基于灰色近優(yōu)法的滌棉窗簾阻燃整理參數(shù)優(yōu)化

毛 倩 周 捷 李 健 張英莉

(西安工程大學(xué)，陜西西安，710048)

窗簾作為一種家用紡織品，具有多原料、多規(guī)格、實(shí)用性、安全性等特點(diǎn)[1]。隨著人們生活水平的提高，窗簾的功能性與安全性受到越來(lái)越多的關(guān)注[2-3]；有學(xué)者專(zhuān)注于研究窗簾的抗菌性[4-5]、凈化性[6]和阻燃性等[7-8]。為達(dá)到室內(nèi)裝飾紡織品阻燃要求[9]，生產(chǎn)廠家通常采用后整理方法[10]。然而后整理會(huì)導(dǎo)致織物強(qiáng)度損失，因此,力學(xué)性能成為整理應(yīng)用中需檢查的一個(gè)重要參數(shù)[11]。目前對(duì)力學(xué)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)有斷裂功、斷裂伸長(zhǎng)、撕破強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸斷裂強(qiáng)力等，其中斷裂伸長(zhǎng)與拉伸斷裂強(qiáng)力是評(píng)價(jià)織物拉伸力學(xué)性能的兩個(gè)重要指標(biāo)，關(guān)于阻燃性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)有極限氧指數(shù)(LOI)、陰燃時(shí)間、損毀長(zhǎng)度和續(xù)燃時(shí)間等[12]。

關(guān)于窗簾的阻燃后整理研究主要集中于織物的阻燃性影響因素分析[13]，雖也有學(xué)者對(duì)織物的力學(xué)性能轉(zhuǎn)變進(jìn)行探究，但大都將阻燃性能與力學(xué)性能單獨(dú)分析[14-15]，得到阻燃后整理因素對(duì)兩種性能的影響規(guī)律。然而織物阻燃性能最優(yōu)時(shí)，其力學(xué)性能未必最優(yōu)，因此阻燃后整理參數(shù)的設(shè)定較為困難。

鑒于此，本研究采用灰色近優(yōu)法以及灰色關(guān)聯(lián)，在正交試驗(yàn)直觀分析結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)試樣LOI、拉伸斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂功進(jìn)行綜合評(píng)判，得到這5種測(cè)試指標(biāo)對(duì)綜合性能影響的主次排序，進(jìn)而得到綜合性能的主要影響因素以及最優(yōu)工藝參數(shù)組合，以期提高滌棉阻燃窗簾的綜合性能，為企業(yè)生產(chǎn)工藝參數(shù)的設(shè)定提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

滌棉窗簾幅寬180 cm，經(jīng)、緯紗均為T(mén)/C 80/20 19.6 tex紗，平紋織物，經(jīng)密394根/10 cm，緯密343根/10 cm；采用TC-0731F型無(wú)鹵環(huán)保水溶性阻燃膠(烘焙溫度160 ℃～180 ℃，玻璃化溫度2 ℃～5 ℃，pH值7.0～8.0，烘焙時(shí)間1.5 min ～3 min)。

1.2 試樣制備工藝

首先，選取滌棉窗簾中心位置，裁剪9組50 cm×40 cm經(jīng)緯向試樣，保證其表面平整潔凈，然后對(duì)其進(jìn)行拉幅定形。之后在試驗(yàn)機(jī)上涂刮阻燃膠，并將試樣放入RC-LDX型連續(xù)式定形烘干機(jī)中烘干。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 對(duì)LOI的測(cè)定

參照GB/T 5454—1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn) 氧指數(shù)法》，采用HC-2型氧指數(shù)測(cè)定儀測(cè)試10 cm×5 cm經(jīng)緯向試樣的LOI，每組試樣測(cè)試3次，結(jié)果取平均值。

1.3.2 力學(xué)性能測(cè)定

采用YG026H型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)，按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》，對(duì)30 cm×6 cm經(jīng)緯向試樣進(jìn)行定速拉伸，記錄出拉伸斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂功的數(shù)據(jù)，每組試樣測(cè)試5次并取平均值。

2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)直觀分析

正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。對(duì)9組試樣的織物性能指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表1正交試驗(yàn)因素與水平

水平因素A刮涂壓強(qiáng)/MPa因素B烘焙時(shí)間/min因素C烘焙溫度/℃1230.150.200.251.52.53.0160165180

表2成紗質(zhì)量指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

試樣因素A B CLOI/%拉伸斷裂強(qiáng)力/N斷裂伸長(zhǎng)/mm斷裂伸長(zhǎng)率/%斷裂功/J12345678911122233312323131212331223138.0032.0033.0031.0034.0030.0031.0028.0035.00 981.401 145.50 803.301 386.901 053.101 024.401 039.801 101.701 036.0034.5033.1833.9338.2536.6533.0936.2838.3434.4017.2416.5816.9619.1218.3216.5418.1319.1617.192.272.751.943.912.632.402.562.962.51

表3正交試驗(yàn)極差分析

項(xiàng)目LOI/%A B C拉伸斷裂強(qiáng)力/NA B C斷裂伸長(zhǎng)/mmA B C斷裂伸長(zhǎng)率/%A B C斷裂功/JA B Ck1k2k3R34.3331.6731.333.0032.0032.6732.670.6735.6731.0030.675.00 976.731 154.801 059.17 178.071 035.831 189.47 965.40 224.071 023.501 069.901 097.30 73.8033.8736.0036.342.4735.3135.2835.620.3435.1834.1836.842.6616.9317.9918.161.2317.6517.6317.800.1717.5817.0818.411.332.322.982.680.662.543.062.380.682.472.572.940.47

對(duì)于LOI，其數(shù)值越大，則表明試樣的阻燃性越好，試樣指標(biāo)影響因素的主次順序?yàn)楹姹簻囟?刮涂壓強(qiáng)>烘焙時(shí)間。對(duì)于3因素的水平效應(yīng)值，A1>A2>A3，B3=B2>B1，C1>C2>C3，表示試樣阻燃性最佳的優(yōu)水平組合為A1B2C1或A1B3C1。

斷裂伸長(zhǎng)越大，表明試樣能承受的拉力越大；斷裂伸長(zhǎng)率越大，表明試樣承受拉伸變形的能力越好。試樣指標(biāo)影響因素的主次順序?yàn)楹姹簻囟?刮涂壓強(qiáng)>烘焙時(shí)間。對(duì)于3因素的水平效應(yīng)值,A3>A2>A1，B3>B1>B2，C3>C1>C2,即試樣拉伸變形能力最佳的優(yōu)水平組合為A3B3C3。

拉伸斷裂強(qiáng)力越大，說(shuō)明試樣強(qiáng)力越大；斷裂功越大，說(shuō)明試樣堅(jiān)牢度、耐磨損性、韌性越大。兩個(gè)指標(biāo)影響因素的主次順序?yàn)楹姹簳r(shí)間>刮涂壓強(qiáng)>烘焙溫度。對(duì)于3因素的水平效應(yīng)值,A2>A3>A1，B2>B1>B3，C3>C2>C1,表示試樣強(qiáng)力韌性最佳的優(yōu)水平組合為A2B2C3。

基于以上分析：5項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)隨試驗(yàn)因素水平變化的規(guī)律差異較大。LOI、斷裂伸長(zhǎng)、斷裂伸長(zhǎng)率的主要影響因素均為烘焙溫度，拉伸斷裂強(qiáng)力、斷裂功的主要影響因素均為烘焙時(shí)間，所有測(cè)試指標(biāo)的次要因素均為刮涂壓強(qiáng)。在力學(xué)性能測(cè)試中，拉伸斷裂強(qiáng)力與斷裂功的最優(yōu)參數(shù)組合結(jié)果一致，斷裂伸長(zhǎng)與斷裂伸長(zhǎng)率的最優(yōu)參數(shù)組合結(jié)果一致，且所有力學(xué)性能測(cè)試指標(biāo)的烘焙時(shí)間最優(yōu)水平均為C3。然而，使試樣阻燃性達(dá)到最優(yōu)的烘焙溫度為160 ℃。烘焙溫度對(duì)力學(xué)性能以及阻燃性能的影響趨勢(shì)呈相反狀態(tài)，故應(yīng)考慮一個(gè)合適的烘焙溫度使試樣的綜合性能達(dá)到最優(yōu)。

2.2 灰色近優(yōu)綜合評(píng)價(jià)

為分析試樣綜合性能的主要影響因素并得到最優(yōu)工藝參數(shù)組合，采用灰色近優(yōu)綜合評(píng)價(jià)以及灰色關(guān)聯(lián),分析試樣綜合性能的指標(biāo)影響顯著性與工藝參數(shù)組合優(yōu)劣性,建立灰色近優(yōu)綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

(1)建立m個(gè)試樣n維指標(biāo)的灰矩陣模型，見(jiàn)式(1)。

(1)

式中：Ci(i=1,2,…,n)為試樣的評(píng)價(jià)指標(biāo)，Rij為Rn×m的灰元，是試樣j的第i個(gè)測(cè)試指標(biāo)。

(3)采用單點(diǎn)效果測(cè)度對(duì)各白化灰元值進(jìn)行無(wú)量綱處理，將其映射到[0，1]區(qū)間，得到各白化灰元值的近優(yōu)程度。由于LOI、拉伸斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂功均為越大越優(yōu)型指標(biāo)，因此采用上限效果測(cè)度，見(jiàn)式(2)。

(2)

=[0.817 6,0.820 4,0.742 8,0.962 3,0.847 8,0.773 6,0.822 6,0.857 6,0.820 9]

(3)

對(duì)試樣綜合近優(yōu)度從大到小進(jìn)行排序，S4>S8>S5>S7>S9>S2>S1>S6>S3，即試樣4的綜合性能最優(yōu)，其工藝參數(shù)組合為A2B2C3。

基于以上分析可以得到：

(1)斷裂伸長(zhǎng)是影響試樣綜合性能的主要測(cè)試指標(biāo)，烘焙溫度是影響斷裂伸長(zhǎng)的主要因素，同時(shí)也是影響LOI、斷裂伸長(zhǎng)率的主要因素。LOI反映的是試樣的阻燃性，斷裂伸長(zhǎng)與斷裂伸長(zhǎng)率反映的是試樣的力學(xué)性能。因此，烘焙溫度對(duì)試樣綜合性能的影響占主導(dǎo)地位。

(2)試樣綜合性能達(dá)到最優(yōu)的工藝參數(shù)組合為A2B2C3，此時(shí)試樣的LOI為31%，拉伸斷裂強(qiáng)力為1 386.90 N，斷裂伸長(zhǎng)為38.25 mm，斷裂伸長(zhǎng)率為19.12%，斷裂功為3.91 J。當(dāng)織物的LOI高于27%時(shí)，便認(rèn)為其有較好的阻燃作用，當(dāng)織物的經(jīng)、緯向干態(tài)斷裂強(qiáng)力大于300 N和650 N時(shí)，便認(rèn)為其滿(mǎn)足斷裂強(qiáng)力要求，此時(shí)試樣的各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均達(dá)到了GA 504—2004《阻燃裝飾織物》標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

(1)試驗(yàn)因素對(duì)滌棉窗簾不同測(cè)試指標(biāo)的影響規(guī)律差異較大，但刮涂壓強(qiáng)始終是影響測(cè)試指標(biāo)的次要因素。

(2)與阻燃性能相比，力學(xué)性能對(duì)滌棉窗簾綜合性能的影響較為顯著，烘焙溫度是滌棉窗簾綜合性能的主要影響因素。

(3)通過(guò)分析認(rèn)為，使滌棉窗簾綜合性能達(dá)到最優(yōu)的工藝參數(shù)組合A2B2C3，即刮涂壓強(qiáng)0.20 MPa，烘焙時(shí)間2.5 min，烘焙溫度180 ℃，此時(shí)織物的阻燃性與力學(xué)性能均達(dá)到GA 504—2004《阻燃裝飾織物》標(biāo)準(zhǔn)。