（紡織化學(xué)與染整工程專業(yè)論文）無紙熱轉(zhuǎn)移機(jī)正常運(yùn)行的影響因素分析.pdf

北京服裝學(xué)院2 0 0 8 屆顧+ ：學(xué)位論艾 無紙熱轉(zhuǎn)移機(jī)正常運(yùn)行的影響因素分析 摘要 本論文主要以無紙熱轉(zhuǎn)移印染機(jī)中的熱轉(zhuǎn)移區(qū)為研究對(duì)象，首先研究了 經(jīng)過熱轉(zhuǎn)印后殘留在金屬環(huán)帶上的印漿( 簡(jiǎn)稱殘物) 清除效果及其影響因素， 包括清除效果的因素分析、清除效果的表征熱轉(zhuǎn)印溫度和印漿種類對(duì)清除 效果的影響和印漿添加劑對(duì)清除效果的影響。結(jié)果表明：隨著溫度的升高， 清除率逐漸下降，隨著溫度的降低，清除率逐漸升高。但是并不能只依靠溫 度的降低來提高清除率。因?yàn)闊徂D(zhuǎn)印就是依靠染料的升華來實(shí)現(xiàn)印花的，若 溫度降到染料的升華點(diǎn)以下，則無法實(shí)現(xiàn)熱轉(zhuǎn)印。 其次通過試驗(yàn)對(duì)熱轉(zhuǎn)移區(qū)進(jìn)行熱量衡算，包括以下內(nèi)容：干燥區(qū)帶入的 熱量，碳化硅遠(yuǎn)紅外通過輥?zhàn)觽鹘o熱轉(zhuǎn)印區(qū)的熱量，金屬環(huán)帶帶出的熱量， 印漿中水汽化消耗的熱量，通過保溫板帶出轉(zhuǎn)印區(qū)的熱量，印漿中染料升華 消耗的熱量共六方面。專用印漿的轉(zhuǎn)移率，其中的染料升華能對(duì)計(jì)算染料的 升華吸收的熱量是必不可少的，而現(xiàn)有資料難以查到相關(guān)數(shù)據(jù)，所以做了這 部分實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：染料黃t y 一5 4 和紅t r 一6 0 在轉(zhuǎn)印區(qū)的有效轉(zhuǎn)移率 分別是5 2 4 9 和4 4 4 7 ，相應(yīng)的升華熱分別為：染料黃t y 一5 4 的升華熱 h = 8 2 7 8 0 8 j g ，染料紅t r 一6 0 升華熱h = 1 5 9 0 5 6 5 j g ；無紙機(jī)運(yùn)行階段( 不 是升溫階段) 所需的功率是6 5 5 9 千瓦，而熱轉(zhuǎn)印區(qū)加熱板的額定功率是6 3 千瓦，實(shí)際消耗功率比額定功率多出2 5 9 千瓦。 最后提出了金屬環(huán)帶從熱轉(zhuǎn)印區(qū)帶出的熱量回收方案，并作了粗略的計(jì) 算。計(jì)算結(jié)果表明，通過這樣的回收系統(tǒng)回收的熱量能夠供花型印刷區(qū)的干 北京j j l 裝學(xué)院2 0 0 8 屆碩e 學(xué)位論文 燥。這些結(jié)果可以作為無紙樣機(jī)改造的參考依據(jù)。 關(guān)鍵詞：無紙熱轉(zhuǎn)印，熱量衡算，印漿，轉(zhuǎn)移率，清除率 北京服技學(xué)院2 0 0 8 屆壩i 學(xué)位論文 t h ea n a l y s i so nt h ef a c t o ri n f l u e n c i n g p r o c e s sf o rt h ep a p e r l e s sh e a tt r a n s f e rp r j n t i n gm a c h i n e a b s t r a c t t h eh e a tt r a n s f e ra r e ai np a p e r l e s sh e a tt r a n s f e rp r i n t i n gm a c h i n e i st h e l a i nr e s e a r c ho b j e c ti nt h i sp a p e r f i r s t l y ，t h ec l e a n i n ge f f e c t o fp r i n tp a s t er e j n a i n e do nt h ef e r r u l ea f t e rt h eh e a tt r a n s f e rp r i n t i n g a n di t si n f l u e n c ef a c t o r sa r es t u d i e d ， i n c l u d i n ga n a l y s i so fc l e a n i n g e f f e c t f a c t o r s ， t h e r e p r e s e n t a ti o n o f c l e a r i n ge f f e c ta n dt h e i n f l u e n c eo ft h et e i n p e r a t u r eo fh e a tt r a n s f e rp r i n t i n g ， t h ev a r i e t y o fp r i n tp a s t ea n dp r i n tp a s t ea d d i t i v e st oc l e a r i n ge f f e c t t h e r e s u l t si n d i c a t et h a tt h es c r a p i n gr a t ed e c r e a s e sa st h et e m p e r a t u r e r i s e ，a n dt h es c r a p i n gr a t er i s e sc o n t r a r i l ya st h et e i n p e r a t u r e d e s c e n d s h o w e v e r ， i ti su n a d v i s a b l eo n l yt or e l yo nt h et e m p e r a t u r e t oi m p r o v i n gt h es c r a p i n gr a t eb e c a u s et h eh e a tt r a n s f e rp r i n t i n g d e p e n d so ns u b l i m a t i n go fp r i n td y e s t u f f s i ft h et e m p e r a t u r ef a l l s b e l o wt h es u b l i m a t i n gp o i n to ! fp r i n td y e s t u f f s ， i t i si m p o s s i b l et o c a r r yo u tt h eh e a tt r a n s f e rp r i n t i n g s e c o n d l y ，c a l o r i ci nt h eh e a tt r a n s f e ra r e ai sb a l a n c e d ，i n c l u d i n g t h ec a l o r i ct a k e ni n t ot h ed r ya r e a ，t h ec a l o r i cs e n tt ot h eh e a t t r a n s f e ra r e ab yc a r b o r u n d u mf a r i n f r a r e dt h r o u g ht r o l l e y ，t h ec a l o r i c t a k e na w a yb yf e r r u l e ，t h ec a l o r i c1 0 s tw h il ew a t e rb o i1i n ga w a yf r o m p r i n tp a s t e ，t h ec a l o r i ct a k e na w a yf r o mt h eh e a tt r a n s f e ra r e at h r o u g h i n s u l a t i n gp l a t ea n dt h ec a l o r i c1 0 s tw h i l ed y e s t u f fs u b l i m a t i n gf r o m t h ep r i n tp a s t e t os t u d yt h et r a n s f e rr a t eo fp r i n tp a s t e ，t h ed y e s u b l i m a t i n ge n e r g yi sn e c e s s a r yf o rc a l c u l a t i n gt h ec a l o r i ca b s o r b e d b yp r i n td y e s t u f f sw h i l es u b l i m a t i n g b u ti t i sd i f f i c u l tt of i n dt h e 3 北京服裝學(xué)院2 0 0 8 屆顧i ：學(xué)位論義 r e l a t e dd a t af r o me x i s t i n gd a t u m ， s ot h i se x p e r i m e n ti sc a r r i e do u t t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a tt h ee f f e c t i v et r a n s f e rr a t e so fd i s d e r s e d y ey e l l o wt y 一5 4a n dr e dt r 一6 0i nt h et r a n s f e rp r i n ta r e aa r e5 2 4 9 a n d4 4 4 7 r e s p e c t i v e l y t h ep r i n td y e s t u f fs u b l i m a t i n gc a l o r i e so f t h ed y e s t u f fy e l l o wt y 一5 4a n dr e dt r 一6 0i s8 2 7 8 0 8 j ga n d1 5 9 0 5 6 5 j g r e s p e c t i v l y ：t h ep o w e ri s6 5 5 9 k wa tt h er u n n i n gp r o c e s s ( n o ta tt h e c a l e f a c t i v ep r o c e s s ) o ft h ep a p e r l e s sh e a tt r a n s f e rp r i n t i n gm a c h i n e ， t h er a t i n gp o w e ro ft h eh o tp l a t ei nt h eh e a tt r a n s f e rp r i n t i n ga r e a i s6 3 k w t h e r e f o r e ， t h ef a c t u a ll o s td o w e ri s2 5 9 k wm o r et h a nt h e r a t i n gp o w e r f i n a l l y ，t h er e c y c l i n gp r o j e c to fc a l o r i ct a k e na w a yf r o mt h eh e a t t r a n s f e rp r i n t i n ga r e ab yt r o l l e yi sp r o p o s e d t h er o u g hc a l c u l a t i n g r e s u l ts h o w st h er e c y c li n gs y s t e mc a np r o v i d ee n o u g hc a l o r i cf o rd r y i n g t h ep r i n t i n ga r e a ，w h i c hc a nb er e f e r e n c e dw h i l ei m p r o v i n gt h e p a p e r l e s sm a c - h i n e k e yw o r d s ：p a p e r l e s sh e a tt r a n s f e rp r i n t i n g ，h e a tb a l a n c e ， t r a n s f e r r a t eo ft h ed y e s t u f f ， s c r a pi n gr a t e 4 原創(chuàng)牲聲賈 率人鄭重聲明：辨呈交魏警使論文，是本人在導(dǎo)努靜撩導(dǎo)下，獨(dú)立避行磅 窩工俸掰聯(lián)蔣靜藏慕。豫文卡b 綴注鹱雩 熏螅蠹容癸，零淪文不含強(qiáng)耱箕縫令 人或熊體已經(jīng)發(fā)表斌撰寫過的作晶成果。對(duì)本文的研究做出照要貢獻(xiàn)| i 勺個(gè)人和 集薄，攙暑在文孛馭璞臻方式標(biāo)裙。零又完全意談裂本聲鼷瀚法簿結(jié)黎凼本又 承援。 擎顯論文搏砉簽名： 家磺簽字魏蘩：撕7 年? 三撼招 | 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 學(xué)位諗文露黌完金了簿囂察黢裝學(xué)輦奏芙稼藩幫楚襄攀霞遺文瑟惑定，霉： 研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北柬服裝學(xué)院。學(xué)校有權(quán) 保留并向國(guó)家有關(guān)榔門或機(jī)構(gòu)遂交論文的復(fù)印件和磁盤，兔許學(xué)位論文被查閱 露 蹙鼴；學(xué)蔽霹戳公布擎位穗文蕊全幫蓑幫努凌容，露強(qiáng)兔誨栗瑟甏固、縮霉 或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)惋論文。 ( 煤密的學(xué)位諏文在解密屆邋用本授權(quán)書) 學(xué)位論文作者簽名：；k1 鄧蹲師簽名 主氣2f 乩 簽字黧麓；了零? 羹 ；窶漆字簍蘩：勰7 年王囂躇囂 學(xué)位論文攆者畢業(yè)麟去向： 工露肇蕊； 通訊地址： 魄話： 郵犏： 北京服裝學(xué)院0 5 級(jí)畢業(yè)論史 日u舌 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類社會(huì)的發(fā)展，人們也越來越關(guān)注科技帶來的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)方 面的不良后果。中國(guó)是紡織品出口大國(guó)，紡織工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的位置，而 印染是紡織工業(yè)中重要的一環(huán)，要解決印染廢水的污染，不能只重視末端治理，而應(yīng)該是 標(biāo)本兼治，通過工藝革新從根本上解決問題，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生廢水，走保護(hù)環(huán)境的路線。 印染屬于高耗水和高污染行業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)印染行業(yè)的年耗水量超過1 0 0 億噸印染行業(yè)不僅耗水多，而且因其廢水成分復(fù)雜多變、色度深、堿性大而極難處理 顯然，從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，傳統(tǒng)印染業(yè)的改革勢(shì)在必行。熱轉(zhuǎn)移印花是2 0 世紀(jì)6 0 年代發(fā)展起來的一種印花新工藝，被認(rèn)為是紡織行業(yè)中繼活性染料之后最重要的發(fā)明和印 花工藝史上的一次革命。這種工藝與傳統(tǒng)工藝相比，省時(shí)2 5 、省廠房和入力l 3 、省水 4 5 、降低次品率2 3 。因此熱轉(zhuǎn)移印花一度成為國(guó)際性的研究熱點(diǎn)，但是這種工藝存在 兩大缺點(diǎn)： 1 要使用大量的印花紙，存在間接耗水和水污染問題； 2 只能用于滌綸織物，應(yīng)用范圍受局限，市場(chǎng)占有率很低( 全球平均約4 ) 。 為了解決熱轉(zhuǎn)印工藝的間接耗水和污染問題，本課題組提出用金屬箔替代紙張作熱轉(zhuǎn) 移基材。經(jīng)過十幾年的研究，現(xiàn)已經(jīng)形成國(guó)際首創(chuàng)的無紙熱轉(zhuǎn)印技術(shù)體系( 以下簡(jiǎn)稱無紙 工藝) 。無紙工藝不但可免除因造紙和廢紙?jiān)偕斐傻暮乃蛷U水排放問題，而且還能 夠大幅度降低生產(chǎn)成本( 初步估計(jì)在1 5 以上) ，具有十分良好的工業(yè)應(yīng)用前景”1 。 無紙工藝是在無紙熱轉(zhuǎn)移印染機(jī)上( 以下簡(jiǎn)稱無紙機(jī)) 實(shí)現(xiàn)的，其工藝過程為：環(huán)形 金屬環(huán)帶( 以下簡(jiǎn)稱金屬環(huán)帶) 首先在印刷區(qū)印上花紋；再移動(dòng)到熱轉(zhuǎn)印區(qū)入口與待印織 物貼合并同步經(jīng)過熱轉(zhuǎn)印區(qū)，在此過程中金屬環(huán)帶上的花紋被轉(zhuǎn)印到待印織物上，在熱轉(zhuǎn) 印區(qū)出口處印花織物與金屬環(huán)帶脫離：余屬環(huán)帶繼續(xù)向前移動(dòng)至殘物清除和i 糾用區(qū)，在此 區(qū)域金屬環(huán)帶上的殘物被清除干凈( 清除下來的殘物待回用) ，潔凈的金屬環(huán)帶繼續(xù)循環(huán) 至花紋印刷區(qū)，開始新的循環(huán)無紙機(jī)就是靠會(huì)屬環(huán)帶如此周而復(fù)始的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)無紙工 藝的”。由此工藝過程可以看出，若要使無紙機(jī)良好地運(yùn)行，需要合理的主機(jī)結(jié)構(gòu)，以及 符合無紙工藝要求的會(huì)屬環(huán)帶材料和接縫性能、熱轉(zhuǎn)印區(qū)的溫度及其穩(wěn)定性、殘物清除效 果。盡管目前已經(jīng)完成無紙樣機(jī)的試制，但金屬環(huán)帶的循環(huán)難以連續(xù)，主要原因有二：一 是會(huì)屬環(huán)帶上的殘物清除不理想：二是熱轉(zhuǎn)印區(qū)的溫度難以恒定。 無紙機(jī)原有的清墨系統(tǒng)是采用凹版印刷機(jī)上常用的刮墨方式，即用金屬刮刀刮除金屬 北京服皺學(xué)院2 0 0 8 屐碩j ：學(xué)位論文 板面的殘物。目前的清墨情況是局部不干凈，不是整個(gè)版面不干凈( 如沿運(yùn)行方向出現(xiàn)條 紋) 。這曉明刮刀與會(huì)屬環(huán)帶接觸不均，只要接觸著就能清除干凈。這應(yīng)該是刮刀精度不 夠或金屬環(huán)帶表面不平引起，此外還存在金屬刮刀損壞金屬板面的現(xiàn)象。要使金屬環(huán)帶長(zhǎng) 期循環(huán)使用，清墨問題必須解決，而且要設(shè)法去除金屬刮刀，以免由此影響會(huì)屬環(huán)帶的使 用壽命。 在無紙機(jī)中有兩處加熱源：一是印刷區(qū)的印漿干燥系統(tǒng)，干燥溫度在2 0 和1 0 0 之 日j 可調(diào)，通常在8 0 下操作；二是熱轉(zhuǎn)印區(qū)，熱轉(zhuǎn)印溫度在1 8 0 到2 5 0 之間。金屬環(huán)帶 每循環(huán)一次，就要經(jīng)過4 0 1 0 0 2 3 0 4 0 這樣大幅度的溫變，在此溫變 過程中金屬環(huán)帶要吸收和釋放大量熱量。由此可見，若要保證各區(qū)域的溫度及其穩(wěn)定性， 必須進(jìn)行合理的熱量衡算，否則有可能出現(xiàn)兩種情況：設(shè)計(jì)功率偏低，難以保證j 下常運(yùn)行； 設(shè)計(jì)功率偏高，浪費(fèi)能源，甚至浪費(fèi)空問和材料。由于金屬環(huán)帶循環(huán)過程從熱區(qū)帶出大量 的熱，若是不進(jìn)行回收，那么這些熱量就被散失到大氣中，造成熱源損失，同時(shí)又會(huì)提高 生產(chǎn)成本“1 。 本論文旨在通過對(duì)熱轉(zhuǎn)印區(qū)的粗略熱量衡算，比較深入地分析出熱轉(zhuǎn)印區(qū)溫度不恒定 的原因，進(jìn)而提出改進(jìn)措施；通過試驗(yàn)研究熱轉(zhuǎn)印工藝及印漿種類對(duì)金屬環(huán)帶上殘物清除 效果的影響，并初步試驗(yàn)改進(jìn)方案，以期為無紙工藝的深入研究提供參考依據(jù)。 2 北京j j 教學(xué)院2 0 0 8 屆顧，卜學(xué)位論文 1 1 轉(zhuǎn)移印花 1 1 1 轉(zhuǎn)移印花簡(jiǎn)介 1 文獻(xiàn)綜述 轉(zhuǎn)移印花是一種無液相介質(zhì)的干法印花工藝。印花時(shí)，先將印花用染料制成色墨( 染 料和印刷印漿調(diào)制而成的印花著色劑) ，再用印刷的方法，將色墨印刷到轉(zhuǎn)印紙上，這種 印上色墨的轉(zhuǎn)印紙被稱為花紙，再將花紙f 面緊貼被印織物，通過高溫加壓，使色墨中染 料升華為氣相，聚集在織物表面，迸而滲入纖維內(nèi)部，此法為升華轉(zhuǎn)移法。實(shí)質(zhì)上可以認(rèn) 為是染料發(fā)生熱轉(zhuǎn)移的氣相染色法；另一種方法為脫膜轉(zhuǎn)移法，就是將花紙緊貼織物，通 過高溫高壓和有機(jī)溶劑作用，使花紙上印漿層剝離而轉(zhuǎn)移到織物上的方法；還有一種濕法 轉(zhuǎn)移印花工藝，該工藝是將活性染料制成色墨，并通過印刷的方法將色墨印制在經(jīng)過特殊 處理的紙張上制成濕轉(zhuǎn)移花紙，再將此花紙與經(jīng)堿處理的濕的白棉布相貼并同步經(jīng)過濕轉(zhuǎn) 印機(jī)，在濕轉(zhuǎn)移機(jī)中紙上的花紋被轉(zhuǎn)移到織物上，帶花紋的織物經(jīng)過十余個(gè)小時(shí)冷堆反應(yīng) 再皂沈水洗【”。 1 1 2 熱轉(zhuǎn)移印花的歷史與現(xiàn)狀 2 0 世紀(jì)2 0 年代末和3 0 年代初熱轉(zhuǎn)移印花技術(shù)專利問世，5 0 年代木出現(xiàn)了工業(yè)化熱 轉(zhuǎn)移印花生產(chǎn)的專利，1 9 6 8 年已有商業(yè)化的轉(zhuǎn)移印花產(chǎn)品出售。對(duì)于這種印花方法，發(fā) 達(dá)國(guó)家曾寄予很大希望，r 本武部猛氏曾預(yù)計(jì)到8 0 年代可以達(dá)到印花布總產(chǎn)量的2 0 7 4 。 事后證明，非但沒有達(dá)到這樣的比例，反而停滯徘徊。但在我國(guó)，由于熱轉(zhuǎn)移印花生產(chǎn)方 式簡(jiǎn)單和“上馬”容易，非常適合農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此在8 0 年代中期得到了空f j i f 發(fā)展。 無論是從生產(chǎn)規(guī)模，還是從生產(chǎn)數(shù)量上來看，很可能已處于世界前列”1 。 至今，熱轉(zhuǎn)移印花技術(shù)已成為一種較成熟的印花技術(shù)，不過這只是對(duì)合成纖維織物而 言”1 ，在棉、毛、麻、絲等天然纖維上進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移印花的技術(shù)離工業(yè)化生產(chǎn)尚有一定的差 距。 為了擴(kuò)展這種印花技術(shù)的應(yīng)用面，研究者仔細(xì)分析了合成纖維和天然纖維織物之間 北京艇裝學(xué)院2 0 0 8 屆頎1 學(xué)位論文 的差異，并在研究開發(fā)棉纖維熱轉(zhuǎn)移印花時(shí)，模擬分散染料熱轉(zhuǎn)移印制滌綸纖維的機(jī)理， 對(duì)棉纖維進(jìn)行一定的處理，以提高它對(duì)分散染料的親和力及向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散“1 ：或印制 特殊專用印花紙來實(shí)現(xiàn)棉纖維的熱轉(zhuǎn)移印花4 1 。 對(duì)于提高棉纖維對(duì)分散染料的親和力，國(guó)內(nèi)外采用的主要方法有：纖維素的變性、界 面聚合及樹脂預(yù)處理法”1 。其中纖維素的變性有日本敷島紡織公司“s h i k i u n i ”法，即 苯甲酰氯法。據(jù)有關(guān)資料介紹，這種方法處理后的棉織物經(jīng)熱轉(zhuǎn)移印花后，得色量和鮮艷 度均能達(dá)到滌綸織物的水平，且染色牢度優(yōu)良，但這種方法的缺點(diǎn)是苯甲酰氯的刺激性和 腐蝕性較大，而且用量高，因此產(chǎn)生諸如傷害人體，污染空氣，腐蝕設(shè)備等一系列公害， 且工藝復(fù)雜，還不是一種理想的處理方法。 界面聚合法：瑞士s u b l i s t a t i c 公司、英國(guó)h o l l i d a y 公司對(duì)此有所研究，美國(guó)專利 u s 3 0 2 ，0 0 8 ( 1 9 8 1 ) 是將二酰氯與在有機(jī)溶劑中或在水溶液中加入的二胺類在織物上就地聚 合，使纖維改性，其熱轉(zhuǎn)移印花的轉(zhuǎn)移率較高。據(jù)印度r b cc h a v a n 介紹，采用雙酚a 等的界面聚合法染料最高轉(zhuǎn)移率高達(dá)6 2 ，水洗牢度2 3 級(jí)，但手感較差。樹脂預(yù)處理法 是棉織物熱轉(zhuǎn)移印花中最實(shí)際、最有效的方法，在印花的同時(shí)又獲得整理效果，是目前棉 織物熱轉(zhuǎn)移印花有限工業(yè)化的唯一方法，已有大量專利。據(jù)a d r 報(bào)道，可用的樹脂有二羥 基脲、二甲氧基甲基脲、甲氧基甲基密胺，等等。如果在處理液中加入高沸點(diǎn)的聚乙二醇 ( 分子量2 0 0 6 0 0 ) ，聚乙二醇會(huì)作為交聯(lián)劑，峰牢地固定在纖維上，這樣能明顯提高染 料轉(zhuǎn)移率”1 。但這種方法仍然存在著缺點(diǎn)，就是印花織物在穿著過程中，會(huì)釋放甲醛，不 符合環(huán)保的要求”。 除以上幾種主要方法外，還有一些其他的方法。例如：在印度新德罩的技術(shù)研究所的 紡織技術(shù)室里，研究開發(fā)了一種使用色酚一色基組合物對(duì)棉織物進(jìn)行濕轉(zhuǎn)印的方法，可得 到深色和較好的牢度。據(jù)稱此方法比用活性染料對(duì)棉織物進(jìn)行濕轉(zhuǎn)印的方法有利，即有可 能用一類染料轉(zhuǎn)印聚酯棉紡混合物，這方面的進(jìn)一步研究工作尚在進(jìn)行中。同本東京農(nóng)業(yè) 工藝大學(xué)還研究了棉織物用活性分散染料在真空下的熱轉(zhuǎn)移印花，但轉(zhuǎn)印后必須汽蒸，以 獲得最好的效果埃及開羅國(guó)家研究中心的紡織研究部研究了一種新的熱轉(zhuǎn)移印花法，即 將尼綸6 織物經(jīng)分散染料或棉織物經(jīng)分散活性染料篩網(wǎng)印花干燥后，作為熱轉(zhuǎn)印的基織 物，以代替常規(guī)用的熱轉(zhuǎn)印紙，熱轉(zhuǎn)印后，被熱轉(zhuǎn)印的尼綸6 的基織物上可同時(shí)獲得印花 【l o 4 北京月技皴學(xué)院2 0 0 8 屆順 ：學(xué)位論文 1 2 轉(zhuǎn)移印花分類及其工藝原理 1 2 1 轉(zhuǎn)移印花的分類 目前的轉(zhuǎn)移印花方法大致分為以下三種： ( 1 ) 熱轉(zhuǎn)移，也稱干轉(zhuǎn)移，主要使用分散染料； ( 2 ) 脫膜轉(zhuǎn)移印花，主要使用涂料和熱熔樹脂： ( 3 ) 濕法轉(zhuǎn)移印花，主要使用活性染料、直接染料與酸性染料等。 1 2 2 各類轉(zhuǎn)移印花原理 熱轉(zhuǎn)移印花原理： 熱轉(zhuǎn)移印花( 也叫升華轉(zhuǎn)移印花，或稱升華法) 是指經(jīng)熱轉(zhuǎn)移印花紙?jiān)跓崮艿淖饔孟?將染料轉(zhuǎn)移到織物上的印花工藝過程。它是根據(jù)一些分散染料的升華特性，選擇1 5 0 一2 3 0 內(nèi)升華的分散染料，將其與漿料混合制成“色墨”，再根據(jù)不同的設(shè)計(jì)圖案要求， 將“色墨”印刷到轉(zhuǎn)移紙上( 這是一種紙，故稱轉(zhuǎn)移紙) ，然后將印有花紋圖案的轉(zhuǎn)移紙 與織物密切接觸，在控制一定的溫度、壓力和時(shí)間的情況下，染料從印花紙轉(zhuǎn)移到織物上， 經(jīng)過擴(kuò)散作用進(jìn)入織物內(nèi)部，從而達(dá)到著色的目的。熱轉(zhuǎn)移就是利用分散染料的升華特性， 使用分子量為2 5 0 一4 0 0 、顆粒直徑為o 2 2 微米的分散染料與水溶性載體( 如海藻酸鈉) 或醇溶性載體( 如乙基纖維素) ，油溶性樹脂制成印漿，在2 0 0 一2 3 0 。c 的熱轉(zhuǎn)移印花機(jī)上 熱壓2 0 3 0 秒，使分散染料轉(zhuǎn)移到滌綸等合成纖維上。升華法一般經(jīng)歷三個(gè)過程：在轉(zhuǎn)移 過程發(fā)生前，全部染料都在紙上的印膜中，被印花織物和空氣隙中的染料濃度為零，空氣 隙的大小取決于織物的結(jié)構(gòu)、紗支和轉(zhuǎn)移壓力；在轉(zhuǎn)移過程中，當(dāng)紙達(dá)到轉(zhuǎn)移溫度時(shí)，染 料開始揮發(fā)或升華，并在紙與纖維問形成濃度差，當(dāng)被印花織物達(dá)到轉(zhuǎn)移溫度時(shí)，在纖維 表面開始了染料吸附，直至達(dá)到一定的飽和值。由于染料從紙到纖維的轉(zhuǎn)移是持續(xù)進(jìn)行的， 其吸附速率取決于染料擴(kuò)散到纖維內(nèi)部的速率。為了使染料能定向擴(kuò)散，往往在被染物的 背面抽真空，使染料達(dá)到定向擴(kuò)散轉(zhuǎn)移1 。升華法在織物的印花環(huán)節(jié)一般不需要經(jīng)過濕處 理，可節(jié)約能源和減輕處理污水的負(fù)荷。 脫膜轉(zhuǎn)移印花法： 脫膜轉(zhuǎn)印紙由底紙、釋放膜和印墨三層組成，釋放膜對(duì)紙和印墨層有一定粘著力，熱 壓時(shí)，印墨層表面產(chǎn)生粘著性，使其對(duì)織物的粘著力大于對(duì)釋放膜的粘著力，印墨層便從 5 北京服裝學(xué)院2 0 0 8 屆碩i ：學(xué)位論文 轉(zhuǎn)印紙上剝離粘附到織物上，然后經(jīng)汽蒸或焙烘使染料固著在織物上，最后織物經(jīng)水洗和 烘干。 濕轉(zhuǎn)移法的基本原理： 濕轉(zhuǎn)移法是依賴活性染料對(duì)棉纖維的親和力，并在一定壓力下，使轉(zhuǎn)印紙上的 活性染料定向轉(zhuǎn)移到經(jīng)堿處理而溶脹的棉織物上，再經(jīng)一定時(shí)問的冷堆反應(yīng)使染料 與棉纖維之間形成化學(xué)鍵，達(dá)到固色目的。 1 3 熱轉(zhuǎn)移印花的優(yōu)缺點(diǎn) 熱轉(zhuǎn)移印花是無水加工中具有實(shí)際意義的一種印染方法，還有一個(gè)主要的特點(diǎn)是紙張 變形小，轉(zhuǎn)移印花大量應(yīng)用于服裝印刷，其主要優(yōu)點(diǎn)是： a 印花圖案具有花型逼真、花紋細(xì)致、層次清晰及立體感強(qiáng)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)移印花可印制 自然風(fēng)景及藝術(shù)性強(qiáng)的圖案。 b 可以直接對(duì)大小不等、表面不平、形狀各異的承印物進(jìn)行印刷，能夠進(jìn)行局部印 花，套色準(zhǔn)確、花紋清晰精致，有利于增加花色品種，降低成本“。 c 印花設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地小、投資少、經(jīng)濟(jì)效率高的特點(diǎn)。由于設(shè)備是無張 力加工，適合于各種厚薄的印花。工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，可大幅度提高生產(chǎn)效率，也可 異地生產(chǎn)許多花色品種的織物。另外，熱轉(zhuǎn)移印花后不需后處理即可包裝出廠。 d 不存在環(huán)境污染問題。由于于法加工，不需水洗、蒸化、烘干等工序，因此無廢 氣和廢水排出。 e 熱轉(zhuǎn)印產(chǎn)品一般能承受5 0 水溫的洗滌，可在2 0 0 下反復(fù)熨燙，并可干洗、漂 白。 f 熱轉(zhuǎn)印技術(shù)簡(jiǎn)單、易學(xué)，可迅速占領(lǐng)并擴(kuò)大市場(chǎng)，可大幅度縮短新產(chǎn)品的試制周 期1 1 1 l 。 熱轉(zhuǎn)移印花雖然有不少優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限性和缺點(diǎn)目i j ，熱轉(zhuǎn)移印花工藝 還存在三大不足：其一，因?yàn)樘烊焕w維和其他親水性纖維與熱轉(zhuǎn)移印花所用的染料之i 、日j 沒 有親和力，只限于印刷耐高溫的一部分合成纖維，如滌綸、錦綸、腈綸和醋酯纖維，而其 中只有滌綸最為合適，其他纖維用于熱轉(zhuǎn)移印花時(shí)其產(chǎn)品的鮮艷度、得色量及牢度等總是 美中不足；其二，用紙作熱轉(zhuǎn)移印花的基材，并沒有從根本上解決環(huán)境問題，因?yàn)樵旒埡?廢紙回收所造成的耗水和污染仍十分嚴(yán)重，雖然通過實(shí)踐和努力，可以采取少用、復(fù)用和 6 北京服裝學(xué)院2 0 0 8 屆碩卜學(xué)位論文 代用等辦法，但都不夠理想：其三，制版費(fèi)昂貴，每套版的費(fèi)用( 含版基) 為3 0 0 0 5 0 0 0 元人民幣，不能適應(yīng)個(gè)性化、小批量、多品種的發(fā)展需求“。 1 4 本課題組解決熱轉(zhuǎn)移印花缺點(diǎn)的基本思路 1 4 1 實(shí)現(xiàn)大然織物熱轉(zhuǎn)移e 9 花的基本方法 文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)現(xiàn)天然織物熱轉(zhuǎn)移印花的基本思路主要有：1 、封住天然纖維的親水基 團(tuán)；2 、利用無毒的膨化劑膨化天然纖維；3 、疏水性涂料在天然纖維表明涂膜；4 、濕( 冷) 轉(zhuǎn)移印花這些方法的最大問題是：或失去天然纖維的良好性能，或達(dá)不到優(yōu)質(zhì)的印花效 果，或不能免除污水的困擾。 本課題組實(shí)現(xiàn)天然織物熱轉(zhuǎn)移印花的基本思路：l 、篩選或改性現(xiàn)有染料，使其符合 天然纖維熱轉(zhuǎn)移印花的要求，或開發(fā)新染料，這種新染料既能在一定溫度下升華又與親水 性纖維有較強(qiáng)的結(jié)合力；2 、運(yùn)用架橋原理，將親水的纖維與疏水的染料之間建立連接的 橋梁。經(jīng)過多年的探索，終于研究成功具有良好架橋性能的架橋劑及其配套產(chǎn)品。 1 4 2 解決耗水和污染問題的基本方法 熱轉(zhuǎn)移印花是將印漿印到紙上，再通過熱從紙轉(zhuǎn)印到布上，在這一過程中用到了紙， 而造紙就出現(xiàn)了耗水和污染問題，怎樣解決昵，課題組提出不用紙，印刷中的媒介由以j j 的紙變成了金屬環(huán)帶，金屬環(huán)帶是可循環(huán)的，這樣省水省紙，也減少了對(duì)環(huán)境的污染。 用金屬環(huán)帶替代紙張的收思路難以在現(xiàn)有的熱轉(zhuǎn)移裝備上實(shí)現(xiàn)，所以必須開發(fā)相應(yīng)的機(jī) 器。 1 4 3 無紙熱轉(zhuǎn)移印花的染料特點(diǎn) 近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些染料具有致癌性，如“老三樣”中的分散黃2 3 號(hào)根據(jù)o k 0 一 t e x s t a n d a r d1 0 0 標(biāo)準(zhǔn)，其中分散黃1 、3 和9 號(hào)、分散橙3 號(hào)、分散紅1 ，1 1 和1 7 號(hào)以 及分散藍(lán)l 、3 和2 6 號(hào)也屬禁用的過敏性染料據(jù)說這些染料具有脂溶性，容易被人體皮 膚吸收選擇轉(zhuǎn)移印花染料必須對(duì)人體安全無害，不能單純考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素。目前可 用于轉(zhuǎn)移印花的染料見表卜1 “。 熱轉(zhuǎn)移印花應(yīng)用的分散染料，其升華溫度應(yīng)低于纖維大分子的熔點(diǎn)及以不損傷織物強(qiáng) 度為原則，對(duì)滌綸較為合適的加工溫度為1 8 0 2 1 0 ，而在此溫度范圍內(nèi)，染料發(fā)生升 7 北京服裝學(xué)院2 0 0 8 屆碩l ：學(xué)位論文 華的品種其分子量大多在2 3 0 一2 7 0 之間。分子量在此范圍的分散染料一般有三類，快染 性分散染料：溫度在1 8 0 左右就能升華發(fā)色，溫度再提高，色澤起變化，而且邊緣會(huì)發(fā) 生滲化。良好性能的分散染料：溫度在1 8 0 2 1 0 范圍內(nèi)就能升華發(fā)色。發(fā)色曲線平坦， 上染時(shí)溫度的影響不大，是轉(zhuǎn)移印花較為適宜的分散染料。遲染性分散染料：在 1 8 0 一2 1 0 情況下染料不可能很好的升華、發(fā)色，如提高溫度，可以獲得良好發(fā)色這類 染料上染時(shí)對(duì)溫度的依賴性較強(qiáng)“”。 表卜l 可用于轉(zhuǎn)移印花的染料 根據(jù)以上情況，適用于熱轉(zhuǎn)移印花的染料應(yīng)具備以下條件： a 染料分子量一般不宜超過3 5 0 ，2 5 0 一2 7 0 之間較為合適。隨著熱轉(zhuǎn)移印花設(shè)備的 發(fā)展，對(duì)染料分子量范圍的限制也會(huì)進(jìn)一步縮小。 b 熱轉(zhuǎn)移印花的染料必須在2 l o 以下充分升華、固著在纖維上，并能獲得良好的 水洗牢度和熨燙牢度。 c 熱轉(zhuǎn)移印花的染料受熱后能充分升華轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗳玖洗蠓肿?，凝聚在織物表面?并能向纖維內(nèi)部擴(kuò)散。 d 熱轉(zhuǎn)移印花用的染料對(duì)熱轉(zhuǎn)移紙的親和力要小，對(duì)織物的親和力要大。 f 熱轉(zhuǎn)移印花的染料應(yīng)具備鮮飽、明亮的色澤。熱轉(zhuǎn)移到纖維上的染料色牢度符合 穿著要求；熱轉(zhuǎn)移到纖維上的染料的色澤鮮艷度好。 以上有些條件是相互矛盾的，例如容易熱轉(zhuǎn)移的染料往往水洗牢度較好，但熨燙牢度 較差，而熨燙牢度較好的染料卻不易熱轉(zhuǎn)移；另一方面各秘染科的升華點(diǎn)、熱轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散 性能接近，才符合生產(chǎn)要求“1 。 8 北京服裝學(xué)院2 0 0 8 屆碩f ：學(xué)位論文 1 4 4 印制熱轉(zhuǎn)移紙的色墨 熱轉(zhuǎn)移印花用熱轉(zhuǎn)移紙的印制，大多數(shù)采用凹版印刷和篩網(wǎng)印花的工藝和設(shè)備色墨 的組成有染料、載色劑、黏合劑等組成。色墨的制備足將以上三種成分混合后倒入膠體碾 磨機(jī)或三輥磨料機(jī)內(nèi)研磨，使染料均勻分布在色墨中。 a 載色莉 載色劑的作用是將染料均勻分布在色墨中，并將染料由印刷設(shè)備轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)印紙上的物 質(zhì)載色劑應(yīng)具備價(jià)廉、無毒、不燃燒的性能按此要求，以水最相宜。但熱轉(zhuǎn)移紙是由纖 維素組成，當(dāng)選用水為載色荊時(shí)會(huì)使纖維發(fā)生膨脹，造成精細(xì)花紋的變形，并且因水蒸發(fā) 得慢，難以高速生產(chǎn)。如選用有機(jī)溶劑類載色劑時(shí)，雖對(duì)紙張變形小，色墨可印制精細(xì)花 紋，并有適合的揮發(fā)度，有利于較高速度生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但有成本較高，又易燃燒的缺點(diǎn)。 使用時(shí)要嚴(yán)格注意，還可以采用油類載色劑，如高沸點(diǎn)油等，但高沸點(diǎn)油會(huì)使染料向轉(zhuǎn)印 紙張深處擴(kuò)散，從而影響了轉(zhuǎn)印紙上的染料向織物上轉(zhuǎn)移的量。 b 粘結(jié)劑 粘結(jié)削是控制色墨黏度的物質(zhì)。黏結(jié)劑的用量過少，不能保證色墨的黏度，致使印刷 轉(zhuǎn)移紙效果不好，黏結(jié)劑用量過大，使染料由轉(zhuǎn)印紙向織物的轉(zhuǎn)移速度減慢，這就造成殘 留在轉(zhuǎn)移紙上的染料過多，按照使用載色劑的不同，黏結(jié)劑應(yīng)加以分別選擇，以水為載色 劑時(shí)，常用的合成龍膠或羧甲基纖維素為黏結(jié)劑；當(dāng)使用有機(jī)溶劑或油類為裁色劑時(shí)可用 乙基纖維素為黏結(jié)劑。 目前使用較廣的熱熔的樹脂除聚酯外還有聚酰胺、醋酸乙烯共聚物和聚氨脂等。聚脂 熱熔膠主要成分是聚脂樹脂，聚脂樹脂足多元酸。與多元醇進(jìn)行脂化而得聚酰氨熱熔膠 脂枯合力強(qiáng)，韌性、抗低溫與尼龍織品親和力尤佳，適合于制備尼龍轉(zhuǎn)移印花紙，乙烯一 醋酸乙烯共聚物熔點(diǎn)低，粘結(jié)力強(qiáng)，加入印刷印漿后適用生產(chǎn)轉(zhuǎn)移印花紙，聚氨脂熱熔膠 主要用于皮革和聚氫乙烯塑膠膠合。轉(zhuǎn)移印花由于待印織品不同，最好使用適合的熱熔膠 印漿。 熱轉(zhuǎn)移印花( 以下簡(jiǎn)稱熱轉(zhuǎn)印) 的質(zhì)量很大程度上取決于印漿，目前市場(chǎng)上的熱轉(zhuǎn)印印 漿大多是溶劑型印漿。溶劑型印漿有污染，而且只能用于滌綸織物，本課題組自行開發(fā)的 熱轉(zhuǎn)印印漿具有兩大特性：一是以水作為溶劑，對(duì)環(huán)境友好；二是應(yīng)用性廣，除滌綸外， 也能用于天然纖維及其與滌綸的混紡織物“。 9 北京h 裝學(xué)院2 0 0 8 屆頓 學(xué)位論文 1 5 無紙熱轉(zhuǎn)移印花的現(xiàn)狀和前景 1 5 1 無紙熱轉(zhuǎn)移印花的現(xiàn)狀 前面已經(jīng)提到了熱轉(zhuǎn)移印花的研究歷史和現(xiàn)狀，也涉及了熱轉(zhuǎn)移印花的優(yōu)缺點(diǎn)熱轉(zhuǎn) 移印花工藝目前存在的三大不足，j 下是這三大問題制約了熱轉(zhuǎn)移印花工藝的應(yīng)用范圍，也 影響了它的進(jìn)一步發(fā)展，若能解決這三大問題，熱轉(zhuǎn)移印花不僅能擴(kuò)大應(yīng)用范圍，而且還 能成為真f 的清潔印染工藝。因此熱轉(zhuǎn)移印花一度成為國(guó)際性的研究熱點(diǎn)，我院( 北京服 裝學(xué)院) 從1 9 9 6 年開始了“熱轉(zhuǎn)移印花技術(shù)的應(yīng)用研究”，前期在原中國(guó)紡織總會(huì)的資助 下取得了工藝性研究的突破性進(jìn)展，后期的工程化和產(chǎn)業(yè)化研究又得到國(guó)家8 6 3 計(jì)劃資源 與環(huán)境專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持，在2 0 0 5 年底已從原理上實(shí)現(xiàn)了“無紙熱轉(zhuǎn)移印花工藝”。目前無 紙熱轉(zhuǎn)移印花機(jī)的開發(fā)研究工作已經(jīng)進(jìn)入樣機(jī)的改造階段。 1 5 2 無紙熱轉(zhuǎn)移印花的前景 隨著人類社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)不斷向前發(fā)展，這些技術(shù)所帶來的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)方面的后 果也越來越引起人們的關(guān)注。近幾年來，印染行業(yè)發(fā)展迅速，相繼開發(fā)了一系列在生態(tài)壞 保方面頗具發(fā)展?jié)摿Φ墓に嚰夹g(shù)然而，由于成本等各方面的原因，大多數(shù)印染企業(yè)使用 的還是傳統(tǒng)的印染工藝，傳統(tǒng)的印染行業(yè)屬高耗水、高污染的行業(yè)，由于印染廢水成份復(fù) 雜多變、色度大、堿性大、水溫水量變化大、c o d 變化大及b o d 極高而處理難度很大，致 使印染廢水的四l 用率僅為7 ，是全國(guó)五個(gè)高耗水行業(yè)中最低的：其廢水排放量約占工業(yè) 廢水總排放量的3 5 ，同時(shí)排放的廢水又會(huì)污染2 0 倍量的水體，要解決印染廢水的污染， 不能只重視術(shù)端治理，應(yīng)該“標(biāo)本兼治”，通過工藝革新從根本上解決問題，不產(chǎn)生或少 產(chǎn)生廢水，才能走可持續(xù)發(fā)展道路“。目前，北京服裝學(xué)院的有關(guān)無紙熱轉(zhuǎn)移印花技術(shù)已 經(jīng)取得可喜的成果，相信在不久的將來，無紙印花會(huì)成為印染領(lǐng)域的主要方式。 1 6 水幕冷卻系統(tǒng) 1 6 1 水幕冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 水幕冷卻方法的應(yīng)用是冷卻方法的一次創(chuàng)新，水幕冷卻方法具有其它冷卻方法無可比 擬的優(yōu)點(diǎn)。 北京服裝學(xué)院2 0 0 8 屆碩i ：學(xué)位論文 ( 1 ) 水幕為板狀層流水流落到金屬環(huán)板表面上，沿寬向無干擾，冷卻速度大，冷卻能 力高，能充分發(fā)揮冷卻水的冷卻效率，從而縮短了冷卻區(qū)長(zhǎng)度，減少了噴頭數(shù)量，設(shè)備少， 投資少，且可節(jié)水2 0 3 0 。 ( 2 ) 水幕冷卻出水口沿金屬環(huán)板寬度方向?yàn)檫B續(xù)的整體板片狀水流，故在會(huì)屬環(huán)板的 橫向冷卻基本均勻，通過調(diào)整上、下水幕的流量比例，可使會(huì)屬環(huán)板的上、下表面及縱、 橫向冷卻都均勻，從而可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與合格率。 ( 3 ) 根據(jù)產(chǎn)品工藝要求使每個(gè)水幕可改變水流幅度和流量，控制靈活。 ( 4 ) 在裝置和系統(tǒng)方面，每個(gè)水幕流量大，水幕l 、日j 距大，便于處理事故和設(shè)備檢修， 由于設(shè)備簡(jiǎn)化，占地面積小，故投資相應(yīng)較少。 ( 5 ) 由于水幕有較大的問距，形成的冷卻系統(tǒng)為問歇冷卻，使金屬環(huán)板在冷卻區(qū)反復(fù) 的淬火回火，有利于晶粒的細(xì)化、性能的強(qiáng)化，可進(jìn)一步挖掘金屬環(huán)材的內(nèi)在潛力， 提高經(jīng)濟(jì)效益。 ( 6 ) 由于水幕冷卻裝置設(shè)備簡(jiǎn)單，舉固耐用，制作方便，出水口縫隙大，不易堵塞， 故對(duì)于水質(zhì)要求不嚴(yán)，一般活循環(huán)水即可，簡(jiǎn)化了循環(huán)水的凈化系統(tǒng)，節(jié)省資金。 ( 7 ) 在水幕冷卻系統(tǒng)中，大流量水幕與小流量水幕配合使用，并采用可調(diào)水幕，控制 靈活，以保證冷卻速度和金屬環(huán)板冷卻工藝的要求“。 1 6 2 水幕冷卻系統(tǒng)分析 水幕冷卻系統(tǒng)的主要課題是：系統(tǒng)的熱交換能力，系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)的最佳選擇，系統(tǒng) 的向置、控制與數(shù)學(xué)模型。 ( 1 ) 水量的影響 同本研究所得的水幕冷卻能力與冷卻水流量的關(guān)系，以空冷作為基準(zhǔn)，水幕冷卻比虹 吸管層流冷卻具有約兩倍的冷卻能力，冷卻能力隨流量增加而增大，但并不呈線性增加關(guān) 系，而是有一極限值，故根據(jù)條件選擇多大流量的水幕，才能充分發(fā)揮其冷卻效果足很重 要的。 水幕冷卻時(shí)，冷卻水沿會(huì)屬環(huán)板縱向流動(dòng)，既能沖破蒸汽膜，增加冷卻水與金屬環(huán)板 直接接觸的機(jī)會(huì)，又能發(fā)揮沖擊后的二次冷卻作用。水幕間距大，水流流動(dòng)距離長(zhǎng)；水幕 安裝高度大，水流對(duì)會(huì)屬環(huán)板的沖擊力大。因此，流量、間距和安裝高度選取適當(dāng)，才能 發(fā)揮好冷卻水的冷卻效果。 ( 2 ) 噴水強(qiáng)度的影響 北京服致學(xué)院2 0 0 8 屆顧卜學(xué)位論文 水幕冷卻時(shí)，單位面積上噴水強(qiáng)度增加，冷卻金屬環(huán)板時(shí)強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)亦增加， 應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)確定水幕冷卻系統(tǒng)采用的噴水強(qiáng)度。 ( 3 ) 冷卻水溫度的影響 理論與實(shí)踐表明，冷卻水溫度升高，冷卻能力減弱會(huì)屬環(huán)板采用控制冷卻工藝是提 高金屬環(huán)板綜合性能的行之有效的好方法，正在得到廣泛的應(yīng)用。金屬環(huán)板由于面積大， 在冷卻時(shí)，厚度方向上的熱傳散距離長(zhǎng)，使其具有復(fù)雜的傳熱特點(diǎn)，它要求有較大的冷卻 強(qiáng)度以帶走金屬環(huán)板表面的巨大熱量”“。 金屬環(huán)板中心部的熱量盡量擴(kuò)散到表面，以保證金屬環(huán)板內(nèi)部均勻冷卻，且金屬環(huán)板 冷卻時(shí)，要求上、下表面及縱、橫向的冷卻均勻，以便使會(huì)屬環(huán)板各處具有相同的室溫組 織，從而具有相同的機(jī)械性能，總之，對(duì)于金屬環(huán)板冷卻來說，要求冷卻裝置具有冷卻效 率高，冷卻均勻的特點(diǎn)。由前所述，水幕冷卻技術(shù)比金屬環(huán)板以往其它任何冷卻技術(shù)具有 無可比擬的優(yōu)越性，國(guó)外有些廠家雖對(duì)水幕冷卻技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用，仍有許多問題要 完善解決，國(guó)內(nèi)一些單位也都曾或正在進(jìn)行水幕冷卻技術(shù)方面的研究工作，為了使合理、 有效的水幕冷卻裝置早r 完善后大量投入到生產(chǎn)中去，有必要對(duì)水幕冷卻技術(shù)進(jìn)行研究， 使它更行之有效地指導(dǎo)生產(chǎn)，增創(chuàng)效益”1 。 無紙機(jī)上的會(huì)屬環(huán)帶也需降溫，前期也采用過水幕冷卻方法，但時(shí)有會(huì)屬環(huán)帶板面變 形甚至脆裂現(xiàn)象發(fā)生。這也許是無紙機(jī)上金屬環(huán)帶薄而對(duì)裝置冷卻均勻性的要求高，而我 們?cè)O(shè)計(jì)的冷卻裝置產(chǎn)生的水幕均勻達(dá)不到預(yù)期要求( 或冷卻速度太快) 所致。由此可見， 若要設(shè)計(jì)出符合無紙工藝要求的水幕冷卻裝置，需要經(jīng)過細(xì)致的計(jì)算，必要時(shí)還須進(jìn)行試 驗(yàn)取得相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)“。 1 7 多維模型 自5 0 年代末l o t t e l 等人提出輻射換熱的區(qū)域法模型以來，目前已有許多輻射換熱 的計(jì)算方法，常見的主要有：a ) 區(qū)域法，b ) 蒙特卡羅法、擴(kuò)散近似法，c ) 熱流法、球形 諧波法、離散傳遞法，d ) 離散坐標(biāo)法等。 這些方法各有優(yōu)劣，所能獲得的解的精度及詳細(xì)程度以及網(wǎng)格與流動(dòng)計(jì)算的相容性也 不相同1 。 北京服皴學(xué)院2 0 0 8 屆顧 。學(xué)位論文 1 7 1 區(qū)域法 1 3 區(qū)域法是h o t t e l 首先提出的，該方法實(shí)質(zhì)上是計(jì)算表面間輻射交換的凈輻射法的一 種擴(kuò)展在區(qū)域法中，首先將封閉空腔劃分為被稱為“區(qū)域”的若干體元和面元，并假定 每一區(qū)域的溫度和輻射物性均勻致。然后計(jì)算每?jī)蓚€(gè)區(qū)域之間的直接輻射交換， 最后 得到每個(gè)區(qū)域的凈輻射熱流。區(qū)域法對(duì)無散射的輻射問題有比較好的計(jì)算精度，但它需要 計(jì)算并儲(chǔ)存大量的交換面積參數(shù)。對(duì)于尺寸較大的燃燒室，為了完成任何有實(shí)際意義的解， 需要極多的計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存。正是由于這個(gè)原因，對(duì)于需聯(lián)立流動(dòng)和燃燒的輻射傳熱計(jì)算 問題來說，不推薦這種方法”1 。 1 7 2 蒙特昔洛法 蒙特卡洛法作為一種概率模擬方法，自h o w e l l 將其引入到輻射傳熱計(jì)算領(lǐng)域中以來， 已有很長(zhǎng)的一段歷史。 發(fā)射、吸收和散射以及邊界壁而的發(fā)射、吸收和反射過程作概率模擬通過概率模擬 跟蹤每個(gè)能束的發(fā)射、吸收、散射和反射的情況，直到吸收為止，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)微元吸收能 束的數(shù)目。蒙特卡洛法避免了區(qū)域法計(jì)算輻射交換面積過繁瑣的多重積分計(jì)算，計(jì)算靈活 性強(qiáng)，易于處理較復(fù)雜的邊界條件，因此在工程上得到了比較廣泛的應(yīng)用“。作為一種統(tǒng) 計(jì)方法，蒙特卡洛法不可避免地存在一定的統(tǒng)計(jì)誤差，其計(jì)算結(jié)果總是在精確解周圍波動(dòng)， 隨著模擬抽樣能束數(shù)量的增加逐漸接近精確解。然后，由于計(jì)算機(jī)容量和運(yùn)算速度的限制， 隨機(jī)抽樣能束數(shù)量不可能取得很大，加之計(jì)算機(jī)進(jìn)行隨機(jī)抽樣所取得的隨機(jī)數(shù)實(shí)際上是一 系列偽隨機(jī)數(shù)，因此進(jìn)一步提高模擬精度比較困難“。另外，蒙特卡洛法的收斂速度較慢， 所產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)誤差有時(shí)也難以估計(jì)，為精確預(yù)報(bào)燃燒室內(nèi)的總體性能，需要大量的計(jì)算時(shí) 間和大量的計(jì)算內(nèi)存，對(duì)于大尺度空間的輻射計(jì)算。將大到難以與流體力學(xué)聯(lián)立求解。 1 r7 3 熱流法 熱流法將微元體界匭上復(fù)雜的半球空 、日j 熱輻射簡(jiǎn)化成垂直于此界面的均勻熱流，使積 分變微分形式的輻射傳遞方程簡(jiǎn)化為一組有關(guān)熱通量的線性微分方程，然后用通用的輸運(yùn) 方程求解方法求解。 北京 技姨學(xué)院2 0 0 8 屆碩卜學(xué)位論史 1 7 4 離散坐標(biāo)法 輻射傳遞方程的離散坐標(biāo)解法是c h a n 2 d r a s e k h a r 研究星際和大氣輻射問題時(shí)首先 提出的，并被l a t h r p 等人應(yīng)用于中子傳輸問題。l o v e 等人最早將其引入到一維平板輻射 換熱問題的求解中。最近，tr u e l o v e 、f i v e l a n d 和j a m a l u d d i n 對(duì)離散坐標(biāo)法在三維輻 射傳熱計(jì)算中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。 離散坐標(biāo)法基于對(duì)輻射強(qiáng)度的方向變化進(jìn)行離散，將輻射傳遞方程中的內(nèi)向散射項(xiàng)用 數(shù)值積分近似代替，通過求解覆蓋整個(gè)的一套離散方向上的輻射傳遞方程而得到問題的 解。通過求解離散方程，并將其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)值積分，即可得各微元體和微元面的輻射換 熱量。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)離散坐標(biāo)法的研究剛剛起步，對(duì)離散坐標(biāo)法在爐內(nèi)輻射傳熱中的應(yīng)用 作過嘗試性的研究，盡管離散坐標(biāo)法本身還有一些問題需進(jìn)一步研究，但初步的研究結(jié)果 表明，由于可很方便地處理入射散射項(xiàng)，離散坐標(biāo)法在計(jì)算有散射的輻射問題方面要優(yōu) 于現(xiàn)有的其它方法，且易與流動(dòng)方程聯(lián)立求解。因而，在含散射性介質(zhì)的系統(tǒng)，如煤粉燃 燒室內(nèi)流流動(dòng)、燃燒、傳熱的模擬中，離散坐標(biāo)法將是一種很有發(fā)展前途的輻射傳熱計(jì)算 模型”。 1 8 計(jì)算工程傳熱學(xué) 從1 9 3 3 年英國(guó)科學(xué)家t h o m 第一次用手搖計(jì)算機(jī)完成一個(gè)外掠圓柱流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算 以來，真正應(yīng)用計(jì)算機(jī)和數(shù)值方法求解流動(dòng)及傳熱問題在全世界范圍內(nèi)形成j | ! l ! 模，且得出 有益的結(jié)果，大致始于2 0 世紀(jì)的6 0 年代。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā) 展，國(guó)外有