盛冠忠，張奇鵬，樓永平，俞海峰，蔣少軍

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，紹興312000)

桑皮纖維是近年來開發(fā)的新型植物纖維，是一種純天然的綠色紡織纖維［1］。桑皮纖維投入生產(chǎn)應(yīng)用前，先要進(jìn)行脫膠制取桑皮纖維。桑皮纖維脫膠工藝中，運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)法能夠優(yōu)化脫膠工藝參數(shù)［2］。但如果碰到評(píng)價(jià)指標(biāo)值得出脫膠工藝參數(shù)不一致，該如何合理客觀地優(yōu)化脫膠工藝參數(shù)［3］。模糊正交法借助模糊數(shù)學(xué)的理論和方法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，把正交試驗(yàn)結(jié)果模糊化，通過估計(jì)因素的主效應(yīng)及最佳搭配，就能解決兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)得到的優(yōu)化條件不一致的問題［4］。本文應(yīng)用模糊正交法對(duì)桑皮纖維脫膠工藝過程中主要工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，得出桑皮纖維脫膠優(yōu)化工藝條件。

1 模糊綜合評(píng)價(jià)參數(shù)的建立

桑皮纖維化學(xué)脫膠工藝過程中影響脫膠效果的因素主要有4個(gè)，分別為NaOH用量、煮煉時(shí)間、H2O2用量、煮煉溫度。依據(jù)試驗(yàn)探索結(jié)果，設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析見表1［5］。該結(jié)果為多目標(biāo)函數(shù)(殘膠率和木質(zhì)素含量)形式，為了綜合考慮各因素對(duì)桑皮纖維脫膠過程的影響，本文提出了以模糊綜合評(píng)價(jià)值作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析Tab.1 Results and analysis of mulberry degumming corresponding to 9 orthogonal treatments

1.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)集和對(duì)象集

本正交實(shí)驗(yàn)中評(píng)價(jià)的指標(biāo)有殘膠率和木質(zhì)素含量，因此把殘膠率和木質(zhì)素含量作為評(píng)價(jià)的指標(biāo)集，分別記為:Y1，Y2。U={Y1，Y2}。以正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的n組(本例為9組)試驗(yàn)為評(píng)價(jià)對(duì)象集。D={d1，d2…，d9}。

1.2 建立隸屬函數(shù)

建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集U對(duì)評(píng)價(jià)集V+的隸屬函數(shù)，使根據(jù)隸屬函數(shù)計(jì)算得到的隸屬度值的大小與該項(xiàng)指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中的重要性相適應(yīng)，隸屬函數(shù)為單調(diào)函數(shù)，隸屬度rmn在0～1之間，m=1，2，n=1，2，…，9。

由隸屬度值構(gòu)成模糊關(guān)系矩陣:

1.3 確定權(quán)重分配集

是指標(biāo)集U上的模糊子集，稱為權(quán)重分配集，它反映各指標(biāo)的重要程度。在此試驗(yàn)中模糊子集確定為:

1.4 模糊綜合評(píng)價(jià)值的計(jì)算

1.5 主效應(yīng)分析

設(shè)正交實(shí)驗(yàn)過程中工藝參數(shù)組成的因素為Ci，其論域?yàn)閄i，則有:

其中i=1，2，3，4(工藝參數(shù)組成的因素)，j=1，2，3(各因素水平數(shù))。

為了便于各水平的比較，將因素Ci在各水平j(luò)上Cij的模糊綜合評(píng)價(jià)值之和歸一化［7］，得到(Σ bij)'，(0≤(Σ bij)'≤1)，它表示了因素該水平對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)值的影響程度。因?yàn)?Σ bij)’代表了Ci在j水平Cij∈Xi處的隸屬度，即Cij屬于模糊集合Ci的程度，它也是定義在論域Xi上的，因此，可以將(Σ bij)'表示為Xi上的模糊子集，則有:

根據(jù)最大隸屬度原則，確定各因素對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響程度。

1.6 全部因素各水平搭配的交互效應(yīng)

按最大隸屬度原則，在考慮交互作用的情況下，四個(gè)因素最佳組合為Ci中隸屬度最大的水平搭配，其組合的隸屬度為:

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

由表1殘膠率及木質(zhì)素含量極差分析可知，在殘膠率含量最低時(shí)，各因素對(duì)應(yīng)的水平為A2B3C3D3;在木質(zhì)素含量最低時(shí)，各因素對(duì)應(yīng)的水平為A2B3C2D2;兩者得到的脫膠工藝優(yōu)化條件不一致。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果模糊分析

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的計(jì)算原理及表1，分別計(jì)算出殘膠率和木質(zhì)素含量的隸屬度值和綜合評(píng)價(jià)值，如表2所示。由表2可得到正交實(shí)驗(yàn)過程中主要工藝參數(shù)組成的四個(gè)模糊子集Ci為:

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及殘膠率、木質(zhì)素含量的隸屬度、模糊綜合評(píng)價(jià)值Tab.2 9 orthogonal treatments and degrees of membership and fuzzy comprehensive evaluative values of residual pectin rate and lignin content

2.2.2 全部因素各水平搭配的交互效應(yīng)

在全部可能的81種因素各水平搭配中，最佳組合為:C33 C11 C42 C21，其隸屬度為:0.399∧0.364∧0.432∧0.382=0.364。即 NaOH5g/L，H2O210ml/L，溫度 100℃，時(shí)間 90 min。對(duì)綜合評(píng)價(jià)值的影響最大。因此，在考慮交互作用情況下，這種因素組合得到的綜合評(píng)價(jià)最好。

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

將經(jīng)過模糊分析得到的最優(yōu)方案，與正交試驗(yàn)兩個(gè)指標(biāo)分別作評(píng)價(jià)值時(shí)極差分析得到的優(yōu)化方案進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果見表3。

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of the confirmatory experiments

3 結(jié)論

3.1 以殘膠率和木質(zhì)素含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，兩者得到的優(yōu)化工藝條件不一致。

3.2 采用模糊綜合評(píng)價(jià)值對(duì)殘膠率及木質(zhì)素含量進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，得出桑皮纖維脫膠工藝的優(yōu)化條件。通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得出桑皮纖維脫膠優(yōu)化的工藝條件是 NaOH5g/L，H2O210ml/L，溫度100℃，時(shí)間90 min。

［1］郜小娟，杜雙田，郭玉孝，等.生物法提取桑皮纖維漂白工藝的研究與優(yōu)化［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009(4):213-214.

［2］明律法，蔣耀興，金鵬輝.桑皮纖維生物酶脫膠技術(shù)探討［J］.國(guó)外絲綢，2009(6):19-20.

［3］徐曙，瞿才新，周彬，等.桑皮纖維的脫膠工藝參數(shù)優(yōu)化［J］.化纖與紡織技術(shù)，2011(3):17-18.

［4］王文俠，原向紅，李同聲.模糊正交法用于制糖過程工藝參數(shù)優(yōu)化的研究［J］.中國(guó)甜菜糖業(yè)，1998(3):4-7.

［5］馬藝華，李明.桑皮纖維脫膠工藝優(yōu)化初探［J］.中國(guó)麻業(yè)科學(xué)，2009(5):318-319.

［6］李伯年.模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用［M］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2007:81-82.

［7］賀仲雄.模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用［M］.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，1983:183-194.