【技术】泡沫上浆工艺参数优化

摘要

近年来，随着人们环保意识的不断提升，绿色、清洁生产的呼声日益高涨。企业要求通过改进和创新加工技术以降低成本，赢得市场。泡沫上浆技术以其良好的节能、环保性能受到棉纺织企业的青睐。该上浆技术以低吸液率概念为基础，突出解决纱线上浆均匀性问题，不仅降低了浆料消耗，易于退浆，而且减少了对纱线烘燥的负担，节省了能源消耗。此外经试验表明，相比普通上浆，泡沫上浆经纱耐磨性与毛羽降低率都有所提升。

国外对泡沫上浆课题研究已有30余年历史，在1980年举行的第四届国际浆纱年会上， 阐述了泡沫上浆工艺的原理和首次工业试验情况。但研究更多集中于泡沫上浆原理、浆料制备、浆料配方优化的实验室阶段。1982年，Warren S. Perkins和Robert P. Walker的试验结果表明，泡沫上浆能够达到与普通上浆方式一样的浆纱质量。Namboodri指出泡沫上浆技术可以降低烘纱能耗，而且可以避免普通上浆方式造成的色纱退色、毛羽黏连等问题。Trauer和Vialon通过试验探讨了泡沫上浆能耗与普通上浆之间的差异以及浆液浓度对浆纱质量的影响。Vernekar指出泡沫上浆能耗是普通上浆方式的50%，但两者浆纱质量相差不大，另外，泡沫上浆浆纱质量取决于浆液的稳定性。Shah和Gandhi比较了不同泡沫上浆装置之间能耗的差异，指出泡沫上浆技术在实现产业化推广之前还需较多基础研究。Beck指出相比于普通上浆方式，泡沫上浆技术可以使得经纱表面的浆膜更加均匀，其对毛羽的被覆更加有效。20世纪80年代末，国内的泡沫上浆研究主要是高等院校进行科研探索。1988年晏雄等研究了常用浆料的发泡性能，分析讨论了影响浆液发泡的主要因素。1999年周小红等通过数量化理论和回归旋转通用设计，分别研究了浆料在泡沫上浆中的作用和泡沫上浆工艺，指出泡沫上浆黏着剂和发泡剂的选用及黏着剂浓度等泡沫上浆工艺的优化是泡沫上浆研究的关键技术。

本文将对泡沫上浆工艺参数进行优化，以期找出*佳泡沫上浆工艺参数方案，针对不同纱线品种为泡沫上浆工艺优化提供试验依据。

泡沫上浆原理如图1所示。

1-经纱；2-导纱管；3-预压浆辊；4-施泡器；5-泡沫；6-主压浆辊；7-上浆辊。

由图1所示，导纱辊将经纱引入预压浆辊与上浆辊之间的预压区，浆料发泡后由施泡装置喷淋在其表面，泡沫随着上浆辊的转动均匀地附着在纱线表面。而后，经纱进入上浆辊与主压浆辊之间的挤压区，在此区域中附着在经纱表面的泡沫经挤压作用后破裂，浆液释出被覆在经纱表面。经纱上的毛羽在浆液的黏附作用下贴伏于经纱表面，有效降低有害毛羽数量。相比传统上浆方式，泡沫上浆由于采用泡沫被覆浆纱而避免了退浆污水排放量大、难退浆等缺陷，具有较高的研究与推广价值。

3泡沫上浆工艺参数优化试验

3.1 浆料配方

本试验中应用到以下浆料：PVA-217（日本可乐丽公司），JSL-2（上海申鹤精细化工有限公司），固体丙烯XP-C，BP-A-I，SBL（发泡剂）。泡沫上浆试验中浆料配方：PVA-217 20 kg，JSL-2（新型）100 kg，固体丙烯XP-C（新型）10 kg，BP-A-I 10 kg。

浆液中发泡剂含量会影响浆液的发泡性能，从而影响纱线上浆质量。依照以上配方制成50 mL浆液，分别加入不同含量的发泡剂，搅拌后观察发泡情况。浆液配方在不同发泡剂含量时的发泡性能如表1所示。

由表1可知，发泡剂含量为0.5%时，发泡时间较长，泡沫直径大，衰减速度快，泡沫稳定性差。发泡剂含量为1%和2%时，均能产生丰富、细腻的泡沫，而且稳定性好，适用于泡沫上浆。发泡剂含量为2%时，浆液的发泡性能与发泡剂含量为1%时差异不大，综合考虑发泡性能及浆料成本等各方面因素，*终确定发泡剂含量为1%。

3.2 试验仪器

本试验中应用到以下仪器：ZLGA802型整浆联合机（恒天重工股份有限公司）；YG063M型单纱强力仪（陕西长岭纺织机电科技有限公司）；YG172A型纱线毛羽测试仪（陕西长岭纺织机电科技有限公司）；LFY-109B型纱线耐磨仪（山东省纺织科学研究院）。

3.3 试验设计与结果

对泡比、浆液浓度、压浆辊压力以及车速4个泡沫上浆工艺参数进行正交试验设计，对浆纱后纱线增强率、减伸率、增磨率、毛羽降低率以及上浆率等指标进行评估。以JC 7.4 tex×2纱线为例，采用试验室用发泡机在整浆联合机上进行泡沫浆纱试验，将浓度一定的浆液经过试验室用发泡机发泡后，通过一根塑胶管喷淋在整浆联合机上浆辊上，随着上浆辊的转动和压浆辊的挤压使泡沫附着于经纱上，经烘筒烘燥后完成上浆过程。

采用L₁₈(3⁷)正交试验法设计安排试验。泡比水平选取1∶3（A₁）、1∶5（A₂）和1∶8（A₃）;浆液浓度（质量分数）水平选取4%（B₁）、6%（B₂）和8%（B₃）；压浆辊压力水平选取10 kN（C₁）、15 kN（C₂）和20 kN（C₃）；车速水平选取30 m/min（D₁）、40 m/min（D₂）和50 m/min（D₃）。泡沫上浆工艺参数优化结果如表2所示。采用直观分析法对泡沫上浆工艺参数优化结果进行分析，分析结果如表3~表7所示。

3.4 确定优化方案

由表3~表7分析可知，各因素水平的*佳组合：增强率为A₂B₃C₃D₃，减伸率为A₃B₁C₁D₃，增磨率为A₁B₃C₃D₂，毛羽降低率为A₂B₃C₂D₃，上浆率为A₃B₁C₁D₂。根据*差大小可排出4个因素对5个指标重要性的主次关系，各参数对浆纱增强率的影响程度为A>B>D>C；各参数对浆纱减伸率、增磨率、毛羽降低率和上浆率的影响程度均为A>B>C>D。由因素对指标的重要性关系可知，泡比和浆液浓度对指标影响较大，压浆辊压力和浆纱机车速对指标影响较小。因此，在保证浆纱质量的前提下，车速越高越好，故浆纱机车速选D₃；压浆辊压力为C₂时，毛羽降低率*大，上浆率居中，压浆辊压力越大使用寿命越短，故压浆辊压力选C₂；泡比较大时，上浆率*小，但是其他指标较差，泡比小时，上浆率较高，达不到低上浆的效果，故泡比选A₂；同理，浆液浓度选B₂。

综合以上情况，得到JC 7.4 tex×2纱线上浆质量的较理想组合为A₂B₂C₂D₃。即泡比1∶5，浆液浓度6%，压浆辊压力为15 kN，车速50 m/min。通过相似的试验过程，根据纱线结构特点，调整浆液浓度，得到JC 5.8×2纱线的较理想工艺参数组合：泡比1∶5，浆液浓度7%，压浆辊压力15 kN，车度50 m/min。

浆液中发泡剂含量会影响浆液的发泡性能，从而影响纱线上浆质量。浆料配方中发泡剂含量为1%和2%时，可产生丰富、细腻的泡沫，而且稳定性好，适用于泡沫上浆。综合考虑发泡性能及浆料成本等各方面因素，*终确定发泡剂含量为1%。

泡比和浆液浓度对浆纱后经纱增强率、减伸率、增磨率、毛羽降低率、上浆率影响较大；压浆辊压力和浆纱机车速对浆纱后经纱增强率、减伸率、增磨率、毛羽降低率、上浆率影响较小。

在保证浆纱质量的前提下，车速越高越好，故浆纱机车速选50 m/min；压浆辊压力为15 kN时，毛羽降低率*大，上浆率居中，压浆辊压力越大使用寿命越短，故压浆辊压力选15 kN；泡比较大时，上浆率*小，但是其他指标较差，泡比小时，上浆率较高，达不到低上浆的效果，泡沫上浆时浆料泡比宜选择1∶5；同理浆液浓度选6%。

试验表明，JC 7.4 tex×2纱线较理想泡沫上浆工艺参数组合为泡比1∶5，浆液浓度6%，压浆辊压力15 kN，车速50 m/min。