中國(guó)紡織機(jī)械協(xié)會(huì) 齊亞濱/文

“十三五”期間，中國(guó)紡織行業(yè)積極推進(jìn)全行業(yè)的綠色加工，加快實(shí)施節(jié)能減排和資源循環(huán)再利用技術(shù)的應(yīng)用。隨著《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》的發(fā)布，更加低碳環(huán)保的生產(chǎn)生活方式正逐步成為全社會(huì)的共識(shí)，紡織印染企業(yè)也將更多地關(guān)注碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，其中少水、無(wú)水生產(chǎn)工藝及裝備的研發(fā)已成為當(dāng)今行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。

低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于織物印染前處理節(jié)水、無(wú)污水排放，是一種清潔生產(chǎn)工藝。近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的企業(yè)、院校和科研機(jī)構(gòu)先后開(kāi)展了該項(xiàng)技術(shù)在織物印染前處理中的應(yīng)用研究和實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)試生產(chǎn)階段。低溫等離子體技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)印染行業(yè)節(jié)能減排具有重要意義。

1 低溫等離子體對(duì)織物纖維的作用機(jī)理

染整加工中主要使用的低溫等離子體是通過(guò)電暈放電和輝光放電產(chǎn)生的［1］。當(dāng)?shù)蜏氐入x子體的高能活性粒子作用于織物纖維表面時(shí)，可以改變纖維表面的化學(xué)組成和物理形態(tài)?？椢锢w維在低溫等離子體的高反應(yīng)性、高活性和刻蝕的作用下，表面產(chǎn)生親水基團(tuán)或接枝上與染料具有親和性的基團(tuán)，纖維表面的刻蝕增加了對(duì)染化料的吸收，改善纖維染整性能。通過(guò)低溫等離子體對(duì)織物纖維的改性，在提高織物染整工藝性的同時(shí)，減少了能耗和污水排放［2］。

常壓低溫等離子體處理技術(shù)通過(guò)改變等離子處理機(jī)電極副的匹配，能夠較好地解決織物被擊穿形成破洞的難題。采用電極副密閉設(shè)計(jì)，可填充氮?dú)?、氧氣、氦氣和氬氣等不同氣體。程序設(shè)計(jì)中可選擇多項(xiàng)工況參數(shù)，以滿(mǎn)足化纖、棉和毛等織物的低溫等離子體處理。

2 低溫等離子體處理工藝及裝置

2.1 低溫等離子體織物前處理工藝流程

在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同織物纖維，選擇相應(yīng)的運(yùn)行速度和功率系數(shù)進(jìn)行低溫等離子體處理?？椢镌诘蜏氐入x子體處理裝置中，按照特定的功率系數(shù)，以平幅形式進(jìn)行低溫等離子體處理。處理后的織物打卷后即可進(jìn)入后道染整工序。

適用低溫等離子體處理的纖維包括棉、毛及化纖等。

工藝流程：織物卷裝平幅進(jìn)布（擴(kuò)幅、對(duì)中）→低溫等離子體處理→織物平幅收卷。

2.2 低溫等離子體處理裝置

低溫等離子體處理裝置主要包括密閉室、傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控系統(tǒng)以及進(jìn)出布裝置等。圖1為低溫等離子體處理裝置示意圖。

2.2.1 密閉室

采用大、小密封結(jié)構(gòu)，確保處理區(qū)域所充氣體的濃度保持均勻、穩(wěn)定，以滿(mǎn)足工藝要求。密閉室所用材料以及相應(yīng)的氣體選擇對(duì)低等離子體處理效果至關(guān)重要。

圖1 低溫等離子體處理裝置示意圖

1）密閉室材料。考慮到密閉室的密閉性、不同氣體的適應(yīng)性以及安全性，密閉室所選擇的材料主要有環(huán)氧樹(shù)脂、陶瓷和硅膠等。這些材料可以保證密閉室在高頻高壓下能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，確保人身安全，所產(chǎn)生的低溫等離子體連續(xù)穩(wěn)定、致密均勻，并可有效防止織物損傷。采用充氣式密閉室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可保證低溫等離子體的有效作用。

2）密閉室內(nèi)氣體。需根據(jù)不同纖維選擇相應(yīng)的氣體（如氮?dú)?、氧氣、氦氣和氬氣），以確保織物在低溫等離子體處理過(guò)程中，與所需的氣體充分作用，獲得較好的處理效果。

2.2.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)

傳動(dòng)部分采用變頻減速電機(jī)控制，能有效保證各牽引單元之間速度的同步性，使得織物能夠?qū)崿F(xiàn)低張力運(yùn)行，且速度平穩(wěn)。

2.2.3 電氣控制系統(tǒng)

主要由升壓變壓器、放電架和控制箱等組成。工藝控制參數(shù)包括耗電量、速度、織物計(jì)長(zhǎng)以及處理功率等。系統(tǒng)可對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行采集、輸出與上傳。

1）放電（電極）控制。具備速度跟蹤功能，自動(dòng)調(diào)整功率大小，可保證織物在不同速度下獲得不同的處理功率。在獲得理想處理效果的前提下，減少能量輸出，達(dá)到節(jié)能效果，并使產(chǎn)生的低溫等離子體連續(xù)穩(wěn)定、致密均勻及融合放電。

2）工藝參數(shù)。織物加工工藝速度為20 m/min～150m/min（可調(diào)）。通過(guò)在線檢測(cè)參數(shù)優(yōu)化算法，可實(shí)現(xiàn)處理效果的精確化和智能化控制。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在織物纖維的改性方面，采用低溫等離子體加工織物本身不需要水，屬于一種干加工方式。與目前染整濕加工相比，采用低溫等離子體加工更節(jié)水，無(wú)污水排放。

經(jīng)過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，對(duì)低溫等離子體處理與傳統(tǒng)處理方法進(jìn)行能耗比較（見(jiàn)表1）。

測(cè)試織物樣品規(guī)格：織物幅寬為1000mm；織物纖維為100%滌綸；織物面密度為180g/m2。

經(jīng)測(cè)試得到以下結(jié)論：

1）對(duì)滌綸前處理的除油、精練以及退漿（機(jī)織物）等，標(biāo)準(zhǔn)溶液耗堿量?jī)H為傳統(tǒng)工藝三分之一，減少了化學(xué)品的用量和排放。

表1 低溫等離子體處理與傳統(tǒng)處理方法的能耗比較

2）因工藝流程短，處理單元少，耗電更低。

3）因使用的化學(xué)品少，使得加工過(guò)程中產(chǎn)生廢液的pH值也隨之下降。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析得出：

1）經(jīng)低溫等離子體處理后的滌綸纖維，可獲得持久的親水性、抗靜電性，并且還能改善纖維的染色性能和粘著性。

2）低溫等離子體處理技術(shù)可減少傳統(tǒng)染整工藝中有毒、有害化學(xué)助劑的使用量，對(duì)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，以及減少生產(chǎn)環(huán)境對(duì)員工身體的損害具有重要作用。

3）低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于印染加工具有環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和節(jié)水等優(yōu)點(diǎn)。隨著該項(xiàng)技術(shù)瓶頸的突破，制造工藝的不斷成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用價(jià)值必將進(jìn)一步顯現(xiàn)。

在行業(yè)大力推進(jìn)節(jié)能減排的形勢(shì)下，印染行業(yè)如何有效降低用水以及和廢水的排放已成為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重中之重。依托低溫等離子體技術(shù)的特性，不僅可以改善織物的染整性能，而且還可達(dá)到節(jié)能減排的目的，這對(duì)印染行業(yè)的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展，以及企業(yè)踐行社會(huì)責(zé)任均會(huì)產(chǎn)生重要影響。