超聲波及其在染色凈洗中的應用
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需要彈性介質,而后者則可在真空中自由傳播。當超聲波作用于液體時,能夠產(chǎn)生空化作用,從而使超聲波具有很好的清洗能力,同時還能達到殺滅細菌、溶解有機污染物等效果。因此,超聲波清洗被日益廣泛地應用于各行各業(yè),并且證明:超聲波清洗能減少清洗時間、節(jié)約用水、提高清洗效果、簡化清洗工藝,使一些原本難以清洗的污垢能夠輕易地被清除。國內(nèi)外有關專家學者經(jīng)過研究,都認為超聲波可以應用于紡織印染行業(yè),并且從理論上證明:超聲波凈洗只需較低溫度、較少用水和較短時間就可以達到甚至超過普通凈洗的效果,從而達到節(jié)能、節(jié)水的目的。但是近年來,在紡織行業(yè)中有關超聲波凈洗的報道還較少,目前尚無在該領域中取得全面性進展的報道。因此,加強對超聲波在染整加工中的應用研究具有十分重要的意義。
東華大學生態(tài)紡織教育部重點實驗室研究超聲波頻率和功率對超聲波空化噪音的影響,結果表明: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,就能使空化噪音對人體無害,從而達到把超聲波應用于染整加工的目的。全面研究了超聲波頻率對凈洗效果的影響,采用28kHz、40kHz、50kHz、60kHz四種不同頻率的超聲波進行試驗;然后研究了超聲波在不同凈洗溫度、凈洗時間和凈洗功率條件下對凈洗效果、織物拉伸性能和織物相關染色牢度的影響,并與常規(guī)凈洗的效果進行比較。
通過系統(tǒng)試驗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纖維結晶度、纖維的表面性能以及超聲波功率對纖維表面性能的影響。結果表明:超聲波空化作用能夠降低纖維結晶度,但影響幅度較小;超聲波頻率越低,對纖維結晶度的影響越大;超聲波凈洗對織物強力的影響隨著超聲波頻率的增加而增大。
試驗結果證明:正常的超聲波凈洗工藝對纖維結晶度和強力的影響小于常規(guī)凈洗,但凈洗效果好于后者。因此超聲波技術可以應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,具有良好的應用前景。
超聲波是一種頻率超出人類聽覺范圍20 kHz以上的聲波。超聲波的傳播要依靠彈性介質，其傳播時,使彈性介質中的粒子振蕩,并通過介質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。超聲波能夠引起質點振動,質點振動的加速度與超聲頻
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產(chǎn)生極大的作用力,強超聲波在液體中傳播時,由于非線性作用,會產(chǎn)生聲空化。在空化氣泡突然閉合時發(fā)出的沖擊波可在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓力,對污層的直接反復沖擊,一方面破壞污物與清洗件表面的吸附,另一方面也會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。氣泡的振動也能對固體表面進行擦洗。氣泡還能“鉆入”裂縫中做振動,使污物脫落。對于有油脂性污物,由于超聲空化作用,兩種液體在界面迅速分散而乳化,當固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時,油被乳化,固體粒子即脫落。空化氣泡在振動過程中會使液體本身產(chǎn)生環(huán)流,即所謂聲流。他可使振動氣泡表面存在很高的速度梯度和粘滯應力,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,強化化學清洗劑的清洗作用。此外,超聲振動在清洗液中引起質點很大的振動速度和加速度,亦使清洗件表面的污物受到頻繁而激烈的沖擊。
[1]
影響清洗因素
清洗介質：采用超聲波清洗，一般有兩類清洗劑即化學溶劑和水基清洗劑。清洗介質的化學作用可以加速超聲波清洗效果，超聲波清洗是物理作用，兩種作用相結合，依對物件進行充分、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，速度越快，清洗效果越好，但對于精密的表面光潔度甚高的物件，采用長時間的高功率密度清洗會對物件表面產(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，適合于精細的物件清洗。
清洗高溫：一般來說，超聲波在50°C~60°C時的空化效果最好，清洗劑也不是溫度越高，作用越顯著，有可能會高溫失效，通常超聲波在超過85°C時，清洗效果已變差。所以實際應用超聲波清洗時，采用50°C~70°C的工作溫度。
