二組分混紡纖維成分含量自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用

文/李永鋒 王靜 區(qū)曉帆 陳錦堅(jiān) 李紅英

1 引言

二組分混紡纖維定量化學(xué)分析是對樣品進(jìn)行定性檢測分析后，選擇合適的溶劑溶解并除去其中一種纖維，然后干燥并稱量剩余纖維，再通過結(jié)合質(zhì)量修正系數(shù)(d值)修正剩余纖維的質(zhì)量，最后結(jié)合公定回潮率計(jì)算每種組分纖維的百分比[1]。其中涉及到較多的計(jì)算參數(shù)，如質(zhì)量修正系數(shù)（d值）和公定回潮率等。計(jì)算公式復(fù)雜，且人工計(jì)算繁瑣，容易出錯(cuò)。目前，很多檢測機(jī)構(gòu)常使用Microsoft Excel處理纖維成分分析數(shù)據(jù)，雖然提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性和效率，但在定量分析的過程中，仍需要檢測員手寫記錄電子天平上的數(shù)據(jù)在紙質(zhì)原始記錄上，再將紙質(zhì)原始記錄的數(shù)據(jù)錄入到電腦中Excel表格。多次重復(fù)人工讀取、記錄數(shù)據(jù)的操作，容易出現(xiàn)誤讀、錯(cuò)寫、錄錯(cuò)等情況發(fā)生，從而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

針對上述問題，本文開發(fā)了二組分混紡纖維成分含量自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子天平與計(jì)算機(jī)的雙向數(shù)據(jù)傳輸，自動(dòng)讀取電子天平稱量數(shù)據(jù)和計(jì)算纖維成分含量。

2 纖維成分含量自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)的組成

目前，電子天平通常配備有與計(jì)算機(jī)通信的接口，如RS-232等。這樣可以利用串行通信原理將電子天平的數(shù)據(jù)自動(dòng)收集到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)記錄和處理數(shù)據(jù)，無需人員進(jìn)行手動(dòng)記錄和計(jì)算的工作。一種二組分混紡纖維成分含量自動(dòng)計(jì)算的系統(tǒng)主要由電子天平、RS-232串口線、應(yīng)用軟件和計(jì)算機(jī)組成，如圖1所示。

圖1 纖維成分含量自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)的組成

RS-232串口線將電子天平和計(jì)算機(jī)建立數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)電子天平與計(jì)算機(jī)的交互數(shù)據(jù)處理，首先直接讀取電子秤上的稱重?cái)?shù)據(jù)，然后用計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用軟件代碼計(jì)算纖維成分含量[2]。當(dāng)電子天平為讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，上位機(jī)將發(fā)送指定的命令給下位機(jī)。下位機(jī)收到正確的命令格式后，將以字符串的形式反饋電子天平讀取數(shù)據(jù)給應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件解讀字符串，自動(dòng)讀取電子天平數(shù)據(jù)。自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)后，在C#環(huán)境下編寫代碼實(shí)現(xiàn)纖維成分含量的自動(dòng)計(jì)算。

3 系統(tǒng)的計(jì)算原理

紡織品纖維定量化學(xué)分析可采用化學(xué)溶解法和物理手工分解法。在對化學(xué)溶解法和物理法的基本計(jì)算公式進(jìn)行編碼后，根據(jù)樣品處理前后的稱重、不同纖維成分的公定回潮率以及修正系數(shù)，自動(dòng)計(jì)算纖維成分含量。

以二組分化學(xué)溶解法為例，化學(xué)溶解法計(jì)算公式編寫原理如下：

化學(xué)溶解法計(jì)算公式以凈干質(zhì)量為基礎(chǔ)，考慮公定回潮率或預(yù)處理中非纖維物質(zhì)和纖維物質(zhì)的損失率的因素編寫[3]。

以凈干質(zhì)量為基礎(chǔ)的計(jì)算公式如公式（1）所示。

式（1）中：P為不溶組分凈干質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；A為試樣的干燥質(zhì)量，g：m1為殘留物的干燥質(zhì)量，g；d為不溶組分的質(zhì)量變化修正系數(shù)。

以凈干質(zhì)量為基礎(chǔ)，結(jié)合公定回潮率的計(jì)算公式如（2）、（3）、（4）、（5）所示。

式（2）、（3）、（4）、（5）中：W1為不溶組分結(jié)合公定回潮率的質(zhì)量，g；W2為可溶組分結(jié)合公定回潮率的質(zhì)量，g；R1為可溶組分的公定回潮率，%；R2為不溶組分的公定回潮率，%；Pm1為結(jié)合公定回潮率的不溶組分百分率，%；Pm2為凈干不溶組分百分率，%。

4 應(yīng)用實(shí)例

以二組分聚酯纖維和氨綸混紡樣品為例，計(jì)算纖維成分含量的應(yīng)用軟件界面見圖2。

如圖2所示，選擇使用的定量方法標(biāo)準(zhǔn)：FZ/T 01095—2002（80%硫酸法）以及設(shè)備編號(hào)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定不溶解的纖維：聚酯纖維和溶解的纖維：氨綸，選擇試劑80%硫酸，根據(jù)選擇內(nèi)容系統(tǒng)自動(dòng)得出聚酯纖維和氨綸的公定回潮率分別為0.4和1.3，聚酯纖維修正系數(shù)為1.00。

電子天平分別稱量1號(hào)試樣和稱量瓶質(zhì)量后，點(diǎn)擊界面“干燥后樣品凈干重質(zhì)量+稱量瓶質(zhì)量”右側(cè)空格自動(dòng)輸入稱量數(shù)據(jù)22.2617g；稱量1號(hào)稱量瓶質(zhì)量后，點(diǎn)擊界面“稱量瓶質(zhì)量”右側(cè)空格自動(dòng)輸入稱量數(shù)據(jù)21.6974g；稱量1號(hào)剩余試樣和坩堝質(zhì)量后，點(diǎn)擊界面“干燥后剩余纖維凈干重質(zhì)量+坩堝質(zhì)量”右側(cè)空格自動(dòng)輸入稱量數(shù)據(jù)22.2122g；稱量1號(hào)坩堝質(zhì)量后，點(diǎn)擊界面“坩堝質(zhì)量”右側(cè)空格自動(dòng)輸入稱量數(shù)據(jù)21.6983g。

根據(jù)得到數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出試樣干重為0.5643g，不溶物干重為0.5139g。根據(jù)代碼編寫的計(jì)算軟件計(jì)算出1號(hào)試樣中氨綸的凈干含量百分率為8.93%，聚酯纖維的凈干含量百分率分別為91.07%。

同理，重復(fù)以上步驟，計(jì)算出2號(hào)試樣中氨綸的凈干含量百分率為8.94%，聚酯纖維的凈干含量百分率分別為91.06%。數(shù)值修約并結(jié)合公定回潮率修約后得出的氨綸和聚酯纖維含量百分率分別為9.0%、91.0%。

圖2 二組分樣品計(jì)算纖維成分含量應(yīng)用軟件界面

5 結(jié)論

本文開發(fā)出的二組分混紡纖維成分含量自動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)不僅可以避免檢測工作中人工記錄數(shù)據(jù)出錯(cuò)的隱患，而且優(yōu)化檢驗(yàn)流程，規(guī)范原始記錄，提高無紙化工作進(jìn)程。由于纖維成分含量檢測不只涉及二組分，還可能有三組分、四組分、五組分等情況，該系統(tǒng)還有待進(jìn)一步升級完善。