聚氧乙烯蓖麻油助劑煮繭工藝的模糊正交優(yōu)化

摘要：以聚氧乙烯蓖麻油的滴加速度、低溫滲透段溫度、中水段溫度、煮繭巡回時(shí)間為評(píng)價(jià)因子，實(shí)繅解舒率、萬(wàn)米吊糙、潔凈分?jǐn)?shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用模糊正交法對(duì)聚氧乙烯蓖麻油助劑輔助煮繭的工藝參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得到最佳的工藝條件為聚氧乙烯蓖麻油的滴加速度2 mL/min，低溫滲透段溫度70 ℃，中水段溫度80 ℃，煮繭巡回時(shí)間10 min。在此工藝條件下的實(shí)繅對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，聚氧乙烯蓖麻油能夠改善煮繭效果，提高繅絲成績(jī)。表明用模糊正交方法對(duì)其使用工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是可行的。

關(guān)鍵詞：聚氧乙烯蓖麻油；煮繭工藝參數(shù)；模糊正交法；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：S-3；F323.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）23-5836-05

聚氧乙烯蓖麻油是一種酯型多元醇非離子表面活性劑，是由蓖麻油與環(huán)氧乙烷在高壓、加熱催化條件下形成的包含多種成分的混合物[1]。其主要成分包括聚氧乙烯蓖麻酸甘油酯、聚氧乙烯蓖麻油酸酯、聚乙二醇、聚乙二醇甘油醚和未反應(yīng)完的蓖麻油[2]。聚氧乙烯蓖麻油具有良好的乳化性、分散性、軟化性、抗靜電性和潤(rùn)滑性，因此作為腈綸、維綸、丙綸等化纖油劑的組分，且具有無(wú)毒、無(wú)刺激性、易降解等綠色表面活性劑的特點(diǎn)，在紡織印染、涂料、油墨、化妝品等領(lǐng)域得到廣泛使用[3]。從理論上分析，聚氧乙烯蓖麻油具有用作煮繭助劑的可能性，但其在煮繭助劑領(lǐng)域的應(yīng)用尚鮮見報(bào)道。

煮繭是一項(xiàng)比較復(fù)雜的技術(shù)，原料繭的差異，不同的滲透方法，各部段采用不同的蒸氣壓力、不同的溫度等，會(huì)得到不同的煮繭效果。煮繭質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到繅絲的產(chǎn)、質(zhì)、耗，對(duì)繅絲的解舒、繅折、萬(wàn)米吊糙，生絲的清潔和潔凈等指標(biāo)有直接的影響[4]。通過制定合理的煮繭工藝可以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。正交試驗(yàn)是優(yōu)選煮繭工藝參數(shù)常見的方法，但正交試驗(yàn)結(jié)果的處理通常采用直觀分析法和方差分析法，提供的信息量較少[5]。尤其對(duì)于多指標(biāo)、多因素、多水平試驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)響應(yīng)值評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)化條件不一致的現(xiàn)象，從而影響最終優(yōu)化條件的評(píng)判。模糊正交法是通過將正交試驗(yàn)結(jié)果模糊化，然后用模糊數(shù)學(xué)的理論和方法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不僅可以估計(jì)主效應(yīng)因子，還可以估計(jì)因素間最佳搭配，能在同樣的試驗(yàn)工作量情況下獲得更多有用的信息，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[4]。鑒于此，本試驗(yàn)選用模糊正交法對(duì)聚氧乙烯蓖麻油助劑在煮繭過程中使用的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期能夠得到更多的響應(yīng)值信息和獲得最佳的試驗(yàn)條件，為聚氧乙烯蓖麻油助劑應(yīng)用到煮繭工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料和主要設(shè)備

試驗(yàn)于2012年7—10月在廣西融安縣金鼎制絲有限責(zé)任公司進(jìn)行。供試原料繭莊口為金秀桐木（廣西融安縣金鼎制絲有限責(zé)任公司），繭質(zhì)情況見表1。供試原料繭品種為兩廣2號(hào)。

聚氧乙烯蓖麻油（阿拉丁試劑有限公司）：淡黃色黏稠狀液體，在26 ℃以上澄清透明并能完全液化，易溶于水，能與脂肪酸、油脂、礦物油和多種油劑溶劑互溶；耐酸、耐無(wú)機(jī)鹽，低溫時(shí)耐堿，遇強(qiáng)堿則水解，皂化值57～67 mg/g，濁點(diǎn)70～84 ℃，pH（1%水溶液）6.0～8.0，HLB為13～14。主要試驗(yàn)設(shè)備：機(jī)外真空滲透設(shè)備，ZB-104型煮繭機(jī)（溫州絲綢機(jī)械廠），TF2000型微電腦自動(dòng)繅絲機(jī)（杭州天峰紡織機(jī)械有限公司）。

1.2 試驗(yàn)工藝和方法

試驗(yàn)采用機(jī)外真空滲透，煮繭時(shí)沒有使用高溫滲透部的煮繭工藝。真空滲透工藝條件為：真空度0.096 MPa，滲透時(shí)間5 min，滲透水溫30 ℃；煮繭機(jī)各區(qū)段非考察因素的基礎(chǔ)工藝條件為：上槽浸漬溫度45 ℃，動(dòng)搖段溫度57 ℃，靜煮段溫度50 ℃，出口保護(hù)部溫度38 ℃，桶湯溫度35 ℃；自動(dòng)繅絲機(jī)的工藝參數(shù)為：車頭蒸汽壓力0.2 MPa，車頭索緒溫度92 ℃，繅絲湯溫度32 ℃，運(yùn)轉(zhuǎn)車速175 r/min。在傳統(tǒng)的真空滲透煮繭自動(dòng)繅絲工藝的基礎(chǔ)上，向煮繭工藝的中水段輔助添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚氧乙烯醚蓖麻油助劑。

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

隨著新型自動(dòng)繅絲機(jī)在廣西的普及使用，生產(chǎn)自動(dòng)化程度隨之提高，生絲纖度偏差、最大偏差、均勻二度對(duì)生絲質(zhì)量的影響程度在逐漸減弱[5]。廣西生絲定級(jí)主要受清潔、潔凈影響，潔凈占定級(jí)比例的62.4%～69.4%，清潔占定級(jí)比例的35.3%～42.3%[6]。對(duì)于同一莊口繭，解舒好則解舒絲長(zhǎng)越長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值就越好。解舒的優(yōu)劣是由繭質(zhì)決定的，但煮熟程度也在一定程度上影響著解舒[7]。在煮繭的過程中，可通過添加適合的化學(xué)試劑來(lái)提高解舒。在自動(dòng)繅絲的生產(chǎn)時(shí)間中，擋車工用于處理絲條故障的時(shí)間占上班總時(shí)間的45%左右。在處理絲條故障的時(shí)間中，因處理萬(wàn)米吊糙造成的絲條故障的時(shí)間占處理絲條故障總時(shí)間的70%左右[8]。萬(wàn)米吊糙是對(duì)自動(dòng)繅絲勞動(dòng)生產(chǎn)率影響最大的指標(biāo)，已經(jīng)成為企業(yè)選擇不同煮繭工藝路線的重要依據(jù)指標(biāo)[9]。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，選取聚氧乙烯蓖麻油的添加速度（A）、低溫滲透段溫度（B）、中水段溫度（C）、煮繭巡回時(shí)間（D）為主要考察因素，實(shí)繅解舒率（Y1）、萬(wàn)米吊糙（Y2）、潔凈分?jǐn)?shù)（Y3）為考察指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體的因素水平見表2。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，采用夾角余弦賦權(quán)法計(jì)算權(quán)重向量，然后分析影響因素間的交互作用，以及各個(gè)單因素的權(quán)重值大小，得到響應(yīng)信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果

L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果見表3，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。

2.2 基于模糊關(guān)系綜合評(píng)價(jià)法的優(yōu)化分析

2.2.1 因素集、評(píng)價(jià)集的確定 設(shè)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中被考察的因素集合為X={x1，x2，x3，x4}，其中，x1表示聚氧乙烯蓖麻油的添加速度，x2表示低溫滲透段溫度，x3表示中水段溫度，x4表示煮繭巡回時(shí)間。每個(gè)因素3個(gè)水平，其水平集合為K={k1，k2，k3}。

設(shè)考察的指標(biāo)集合為Y={y1，y2，y3}，其中y1表示實(shí)繅解舒率集合，y2表示萬(wàn)米吊糙集合，y3表示潔凈分?jǐn)?shù)集合。評(píng)判評(píng)語(yǔ)的集合為V={v1，v2，v3}，其中V是模糊集合，即滿足？坌v∈[0，1]。

4 結(jié)論

1）在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模糊化處理，并結(jié)合夾角余弦賦權(quán)法分別對(duì)各試驗(yàn)因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出聚氧乙烯蓖麻油用于煮繭工藝的最佳工藝條件為：聚氧乙烯蓖麻油的滴加速度2 mL/min，低溫滲透段溫度為70 ℃，中水段溫度80 ℃，煮繭巡回時(shí)間為10 min。

2）在最佳工藝條件下進(jìn)行實(shí)繅對(duì)比試驗(yàn)，由繅絲成績(jī)可知，與未添加聚氧乙烯蓖麻油助劑的煮繭工藝相比，實(shí)繅解舒率提高1.9個(gè)百分點(diǎn)，萬(wàn)米吊糙次數(shù)減少0.26次，運(yùn)轉(zhuǎn)率提高0.7個(gè)百分點(diǎn)，纖度偏差減少0.04 dtex，最大偏差減少0.23 dtex，清潔分?jǐn)?shù)提高0.7分，潔凈分?jǐn)?shù)提高0.34分，平均生絲等級(jí)提高0.38 A。

3）采用模糊正交試驗(yàn)的方法來(lái)優(yōu)化聚氧乙烯蓖麻油助劑用于煮繭工藝的工藝條件，能夠有效地減少試驗(yàn)工作量、獲得更多的響應(yīng)信息，快速確定優(yōu)化的配合方案，用其優(yōu)化煮繭工藝參數(shù)是可行的。實(shí)繅結(jié)果表明，聚氧乙烯蓖麻油在一定程度上能夠改善繅絲成績(jī)。

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