利用正交试验设计探讨纺织纤维微波烘干效率的影响因素

2020-03-30

中国纤检 2020年1期

1 引言

目前，在纺织品成分分析中，检测实验室普遍采用热风烘箱法，对纺织纤维进行烘干，虽然结果稳定、可靠，但是烘干过程时间长，效率低，不能满足纺织品纤维成分的快速定量分析。而微波干燥技术具有环保高效的特点，因微波对水分子的作用效果显著，能提高烘干效率，快速烘干纤维，缩短检测周期，满足快速检测的需要。

采用微波干燥技术，需探讨纺织纤维微波烘干效率的影响因素，从而实现纺织纤维的快速烘干。而正交试验设计则是利用正交表科学地安排与分析多因素多水平试验的方法，因此，本文利用正交设计，对纺织纤维微波烘干效率的影响因素进行研究。

本文将以羊毛纤维为试验对象，以干燥时间、热风温度、微波功率三因素，以各自三个不同水平，利用正交试验设计进行统计分析，并以粘纤纤维进行结果验证试验，探讨影响烘干效率各因素的主次顺序，并在此基础上提出了试验的最优方案。

2 试验

2.1 方法与标准

参照GB/T 9995—1997、GB/T 2910—2009标准进行试验。

2.2 试样

分别选取标准GB 7568.1《纺织品色牢度试验毛标准贴衬织物规格》、GB 7565《纺织品色牢度试验棉和粘纤标准贴衬织物规格》中羊毛、粘纤纤维贴衬织物作为试样。

2.3 仪器

微波热风联合烘干箱：型号为YN-2KW微波红外调频干燥箱；最高温度108℃，电压380V，微波频率（2450±50）MHz，功率0～2kW，功率可调，时间可调，温度可调。该设备在微波干燥过程中，可同时伴有热风作用，由广州越能工业微波设备有限公司制造。

2.4 条件

实验室标准温湿度，温度：20℃～22℃，相对湿度：64%～67%。

2.5 试验方案及试验过程

（1）试验对象

为了便于试验烘干效果，选用吸水性较好的羊毛纤维标准贴衬共9份样品用于烘干试验，每份1g左右。试验前样品在传统热风干燥箱中充分烘干后，准确称取试验前样品干重M0。之后样品的含水率模拟日常检测工作，选用三级水进行充分润湿，分别在20℃水浴锅中剧烈振荡40min，后置于真空抽滤装置抽滤，以备烘干试验。

（2）确定试验结果评价指标

以试验前、后两次称重质量的差异率△M为评价指标，ΔM的值越小越好。其中ΔM的计算公式如下：

式中：ΔM——质量差异率，%；M0——试验前样品干重，g；M1——微波烘干试验后样品质量，g；

（3）选用因素及水平

根据专业知识以及设备的实际条件，确定各因素的水平，为了避免人为因素导致的系统误差，各因素水平按“随机化”的方法分别填入表1的因素水平表中。

表1 三因素三水平表

（4）正交试验设计方案

选用正交表L9（34），如表2所示。正交中各列上的数字1、2、3分别是该列因素在各个试验中的水平数，对应着表1。因此，正交表中的每一行对应着一个试验方案，即各因素的水平组合，如A1B1C1表示：时间8分钟，温度85℃，功率1.6kW。

（5）试样按试验方案条件烘干及称重

以表2中各试验方案所代表的条件，各试样分别进行微波烘干试验后，快速拿出置于干燥器中冷却30min后进行称重M1。

表2 正交试验设计方案

3 试验结果及分析

将试验结果及分析汇总于表3中。

从表3可以看出，各因素的极差是不相等的，说明各因素的水平改变对试验结果的影响是不相等的，极差越大，表示该因素的水平变化，会导致结果评价指标在数值上有更大的变化。所以，极差最大的那一个因素，就是因素的水平对试验结果影响最大的因素，也就是最主要的因素。从表3可以看出RA＞RB＞RC，说明各因素从主到次的顺序为：时间，温度，功率。

由于各因素优水平的确定与试验指标有关，而评价指标质量差异率△M越小越好，因此，应选择每个因素的Ki中最小的值所对应的水平：即（A）时间因素：K3＜K2＜K1；（B）温度因素：K2＜K3＜K1；（C）功率因素：K2＜K3＜K1。所以优方案为A3B2C2，即时间10分钟、温度95℃、功率2.0kW。由于均是各因素水平的最大值，说明在试验条件范围内，时间越长，温度越高，功率越大，对微波烘干速率就越有利。