大麻纤维脱胶主要工艺参数与纤维分裂度关系的回归分析
2010-09-26李丹月姜凤琴
李丹月，姜凤琴
（大连工业大学 纺织轻工学院，辽宁 大连 116034）
0 引言
大麻是一种绿色的生态纺织原料，以大麻纤维为原料的纺织面料具有吸湿排汗、凉爽透气、抗霉抑菌、隔热绝缘、屏蔽紫外线、易洗耐磨、粗犷豪放、无刺痒感等独特风格［1］。现在纺织所用的大麻纤维均采用“工艺纤维”即半脱胶纤维进行纺纱，工艺纤维是单纤维的集合体，依靠果胶、木质素等黏结在一起，具有一定的可纺性。全脱胶很不容易，并且脱胶后的单纤维无论是纤维的强力和长度都不具备可纺性，因此大麻纤维的脱胶采用与亚麻相近的半脱胶。大麻纤维的木质素、半纤维素、果胶含量较高，这是大麻纤维区别于其他麻纤维的主要特征［2］。脱胶条件和脱胶效果的好坏直接影响到纤维的分裂度和成纱质量。大麻纤维的分裂度决定了大麻可纺支数，分裂度的提高对改善成纱条干亦有好处，不同程度地提高了成纱档次。本实验采用不同的脱胶温度和不同的碱用量对大麻纤维进行脱胶处理，处理后测试其纤维分裂度。利用正交回归分析方法［3］，确定了各变量之间存在的关系，建立了变量间的数学表达式，即回归方程，并且通过该方程可求得计算值与试验值之间的平均误差。
1 实 验
1.1 材料与仪器
材料和试剂：大麻纤维，工业用碱，柔软剂。
仪器：Y175型棉纤维气流仪。
1.2 方案及步骤
实验方案：影响大麻纤维分裂度的因素除了其品种外，还有实验条件。本实验采用不同的脱胶温度（100、110、120℃）和不同碱用量（6、8、10g／L），脱胶时间均为120min，对大麻纤维进行脱胶实验，其实验计划表见表1。
表1 大麻纤维脱胶实验计划表Tab.1 Hemp degum experiment planning chart
脱胶实验步骤：浸湿大麻纤维→放入高温高压蒸煮锅中脱胶（处理时间均为120min）→水洗→柔软→烘干→梳理→测试纤维分裂度。
2 结果与分析
脱胶后的大麻纤维经过梳麻机梳理后，采用GB／T 18147.4—2000《大麻纤维试验方法》中细度测试方法的气流仪法进行测试。气流仪通过测试其纤维的马克隆值来表示其指标，实验结果如表2所示。从表2可以看出，在大麻纤维的脱胶工艺中，碱的用量和脱胶温度共同作用，影响纤维的分裂度。因此，利用多因子回归多项式方法对数据进行分析处理，寻找相互的回归关系。实验中，温度（X1）和碱用量（X2）都有3个等间隔值，可以查N=3的正交多项式表，二者的交互作用则可由X1×X2表示，所以回归关系式为y=b0+b1X1（x1）+b2X2（x1）+b3X1（x2）+b4X2（x2）+b5X（x1x2），多项式的回归问题可以转换成多元线性回归来计算，以便进一步对参数进行优化［4-5］。正交多项式的统一计算式如表3所示。
表2 大麻纤维脱胶后的分裂度Tab.2 The test results of split degrees after degumming
表3 数据的正交多项式表Tab.3 Data table of orthogonal polynomials
根据表2的实验测试结果通过表3对正交多项式回归计算，得到数据分析表，如表4所示。
表4 多项式回归数据分析表Tab.4 Table of polynomial regression data analysis
在拟合回归方程之前，根据表4的数据先进行方差分析，以此决定各项次的取舍：
方差分析如表5所示。由方差分析表可以看出的影响特别显著的影响较为显著，其余各项均不显著。因此，影响不显著的X2的二次项和交互项在回归方程中可直接略去，回归方程仅需列出有显著影响的项即可，其中：
表5 多项式回归方差分析表Tab.5 Table of polynomial regression variance analytical
h为等间隔的差值。剩余标准差：
S′、f′为不显著项的平方和及自由度。由此可得出y与X1、X2的回归关系式：
整理后得回归方程：
剩余标准差s=0.120 3。
大麻纤维分裂度的计算值Y与实验结果y之差的平方和，即可求得回归方程的误差y′=（m为测试次数），误差估计表如表6所示。
表6 回归方程的误差估计表Tab.6 Table of regression equation estimated residual
计算得∑（Y-y）2=1.654 371 76，由此可求得该计算值与实验值的误差为±0.49，由此可以估计回归方程计算值的精度。
3 结论
大麻纤维脱胶后测试其分裂度，以得到的实验数据为基础，通过正交多项式回归分析，获得了脱胶温度和碱用量与分裂度的回归方程：
据此可以计算脱胶条件在一定范围（反应时间为120min，反应温度100～120℃，碱用量为6～10g／L）内的各种条件下大麻纤维的分裂度。运用此回归方程计算时，其计算值与实验值的误差为±0.49。
利用正交多项式回归分析方法对实验数据进行优化分析，建立了纤维分裂度与脱胶温度和脱胶碱用量间的回归方程，通过该方程可计算一定脱胶条件下大麻纤维的分裂度，用于大麻纤维脱胶工艺条件的筛选，对实际生产具有一定的指导性作用。
