新型等离子体织物处理设备及工艺研究.pdf

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1、第3 1 卷第2 期 2 0 1 0 年2 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 1 ，N o 2 F e b ，2 0 1 0 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 7 7 0 4 新型等离子体织物处理设备及工艺研究 张朝前1 ，庄小雄2 ，徐憬2 ， ( 1 中国科学院微电子研究所，北京1 0 0 0 2 9 ；2 方虹天2 ，赵玲利1 ，王守国1 中国纺织科学院江南分院，浙江绍兴3 1 2 0 7 1 ) 摘要为减少棉布前处理过程中化学品用量，实现节能减排，基于常

2、压等离子体技术开发了一种连续生产的等 离子体设备，该设备的总功耗为5 0k W ，车速可调范围为5 6 0m m i n ，处理面料的幅宽达1 6m 。该设备还具有对 中装置及P L C 自动控制系统。对采用新设备的应用工艺进行了初步研究，试验结果表明，棉坯布经等离子体设备 双面处理后，其毛细效应可以达到常规湿化学退浆工艺处理后的毛细效应，当车速为5 0m m i n 时，处理后的毛细高 度为8e m o 关键词常压等离子体；设备；棉布；退浆 中图分类号：T S1 0 1 8文献标志码：A An e wt y p eo fp l a s m ae q u i p m e n tf o rf a

3、 b r i ct r e a t m e n ta n dp r o c e s st h e r e o f Z H A N GC h a o q i a n l ，Z H U A N GX i a o x i o n 9 2 ，X UJ i n 9 2 ，F A N GH o n g t i a n 2 ， Z H A OL i n g l i l ，W A N GS h o u g u 0 1 ( 1 ，w t 缸“t eo fM i c r o e l e c t r o n i c so fC h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s ，

4、B e i j i n g1 0 0 0 2 9 ，C h i n a ； 2 C h i n aT e x t i l eA c a d e m yJ i a n g n a nB r a n c h ，S h a o x i n g ，Z h e j i a n g3 1 2 0 7 1 ，C h i n a ) A b s t r a c tAn e wt y p eo fp l a s m ae q u i p m e n tf o rc o n t i n u o u sp r o c e s s i n gb a s e do nt h en e wt e c h n o l o

5、g yo f a t m o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m ah a sb e e nd e v e l o p e dr e c e n t l yf o rr e d u c i n gt h eu s eo fc h e m i c a l sa n dp o l l u t i o n a n ds a v i n ge n e r g yi nt h ed e s i z i n gp r o c e s so fc o t t o nf a b r i c s T h et o t a lp o w e rc o n s u m p t

6、 i o no ft h i se q u i p m e n t i s5 0k Wa n di t st r e a t i n gw i d t ho ff a b r i ci su pt o1 6m e t e r T h ew o r k i n gs p e e do ft h ee q u i p m e n ti s r a n g e df r o m5 6 0m m i nw h i c hi sc o n t r o l l e db yaP L Ca u t o m a t i ca n dm i d p o i n ts y s t e m T h ee l e m

7、 e n t a r y e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh i g ho fc a p i l l a r ye f f e c t o ft h es a m p l et r e a t e do nb o t hs i d e sb yt h e e q u i p m e n tw i t ht h es p e e do f5 0m m i ni su pt o8e m ，w h i c hi se q u i v a l e n tt ot h a tt r e a t e db yt r a

8、d i t i o n a l w e t - c h e m i c a lp r o c e s s K e yw o r d sa t m o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m a ；e q u i p m e n t ；c o t t o nf a b r i c ；d e s i z i n g 棉布在染色、印花和整理前必须经过退浆和煮 练处理，传统的方法主要是采用强碱进行高温汽蒸， 还要经过热水和冷水洗涤，既耗水、耗能，又产生大 量废水，严重污染环境，印染行业前处理生产过程是 最大的污染源之一。利用常压等离子体技术对棉坯 布进行处理，既能够

9、对棉坯布上的浆料进行有效的 表面刻蚀和分解，切断其分子链，使其对棉的黏附性 大大降低，又能够活化棉布表面，使棉籽壳、果胶、油 脂、蜡质等氧化，易于去除。大大减少了传统前处理 工艺中化学原料的使用量，缩短了煮练时间，从源头 上减轻了印染的污染问题。 等离子体技术在纺织染整前处理工艺中应用的 研究已见报道，多数是利用低压真空等离子体，尽管 工艺试验效果明显，但由于低压真空等离子体只能 做间歇式处理，加工成本较高，使应用受到了很大限 制。近几年随着常压等离子体技术的发展，其在前 处理工艺中的应用备受人们的关注“1 。可是目前 常用的介质阻挡常压等离子体发生装置普遍存在问 题：发生器幅宽较小；电极之间

10、的放电间隙不能调 节；无烘干系统；放电功率太小等，因此无法实现工 收稿日期：2 0 0 9 0 2 0 4修回日期：2 0 0 9 0 7 一1 5 作者简介：张朝前( 1 9 7 9 一) ，男，工程师，硕士。研究方向为常压等离子体的应用。E - m a i l ：z h a n g c h a o q i a n i m e e l l 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 7 8 纺织学报第3 1 卷 业化“州。本文介绍了新研制的常压等离子体处

11、 理设备，并利用该设备研究了棉坯布经过等离子体 处理后的毛细效应和表面形貌。 1 设备介绍 常压等离子体面料处理设备由进布机和对中装 置、红外加热及开幅系统、等离子体处理系统、出布 机以及P L C 自动控制系统4 部分构成。设备照片 如图1 所示，设备内部等离子体局部放电照片如图2 所示。该设备配备了织物传动系统和远红外烘干系 统，处理面料的幅宽可达1 6m ，电极间放电间隙可 根据面料的厚度自动进行调节，调节范围为 1 5m m ，当布匹局部出现异常情况时( 如不规则厚 度接头) 仍可保证生产的正常进行。等离子体发生 器的放电功率达到3 0k W ，车速为5 6 0m m i n 。设 备

12、采用P L C 控制器，将机器的各个功能部分进行严 格的逻辑控制，并设计了人性化的触摸式操作界面， 生产操作简洁方便。 图1常压等离子体纺织面料处理设备照片 F i g 1 P i c t u r eo fa t m o s p h e r i cp r e s s u r ep l a s m a e q u i p m e n tf o rc l o t ht r e a t m e n t 图2 设备内部等离子体局部放电照片 F i g 2 P a r t i a lp i c t u r eo fp l a s m ad i s c h a r g ei ne q u i p m e

13、n t 2试验工艺 试样采用绍兴海神印染制衣有限公司提供的纯 棉斜纹坯布，规格为：线密度2 8t e x 2 8t e x ，经密 5 1 8 根1 0c m ，纬密2 8 8 根1 0c m 。使用的浆料是 淀粉和P V A 混合浆。试样缝接于前后导布之间，由 传动系统带动，平稳通过该设备。等离子体放电总 功率为3 0k W ，改变车速和处理方式( 单面处理和双 面处理) ，对比不同处理条件下棉坯布毛细管效应 的变化，用共焦显微镜观察等离子体处理前后棉坯 布表面形貌的变化。 2 1 毛细效应的测试方法 将试样放入1 0 0o C 不添加任何助剂的开水中浸 泡1m i n ，在室温条件下自然晾

14、干2 4h ，测试其毛细 效应。 对比单面处理前后棉坯布的毛细效应发现，经等 离子体处理后，棉坯布毛细效应明显提高，3 0m i n 后 毛效高度最高超过8c m ，比未处理的原样高出近4 倍。随着处理车速的提高，毛细效应总体呈下降趋 势，说明等离子体处理时间影响毛细效应。从图3 可 以看出，车速越慢即处理时间越长，毛效越好。 原样1 0 1 5 2 0 2 5 车速( m m i n 一) 图3单面处理不同车速下棉坯布的毛细效应对比图 F i g 3 C o n t r a s to fc a p i l l a r ye f f e c tf o rc o t t o ng r e i g

15、 e b yd i f f e r e n tt r e a ts p e e do fs i n g l e s i d e 双面处理是以某一车速对试样正反面各处理 1 遍，双面处理前后棉坯布的毛细效应见图4 。从等 离子体处理时间上看，单面处理的速度1 0 、1 5 、2 0 、 2 5m r a i n 与双面处理速度2 0 、3 0 、4 0 、5 0m m i n 分别 相等。通过对比双面处理前后棉坯布的毛细效应可 以看出，在等离子体处理时间相同的条件下，经双面 处理的棉坯布其毛细效应明显高于单面处理的毛细 效应。在双面处理速度为2 0m m i n 时，比单面处理 速度为1 0m

16、m i n 时的3 0m i n 毛效高了近1c m 。从变 化趋势上看与单面处理一致，都是随着处理车速的 提高，毛细效应总体呈下降趋势。 2 2 采用共焦显微镜进行表面分析 用共焦显微镜观察等离子体处理前后棉坯布的 表面形貌变化，结果如图5 所示。 9 8 7 6 5 4 3 2 ，O 昌3，邂较熹惮 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期张朝前等：新型等离子体织物处理设备及工艺研究 7 9 1 0 9 8 g 7 谊6 誓s 御4 3 2 l

17、 O 原样2 03 04 05 0 车自l l ( m r n i n 一) 图4 双面处理不同车速下棉坯布的毛细效应对比 F i g 4 C o n t r a s to fc a p i l l a r ye f f e c tf o rc o t t o ng r e i g e b yd i f f e r e n tt r e a ts p e e do fd o a b l e s i d e ( a ) 等离子体处理前 ( b ) 等离子体处理后 图5等离子体处理前后棉坯布的表面 共焦显微镜照片( 双面处理车速为5 0m m i n ) F i g 5 C o n f o c a

18、 lm i c r o s c o p ep i c t u r e so fc o t t o ng r e i g e b e f o r ea n da f t e rp l a s m at r e a t m e n t ( t e s ts p e e do f 5 0m m i n ) ( a ) B e f o r ep l a s m at r e a t m e n t ； ( b ) A f t e rp l a s m at r e a t m e n t 由图5 可以看出，经等离子体处理后，棉坯布的 表面形貌发生了较大的变化，表面浆料结构得到了 很好的分解，变得疏松，

19、有利于下一步的煮练加工。 2 3 节能实例分析 在工厂进行生产，以全棉精梳府绸为试验样品， 经等离子体处理后可以省去前处理的退煮工艺，水 洗后直接漂白可获得与传统工艺相同的加工效果。 按照传统退煮工艺，轧余率为9 5 ，以电 0 7 5 元( k W h ) 、蒸汽1 8 0 元t 、水4 元m 、2 8 的碱液0 7 3 元k g 、精练剂5 4 6 元k g 、渗透剂 7 6 8 元k g 、鳌合分散剂5 元k g 计算，其成本测算 为：碱液消耗为1 4 1 6 元k i n ，其他化学药剂消耗为 7 8 8 元k i n 。电费消耗为1 8 7 5 元k i n ，蒸汽消耗为 1 0 8

20、 元k i n ，水消耗为1 2 元k m 。 采用等离子体处理工艺：降低了助剂成本；缩短 了汽蒸时间，蒸汽消耗为3 6 元k i n ；减少了水洗，水 消耗为3 2 元k m ；增加了电的费用，电消耗为 2 7 2 5 元k i n 。综合起来，等离子体前处理新工艺较 传统工艺节约生产成本9 4 3 4 元k i n 。 3结论 采用新型等离子体设备，对棉坯布进行不同处 理工艺的研究。将等离子体处理后的棉坯布，在不 添加任何助剂和碱剂的情况下直接浸泡，晾干后观 察其毛细管效应。 1 ) 毛细效应与处理的车速有关，随着处理速度 的提高，处理时间的缩短，其毛细效应呈下降趋势。 2 ) 在同样的放

21、电条件下，双面处理比单面处理 可得到更明显的处理效果。当采用不同车速的双面 处理工艺时，经等离子体处理后样品的毛细高度均 超过7c n l ，与传统的工艺相比，该工艺达到了传统碱 退浆工艺的毛细效应。 3 ) 共焦显微镜对处理前后试样的表面形貌特 征分析表明，等离子体处理后，棉坯布表面的浆料结 构得到了有效地分解和刻蚀，结构变得十分疏松。 4 ) 常压等离子体处理技术节约了水、汽，减少 了碱和其他化学助剂的使用，减轻了对环境的污染， 降低了污水处理的成本和生产成本。 参考文献： 1 于伟东，姚江微纺织加工中的等离子体技术应用现 状及基本问题 J 纺织导报，2 0 0 6 ( 4 ) ：1 9

22、2 3 Y UW e i d o n g ，Y A OJ i a n g w e i A p p l i c a t i o no fp l a s m a t e c h n o l o g yi n t e x t i l ep r o c e s s i n g ：s t a t u s b a s i cp r o b l e m s J C h i n aT e x t i l eL e a d e r ，2 0 0 6 ( 4 ) ：1 9 2 3 2 毛志远比利时E u r o p l a s m a 低温等离子体设备制造 工厂见闻 J 产业用纺织品，2 0 0 2 ，2 0 (

23、 3 ) ：3 3 3 4 M A OZ h i y u a n T h ei n f o r m a t i o no fE u r o p l a s m ac o m p a n y w h i c hb eal o wt e m p e r a t u r ep l a s m a p o l y m e re q u i p m e n t s m a n u f a c t u r e r J T e c h n i c a lT e x t i l e s ，2 0 0 2 ，2 0 ( 3 ) ：3 3 3 4 3 王春霞，邱夷平常压等离子体改善合成纤维吸湿性 的研究 J 合成

24、纤维工业，2 0 0 7 ，3 0 ( 4 ) ：8 一l O W A N GC h u n x i a ，Q I UY i p i n g S t u d yo nw e t t a b i l i t y i m p r o v e m e n to fs y n t h e t i cf i b e rb ya t m o s p h e r i cp r e s s u r e p l a s m a J C h i n aS y n t h e t i c F i b e rI n d u s t r y ，2 0 0 7 ， 3 0 ( 4 ) ：8 一1 0 4 邢声远低温等离子

25、体技术在纺织工业中的应 用 J 毛纺科技，2 0 0 4 ( 1 ) ：2 1 2 6 X I N GS h e n g y u a n A p p l i c a t i o n o fl o w t e m p e r a t u r e p l a s m at e c h n o l o g yi n t e x t i l ei n d u s t r y J W o o lT e x t i l e J o u r n a l ，2 0 0 4 ( 1 ) ：2 1 2 6 5 董绍伟等离子体技术在纺织染整中的应用 J 染 整技术，2 0 0 5 ，2 7 ( 7 ) ：1 2 一

26、1 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 8 0 纺织学报 第3 1 卷 【6 7 D O N GS h a o w e i A p p l i c a t i o no fp l a s m at e c h n o l o g yi n t e x t i l ed y e i n ga n df i n i s h i n g J D y e i n ga n dF i n i s h i n g T e c h n o l o g y ，2

27、0 0 5 ，2 7 ( 7 ) ：1 2 一1 6 蔡再生，邱夷平棉织物常压等离子体处理退浆 】 印染，2 0 0 5 ( 2 2 ) ：1 2 一1 5 C A IZ a i s h e n g ，Q I U Y i p i n g A t m o s p h e r i cp r e s s u r e p l a s m aa i d e dd e s i z i n go fc o t t o nf a b r i c J D y e i n g F i n i s h i n g ，2 0 0 5 ( 2 2 ) ：1 2 一1 5 陈森，陈英低温等离子体处理对棉织物碱退浆的影 响

28、 J 印染，2 0 0 6 ( 2 1 ) ：4 6 C H E NS e n ，C H E NY i n g E f f e c to fl o wt e m p e r a t u r e p l a s m at r e a t m e n to na l k a l id e s i z i n go fc o t t o nf a b r i c J D y e i n g & F i n i s h i n g ，2 0 0 6 ( 2 1 ) ：4 6 ( 上接第7 2 页) 5 汪荣鑫数理统计 M 西安：西安交通大学出版社， 2 0 0 4 ：9 0 9 6 W A N GR

29、o n g x i n M a t h e m a t i c a lS t a t i s t i c s M X i 7 a n ： X i 如J i a o t o n gU n i v e r s i t yP r e s s 2 0 0 4 ：9 0 9 6 6 宁正祥食品成分分析手册 M 北京：中国轻工业出 版社，1 9 9 8 N I N G Z h e n g x i a n g F o o d I n g r e d i e n tA n a l y s i s M a n u a l M B e i j i n g ：C h i n aL i g h tI n d u s

30、t r yP r e s s ， 8 9 1 0 李弛，唐晓亮，严治仁米量级常压等离子体改性装 置及其在纺织材料改性中的应用 J 核聚变与等离 子体物理，2 0 0 8 。2 8 ( 2 ) ：1 8 2 1 8 6 L IC h i ，T A N GX i a o l i a n g ，Y A NZ h i r e n M e t r e s c a l e a t m o s p h e r i cp l a s m am o d i f i c a t i o ne q u i p m e n ta n di t s a p p l i c a t i o nt ot e x t i l

31、 em a t e r i a l s J N u c l e a rF u s i o na n d P l a s m aP h y s i c s ，2 0 0 8 ，2 8 ( 2 ) ：1 8 2 1 8 6 S U ND ，S T Y L I O SGK E f f e c to fl o wt e m p e r a t u r e p l a s m at r e a t m e n to nt h es c o u r i n ga n dd y e i n go fn a t u r a l f a b r i c s J T e x t i l eR e s e a r

32、c h ，2 0 0 4 ，7 4 ( 9 ) ：7 5 1 7 5 6 C A IZ a i s h e n g P r e l i m i n a r yi n v e s t i g a t i o no fa t m o s p h e r i c p r e s s u r ep l a s m a - a i d e dd e s i z i n gf o rc o t t o nf a b r i c s J A A T C CR e v i e w ，2 0 0 2 ( 1 0 ) ：1 9 2 1 1 9 9 8 7 大连轻工业学院，华南理工大学，郑州轻工业学院， 等食品分析

33、 M 北京：中国轻工业出版社，1 9 9 4 ： 2 2 l 一2 2 6 D a l i a nI n s t i t u t eo fL i g h tI n d u s t r y ，S o u t hC h i n aU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，L i g h tE n g i n e e r i n g I n s t i t u t e so f Z h e n g z h o u ，e ta 1 F o o dA n a l y s i s M B e i j i n g ：C h i n a L i g h tI n d u s t r yP r e s s ，1 9 9 4 ：2 2 1 2 2 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark