以涤纶筒子纱高温高压染色为教学目标，通过虚拟仿真涤纶筒子纱的染色工艺流程、交互操作技术、工艺参数设计及染色效果评价方法，培育学生探索创新精神，帮助学生获得以下专业知识和实践创新技能：（1）掌握涤纶高温高压染色的原理和过程，将所学知识和技能有效运用到生产实际中。（2）通过正交实验，掌握染色温度、保温时间、浴比、pH值等工艺参数对染色效果的影响。（3）根据客户来样，设计染色方案，对染色试验进行色度学检验，分析色差，修正染色配方，从而达到客户要求。
染料上染机理染色的过程是染料和纤维发生物理或者化学的结合，或者用化学方法在纤维上生成色料，从而使纺织品得色。染料上染的过程分为吸附、扩散、固着三个阶段，这三个阶段是相互交错的过程。（1）染料吸附阶段：染料离开染液向纤维表面转移，在氢键、范德华力、库仑力等的作用下，纤维与染料之间产生吸附作用，这种吸附作用是一个可逆的过程，同时存在染料的吸附与解吸。上染的过程中，随着染液中染料浓度的降低，吸附和解吸的速率此消彼长，直到最后达到动态平衡状态。（2）染料扩散阶段：染料附着在纤维表面，纤维表面的染料浓度大于内部浓度，染料会由外部向内部扩散。染料向纤维内部的扩散速率可用菲克（Fick）公式表示：染料在纤维内的扩散速率与吸附速率相比要慢得多，染料的扩散是影响染色质量的重要阶段。染料的扩散速率快，上染的时间就会减少，有利于减少染色过程中因染色条件控制不当而造成的影响。染料上染的快慢和均匀程度可以用上染速率曲线来显示。上染百分率的测试一般采用残液法。用紫外分光光度计测定出染色原液与残液的光密度，由下式计算染料在纤维上的上染百分率。其中：E—染料在纤维上的上染百分率（%）。C0 —原液的浓度（g/L）。A—残液稀释k倍后的吸光度。K—标准曲线的斜率(μg/mL)。k—残液稀释的倍数。在温度不变的条件下，染液上染百分率（E）随染色时间（t）的坐标曲线示意图如下图所示。图2 上染速率曲线图从上染速率曲线可以看出，上染百分率随着染色时间不断上升，直到染色平衡，上染百分率达到最高。这个最高的上染百分率，称为染料在特定的染色条件下的平衡上染百分率。半染时间（t1/2）是达到上染百分率一半的时候所需时间，达到平衡上染百分率的时间很长，所以我们一般用半染时间来描述染色时间的长短。不同的染料具有不同的上染百分率曲线。在相同的染色条件下，染色的亲和力越高，其上染百分率就越高。染料的上染百分率曲线的形状除了跟染料本身的性质有关系外，还要受到温度、主泵比流量、助染剂和缓染剂、染液的 pH 值等因素的影响。（3）染料固着阶段：染料和纤维的结合牢固程度影响上色的牢度。在染料固着阶段，染料与纤维间的作用力主要有氢键、范德华力和疏水键力。根据相似相溶原理，染料可看作“溶解”在固体纤维无定形区中。涤纶高温高压染色原理：涤纶纤维大分子呈线性结构，分子链上没有侧链或侧基，不含水溶性基团，只有极性较小的酯基，分子取向度高，结构紧密，常压沸染时染料难扩散进入纤维内部并染透。 在玻璃化温度（Tg）以上时，纤维无定形区大分子链段发生剧烈运动，分子间空隙增多增大，自由体积增加，分散染料分子可扩散进入纤维内部，上染速率和上染率显著提高。染色完成降温后，染料被固着在纤维内部。根据染料上染的自由体积扩散模型，涤纶染色可采用升高染色温度（高温高压染色法、热熔染色法）、使用纤维膨化剂和染色促进剂（载体染色法）两种途径实现。涤纶高温高压染色过程：（1）高温高压条件下，水的增塑作用使涤纶纤维分子软化，分子间孔隙增大。（2） 染料进入纤维内部。（3）保持一定染色时间，染料在纤维内扩散均匀。（4）降温，涤纶恢复到紧密结构，染料固着在纤维里。筒子纱染色原理：筒子纱的染色过程就是染液的循环穿透过程。染液循环流动的状态大致分为三步：（1）随着机器的运作，染液不断循环流动，首先靠近筒子纱线的表面边界层。（2）染料随着染液的扩散和循环，从纱线边界层逐渐进入纱线表面，使染料分子在纱线表面迅速吸附。（3）由于纱筒表面和纱筒内部的染液形成浓度差，此时吸附在纱筒表面的染液在压力泵的作用下，不断的循环、扩散、渗透到纱筒内部的纱线上，同时通过交换系统，使得染液在染缸内不断从内而外或从外而内的运动，使得染料与纱线进行充分接触，最终染料逐渐吸附在筒子纱纤维上，达到上染平衡。
具体实验步骤如下：第一步：开启主缸盖，放入已前处理好的纱线，吊纱架进入染缸。第二步：根据纱重，浴比，计算主缸进水量，主缸旁显示水位。第三步：根据工艺，附缸加染化料，搅拌运转，完毕后，启动主泵，染化料进主缸。第四步，主缸加热到工艺执行温度显示，运转。动画显示，染液运行过程。染液经循环泵流入筒子架多孔套管，然后从筒子纱的内心向外流动。间隔一定时间后再作反向流动。第五步：染色结束，高温排水。第六步：根据还原清洗工艺，纱重，浴比，主缸进水。第七步：根据还原清洗温度显示，执行还原清洗。第八步：主缸打开排水开关，排出水。第九步：执行主缸进水，清洗，排水第十步：取样，脱水后，纱线送入烘干设备，烘干，纱线染色结束。第十一步：测试样品。电脑测色动画演示，点击显示K/S（加入摇板动画，制作卡样，色卡）。