第一节 气流染色工作原理及形式

一、工作原理

与其他浸染方式相同，气流染色中染料对被染物的上染过程，仍然是被染织物与染液在喷嘴中经过一定交换次数，完成染料对织物纤维的吸附、扩散和固着过程。气流染色与传统溢流或溢喷染色最大的不同点是，以循环空气牵引被染织物作循环运动，而染液不承担牵引织物循环运动的作用，只作为携带染料及热能的媒介，为染料上染织物纤维提供均匀分配的条件。因此，气流染色省去了牵引织物循环的那一部分染液，也是能够降低染色浴比的关键所在。此外，气流牵引织物通过喷嘴和导布管后，由于气流的自由射流作用比较大，使绳状织物可以获得较好的纬向扩展，织物在储布槽中堆积所形成的折痕可以得到一定展开。所以，气流染色可以最大限度地减少织物折痕的产生，特别是紧密度较高的针织物。

由此可见，气流染色并没有改变染色原理，而只是以气流替代牵引织物作循环运动的那一部分染液，染液对被染织物的上染过程，仍然是要通过两者进行周期性的交换才能够完成。一切满足上染条件的控制参数，如温度、浴比、加料、染液与织物的相对运动及交换程度，在气流染色过程中同样是作为工艺条件来控制的。当然，染色浴比的降低，会在一定程度上改变染色条件，在上染过程中更多的是起到了积极作用，例如活性染料直接性的提高，以及对中性电解质的依存性降低等。

二、气流染色的形式

气流染色的形式主要是从染液与气流循环的相对关系来区分的，没有确切的定义。从气流染色的概念出现后，出现了各种形式的气流染色，主要是体现在染液与气流对织物的作用形式不同。但以空气牵引织物作循环运动，却是它们的共同特点。而染液在气流染色中，对织物的牵引作用已经不存在了。从这种意义上来讲，染液仅仅是作为染料的携带载体，承担完成染料对被染织物均匀上染的作用。所以，气流染色仍然属于浸染方式，只是染色条件与传统溢喷染色相比发生了变化。鉴于这种情况，这里仅从染液与气流对织物的作用形式来对气流染色作一区分。目前主要分为气流雾化式和气压渗透式两种。

1.气流雾化染色 该形式的原创技术是德国特恩（Then）公司。它的原理是染液通过特殊的雾化喷嘴，形成颗粒极细的雾化状染液喷入混合室气流中；经混合后的气、液两相流体（相当于夹带染液的气流），再通过拉法尔管喉部环形缝隙喷出，与被染织物接触，并牵引其运行。夹带染液的气流在牵引织物运行的同时，还为染料上染织物纤维提供机会。相对传统溢喷染色喷嘴而言，气流对织物纤维的接触面积大，渗透力强，可尽快打破织物纤维表面与内部的动平衡，并且减薄扩散和动力边界层厚度，及时提供新鲜染液，为纤维的匀染提供条件。由于染液不担负牵引织物循环的作用，所以可以有效地控制织物在每一个循环过程中上染量，有利于颜色深浅和上染速率的控制。图4-1为气流雾化式喷嘴示意图。

图4-1 气流雾化式喷嘴结构示意图

1—织物 2—染液与气流混合腔 3—染液雾化喷嘴 4—提布辊

需要说明的是，喷嘴中的染液是弥散在气流中的，其浓度和温度对织物纤维的分布较为均匀。对于浴比小、染液浓度高的气流染色来讲，被染织物与染液的这种交换方式，可保证染料对织物纤维的均匀上染。当织物离开导布管时，气流的自由射流作用对织物产生一定的纬向扩展，可减少织物永久性折痕的产生。由于雾化后染液与气流混合，并由气流带入拉法尔管的过程中，气流需要消耗很大一部分能量，为了保证气流具有足够的能量（静压能和动压能之和）牵引织物循环，风机的额定功率通常选择的都比较大。

由于染液的浴比小、浓度高，必须控制织物循环一周的染料上染量，以保证整个织物的均匀上染，所以总体循环的部分染液要通过旁通直接回到主回液管中。这部分回流染液在保证所需的喷嘴染液同时，更重要的是及时缩短在升温或加料过程中染液温度和浓度平衡的时间。在染色的过程中，回流染液必须始终处于流动状态，只有在水洗过程中才关闭。对于回流部分与提供给喷嘴的染液分配比例一般是有要求的，可通过染液通道的流量变化来控制，有采用比例阀控制。至于分配比例是多少为合适，与织物纤维的染料上染特性有关，一般是通过试验或经验积累获得，将成功的参数编入程序中去。

2.气压渗透染色 该项技术是德国第斯（Thies）公司采用的。它的设计原理是，将染液喷嘴和气流喷嘴分成两个独立部分，染液喷嘴在气流喷嘴之前。织物首先经过染液喷嘴，与染液进行交换，多余的染液通过一个旁通直接回到主回液管。交换后的织物经过提布辊进入气流喷嘴，气流在牵引织物循环的同时，对已吸附在织物上的染液加以气压渗透，加快染料对纤维上染。该形式的染液也不起牵引织物循环的作用，实际上相当于一个软流喷嘴，对织物的作用非常缓和。由于染液喷嘴是被染织物与染液进行交换的地方，

图4-2 气压渗透式喷嘴结构示意图

1—织物 2—气流喷嘴 3—提布辊 4—旁通染液回流 5—染液喷嘴

仅需要满足染料对织物的上染条件，而不需考虑牵引织物循环的染液，所以需要的染液量也很小，可以达到减小浴比的目的。相对气流雾化式而言，气压渗透式的气流喷嘴，只承担纯粹的气流牵引织物的作用，不对染液产生消耗，所以风机的额定功率可以相对低一些。与此同时，染液与织物的交换状态与溢喷染色更接近。图4-2为气压渗透式喷嘴结构示意图。

从近十年的应用情况来看，气流雾化式染色形式占主流，并经过不断改进以及工艺的开发，获得了良好的使用效果。气压渗透式染色形式，从染色工艺条件来看，更接近于小浴比溢喷染色形式。德国第斯（Thies）公司在小浴比溢喷染色技术上，进行了较为深入的研究，许多技术已经延伸到气流染色机中，甚至具有气流染色和溢喷染色两种功能。

三、气流染色工艺条件

气流染色工艺条件包括温度、时间、浴比、加料以及染液与织物循环状况等内容，是为实现染色工艺而对控制方式所设定的具体量化值。工艺条件中所涉及的工艺参数，与染色过程有着密切的联系，也是经过实验并在实践中经过反复验证而获得的，具有一定的真实性和可靠性。在具体染色过程中，对这些工艺参数进行有效控制，可保证染色的匀染性和工艺的重现性。随着染色基础实验及电子控制技术的不断进步，对染色工艺进行参数化设计，可以实现气流染色全过程的自动控制，有效地保证染色质量。

织物在气流染色过程中主要是由气流牵引，反复经过提布辊、喷嘴和储布槽进行循环；而染液是重复通过热交换器获取热量并在喷嘴中传递给织物，使织物获得均匀的温度分布和一定的温度。在一定的染色浴比、温度、压力和时间条件下，织物不断与染液进行周期性交换，使染料完成对织物的上染和固着。在这个染色过程中，染色温度、时间、浴比、织物与染液的交换方式是完成染色的最基本条件，也是满足染色工艺要求的工艺参数特征值。这些参数从不同方面影响染色工艺过程的变化，最终影响到织物的染色质量，因此，实现染色工艺过程实际上就是对这些工艺参数的控制。为了减少人为的影响因素，提高工艺的重现性和生产效率，可对主要染色工艺参数进行编程，实现自动化控制，并且许多工艺参数还可以进行动态控制。染色工艺过程中的变化状态，可通过实时监控，自动调整到一个合理的范围内，将染色工艺状态控制在一个最佳范围内。