在水资源短缺和生态问题愈加严重的今天,超临界CO2染色作为一种新兴绿色无水染整技术应运而生。超临界CO2染色由于效率高、无污染、可持续等优点在印染行业展现出巨大的光明前景,一度成为研究热点并取得一定的研究进展。然而,现行超临界CO2染色装置多为快开结构形式的间歇装置,结构复杂且安全性低,不仅装置一次性投资大,而且设备运行成本过高,不能进行连续的大批量染色,这些问题制约和限制了该项技术的应用。超临界CO2喷染过程中无需将待染物放置在高压釜中,且能连续进行大批量的染色生产,因此极具工业化推广的潜力。超临界CO2喷染概念是近几年才提出的全新概念,对其研究并不够深入全面,因此对超临界CO2喷染过程的流场特性,张力对纤维的结构性能、染料扩散及染色行为的影响,喷染中的染色动力学及染色机理等关键问题进行了分析探讨。首先,进行了超临界CO2喷染过程流场的模拟及分析。利用Fluent软件,选用NIST实际气体模型,获得了纯超临界CO2流体的单喷嘴对喷过程,研究了喷射过程流场具有的特征。分析了操作参数(初始压力、初始温度、喷染釜背压)对喷射过程的影响规律。综合考虑操作参数对单喷嘴喷射过程的影响,选取喷染试验中初始压力Pin为20MPa,初始温度Tin为100℃,喷染釜背压Pout为4MPa。其次,研究了超临界CO2喷染过程中张力对染色性能的影响。保持初始温度Tin=100℃、初始压力Pin=20MPa、喷染釜背压Pout=4MPa、喷染时间T=30min不变,改变PET样品所受到的张力,进行了超临界C02喷染试验。通过X射线分析和差示扫描量热分析,分别测定晶区大小和结晶度,进而探讨张力作用对结晶性能的影响；结果表明,超临界CO2喷染中,晶粒尺寸随张力增加而增大,沿拉伸方向(云轴)增加缓慢,沿横向(a轴、b轴)增加很快,晶粒尺寸增大会导致部分晶粒周围的非晶区体积较大,这种情况有利于染料的扩散;此外,无论是否对PET样品施加张力,超临界CO2喷染都会导致纤维结晶度的增加,导致样品结构变得更致密,这种结晶作用阻碍了染料分子在无定形区的扩散;而且张力越大,PET样品的结晶度越高。通过万能材料试验机测定了不同张力条件下纤维的力学性能,结果表明断裂强度随张力增加而增大,断裂伸长率随张力增加而降低。通过纱线收缩性能在线观察试验设备研究了张力对超临界CO2喷染过程中PET纤维收缩性能的影响及其原因;结果表明,张力作用有利于提高PET织物的尺寸稳定性,降低CO2处理对PET织物收缩率的影响。通过分光测色仪测定染色深度(K/S值),研究了喷染过程中不同张力作用对PET织物染色深度的影响及其原因;结果表明,K/S值随张力增加而减小,可以认为与晶粒尺寸相比,样品结晶度对染料扩散影响程度更大,沿纤维轴排列的分子链增加,这种结晶作用阻碍了染料分子的扩散。最后,对超临界CO2喷染机理进行了分析与总结。传统超临界CO2染色过程中温度、压力不变,而超临界CO2喷染会在喷嘴与被染物表面之间形成一个温度、压力都变化的流场,温度和压力的变化(下降)将会引起染料的析出和染料向纤维表面输送、向内部扩散推动力的变化。喷染过程中,被染物表面CO2流体压力对染色效果有很重要的影响,其高于临界压力1～2MPa即可取得很理想的染色效果。染料在超临界CO2射流膨胀状态下的上染速率曲线,随着喷染时间的增加,上染率逐渐增大,且趋势逐渐平缓,30min时达到了染色平衡;染料在PET纤维内部的扩散遵循自由体积模型,且扩散速率受晶粒尺寸、结晶度两种相反作用的影响,经喷染样品的K/S值证实,样品结晶度对染料扩散影响程度更大,则张力作用下的这种结晶作用不利于染料扩散。综上所述,超临界CO2喷染机理可总结为:喷染过程中,溶有染料的超临界CO2染液由喷嘴喷出,由于膨胀时染液具有一定的过饱和度,导致染料分子从染液中析出并结晶;同时,膨胀时CO2流体流速较大,成核速率快,成核的晶体长大时间短,染液中析出的晶体粒径小。染料分子及析出的小晶粒随着CO2射流逐渐靠近纤维界面,通过孔隙不断向纤维内部扩散、转移,完成整个染色过程。通过对超临界CO2喷染时被染物内部的流场特性、张力对染料扩散及染色行为等染色性能的影响、以及喷染动力学等的研究,揭示了超临界CO2喷染机理,为超临界CO2喷染的进一步深入研究提供了丰富而有效的实验基础和理论基础,对加速其产业化进程有重要意义。