第二节 生丝浸渍
生丝（桑蚕丝）表面含有硬脆的丝胶，有些生丝有硬角、条份不匀、洁净不高等缺点，容易造成断头，尤其加强捻时，受到扭转与剪切应力的作用，更易断头。因此，生丝在络丝前必须经过浸渍处理，以提高经丝的平滑性和耐摩性；提高纬丝的柔软性，减少织造断头率。
一、无梭织机用桑蚕丝浸渍助剂
浸渍（steeping）的过程实质上是生丝表面丝胶膨润软化、均匀分布在丝素表面的过程。同时，也是浸渍液中部分助剂渗透到丝线内部、部分助剂包覆在丝线外围形成薄膜的过程。所以浸渍的目的不仅使丝线柔软而富有弹性、平滑而耐磨外，还要补偿浸渍过程中部分丝胶溶失所造成的强力、抱合力的下降，还应增加抗静电的性能。尤其是使用无梭织机及其配套的准备设备时，对丝线质量提出更高要求。所以除选择原料为高品级的生丝以外，浸渍上油工艺成为提高丝线可织性的关键，这就需要在新型自动浸渍设备上发挥浸渍助剂的作用。
1.无梭织机用桑蚕丝浸渍助剂的特性 无梭织机用桑蚕丝浸渍助剂是指适应高速织造用丝的生丝浸渍助剂，它必须具备以下性能。
（1）渗透力强。自动浸渍机是以整包丝进行浸渍，且浸渍时间短。因此，要求助剂有很强的渗透力，以避免人工抖松时造成的大量断头、乱丝，以及丝胶过多的溶失。
（2）优良的平滑性。与无梭织机配套的准备设备车速高，在加工过程中增加了丝与丝、丝与机件的摩擦，通过浸渍，使丝线均匀地吸附一层高平滑性的助剂薄膜，可降低丝与丝、丝与机件的摩擦系数，特别是较大幅度地降低动摩擦系数。
（3）能显著地增加丝的强力。应使丝线的强力有显著提高，要求形成的油膜比以往的助剂具有更高的坚韧性，油膜分子之间具有更大的内聚力，以增加丝线的强力、弹性模量和断裂强度。
（4）优良的抱合集束性。由于各道工序速度的增加，丝线更易起毛、分裂和断头。故要求助剂有优良的抱合集束性，以尽可能地弥补因丝胶软化过程中部分溶失所造成的抱合力损失。
（5）优良的抗静电性。经丝在各道工序中因速度及摩擦的增加，更易产生静电，尤其在干燥季节，丝线上的静电积聚比普通织机上更为严重，导致断头蓬松、灰尘吸附、绸面不洁。经测试，浸渍前后的生丝体积比电阻由1012Ω•cm左右下降到6×1010Ω•cm以下，方能顺利地进行高速络丝、整经与织造。
2.常用无梭织机用桑蚕丝浸渍助剂的使用性能 无梭织机用桑蚕丝浸渍助剂的主要特征及使用性能见表2-2所示。
表2-2 几种无梭织机用桑蚕丝浸渍助剂主要特征及使用性能
续表
此外，在浸渍助剂M或L中加入适量的稀土（0.2%～0.6%）能提高助剂的渗透力，经丝的平滑性，纬丝的柔软度；能减少丝胶的溶失，保持经丝具有较高的抱合力和强伸度，并具有减少助剂的用量（约1/3）和缩短浸渍时间等优点。
二、浸渍原理
桑蚕丝主要由丝素和丝胶组成。丝胶包覆于丝素表面，对丝素起保护作用，并增加丝线的强力。但丝胶较硬，易造成加工过程中的断头，所以需浸渍助剂均匀软化丝胶。丝胶和丝素一样是蛋白质，具有蛋白质的特性，在其大分子的多肽链两端具有可以离解H+的羧基（—COOH）和接受H+的氨基（—NH2），且羧基多于氨基数。羧基离解H+的能力比氨基接受H+的能力大些，即丝胶属弱酸性物质，丝胶等电点的水溶液pH在3.8～4.5之间，此时丝胶的膨润、溶解性最小，为此，浸渍液的pH选择7的中性溶液。
浸渍液能使丝胶软化是由于丝胶大分子的侧链上有较多的亲水基团、（—OH、—COOH、—NH2）而分子排列不整齐，造成分子间的作用力小，增加了丝胶的亲水性和极性。当生丝放入浸渍液后，由于丝胶的亲水性与极性，使丝胶易吸收极性物质，水是极性溶剂，进入丝胶内部，使丝胶膨化，分子间的间隙增大。但由于水的表面张力以及丝线本身少量的蜡质和脂肪的存在，使浸渍液分子渗入丝线内部受到一定阻力，为此，浸渍液中加入以表面活性剂为主的助剂。由于表面活性剂是由两部分组成，一端是一个较长的非极性烃链，称疏水基；另一端是一个较短的极性基团，如—OH、—COOH、—NH2、—COONa等，这种不对称的、两亲的分子结构，致使表面活性剂定向吸附在水溶液与油脂、蜡质的界面上，从而大大改善浸渍液与丝线的界面状态，降低了界面张力，使水很快渗入纤维达到润湿的目的。而丝胶进一步膨化，丝胶分子间的距离拉大，促使油脂分子和水分子一起进入丝胶分子内，提高了浸渍液的润湿、渗透、乳化、分散、增溶和表面吸附能力。待丝线干燥水分挥发后，油脂分子留在其中，使丝胶的结构松散，增大了丝胶分子的可塑性，达到丝线软化和润滑的目的。与此同时，部分油脂分子和蜡质在丝线外围形成了油膜，提高了丝线表面的平滑性、耐磨性和抗静电的能力。
表面活性剂按溶于水所带电荷的情况，分离子型和非离子型。而离子型表面活性剂又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型。不同类型的表面活性剂，结构不同，显示不同的物理化学性质。无梭织机用桑蚕丝浸渍助剂一般以阴离子型和非离子型为主，使用时应特别注意各助剂的离子性要一致。否则会影响助剂效果，甚至在丝线上产生沉淀与色斑。
丝胶在浸渍液中的膨化、溶解与温度有关。随着温度的升高，分子活动的能力就增强，丝胶的溶解度就增加，浸渍温度通常控制在50℃以下。此外，丝胶的溶解量也随着时间增长与压力的增加而增多。丝胶溶失过多，会使丝的耐磨与强力受到影响。
通常，浸渍生丝的强力比原丝有所下降，其原因主要是丝胶在浸渍过程中的部分溶失，影响了丝胶对丝素的保护作用。同时，由于浸渍助剂和水分进入丝纤维内部，使肽链之间的结合力减弱所致。在无梭织机用桑蚕丝浸渍助剂中加入适量的稀土，能使丝胶的溶失大大减少。原理是稀土金属离子作为电子对接受体可与丝素非晶区中的—OH、—NH2、—COO-等配位体发生配位作用，构成牢固的配位链，稀土起到交联作用，从而增加了丝素分子抵抗外力的能力，使浸渍生丝保持较高的强力。
三、自动浸渍机及其应用实例
（一）自动浸渍机的类型及其原理
自动浸渍机主要有CS/R型离心式自动浸渍机、GK20型压力式自动浸渍机和BS20型真空自动浸渍机。后两种浸渍机为小包丝浸渍，因此可避免在绞丝抖松和浸渍过程中的乱丝，减少人为断头；除配制浸渍液和放、取浸渍丝外，浸渍过程为自动进行，效率高。
1.离心式自动浸渍机 图2-1为CS/R型离心式自动浸渍机简图。
图2-1 CS/R型离心式自动浸渍机简图
1—调液桶 2—搅拌器 3—吊篮 4—主机 5、6—液泵 7—储液桶
（1）工艺过程。CS/R型离心式自动浸渍机工艺流程为：加水和浸渍助剂→搅拌加温→加丝→主机合盖→慢速浸渍→循环喷淋→脱水→启盖→取丝。
（2）浸渍原理。如图2-1所示，离心式自动浸渍机是采用慢速的离心运动，浸渍液的反复循环和连续喷淋“三同步”的浸渍方式，能使浸渍液快速均匀地渗透到每一根丝线。整个浸渍分为两个阶段。第一阶段是主机以32～40r/min的慢速转动，此时绞丝与浸渍液同步随主机作旋转离心运动，两者相对静止，称静止浸渍阶段。此时浸渍液的运动形成一个旋转强迫涡，对绞丝有切向剪应力的作用，而且浸渍液表面是一个旋转抛物面，垂直方向的压强不断变化，对绞丝的浸渍作用加强。第二阶段“三同步”开始，浸渍液循环喷淋，同时主机仍在作慢速转动，产生一定的离心作用，使浸渍液穿过绞丝向四周扩散，并均匀地分布在浸渍机内，这样不断地喷淋、离心渗透和循环，浸渍液与丝线形成了动态接触，有利于丝胶膨化，油脂进入丝线，使浸渍效果得到进一步加强。第二阶段以循环喷淋为主，所以亦称循环喷淋阶段。
由于主机转速可多档调节，所以该机可同时完成慢速浸渍和快速脱水两个不同的功能。有两只电动机六挡转速，并有可离合的调速机构。其中大电动机分别有1440r/min和720r/min两挡转速，小电动机为92r/min。小电动机装在滑块式气动离合器上，可以自动与大电动机的实心轮吻接和分开。大电动机通过大小直径的两只皮带轮与主机皮带轮连接，使主机达到900r/min、720r/min、450r/min、360r/min、40r/min、32r/min转速。速度的选择是通过调换皮带轮和调节大电动机转速实现的。
此外，该机由电气控制空压系统，实现对机械各动作的控制。根据浸渍工艺要求，可将静止浸渍时间、循环喷淋时间和脱水时间分别在定时装置上确定；调液温度在温度控制器上选定；快慢挡在速度旋钮上选定，这些工艺定量值的预定，确保了浸渍工艺的一致性，有效地避免了操作工在执行工艺中的差错。该机还具有自动搅拌、自动循环喷淋、自动脱水等系统，三只自动开关的储液桶为多色浸渍和连缸浸渍创造了条件。该机并具有振荡控制装置，振荡值向一系列发光二极管传递，如果超出可接受的振荡级，气压式制动便自动作用，避免意外振荡，确保机器在正常状态下工作。
2.压力式自动浸渍机 图2-2为GK20型压力式自动浸渍机。
图2-2 GK20型压力式自动浸渍机
1—工作台 2—绞丝缸 3—盛液缸 4—压盖 5—进液阀 6—排液软管 7—空气压缩机 8—液压站 9—液压探测器 10—温度计 11—控制箱 12—调制缸 13—搅拌器 14—液泵 15—电热管 16—热电偶 17—调制缸液位探测器 18—调制缸控制箱
（1）工艺过程。根据工艺要求配好浸渍液，调整好液温、选定进液量和加压次数。在浸渍缸内装入20kg不抖松绞丝，盖上纱布，按自动循环按钮，就实行按程序进行的自动浸渍。其浸渍过程为：在气缸作用下浸渍缸进入机内侧（工作位置）→进液并压盖下降→停止进液，压盖下降、停顿，对绞丝进行间歇式挤压→压盖上升、停顿间歇式运动→压盖上升至最高位置，再次进液→反复上述循环→按工艺设定要求循环结束，浸渍缸移至机外侧（手工操作位置）→取丝。
（2）浸渍原理。压力式浸渍机的浸渍缸压盖在行程开关及时间继电器的控制下，通过液压系统，将浸渍缸内的生丝进行数次加压及减压，即压力变化的作用来增强浸渍渗透效果。当压盖对绞丝进行加压时，一方面强制了浸渍液在绞丝束中的循环流动，迫使浸渍液向整包丝的芯部渗入；另一方面使绞丝产生了弹性变形，当压盖上升，绞丝卸去受压后，就快速恢复形变。此时由于浸渍缸内正处于负压状态，所以当浸渍液一经流入缸中，即迅速充分地进入绞丝束中，加强渗透效果。这样绞丝反复多次地“呼、吸”浸渍液，也使助剂能充分地包覆于丝线表面，以达到柔软和润滑生丝的目的。同时还可以通过调节压盖上升和下降速度，以及进液加压次数，使助剂溶液均匀渗透丝线内部。
（3）工作原理。
①气动控制浸渍缸工作原理如图2-3所示。浸渍缸放置在机架的定向导轨上，由气缸传动其运动，当双控电磁换向阀5的左腔接通时，压缩空气就进入气缸有杆腔，推动活塞并经活塞杆带动浸渍缸进入工作位置，此时单控电磁换向阀6即接通气路，使压缩空气经电磁伐流入气动球阀7，打开阀门，使储液缸中的浸渍液进入浸渍缸中。
图2-3 气动控制浸渍缸工作原理图
1—压缩气源 2—油雾器 3—滤气器 4—减压器 5—双控电磁换向阀 6—单控电磁换向阀 7—气动球阀 8—接头 9—气缸 10—浸渍缸
②液压传动压盖运动原理（图2-4）。液压系统为一个压力锁紧回路，液压油经滤油器1进入油泵2，由油泵输出的高压油经电磁换向阀4、液压锁5进入油缸8，由油缸传动压盖运动，当系统压力超出正常值时，高压油从溢流阀3中流回油箱，从而保护其他液压元件免受高压冲击。在液压油路中，利用了液压锁5的单向特性作用，在活塞杆停止运动后，不会因外力和压盖的重量作用而使活塞杆再运动，这样保证了机器的安全性和浸渍工艺的稳定性。在液压系统中，油泵采用换向阀的中位机能来卸荷。活塞杆的运动方向，决定于电磁换向阀。
图2-4 液压传动压盖运动原理图
1—滤油器 2—油泵 3—溢流阀 4—电磁换向阀 5—液压锁 6—压力表 7—压力继电器 8—油缸 9—压盖
③液压传动活塞杆原理。活塞杆的运动分停止、下降和上升三运动。停止运动：电磁换向阀处于图2-4所示位置，油泵产生的压力油经电磁换向阀中位后，直接流回油箱，使油泵处在无负荷状态下运转。活塞杆下降运动：电磁换向阀中的电磁铁1DT通电，换向阀4换向，油泵2输出的压力油经P通道流向B通道，通过液压锁5后，流入油缸8的无杆腔，推动活塞向下运动。活塞杆的上升运动：电磁换向阀中的电磁铁2DT通电，1DT失电，换向阀4换向，压力油由P通道流向A通道，通过液压锁5后流入油缸的有杆腔，推动活塞向上运动。
图2-5 BS20型真空式自动浸渍机简图
1—备液桶 2—液泵 3—储液桶 4—电磁阀 5—真空泵 6—单向阀 7—浸渍桶 8—液压系统
3.真空式自动浸渍机 图2-5为BS20型真空式自动浸渍机简图。
（1）工艺过程。根据工艺要求在仪表盘上调节好真空度、溶液量、浸渍时间和挤压压力，按动循环按钮，开始自动浸渍。程序为：工作台上升，浸渍桶进入工作位置→真空系统抽真空→抽真空结束，开始进液→进液结束，进入浸渍时期→浸渍桶上升至一定位置，同时排液→浸渍桶迅速下降，桶内压力突变→浸渍桶下降至起始位置→重复循环。
（2）浸渍原理。真空式自动浸渍机是采用真空形式对生丝进行浸渍，由桶内的真空度与压力变化来加强浸渍效果。在浸渍液尚未进入浸渍桶前，对浸渍桶抽真空处理，使生丝处在真空状态下，这对充分吸收浸渍液有利；当浸渍液进入浸渍桶后，由于浸渍桶与储液桶之间形成了相当大的压差，使浸渍液能迅速地渗透绞丝，促使丝胶分子结构松散。同时，当浸渍桶随工作平台快速下降时，浸渍筒内部空间体积突然增大，导致桶内压力瞬间减小，促使丝纤维在压力突减后迅速膨化，也有利于浸渍液向丝纤维内部渗透，使浸渍能在短时间内完成。该机也称真空压力式自动浸渍机，在加压浸渍原理的基础上，增加了抽真空处理。机器还具有性能良好的时间控制、温度控制、真空控制和压力控制系统。
（二）自动浸渍机的技术特征和综合分析
离心式、压力式、真空式自动浸渍机各具特点，从工艺角度看均能满足高速织机对生丝浸渍质量的要求。
1.技术特征比较 表2-3为三种自动浸渍机主要技术特征比较。
表2-3 三种自动浸渍机主要技术特征比较
2.综合分析
离心式自动浸渍机是利用机器特殊离心设备的离心力作用，加强助剂对生丝的渗透效果。机器虽不复杂，但较庞大，控制系统的气路和水路复杂，使用功率大，设备占地面积大。
压力式自动浸渍机采用了多级加压和失压原理，增强生丝的浸渍渗透作用，浸渍均匀效果好。机构简单，工艺参数调整方便，机器占地面积小、耗电省、效率高，适用于多品种，少批量的生产。但压力控制要求高，生产中会因压力不当而影响吸液均匀度。
真空式自动浸渍机利用真空原理，增强浸渍液对生丝的均匀分布和加强其渗透力，获得较好的浸渍效果。它具有体积小、重量轻、耗电省优点。但在生产中发现浸渍桶盖橡皮圈极易失效，使抽真空度时间延长，甚至达不到真空度要求，造成短时间内浸渍液来不及渗透而影响浸渍质量。
（三）自动浸渍机的工艺参数及应用实例
为保证高速织机用丝的浸渍质量，生丝浸渍必须采用自动浸渍机。根据原料的经纬用途和是否加捻选定“高速”浸渍助剂的同时必须选择合理的工艺参数，以适应由于桑蚕丝原料庄口、等级、经纬丝用途和品种不同的需要。
1.自动浸渍机的工艺参数
（1）浸渍浴比（浸渍丝与水之百分比）常用浸液量来确定，浴比值随浸渍机型及助剂的种类而异。
（2）浸渍液浓度（助剂与水之百分比），浸渍液浓度的确定主要取决于助剂种类、丝线经纬用途和捻度多少。
（3）溶液的pH。丝胶是弱酸性物质，溶液的pH关系到丝胶的溶解量，一般浸渍液的pH应选择在7左右。
（4）浸渍温度。浸渍液温度一般控制在50℃以内，在调液缸中温度控制在60℃以内，否则丝胶溶解量剧增，会影响浸渍丝强力等力学性能。
（5）浸渍时间。丝胶的溶解量随浸渍时间的延长而增加。故必须严格控制时间，如压力式自动浸渍机浸渍时间是以循环次数进行计算，有“二进三挤”、“三进四挤”等多种循环工艺配合，在一个进液挤压过程中，进液时间选择在1.5～3s，压盖运动停顿时间各1.5s。
（6）浸渍压力。通常压力高，效果好，但过高会对绞丝强力有影响，如在压力式自动浸渍机中，压力调整在9.5～11MPa之间，最大压力持续时间为20s左右。
以上工艺参数在不同型号的浸渍机中，选择范围不尽一致，用以下应用实例作阐明。
表2-4为不同捻度作经纬用的22.2/24.4dtex桑蚕丝使用MR助剂，在CS/R型离心式自动浸渍机上浸渍时的工艺参数。
表2-4 浸渍工艺参数
2.应用实例
表2-5、表2-6、表2-7分别为22.2/24.4dtet桑蚕丝在离心式浸渍机、压力式浸渍机、真空式浸渍机上采用不同助剂浸渍时的应用工艺实例。
表2-5 离心式浸渍机应用工艺实例
表2-6 压力式浸渍机采用不同助剂浸渍时的应用工艺实例
表2-7 真空式浸渍机采用不同助剂浸渍时的应用工艺实例
续表
