浸染染色工艺设定升温曲线时，其升温速率的快慢设定依据是要花最少的时间达到匀染的效果，大部分染厂都是靠染色工程师（师傅）凭借经验积累的数据，为了从理论上更准确的计算最佳的升温速率，以下文章将更专业的来指导染色工艺的设定。

 

一、吸尽染色的匀染性
采用间歇式染色时，想要获得良好的匀染效果，需要注意以下两点：

(1)在吸尽阶段使纤维表面的染料阶段性增加，保持均等分配。
(2)使吸附的染料均匀地向纤维内部扩散。

要想在短时间内获得匀染效果，必须通过有效控制上述2个过程来实现短时间内的染料的纤维内部的均等分配。

(1)的使染料在纤维表面均等分配，其作为有效的匀染手段，起着重要的作用。为此，在染色过程中，必须采用与纤维的染料吸附速度相对应的速度(上染速度)，向纤维的各部分均匀地进行染料供给。

染色速度较快时，最终吸尽也能较快达成，染色时间短。但是，染色速度超过染料供给速度时，就会造成分配不均，产生不匀染现象。如果染料可快速提供，那么，染色速度可设为快速。

所谓染料供给是指使存在于染浴中无法被纤维吸收的领域中的染料，向能被纤维吸收的领域移动，顺畅地进行染料供给之意。换言之，染料供给是染浴中与被染物接触的染液中的染料的含量，由于上染而减少，此时，通过总染液中的染料立刻予以补充。

由于染色速度是由染浴的环境条件(比如，温度、pH值、盐类及助剂等)来决定，为此，可通过调整染色条件来控制。另一方面，染料供给可通过染浴的物理条件(染浴的搅拌、流量、布匹的循环速度等)的设定来进行管理。

所以，控制染色速度与染料的供给，保持最佳平衡，即可获得良好的匀染效果。

二、被染物所占的染浴领域
首先，假设染色用的染浴是静止状态，被染物均匀分布于染浴中，染液中的染料呈均等分配状态，并且染浴中的染料扩散不受任何阻碍，可自由进行。

那么，即使被染物和染料同时处于静止状态，被染物的染料吸附速度(上染速度) 也与受染料的热扩散左右的染液的染料浓度的均一性保持平衡。染料在染浴中均匀分配，达到均匀染色效果。

象这样，染浴在静止状态时存在单纤维集合体均匀染色的临界密度，且将此称为临界密度。而把所存在的与临界密度对应的染浴容积称为染浴的绝对领域。

其次，使被染物的染浴中的分布状态发生变化，作为有密度的被染物的集合体，且这个集合体在染液中呈不均匀分布状态(假设此时的染浴条件及染料的热扩散速与被染物在染浴中完全均匀分布时相同)。当被染物集合体的密度超过规定值时，与被染物结合体的不同部分接触的染浴中的染料产生浓度差异，而且染料吸附量也不同。

简而言之，将被染物所占的染浴的范围称作被染物的所占领域，将被染物所占的染浴领域的最小值称作被染物的最小领域。

以静态为基础的考虑方法认为，在采用使染浴循环或使被染物移动的染色方法染色时，有效于匀染的绝对领域是随着被染物中的染液流动的增大而减小。

三、有效领域与匀染染色
在染浴中，实际对染色有效的部分，在被染物移动的场合，由于最小领域的位置发生变动，因此，在被染物移动增大的同时，全体被染物的平均值就作为领域被表示。此时的被染物所占的染浴领域称作有效领域。

筒子、经轴染色等固定被染物，只使染液移动的染色装置，由于不存在被染物的最小领域的移动，因此不存在有效领域的扩大，被染物的有效领域与纱线或织物的最小领域相同或者变小。

在纱线或织物被过渡压缩时，纱线或织物的最小领域缩小，染液得不到充分渗透，引起不匀染现象(在实际染色时，为了避免这种现象的产生，可采取提高染色温度或使用匀染剂提高扩散速度等对策来解决)。

另一方面，采用液流染色机、绞盘绳状染色机等使被染物循环的染色机染色时，由于染色槽内的被染物是可移动的，因此有效领域是根据机械条件的设定而变动的。

在被染物的领域足够充足时，染液的交换就成为可能。如果在被染物的领域内设定能有效进行机械性染液交换的条件，即可获得匀染效果。

此外，如果随着被染物的领域的增加，动态染色的绝对领域能向静态接近，那么，利用被染物的空隙使染液强制性地通过的必要性就减小，依靠平稳的循环或运行染料也能得到均匀分配。

四、为保持平均分配的染浴领域交换率
以有关为保持染料平均分配的被染物的有效领域、染浴及被染物的移动的概念数值化为目的，介绍领域交换率的观点。

领域交换率是指，以在有效领域内的染液循环或被染物循环时，由新鲜染液的交换所产生的染料供给效率。可用式(1)表示。

领域交换率=有效领域×循环次数(次／min)···(1)

五、卷染式染色的领域交换率
以筒子染色为例，染色时固定被染物，而使染浴循环的染色机的领域交换。

筒子染色的有效领域(最小领域)与锥形筒子被浸的染浴的量相同，相当于图1所示的筒子卷绕层被浸于染浴的部分(最小领域受筒子卷绕密度影响)。

将锥形筒子内的染液容积作为有效领域计算
领域交换率的计算举例
有效领域(最小领域)=锥形筒子所占的体积－被染物自身所占的体积···(2)
有效领域比=有效领域的染液量÷染液的总量···(3)
染浴循环次数=染液的总量÷染液流量···(4)
卷绕密度为0.3kg／L的筒子重量180kg的场合，筒子所占的体积为600L，被染物(涤纶纤维)的比重为1.38，被染物所占的体积为130.4L(180/1.38=130.4)，
因此，有效领域=600-130.4=469.6(L)
假设染液的总量为2700L，染液流量为5400L，那么，
有效领域比=469.6÷2700=0.174
染浴循环次数=5400÷2700=2(次／min)
领域交换率=领域比×循环次数=0.174×2=0.348(次/min)
表1所示的是采用筒子染色机(旧型号筒子染色机与快速型)染色时的领域交换率。

从表1的可知，与以往型筒子染色机相比，快速筒子染色机具有8倍的交换能力。
用分散染料对涤纶进行染色时，染料上染速度与升温速度几乎成正比，因此，与用旧型号筒子染色机染色相比，快速筒子染色机只要1/8的升温时间。

六、液流染色机的领域交换率
液流染色机等染色时使被染物循环移动的染色机，有效领域不象前述筒子染色机那样固定，而是被染物在循环时，展开可能的染色槽的容积为可获得的有效领域的领域。此时，以染色槽内染液的循环搅拌十分理想为前提，

有效领域=染色槽中的被染物在循环时，移动展开的容积，这个值可看作有效领域的最大值。

实际上，染色装置是依靠泵进行染液循环，依靠液流进行被染物循环的，这些循环对匀染有效，依靠泵的染液循环对有效领域的扩大有效，而液流染色的有效领域可用下面的公式表示。

液流染色的有效领域=染色槽的容积×染浴的循环次数···(5)
液流染色的领域交换率=有效领域比×布的循环次数(次/min)···(1’)

表2例示了液流染色机染色时的领域交换率。

从表2的结果可知，旧型号液流染色机的领域交换率，与前述的旧型号筒子染色机相近，虽然机种不同，但是，在升温条件几乎相同时，可获得匀染效果。

七、超低浴比液流染色机的领域交换率
为了进行织物充分浸渍于染浴中的染色处理所需要的染浴量，因织物的种类(目付、织物密度及膨松性)、填充方式等而不等。但是，即使象轧堆法那样进行合理填充的染色处理，如果不设机械轧液装置，浴比必需在1:2以上，象以往的液流染色机那样，织物浸渍在浴中的染色方式，即使进行合理的机械设计，浴比必需在1:4～1:8。

因此，为了进行被染物完全浸渍在液面下的染色，浴比最低需在1:10左右。

这种状况下，在进行浴比为1:3～1:6左右的低浴比液流染色时，进行滞留部的织物完全浸渍于染液下的染色是很困难的，被染物的一部分或全体从染浴中露出，被染物不得不含着染液在蒸汽中滞留、运行。

最近开发的低浴比液流染色机或气流染色机，是以图3所示的染色状态为前提设计的。

这种染色机，由于匀染的有效领域减少，有可能降低匀染性，但是，如果进行与有效领域值相符的领域交换，也可获得匀染效果。

八、气相系与液相系的有效领域
有关液相系(织物完全浸渍于液面下的染色)染色的匀染，根据被染物的种类、状态、向染色机内的机械性填充方法的差异等，染浴中由被染物的“展开”或“摇晃”引起的平均化或扩大化的程度发生差异。

象这样的有效领域的变动因素，随着低浴比化而减小，而且有效领域的绝对值也变小。此时，如上所述，如果调整被染物的循环次数，控制领域交换率，即可获得匀染效果。

另一方面，气相系(织物在露出液面的状态下染色)染色时，必须将气相部的被染物所浸渍的染液作为有效领域。

一般情况下，机织物、针织物的染液浸渍量在常温下为100～300%左右，但是，考虑到在高温染色条件下的染液粘度低下等因素，浸渍量设在100～200%左右，即把有效领域设在被染物重量的1～2倍左右较妥。

九、气流染色机的领域交换率
气流染色机染色时被染物与染液接触只有气流喷嘴部分，而在循环中，只有被染物所带的染液中的染料有助于染色，织物上的染液只是在通过喷嘴时进行交换。

象这样的染色装置，扩大有效领域是不太可能的，为了被染物的循环和喷嘴部的染液喷出，用泵搅拌进行染液循环，被染物的染液交换是在喷嘴的瞬间染液喷射时进行。

此时的交换率可用(1”)式表示：

气流染色机的领域交换率=有效领域比×织物的循环次数(次/min)···(1”)

以这种方法为考虑基础，低浴比染色机及气流染色机染色时的领域交换率的计算举例用表3表示。

从表3的计算结果可知，半气相型低浴比液流染色机染色时，领域交换率最高，对匀染有效。

全气相型的气流染色机的领域交换率与旧型液流染色机相近，从领域交换来看，效率不佳。
但是，实际上，效率良好的染色是可能的，气流染色的分析不仅是领域交换率，而且应该从其他观点加以分析。
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十、浴比与气流染色的匀染关系
气流染色机的气相部染色时，仅在通过喷嘴时进行染液的交换，而且直至通过喷嘴前时，只是织物所浸染液中的染料参与染色，所以织物所带染液中的染料量，与布环循环一周时上染的染料的量相比较少时，容易发生不匀染现象，充分剩余时可获得匀染效果。因此，相同浓度染色时，浴比越低，染液中的染料浓度越高，越有利于匀染。

分散染料的涤纶变形纱织物染色时的织物所带染液中的染料量与布环每次循环时的上染量，通过与不同浴比的关系来表示(图5)。

如图5所示，浴比为1:15的染色时，由于每次循环时的上染量多于布上的染料量，因此，不匀染的可能性较大，但是，如果浴比为1:5时，每次循环时的上染量少于布上的染料量，容易获得匀染效果。

在采用类似气流染色机构造的染色机染色时，有效领域被限定，而且通常同时采用低浴比进行染色，因此，低浴比化使有效领域中所含的染料量增加，染料的供给大于上染的条件容易实现，有助于提高匀染性。

十一、参考实验数据
有关气相部与液相部的染色性能，将通过实验数据予以证明和介绍。

试验方法：使用小样染色机染色。由于搅拌，布料发生上下运动。在下沉状态时，布料全体浸渍于染浴，而在上升状态时，布料的一半露于气相。使布料浸渍于液面下的条件(照片中A)保持10秒钟，布料一半露于气相的条件(照片中B)保持50秒钟，以使每次循环时的上染量变化为目的，变化升温条件，进行染色试验。

染色处方如下所示：
染料：Sumikaron Blue E-FBL1.0%
助剂：分散匀染剂1g/L
pH值5
浴比：1:10
升温条件：2～4℃/min
搅拌条件：露出于气相50秒／浸渍于液相10秒(反复)

图7．匀染实验方法

被染物在上升状态时，被染物的一半露于气相部分，下沉状态时全部浸渍于染液。

如图7左侧A所示状态，使被染物a和b部分在染液中充分浸渍10秒钟，之后，如右侧B所示状态，保持50秒钟。上述操作反复进行，比较a和b的浓度差。

试验结果：

结果表明，在1℃/min~3℃/min的升温条件下，当露于气相的部分的浸渍染料浓度大于每次循环时的上染量时，露于气相的部分和一直浸渍于液相的部分不存在上染浓度差及色相差，染色均匀。而在4℃/min的升温条件下，当露于气相的部分的浸渍染料浓度小于每次循环时的上染量时，出现染色不均现象。图片

 

表4．升温速度与露于气相部分(浮出部分)的不均染的关系

 

表4表示的是，假设浴比为1:10的布上的染液浸渍量为200%o.w.f.，循环次数为次／min的条件下，以布料上的染料与每次循环时的上染量(如果染料过量存在，上染可能的上染量) 的比较为目的，利用升温速度较快时，每次循环时的上染量增加的规则的实验结果。

从表4的结果可知，升温速度为2℃/min或3℃/min时，没有发生不均染现象。这说明布料上的染料量多于每次循环时的上染量，另一方面，升温速度为4℃/min时，在102℃~118℃的范围内，出现不均染现象。这是因为布料上的染料量少于每次循环时的上染量。

来源：纺染天地