基于灰色近優法的滌棉窗簾阻燃整理參數優化

毛 倩 周 捷 李 健 張英莉

(西安工程大學，陜西西安，710048)

窗簾作為一種家用紡織品，具有多原料、多規格、實用性、安全性等特點[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越多的關注[2-3]；有學者專注于研究窗簾的抗菌性[4-5]、凈化性[6]和阻燃性等[7-8]。為達到室內裝飾紡織品阻燃要求[9]，生產廠家通常采用后整理方法[10]。然而后整理會導致織物強度損失，因此,力學性能成為整理應用中需檢查的一個重要參數[11]。目前對力學性能的評價指標有斷裂功、斷裂伸長、撕破強力、斷裂伸長率、拉伸斷裂強力等，其中斷裂伸長與拉伸斷裂強力是評價織物拉伸力學性能的兩個重要指標，關于阻燃性能的評價指標有極限氧指數(LOI)、陰燃時間、損毀長度和續燃時間等[12]。

關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]，雖也有學者對織物的力學性能轉變進行探究，但大都將阻燃性能與力學性能單獨分析[14-15]，得到阻燃后整理因素對兩種性能的影響規律。然而織物阻燃性能最優時，其力學性能未必最優，因此阻燃后整理參數的設定較為困難。

鑒于此，本研究采用灰色近優法以及灰色關聯，在正交試驗直觀分析結果的基礎上對試樣LOI、拉伸斷裂強力、斷裂伸長、斷裂伸長率、斷裂功進行綜合評判，得到這5種測試指標對綜合性能影響的主次排序，進而得到綜合性能的主要影響因素以及最優工藝參數組合，以期提高滌棉阻燃窗簾的綜合性能，為企業生產工藝參數的設定提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

滌棉窗簾幅寬180 cm，經、緯紗均為T/C 80/20 19.6 tex紗，平紋織物，經密394根/10 cm，緯密343根/10 cm；采用TC-0731F型無鹵環保水溶性阻燃膠(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經緯向試樣，保證其表面平整潔凈，然后對其進行拉幅定形。之后在試驗機上涂刮阻燃膠，并將試樣放入RC-LDX型連續式定形烘干機中烘干。

1.3 測試方法

1.3.1 對LOI的測定

參照GB/T 5454—1997《紡織品 燃燒性能試驗 氧指數法》，采用HC-2型氧指數測定儀測試10 cm×5 cm經緯向試樣的LOI，每組試樣測試3次，結果取平均值。

1.3.2 力學性能測定

采用YG026H型多功能電子織物強力機，按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，對30 cm×6 cm經緯向試樣進行定速拉伸，記錄出拉伸斷裂強力、斷裂伸長、斷裂伸長率、斷裂功的數據，每組試樣測試5次并取平均值。

2 測試結果與分析

2.1 正交試驗直觀分析

正交試驗因素與水平見表1。對9組試樣的織物性能指標進行分析，結果見表2。對試驗數據進行極差分析，結果見表3。

表1正交試驗因素與水平

水平因素A刮涂壓強/MPa因素B烘焙時間/min因素C烘焙溫度/℃1230.150.200.251.52.53.0160165180

表2成紗質量指標測試結果

試樣因素A B CLOI/%拉伸斷裂強力/N斷裂伸長/mm斷裂伸長率/%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正交試驗極差分析

項目LOI/%A B C拉伸斷裂強力/NA B C斷裂伸長/mmA B C斷裂伸長率/%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

對于LOI，其數值越大，則表明試樣的阻燃性越好，試樣指標影響因素的主次順序為烘焙溫度>刮涂壓強>烘焙時間。對于3因素的水平效應值，A1>A2>A3，B3=B2>B1，C1>C2>C3，表示試樣阻燃性最佳的優水平組合為A1B2C1或A1B3C1。

斷裂伸長越大，表明試樣能承受的拉力越大；斷裂伸長率越大，表明試樣承受拉伸變形的能力越好。試樣指標影響因素的主次順序為烘焙溫度>刮涂壓強>烘焙時間。對于3因素的水平效應值,A3>A2>A1，B3>B1>B2，C3>C1>C2,即試樣拉伸變形能力最佳的優水平組合為A3B3C3。

拉伸斷裂強力越大，說明試樣強力越大；斷裂功越大，說明試樣堅牢度、耐磨損性、韌性越大。兩個指標影響因素的主次順序為烘焙時間>刮涂壓強>烘焙溫度。對于3因素的水平效應值,A2>A3>A1，B2>B1>B3，C3>C2>C1,表示試樣強力韌性最佳的優水平組合為A2B2C3。

基于以上分析：5項測試指標隨試驗因素水平變化的規律差異較大。LOI、斷裂伸長、斷裂伸長率的主要影響因素均為烘焙溫度，拉伸斷裂強力、斷裂功的主要影響因素均為烘焙時間，所有測試指標的次要因素均為刮涂壓強。在力學性能測試中，拉伸斷裂強力與斷裂功的最優參數組合結果一致，斷裂伸長與斷裂伸長率的最優參數組合結果一致，且所有力學性能測試指標的烘焙時間最優水平均為C3。然而，使試樣阻燃性達到最優的烘焙溫度為160 ℃。烘焙溫度對力學性能以及阻燃性能的影響趨勢呈相反狀態，故應考慮一個合適的烘焙溫度使試樣的綜合性能達到最優。

2.2 灰色近優綜合評價

為分析試樣綜合性能的主要影響因素并得到最優工藝參數組合，采用灰色近優綜合評價以及灰色關聯,分析試樣綜合性能的指標影響顯著性與工藝參數組合優劣性,建立灰色近優綜合評價系統。

(1)建立m個試樣n維指標的灰矩陣模型，見式(1)。

(1)

式中：Ci(i=1,2,…,n)為試樣的評價指標，Rij為Rn×m的灰元，是試樣j的第i個測試指標。

(3)采用單點效果測度對各白化灰元值進行無量綱處理，將其映射到[0，1]區間，得到各白化灰元值的近優程度。由于LOI、拉伸斷裂強力、斷裂伸長、斷裂伸長率、斷裂功均為越大越優型指標，因此采用上限效果測度，見式(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)

對試樣綜合近優度從大到小進行排序，S4>S8>S5>S7>S9>S2>S1>S6>S3，即試樣4的綜合性能最優，其工藝參數組合為A2B2C3。

基于以上分析可以得到：

(1)斷裂伸長是影響試樣綜合性能的主要測試指標，烘焙溫度是影響斷裂伸長的主要因素，同時也是影響LOI、斷裂伸長率的主要因素。LOI反映的是試樣的阻燃性，斷裂伸長與斷裂伸長率反映的是試樣的力學性能。因此，烘焙溫度對試樣綜合性能的影響占主導地位。

(2)試樣綜合性能達到最優的工藝參數組合為A2B2C3，此時試樣的LOI為31%，拉伸斷裂強力為1 386.90 N，斷裂伸長為38.25 mm，斷裂伸長率為19.12%，斷裂功為3.91 J。當織物的LOI高于27%時，便認為其有較好的阻燃作用，當織物的經、緯向干態斷裂強力大于300 N和650 N時，便認為其滿足斷裂強力要求，此時試樣的各項測試指標均達到了GA 504—2004《阻燃裝飾織物》標準。

3 結論

(1)試驗因素對滌棉窗簾不同測試指標的影響規律差異較大，但刮涂壓強始終是影響測試指標的次要因素。

(2)與阻燃性能相比，力學性能對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)通過分析認為，使滌棉窗簾綜合性能達到最優的工藝參數組合A2B2C3，即刮涂壓強0.20 MPa，烘焙時間2.5 min，烘焙溫度180 ℃，此時織物的阻燃性與力學性能均達到GA 504—2004《阻燃裝飾織物》標準。