新型炭黑污染布制作工艺初探
中国家用电器研究院测试技术研究所 潘清 王统帅 张金山
摘要：洗衣机测试用标准炭黑污染布的制作工艺已经用了近30年，其生产工艺严重落后于市场化生产的步伐，亟需推出新的生产方法。文章从新的炭黑污染液的配方研究和对染布设备的调研两方面着手，对生产工艺进行了探讨。通过实验调研，得到了符合标准的水性溶剂炭黑污染液配方和适合标准污染布连续生产的机械设备。
关键词：炭黑污染布 生产工艺 炭黑污染液 机械设备
Preliminary Study on New Carbon Black Soiled Strip Production Process
(China Household Electric Appliance Research Institute,100053)
Abstract: The production process of standard carbon black soiled strip used for washing machine test has been in use for nearly 30 years, seriously lagging behind market-oriented production. A new production method is needed to promote. This article discusses the production process from the two aspects of the new formula of carbon black soiled aqueous solution and the research of dyeing equipment. According to the experiments and researches, the formula of the carbon black soiled aqueous solution and the mechanical equipments suitable for the continuous production of the standard carbon black soiled strip are obtained.
Keywords:Carbon black soiled strip, Production process, Carbon black soiled aqueous solution, Equipment
1 引言
洗衣机测试用标准炭黑污染布是用于检测洗衣机洗净性能的标准物质，其质量直接影响到对洗衣机的性能评价。现在生产标准炭黑污染布采用的是传统的手工浸染方法，需要的人力多（详见GB/T 4288【1】，生产流程见图1），对生产者本身要求较高，但生产效率低下，不能满足大批量生产要求，因此我们需要探索一个可以实现高效生产的染布制作工艺。
图1 GB/T 4288中炭黑油污染布的制作工艺
2 新型炭黑污染布制作工艺的研究
新工艺的开发首先从新污染液的配制以及改变染布方法两方面着手进行。
2.1 新型污染液的配制
根据对现有生产配方的研究，污染液配制的关键是选择更好的分散方法使炭黑能够均匀分散。现用的分散介质是CCl4（四氯化碳），对炭黑的分散效果比其他常用且毒性相对较小的有机溶剂如醇、醚等好，但长期处于CCl4含量高的空气中，会抑制中枢神经，损害肝、肾等器官。于是考虑在不降低炭黑分散的情况下改变分散介质，将污染液做成均匀、稳定的乳液。制作乳液需要用到乳化剂，考虑到污染布的用途，乳化剂的用量和种类都要少。液体石蜡为有机性最强的油，乳化液体石蜡需要的乳化剂量较多，故而尝试一些有机性较低的油，最终我们选定蓖麻油。油的种类确定后，根据其HLB值，最恰当的乳化剂为吐温类（聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯，简称聚山梨酯或tween），但吐温水溶性好，不利于洗净试验，最终选择磷脂为乳化剂，同时用阿拉伯树胶粉作为纤维黏合剂制作污染液。乳液制作与炭黑颗粒的粒径有直接关系，由于市场直接购买的炭黑粒径较大，在使用时要将其进行剪切以减小粒径【2】。
由于需要分析的因素较多，我们设计了一组L25(56)的正交试验，探讨了炭黑、分散剂、蓖麻油、乳化剂、粘合剂以及乳化温度和时间对污染布的影响。通过对这一系列正交试验结果的分析，选择出了各原料的用量以及实验条件，经过后续的实验调整，完成了新污染液的配方研究工作。新配方与现有配方的对比见表1：
表1 新老配方对比
原配方 | 新配方 | |
污染液类型 | 粗分散体系 | 乳液 |
分散介质 | 四氯化碳 | 水 |
污染布手感 | 油腻 | 干爽 |
是否适用于机械生产 | 否 | 是 |
新的污染液配方最大的特点在于用水替代了老配方中的CCl4，一方面减少了CCl4的使用降低了污染布生产过程中对空气的污染，另一方面将污染液做成了乳液，其稳定性远高于CCl4分散液，可提高同一批产品之间的稳定性。
2.2 染色工艺探讨
第二步步的研究是选择适合洗衣机测试用标准炭黑污染布生产的染色方法。
2.2.1 染色方法
织物染色按照染色方法不同可分为浸染和轧染两种，两种方法的比较见表2：
表2 浸染、轧染方法比较
项目 | 浸染 | 轧染 |
定义及方法 | 将被染织物浸渍于染液中，通过染液循环及与被染物的相对运动，借助于染料对纤维的直接性而使染料上染，并在纤维上扩散、固着的染色方法。 | 将织物在染液中经过短暂的浸渍后，随即用轧辊轧压，将染液挤入纺织物的组织空隙中，并除去多余的染液，使染料均匀地分布在织物上。浸轧染料后的织物通过汽蒸、焙烘或浸轧处理液等处理完成染料在纤维上的扩散及固着。 |
优缺点 | ①适用于各种形态的纺织品的染色； ②间歇式生产，生产效率较低； ③设备比较简单，操作较容易。 | ①连续染色加工，生产效率高，适合大批量织物染色； ②染化料、能源消耗大，设备投资大，占地面积大。 |
要求 | 染液各处的温度和染料、助剂的浓度要均匀一致，被染物各处的温度也要均匀一致。 | 轧液均匀，用均匀轧车 |
影响均匀性的因素 | 染料、助剂、温度、浓度、浴比、促染剂等 | 泳移 |
应用 | 广泛用于散纤维、纱线、针织物、稀薄娇柔型织物的染色 | 常用于机织物的染色 |
用机械生产代替手工生产是标准炭黑污染布生产的发展方向。染色机械种类很多，按照染色方法可以分为浸染机、卷染机、轧染机等；按被染物的状态可分为散纤维染色机、纱线染色机、织物染色机；按染色的连续性可分为间歇式染色机和连续式染色机。我们对间歇式染色设备和连续式染色设备进行了对比（见表3）：
表3 间歇式染色机和连续式染色机比较
项目 | 间歇式染色机 | 连续式染色机 |
组成 | 除染机外,须配备脱水机、开幅机和烘燥机等 | 主要由轧车、烘干、汽蒸或焙烘、平洗等单元组成 |
染色过程 | （以经轴染色机为例） 织物平整地卷绕在芯轴上→送入经轴染色机内→进水→循环泵循环升温→染色→染色后处理→降温→排汽、排液→冲洗→出机 | （以打底机为例） 进布→轧料→红外线预烘→热风烘燥→烘筒烘干→落布 |
适用范围 | 适宜于小批量、多品种和快交货的市场需求 | 适用于染色工艺稳定、批量较大的织物染色（其中，半连续式染色特别适合小批量多品种的染色加工） |
优点 | 设备比较简单，操作容易 | 适用范围广，实用性强，可一机多用，产品质量好，生产效率高，操作维修方便 |
当今节能环保的新形势也催生出了一系列节能环保的染色新技术，如气流染色技术、微波染色技术、微悬浮体染色技术、电化学以及生物色素染色技术等。
2.2.2 染色工艺探讨
关于洗衣机测试用标准炭黑污染布的生产，我们可以考虑采用以上详细介绍的两种方法来制作。我们实验室现有的染色机械是我院自行设计的污染布辊压装置，其染色流程见图2，在生产过程中会因轧辊的压力不均而出现左中右色差。由于染液的分散介质是水，在烘干及悬挂过程中还出现了泳移、上下和正反色差的问题，导致效率较之人工浸染工艺还低。
在使用连续轧染机时，可以通过采取一系列调控措施解决上述问题。如图3所示为热风打底机，其中，轧车是织物浸轧染料的主要装置；红外线，热风和烘筒烘燥都属于烘干装置。在使用污染布辊压装置生产时遇到的问题，如果再次出现，也有以下几种解决方法（见表4）。
图2 污染布辊压装置染布工艺
图3 热风打底机
1-进布装置，2-均匀轧车，3-红外线烘燥机，4-横导辊热风烘燥机，5-烘筒烘燥机
表4 解决方法
问题 | 解决办法 |
左中右色差 | ①可加入恰当的渗透剂，使织物均匀吸液； ②使用均匀轧车 |
泳移、上下色差 | ①降低轧余率； ②采用红外线预烘→热风烘干→烘筒烘干（温度由低到高） |
前后色差 | ①稳定轧车压力 ②稳定车速 |
正反色差 | 调整红外线和热风烘燥 |
用机械生产代替手工浸染是生产洗衣机测试用标准炭黑污染布的方向，目前认为热风打底机可以满足洗衣机测试用标准炭黑污染布的生产需要。
3 结论
通过实验调研，我们对洗衣机测试用标准炭黑污染布生产工艺的改良工作已有了初步的成果，下一步的工作重点就在于购买染布设备并进行调试，以期早日完善工艺，使标准炭黑污染布的连续化生产步入正轨，高效率生产出质量稳定的标准污染布。
参考文献
1.GB/T 4288-2008.《家用和类似用途电动洗衣机》
2.林丽隽.水性炭黑色浆的制备及性能研究[D].广州:华南理工大学,2012:10
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