筒子內—中—外色差的實質是內—中—外層紗線上染的染料量不一。這里可以先設想一個特例:如果筒子染色時沒有開主泵,即相當于將筒子浸在靜止的染浴中,則會出現筒子內層、外層與染料接觸處有色,越向中部色越淺,中心部位可能還是本色。這與20世紀70年代的軸流泵染機經常發生皮帶打滑泵轉速不足,或泵停后也未察覺而造成“白芯”現象相似。很顯然,此時染液與筒子中層的紗線未接觸,雖然由于毛細作用,內層紗已濕了,但由于沿程紗線的吸附作用,染料已被先接觸的紗線吸盡了,所以中層紗無染料可上染。　　

由上可知,沒有主泵的強制循環,造成筒子內—中—外色差是必然的。　　

從筒子染色理論模型分析可知,筒子染色有個明顯的特征,即染液在筒子紗線中的循環運動過程中,染料濃度會沿程下降(dc/dx,沿程濃度差),只有當染液循環速度大到足以補充染料被吸附變稀,使內—中—外各處紗線接觸到的染液濃度一致,才不會出現沿程色差。　　

也就是說,要防止內—中—外色差,主泵必須提供足夠的染液流動速度———流量。由此并綜合了其他因素,就有了第五章所涉及的比流量、循環頻率等等。理論和實踐證明:只要流量足夠,即使只打正循環,也可以勻染,使內—中—外達到無色差的滿意效果(實際情況中由于染液在內—中—外圈的流線密度不同,還會出現內—中—外色差。

主泵流量不等于實際上真正穿透筒子紗層的流量(有效流量),兩者之比為有效流量率(有效流量率=有效流量/主泵實際流量)。造成兩種流量不等的原因是部分流量泄漏了,如筒管之間的密封不良。如前所述,不同筒管的有效流量率,從60%～90%不等,以間隔片密封的不銹鋼錐形筒管主泵有將近一半的流量是無效流量。另外由于某些原因造成的“露眼”或“破肚”,導致染液“短路”,也會顯著降低有效流量率。

主泵的揚程是用來克服染液循環時的各種阻力(沿程阻力、局部阻力、紗線過濾阻力等)的,如果遇到系統阻力較大,而主泵揚程不足就會產生問題,從泵的H—Q特性曲線可知,染液雖不至于不循環,但是隨著H的增大,工作點轉移,流量會變小,即會造成內—中—外色差。

眾所周知,筒子染色需準備松式筒子,不僅密度勻,而且比常規筒子松———密度小。不論染色筒子卷繞密度如何,在筒染時,都會產生“過濾阻力”。密度大,阻力大,反之阻力小。過濾阻力是筒染系統阻力的一部分,會使系統阻力曲線形狀發生變化,導致主泵工作點轉移,即阻力大、流量小。因而筒子卷繞密度的大小,還應與染機相匹配。當泵的能力不是太充裕時,卷繞密度應小一些。　　

筒管上卷繞的紗層太厚(紗太多),過濾阻力也會增大,一般認為紗層厚度不超過50mm為宜。

染色筒子從內層到外層,半徑逐漸增大,各層容紗量也隨之增大,但是主泵的有效流量,在各層上并沒有增大。也就是說,不同半徑處的紗層面上通過的染液流量是同樣的。當染液作由內向外的正循環時,沿程紗的面積逐漸增加,單位面積上通過的染液隨半徑的增加而。減少(即流線密度下降)。盡管流體的速度已大到足以彌補沿程濃度降低,然而由于(染)料少紗多,同樣會發生內深外淺的問題。　　

當染液作反循環時(從外向內),流向沿程染液流線密度越來越大,情況變成(染)料多紗少,沿程染料濃度減少,就有利于減少內—中—外色差。

因而,對主泵能力不足的染色機應考慮一定的反循環時間。以致出現有人設計反循環時間比正循環還長的情況。

但筆者并不贊成頻繁換向,特別是對一些換向緩慢的染色機。因為換向會減少染液循環時間,而且有的還會造成紗線毛羽增加、氈結等問題。

一般染色機進料時由注料泵把配好的料打到主泵進口,再由主泵混同主釜中其他染液通過出口進入紗線強制循環系統。循環方向有正反之分。

正循環時,泵出口染液直接通向各筒子內層,此時該部分染浴物料濃度比全浴濃度大,而紗線量又最少。反循環時,泵出口染浴首先進入染缸缸體與全浴混合后,從筒子的外表面被壓入(或吸入)到筒子的內側。反循環時,一方面由于染液被稀釋,濃差沒有正循環開始時大,而另一方面紗線量又是從大變小,因而造成的沿程濃差要小得多,這對筒子內層沉積物的減少也是有益的。本書作者建議注料時,主循環應取反循環,有利于減少內—中—外色差。

紗線染色過程中不同纖維其溶脹程度不一致。如在水中,棉纖維的直徑增大20%,羊毛直徑增大15%,粘膠纖維直徑增大35%以上,Tencel直徑增大更多。由于絡松筒時是干紗,在水中直徑增大造成紗變粗,而長度增加很小(1%～2%),使卷繞密度變大。在堿溶液中溶脹更是嚴重。合成纖維在熱水中其長度會收縮,也會使筒子密度變大。一些彈性紗(如氨綸包芯紗、包纏紗)在濕熱狀態下也會劇烈收縮。所有這些都會破壞原來卷繞均勻的筒子,一方面密度變大,另一方面變得不均勻。

如上所述,筒子密度變大就會使過濾阻力增大,導致染液流量變小,而加劇內—中—外色差。

所有資料及大量實踐都說明筒管直徑大有利于勻染,穿透率高有利于勻染,這是因為:　　

(1)筒管直徑大,卷繞紗層薄:同樣的卷繞量,筒管直徑大,其紗層就薄,這是很明顯的事實。紗層薄,染液穿透循環的過濾阻力就小,流量就大,所以內—中—外色差小。

另外,紗層越薄,內外層紗的卷繞直徑相差就越小,流線密度差異越小,內外色差也就越小。紗層越薄,染液穿透的時間就越短,沿程染料度差就越小,內—中—外色差就越小。　　

(2)筒管穿透率大、阻力小:筒管滿布孔眼,染液只有穿過這些孔眼才能再分布到紗線內層。對染液而言,這些孔眼形成局部阻力,屬于系統阻力的一部分。穿透率大,阻力小,反之阻力大,流量減小,會導致內—中—外色差。

無論是染化料本身的性質還是染色工藝參數的設定,都會影響上染速率(尤其是初染率)和移染率,當上染速率太快,移染率又低時會造成不勻染,即內—中—外色差。

一般染色后紗線會發澀、發毛,致使后道工序進行困難,深色尤為嚴重。為此不少廠家增加了“上油”工序,一般是用平滑性表面活性劑處理,有的用有機硅處理。但是有機硅由于折光度低會產生“增深”效應,如果“上油”不勻,即增深不勻,也會造成內—中—外色差。

筒子染色時,筒子上的紗線如同濾材。染色全過程中,前處理、染色、皂洗、清洗液數千次的穿透過濾。當水質不良、含雜過高,管道設備中鐵銹污垢存在,或在前處理中,纖維素共生物在前處理液中,因分散不勻,有些雜質沉積在紗線上,造成內層發黃(也有黃褐色)。用草酸加醋酸處理可去除鐵銹(Fe2+、Fe3+)。因而筒染應使用軟水,設備管道一定要沖洗干凈。

筒子卷繞時,徑向密度分布不均勻,內層太松,以致染液軸向流量增加,造成內深外淺。