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经纱上浆一直是纺织工业的一个关键工序,目前,常用的上浆方法是“二高一低”工艺,用量最大的浆料是淀粉。但是天然淀粉浆的上浆性能存在缺陷,如粘度较大、粘附力较低、浸透性较差、成膜的柔韧性不好等,还满足不了上浆工艺的需要。
本课题研究了采用大功率超声波技术对经纱上浆,以提高和改善浆纱性能的新技术及其原理。
首先,淀粉浆液在超声波作用下的特性是决定上浆最终性能的重要因素。通过超声波技术对浆液作用的试验研究,测定了超声波作用前后淀粉浆液的流变特性、淀粉链结构、分子量、浆液浸透性、粘附性以及浆膜性能,对超声波对浆液性能的影响进行了全面的量化。
超声波对经纱上浆时,不仅会对浆液产生影响,也会对纱线造成影响。通过自我设计的试验,测定了经过超声波处理前后纱线的上染速率,以此来表征超声波对纱线内外空气脱泡情况。
最后,为了综合分析超声波技术对原淀粉经纱上浆性能的影响,掌握超声波上浆的规律,通过正交试验,测定了浆纱的一系列工艺指标,对浆纱的性能进行了全面表征、量化。
由试验及其结果我们有以下的结论:
(1) 从浆料流体力学看,淀粉浆料属于假塑性流体,即在切力下变稀。通过测试浆液的各种流变特性,获取超声波处理前后浆液的物料性能以及相应的影响因素。结果表明,功率超声波的作用可以降低淀粉浆液的粘度,改变淀粉链结构,提高浆液的浸透性和粘附性,改善浆膜的力学性能。这对上浆有很大的好处。同时,由该试验研究了超声波促进上浆的可能性。
(2)纱线是上浆过程中的被粘物,其性能同样能够影响上浆的好坏。纱线作为纤维的紧密集合体,几秒到几十秒的超声波很难对其发生力学上的改变。但是,通过超声波对纱线的试验中发现,超声波对纱线的作用机制,更主要的在于增加纱线内外的空气泡脱泡速度,使更多的浆料大分子能很快地吸附在纱线的表面,以及在纤维之间更容易的扩散,从而使浆膜在纱线上的成膜性更好,浸透量更高。
(3)应用超声波技术对经纱上浆进行试验和研究,通过大量可重复的混合水平正交试验,测定了上浆后纱线的各种性能和浆纱工艺指标,如上浆率、强伸度、耐磨性、毛羽率等,对上浆的工艺性能指标进行了全面的表征和量化。结果表明,超声波可以降低淀粉浆液的粘度,扩大了适用的浓度范围;可以降低上浆的温度,从而有利于避免高温上浆存在的浆斑。
(4)从大量的实验说明,图象处理法来表征纱线的毛羽情况是可行的,同时,不需要专门的仪器设备。本文基于Matlab图像处理工具箱,根据纱线扫描图像的特点,提出了阈值选择方法,并实现对纱线相对毛羽率的快速表达。结果表明,该方法分割效果好,运算速度快,具有较高的实用价值。总之,超声波技术在经纱上浆中的应用可以改善淀粉浆液的上浆性能、促进纱线的脱泡,有利于淀粉上浆工艺中的吸浆作用,有利于节约资源、降低能耗,符合当今“绿色上浆”的需要,这对开发新的上浆工艺有重要的意义。