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核心提示：我們將超聲波應用于織物前處理、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械,并在印染企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)應用,綜合考察,超聲波水洗設備不僅使產(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,這項技術的推廣將在印染行業(yè)產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益和社會效益。

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)水洗工藝每臺水洗機需要消耗水約13—15噸／小時，需要消耗蒸汽約1.2噸／小時，水洗過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。我們在此領域開展了工業(yè)化應用工作，取得了顯著效果。我們研制了新型染整超聲波水洗機，并在企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)應用，綜合考察，超聲波水洗設備不僅使產(chǎn)品質(zhì)量比以前有所提高，而且為印染企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。對當前節(jié)能減排要求嚴格的印染企業(yè)來說，無疑具有重要的意義。

1、染整超聲波水洗機的研發(fā)

1.1超聲波的背景

1893年Golton發(fā)現(xiàn)了超聲哨子，此時建立了超聲波領域。20世紀20年代，R·伍德證實了超聲強化物理化學過程的可能性，美國普林斯頓大學化學實驗室發(fā)現(xiàn)超聲波有加速化學反應的作用。但在1940年以前，只有單晶壓電材料，這種技術存在許多缺點，使得超聲波未能得到廣泛應用。20世紀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)展大大地促進了超聲波領域的發(fā)展。80年代中期，由于功率超聲設備的普及與應用，超聲波在化學中的應用研究才迅速展開，形成

了一門新興的交叉學科——一聲化學。1990年歐洲聲化學學會在法國宣告成立，并組織了專題學術交流會。1991年聲化學專著《Practical Sonochemistry》發(fā)行，1994年3月聲化學雜志((Ultrasonics Sonochemistry》創(chuàng)刊。大量的文獻報道和許多實驗結(jié)果表明：超聲波不僅可以改善反應條件，加快反應速度和提高反應產(chǎn)率，還可以使一些難以進行的化學反應得以實現(xiàn)。超聲波輻射能加速各種有機均相及異相反應。

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波，介質(zhì)的壓力作交替變化。如果對液體中某一確定點進行觀察.這點的壓力以靜壓(一般是一個大氣壓)為中心，產(chǎn)生壓力的增減，若依次增強超聲波的強度，則壓力振幅也隨著增減，并產(chǎn)生負的壓力。所謂負壓，實際上負的壓力是不存在的，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。這種在聲場作用下的振動當聲壓達到一定值時，氣泡將迅速增長，然后又突然閉合，在氣泡閉合時，由于液體間相互碰撞產(chǎn)生強大的沖擊波。

超聲波清洗過程由下列三個方面作用所引起。

(1)因空泡破滅時產(chǎn)生強大的沖擊波，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作用污垢層，一層層被剝開，小氣泡再繼續(xù)向前進，直到污垢層被剝下為止。這就是空化二次效應。

(3)超聲波清洗中清洗液的超聲振動本身對清洗的貢獻。例如20 kHz、2 W／cm2超聲波在清洗液中傳播時，它將引起質(zhì)點的振動，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力。

1.3超聲波與染整水洗機的組合研發(fā)

通過有效地組合超聲波裝置和印染設備，我們開發(fā)了超聲波染整專業(yè)水洗機，目前主要應用于染整加工的各類水洗：如退、煮、漂的水洗，染色后水洗，印花后水洗等。

生產(chǎn)制造的試驗設備流程為：

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

圖1：染整超聲波水洗機