CN102535064A - 超声波染色机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波染色机，它包括进出布组件、提布组件、喷头组件、主缸、网箱组件、主泵组件、循环泵组件、料筒组件、备水桶组件、换热器组件和过滤器组件，所述网箱组件内和导布管的管壁上均设有多个超声波换能器，所述的多个超声波换能器均与同一个超声波发生器并联连接，所述超声波发生器通过信号线与控制面板相连，所述控制面板上设有所述控制面板上设有计算机芯片和A/D&D/A转换电路。本发明的超声波染色机成本相对较低，可适用于多种织物的染整，易于调节超声波频率和强度，可提高上染率、节约染料、缩短染色时间、降低排污量，满足节能减排、低碳环保的需求。

Description

超声波染色机

技术领域

本发明涉及一种染色机，具体讲是一种超声波染色机。

背景技术

传统的高温高压染色机中，循环泵促进染液沿管道流通，经过换热器组件升温，染液温度提高到130℃-135℃，然后流经过滤器组件过滤，流到喷头组件，喷头组件在0.3MPa左右的压力驱动下喷射染液到织物上、并推动织物进入导布管，染液在泵的驱动下通过导布管和网箱组件、再从网箱组件和导布管回流到循环泵，并带动织物行进，织物再经提布组件的提升，在染色机的主缸内进行循环运动。

传统的高温高压染色机在染色过程中消耗水量过多，废水处理的能耗过大，染料利用率低，染色时间长，生产效率低，生产成本高，无法满足节能减排、低碳环保的需求。而且染色过程中需要使用大量助剂，以保证染色效果，而后期染料和助剂的分离难度较大，不利于染料的回收利用。

为了缩短染色时间、提高染料利用率和生产效率、降低排污量、解决染整加工带来的环境问题，同时保持甚至提高产品质量，人们尝试把许多特殊的加工技术运用到染整加工过程中，例如微波、超声波、无线电波、红外线加热技术等。

中国专利CN2666963Y公开了一种超声波卷轧染色机，但该染色机内设有多个超声波发生器，成本较高，而且只可用于平幅织物的染整。此外，针对各种不同的织物和燃料，需要采用不同波段的超声波频率及不同的超声波强度，可该专利没有提及如何灵活调整超声波的频率。

中国专利CN2782735Y和CN201121253Y分别公开了一种超声波染色机，但这两种超声波染色机都只适用于纱线等各类纺织纤维的染整，不适用于各类不同织物的染整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种成本相对较低、可适用于多种织物的染整、易于调节超声波频率和强度的超声波染色机，所述超声波染色机可提高上染率、节约染料、缩短染色时间、降低排污量，满足节能减排、低碳环保的需求。

为解决上述技术问题，本发明的超声波染色机，它包括进出布组件、提布组件、喷头组件、主缸、网箱组件、主泵组件、循环泵组件、料筒组件、备水桶组件、换热器组件和过滤器组件。

所述进出布组件和提布组件相连，所述喷头组件设在提布组件和主缸之间，所述网箱组件设在主缸内腔，所述喷头组件和网箱组件之间通过导布管相连通。

所述主泵组件分别与过滤器组件和主缸通过管道相连通，所述循环泵组件分别与料筒组件和网箱组件通过管道相连通，所述料筒组件分别与网箱组件的末端和备水桶组件通过管道相连通，所述换热器组件分别与喷头组件和循环泵组件通过管道相连通。

所述网箱组件内和导布管的管壁上均设有多个超声波换能器，所述的多个超声波换能器均与同一个超声波发生器并联连接。

所述超声波发生器通过信号线与控制面板相连，所述控制面板上设有计算机芯片和A/D&D/A转换电路。

超声波是一种频率大于17kHz、人们听觉无法感知的振动波，它与电磁波相似，能够反射、折射和聚焦，但是又与电磁波有所不同，光和其他形式的电磁波可在真空中自由传播，而超声波则需要弹性介质才可实现传播。超声波有纵波和横波，在固体介质中超声波的纵波和横波均可传播，而在气体和液体介质中只有超声波纵波才可传播。

本发明的超声波染色机中，超声波的应用范围为液液、液固相体系。超声波在液体介质中传播时，液体分子产生纵向振动，并沿传播方向传递能量。具有足够强度的超声波通过液体时，将经过压缩、高压、松弛和低压几个阶段，引起连续的压缩和膨胀，连续的膨胀会导致液体中形成大量微小气泡。这些微小气泡在传递中扩展，并最终在压缩状态时突然破裂。这一瞬间在气泡及其周围的微小空间会形成高温高压区，弹性介质局部温度可达几百摄氏度，压力超过数百大气压，并伴有强大的冲击波、射流及瞬间放电发光，从而足以打开结合力强的化学键，为促进和启动化学反应创造了极端的物理环境。这一现象称为声空化效应，因而超声波能在液液和液固相体系中产生各种机械效应、热效应及其他各种物理和化学效应。

本发明的超声波染色机中，循环泵组件促进染液沿管道流通，经过换热器组件升温，然后流经过滤器组件过滤，流到喷头组件，喷头组件在高压驱动下喷射染液到织物上、并推动织物进入导布管，染液在泵的驱动下通过导布管和网箱组件、再从网箱组件和导布管回流到循环泵组件，并带动织物行进，织物再经提布组件的提升，在染色机的主缸内进行循环运动。

染色机运行过程中，超声波发生器将工频交流电转变为有一定输出功率的超声波振荡，以提供超声波换能器作往复震动所需的能量，通过控制面板控制超声波发生器的输出功率和频率；超声波换能器将高频电振荡转换成机械振动。网箱组件和导布管内的超声波换能器产生高强度的超声波，超声波作用于导布管和网箱组件内的染料分子和织物纤维，产生各种机械效应、热效应、声空化现象等物理和化学效应。

具体来说，超声波在本发明的超声波染色机的染色体系中有以下几个作用：

1、对染料的作用：染液中染料分子或离子往往以聚集体或胶束状态存在，而染料对纤维的上染通常却是以单分子状态来完成。超声波的机械效应有助于染化料在染色体系中以单分子的分散状态存在，获得粒度为1μm以下的高稳定性染料分散液。

超声波也能提高水的活性及染料溶解度，提高染料对纤维的亲和力，降低染色活化能(其中分散染料降低最大，活性染料降低最少)，从而明显提高染料的上染速率和上染百分率，加速纤维对染料的吸收，提高纤维的得色量。

2、对织物纤维的作用：超声波作用于织物纤维，超声波所传递的能量有一部分转化为纤维无定形区的空隙扩展新表面所需的能量，引起裂纹的扩展，致使纤维的表面刻蚀出微孔，大大增加了纤维比表面积，增加光线的漫反射，达到增深的效果，并明显提高染色速度，减少染料用量。

此外，超声波也使纤维高分子的微晶取向受到一定程度的破坏，降低纤维电荷，使染料分子获得了更多的染座，从而可提高上染百分率、降低活化能、降低染色温度、提高染色均匀性。

而且虽然超声波给纤维微结构的变化带来了纤维强力等物理机械性能的变化，但是超声波对纤维的作用不会引起织物结构的永久性疏松和宏观形态的任何变化，因此只需通过控制面板合理控制超声波频率，即可保证染整的成品质量。

3、超声波的热效应：超声波的声空化效应及声空化效应引起的热效应的综合作用，使超声波传递的能量大量转化为热能，染色体系温度明显升高，使得染色的染浴无需或少加热，达到节能减排的目的。

4、除气作用：声空化效应产生的极大冲击力起到激烈搅拌作用，同时产生的微射流作用不断冲刷织物表面，增加了染液在织物界面的湍动程度。

超声波还可将纤维毛细管、织物经纬交织点及纱线内部溶解或截留的空气排出进入染浴，并通过声空化现象除去，从而增加染料与纤维的接触面积，促进纤维对染料的吸收。此作用对厚密织物的染色改善最为明显。

5、扩散作用：超声波的声空化效应可穿透覆盖纤维的隔离层，促进染料向纤维内部扩散，使染色活化能明显降低。

超声波也可增加纤维内无定形区分子链段的活性，使高分子侧序度降低，并使纤维的结晶度和取向度下降，促进染料和纤维间的相互作用或化学反应，加速染料的扩散，提高染料的上染百分率和上染速率，减少染料的浪费。

综上所述，本发明的超声波染色机，与现有技术相比，具有以下优点：

1、提高染料的上染百分率和上染速率，加速纤维对染料的吸收，提高纤维的得色量，缩短染色时间，减少染料及助剂用量，提高染色均匀性；

2、超声波产生声空化效应的最佳温度为50℃，因此超声波染色的温度一般选为45-65℃，属于低温染色，而且超声波的热效应使染浴无需或少加热。因此，本发明的超声波染色机，不仅可达到节能减排的目的，也能改善染色工艺，避免高温沸浴对蛋白质纤维或部分化学纤维所造成的损伤，使一些难以在高温下进行的处理工艺得以顺利进行，还可以减轻织物的经向条痕和筘痕等，进一步提高产品质量；

3、减少染色废液的排放，节约能源，降低药品消耗及废水处理成本，减少环境污染；

4、染色结束后使用超声波对主缸进行清洗，和常规染色机相比，可大大提高清洗效率，并减少清洗用水；

5、使用控制面板的计算机芯片和A/D&D/A转换电路可方便地调节超声波发生器的输出频率，针对不同的织物和染料采用不同频率的超声波，保证产品质量；

6、多个超声波换能器共用一个超声波发生器，节约了设备成本。

作为优选，所述网箱组件的底部和侧壁上分别设有多个超声波换能器。

作为改进，所述主泵组件与主缸之间的管道底部也设有多个超声波换能器，所述超声波换能器均与所述的同一个超声波发生器并联连接。

此结构可进一步促进染料分子的分散和提高染色效率。

作为改进，所述料筒组件的筒壁和筒底也设有多个超声波换能器，所述超声波换能器均与所述的同一个超声波发生器并联连接。

此结构可促进染液的快速搅拌及染料分子的分散，进一步提高生产效率。

作为改进，所述网箱组件内设有温度检测装置，所述温度检测装置通过信号线与控制面板的A/D&D/A转换电路相连。

此结构便于根据网箱组件内染色体系的温度，对超声波发生器的输出功率和输出频率做适当的调节。

作为上述改进的优选，所述温度检测装置为红外温度探测头。

作为优选，所述超声波换能器均为压电效应换能器。

作为进一步优选，所述超声波换能器均为钛酸钡压电晶体振子或石英压电晶体振子。

作为优选，所述主缸的横截面为圆形，所述网箱组件为沿主缸内腔四分之三圆周的环形筒体，所述网箱组件从与导布管相连的前端至末端由窄变宽。

此结构可使坯布在主缸内的运行更为流畅，不易乱布，使得染色机可适用于多种织物的染整，弥补了许多染色机往往无法用于染较厚的坯布或染组织较松散的坯布的缺点。许多染色机由于导布管过长，染较厚坯布时易发生堵布现象，使染色无法进行，或是染组织较松散的坯布时，流量和流速过大，对组织较松散的坯布产生冲疵现象。

作为改进，所述换热器组件上设有微波发生器，所述微波发生器通过信号线与所述控制面板相连。

此结构可使用微波使染液升温，进一步节约能源，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明的超声波染色机的正视图。

图2为本发明的超声波染色机的左视结构示意图。

图3为本发明的超声波染色机的俯视结构示意图。

图4为本发明的超声波染色机的电路结构框图。

图中所示：1、进出布组件，2、提布组件，3、喷头组件，4、主缸，5、网箱组件，6、主泵组件，7、循环泵组件，8、料筒组件，9、备水桶组件，10、换热器组件，11、过滤器组件，12、导布管，13、超声波换能器，14、超声波发生器，15、超声波换能器，16、超声波换能器，17、温度检测装置，18、微波发生器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述，但本发明不局限于以下的实施例，相同领域的技术人员可以在本发明的技术方案框架内提出其他的实施例，但这些实施例均包括在本发明的保护范围内。

图中所示，本发明的超声波染色机，本发明的超声波染色机，它包括进出布组件1、提布组件2、喷头组件3、主缸4、网箱组件5、主泵组件6、循环泵组件7、料筒组件8、备水桶组件9、换热器组件10和过滤器组件11。

所述进出布组件1和提布组件2相连，所述喷头组件3设在提布组件2和主缸4之间，所述网箱组件5设在主缸4内腔，所述喷头组件3和网箱组件5之间通过导布管12相连通。

所述主泵组件6分别与过滤器组件11和主缸4通过管道相连通，所述循环泵组件7分别与料筒组件8和网箱组件5通过管道相连通，所述料筒组件8分别与网箱组件5的末端和备水桶组件9通过管道相连通，所述换热器组件10分别与喷头组件3和循环泵组件7通过管道相连通。

所述网箱组件5内和导布管12的管壁上均设有多个超声波换能器13，所述的多个超声波换能器13均与同一个超声波发生器14并联连接。

所述超声波发生器14通过信号线与控制面板相连，所述控制面板上设有计算机芯片和A/D&D/A转换电路。

本发明的超声波染色机中，循环泵组件7促进染液沿管道流通，经过换热器组件10升温，然后流经过滤器组件11过滤，流到喷头组件3，喷头组件3在高压驱动下喷射染液到织物上、并推动织物进入导布管10，染液在泵的驱动下通过导布管10和网箱组件5、再从网箱组件5和导布管10回流到循环泵组件7，并带动织物行进，织物再经提布组件的提升，在染色机的主缸4内进行循环运动。

染色机运行过程中，超声波发生器14将工频交流电转变为有一定输出功率的超声波振荡，以提供超声波换能器作往复震动所需的能量；控制面板上的A/D&D/A转换电路可将超声波发生器传递的电信号转换为数字信号，也可将计算机芯片的数字信号转换为电信号，因而通过控制面板即可控制超声波发生器的输出功率和频率；超声波换能器将高频电振荡转换成机械振动。网箱组件5和导布管10内的超声波换能器13产生高强度的超声波，超声波作用于导布管10和网箱组件3内的染料分子和织物纤维，产生各种机械效应、热效应、声空化现象等物理和化学效应。

染色时采用的超声波频率一般在20kHz-40kHz之间，因为这一波段的声空化效应最为显著，而染色时的超声波强度则为0.8-1.0W/cm²，此条件下染料对纤维的上染率可达到最大，同时还可使织物膨松、纤维柔软，又不会引起纤维的永久性松弛和纤维形态的改变。

低于上述频率的超声波不易发生声空化效应，能量也较低，对染色的改善效果较差；而超声波超过上述频率时，又有可能引起纤维的聚合度下降、原纤化及熔融等。而超声波强度低于0.3W/cm²时的上染速率与常规染色机的上染速率接近。

在本实施例中，优选在所述网箱组件5的底部和侧壁上分别设置多个超声波换能器13。

在本实施例中，所述主泵组件6与主缸之4间的管道底部也设有多个超声波换能器15，所述超声波换能器15均与所述的同一个超声波发生器14并联连接。

此结构可进一步促进染料分子的分散和提高染色效率。

在本实施例中，所述料筒组件8的筒壁和筒底也设有多个超声波换能器16，所述超声波换能器16均与所述的同一个超声波发生器14并联连接。

此结构可促进染液的快速搅拌及染料分子的分散，进一步提高生产效率。

在本实施例中，所述网箱组件5内还设有温度检测装置17，所述温度检测装置17通过信号线与控制面板的A/D&D/A转换电路相连。

此结构便于根据网箱组件内染色体系的温度，对超声波发生器的输出功率和输出频率做适当的调节。

本实施例中的温度检测装置17优选为红外温度探测头。

在本实施例中，所述超声波换能器均优选为压电效应换能器。

在本实施例中，所述超声波换能器均进一步优选为钛酸钡压电晶体振子或石英压电晶体振子。

压电效应换能器是指以石英晶体、钛酸钡及锆钛酸铅这类在其两界面加以一定电压后、会产生一定机械变形(即“压电效应”)的物质为振子的超声波换能器。如果在上述物质的两面加以每秒16000次以上的交变电压，则该物质会产生高频的伸缩变形，使周围的介质作超声振动。当晶体片状的厚度为超声波长的四分之一时，晶体管处于共振状态，可获得最大的超声波强度。压电效应换能器的伸缩变形受环境温度影响较小，运行过程中不需要强制冷却或自然冷却。

本实施例中，所述主缸4的横截面为圆形，所述网箱组件5为沿主缸4内腔四分之三圆周的环形筒体，所述网箱组件5从与导布管12相连的前端至末端由窄变宽。

此结构可使坯布在主缸4内的运行更为流畅，不易乱布，使得染色机可适用于多种织物的染整，弥补了许多染色机往往无法用于染较厚的坯布或染组织较松散的坯布的缺点。许多染色机由于导布管过长，染较厚坯布时易发生堵布现象，使染色无法进行，或是染组织较松散的坯布时，流量和流速过大，对组织较松散的坯布产生冲疵现象。

本实施例中，所述换热器组件10上还设有微波发生器18，所述微波发生器18通过信号线与所述控制面板相连。

此结构可使用微波使染液升温，进一步节约能源，提高生产效率。

综上所述，本发明的超声波染色机，成本相对较低，可适用于多种织物的染整，易于调节超声波频率和强度，可提高上染率、节约染料、缩短染色时间、降低排污量，满足节能减排、低碳环保的需求。

Claims (10)

1.一种超声波染色机，它包括进出布组件、提布组件、喷头组件、主缸、网箱组件、主泵组件、循环泵组件、料筒组件、备水桶组件、换热器组件和过滤器组件，所述进出布组件和提布组件相连，所述喷头组件设在提布组件和主缸之间，所述网箱组件设在主缸内腔，所述喷头组件和网箱组件之间通过导布管相连通，所述主泵组件分别与过滤器组件和主缸通过管道相连通，所述循环泵组件分别与料筒组件和网箱组件通过管道相连通，所述料筒组件分别与网箱组件的末端和备水桶组件通过管道相连通，所述换热器组件分别与喷头组件和循环泵组件通过管道相连通，其特征在于：所述网箱组件内和导布管的管壁上均设有多个超声波换能器，所述的多个超声波换能器均与同一个超声波发生器并联连接，所述超声波发生器通过信号线与控制面板相连，所述控制面板上设有所述控制面板上设有计算机芯片和A/D&D/A转换电路。

2.根据权利要求1所述的超声波染色机，其特征在于：所述网箱组件的底部和侧壁上分别设有多个超声波换能器。

3.根据权利要求1所述的超声波染色机，其特征在于：所述主泵组件与主缸之间的管道底部也设有多个超声波换能器，所述超声波换能器均与所述的同一个超声波发生器并联连接。

4.根据权利要求1所述的超声波染色机，其特征在于：所述料筒组件的筒壁和筒底也设有多个超声波换能器，所述超声波换能器均与所述的同一个超声波发生器并联连接。

5.根据权利要求1所述的超声波染色机，其特征在于：所述网箱组件内设有温度检测装置，所述温度检测装置通过信号线与控制面板的A/D&D/A转换电路相连。

6.根据权利要求6所述的超声波染色机，其特征在于：所述温度检测装置为红外温度探测头。

7.根据权利要求1所述的超声波染色机，其特征在于：所述超声波换能器均为压电效应换能器。

8.根据权利要求7所述的超声波换能器，其特征在于：所述超声波换能器均为钛酸钡压电晶体振子或石英压电晶体振子。

9.根据权利要求1-8任一项所述的超声波染色机，其特征在于：所述主缸的横截面为圆形，所述网箱组件为沿主缸内腔四分之三圆周设置的环形筒体，所述网箱组件从与导布管相连的前端至末端由窄变宽。

10.根据权利要求1所述的超声波染色机，其特征在于：所述换热器组件上设有微波发生器，所述微波发生器通过信号线与所述控制面板相连。

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