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皮革重要的感官特性(手感弹性、柔软性和丰满性)检验,一直沿袭感观检验、语言描述的评价方法,又称之为手检方法(HEM-HandEvaluationMethod),这是阻碍皮革工业实现生产过程参数化控制的主要原因。明确皮革感官特性的参数化控制理论与方法,成为皮革工业最为关注的问题之一,同时也是皮革工业的世界性难题之一,而建立皮革生产过程中各种化学助剂类型与用量之间的数学模型是解决此类问题的前提和关键。
本论文选定各种复鞣革为研究对象,主要从以下三个方面进行了实验和理论研究:
(1)以白湿皮为原材料,复鞣剂种类及用量为影响因素,对皮革复鞣工艺的控制机理进行研究。通过测定复鞣革的各种感官特性参数(顶伸系数K1、顶伸功W1、压缩因子Kc、压缩功Wc),借助Origin、Matlab在数值计算和数理统计方面的强大优势,确定不同种类复鞣剂的最佳用量,总结出复鞣剂用量对皮革复鞣工艺控制的影响规律。实验结果表明:
①丙烯酸树脂复鞣剂用量为3%~5%时,△Kc=8.61~8.97,△Wc=0.13~0.10(×10-3)J,△K1=5.32~7.43,△W1=5.45~5.85(×10-3)J;丙烯酸树脂复鞣革的各个感官特性参数都处在最大值,即复鞣革的丰满性、柔软性、可延伸性都最好。
②聚氨酯复鞣剂用量在4%时,△Kc=7.78;△Wc=0.16(×10-3)J,复鞣革具有很好的丰满性;聚氨酯复鞣剂用量在4%~6%时,△K1值达到3.52~4.39,△W1=4.28~4.65(×10-3)J,复鞣革具有很好的柔软性和可延伸性。
③荆树皮栲胶用量在4%时,△Kc=9.38,△Wc=0.22(×10-3)J,△K1=1.70,△W1=0.49(×10-3)J。复鞣革具有丰满和柔软的综合特性。三种复鞣剂的最佳用量与常规的复鞣剂用量基本相符,因此可以得出:用感官特性参数对复鞣工艺过程进行控制切实可行。
(2)在以上实验数据的基础上,首先应用Spss统计软件,通过数据处理来验证实验现象,揭示现实规律。根据最小二乘法原理,运用多项式回归分析的方法,对实验数据进行非线性拟合,建立单一因素的定性、定量方程即:建立顶伸系数(Kl)、顶伸功(W1)、压缩因子(Kc)和压缩功(Wc)与各种复鞣剂用量(X)的数学模型。通过数理统计及实验验证等多种方式,保证了数学模型高度显著线性相关。研究结果如下所示:
①丙烯酸树脂复鞣剂(用量范围:0~9%)
△φx1=-0.07+418.32X-5903.80X2△φx2=0.63+246.89X-2948.14X2△φx3=1.21+329.11X-3519.16X2△φx4=0.01+9.13X-195.15X2+1005.77X3
②聚氨酯复鞣剂(用量范围:0~10%)
△φx2=0.35+141.51X-1172.60X2△φx3=0.44+270.08X-2921.79X2△φx4=0.015+5.54X-54.78X2
③荆树皮栲胶复鞣剂(用量范围:0~8%)
△φx1=-0.016-102.85X+5850.40X2-60787.50X3△φx3=0.64+385.91X-4403.97X2△φx4=-0.001+15.55X-337.445X2+2036.73X3
实验结果表明:所建立的数学模型显著性较高,回归结果的显著水平达到了95%,说明模型合理。
其次本论文采用做重复性试验的方法,验证数学模型的准确性。验证结果表明:数学模型的相对误差在5%~8%。
(3)为了可以更为直观地了解和对比皮革的感官特性,本论文利用两组判别分析方法,建立判别函数R的关系式,并对判别函数的显著性进行F检验和马氏距离检验。然后根据已经建立的数学模型,通过变量代换,可以解析出复鞣革感官特性综合参数(φ)与复鞣剂用量(X)之间的数学模型,应用相关关系分析,检验数学模型中变量之间的相关性,检验结果如下表:
①丙烯酸树脂复鞣剂(用量范围:0~9%)
φ1=1.02+1046.36X-13687.96X2-1818.43X3②聚氨酯复鞣剂(用量范围:0~10%)
φ2=5.42+3140.50X-32971.65X2以上数据结果表明:综合参数(φ1,φ2)与复鞣剂用量(X)之间具有较好的相关性。
此外,本论文还借助扫描电子显微镜(SEM)观察复鞣革的纤维结构。