丝光工艺原理

时间：2007年02月12日 11:39:10来源：中国纺织网纺织论坛作者：

§1 引言

一、丝光的含义

1、丝光：棉制品(纱线、织物)在有张力的条件下，用浓的烧碱溶液处理，然后在张力下洗去烧碱的处理过程。

2、碱缩：
棉制品在松驰的状态下用浓的烧碱液处理，使fibre任意收缩，然后洗去烧碱的过程，也称无张力丝光，主要用于棉针织品的加工。

二、丝光与碱缩织物的特点

丝光后：织物发生以下变化

1、光泽提高
2、吸附能力，化学反应能力增强
3、缩水率，尺寸稳定性，织物平整度提高
4、强力、延伸性等服用机械性能有所改变
碱缩虽不能使织物光泽提高，但可使纱线变得紧密，弹性提高，手感丰满，此外，强力及对dye吸附能力提高。

三、工序安排

1、先漂后丝：
丝光效果好，废碱较净，但白度差，易沾污，适合色布，尤其厚重织物。

2、先丝后漂：
白度好、但光泽差，漂白时fibre易受损伤，适用于漂布，印花布

3、染后丝光：
适合易擦伤or不易匀染的品种(丝光后，织物手感较硬，上染较快)染深色时为了提高织物表面效果及染色牢度，以及某些对光泽要求高的品种，也可采用染后丝光。

4、原坯丝光：
个别深色品种(苯胺黑)可在烧毛后直接进行丝光，但废碱含杂多，给回收带来麻烦，很少用。

5、染前半丝光，染后常规丝光：
为了提高染料的吸附性和化学反应性。
棉布丝光分干布丝光和湿布丝光两种，由于湿布丝光含湿较难控制，因此以干布丝光较多。
其他碱金属的氢氧化物对纤维素纤维也有一定的膨化作用，但其膨化能力随原子量增大而↓，且成本较高，因此只有烧碱才具实用价值，某些酸和盐类溶液(H2SO4,HNO3,)也可使纤维素纤维膨化，获得丝光效果，但实际生产有困难，缺少实际意义。
无水液氨因分子小，纯度高，也是一种优良的膨化剂，20世纪60年代未曾进行过丝光研究，其产品的光泽和染色性能均不及碱丝光，但手感柔软、尺寸稳定性和抗皱性较高，故近年来作为与后整理中机械预缩、树脂整理结合应用的新工艺，称为液氨整理。

四、丝光效果的评定

1、光泽
是衡量丝光织物外观效应的主要指标之一。
可用变角光度法、偏振光法等测，但尚无统一的理想的测试手段，目前多用目测评定。

2、显微切片观察纤维形态变化

3、吸附性能
(1)钡值法：是检验丝光效果的常用方法，钡值大，丝光效果好
棉布钡值=100，钡值＞150表示充分丝光，一般为135～150。
(2)碘吸收法：
(3)碘沾污和染色测试法：
将不同钡值(100～160)试样，用一定浓度碘液or直接蓝2B染液处理，制成色卡，再将未知试样的碘沾污和染色深度与色卡对比，定量评定丝光钡值。

4、尺寸稳定性
采用机械缩水法或浸渍缩水法测量处理前后织物长度变化，通过公式计算缩水率，一般经向缩水率常大于纬向，但有些经密较高的品种产生负缩水率(门幅增大)。

§2 丝光原理

一、丝光纤维的性质
棉纤维浓碱作用后的变化

1、形态结构
纤维直径增大变圆，纵向天然扭曲率改变(80%→14.5%)，横截面由腰子形变为椭圆形，甚至圆形，胞腔缩为一点，若施加适当张力，纤维圆度增大，表面原有皱纹消失，表面平滑度，光学性能得到改善(对光线的反射由漫反射转变为较多的定向反射)，增加了反射光的强度，织物显示出丝一般的光泽。
织物内纤维形态的变化是产生光泽的主要原因，张力是增进光泽的主要因素。

2、微结构
结晶度↓(70%→50%)，无定形区域↑，使原来在水中不可及的羟基变为可及，因此纤维对dye的吸附性能和化学反应性能都有所提高，另外，由于丝光后，纤维形态变化，表面和内部的光散射减少，因此同浓度染料染色时，染色深度也增加。
纤维溶胀后，大分子间的氢键被拆散，在张力作用下，大分子的排列趋向于整齐，使取向度提高，同时，纤维表面不均匀变形被消除，减少了薄弱环节。使纤维能均匀的分担外力，从而减少了因应力集中而导致的断裂现象。加上膨化重排后的纤维相互紧贴，抱合力，也减少了因大分子滑移而引起断裂的因素。

3、分子结构的变化
棉纤维在浓碱液中发生溶胀后，大分子链间的氢键被拆散，舒解了织物中贮存的内应力，通过拉伸，大分子进行取向排列，在新的位置上建立起新的分子键，且分子间力比溶胀前大。最后在张力下去碱，已取向排列的纤维间的氢键被固定下来(是在更为自然，稳定的状态下被固定下来的)，这时的纤维处于较低的能量状态，因此尺寸稳定。

二、丝光原理

丝光是一个复杂的过程，关于棉纤维在浓碱液中发生剧烈溶胀的原因有两种理论作出解释

1、水合理论
(1)烧碱与天然纤维素(纤维素)作用，生成碱纤维素，主要有两种类型：
①醇化合物：
②分子化合物(加成化合物)：
两种产物都不稳定，经水洗便水解成水合纤维素，再通过脱水烘干后即成为丝光纤维素(纤维素Ⅱ)整个过程纤维素的变化表示如下：
(2) 棉纤维经浓NaOH处理发生剧烈的不可逆溶胀原因是：钠离子体积小，它可以进入到fibre的晶区；同时Na 是一种水化能力很强的离子，环绕在一个Na 周围的水分子多达66个之多，以至形成一个水化层，当Na 进入fibre内部并与fibre结合时，大量的水分也被带入，因而引起了剧烈溶胀，由于能进入晶区，因此，溶胀是不可逆的。
(3)这种溶胀受温度的影响：
（4）溶胀也受NaOH浓度及中性盐的影响，

2、Donnen膜平衡理论
溶胀是渗透压作用的结果。
假设纤维素是一种弱碱，在烧碱溶液中可形成钠盐，纤维素钠盐电离生成不可移动的纤维素阴离子Cell-O?，溶液中尚有可移动的Na 和OH-，如果有NaCl存在，还有Cl?，将纤维表面看作有类似半透膜性质，这些离子按一定条件分布，达到平衡时，膜内外必须分别达到电性中和。
膜内可移动离子总浓度： CI=[Na ]I [OH-]I [Cl-]I=2X-C1
膜外可移动离子总浓度： CO=2(C2 C3-X)=2X，
CI>CO，因而产生了渗透压（P），引起纤维溶胀。
P=RT（CI-CO）=RT(2X-C1-2X′)
P=RT() （1）
根据（1）式
（1）当C2不是很大时，C2↑，C1↑，P↑，溶胀↑
（2）若有盐存在，膜外[Na ]↑,即X1↑，P↓，溶胀↓
（3）若C2↑↑，C1相对C2很小，而膜外[Na ]↑↑，X‘很大，P→O

§3、丝光工艺条件分析
丝光工艺的基本条件是NaOH溶液的浓度，温度，作用时间，张力和去碱。
一、碱液浓度
是影响丝光效果的主要因素
① 棉纤维用不同浓度烧碱溶液处理后，长度和直径的变化情况：
浓度＞8%，直径增加，长度缩短至最大
②棉纱在不同浓度NaOH溶液中的收缩和染着力
③棉布丝光对浓度要求(C与收缩及钡值关系)
C=177g/L时，钡值为150，C=245g/l，钡值最高。
C=240~280g/l，收缩趋于稳定。
因此丝光最适宜的烧碱浓度是245g/l左右，考虑到织物本身吸碱、空气中酸性气体的耗碱等因素，棉布丝光碱浓度为260～280g/l。实际生产中，可根据半制品的品质和成品的质量要求选择。

二、张力
1、张力对织物光泽的影响
棉织物用浓碱处理时，只有加上适当的张力，才能显示出良好的光泽，从张力对棉纱丝光后性能的影响可以看出：张力大，光泽好。
2、张力对织物机械性能和吸附性能的影响
即在无力条件下，棉纱线的强力已获得提高，如果施加适当的张力，其强力还可以进一步提高，但光泽增加的并不多，且断裂延伸度和吸附性能却有所下降。
3、张力对织物缩水率的影响
丝光时，经纬向张力对织物缩水率有极为重要作用。
实际生产中，各种规格的织物经纬向缩水率是不平衡的。卡其、府调等经密较高的织物，经向缩水率大大超过纬向缩水率，所以优先考虑经向张力；而平布等一类薄织物则正好相反。

三、温度
烧碱与纤维素纤维的作用是放热反应，所以提高碱液温度有减弱纤维溶胀的作用，从而降低丝光效果，表现在收缩率和钡值下降，所以丝光碱液以低温较好，但实际生产中考虑到经济效益，以及温度过低碱液粘度增大，使减液难以渗透到纱线和织物内部，再有扩幅较难，所以通常采用轧槽夹层通入冷流水使碱液冷却即可。
四、时间
丝光作用是使烧碱迅速均匀而充分地渗入棉纱or织物内部和纤维发生作用，因此必须保证一定的时间。
将棉纱用280g/lNaOH在无张力下丝光，发现，20s时间就能使纱线收缩率和对dye吸收率达到最大值，延长时间对增进丝光效果并不显著。此外，时间与碱浓度和温度有关，浓度低时，应适当延长作用时间；一般采用50～60s。

五、去碱
去碱对丝光的定型作用有很大影响，若放松张力后，织物上还有5%以上的碱，则织物仍会收缩，从而影响光泽、纬向缩水率。去碱分两步进行：①在扩幅情况下，使用冲吸装置将热稀碱淋洗织物；②放松纬向张力后，进入去碱箱，用淡碱洗蒸。

§4 丝光设备
常用丝光机有布铗丝光，弯辊丝光和直辊丝光机。以布铗丝光机效果最好，应用最广。
一、布铗丝光机
由前轧碱槽、绷布辊、后轧碱槽、布铗扩幅装置、去碱箱、平洗机等部分组成。
优点：张力易控制，织物缩水率、去碱效果比具它丝光机理想。
缺：布铗部分易产生机械性疵布，设备占地大。
二、弯辊丝光机
与布铗丝光机的区别主要在于扩幅与初洗部分
其扩幅部分是由一个浅平阶梯铁槽和10～12对弯辊组成。
扩幅作用是依*织物绕经弯辊套筒弧形斜面时所产生的纬向分力将其门幅展宽。
弯辊丝光机加工时，常常两层织物叠在一起进行，产量较高，但洗碱效率低，扩幅效果差。虽有机身短、结构筒单的优点，但易产生经密不匀，纬纱成弯月状，染色易有阴阳面，应用远不如布铗丝光机广。
三、直辊丝光机
与前两种不同的是，没有轧车和绷布辊筒，也没有扩幅装置。
特点：常以双层进行，产量较高，丝光均匀，不会产生破边；机身较短，传动简单，操作方便，但扩幅作用差(纬回缩水率难达国标)，这是其主要缺点。国内有的厂采用布铗与直辊并用，较好的解决了这一问题。

附
丝光工艺和设备改进动向
一、高速丝光
由于练漂前处理速度快，产量高，因此要求丝光速度与之相适应。常规布铗丝光机车连仅50～60m/min，而高速丝光机达100～150m/min，这样可解决丝光“瓶颈”问题，但对丝光机的各部件要求就高了。
可从以下几处着手：
(1)放大轧碱槽，增加浸碱时间，增加绷布辊筒。
(2)增加冲吸次数(5冲5吸以上)，增加去碱箱数，加强去碱效果。
(3)采用高效水洗(如高频振荡洗涤，横导辊，直导辊等)。
(4)由于车速快，布铗磨损大，应采用合金钢or耐磨塑料衬垫。
(5)平洗时用酸中和，以保证出布pH值在7～8之间。
二、湿布丝光
湿布丝光主要优点：①fibre膨化足，吸碱均匀，产品质量均匀；②匀染性好；③落布门幅宽；④省去前烘燥设备；⑤加速半制品周转。
应注意问题：①布上含水率大小及均匀程度，要求浸碱前经均匀轧车浸轧一次，轧液率＜60%；
②碱浓的稳定，将第一碱槽分为前后两格，300g/l的浓碱于后格，经溢流管倒流到第二碱槽，再倒流到第一槽前檐，这样，碱槽容量小，液体交换快，便于平衡。同时织物先接触淡碱，再接触浓碱，有利于碱液渗入纤维内部，并充分均匀地膨化，使丝光效果得到保证。
三、热碱丝光
常规丝光工艺是室温丝光(18～20℃)，碱液较粘稠，不易渗透，易造成“表面丝光”，厚重紧密织物要获得均匀透彻的效果，困难更大。热碱渗透性好，但膨化较差。因此采用先热碱，后冷碱的丝光工艺。热碱的先期渗入，有利于冷碱液的继续渗入，使织物带有较多的碱量，产生均匀而有效的膨化。
程序如下：织物松驰浸轧浓碱(沸点,5S以上)→热拉伸→冷却→张力下去碱→去碱箱→平洗槽
主要优点
(1)丝光作用均匀，效果良好；
(2)光泽、强力、尺寸稳定性都较常规丝光优越；
(3)可与煮练工序合并，缩短工艺路线，降低成本，提高经济效益(在冷却前，使浸热碱的织物汽蒸10′，常压)

四、真空透芯丝光
由德国克莱钠韦公司提出，在直辊丝光机的第一下辊筒上加装一个真空罩，与真空泵相连(抽至10kPa)，当织物经过时，残留的空气可以去除，使碱液能在纤维膨润前快速、均匀的渗入，从而缩短浸渍时间，提高效率，但设备复杂，高速运行时费用较大。

五、丝光碱液中加入渗透剂
此法国外用的较多，国内则因影响淡碱回收，很少使用。

六、泡沫丝光
优点是可节约烧碱，并可单面丝光，关键是选择理想的发泡剂，获得稳定的泡沫丝光液，经浸轧后泡沫能快速破裂而渗入棉织物，获得均匀的浸碱效果。
除发泡剂外，还需加入0.1～0.2%的渗透剂，该工艺尚处于研究中。

七、丝光阻垢剂的应用
丝光皱条是丝光织物常见疵病之一，一旦形成，很难去除。坚硬的高低不平的垢层，更会使织物起皱。在丝光去碱和平洗时加入阻垢剂可解决or改善结垢现象.