牛仔色紗打樣技術進展

席立鋒 周衡書 陳桂春 張 淳 周忠成

（1.湖南工程學院，湖南湘潭，411104；2.韶關市順昌布廠有限公司，廣東韶關，512000）

牛仔織物起源于150多年前，延續至今仍在大眾服裝消費中占據著重要比例［1］。近幾年隨著消費者個性化消費觀念的引導，牛仔織物色紗種類向著多元化方向發展，主要有靛藍染色、硫化染料染色、涂料靛藍染色、多色染料套染等，但靛藍牛仔織物仍然是牛仔色紗的主流［2?3］。

靛藍牛仔色紗染色開始于19世紀70年代，由于靛藍染料來源廣泛、色澤穩定，因此得到大眾的喜愛。牛仔行業經過多年的產業化發展，形成了以軸經染色、球經染色、筒子紗染色為主流的染色方式［4］。隨著紡織服裝業個性化消費理念的發展，促使牛仔服裝業朝著差異化、個性化方向發展，這對牛仔行業的產品開發速度提出了新要求。企業要完成新型牛仔色紗打樣必須停工停產，借助50 m~60 m的生產線完成小批量產品開發，導致生產成本高、物料浪費大的局面。本研究對現有牛仔色紗染色方式進行梳理總結，對比分析了企業生產線牛仔色紗染色和短流程牛仔色紗染色的優缺點，為了解牛仔色紗染色相關技術提供參考。

1 靛藍牛仔色紗染色機理

靛藍類色素是人類所使用最古老的色素之一，最早可追溯到大約公元前2 500年。在古代，靛藍以價格低廉、色澤優美等優點受到大眾的喜愛，通過“甕染”技術，其廣泛應用于日常生活用品的染色。19世紀90年代LEVI Strauss采用501靛藍染料染色創造了牛仔色紗產品的先河，這也成為了牛仔織物染色發展進程中的重要節點［5］。

靛藍染料是一種還原性染料，分子式為C16N2H10O2，分子量為262。由于靛藍分子結構穩定，故不可直接用于牛仔色紗染色；靛藍染料只有在強堿性環境中被還原成為隱色體鈉鹽上染纖維，再經過空氣氧化恢復為原來的穩定態染料，才能最終固著在纖維上，完成纖維染色。

靛藍染紗包括4個過程：靛藍染料還原→靛藍隱色體鈉鹽上染→靛藍隱色體氧化→紗線染色后處理。靛藍染料還原是指將不溶性的靛藍在強堿（主流用NaOH溶液）條件下和還原劑（又稱“保險粉”，主流用Na2S2O4）作用轉化為靛藍隱色體鈉鹽。靛藍隱色體鈉鹽上染是指紗線經過染缸時，隨著浸染時間的推移，隱色體鈉鹽被吸附在纖維表面并向內部擴散；企業在生產中為了提高紗線上染效率，通常在染液中加入滲透劑，并采用6次~8次浸軋氧化連續染色，以達到所需染色深度。靛藍隱色體氧化是指上染在紗線上的隱色體鈉鹽離開染缸后，在空氣中與氧氣發生氧化反應，使紗線呈現穩定的靛藍色。紗線染色后處理是指染色完成后洗去紗線表面的浮色。

2 生產線中靛藍牛仔色紗染色打樣方法

由于靛藍需要經過多次浸染上色，企業生產線長達幾十米，這對企業的牛仔產品開發和小型打樣帶來諸多技術難題［6］。目前企業在產品研發階段為了保證小樣生產和大批量生產產品無差異，借助的生產線中靛藍牛仔色紗染色打樣主流方法有軸經染色、球經染色和筒子紗染色。

2.1 軸經染色

軸經染色又稱片紗染色，指紗線染色過程中多根紗線并列呈片狀排列染色。根據紗線染色工藝要求，需要經過多道浸扎還原染色和氧化。企業為了提高生產效率，將色紗的染色和上漿工藝連續化設計，形成漿染聯合機組。目前主流的軸經染色方式又可分為軸經多染槽連續染色上漿聯合機組和軸經單染槽環形連續染色上漿聯合機組。

2.1.1 軸經多染槽連續染色上漿

軸經多染槽連續染色上漿聯合機組的工藝過程包括5個步驟：經紗退卷預濕→多道染槽浸染氧化→水洗烘干→上漿→烘干集紗。經過整經的經紗從經軸上退繞下來浸入1道~2道的潤濕槽進行預濕處理；紗線經多次循環進入6道~8道染色槽浸染還原和空氣中氧氣，完成靛藍染色的氧化還原反應；染色后的紗線進入2道~3道水洗槽，洗去紗線表面的浮色，并利用多個烘筒進行預烘干；染色后的片紗送入漿槽完成上漿；最后片紗通過烘房完成烘燥，導出到集紗裝置，完成紗線的纏繞收集。

2.1.2 軸經單染槽環形連續染色上漿

軸經單染槽環形連續染色上漿聯合機組的工藝原理與軸經多染槽連續染色上漿聯合機組的工藝一致，但是軸經單染槽是采用環形走紗方式，將紗線連續多次送入單染槽完成染色上漿工藝，即1個染槽代替6個~8個染槽；該方法縮短了工藝過程，減少了生產設備的占地面積，且節省了染料配給和排放。其工藝過程：經軸上的經紗退繞后經過潤濕槽完成預濕工藝；預濕完畢的經紗送入單染槽完成紗線的第1次染色；染色后的紗線從染缸上部一對壓輥導出，繞過位于后方的經軸架完成氧化工藝；之后紗線從經軸架的下方經過，通過導輥再次到單染槽完成浸染，重復循環6次~8次，完成經紗的染色；最后水洗烘干、上漿、烘干集紗，與軸經多染槽連續染色上漿工藝相同。

2.2 球經染色

球經染色又稱束裝染色或繩染，指將數十根或數千根紗線聚集呈一束進行染色。球經染色工藝流程中包括球經整經機、球經染色機（又稱束狀染色機）、分紗機。球經整經機是將數筒經紗合并成一束卷繞在經軸處，球經染色機同上述的軸經染色相同，多道浸染完成染色工藝；分紗機是將染色完成的球經重新分紗、整經完成色紗的收集。球經染色生產的色紗染色質量穩定，效率高，受到企業的一致好評，但相關的國內紡機制造企業比較少，主要進口的球經染色設備來自美國莫里森公司［7?8］。

球經染色的工藝過程和軸經染色稍有不同，染色機的前端和后端設置了球經整經機和分紗機。球經紗有12束、14束、24束、28束以及36束，經紗根數可達到400根。球經染色的工藝流程：將12根~36根束紗從整經機上退繞下來再潤濕；束紗進入染缸6次~8次進行浸染和氧化，完成束紗染色；然后再完成水洗和烘燥；最后通過分紗機進行分紗，并重新整經制成經軸，以備后道上漿工序使用。

2.3 筒子紗染色

筒子紗染色按其染色工藝形態又稱為填裝染色，將用于筒子染色的紗線卷繞在多個表面有孔的筒子上，然后將筒子依次置于染缸中，通過循環泵帶動染液循環流動對筒子紗的內部和外部進行充分的滲透，然后將筒子紗從染缸中拿出來在空氣中進行氧化，從而完成色紗染色［9］。其中恒天立信公司生產的筒子紗染色設備可適用于純棉紗和化纖紗的染色。

筒子紗染色的工藝流程和上述的軸經、球經染色機理一致，不同的是筒子紗染色的染色機打破了固有的紗線浸染模式，為紗線染色方式提供了新的思路。筒子紗染色機是將紗線筒置于封閉式染筒內不動，紗線四周布有高壓染液噴頭，根據染色工藝要求，噴頭噴出染液至紗線表面完成上染，緊接著紗線運行至染筒上部的導紗處，同時完成紗線染色的氧化反應，然后紗線進入下一個染筒，重復多次氧化還原反應，直至紗線完成染色。

3 生產線中牛仔色紗染色打樣存在的問題

目前，國內多數企業的靛藍牛仔色紗染色打樣都借助生產線完成產品的開發工作，但存在以下問題。

首先，工藝流程長，設備占地面積大。在企業生產中為保證還原性染料充分染色，需要經過多道浸軋還原和氧化反應才能滿足紗線的染色要求，導致染漿聯合機和束狀染色機的生產線長達幾十米。其中每道染色機的長度達到6.5 m，完成氧化工藝的設備總長度可達到40 m，再加上上漿工藝設備，全機總長度在50 m~60 m。

其次，資源浪費多，成本損耗大。企業中龐大的機臺設備是針對大批量生產設計的，所以染槽、漿槽等容量都比較大，造成染料、漿料的浪費。同時長達幾十米的生產線需要多名技術工人協同，存在勞動力成本較高的問題。

再次，色紗質量差，工藝不連續。由于借助產業化生產線完成色紗打樣存在束紗（或片紗）股繩細的問題，經過軋染時存在強力低、易斷紗等問題。相較于企業生產線成熟的工藝，采用絞紗染色的牛仔色紗打樣方法成本較高，容易出現片差和層差現象，而采用筒子染色所生產的小樣蓬松度與柔軟度都不如絞紗染色的產品，也容易發生內外層色差、染色不透等現象。

最后，產品開發周期長，質量不穩定。企業借助生產線完成產品開發需要停工停產、配置染料、調整工藝參數等以完成小批量打樣，同時恢復生產需要重復上述的操作，耗費了大量的時間在準備打樣階段；由于染缸染液濃度有波動和不易清洗導致的遺留物問題會對打樣染液配方產生影響，使得打樣紗線質量不穩定。

4 短流程牛仔色紗打樣方法

為解決生產線中牛仔色紗染色打樣存在的問題，行業內給出的解決方案是在保證牛仔紗線染色工藝的條件下，利用新型機械結構，將紗線染色的氧化還原過程在短流程設備上完成。目前，主流的設備有立缸染色機、噴缸染色機、短流程染漿一體機3種，受到業界的一致好評［10］。

4.1 立缸染色機

立缸染色機打破了原來的生產線紗線移動、染液相對靜止的模式，轉換為紗線圓周盤繞、染液動態轉動均勻上染。立缸染色機采用循環式排紗，可以滿足生產線6道~8道軋染工藝，原理類似于洗衣機，驅動機構帶動螺旋槳使染液有規律地轉動。紗線在染色機內呈圓周盤繞，染液在螺旋槳的轉動下，對紗線表面進行旋轉染色，隨著時間的推移，染液濃度下降，打開底部排液孔將廢液排出。立缸染色機采用新型染色模式解決了生產線中牛仔色紗打樣占地面積大、產品開發周期長的技術難題，可適用于羊毛和棉紗等針織牛仔產品的色紗開發。

4.2 噴缸染色機

噴缸染色是將絞紗放置于帶有多孔的噴管處，噴缸中噴管連續轉動帶動絞紗運動，同時噴管表面高壓噴口將染液噴染在紗線上。噴缸染色機在機箱內部設有8根染料噴射管，可根據不同紗線的染色工藝要求自定義參與染色的噴管。噴管噴出的染料完成紗線染色后，多余的染料順著絞紗流回自循環染槽中，大幅度提高了染液的利用率。紗線以絞紗形式纏繞在支紗架上，支紗架做圓周運動的同時，水泵將染液經輸液管噴染在絞紗表面。染色過程中，紗線在轉動的同時染料同步循環噴射。此方法可適用于棉紗、蠶絲及較高品質的絞紗等色紗打樣工藝。

4.3 短流程染漿一體機

通過對企業中各種靛藍牛仔色紗染色工藝的分析和總結，得出靛藍牛仔紗線染色生產的工藝必須滿足以下范圍：在室溫染色條件下，機臺轉軸速度15 m/min~35 m/min，紗線浸染還原時間1.8 min~3.6 min，空氣氧化時間6 min~15 min，浸染還原和氧化比例為1∶10.7~1∶4.0，紗線水洗工藝溫度18℃~25℃，上漿漿液溫度70℃~90℃。

為解決現有工藝生產線長、成本高、染色不勻、染色不透等問題，開發一種適用于企業生產線、高校或布行進行產品開發的短流程式牛仔色紗設備十分必要，我們和江陰通源紡機有限公司聯合研制的GA 393型染漿一體機給出了解決方案，具體如圖1所示。

筒子原紗1從筒子架上導出來經過導紗器2和張力盤3，繞過大紗籠5進入染槽14，通過浸沒輥13后紗線被浸壓到染液液面以下，紗線從染液中出來并通過軋輥4擠壓掉多余的染液，之后再次繞過大紗籠5和浸沒輥13，如此往復，并通過大紗籠5和分紗板6的作用，將一定圈數的紗線均勻地排列在大紗籠和浸沒輥上。之后經過染色的紗線通過水洗槽7，洗去色紗上多余的浮色，水洗后的紗線到漿槽12，實現單根紗線上漿。完成漿紗過程的紗線到烘房10，在小紗籠11上進行烘干，最后經過斷紗自停裝置8到整個設備的成形機構9，紗線被卷繞到筒管上，完成單紗的染色與上漿過程。

GA 393型染漿一體機和其他短流程染色機相比的技術突破點在于，其還原了產業牛仔紗線染色的整個工藝過程。為解決生產線多染缸占地面積大的問題，GA 393型染漿一體機給出的解決方案是采用新型機械結構，將數十米的染漿生產線打樣縮短在3 m左右的染漿一體機上，機械結構采用復合運動，實現大紗籠5和浸沒輥13同步轉動，同時帶動原紗1排布在大紗籠5和浸沒輥13表面，大紗籠5表面的紗線可完成靛藍染色的氧化工藝，浸沒輥13的紗線浸沒在染液中，完成靛藍染色的還原工藝。同時，大紗籠5下側設置了分紗板6，可保證原紗1根據染液要求多次進出染槽14，滿足紗線染色深度要求。該設備可滿足不同種類紗線、不同染液的染色上漿要求，為企業、高校等的靛藍牛仔色紗小批量打樣提供了新的解決方案。

5 結語

牛仔色紗打樣受染料上染率的影響，也被50 m~60 m生產線所制約，同時染液系統存在濃度不穩定、染缸未實現智能檢測和補給、無法保證各個染缸的上染率穩定等問題。本研究從生產線牛仔色紗打樣、短流程牛仔色紗打樣兩個方面總結了牛仔靛藍染色技術的研究進展。短流程牛仔色紗打樣突顯了不可替代的優勢，為提升牛仔色紗短流程打樣與生產線生產色紗的一致性，建議今后短流程色紗打樣還需在以下幾方面進行深入研究。

首先，發展多種短流程排紗機械結構。為徹底克服色紗借助生產線打樣問題，進一步研發特種機械結構滿足多類紗線和染料的打樣，提升色紗打樣與生產線工藝的一致性，同時實現短流程單機染色設備的色紗柔性打樣。

其次，搭建智能檢測和智能染液補給系統。由于現有的各種染缸染液采用自循環和人工濃度檢測方法，未對牛仔色紗進程中的染液濃度進行定量、定性測量分析，導致紗線的上染均勻性差。因此從紗線染色的實踐和工藝要求角度出發，需要添加短流程牛仔色紗的智能染液補給系統。

最后，建立全面的短流程牛仔色紗打樣理論。短流程染色機的進一步研發需要涉足交叉領域知識，如機械、化工、計算機等，以實現占地面積小、上染效率高、染液濃度穩定的新型短流程染漿一體機。