聚氧乙烯蓖麻油助剂煮茧工艺的模糊正交优化

摘要：以聚氧乙烯蓖麻油的滴加速度、低温渗透段温度、中水段温度、煮茧巡回时间为评价因子，实缫解舒率、万米吊糙、洁净分数为评价指标，采用模糊正交法对聚氧乙烯蓖麻油助剂辅助煮茧的工艺参数进行综合评价，得到最佳的工艺条件为聚氧乙烯蓖麻油的滴加速度2 mL/min，低温渗透段温度70 ℃，中水段温度80 ℃，煮茧巡回时间10 min。在此工艺条件下的实缫对比试验结果表明，聚氧乙烯蓖麻油能够改善煮茧效果，提高缫丝成绩。表明用模糊正交方法对其使用工艺参数进行优化是可行的。

关键词：聚氧乙烯蓖麻油；煮茧工艺参数；模糊正交法；优化

中图分类号：S-3；F323.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）23-5836-05

聚氧乙烯蓖麻油是一种酯型多元醇非离子表面活性剂，是由蓖麻油与环氧乙烷在高压、加热催化条件下形成的包含多种成分的混合物[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应完的蓖麻油[2]。聚氧乙烯蓖麻油具有良好的乳化性、分散性、软化性、抗静电性和润滑性，因此作为腈纶、维纶、丙纶等化纤油剂的组分，且具有无毒、无刺激性、易降解等绿色表面活性剂的特点，在纺织印染、涂料、油墨、化妆品等领域得到广泛使用[3]。从理论上分析，聚氧乙烯蓖麻油具有用作煮茧助剂的可能性，但其在煮茧助剂领域的应用尚鲜见报道。

煮茧是一项比较复杂的技术，原料茧的差异，不同的渗透方法，各部段采用不同的蒸气压力、不同的温度等，会得到不同的煮茧效果。煮茧质量的好坏直接关系到缫丝的产、质、耗，对缫丝的解舒、缫折、万米吊糙，生丝的清洁和洁净等指标有直接的影响[4]。通过制定合理的煮茧工艺可以提高生产效率和经济效益。正交试验是优选煮茧工艺参数常见的方法，但正交试验结果的处理通常采用直观分析法和方差分析法，提供的信息量较少[5]。尤其对于多指标、多因素、多水平试验，会出现多个响应值评价指标的优化条件不一致的现象，从而影响最终优化条件的评判。模糊正交法是通过将正交试验结果模糊化，然后用模糊数学的理论和方法处理试验数据，不仅可以估计主效应因子，还可以估计因素间最佳搭配，能在同样的试验工作量情况下获得更多有用的信息，有其独特的优势[4]。鉴于此，本试验选用模糊正交法对聚氧乙烯蓖麻油助剂在煮茧过程中使用的工艺参数进行优化，以期能够得到更多的响应值信息和获得最佳的试验条件，为聚氧乙烯蓖麻油助剂应用到煮茧工艺提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验原料和主要设备

试验于2012年7—10月在广西融安县金鼎制丝有限责任公司进行。供试原料茧庄口为金秀桐木（广西融安县金鼎制丝有限责任公司），茧质情况见表1。供试原料茧品种为两广2号。

聚氧乙烯蓖麻油（阿拉丁试剂有限公司）：淡黄色黏稠状液体，在26 ℃以上澄清透明并能完全液化，易溶于水，能与脂肪酸、油脂、矿物油和多种油剂溶剂互溶；耐酸、耐无机盐，低温时耐碱，遇强碱则水解，皂化值57～67 mg/g，浊点70～84 ℃，pH（1%水溶液）6.0～8.0，HLB为13～14。主要试验设备：机外真空渗透设备，ZB-104型煮茧机（温州丝绸机械厂），TF2000型微电脑自动缫丝机（杭州天峰纺织机械有限公司）。

1.2 试验工艺和方法

试验采用机外真空渗透，煮茧时没有使用高温渗透部的煮茧工艺。真空渗透工艺条件为：真空度0.096 MPa，渗透时间5 min，渗透水温30 ℃；煮茧机各区段非考察因素的基础工艺条件为：上槽浸渍温度45 ℃，动摇段温度57 ℃，静煮段温度50 ℃，出口保护部温度38 ℃，桶汤温度35 ℃；自动缫丝机的工艺参数为：车头蒸汽压力0.2 MPa，车头索绪温度92 ℃，缫丝汤温度32 ℃，运转车速175 r/min。在传统的真空渗透煮茧自动缫丝工艺的基础上，向煮茧工艺的中水段辅助添加质量分数为10%的聚氧乙烯醚蓖麻油助剂。

1.3 试验方案设计

随着新型自动缫丝机在广西的普及使用，生产自动化程度随之提高，生丝纤度偏差、最大偏差、均匀二度对生丝质量的影响程度在逐渐减弱[5]。广西生丝定级主要受清洁、洁净影响，洁净占定级比例的62.4%～69.4%，清洁占定级比例的35.3%～42.3%[6]。对于同一庄口茧，解舒好则解舒丝长越长，经济价值就越好。解舒的优劣是由茧质决定的，但煮熟程度也在一定程度上影响着解舒[7]。在煮茧的过程中，可通过添加适合的化学试剂来提高解舒。在自动缫丝的生产时间中，挡车工用于处理丝条故障的时间占上班总时间的45%左右。在处理丝条故障的时间中，因处理万米吊糙造成的丝条故障的时间占处理丝条故障总时间的70%左右[8]。万米吊糙是对自动缫丝劳动生产率影响最大的指标，已经成为企业选择不同煮茧工艺路线的重要依据指标[9]。结合生产实际情况，选取聚氧乙烯蓖麻油的添加速度（A）、低温渗透段温度（B）、中水段温度（C）、煮茧巡回时间（D）为主要考察因素，实缫解舒率（Y1）、万米吊糙（Y2）、洁净分数（Y3）为考察指标，进行L9（34）正交试验设计，具体的因素水平见表2。

1.4 数据分析

采用模糊数学的方法对正交试验结果进行分析，采用夹角余弦赋权法计算权重向量，然后分析影响因素间的交互作用，以及各个单因素的权重值大小，得到响应信息。

2 结果与分析

2.1 L9（34）正交试验结果

L9（34）正交试验结果见表3，所得试验数据用于后续分析。

2.2 基于模糊关系综合评价法的优化分析

2.2.1 因素集、评价集的确定 设正交试验设计中被考察的因素集合为X={x1，x2，x3，x4}，其中，x1表示聚氧乙烯蓖麻油的添加速度，x2表示低温渗透段温度，x3表示中水段温度，x4表示煮茧巡回时间。每个因素3个水平，其水平集合为K={k1，k2，k3}。

设考察的指标集合为Y={y1，y2，y3}，其中y1表示实缫解舒率集合，y2表示万米吊糙集合，y3表示洁净分数集合。评判评语的集合为V={v1，v2，v3}，其中V是模糊集合，即满足？坌v∈[0，1]。

4 结论

1）在正交试验的基础上，采用模糊数学的方法对试验结果进行模糊化处理，并结合夹角余弦赋权法分别对各试验因素进行综合评价，得出聚氧乙烯蓖麻油用于煮茧工艺的最佳工艺条件为：聚氧乙烯蓖麻油的滴加速度2 mL/min，低温渗透段温度为70 ℃，中水段温度80 ℃，煮茧巡回时间为10 min。

2）在最佳工艺条件下进行实缫对比试验，由缫丝成绩可知，与未添加聚氧乙烯蓖麻油助剂的煮茧工艺相比，实缫解舒率提高1.9个百分点，万米吊糙次数减少0.26次，运转率提高0.7个百分点，纤度偏差减少0.04 dtex，最大偏差减少0.23 dtex，清洁分数提高0.7分，洁净分数提高0.34分，平均生丝等级提高0.38 A。

3）采用模糊正交试验的方法来优化聚氧乙烯蓖麻油助剂用于煮茧工艺的工艺条件，能够有效地减少试验工作量、获得更多的响应信息，快速确定优化的配合方案，用其优化煮茧工艺参数是可行的。实缫结果表明，聚氧乙烯蓖麻油在一定程度上能够改善缫丝成绩。

参考文献：

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