牛仔布经纱浆染设备及工艺分析yd17511
郑明远， 姚继明， 窦春晓 河北科技大学纺织服装学院， 河北石家庄0500181
投稿日期：2014-01-13
作者简介：郑明远(1985-)，男，硕士研究生，主要从事牛仔织物的织造和整理技术的开发工作。
原载：染整技术2014/7；49-52，42
【摘要】从浆染没备及工艺2方面对牛仔布经纱染色上浆生产过程进行详细介绍。分析了当前牛仔布经纱的染色原理及浆染设备的几种形式，并分别对各种浆染设备类型进行了阐述及对比分析。还论述了牛仔布经纱浆染工艺设计的参考依据，且对经纱浆染设备、工艺技术的发展趋势做了简单阐述。
【关键词】浆染联合机；束染；片染；上浆
【中图分类号】工S 193.3 文献标识码：B 文章编号：1005-9350(2014)07-0049-04
自19世纪70年代末美国发明牛仔服装以来，其牢固、耐磨、挺括、穿着舒适等独特风格风靡全球，征服了广大青少年及众多消费者，并呈现出逐年递增的趋势。牛仔布已形成多花色、多品种的时装系列化产品[1-2]我国自20世纪70年代末开发牛仔布至今，已发展成拥有百条以上生产线，年生产能力达10亿多m2的牛仔布重要生产国[3]。
众所周知，牛仔布是1种先染后织的经面斜纹织物。经纱颜色深，多为靛蓝色，常采用片染和束染工艺进行染色。纬纱颜色浅，一般为浅灰或煮练后的本白纱。牛仔布系粗支高密织物，织物密度系数较高，重磅牛仔布的织物密度系数可达100以上。生产实践证明，经纱染色和上浆是牛仔布生产的质量关键，也是对织造影响最大的2个工序[4]。染浆织轴的好坏直接影响织机效率及牛仔布成品质量。本文根据目前牛仔布生产情况，对常用的染色上浆设备及工艺进行对比分析，以便于牛仔布生产厂家在设备及工艺更新改变时能进行合理的选择。
1 染料染色原理
随着时尚潮流的发展，牛仔布颜色也从原有的靛蓝色、黑色发展到浅蓝、灰色、彩色等。但靛蓝色和黑色仍然是牛仔市场亘古不变的主流色彩。套染牛仔也是近几年比较流行的1个新品种，因其赋予时装特殊的风格，越来越受到消费者的喜爱。
1.1 靛蓝染色
靛蓝染料属于还原染料，不溶于水，必须在碱性溶液中经过保险粉还原成隐色体后上染纤维，再暴露于空气中氧化成不溶性靛蓝而固着在纤维上，经过染后处理完成其染色过程。由于靛蓝是1种结构较简单的还原染料，亲和力较低，上染速率较慢，不易染成深浓色泽，如果染液过浓，会造成大量浮色，摩擦牢度差。所以，牛仔布经纱染色一般采用低浓、低温、多次浸轧、氧化的染色方法来获得较高的染色深度。靛蓝隐色体在空气中的氧化速率较快，一般采用空气即可氧化[1]。
1.2 硫化黑染色
硫化黑属于硫化染料，相比靛蓝染料更容易上染纤维，因此，染黑色只需1个染色槽。其染色原理和靛蓝染色基本相同：染色时，需经硫化碱还原生成隐色体而溶解。硫化染料隐色体对纤维素纤维有亲和力，上染纤维后，经氧化在织物上重新生成不溶性的染料而固着。硫化黑必须在高温下方可充分上染纱线，染色温度必须维持在95℃左右。由于经纱经高温染色后，强力损伤大，弹性减小，易发脆，所以，在上浆过程中，应注意弥补染色造成的缺陷[5]。
1.3 套染
经纱套染是指纱线在连续染色过程中，先经1种染料染色，再经另1种染料进行套染，从而获得比较特殊的颜色效果的染色方法。目前，经纱套染方法主要有：(1)棉纱先染成靛蓝色，再用黑色(蓝套黑)或灰色、绿色等染料套染；(2)棉纱先染黑色，再经靛蓝染色(黑套蓝)； (3)闪色牛仔布是先染深色，再用黄色和红色染料套染。染料的应用除靛蓝外，大多采用硫化染料[6]。为了达到混合套色色泽稳定均匀及色泽深度要求，套染浆染时需要用到多个染色槽，必须控制好各项工艺参数及组分配比的准确及稳定。
2 染色
目前，牛仔布经纱多数采用靛蓝染色。根据靛蓝染料的染色特征，牛仔布经纱染色有专门的染纱设备。按经纱染色方法可分为轴经染色、球经染色和悬浮式染色3种。轴经染色又可分为轴经多染槽片状浆染联合机和轴经单染槽环状浆染联合机。悬浮式染色已逐渐被淘汰[6]。
2.1 轴经染色(经轴轧染)
轴经染色主要应用在牛仔布染色加工中，是将一定数量的经轴引入各个染槽，经反复多浸、多轧、多次透风氧化后，实现靛蓝、硫化黑等各种染料的染色。预烘干后再进行浆纱便可得到色泽均一的经轴纱，可直接供织造使用。经轴轧染时的染槽可以是多个片状机或1个环状机，这种与浆纱联合使用的设备又被称为浆染联合机[1]。
2.1.1 工艺流程
2.1.1.1 多染槽片状浆染联合机
经轴(9-12个)→润湿处理→水洗轧干→[染槽浸轧→透风氧化](6-8道)→水洗轧干(2道)→锡林烘干→上浆→烘干→干分绞→织轴，如图1。
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图1 浆染联合机示意图 |
2.1.1.2 单染槽环状浆染联合机
经轴架→煮练槽→染槽→循环氧化→水洗槽(2道) →烘房→储纱架→浆房→烘房→干分绞→织轴。
在整个浆染联合丁艺流程中，染槽浸轧及透风氧化对染色起着关键作用，其浸轧的压力、摆辊的张力及染色速度直接影响纱线的染色质量、织造情况及成品风格[7]。
2.1.2 设备优缺点
与其他机组相比，浆染联合机具有工艺流程短、染后质量好(如起绒、起毛、起球程度小)、占地面积小、节省人力及适应小批量多品种生产等优点，因而被牛仔布厂家广泛应用[7]。但经片状染色的牛仔布易出现条花、色档、中边色差、前后色差等疵点。为解决此类疵点，须做好设备检修及工艺设定工作。
2.2 球经染色(球经轧染)
与轴经染色相比，球经染色的最大特点是染色状态不同。球经染色俗称束染，是牛仔布经纱的特殊染色方法，其染色过程是先将一定根数的原纱在球经机上集束呈球，然后再将若干束(如12束、18束、24束等)纱线在束染机多个染槽中反复浸轧、多次透风氧化，实现靛蓝染料染色后，再单独分经、上浆、卷绕成织轴。
2.2.1 球经整经束状染色
束状染色成套设备主要由3大部分组成：球经机、束状染色机及分纱机。
球经机由纱筒架、分绞架、返回架以及成球机4个单元组成，是束状染色工序的前道准备工序设备，其作用是将纱线经过定幅、分绞整经后集并成束，均匀卷绕在球经轴上，以备下道工序应用。球经整经机工艺流程为：纱筒架→分绞架→返回架→成球机。
束染机是束染成套设备最主要的工序设备，主要负责上染纱线。其工艺流程为：球经纱球退卷→轧车引纱→煮练→丝光→水洗→染色氧化→水洗→三烘筒烘燥→落纱。
分纱机是束状染色成套设备的最后1道工序设备，主要用于将束纱线按工艺要求分开，并按一定密度均匀排列卷绕在经轴上，以备织造工艺用。其工艺流程为：纱箱→张力辊→返回辊→储纱架→经轴[8]。
2.2.2 球经整经优缺点
束状染色不同于单根纱染色(片染)，它需要更长的浸渍时间将染液渗透到纱束的内层，浸染时间一般为25～30 s，氧化时间为120～180 s。球经束染质量的好坏直接影响浸染、重经等工序，所以应严格控制球经工艺指标。束状染色有许多优点：染色和织造的成品质量好、染色速度快、生产效率高[9]；纱束经过分经机分经后，可彻底解决左、中、右色差，前后色差和条花等染色疵点，色泽、色光透染度均匀一致；纱束强力较单纱强力高，染色过程中纱线断头次数很少。缺点是工序多，机型多，工艺流程长，占地面积和投资费用大，劳动强度大，生产成本高[10]。
2.3 染色工艺
2.3.1 前期煮练
煮练的作用是除去棉纤维中的杂质，提高毛细效应，增加渗透作用。煮练温度一般为80～90℃，加入适量的烧碱和渗透剂，这样不但可增加棉纱的吸色性能，有利于提高染色质量，而且大大减少随纱带入染槽中的空气量，从而减少保险粉的消耗和染液面产生的泡沫量，有利于染液质量的稳定。在染不含糖的棉纱时，渗透剂及烧碱的用量必须相应降低。一般用量为烧碱3 g／L、JFC 0.5 g／L，温度控制在80℃左右；在染含糖量较高的棉纱时，用量为烧碱5 g／L、JFC 0.1 g／L，温度控制在90℃左右。
2.3.2 不敷出染色工艺
牛仔布对色光及色泽要求比较严格，其控制也比较困难。靛蓝染色在>25 oC的情况下色纱的色泽泛红；在< 15 ℃的情况下溶解度欠佳，所以，一般将染槽温度控制在20℃左右。牛仔布根据水洗加工要求的不同对色纱的渗透也应作相应调整。一般压力控制在4.9 kg／cm2。添加剂对靛蓝牛仔布色光也有一定的影响，当pH一定时，保险粉用量增加，染色物将出现青蓝光；在碱性条件下，靛蓝染色体氧化将}}{现红光。所以，染槽及母液槽染液浓度、pH及粘度需要定时测量，以保证染色质量。一般靛蓝染料用量控制在2.2％～2.8％ ，保险粉掌握在3.0～4.0g／L，烧碱取2.5～3.8 g／L。当然，工艺设定者应结合本厂生产条件与客户需求等，选择本厂的最佳工艺参数，定时跟踪监测，及时调整，从而生产出高品质的牛仔面料[11]。
2.3.3 张力控制
浆染联合机由于机身长，经纱受张力的作用时间长，张力太大，容易断头；张力太小，影响布机效率。全机张力分布中，应掌握前小后大的原则循序引进，湿区纱线张力较小，从而减少湿伸长；干区略大，以利于染浆轴紧密卷绕。各槽压辊压力也是前小后大，煮练槽及染槽前1～5槽较小，末道较大，水洗槽较大，最后保证染浆轴卷绕质量[12]。
2.4 新型染色设备
在浆染联合机和束状染色机设备的基础上，目前又问世了1种螺旋式染色机，其主要特点是螺旋式进纱，单染槽、多导辊，实现一槽多次浸轧、透风氧化。其设备流程短，节省人力，是发展的方向。近几年又出现了更多合理完善的浆染联合机，这些机器主要是在原先浆染联合机的基础上进行了大量的改进，使其更加适应生产的需要和变化，提高生产质量及效率，减少不必要的浪费。例如郑州纺织机械股份有限公司于2002年研制开发了ZLGA901B型新一代多单元染浆联合机，实现了染浆联合生产工艺中纱线张力的均匀与可调，同时为工艺扩展留下了更多的余地[13]。
新的染色技术与在线检测技术的运用，大大改进了调配色，减小了同品种纱支在不同时间生产的缸差，也有利于节能降耗。新技术的应用不仅为现阶段同行业的技术创新起引导作用，也为今后行业的技术创新指明了方向。
3 上浆
浆纱是使经纱表面和内部粘附、渗入一定量的浆液，再经烘燥使其表面成膜，以此来增加原纱强度和耐磨性，减少表面毛羽，提高其织造性能[14]。它是织造准备工序的重要环节，其好坏直接决定着织造效率的高低以及产品质量的好坏[15]，浆纱机示意图如图2。
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图2 浆纱机示意图 |
牛仔布布面要求平整、纹路清晰，为达到这种效果，织造时要采用大张力、强打纬丁艺。牛仔布经纱在织造前先经过染色再上浆，纱线经过煮练、染色、水洗加工后结构松散，亲水性增加，有利于浆液渗透，但同时纱线受到机械损伤，强力降低，强力不匀率增加，断裂伸长和耐磨性变差，毛羽增加。因此，牛仔布较本色织物对浆纱有着更高的要求[16]。
3.1 上浆工艺
3.1.1 浆料配方
牛仔面料多为纯棉织物，利用相似相容的浆料配方原则，主浆料多以变性淀粉为主。采用变性淀粉上浆后，浆膜坚韧且富有弹性，即使在上浆率较高的情况下，织物同样手感柔软。因为牛仔布对纱线色泽有较高要求，如果浆膜透明性好，则可使牛仔布色泽鲜艳，增强染色效果。薯类淀粉的浆液透明性比其他淀粉要好，因此，牛仔布上浆多采用薯类变性淀粉，如木薯变性淀粉或马铃薯变性淀粉。对于一些高支品种，只用变性淀粉上浆还不够，必须加入适量的化学浆料。PVA上浆的浆膜强度高、韧性好，但分纱性差，浆膜完整度差，退浆比较困难，而且易造成环境污染，所以，牛仔布经纱上浆最好少用或不用PVA。聚丙烯酸类浆料水溶性好、易煮、干分绞顺利，不像PVA干分绞时有大量浆膜撕裂现象，毛羽贴服好，退浆方便，特别适合牛仔服装水洗、石磨、漂洗等后整理，因此，聚丙烯酸类浆料己经取代PVA在牛仔布经纱上浆中的地位[10]。综上所述，对粗支纱用于生产厚重型牛仔布的浆料配方，经纱上浆以被覆为主，主要采用小麦、玉米、木薯等淀粉上浆，同时可加人适当的柔软剂、催化剂和渗透剂。对用于生产普通牛仔布的中细支纱的浆料配方，经纱上浆兼顾渗透与被覆，其浆料配方以变性淀粉为主，辅以聚丙烯酸类化学浆[15]。
3.1.2 浆纱工艺
由于牛仔布经纱在染色过程中吸附了大量的染料及化学助剂，染后烘燥不充分还含有较高的水分。浆纱过程中纱线吸浆将非常困难，浆液很难渗透到经纱中。所以采用高浓低粘浆和较高压力的上浆工艺，才能保证浆液的渗透性和浆膜的完整程度，从而提高上浆质量。在浆纱时要注意回潮率、上浆率、伸长率之间的关系。回潮率对织造过程中的经纱断头、布机效率和布面质量都有很大的影响，一般生产中采用较大的回潮率。上浆率相反，稍低为好，一般控制在6％～8％，有利于纱线的保伸性和柔韧性。伸长率与织造过程中的经纱断头、布面丰满度和用纱量有关，一般控制在3％之内。均匀的经纱上浆不仅是高效率的保障，而且是色泽均匀的保障。在浆纱过程中，无论横向、纵向都应保持浆纱“三率”均匀一致，否则会产生横向或纵向的色差。
3.2 浆纱设备新技术
预湿上浆是近年推行的上浆新技术，是指经纱出水洗槽后，不经烘房烘干，而由一大压力压水辊将纱线中的水分挤压至一定含水量。既可以节省蒸汽，又可以使纱线的弹性、手感得到保护[17]。越来越多的色织厂采用经轴染色，色织染色经轴实行预湿上浆工艺，上浆率显著降低，浆料成本降低；减少了脱水、烘干、倒筒工序，节省了人力、物力；染色经轴只需经预湿槽，无需再次加湿，节省了能源。此外，采用预湿上浆工艺，染色经轴上浆还可避免色纱褪色和色纱强力的损伤。因此，预湿上浆是1种较理想的染色经轴上浆方法。
为了进一步提高浆纱的可织性，满足织机高速织造的要求，在浆纱机上必须采用新型高效的浆纱技术，如高压上浆及电晕处理技术，在提高纱线润湿性的同时，从根本上提高上浆经纱的综合性能。
4 结语
现代染色和浆纱技术在强调设备与工艺高效经济的条件下取得了巨大的发展，大大提升了织造和织造准备过程的工作效率，也保证了能量、染料以及浆料的有效利用。高端浆染设备及工艺能生产出高质量的织轴，是充分挖掘现代高速喷气织机、剑杆织机等无梭织机引纬速度的必备条件。
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