会造成水解染料增多，染料利用率降低，故通常采用的浴比为1：151：20。5结论由上述实验可得知影响上染率的因素主要是温度、Na2SO4的量、Na2CO3的量和浴比。（1）温度升高，反应速率提高，但是温度升得过高，会导致染料的水解，而且也会影响其固色率。因此，实际染色时必须选择合适的染色温度和固色温度，使其在合适的染色时间内充分反应，以获得较高的上染率。因为这次实验所选的染料是中温型染料，所以60oC染色时上染率最高。（2）增加元明粉的量，上染率提高，但是增加到一定量时，其上染率增加越来越缓慢，由上染率与元明粉的量的关系图可看出曲线最后趋近于平滑的直线。由此可见，并不是元明粉的量越高，其上染率就能达到百分之百。所以加入元明粉的量应为5060g/L,此时上染率较好，且不会造成资源浪费，对环境造成危害小。（3）加入的碳酸钠