学习任务2-1 染色设备的分类
纺织品的染色通常可分为散纤维染色、纱线染色、机织物染色、针织物染色等。为了满足染色的各种要求，必须制订合理的染色工艺及选用合适的染色设备。染色设备直接影响染料的上染速度、匀染性、染料的利用率、染色操作、劳动强度、生产效率、能耗、染色成本及加工质量等。染色设备对染色工艺及染色产品的适应性是评价染色设备好坏的重要标准。染色设备的品种、型号很多，特别是随着纺织品新品种及染色新技术的不断发展，染色向着非水染色、少水染色、节能染色、增溶染色、新型涂料染色、短流程多效应染色、计算机应用及受控染色、“绿色”染色等方向发展。染色设备的分类方法很多，可根据设备连续与否，染物的形态，染色温度、压力，染液及染物相对运动的情况和适用的染色方法等加以分类。本书主要以染物形态进行分类，叙述各类染色机。
一、散纤维染色机
散纤维染色具有得色均匀且透彻的特点，但由于散纤维间隙较大，在染色中容易散乱，所以一般采用将被染物填装在适宜容器中，通过染液循环的染色机进行染色。散纤维染色可用于纯纺或混纺纤维，最初用于羊毛的染色，所用的染色机称为散毛染色机，至今仍有应用。另外纤维经初步纺制成的纤维条或纤维条球，在拉伸时易断裂，所以此种染物形态的染色机也归入散纤维染色机（Fiber Dyeing Machines）类。
1.吊筐式散纤维染色机
吊筐式散纤维染色机（Basket Fiber Dyeing Machines）如图2-1所示，主要由染槽、吊筐、循环泵等组成。染色前将散纤维装入吊筐，用盖压紧，染液在循环泵的作用下，不断由内向外循环进行染色。染色结束后，将残液放掉或输送至储液槽，加清水进行循环洗涤，最后将吊筐放置于特殊的离心机中离心脱水。
图2-1 吊筐式散纤维染色机
1—吊筐 2—染槽 3—泵 4—槽盖 5—储液箱
2.旋桨式散纤维染色机
旋桨式散纤维染色机（Paddle Fiber Dyeing Machines）在螺旋桨的旋转作用下，染液获得循环的动力。主要由圆形染槽、旋桨组成，如图2-2所示。散纤维均匀装在假底上，盖上假盖并旋紧。染色时由于旋桨转动的作用，染液自多孔管喷出，通过假盖、散纤维层、假底进行循环。染液的循环方向也可随旋桨转向的改变而变化。
图2-2 旋转桨式散纤维染色机
1—多孔管 2—假底 3—多孔盖板 4—槽盖 5—旋桨 6—容器
3.毛条染色机
毛条染色机（Top Dyeing Machines）由染槽、毛球筒、循环泵等组成，如图2-3所示。将毛条球装入毛球筒内，并放在染槽的假底上，盖上有孔盖板并拧紧，染液在循环泵的作用下，经假底下的蛇形蒸汽管加热后，通过调节阀，可使染液顺、反向循环。
图2-3 毛条染色机
1—毛条染罐 2—假底 3—染槽 4—输液管 5—循环泵
散纤维染色机对羊毛的染色效果最好。涤纶要用高温高压散纤维染色机。散纤维染色机所适用的染料一般是染色条件容易控制、染色浴比大的染料。散纤维的练漂处理一般也是在散纤维染色机上进行。
二、纱线染色机
纱线染色机（Lyarn Dyeing Machines）种类很多，主要有以下几种。
（一）绞纱染色机
1.往复式绞纱染色机
往复式绞纱染色机（Skein Dyeing Machines）也称为摇摆式染纱机，是从手工染色演变而来的，如图2-4所示。染色时将纱线挂在三角棒上，纱线随三角棒做左、右摆动，或上、下升降，也可倒、顺旋转。使纱线与染液做相对运动，从而获得均匀染色。往复式纱线染色机结构简单，适应性广，染色时浴比较大。但由于是间歇操作，且劳动强度较大，已很少采用。
图2-4 往复式绞纱染色机
1—染槽 2—支架板 3—支架转盘 4—三角棒 5—绞纱
2.喷射式绞纱染色机
喷射式绞纱染色机（Jet Dyeing Machines）如图2-5所示。染色时将绞纱套在并列的多孔管上，用泵将染液从染槽送入多孔管，喷淋于绞纱上，染液顺绞纱下流至染槽，与此同时，绞纱随回转棒的转动而转动，改变了与管子的接触位置，从而达到匀染目的。该机具有浴比小、绞纱的装卸操作方便等优点，但染液喷孔需经常清洁，以防止被纤维毛绒堵塞。喷射式绞纱染色机的规格根据多孔管的数目多少而不同，有一管或多管的，每管上一般可染5kg左右纱线。
图2-5 喷射式绞纱染色机
1—染槽 2—孔管 3—回转装置 4—泵
3.旋桨液流式绞纱染色机
图2-6 大液流染色机
1—染槽 2—载纱架 3—多孔盖板 4—假底 5—螺旋桨 6—排液管
旋桨液流式绞纱染色机（Flooded Dyeing Machines）染色时，纱线挂在纱架上固定不动，染液的循环是通过旋桨或泵来完成的。液流式绞纱染色机可分为大液流染纱机和双箱液流染纱机两种。大液流染纱机见图2-6，染色时将悬挂于两根纱棒间的纱线放入充满染液的染槽内，通过调节纱棒的距离来固定纱的位置，染液通过旋桨或泵的作用上下循环。
双箱液流染纱机如图2-7所示。用隔板将染槽分为两槽，故称双箱。染液在螺旋桨作用下，通过小管直接输送到挂纱辊处，由于液流作用，使纱线微起而脱离挂纱辊，从而防止了由于挂纱辊引起的染斑。由于染液能缓和而均匀通过纱层，故染色均匀。
图2-7 双箱液流染纱机
1—可卸机盖 2—防松螺栓（连接机盖和纱架） 3—辅助液流孔 4—上挂纱辊 5—绞纱托架 6—加热与冷却盘管 7—螺旋桨
液流式染纱机结构简单，浴比较大。大液流染纱机一般用于染大批量的硫化元色纱，双箱液流染纱机常用于腈纶膨体纱的染色。
4.高温高压绞纱染色机
高温高压染纱机（Pressurized Skein Dyeing Machines）如图2-8所示。染色时将绞纱堆放在纱笼中，将压板盖好拧紧，然后将纱笼架吊入染槽内，加入染液，依靠泵的作用，使染液由纱笼中间的喷管喷出，经过绞纱，再从四周回流，经一定时间后再换向循环。该机具有浴比小、自动化程度较高、适应性广的特点，主要用于涤纶及其混纺纱线的染色，且效果良好，是目前使用较广泛的绞纱染色设备。
图2-8 高温高压染纱机
1—染槽 2—纱笼架 3—喷管 4—纱笼 5—泵 6—电动机
（二）筒子纱染色机
筒子纱染色机（Package Dyeing Machines）通常分为常温常压和高温高压两类。高温高压筒子染色机如图2-9所示。染色时将纱线卷绕在特制的空心多孔筒管上。筒管由多孔不锈钢、塑料或不锈钢网制成，外形有圆柱形、锥形，成形的筒子呈圆柱形或宝塔形。
染色时将筒子纱放入载纱支架，染液在循环泵的作用下通过假底、支架内的小孔透过纱线，通过正反向循环达到匀染目的。该机自动化程度高、生产率高。染好的筒子纱可直接用于织造，而且筒子纱染色机一般有配套的真空脱水机和筒子纱干燥机。
（三）经轴染纱机
经轴染纱机（Beam Dyeing Machines）如图2-10所示。经纱卷绕在中空且表面布满小孔的卷轴上，放在圆筒形机体的中央，染液由泵自内向外或自外向内循环，经轴染纱机有立式和卧式两种，大都属于高温高压染色机。但也有开口的常压经轴染纱机，染液仅能自内向外循环，卷轴可以一定的速度转动。
经轴纱染后可直接（也可经一定处理）用于织造，比绞纱染色工序更简化。
图2-9 高温高压筒子染色机
1—压力计 2—安全阀 3—溢水口 4—气动进气阀 5—手动进气阀 6—冷却水出口 7—冷却水进口 8—冷凝水快速排出口 9—冷凝水自动排出口 10—机体 11—盖 12—染笼
图2-10 高温高压经轴染色机
1—高压容器 2—经轴 3—经纱（或织物） 4—加热器 5—膨胀桶 6—加入泵 7—循环泵
（四）连续染纱机
连续染纱机（Continuous Lyarn Dyeing Machines）适宜大批量高特的纱、线或带的染色。纱线经染液浸轧、汽蒸、后处理连续完成染色过程，劳动生产率高，目前这种机械主要用于硫化、靛蓝、直接染料的染色。
三、织物染色机
按织物染色方法不同可分为浸染和轧染两种。浸染是将织物反复浸渍在染液中，使染料在纤维上吸附、扩散，最后固着于纤维上。轧染是将织物在染液中经短暂浸渍后，通过轧车浸轧至工艺所需的带液量，经过后处理将染料固着于纤维上。常用的染色机（Fabric Dyeing Machines）按加工形状可分为平幅和绳状两类。织物根据其结构不同可分为机织物和针织物。由于针织物组织是由线圈构成的，极易发生因拉伸而伸长、擦伤、脱散等现象。所以染色时要求所受张力小的针织物、经编织物、毛织物等，大都以绳状的形式进行染色。棉布、涤/棉织物等大多采用平幅染色。
（一）常温绳状染色机
常温绳状染色机（Atmospheric Strand Dyeing Machines）是一种通用性很强的染色机械，如图2-11所示，它可适用于机织物、针织物、丝织物及毛织物的染色。染色时将织物头尾相连，呈绳状松弛状态的织物反复浸渍在染液中，在椭圆形导布盘带动下，织物呈S形折叠进入染槽，不断循环运行，直至染色均匀。该机可以同时进行多匹织物的染色，为了避免织物间的缠结，机内设有数量不等的分布栅，染槽底部为圆弧形，染液在循环泵的作用下，经加热通过多孔板均匀分散进入各染槽内。
图2-11 绳状染色机
1，10—升降罩 2—加液槽 3—蒸汽加热管 4—隔板 5—分布档 6—导辊 7—染槽 8—织物 9—椭圆形导辊 11—出布辊
该机具有结构简单、操作方便、故障少、易修理、染后织物手感好等特点，但染色时间长，效率低，织物进出染色机需手工操作。
另一种D型染色机也属常温绳状染色机（也有高温高压染色机），染色时，坯布在D型箱中靠液流及坯布自身的重量移动，坯布所受的张力很小。此外，染色时批量大，浴比小，易染得匀透而坚牢的色泽，不会产生皱痕。该机染色操作简便，是一种很好的常温绳状染色设备。D型染色机的设备结构如图2-12所示。
（二）转鼓式染色机和旋桨式染色机
针织成衣或袜子等产品，常采用转鼓式染色机和旋桨式染色机进行染色。图2-13是转鼓式染色机（Rotary Drums and Paddle Machines），其主要组成是一个多孔的转鼓，染物装在鼓中，转鼓的下部浸在染液中，并以一定方向转动，隔一定时间再反向转动，反复进行，直至染色完成。转鼓式染色机主要用于袜子、成衣或针织毛圈织物的染色，也可利用转鼓式染色机通过喷嘴进行喷雾染色。
图2-12 D型喷射染色机
1—织物 2—导辊 3—喷嘴 4—过滤假底
图2-13 转鼓式喷雾染色机示意图
1—多孔转鼓 2—喷雾嘴 3—冷水喷嘴 4—泵（循环泵） 5—配料槽 6—蒸汽管 7—冷水管 8—加热器 9—机壳
旋桨式成衣染色机（图2-14），其机体呈椭圆形，在染槽的一边装有一个桨翼，染色时桨翼旋转，使染液和染物搅动循环。
图2-14 桨翼成衣染色机
（三）高温高压绳状染色机
能在高温高压条件下染色的绳状染色机主要有下面几种。
1.高温高压绳状染色机
图2-15 高温高压绳状染色机
1—六角导布辊 2—照明灯 3—导布辊 4—绳状织物 5—高压染缸
高温高压绳状染色机（Pressurized Strand Dyeing Machines）如图2-15所示。基本结构与绳状染色机相似，但能密封和耐压，机体一般为圆筒形，主要用于纯涤纶织物的染色，染色时间较短，且染色均匀，没有擦伤，但不易控制和操作，易产生皱折痕，生产效率低。
2.高温高压溢流染色机
高温高压溢流染色机（Pressurized Flooded Machines）是从高温高压绳状染色机发展而来的，主要用于合纤织物的染色。如图2-16所示，染液从染槽底部由主泵抽出，送至热交换器加热（在降温时冷却），再进入染槽前端溢流槽中。溢流槽内平行装有两根下倾溢流管。织物由主动导辊及染液溢流带动进行循环，在染色过程中，织物呈松弛状态，不易擦伤变形，染色均匀，得色鲜艳，产品手感柔软，特别适于轻薄和毛圈结构合纤针织物、弹力织物的高温高压染色。但该机浴比大，占地面积大。
图2-16 高温高压溢流染色机
1—槽体 2—储布容器 3—溢流送布器 4—溢流导布管 5—主泵 6—加热器 7—提布辊 8—加料泵 9—加料槽 10—调节阀 11—进、出布辊 12—织物 13—进布孔 14—出布孔
3.高温高压喷射染色机
高温高压喷射染色机（Pressurized Jet Machines）种类很多，按外形不同可分成U形立式喷射染色机和C形轮胎式喷染机等。图2-17是全充满管道式喷射染色机，染液自中部由循环泵抽出，经热交换器加热后，自喷口喷入机内，松式环状织物在喷嘴染液喷力下，经导布管在机内堆积，并在染液流动推力下连续循环运行，通过调节阀可控制织物运行。该机不易产生泡沫，结构简单，占地面积小，染色后产品外观丰满，手感好。图2-18所示为平卧椭圆形管状（习惯称轮胎式）的全充满式高温高压喷射染色机，松式环形织物在椭圆形不锈钢体内被喷嘴喷射的液流推动循环运行，当喷嘴喷射出的液流流量过大而使织物拥堵时，可开启回流调节阀，使部分液流经回流管直接吸入循环泵。
图2-17 立式（U形）全充满高压喷射染色机
1—U形机体 2—循环泵 3—加热器 4—喷嘴装置 5—过滤装置 6—加料泵
喷射染色机与溢流染色机的不同点是溢流染色机中织物的上升是靠主动导辊带动，而在喷射染色机中，织物的上升是由喷嘴喷射染液带动的，因而织物的张力更小，各部分所受的力更为均匀，染物手感比较柔软。
织物在喷射式染色机中靠喷嘴的喷力运行。因此，随织物种类的改变，应及时调整喷嘴口径及喷射压力，一般染厚重的织物，应选用较大口径的喷嘴，喷嘴结构如图2-19所示。如果喷嘴大小或喷头喷力选择不当，染色时会发生堵布现象。
图2-18 平卧椭圆形高温高压喷射染色机
1—机体 2—循环泵 3—阀 4—喷嘴 5—调节装置 6—冷却管 7—加热管 8—进、出布口 9—进、出布辊 10—加料槽 11—加料泵 12—过滤装置 13—回流调节装置
图2-19 喷嘴示意图
1—织物 2—多孔管 3—喷嘴 4—喷嘴细腰 5—输布管
喷射染色可用于高温高压染色，也可用于常压染色，适用于合纤针织物、经编织物、绉类轻薄织物以及弹力织物的染色。
4.高温高压溢喷染色机
高温高压溢喷染色机（Pressurized Flooded Jet Machines）有管道式和高压釜式两种，如图2-20所示。该机由储布管和导布管组成，储布管可以全充满，也可半充满，按工艺要求调节。机内织物以溢流加喷射方式进行染色。由于喷嘴全部浸渍在染液中，不容易产生泡沫。织物所受张力较小，染色浴比较小，染液及染物的循环速度快，匀染性较好。适用于针织物、机织物、毛圈织物及丝绒的染色。
5.气流喷射染色机
气流喷射染色机（Gas Jet Machines）是用气流代替液流的喷射式染色机，该机具有高速、高温及小浴比特点。特别适合于轻薄超细纤维织物及磨毛织物的染色。如图2-21所示为ThiesLuft-roto气加液混合型喷射染色机。染色时绳状织物在喷嘴中被气流驱动，同时另一管道向喷嘴注入染液，染液与高速气流相遇形成雾状微细液滴，施加到织物上进行染色。出喷嘴后织物落入一只可自由转动的容布转鼓中，利用两边的织物重量差，使转鼓转动输送织物，在转鼓底部，织物与染液接触。
图2-20 喷射溢流染色机
全气流染色机是以1×104Pa压力的高速气流为输送介质，使织物高速运行通过一个双气环的喷嘴和喇叭形导布管。在导布管出口处，由于气流膨胀，绳状织物被气流展平。当织物处于平幅时，有两组喷淋管向全幅布面喷淋染液进行染色，带有染液的织物落人底部容器进行堆置。由于容器两边织物的重量差，堆置的织物顺序向前推进，而后被再次提起进入喷射，完成一个循环。
图2-21 Thies Luft-roto气加液混合型喷射染色机
（四）平幅染色机
平幅染色机（Flat Fabrics Dyeing Machines）多用于棉、涤/棉织物的染色。
1.经轴染色机
经轴染色机（Beams Dyeing Machines）如图2-22所示。常用于合纤长丝针织物及轻薄机织物等的染色。染色时，首先采用专用打卷机将织物卷绕在表面满布小孔的空心卷轴上，要求张力低而恒定，卷绕平整均匀。染色时布卷在机内不转动，染液由离心泵输送，自空心卷布轴向织物层做自内向外的循环，也可以反向循环。该机具有染色织物尺寸稳定，滑爽挺括，不易折皱等优点，但可能产生被染织物内外层和织物边部与中部的色差，不适合要求丰满蓬松或凹凸花纹织物的染色。
图2-22 高温高压经轴染色机示意图
1—布卷 2—机体 3—盖 4—加料槽 5—循环泵 6—加热器
2.星形架染色机
星形架染色机（Star Frame Dyeing Machines）如图2-23所示。在星形架的上下支架上装有许多铜钩，织物圈绕挂在铜钩上，浸在染液中染色，染液由下而上进行循环，星形架微微转动。星形架染色适用于不耐轧压的织物（如丝绒织物）及易擦伤的织物（如真丝织物）的染色，与星形架染色类似的还有方形架染色机、压力棒轮染布机、挂染槽染色机等。
图2-23 星形架染色机
1—织物 2—铜钩 3—星形架 4—染槽 5—泵
3.常温卷染机
常温卷染机（Atmospheric Jig Machines）是间歇式的染色机。按传动方式分有普通型、周转轮系、电差动式、滚轮摩擦盘式、直流电机式、水动重力传动式及计算机变频式等形式。适合于小批量、多品种的生产，当然也可用织物的前处理。卷染机如图2-24所示，在染槽上装有一对卷布辊，通过调速齿轮改变两轴的主、被动，同时给织物以一定的张力，槽内有五只导布辊，织物通过小导布辊浸渍在染液并交替卷绕在卷布辊上，织物由被动到主动辊称为一道，且每走完一道，通过调速齿轮箱的控制，自动掉头重复进行，直至完成规定的道数，再打卷，出机。染槽底部的加热管，用直接蒸汽加热染液，间接蒸汽管起保温作用，槽上方装有进水管，底部有排液管。
图2-24 卷染机
1—卷布辊 2—刹车 3—染槽 4—导布辊 5—加热直接蒸汽管 6—保温间接蒸汽管
卷染机分为敞口式和密封式两类。敞口式蒸汽耗量大，影响车间环境，并且染色温度高时，卷布辊上织物两边的温度与中间温度不同，容易造成色差，密封式则大大改善车间环境，提高染色质量，卷染时织物所受张力较大，而且随着布卷大小的不同，织物的线速度不一样，张力大小也不同。随染色产品向着小批量、多品种方向发展及印染装备的不断发展，卷染机的传动方式也发生了很大变化，从普通式到周转轮系、摩擦盘式到现在计算机全自动。较先进的卷染机正向着自动加料、自动程序控制、自动取样、等速恒张力、交替卷法、大卷装方向发展。
图2-25 计算机液压自动卷染机
卷染机的适应能力也大大提高了，能用于各种低特（高支）、高密，氨纶交织、化纤、棉、麻、丝绸、纱布及其混纺织物，采用活性、分散、还原、硫化、直接等染料进行染色，以及进行煮练、皂洗、冷堆等工艺。图2-25所示为计算机液压自动卷染机。
4.高温高压卷染机
高温高压卷染机（Pressurized Jig Machines）适用于合纤及其混纺织物的染色，一般有两种形式。一种是固定型，即卷染机固定，织物下卷后上盖加压，染后去压、开盖出布。槽体内壁材料为不锈钢制，槽盖的升起由油压装置操作。工作压强视染色温度而定，1301染色则表压为196kPa（2kgf/cm2）。此设备占地面积小，但布卷的进、出布时间较长，生产效率低。国产M141型即属此类，如图2-26所示。另外还有一种是移动型，即每台高温高压卷染机都配备两个带轮可移动的小染缸。当一个小染缸在高压罐内运转时，另一个小染缸在高压罐外做好准备工作及100℃以下的水洗和染色操作。这种设备占地面积大，但生产利用率高。
图2-26 高温高压卷染机
1—导布辊 2—成卷装置 3—染槽 4—扩幅装置 5—张力辊 6—油箱 7，8—安全阀
5.连续轧染机
连续轧染机（Continuous Padder）适用于大规模染色加工，劳动生产率高，棉织物及涤棉混纺织物大都采用连续乳染工艺。连续轧染机一般由单元机组成，主要浸轧（均匀轧车）、红外线预烘、固色、平洗、烘燥等单元装置组成。各种染料由于染色工艺过程及条件不同，因而有各种轧染机，如还原染料悬浮体轧染机，热溶染色机等。
连续轧染机的设备费用较高，占地面积较大。
6.轧卷染色机
轧卷染色机（Pad-Jig Dyeing Machines）由浸轧装置、预热装置、打卷装置和平洗装置等组成。织物在轧车上浸轧染液后，经加热（或不经加热）后打卷，然后保温（或室温）堆置，使染料充分扩散及固着，再在平洗装置上进行水洗、皂煮等后处理，完成染色加工。打卷要求布边整齐、布面平整且无气泡。堆置时外加塑料薄膜，以防止布卷表面水分蒸发，同时要使布卷缓缓转动，避免染液受重力作用而集于布卷下部，造成内外色差和上下色差。轧卷染色是半连续染色，劳动生产率较高，染料利用率也较高，织物所受的张力较小，染物的匀染性较好，用冷堆工艺可降低能耗，特别适用于小批量、多品种的生产。