基于灰色近优法的涤棉窗帘阻燃整理参数优化

毛 倩 周 捷 李 健 张英莉

(西安工程大学，陕西西安，710048)

窗帘作为一种家用纺织品，具有多原料、多规格、实用性、安全性等特点[1]。随着人们生活水平的提高，窗帘的功能性与安全性受到越来越多的关注[2-3]；有学者专注于研究窗帘的抗菌性[4-5]、净化性[6]和阻燃性等[7-8]。为达到室内装饰纺织品阻燃要求[9]，生产厂家通常采用后整理方法[10]。然而后整理会导致织物强度损失，因此,力学性能成为整理应用中需检查的一个重要参数[11]。目前对力学性能的评价指标有断裂功、断裂伸长、撕破强力、断裂伸长率、拉伸断裂强力等，其中断裂伸长与拉伸断裂强力是评价织物拉伸力学性能的两个重要指标，关于阻燃性能的评价指标有极限氧指数(LOI)、阴燃时间、损毁长度和续燃时间等[12]。

关于窗帘的阻燃后整理研究主要集中于织物的阻燃性影响因素分析[13]，虽也有学者对织物的力学性能转变进行探究，但大都将阻燃性能与力学性能单独分析[14-15]，得到阻燃后整理因素对两种性能的影响规律。然而织物阻燃性能最优时，其力学性能未必最优，因此阻燃后整理参数的设定较为困难。

鉴于此，本研究采用灰色近优法以及灰色关联，在正交试验直观分析结果的基础上对试样LOI、拉伸断裂强力、断裂伸长、断裂伸长率、断裂功进行综合评判，得到这5种测试指标对综合性能影响的主次排序，进而得到综合性能的主要影响因素以及最优工艺参数组合，以期提高涤棉阻燃窗帘的综合性能，为企业生产工艺参数的设定提供参考。

1 试验部分

1.1 试验材料

涤棉窗帘幅宽180 cm，经、纬纱均为T/C 80/20 19.6 tex纱，平纹织物，经密394根/10 cm，纬密343根/10 cm；采用TC-0731F型无卤环保水溶性阻燃胶(烘焙温度160 ℃～180 ℃，玻璃化温度2 ℃～5 ℃，pH值7.0～8.0，烘焙时间1.5 min ～3 min)。

1.2 试样制备工艺

首先，选取涤棉窗帘中心位置，裁剪9组50 cm×40 cm经纬向试样，保证其表面平整洁净，然后对其进行拉幅定形。之后在试验机上涂刮阻燃胶，并将试样放入RC-LDX型连续式定形烘干机中烘干。

1.3 测试方法

1.3.1 对LOI的测定

参照GB/T 5454—1997《纺织品 燃烧性能试验 氧指数法》，采用HC-2型氧指数测定仪测试10 cm×5 cm经纬向试样的LOI，每组试样测试3次，结果取平均值。

1.3.2 力学性能测定

采用YG026H型多功能电子织物强力机，按照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》，对30 cm×6 cm经纬向试样进行定速拉伸，记录出拉伸断裂强力、断裂伸长、断裂伸长率、断裂功的数据，每组试样测试5次并取平均值。

2 测试结果与分析

2.1 正交试验直观分析

正交试验因素与水平见表1。对9组试样的织物性能指标进行分析，结果见表2。对试验数据进行极差分析，结果见表3。

表1正交试验因素与水平

水平因素A刮涂压强/MPa因素B烘焙时间/min因素C烘焙温度/℃1230.150.200.251.52.53.0160165180

表2成纱质量指标测试结果

试样因素A B CLOI/%拉伸断裂强力/N断裂伸长/mm断裂伸长率/%断裂功/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正交试验极差分析

项目LOI/%A B C拉伸断裂强力/NA B C断裂伸长/mmA B C断裂伸长率/%A B C断裂功/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

对于LOI，其数值越大，则表明试样的阻燃性越好，试样指标影响因素的主次顺序为烘焙温度>刮涂压强>烘焙时间。对于3因素的水平效应值，A1>A2>A3，B3=B2>B1，C1>C2>C3，表示试样阻燃性最佳的优水平组合为A1B2C1或A1B3C1。

断裂伸长越大，表明试样能承受的拉力越大；断裂伸长率越大，表明试样承受拉伸变形的能力越好。试样指标影响因素的主次顺序为烘焙温度>刮涂压强>烘焙时间。对于3因素的水平效应值,A3>A2>A1，B3>B1>B2，C3>C1>C2,即试样拉伸变形能力最佳的优水平组合为A3B3C3。

拉伸断裂强力越大，说明试样强力越大；断裂功越大，说明试样坚牢度、耐磨损性、韧性越大。两个指标影响因素的主次顺序为烘焙时间>刮涂压强>烘焙温度。对于3因素的水平效应值,A2>A3>A1，B2>B1>B3，C3>C2>C1,表示试样强力韧性最佳的优水平组合为A2B2C3。

基于以上分析：5项测试指标随试验因素水平变化的规律差异较大。LOI、断裂伸长、断裂伸长率的主要影响因素均为烘焙温度，拉伸断裂强力、断裂功的主要影响因素均为烘焙时间，所有测试指标的次要因素均为刮涂压强。在力学性能测试中，拉伸断裂强力与断裂功的最优参数组合结果一致，断裂伸长与断裂伸长率的最优参数组合结果一致，且所有力学性能测试指标的烘焙时间最优水平均为C3。然而，使试样阻燃性达到最优的烘焙温度为160 ℃。烘焙温度对力学性能以及阻燃性能的影响趋势呈相反状态，故应考虑一个合适的烘焙温度使试样的综合性能达到最优。

2.2 灰色近优综合评价

为分析试样综合性能的主要影响因素并得到最优工艺参数组合，采用灰色近优综合评价以及灰色关联,分析试样综合性能的指标影响显著性与工艺参数组合优劣性,建立灰色近优综合评价系统。

(1)建立m个试样n维指标的灰矩阵模型，见式(1)。

(1)

式中：Ci(i=1,2,…,n)为试样的评价指标，Rij为Rn×m的灰元，是试样j的第i个测试指标。

(3)采用单点效果测度对各白化灰元值进行无量纲处理，将其映射到[0，1]区间，得到各白化灰元值的近优程度。由于LOI、拉伸断裂强力、断裂伸长、断裂伸长率、断裂功均为越大越优型指标，因此采用上限效果测度，见式(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)

对试样综合近优度从大到小进行排序，S4>S8>S5>S7>S9>S2>S1>S6>S3，即试样4的综合性能最优，其工艺参数组合为A2B2C3。

基于以上分析可以得到：

(1)断裂伸长是影响试样综合性能的主要测试指标，烘焙温度是影响断裂伸长的主要因素，同时也是影响LOI、断裂伸长率的主要因素。LOI反映的是试样的阻燃性，断裂伸长与断裂伸长率反映的是试样的力学性能。因此，烘焙温度对试样综合性能的影响占主导地位。

(2)试样综合性能达到最优的工艺参数组合为A2B2C3，此时试样的LOI为31%，拉伸断裂强力为1 386.90 N，断裂伸长为38.25 mm，断裂伸长率为19.12%，断裂功为3.91 J。当织物的LOI高于27%时，便认为其有较好的阻燃作用，当织物的经、纬向干态断裂强力大于300 N和650 N时，便认为其满足断裂强力要求，此时试样的各项测试指标均达到了GA 504—2004《阻燃装饰织物》标准。

3 结论

(1)试验因素对涤棉窗帘不同测试指标的影响规律差异较大，但刮涂压强始终是影响测试指标的次要因素。

(2)与阻燃性能相比，力学性能对涤棉窗帘综合性能的影响较为显著，烘焙温度是涤棉窗帘综合性能的主要影响因素。

(3)通过分析认为，使涤棉窗帘综合性能达到最优的工艺参数组合A2B2C3，即刮涂压强0.20 MPa，烘焙时间2.5 min，烘焙温度180 ℃，此时织物的阻燃性与力学性能均达到GA 504—2004《阻燃装饰织物》标准。