第二节 气流染色的特点和适用范围
一、气流染色的特点
就织物染色的状态而言，松式绳状染色要比平幅状染色的手感好。这主要是织物在绳状染色过程中，在储布槽（或称为染槽）内处于松弛状态，当提升并通过喷嘴和导布管时，又处于张紧状态，每一个循环中都有一次这样的一紧一松过程，实际上是对织物不断产生一个伸缩和互相揉搓的过程。织物在气流染色过程中，也是呈绳状运行，并且气流的作用比较柔和，松紧交变的频率比较高，可赋予织物更好的手感。除此之外，气流染色的低浴、低张力、高温排放和染色的“一次成功率”较高等特点都是传统溢喷染色所不具备的。
1.染色浴比低
气流染色改变了传统溢流、喷射和溢喷染色以染液牵引织物循环的方式，而是采用循环空气牵引织物进行循环运动。除了织物吸附的染液外，循环染液只有传统溢喷染色机的五分之二。与传统溢喷染色相比，省去了近60%的用水量，并降低了蒸汽和染化料的消耗，减少了排污。此外，气流染色的低浴比工艺条件，提高了染液浓度，对活性染料来说，提高了直接性，即提高了染料对纤维的上染率。对于一些上染速率较快的纤维，低浴比与织物具有足够的交换频率，可保证织物纤维获得均匀上染。
气流染色的低浴比只需满足织物的最低带液量，以及最少的染液循环即可。织物与染液是主要在喷嘴中进行交换，以保证织物循环一周，其纤维表面染液的扩散和动力边界层所需的染液量。织物离开导布管落入储布槽后，与自由循环染液是处于分离状态。当织物从储布槽中再次提升时，所含带的染液量较少（主要是结合水），即使在较高的提升速度下，也不会对织物产生过大的拉伸张力。值得一提的是，织物在离开导布管时，实际上还有一个气流扩展作用。这对织物不断改变折叠位置（主要是在储布槽中），避免产生永久性折痕。因此，气流染色低浴比条件不仅可以保证织物获得均匀上染，还可减少织物折痕的产生。这也是传统溢喷染色在低浴比条件下无法做到的。
2.织物张力低
在织物松式绳状染色过程中，织物运行被牵引的张力过大会使其（特别是针织物）产生纬斜或幅宽变窄，甚至产生经向折皱，严重影响织物的外观和尺寸的稳定性。为了避免这些现象的产生，对一般液流喷射染色机的喷射力以及织物运行速度都有一定限制。相比之下，气流染色由于储布槽内不存放染液，织物在运行的整个过程中，不带有过多的染液，重量相对较轻，即使在较高的运行速度条件下，也不会对织物产生过大的张力。同时，织物的运行主要由气流牵引，与液流相比，气流对织物的作用比较柔和，不会出现强拉硬扯现象。气流染色对织物的低张力作用，为提高织物的运行速度，减小弹力织物的张力提供了有利条件。
3.高效短流程
提高染色加工效率的有效手段是缩短染色工艺时间。而要完成织物上染的三个过程（即吸附、扩散、固着），除了固色时间外，吸附、扩散过程的时间长短，都与染液和被染物的相对运动，以及对上染和解吸平衡状态的打破程度有关。如果平衡状态维持的时间长，那么，染料的上染率低，达不到所要求的色光。就必须通过延长时间，增加打破这种动态平衡的概率来提高上染率。这样不仅会降低生产效率，同时还会引起染料（如活性染料）在水中大量水解，造成染料的浪费和织物色牢度的下降。因此，为了改变这种状态，只有提高染液与被染物的交换频率，也就是通过提高布速和加快染液循环频率。在液流染色中提高布速，会增加织物的张力；而要加快染液循环频率，就必须降低浴比或者增加主循环泵流量。液流染色（主要是指溢喷染色）中的浴比过小，织物在槽体内运行就有困难，并容易产生折痕；而主循环泵流量的增加则必然带来更大功率的消耗，生产成本过高。显然，溢喷染色在诸多因素的影响下，提高生产效率是非常有限的。
相比之下，气流染色的生产效率比较高，其原因取决于两方面因素。一是织物的运行速度比较高（最高可达700m/min，溢喷染色在400m/min左右），并且织物所受的张力较小（因为织物含带较少的水）。织物在气流的牵引下，会产生不断的抖动和扩展，充分与气流中染液接触。第二个方面是省去了牵引织物运行的那部分水，浴比大幅度降低，即使采用流量较小的主循环泵（确切地讲是供染液循环的泵），也能获得较高的染液循环频率。气流染色正因为具备这种条件，才能够使织物在较短的时间内均匀上染，缩短了整个染色过程的时间。
此外，结合现代染色工艺中的一浴法，通过染料和助剂的正确筛选，采用前处理和染色一浴法、多组分纤维织物一浴法等先进工艺，气流染色机将会发挥出更大优势。事实上，有不少印染厂已经开始在使用，并获得了良好的经济效益。
4.节能环保
完成染色工艺过程必须消耗大量的能源。水和蒸汽是主要能耗，它的耗量大小不仅关系到生产成本的高低，而且更重要的是影响日趋枯竭的地球资源以及人类赖以生存的环境。气流染色由于浴比很低［一般为1∶（3～4）］，所以不仅染色工艺中需要的水非常少，而且在升温或保温过程中消耗的蒸汽也非常小。与传统溢喷染色所完全不同的是，气流染色可以在固色保温过程完成之后，直接进行高温排放（因为织物是由气流带动，没有水仍然可以运行）。通过这个功能，可以省去缓慢的降温过程以及降温所需的冷却水。对涤纶来说，还可以在高温条件下直接排除所产生的低聚物，缩短水洗时间及耗水量，提高织物色牢度。
印染对环保的影响已成为制约印染工业发展的最大问题。而对于有水染色来说，主要考虑到的问题就是尽可能降低浴比，减少排放量以及降低废水中所含电解质的浓度。浴比大容易使某些染料和助剂产生水解，这部分水解的染化料不仅会造成浪费，而且更重要的是对环境带来污染。虽然可以通过一定的污水处理设施来加以处理，但毕竟还是要付出昂贵的成本代价。因此，解决环保问题必须从设备、工艺以及染化料几个方面同时着手，其中设备的浴比就是一个最关键的问题。气流染色的核心技术就是能够保证织物在低浴比条件下实现染色工艺，达到染色所要求的各项指标，当然这也就意味着最低排污的要求。
5.连续式水洗
在传统的间歇式溢喷染色机中，一般是采用分缸间歇式或者加溢流式水洗，需要消耗大量的水，并且要占到整个染色用水的80%。尤其是涤纶织物在高温条件所产生的低聚物不能采用高温排放，只能通过还原清洗和大量的水才能够去除。传统水洗过程很大程度是通过新鲜水不断稀释污物，而浴比低往往浓度较高，要稀释到高浴比相同浓度的污浴，则需要更多的水。因此，按照传统的水洗工艺，低浴比染色后的水洗可能要消耗更多的水。要解决这个矛盾，必须改变水洗方式，提高水洗效率，降低耗水量。气流染色采用了连续式水洗技术，充分体现了高效节能的特点。
连续式水洗是洗液清浊分流、连续进水和排放的一种方式。织物通过喷嘴时总是与新鲜水交换，而交换后的污水与织物分离，并直接排放。由于污水不参与再次循环，织物每次接触到的都是新鲜水，所以总是保持较高的水洗浓度梯度，加快了污物脱离织物。为了保证足够的水洗量，一般是将主循环的旁通切断，将水量全部集中在喷嘴中。整个水洗过程采用了受控，根据织物中污物的分布和存在状态，对水流量和温度进行不同组合分配，以最少的耗水量和时间，达到最佳的净洗效果。
6.织物风格更优
实际应用表明，采用气流染色方式所加工出来的织物，不仅色牢度较好，而且对织物伴随着一种物理整理效果。织物在松式绳状加工过程中，有一个周期性的自由、松弛和回缩的机会，气流对织物会产生一定的拍打作用，因而织物的手感丰满。针织物的染色效果更优于其他染色方式，不仅对织物产生的张力小，而且织物在染色过程中具有一定的揉搓效果，使得织物产生一种飘逸感。
利用气流染色的原理，进一步拓展其使用功能，可以对织物进行特殊风格整理，这是气流染色所具有的新特点。例如，被誉为21世纪绿色环保型的再生纤维素纤维——Lyocell纤维（商品名为天丝）就是通过气流对织物的作用，经过两次原纤化后，生成如同桃皮绒般的布面效果。令视觉和手感效果非常好，具有较高的附加值。
此外，气流染色机还可以在原有基础上增加一些辅助装置，如空气加热器、撞击栅栏等，对织物进行柔软整理、松式绳状烘干以及彩虹染色。因此，从某种意义上来说，气流染色已不是单一的染色概念了，而是染色加整理的全新概念。
7.堵布打结少
堵布打结在溢流或喷射染色中时常发生，在浴比较大的染色过程中更是如此。其主要原因是储布槽内染液的流动或湍流，造成织物之间的相互乱串，形成套结。一旦发生了堵布打结，就要影响织物的正常运行，严重时必须停机快速降温至80℃以下，进行人工处理。如果是在织物的上色较快的温度范围内，由于堵布打结而停机降温，必然会造成织物的色花或折痕。为此，对传统的溢流或喷射染色机进行了不断改进，如增加摆布装置，适当降低浴比等措施，在一定程度有所改善，但还是不能完全避免堵布打结的产生。
相比之下，气流染色较好地解决了这个问题。它除了设置摆布装置外，更重要的是其槽体内不存放染浴，织物是依靠自重作用，沿着非常光滑的表面（衬有聚四氟乙烯管）向前滑行，或者通过转鼓偏重带动向前。在这个过程中织物之间几乎没有相对位移，比较有规律地横向折叠。因此，很少发生堵布打结现象。
8.高温排放
聚酯类纤维在130℃的染色条件下，会分解出一种低聚物，而在100℃以下又会重新附在纤维上，影响织物的色牢度，同时还有部分黏附在设备内壁上。所以，对普通的溢流或喷射染色机来说，只有通过后面的还原清洗来去除低聚物。但气流染色机却可以在一定的安全保护措施下进行高温排液，将低聚物在高温下迅速排掉。因为气流染色机在没有染液的情况下仍然可以循环，不用担心织物的起皱问题。相反，在压力迅速释放下，织物所含带的高温水也随即汽化，使得织物局部折皱可展开。
考虑到安全问题，气流染色机的高温排放通常采用两种方法：一是在高温排液口处安装一个冷水交换器，通过冷水间接热交换，将废液温度降至85℃以下再排放；二是设置一个容积不小于1m3的地下封闭缓冲槽，仅在顶部留一个排气孔，高温排液连在缓冲槽上，使高温废液先经过缓冲，降低温度后再流入排液总管。
9.湿加工“一次成功率”高
实践证明，气流染色机在织物的前处理、染色等湿加工的一次成功率往往高于传统的溢喷染色机。有实验数据表明，一台技术上成熟的气流染色机的一次成功率在97%以上。这对织物的品质控制和节能减排来说，无疑是具有重大现实意义。在传统的染色加工中，人们常常是只注意设备的浴比和一些能耗指标，而忽略了设备对加工过程的一次成功率。返工所造成的能耗、物耗和人工成本，已成为目前印染厂加工成本持高不下的主要原因。从这种意义上来讲，气流染色机具有很明显的优势。
二、气流染色的适用范围
就染色方法而言，气流染色仍属于浸染的范畴。与传统的溢流或喷射染色相比，织物与染液的相对循环运动，温度对上染率的控制等方面，气流染色更具有优势。因为在气流染色过程中，被染织物与染液的交换（在喷嘴中接触）频率和剧烈程度较高，且染液温度分布的均匀性也比较好。这对高瞬染（上染率对时间曲线的起始斜率）染料在染色过程的最初阶段，可以尽快达到纤维总体上染的均匀性，起到非常重要的作用；同时对那些比表面积较大的新合成纤维织物来说，也可获得非常好的匀染效果。因此，气流染色的适用范围基本涵盖了目前绝大部分常规纤维织物品种，尤其是对新型纤维的染色，更具有优势。
1.适用的织物品种
在过去相当长的一段时间内，气流染色在满足织物和染色工艺的适用性上始终随着气流染色技术不断改进和完善而同步进行。早期的气流染色机主要是用于超细纤维织物染色，利用气流能够牵引织物的快速循环，并对织物的损伤小的特点，解决超细纤维织物上染快、不易达到匀染的问题。随着节能减排和纺织品的品种增多，人们更重要的是看到了气流染色的低浴比特性，将其用于常规及一些新型纤维织物的染色，并获得了成功。许多织物经气流染色后，得到的品质及风格更优于传统溢喷染色。
应用表明，气流染色不仅可适于常规织物，而且更适于一些新型纤维织物的染色，如超细纤维、Lycoell纤维、莫代尔（Modal）纤维，另外，还特别适合于高织高密织物、弹力针织物（氨纶含量为5%～10%）的湿加工。染料对其中许多纤维的上染速率较快，要求织物与染液具有较快的交换频率，否则容易造成上染不均匀。对于弹力针织物主要是张力带来的影响，普通溢喷染色只有通过降低织物循环速度来减小张力，最终导致织物容量的减少。一些比表面积较大的超细纤维织物，染料对纤维的上染速率很快，除了要求织物与染液具有较快的交换频率外，还要求控制织物每一个循环中的染料上染量。气流染色可以提供较快的织物与染液的交换频率，同时还可控制染料的上染量，更容易保证匀染性。
2.适用的加工工艺
在纺织品的染整加工中，如织物的退浆、煮练、漂白、丝光、碱减量、染色和水洗等以水为介质的加工，统称为湿加工。同样是湿加工，气流染色与传统溢喷染色所不同的是工艺条件发生了变化，而其中最重要的是浴比降低。这对染色和前处理工艺，涉及染化料的选择，织物与液体的交换状态，以及温度和加料的控制。此外，由于气流染色机是通过气流牵引织物循环，可以在无水状态下进行织物循环，所以气流染色机还可用于织物干态或半干状态下的物理整理和特殊染色，如织物的机械柔软整理和彩虹染色等。
（1）染色工艺。气流染色与传统溢流或喷射染色的不同点，主要是体现在工艺条件上，如染色浴比、织物与染液的交换方式、染液的循环状态等。因此，它涉及染料的选择、助剂的用量和工艺曲线的设定等方面。尽管在相当一段时间内，许多使用者采用传统溢喷染色工艺也能做出一些合格产品，但也出现了不少问题，并将这些问题一味地归咎于气流染色机的性能。随着气流染色技术的不断成熟，人们也总结出了一些专门适于气流染色的染料、助剂和染色工艺，从而将气流染色工艺与设备有机地结合起来，有效地发挥出了气流染色的优势。
此外，快速染色是提高生产效率的有效方法，但对设备要求较高。快速升温、快速染液循环是实现快速染色工艺的基本要求。气流染色的浴比很低，可以实现染液的快速循环和快速升温，另外，织物也可以快速循环，所以，只要选择适于快速染色的染料和工艺控制，不用担心织物的匀染性问题。
（2）织物前处理工艺。用气流染色机进行织物的退、煮、漂前处理，可利用织物在储布槽中的布水分离状态，形成一个类似于汽蒸过程，不仅可以提高织物纤维的膨润性，还可加强助剂对纤维的渗透性和反应性。当织物经过喷嘴与液体进行交换时，可迅速将溶解和剥离的杂质与纤维进行分离。织物实际上经历了汽蒸—热浴—汽蒸—热浴的重复过程，相当于一个高效短流程的前处理。应用表明，气流染色机进行前处理，织物可获得良好的品质，且时间短，“一次成功率”高。为了充分利用气流染色机这一优点，有不少使用厂家划分出部分气流染色机专门用来进行织物的前处理，获得了显著的经济效益。
（3）织物整理工艺。利用气流的拍打作用对纺织品进行风格整理，是气流柔软机的主要功能，而气流染色机在工作原理上与气流柔软机十分相近。采用气流染色机进行织物风格整理，不仅可改善织物的服用性，同时还可以获得许多布面风格效果，极大地丰富了纺织品的使用内涵。在这些整理功能中，如柔软、摇粒、缩绒和预缩整理的使用价值最为显著，并且应用也比较普遍。气流整理过程可以少用或者不用化学助剂即可实现，对人体和环境都不会产生大的危害。因此，这种整理工艺既可提高纺织品的附加值，又可减少污染，有利于纺织品后加工向环保方向发展。
织物经风格整理后可以提高其内在的品质，并可获得有别于普通织物的感观效果，是织物后加工的一道重要工序。新型纺织纤维的许多特性就是通过不同的整理过程后而表现出来的，即使是同一品种的织物，采用不同的整理方法也可获得不同效果。有些织物经过一定的特殊整理，可以保留原有的优良特性，克服或改善原来存在的缺陷。所以，织物的风格整理是一种集中体现纺织品综合性能的加工手段。
（4）彩虹染色工艺。纺织品的颜色是千变万化的，它极大地丰富了人们的物质生活。利用气流染色的现有功能，可以对轻薄纱类织物进行彩虹染色，可产生一种朦胧的彩虹视觉效果。这种染色工艺实际上是让不同颜色的染料在不同的时间内上染织物，并且有意识不让染料在织物上进行移染，产生人为均匀分布的彩虹般颜色。
3.高温与常温染色
按最高工艺温度来分，气流染色机可分为高温型和常温型两种。工艺温度高于水的标准沸点，到最高工艺温度为135℃的气流染色机称为高温高压气流染色机，最高工艺温度为98℃的气流染色机称为常温常压气流染色机。从实际应用的角度来考虑，除了分散染料染色必须采用130℃的高温条件外，其余染料均可在常温条件下染色。但是，气流染色机具有前处理功能，而目前我国印染行业大部分企业都是在染色机中进行前处理。所以，对有间歇式染色机的厂家来说，必须考虑间歇式染色机的前处理效率。
由于采用气流染色机进行前处理（后文译述）具有显著的优势，而织物前处理中的煮漂温度在105～110℃的条件下进行，不仅效果好而且效率高。因此，织物的前处理采用高温型气流染色机具有明显的经济效益。据近年来的市场调查和了解，目前有许多使用气流染色机的厂家，有意识安排部分气流染色机专门用于前处理加工，不仅质量稳定，效率高，而且节能。从这种意义上来讲，高温型气流染色机应该占据主流。当然，考虑到设备的采购价格，适当配置一些常温气流染色机仅作为染色使用也可以。