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核心提示：我們將超聲波應(yīng)用于織物前處理、染色后和印花后的水洗加工中,研發(fā)、制造了一種新型的染整超聲波水洗機(jī)械,并在印染企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用,綜合考察,超聲波水洗設(shè)備不僅使產(chǎn)品質(zhì)量比以前有所提高,而且大大降低了水消耗量和蒸汽消耗量,這項(xiàng)技術(shù)的推廣將在印染行業(yè)產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

紡織品染整加工需要大量的熱能和水，其中水洗工序占了很大的比例。無(wú)論是前處理中的退漿、煮練、漂白、絲光，還是染色、印花后去除浮色和雜質(zhì)，都必須有多道水洗才能保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。常規(guī)水洗工藝每臺(tái)水洗機(jī)需要消耗水約13—15噸／小時(shí)，需要消耗蒸汽約1.2噸／小時(shí)，水洗過(guò)程用水一般要占到整道工序用水的60%以上，而且90℃以上的熱水使用量非常大。研究表明將超聲波應(yīng)用于織物染前處理和染后的水洗加工中，可以顯著提高水洗效果并節(jié)約用水量和能源。我們?cè)诖祟I(lǐng)域開(kāi)展了工業(yè)化應(yīng)用工作，取得了顯著效果。我們研制了新型染整超聲波水洗機(jī)，并在企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，綜合考察，超聲波水洗設(shè)備不僅使產(chǎn)品質(zhì)量比以前有所提高，而且為印染企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。對(duì)當(dāng)前節(jié)能減排要求嚴(yán)格的印染企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑具有重要的意義。

1、染整超聲波水洗機(jī)的研發(fā)

1.1超聲波的背景

1893年Golton發(fā)現(xiàn)了超聲哨子，此時(shí)建立了超聲波領(lǐng)域。20世紀(jì)20年代，R·伍德證實(shí)了超聲強(qiáng)化物理化學(xué)過(guò)程的可能性，美國(guó)普林斯頓大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)超聲波有加速化學(xué)反應(yīng)的作用。但在1940年以前，只有單晶壓電材料，這種技術(shù)存在許多缺點(diǎn)，使得超聲波未能得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)40年代，人們發(fā)現(xiàn)了壓電多晶材料——鈦酸鋇壓電陶瓷，50年代，美國(guó)賈菲等發(fā)現(xiàn)了PbZr03-PbTi03(PZT)固溶體系統(tǒng)，70年代，人們又研制出PLZT透明壓電陶瓷。壓電材料的發(fā)展大大地促進(jìn)了超聲波領(lǐng)域的發(fā)展。80年代中期，由于功率超聲設(shè)備的普及與應(yīng)用，超聲波在化學(xué)中的應(yīng)用研究才迅速展開(kāi)，形成

了一門(mén)新興的交叉學(xué)科——一聲化學(xué)。1990年歐洲聲化學(xué)學(xué)會(huì)在法國(guó)宣告成立，并組織了專(zhuān)題學(xué)術(shù)交流會(huì)。1991年聲化學(xué)專(zhuān)著《Practical Sonochemistry》發(fā)行，1994年3月聲化學(xué)雜志((Ultrasonics Sonochemistry》創(chuàng)刊。大量的文獻(xiàn)報(bào)道和許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：超聲波不僅可以改善反應(yīng)條件，加快反應(yīng)速度和提高反應(yīng)產(chǎn)率，還可以使一些難以進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。超聲波輻射能加速各種有機(jī)均相及異相反應(yīng)。

1.2超聲波洗滌原理

把液體放入清洗槽內(nèi)，槽內(nèi)作用超聲波。由于超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動(dòng)波，介質(zhì)的壓力作交替變化。如果對(duì)液體中某一確定點(diǎn)進(jìn)行觀察.這點(diǎn)的壓力以靜壓(一般是一個(gè)大氣壓)為中心，產(chǎn)生壓力的增減，若依次增強(qiáng)超聲波的強(qiáng)度，則壓力振幅也隨著增減，并產(chǎn)生負(fù)的壓力。所謂負(fù)壓，實(shí)際上負(fù)的壓力是不存在的，只是在液體中某些區(qū)域中產(chǎn)生撕裂的力。且形成真空的空泡，并被后面的壓縮壓擠而破滅。這種在聲場(chǎng)作用下的振動(dòng)當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡將迅速增長(zhǎng)，然后又突然閉合，在氣泡閉合時(shí)，由于液體間相互碰撞產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波。

超聲波清洗過(guò)程由下列三個(gè)方面作用所引起。

(1)因空泡破滅時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，污垢層的一部分在沖擊波的作用下被剝離即分散、乳化及脫落。

(2)因空化現(xiàn)象產(chǎn)生的氣泡，由沖擊形成的污垢層與表面之間的間隙和空隙滲透，由于這種小氣泡與聲壓同步膨脹、收縮，像剝皮那樣的物理力重復(fù)作用污垢層，一層層被剝開(kāi)，小氣泡再繼續(xù)向前進(jìn)，直到污垢層被剝下為止。這就是空化二次效應(yīng)。

(3)超聲波清洗中清洗液的超聲振動(dòng)本身對(duì)清洗的貢獻(xiàn)。例如20 kHz、2 W／cm2超聲波在清洗液中傳播時(shí)，它將引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，位移幅度1.32μm，速度為0.16 rn／S，加速度為2.04×10 4 m／S2(約為2000 g的重力加速度)，聲壓為1.45 X10 5 Pa，這表明清洗物表面的污垢層將

受到±248 kPa／S的激烈沖擊。

清洗劑也溶解了污垢，產(chǎn)生了乳化分散的化學(xué)力。

1.3超聲波與染整水洗機(jī)的組合研發(fā)

通過(guò)有效地組合超聲波裝置和印染設(shè)備，我們開(kāi)發(fā)了超聲波染整專(zhuān)業(yè)水洗機(jī)，目前主要應(yīng)用于染整加工的各類(lèi)水洗：如退、煮、漂的水洗，染色后水洗，印花后水洗等。

生產(chǎn)制造的試驗(yàn)設(shè)備流程為：

平幅進(jìn)布架→二輥平軋車(chē)→還原蒸箱→二輥軋車(chē)→平洗槽(冷水)→二輥軋車(chē)→平洗槽(冷水)→二輥軋車(chē)→平洗槽(冷水)→二輥軋車(chē)→平洗槽(冷水)→二輥軋車(chē)→上5下6蒸洗箱(80℃)→二輥軋車(chē)→上5下6蒸洗箱(80℃)→二輥軋車(chē)→上5下6蒸洗箱(80℃)→二輥軋車(chē)→超聲波水洗箱(常溫)→二輥軋車(chē)→超聲波水洗箱(常溫)→二輥軋車(chē)→超聲波水洗箱(常溫)→二輥軋車(chē)→超聲波水洗箱(常溫)→二輥軋車(chē)→水洗箱(常溫)→三輥軋車(chē)→3柱10烘筒烘燥機(jī)(φ570)→擺布出布，詳見(jiàn)下圖的示意圖。

圖1：染整超聲波水洗機(jī)