第十五章棉纤维制品丝光 §15.1丝光原理及丝光棉性质 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。 碱缩:棉制品(通常为棉针织物)在松驰的状态下用浓的烧碱液处理,使纤维任 意收缩,然后洗去烧碱的过程,也称无张力丝光。 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如下理论 (水合理论)作出解释 1烧碱与天然纤维素(纤维素Ⅰ)作用,生成碱纤维素,主要有两种类型 ①醇化合物: Cell-ONa②分子化合物(加成化合物): Cell-OH NaOH 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: Naoh H2O HO 纤维素I 纤维素一H2O纤维素—纤维素Ⅱ 天然纤维素碱纤维素 水合纤维素 丝光纤维素 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,不仅可以进入纤维的无定形区,还可以进入到纤维的部分结晶 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6 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。 二丝光棉的性质 1光泽 经浓碱液处理后,由于不可逆溶胀作用,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吸附性能及化学反应性能 处理后棉纤维结晶度↓(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
1 第十五章 棉纤维制品丝光 §15.1 丝光原理及丝光棉性质 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。 碱缩：棉制品（通常为棉针织物）在松驰的状态下用浓的烧碱液处理，使纤维任 意收缩，然后洗去烧碱的过程，也称无张力丝光。 一 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如下理论 （水合理论）作出解释。 1 烧碱与天然纤维素(纤维素Ⅰ)作用，生成碱纤维素，主要有两种类型： ①醇化合物：Cell-ONa ②分子化合物(加成化合物)：Cell-OH.NaOH 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： 纤维素Ⅰ Na-纤维素 H2O.纤维素 纤维素Ⅱ 天然纤维素 碱纤维素 水合纤维素 丝光纤维素 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，不仅可以进入纤维的无定形区，还可以进入到纤维的部分结晶 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。 二 丝光棉的性质 1 光泽 经浓碱液处理后，由于不可逆溶胀作用，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 吸附性能及化学反应性能 处理后棉纤维结晶度↓(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。 NaOH H2O -H2O
钡值:为了衡量棉纤维对化学药品吸附能力的大小,用棉纤维吸附氢氧化钡的能 力来表 3定形作用 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。 4强度 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,使取向度提髙,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,纤维间抱合力提高,另也减少了因大分子滑移而引起断裂 的因素
2 钡值：为了衡量棉纤维对化学药品吸附能力的大小，用棉纤维吸附氢氧化钡的能 力来表示。 3 定形作用 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。 4 强度 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，纤维间抱合力提高，另也减少了因大分子滑移而引起断裂 的因素
§15.2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。 碱液浓度 是影响丝光效果的主要因素之一,只有当碱液浓度达到某一临界值后才能引起 棉纤维剧烈的膨化。 ①当浓度低于100g/1时,不起丝光作用。 ②当浓度在100~250g/1时,棉布的径向收缩率和钡值随浓度提高而急剧上升。 ③当浓度大于250g/1时,上升就比较缓和。再提高碱液浓度,丝光效果无显著 提高,反而增加丝光后去碱负担。 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240~ 280g/1。 半丝光:对某些要求不高的品种,采用150~180g/1的烧碱溶液处理,以提高染 色性能。 张力 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 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 到常温即可。 四时间
3 §15.2 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之一，只有当碱液浓度达到某一临界值后才能引起 棉纤维剧烈的膨化。 ① 当浓度低于 100 g/l 时，不起丝光作用。 ② 当浓度在 100～250 g/l 时，棉布的径向收缩率和钡值随浓度提高而急剧上升。 ③ 当浓度大于 250 g/l 时，上升就比较缓和。再提高碱液浓度，丝光效果无显著 提高，反而增加丝光后去碱负担。 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 240～ 280g/l。 半丝光：对某些要求不高的品种，采用 150～180 g/l 的烧碱溶液处理，以提高染 色性能。 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 到常温即可。 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/ 1 NaOH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,使布 面含碱在5%以下;②放松纬向张力后,利用去碱蒸箱和平洗装置,用将余碱去 尽,必要时可用酸中和
4 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，使布 面含碱在 5％以下； ②放松纬向张力后，利用去碱蒸箱和平洗装置，用将余碱去 尽，必要时可用酸中和
§15.3丝光方法 常用丝光机有布铗丝光机,弯辊丝光机和直辊丝光机。以布铗丝光机效果最 好,应用最广。丝光机均由浸碱装置、扩幅装置、去碱装置、平洗装置组成。 布铗丝光机 由平幅进布装置→前轧碱槽亠绷布辊筒→后轧碱槽→布铗扩幅装置 冲洗吸碱装置亠去碱蒸箱→平洗机亠烘筒烘燥机→平幅出布装置等 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。 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。 扩幅作用是依靠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。 四丝光工序 1原坯丝光 由于原布润湿性差,易造成丝光不均匀,废碱含杂多,给回收带来麻烦,很 少用,对于某些不需要练漂加工的品种及一些单纯通过丝光处理以提高强度、降 低断裂伸长的工业用布宜进行原布丝光。 2先漂后丝 目前应用最为广泛,丝光效果好,废碱较净,但由于丝光碱液含杂和色泽的影 响,处理后织物白度差,易沾污,适合色布,尤其厚重织物。 3先丝后漂 白度及手感好、但光泽差,但丝光效果不如先漂白后丝光,漂白时易损伤纤维 不适宜染色品种尤其厚重织物,因为漂白时易产生折痕和擦伤。适用于漂布,印 花布
5 §15.3 丝光方法 常用丝光机有布铗丝光机，弯辊丝光机和直辊丝光机。以布铗丝光机效果最 好，应用最广。丝光机均由浸碱装置、扩幅装置、去碱装置、平洗装置组成。 一 布铗丝光机 由平幅进布装置 → 前轧碱槽 → 绷布辊筒 → 后轧碱槽 → 布铗扩幅装置 → 冲洗吸碱装置 → 去碱蒸箱 → 平洗机 → 烘筒烘燥机 → 平幅出布装置等 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。 扩幅作用是依靠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。 四 丝光工序 1 原坯丝光： 由于原布润湿性差，易造成丝光不均匀，废碱含杂多，给回收带来麻烦，很 少用，对于某些不需要练漂加工的品种及一些单纯通过丝光处理以提高强度、降 低断裂伸长的工业用布宜进行原布丝光。 2 先漂后丝： 目前应用最为广泛，丝光效果好，废碱较净，但由于丝光碱液含杂和色泽的影 响，处理后织物白度差，易沾污，适合色布，尤其厚重织物。 3 先丝后漂： 白度及手感好、但光泽差，但丝光效果不如先漂白后丝光，漂白时易损伤纤维， 不适宜染色品种尤其厚重织物，因为漂白时易产生折痕和擦伤。适用于漂布，印 花布
4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。 5湿布丝光 湿布丝光可以在练漂后省一道烘干工序,可以省去丝光前的烘燥设备,降低 能耗,且纤维膨化足,吸碱均匀,丝光效果好,产品质量稳定。但湿布丝光对丝 光前的轧水要求高,轧余率要低,且轧水要均匀,否则将影响丝光效果。 湿布丝光时碱液易于冲淡,因此补充的碱液浓度要高,并维持盛碱槽内碱液 浓度均匀一致。湿布丝光的效果稍逊于干布丝光。 6热碱丝光 常规丝光工艺是室温丝光,温度约为18~20℃,在低温、高浓度下,丝光碱 液粘稠,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 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) 7真空浸碱透芯丝光 为了解决表面丝光的一种新工艺,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,从而缩短浸渍昞 间,提高效率,但设备复杂,高速运行时费用较大 8液氨丝光 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 性和抗皱性较髙,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。 五丝光效果的评定 1光泽 是衡量丝光织物外观效果的主要指标之
6 4 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。 5 湿布丝光 湿布丝光可以在练漂后省一道烘干工序，可以省去丝光前的烘燥设备，降低 能耗，且纤维膨化足，吸碱均匀，丝光效果好，产品质量稳定。但湿布丝光对丝 光前的轧水要求高，轧余率要低，且轧水要均匀，否则将影响丝光效果。 湿布丝光时碱液易于冲淡，因此补充的碱液浓度要高，并维持盛碱槽内碱液 浓度均匀一致。湿布丝光的效果稍逊于干布丝光。 6 热碱丝光 常规丝光工艺是室温丝光，温度约为 18～20℃，在低温、高浓度下，丝光碱 液粘稠，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 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) 7 真空浸碱透芯丝光 为了解决表面丝光的一种新工艺，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。 8 液氨丝光 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。 五 丝光效果的评定 1 光泽 是衡量丝光织物外观效果的主要指标之一
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。 本光棉布钡值=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 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) 缩水率试前实测长二试后实测长 试前实测长
7 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。 本光棉布钡值=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)。 缩水率＝ 试前实测长 － 试后实测长 试前实测长