N. Wickert

卡爾·門澤爾機(jī)械制造公司(德國(guó))

用于數(shù)碼印花與小批量的新型多功能緊湊型連續(xù)洗滌線

N. Wickert

卡爾·門澤爾機(jī)械制造公司(德國(guó))

摘要：2015年在意大利米蘭舉辦的國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)上，德國(guó)卡爾·門澤爾機(jī)械制造公司推出了新一代連續(xù)洗滌生產(chǎn)線——Compactflow。該設(shè)備最初設(shè)計(jì)用于數(shù)碼印花后的洗滌，但事實(shí)證明，對(duì)于小批量，尤其是精細(xì)織物生產(chǎn)或工廠內(nèi)部空間受限的小批量生產(chǎn)情況下，該設(shè)備無疑是理想的解決方案。

關(guān)鍵詞：連續(xù)洗滌生產(chǎn)線；Compactflow；數(shù)碼印花；小批量

在紡織品的濕整理加工過程中，無論是數(shù)碼印花、預(yù)處理或染色后的水洗，還是紡織品印花工藝中的水洗，任何一項(xiàng)洗滌操作都是最重要且最不容忽視的。相比于非連續(xù)繩狀洗滌，連續(xù)洗滌在成品質(zhì)量、批次循環(huán)、生產(chǎn)成本及動(dòng)力消耗等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但就許多紡織品加工設(shè)備，尤其是那些較小的紡織品加工設(shè)備而言，投資于傳統(tǒng)的連續(xù)洗滌生產(chǎn)線并無多大意義，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，無法發(fā)揮傳統(tǒng)連續(xù)洗滌生產(chǎn)線潛在的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，主要是因?yàn)殡y以覆蓋成本或投資折舊費(fèi)過高。因此，投資傳統(tǒng)的、全套尺寸的連續(xù)洗滌生產(chǎn)線毫無意義。

1洗滌過程

紡織品加工無需水洗幾乎是不可能的，因?yàn)槿コs質(zhì)、染色或印花的前處理，以及去除非固著染料等都需水洗加工。水洗的最佳效果取決于物料成分，但也與溫度、水的用量、化學(xué)品的選擇及其濃度、接觸時(shí)間及洗滌動(dòng)力學(xué)等因素有關(guān)。水洗過程中，重點(diǎn)應(yīng)放在影響洗滌槽湍流的比率與溶液橫流通過織物并從織物擴(kuò)散至周圍洗滌液的比率等因素上，以獲得最佳的水洗效果。

2數(shù)碼印花后的洗滌成本對(duì)比

對(duì)大多數(shù)企業(yè)而言，新型連續(xù)洗滌生產(chǎn)線投資的經(jīng)濟(jì)因素與操作成本方面的優(yōu)勢(shì)是接受這種加工處理方法的驅(qū)動(dòng)力。除了生產(chǎn)成本較低外，在多數(shù)情況下，還可以獲得更高的自身產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

為了能更好地理解，可通過數(shù)碼印花后的洗滌直接比較其洗滌效果。為此，對(duì)射流繩狀洗滌與Compactflow洗滌進(jìn)行了對(duì)比(圖1和表1)。水洗處理加工速率為30 m/min，織物寬度為1.8 m，織物面密度為250 g/m2。

圖1　Compactflow洗滌設(shè)備

成本要素洗滌效能對(duì)比蒸汽消耗節(jié)約量高達(dá)81%水消耗節(jié)約量高達(dá)80%能源消耗幾乎相同生產(chǎn)力提高250%人工成本約55%

此案例也示明了中型至較小型整理設(shè)備的機(jī)遇與困境。選用Optisplash連續(xù)洗滌處理相對(duì)于繩狀洗滌顯著降低了成本和動(dòng)力消耗，以更高的效率提高了競(jìng)爭(zhēng)力和靈活性，且增加了提高成品質(zhì)量的機(jī)會(huì)，甚至有可能生產(chǎn)出新產(chǎn)品，而這種產(chǎn)品在過去是無法生產(chǎn)的。

傳統(tǒng)的連續(xù)洗滌設(shè)備的批量大多不是過小，就是需要在短期內(nèi)費(fèi)力地更改配方，會(huì)浪費(fèi)幾十米的導(dǎo)布且耗費(fèi)大量的停機(jī)時(shí)間。這些因素使得傳統(tǒng)的連續(xù)洗滌設(shè)備效率低、成本高，幾乎耗盡了大部分連續(xù)加工的收入和利潤(rùn)。并且，大多數(shù)情況下，沒有經(jīng)濟(jì)上可行的方法解決高投資成本、基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用、媒介和管道費(fèi)、安裝和調(diào)試費(fèi)問題，以及回收當(dāng)前的成本。

3Compactflow系統(tǒng)的特征

3.1緊湊設(shè)計(jì)的新型洗滌流水線

小批量和數(shù)碼印花后采用Compactflow彌補(bǔ)了傳統(tǒng)連續(xù)洗滌設(shè)備的缺陷。這種新設(shè)備的性能與同類的Optisplash滾筒洗滌生產(chǎn)線相比，除了生產(chǎn)力外幾乎完全相同。小型Compactflow每天基本上進(jìn)行5 000～6 000 m 的生產(chǎn)運(yùn)作即可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)作。相比之下，常規(guī)的大型連續(xù)洗滌設(shè)備要求每天至少生產(chǎn)運(yùn)作40 000 m 才有利可圖。

門澤爾公司已成功地在僅4 m或2個(gè)Compactflow機(jī)組中排列4個(gè)完整的洗滌組件，并且不會(huì)降低設(shè)備的效率。

Compactflow的設(shè)計(jì)已經(jīng)涉及到模塊化理念的細(xì)節(jié)方面，即包含一個(gè)外包和模塊化的即插即用實(shí)用齒條，并具備隨生產(chǎn)增長(zhǎng)需求的可擴(kuò)展性。門澤爾公司也實(shí)現(xiàn)了安裝和調(diào)試時(shí)間的大幅削減，并使將設(shè)備連接到客戶的實(shí)時(shí)交換點(diǎn)成為現(xiàn)實(shí)。

新型Compactflow的目標(biāo)是不僅要達(dá)到所有相關(guān)實(shí)際洗滌方法的性能要求及技術(shù)要求，而且性能要求更優(yōu)。加工處理范圍包括輕質(zhì)薄紗類織物、經(jīng)編針織物、拉舍爾雙面織花帶、繡花面料、輕巧精致的機(jī)織物、網(wǎng)格織物、雙向彈力布及厚重的羊毛坐墊。

即便是從傳統(tǒng)洗滌生產(chǎn)線的動(dòng)力消耗方面考慮，Compactflow也在顯著降低操作成本的同時(shí)超出了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于中小型織物后整理商而言，Compactflow的整體操作實(shí)際上極具經(jīng)濟(jì)與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

3.2織物路徑

為了尋找更通用的洗滌設(shè)備以便用于張力敏感材料(如針織物或輕質(zhì)敏感織物)的洗滌，將盡可能短的無牽引的織物路徑與復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)及張力管理系統(tǒng)相結(jié)合無疑是非常重要的。

Compactflow是一種具備低壓噴射/振蕩相互垂直交錯(cuò)的洗滌設(shè)備。它極其精確、快速的反應(yīng)與敏感的張力管理系統(tǒng)，使其能夠在生產(chǎn)速度為5～20 m/min的條件下，保證機(jī)器運(yùn)行時(shí)織物幅寬的線性張力盡可能低于15 N/m。

織物的幾何路徑與織物導(dǎo)向元件也得到改進(jìn)，以便于加工卷邊織物，并降低水洗過程中重力這一干擾因素對(duì)針織物及其他張力敏感材料的影響。

3.3洗滌原理

為更好地理解一般的洗滌原理，獲得設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)因素，改進(jìn)的Sinner環(huán)是基礎(chǔ)。著名的Sinner環(huán)作為一個(gè)解釋洗滌原理的理論模型，其隨“耗水量”的變化而擴(kuò)大，但這并非Sinner的原始理論。

改進(jìn)的Sinner環(huán)模型清楚地描述了接觸時(shí)間、化學(xué)品、溫度、洗滌動(dòng)力學(xué)及水的用量的權(quán)重，以及權(quán)重的改變對(duì)各因素的影響，以達(dá)到相同的洗滌效果(圖2)。在此，重點(diǎn)描述洗滌動(dòng)力學(xué)、水的用量和接觸時(shí)間，尤其需要注意的是洗滌動(dòng)力學(xué)因素，因?yàn)樗稍谝粋€(gè)恒定但短暫的接觸時(shí)間內(nèi)顯著降低水的用量。這個(gè)看似積極的副作用可以理解為，在洗滌過程中，保持加工處理溫度所需的能量直接正比于水的用量。換言之，蒸汽消耗量直接取決于耗水量，節(jié)約用水意味著節(jié)約蒸汽。

圖2　繩狀洗滌與Compactflow洗滌變量權(quán)重的對(duì)比

3.4洗滌動(dòng)力學(xué)

洗滌動(dòng)力學(xué)包括各種參數(shù)，通過織物的橫向流動(dòng)是很重要的，因?yàn)樵撨^程可以保持和促進(jìn)織物表面及其內(nèi)部雜質(zhì)的解吸、擴(kuò)散和稀釋。為了降低接觸時(shí)間的影響，應(yīng)通過不斷更換受污染的液體，及時(shí)補(bǔ)充新的洗滌液或其他介質(zhì)，盡量保證洗滌動(dòng)力學(xué)因素。這可以理解為上文所提到的橫流，而橫流是洗滌動(dòng)力學(xué)如湍流、噴射或擠壓形成的。

洗滌和物質(zhì)傳輸與它們的流動(dòng)時(shí)間、擴(kuò)散及濃度梯度等參數(shù)有關(guān)。因此洗滌是一個(gè)類似于平衡的循序漸進(jìn)的過程，此處是指織物與洗滌介質(zhì)之間的雜質(zhì)的均勻分布。

一個(gè)均衡且性能良好的洗滌設(shè)備，加上理想的化學(xué)品及相關(guān)溫度選擇是為了打破原有平衡，從而實(shí)現(xiàn)洗滌后新的平衡。洗滌設(shè)備必須保持織物與洗滌介質(zhì)之間固有的濃度梯度及可溶性雜質(zhì)的均勻分布，以增強(qiáng)洗滌液的污染承載能力。

在開發(fā)新型Compactflow洗滌生產(chǎn)線時(shí)，遵循下述原則：為了實(shí)現(xiàn)以低水耗獲取較高的洗浴交換，溶液含量最小化，水流系統(tǒng)精簡(jiǎn)化。

3.5Monsoon流和噴射桿

每個(gè)水洗槽除了具備精簡(jiǎn)的基礎(chǔ)功能外(圖3)，還具備高性能的循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的循環(huán)量為其自身容量的60倍。Monsoon流(圖4)和噴淋系統(tǒng)是關(guān)鍵的組成部分，它們與循環(huán)系統(tǒng)及雙重過濾箱連接在一起，可在噴射、葉柵和低壓水簾之間不斷切換。Monsoon流噴射旋轉(zhuǎn)可以超過45°，其強(qiáng)度也可調(diào)節(jié)。Monsoon流噴射為抗扭輕流系統(tǒng)，由于擯棄了傳統(tǒng)的噴嘴設(shè)計(jì)，其不會(huì)阻塞。內(nèi)部多腔設(shè)計(jì)使得液體均勻分布，輥面達(dá)3 400 mm。以上這些改進(jìn)使得寬角度噴嘴、條狀物及在材料表面作標(biāo)記的重疊洗滌模式都成為了過去。

圖3　沿織物運(yùn)行方向分析1～4號(hào)水洗槽污染物洗滌設(shè)備

圖4　Monsoon流

3.6湍流和槽循環(huán)的影響

湍流在各類洗滌過程中起著重要的作用，因?yàn)殡S著通過織物表面和內(nèi)部的橫流液的增加，洗滌效率幾乎呈線性增加。

觀察Compactflow的功能性原理可以發(fā)現(xiàn)，獲專利授權(quán)的門澤爾Splash輥是其中一個(gè)關(guān)鍵因素，它在多孔織物導(dǎo)輥外產(chǎn)生有效洗滌湍流體積，這是由織物和滾筒壓迫產(chǎn)生的。雖然每臺(tái)洗滌設(shè)備每千克織物的總耗水量下降到僅4 L，但總體而言，Monsoon流和Splash輥以中等的生產(chǎn)速度即可產(chǎn)生高達(dá)每千克織物1000 L的有效洗滌湍流。

每千克織物1000 L的有效洗滌湍流意味著洗滌介質(zhì)可完全滲透到織物表面和內(nèi)部，穿過多孔導(dǎo)輥到達(dá)滾筒內(nèi)部，并原位返回到系統(tǒng)中。同時(shí)洗浴不斷更換，被污染的水溢出，在洗滌設(shè)備的腔室之間形成逆流后直接排出。換言之，其確保Compactflow可在被洗滌的織物內(nèi)部產(chǎn)生較大的橫流，使得雜質(zhì)從織物內(nèi)部到表面再到洗滌液中具有較高的分散率。

3.7緊湊的布局設(shè)計(jì)

由于節(jié)省空間和設(shè)計(jì)周密，可以發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境受限的情況下，放置Compactflow洗滌臺(tái)(圖5)仍然有足夠的空間。

由于洗滌設(shè)備相對(duì)于Infra-Rac相應(yīng)的模塊化布局，使得4臺(tái)洗滌設(shè)備與長(zhǎng)度僅為4 m的單臺(tái)軋液機(jī)的匹配成為可能。

上述Infra-Rac是一個(gè)中心單元，其在節(jié)省的空間布局中將整個(gè)管道和基礎(chǔ)設(shè)施外加控制器模塊集成于一個(gè)整體中，因此精心設(shè)計(jì)的基本框架或基礎(chǔ)設(shè)施，以及復(fù)雜且昂貴的管線都不再成為必需(圖6)。

圖5　Compactflow 洗滌臺(tái)

圖6　帶有Infra-Rac的Compactflow

在Compactflow結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，可在具備不同型號(hào)尺寸的兩種不同類型的基本洗滌設(shè)備與其他升級(jí)設(shè)備之間自由選擇?？筛鶕?jù)功能要求，為目前所有的洗滌過程選擇配置設(shè)備。

4總結(jié)與展望

Compactflow系統(tǒng)對(duì)于不同尺寸和功能性包裝件均適用，并且可以根據(jù)整理需求加以配置。Compactflow可進(jìn)一步應(yīng)用于醫(yī)用紡織品和產(chǎn)業(yè)用紡織品、彈道紡織品、過濾介質(zhì)及某些特殊的載體材料的生產(chǎn)中。

Compactflow可作為代加工染整廠中一個(gè)普通的洗滌設(shè)備，也可作為機(jī)織物及針織物的洗滌生產(chǎn)線，或是作為數(shù)碼印花后的洗滌設(shè)備。

就動(dòng)力消耗方面而言，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看，新型Compactflow在設(shè)計(jì)緊湊性、靈活性，以及經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)效率等方面樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)。

黃明 譯羅艷 校

New multifunctional and compact continuous washing line for washing after digital printing and small batches

NicolaiWickert

KarlMenzelMaschinenfabrikGmbH&Co.,Bielefeld/Germany

Abstract:Just in time for the ITMA 2015 in Milan/Italy,Karl Menzel Maschinenfabrik GmbH & Co., Bielefeld/Germany, launches the next generation of continuous washing line, the Compactflow. Originally designed for washing after digital printing, this machine also turned out to be the ideal solution for smaller batches, especially for delicate fabrics or in case of space limitations inside the factory.

Key words:continuous washing line； Compactflow； digital printing； smaller batch