從傳熱學角度分析了染色過程的溫度場變化及熱擴散過程，以及染色過程中溫度場變化對敏感色的影響，并討論了氣液染色機和氣流霧化染色機的熱平衡條件。指出在氣液染色機中染敏感色時，通過提高織物的帶液量以縮短溫度的熱平衡時間，采用前置式組合染液噴嘴，利用提布輥輥面對織物的擠壓和氣流的滲透壓作用，對織物單次循環(huán)中的熱擴散產(chǎn)生多次作用，為敏感色勻染所需的溫度場提供有利條件。

一、氣液染色機與敏感色

織物浸染工藝中，敏感色的染色難度較大，要求較高，其不僅與染料性能有關(guān)，而且涉及設備性能和工藝控制。一些敏感色染料主要表現(xiàn)在同一溫度下各組分染料上染速率的差異，也就是對溫度的敏感程度不同。

為了保證這類敏感色染料的均勻上染，除選擇配伍性較好的染料，并采取一定的工藝控制外，更重要的是控制好設備的溫度場變化條件。

氣液染色機不僅融入了氣流染色和普通溢流噴射染色的元素，而且在敏感色染色方面，解決了目前氣流染色機對敏感色染色困難的問題。

二、氣液染色機和氣流染色機的結(jié)構(gòu)原理

根據(jù)氣液染色機和氣流染色機的結(jié)構(gòu)原理，分析了二者在相同工藝條件下溫度場的變化情況，指出氣流染色在敏感色染色過程中溫度變化梯度大所產(chǎn)生的溫度差，是影響敏感色染料均勻上染的主要原因；同時，對氣液染色機適于敏感色的固有機械條件和結(jié)構(gòu)特性進行了詮釋。

（1）染色過程中的溫度場分析

從傳熱學的角度來看，染色可以視為

被染物、液相、氣相和設備等組成的一個傳熱系統(tǒng)，其內(nèi)各點溫度的集合稱為溫度場，它是時間和空間的函數(shù)。

染色中的溫度實際上是一個溫度變化過程，并且溫度分布是隨時間而改變的。因此，染色的溫度場是一種非穩(wěn)態(tài)的溫度場。

（2）染色升溫過程中

主缸體內(nèi)部總是存在氣相、液相和織物之間的溫度差異。有測試表明，氣流染色機噴嘴內(nèi)染液的溫度與主缸內(nèi)染液溫度最大可相差10℃，這種溫差對一些溫度敏感型染料的均勻上染影響很大。同樣在降溫過程中，主缸體內(nèi)部氣相、液相和織物之間也存在溫差。如果溫差過大，會使主缸內(nèi)在氣相和液相的織物因布面收縮不均勻而產(chǎn)生折痕。

盡管纖維與水的比熱不同，但含水量大的織物會受水的比熱影響而提高吸熱量，即吸收同樣的熱量，其溫度會比含水量小的織物低�；�于這一原因，提高織物在升溫過程中的帶液量，有利于減少織物與液相（染液）的溫差。

根據(jù)上述染色過程中溫度場變化情況，針對氣液染色機和氣流染色機的結(jié)構(gòu)特點，分析二者的溫度場變化狀態(tài)，可以解釋氣液染色機為什么能夠適于敏感色染色。

（3）氣流霧化染色機的溫度場變化

為霧化染液，目前的氣流染色機主要采用霧化噴嘴，單管織物單次循環(huán)的供液量為80～100L。

對于最大容布量250kg的標準單管，織物的帶液量為32%～40%，比溢流染色機的帶液量要低，純棉織物需要循環(huán)5～6圈才能夠達到較高的帶液量。在此設備條件下，染色升溫時織物在單次循環(huán)中，織物在貯布槽內(nèi)與在噴嘴中的溫差較大，對敏感色染料中各組分的上染速率會產(chǎn)生較大影響，很難達到均勻一致的上染速率，因而不容易獲得勻染效果。

由于氣流霧化染色機的染液霧化噴嘴，是為了獲得所謂的染液霧化效果而設計的，織物單次循環(huán)在噴嘴中所獲得的染液量不可能太大，因而不能夠利用液體的比熱來提高織物的吸熱量。即使通過染色工藝設計和控制，也無法滿足敏感色染色對溫度場變化的要求。而普通溢流或噴射染色機基本可以達到上述要求，這是因為織物在噴嘴中可以獲得較多的帶液量，整個染色系統(tǒng)（包括被染織物、染液、空氣以及設備）的溫度梯度變化可控；再通過控制加料方式，基本能夠滿足敏感色染色的工藝條件。

（4）氣液染色機的溫度場變化

與氣流染色機相比，氣液染色機中的織物雖然也是依靠氣流牽引，但是氣流并沒有攜帶染液，因而與被染織物在單次循環(huán)交換的染液量不受到任何限制，完全可以根據(jù)染色過程的需要來確定織物單次循環(huán)的帶液量。對于敏感色的溫度場，可通過提高被染織物帶液量，縮短傳熱系統(tǒng)中各點的溫度平衡時間，以獲得染料的均勻上染效果。

除此之外，氣液染色機的前置式染液噴嘴形式，可以使織物在單次循環(huán)中（即動程），一開始就很快與染液接觸，及時獲得染液的熱傳遞。相對后置式染液噴嘴，前者染液與被染織物在單次循環(huán)的動程中獲得的熱交換時間更長，加速了完成熱平衡過程的進程。這是目前其他氣流染色機和普通溢噴染色機所不具備的。正因為這種設備條件，可減少敏感色對染色工藝設計和控制的依賴性，使得工藝操作更加簡便。

（5）染色過程的溫度平衡

在織物浸染過程中，溫度是使纖維溶脹或化纖大分子鏈伸展、控制染料上染速率的主要工藝參數(shù)之一。由于染色過程的溫度變化是一個不穩(wěn)定的溫度場，熱擴散就成為反映傳熱系統(tǒng)導熱能力的特征值。顯然，在相同的加熱或冷卻條件下，導熱系數(shù)越大、蓄熱能力越小的物體，熱擴散系數(shù)越大，溫度變化的速率越快，傳熱系統(tǒng)內(nèi)部各點溫度趨于一致的能力也越強，即溫度越容易達到平衡（均勻）。

在實際應用中發(fā)現(xiàn)，氣液染色機特別適于敏感色染色。這與氣液染色機的前置式組合染液噴嘴、提布輥和氣流噴嘴三者之間的位置，以及作用條件密切相關(guān)。氣液染色機的前置式組合染液噴嘴的供液形式，提布輥輥面對織物的擠壓和氣流的滲透壓作用，對織物單次循環(huán)中的熱擴散產(chǎn)生多次作用，因而為敏感色勻染所需的溫度場提供了有利條件。

相比之下，氣流染色機的染液被夾帶在氣流中，形成水、蒸汽和空氣多種介質(zhì)混合體，各組分介質(zhì)的比熱差異在短時間內(nèi)容易形成溫度差。而小浴比溢流或噴射染色機也不具備織物單次循環(huán)的多次作用條件，同樣對敏感色的染色也存在溫度場控制難度大的問題。

（6）氣液染色機的熱平衡條件

氣液染色機在染色過程中的溫度場之所以溫差小，與其設備的熱平衡條件密切相關(guān)。其中前置式組合染液噴嘴、提布輥，以及氣流噴嘴的相互位置，對縮短染色時整個熱傳遞系統(tǒng)的熱平衡時間和減少溫度差具有重要作用。

A、前置式組合噴嘴

目前，所有的氣流染色機或普通溢流噴射染色機的噴嘴，在同一機型中只有一種形式。對于不同纖維品種或織物結(jié)構(gòu)，一般是通過調(diào)節(jié)染液噴射量來滿足工藝要求。而氣液染色機的染液可以通過組合式噴嘴，提供三種與織物的交換形式，不僅染液量可調(diào)，而且染液的噴射方式也不同。甚至對同一種織物品種，前處理和染色過程所采用的交換方式也可不相同。由于組合式噴嘴所產(chǎn)生的噴射液，不作為牽引織物循環(huán)的動力源，因而完全可以根據(jù)織物纖維的上染特性來選擇交換形式，例如對溫度敏感色可選擇較大的染液交換量，以縮短傳熱系統(tǒng)的熱平衡時間。

B、部分染液逆流的預交換過程

目前，所有的氣流染色機或普通溢噴染色機的染液與織物交換后，自由染液的流向與被染織物的運行方向相同�？椢镌趩未窝�環(huán)過程中，交換后的染液溫度逐漸降低，而被染織物的溫度逐漸提高，二者的溫度差逐步減小。在氣液染色機中，染液噴嘴設置在提布輥之前，染液與織物交換后，總有一部分染液要順著織物運行的相反方向流動，會與進入噴嘴前的織物進行預交換。這部分染液溫度比未進入噴嘴的織物上染液溫度要高，可提前預熱織物，縮短織物的熱平衡時間。

C、提布輥對織物帶液的擠壓作用

在織物的單次循環(huán)過程中，被染織物與染液交換后所帶的染液，經(jīng)過提布輥時會受到輥面的擠壓作用，加速纖維表面與其內(nèi)部的熱擴散。這種作用效果雖然沒有軋車的擠壓作用強烈，但該種機械擠壓作用是一般氣流染色機和溢流或噴射染色機所不具備的功能。

D、氣流對帶液織物的滲透壓作用

在織物單次循環(huán)過程中，織物與染液在噴嘴中交換后進入氣流噴嘴，還會受到氣流的滲透壓作用，加速向纖維內(nèi)部的熱擴散，同時還對纖維表面所吸附的染液進行再次分配，提高纖維表面溫度分布的均勻性。