超聲波及其在染色凈洗中的應(yīng)用
超聲波具有很高的頻率,一般在20kHz以上。超聲波與電磁波相似,可被反射、折射和聚焦;其不同之處在于前者傳播時(shí)需要彈性介質(zhì),而后者則可在真空中自由傳播。當(dāng)超聲波作用于液體時(shí),能夠產(chǎn)生空化作用,從而使超聲波具有很好的清洗能力,同時(shí)還能達(dá)到殺滅細(xì)菌、溶解有機(jī)污染物等效果。因此,超聲波清洗被日益廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè),并且證明:超聲波清洗能減少清洗時(shí)間、節(jié)約用水、提高清洗效果、簡(jiǎn)化清洗工藝,使一些原本難以清洗的污垢能夠輕易地被清除。國(guó)內(nèi)外有關(guān)專(zhuān)家學(xué)者經(jīng)過(guò)研究,都認(rèn)為超聲波可以應(yīng)用于紡織印染行業(yè),并且從理論上證明:超聲波凈洗只需較低溫度、較少用水和較短時(shí)間就可以達(dá)到甚至超過(guò)普通凈洗的效果,從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水的目的。但是近年來(lái),在紡織行業(yè)中有關(guān)超聲波凈洗的報(bào)道還較少,目前尚無(wú)在該領(lǐng)域中取得全面性進(jìn)展的報(bào)道。因此,加強(qiáng)對(duì)超聲波在染整加工中的應(yīng)用研究具有十分重要的意義。
東華大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究超聲波頻率和功率對(duì)超聲波空化噪音的影響,結(jié)果表明:噪音隨著超聲波頻率升高而減小;隨著超聲波功率的增加而增大。選擇合適的超聲波頻率和功率,就能使空化噪音對(duì)人體無(wú)害,從而達(dá)到把超聲波應(yīng)用于染整加工的目的。全面研究了超聲波頻率對(duì)凈洗效果的影響,采用28kHz、40kHz、50kHz、60kHz四種不同頻率的超聲波進(jìn)行試驗(yàn);然后研究了超聲波在不同凈洗溫度、凈洗時(shí)間和凈洗功率條件下對(duì)凈洗效果、織物拉伸性能和織物相關(guān)染色牢度的影響,并與常規(guī)凈洗的效果進(jìn)行比較。
通過(guò)系統(tǒng)試驗(yàn)確定超聲波凈洗的適宜條件為:超聲波凈洗頻率40kHz-50kHz,凈洗溫度55℃左右,凈洗時(shí)間15-20s,凈洗功率密度0.294w/cm~2左右。此外還研究了超聲波頻率對(duì)纖維結(jié)晶度、纖維的表面性能以及超聲波功率對(duì)纖維表面性能的影響。結(jié)果表明:超聲波空化作用能夠降低纖維結(jié)晶度,但影響幅度較小;超聲波頻率越低,對(duì)纖維結(jié)晶度的影響越大;超聲波凈洗對(duì)織物強(qiáng)力的影響隨著超聲波頻率的增加而增大。
試驗(yàn)結(jié)果證明:正常的超聲波凈洗工藝對(duì)纖維結(jié)晶度和強(qiáng)力的影響小于常規(guī)凈洗,但凈洗效果好于后者。因此超聲波技術(shù)可以應(yīng)用于紡織品的凈洗加工中,起到節(jié)能、節(jié)水和提高生產(chǎn)效率的作用,具有良好的應(yīng)用前景。
超聲波是一種頻率超出人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)范圍20 kHz以上的聲波。超聲波的傳播要依靠彈性介質(zhì)，其傳播時(shí),使彈性介質(zhì)中的粒子振蕩,并通過(guò)介質(zhì)按超聲波的傳播方向傳遞能量,這種波可分為縱向波和橫向波。在固體內(nèi),兩者都可以傳送,而在氣體和液體內(nèi),只有縱向波可以傳送。超聲波能夠引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng),質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的加速度與超聲頻
超聲波清洗
超聲波清洗
率的平方成正比。因此,幾十千赫茲的超聲會(huì)產(chǎn)生極大的作用力,強(qiáng)超聲波在液體中傳播時(shí),由于非線性作用,會(huì)產(chǎn)生聲空化。在空化氣泡突然閉合時(shí)發(fā)出的沖擊波可在其周?chē)a(chǎn)生上千個(gè)大氣壓力,對(duì)污層的直接反復(fù)沖擊,一方面破壞污物與清洗件表面的吸附,另一方面也會(huì)引起污物層的破壞而脫離清洗件表面并使它們分散到清洗液中。氣泡的振動(dòng)也能對(duì)固體表面進(jìn)行擦洗。氣泡還能“鉆入”裂縫中做振動(dòng),使污物脫落。對(duì)于有油脂性污物,由于超聲空化作用,兩種液體在界面迅速分散而乳化,當(dāng)固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時(shí),油被乳化,固體粒子即脫落。空化氣泡在振動(dòng)過(guò)程中會(huì)使液體本身產(chǎn)生環(huán)流,即所謂聲流。他可使振動(dòng)氣泡表面存在很高的速度梯度和粘滯應(yīng)力,促使清洗件表面污物的破壞和脫落,超聲空化在固體和液體表面上所產(chǎn)生的高速微射流能夠除去或削弱邊界污層,腐蝕固體表面,增加攪拌作用,加速可溶性污物的溶解,強(qiáng)化化學(xué)清洗劑的清洗作用。此外,超聲振動(dòng)在清洗液中引起質(zhì)點(diǎn)很大的振動(dòng)速度和加速度,亦使清洗件表面的污物受到頻繁而激烈的沖擊。
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影響清洗因素
清洗介質(zhì)：采用超聲波清洗，一般有兩類(lèi)清洗劑即化學(xué)溶劑和水基清洗劑。清洗介質(zhì)的化學(xué)作用可以加速超聲波清洗效果，超聲波清洗是物理作用，兩種作用相結(jié)合，依對(duì)物件進(jìn)行充分、徹底的清洗。
功率密度：超聲波的功率密度越高，空化效果越強(qiáng)，速度越快，清洗效果越好，但對(duì)于精密的表面光潔度甚高的物件，采用長(zhǎng)時(shí)間的高功率密度清洗會(huì)對(duì)物件表面產(chǎn)生空化、腐蝕。
超聲頻率：適用于工件粗、臟、初洗，頻率高則超聲波方向性強(qiáng)，適合于精細(xì)的物件清洗。
清洗高溫：一般來(lái)說(shuō)，超聲波在50°C~60°C時(shí)的空化效果最好，清洗劑也不是溫度越高，作用越顯著，有可能會(huì)高溫失效，通常超聲波在超過(guò)85°C時(shí)，清洗效果已變差。所以實(shí)際應(yīng)用超聲波清洗時(shí)，采用50°C~70°C的工作溫度。
