山东纺织科技.pdf

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1、仪器与检测L FY6D纺织染料升华色牢度测试仪的研制林旭,杨成丽,宋广义(山东省纺织科学研究院,山东 青岛266032)摘要:阐述了新型纺织染料升华色牢度测试仪的研究和制造,介绍纺织染料升华色牢度仪的结构设计、技术特征。并应用该仪器对实际印染布进行了测定,结果表明该仪器温度控制准确,测试结果重现性好,为提高纺织产品印染质量提供了可靠的检测手段。关键词:纺织染料;升华色牢度;测试仪中图分类号:TS103.6+5文献标识码:B文章编号:100923028(2001)02200422041前言新的有色服装在熨烫时经常会发生原样变色和沾色的情况,即服装的颜色发生变化。这主要是染料的升华色牢度差所引起的

2、。由于这一过程是不可逆的,因此大大地降低了服装产品的使用价值。在纺织品印染生产过程中也常因染料升华色牢度不佳,导致在热定型过程或其它后整理加工中印染布产生干热褪色和沾色的色牢度问题。印染产品加工的色泽与升华色牢度有关。深色纺织品升华色牢度问题比较突出,选用升华色牢度高的染料对成品的质量有利。因此,需用染料升华色牢度仪确定升华色牢度。另一方面,随着更多新型染料的不断推向市场,必须准确测定新型染料对不同种类织物所产生的升华色牢度,以满足生产和科研的需求。特别是升华点的测定,能对热熔法染色的分散性染料的性质作出有用的预断,根据在不同温度下所求得的色牢度等级,按织物的使用范围来选择合适的染料。我院研制

3、的新一代“L FY-6D型纺织染料升华色牢度试验仪”能同时测定三个标准温度下的印染产品升华色牢度,符合国家标准(GB571897)。该仪器温度控制准确,测试结果重现性好,为指导印染生产,提高纺织产品印染质量提供可靠收稿日期:2000210213作者简介:林旭(1960),男,高级工程师。的升华色牢度检测手段。2染料升华色牢度测试机理的研究物理学中一个物质由固态转化成气态或汽态的现象,称之为升华,其升华平衡类似汽化平衡。因为一种固态染料从一种染色纤维的表面转移到另一种本来是白色的或另一种颜色的纤维表面的一个过程,特别是一般分散染料加热至150250便熔融或升华,而不分解,且容易在干热空气中由固态

4、直接气化的特征。印染纺织品的升华色牢度和染料升华点的测试与试样接触热板的温度、施加在试样上的压力、选用衬布的原料以及织物组织物理性能都有密切关系。为使试验结果的重现性好、准确性高,就需要把试验中的可变条件,如压力、温度、衬布等指标加以确定。2.1预加压力的选择在织物升华色牢度试验时,压力的功能是保证试样和衬布接触均匀,以便在衬布上面沾色均匀,易于评判等级。试验发现当压力小于10 cN?cm2时,加热固体表面与试样和衬布接触不均匀,导致沾色数不均匀。压力在2080 cN?cm2之间,对染色试样的影响和沾色的程度没有引起任何变化。为此,L FY-6D型纺织染料升华色牢度试验仪选定4 kPa的压力。

5、2.2衬布原料对升华色牢度测试的影响在纺织染料升华色牢度试验中白衬布的原料和物理特性对试样沾色程度有重要的关系。用分24山东纺织科技2001年第2期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.散染料染色的尼龙、涤纶、三醋酸纤维、粘胶纤维和纯棉布作衬布进行了研究,沾色比较重的是涤纶织物。在加热过程中,某些白衬布稍有变色、沾色,如尼龙织物经加热后稍有变黄的现象。衬布对升华色牢度试验影响还与衬布的物理特性有关。由于加热试验时间仅为30秒,热能经过衬布传导至试样,衬布的厚度、密度都将影响热量转移至试样。我们

6、分别在150、180和210条件下,以蓝、紫、桔等不同色泽的醋酸纤维织物进行试验30秒,夹层用纯棉白衬布(厚约0114 mm)和三醋酸纤维(厚约01028 mm),采用一、二、三层衬布叠加的三种形式进行试验,其结果是仅与试样接触的衬布受到沾色,而三块衬布叠加的试验沾色稍有减轻;衬布的厚度在011016 mm范围内对升华色牢度的影响较小。3仪器的特点与结构本仪器由自动控制系统、加热机构、控温测温系统、自动施加压力系统和定时系统组成。3.1自动控制系统设计自动控制系统是仪器的核心,分别由定时电路、比较电路和信号处理电路组成。整个系统结构框图见图1。时间预置 启动试验 压力施加 计时 比较控制 停计

7、时 温控 数据显示释放压力弹起试样图1自动控制系统框图该系统主要功能为:(1)能够接收试验人员通过面板控制键输入的试验条件和试验时间。(2)能够按照预置的试验条件自动完成对各自动化机构的顺序控制。该系统的主要特点:采用大规模CMOS集成电路,实现了模块化设计,功能强、成本低、可靠性高。该系统能较好地解决L FY6D纺织染料升华色牢度测试仪试样加压机构,温度设定和试验完成后试样脱离热源的升降机构等自动控制问题。3.2加热机构的设计本仪器设计六块自动控温的黄铜块组成三个测试块,另三块作为相应点的备用。单块加热机构剖面图见图2,仪器加热用黄铜作热媒(图2中A)。其导热能力强(导热系数=0192卡?c

8、ms),能够使热量迅速向四周传导,使四边温度可快速达到热平衡。加热方式为每个测试块内按上、下插入两组电阻丝加热。(图2中K2、K3)二加热器功率相等。最上方为测试面,靠近测试面装有一只铂电阻温度检测元件。为使仪器的加热板升温速度快,保温系统由3层保温材料组成。一般实验室温度为20,仪器内稳定温度为210,温差之大会使其散热速度加快,另外各测试块控制温度不同,也易产生热量流动。因此将保温系统设计为多层不同性质的介质的隔热体系,大大减少热量的散失和测试块温度的相互影响,测试块与外界之间的保温体系如图2所示,其中B为蛭石,C为石棉,D为玻璃丝布,采用蛭石为内层保温,主要是应用其耐高温性能,中层采用石

9、棉保温层,最外层为玻璃丝布。测试块之间保温采用蛭石加石棉加蛭石,以阻止两测试块之间的温度流通。图2加热与保温机构示意图3.3控温与测温机构的设计自动控温机构由温度检测和温度控制两部分组成,为克服热惯性对温度控制的影响,我们采用“基温”和“控温”相结合的方式来对测试块加热。“基温”用一个恒定不变的电功率,主要用于补偿散热缓冲超调。“控温”用同电路(数字控温环路)配合的电功率,控温部分以热平衡原理为基础,采用电接三位式控温方式。三个测试块温度分别为150,180,210,仪器出厂时都已调整好,用户也可根据需要在150至210范围内任意调节。整个控温电路主要由测温传感器、放大电路、比较电路、驱动电路

10、、温度值显示等部分组成。342001年第2期山东纺织科技 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.测温传感器采用铂电阻Pt=1008,铂电阻的阻值与所测温度的关系方程式Rt=Rt0(1+A t+Bt2),其中Rt为温度t()时的铂电阻值;Rt0为温度0时的铂电阻值。温度传感器放置在测试块的最上面K1位置,见图2。当加热达到热平衡时,传感器所测温度为测试块表面温度。图3三位式自动控温系统示意图国标GB571897要求仪器控制温度在2,以确保仪器升温速度,仪器采用三位式控制方式和控温电压调整。三位式控

11、温方式从功率上表示零、半功率、额定功率。图3是三位式自动控温系统示意图,开始加热时,炉温T小于预置温度下限T2,此时温控输出额定功率。图3中所示C1、C2两个继电器全接通。“控温”加热器以全功率输出。在两位加热器全功率输出情况下,测试块温度快速上升,升温实际速度平均5?m in,这样确保在短时间内温度接近要控制的温度值,大大缩短了试验准备等待时间。当温度T升至高于下限设定温度值T2,但低于上限温度值T1时,继电器C1断开,开关K1打开,控温加热器半功率输出,升温速率减缓。当温度上升到上限温度T1时,继电器C2断开,控温加热器输出0功率。测试块升温过程见图4。其中T0:试验温度;T1:测试块最高

12、温度;T2:测试块最低温度。测试块升温超调温度差:T1=T1-T0测试块降温超调温度差:T2=T2-T0图4加热块温升曲线因此要减少测试块温度波动,提高控温精度就必须设法减少 T1和 T2。在测试块中,加热电炉丝产生的热量QH为:QH=t2t1I2RHJdt(1)根据UH=IRH,(1)式可整理为QH=t2t1U2HJRHdt(2)其中:UH:加于加热电炉丝两端的电压RH:加热电炉丝的电阻值(欧姆)t:电炉丝加热时间J:热功当量(选取4118焦耳?卡)由此可见,在单位时间内系统的热量平衡取决于加于加热炉丝两端的电压,即单位时间内加热电炉丝产生的热量QH等于抵消相同时间仪器散失热量QL和维持设定

13、温度的热量QO之和,此时完全达到热平衡,温度会稳定在设定温度上。由于温控系统的热平衡对隔热材料和热传导材料的要求很高,其隔热性能和热传导性能对达到热平衡的电压影响很大,因此实际工作中一般通过粗略的理论计算后,确定加热电压,然后必须做实际测定以修正理论计算的电压值,确定其最佳控温电压值。3.4试样自动升降机构的设计国标(GB571897)中规定,被测纺织试样与规定的贴衬织物,贴和一起置于设定温度热板上受热,确保测定试样受压41 kPa。为确保试验的重现性和稳定性,仪器设计了试样自动升降机构(图5),其中试样夹持机构采用双向滚齿夹持方式,使试样平整。夹持机构固定在压力块下,整个机构的升降由电机控制

14、的两个活动臂来实现。当试样与热板接触时,由于压力块两边的活动绞链与两活动臂处于自由状态,因此压力块完全自由地落在试样上,给试样施加预定的4 kPa的压力。在试样热压时间到时,电机通过传动轴使两活动臂吊起压力块,可快速使试样离开热板,确保试样的受热时间准确,克服人工控制而产生的试验误差。4仪器的试验情况及分析我们分别选用黄尼龙针织物,蓝色涤纶针织物和紫色醋纤织物,三种试样各六块,同时在150、180和210下试验,试验时间控制在3044山东纺织科技2001年第2期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserv

15、ed.秒。所测结果见表1,评级采用GB25095评定变色用灰色用卡 和GB25195评定沾色用灰色样卡。图5传动机构示意图由试验数据可见,纺织品染料升华随温度变化明显,并且染料升华的温度值可准确测定,在染色后整理时确定染料以及染色温度方面,该仪器的测试结果具有不可替代的指导作用。表1试验结果试样时间(秒)温度()变色评级沾色评级黄尼龙针织物3015018021045433421蓝色涤纶针织物3015018021043424532紫色醋纤织物301501802105453454235结束语新型纺织染色升华仪的研制,为研究染料性能,指导印染提供了科学手段,经广东、山东和江苏等省份的企业使用结果表明

16、:该仪器能够准确测定织物染色升华色牢度,对研究染料及印染后整理均有积极的指导意义,在科研和生产中发挥了重要作用。参考文献:1陈荣圻.染料化学M.上海:上海市印染企业公司职工大学出版,1984.2刘正超等.染料应用手册M.北京:纺织工业出版社,1985.The Development of LFY-6D Textiles for Color Fastness toSubli mation TesterL IN X u,YA N G Cheng li,SON G Guangy i(Shandong Textile Research Institute,Q ingdao 266032,China)A

17、bstract:This paper reported the development of new type textiles for color fastness to subli ma2tion tester,introduced the designing structure and technique character.The printing and dyeing clothw as tested by this instrument,the results show ed that temperature2controlw as nicety and the testingresultsw as recurred.This is a credible exam ine method for i mproving the quality of printing and dye2ing.Key words:coloring matter of textiles;color fastness to subli mation;tester542001年第2期山东纺织科技 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.