自動(dòng)噴淋清洗抽濾裝置的開發(fā)與應(yīng)用

葉翔宇++韓高鋒++趙金華

摘要：

基于標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2910—2009《紡織品 定量化學(xué)分析》要求，自主設(shè)計(jì)開發(fā)了一臺(tái)自動(dòng)噴淋清洗抽濾裝置，并以纖維素纖維/聚酯纖維兩組分混合織物為典型樣品，比較了自動(dòng)裝置與人工操作在數(shù)據(jù)可靠性、效率等方面的差異。結(jié)果表明，利用自動(dòng)裝置測得的纖維含量，相較標(biāo)準(zhǔn)方法數(shù)據(jù)偏差在1%以內(nèi)，可滿足檢測要求，同時(shí)可將效率提高4倍。

關(guān)鍵詞：纖維含量；定量化學(xué)分析；清洗抽濾裝置

1 引言

紡織品中纖維成分含量，是評價(jià)紡織品質(zhì)量的主要指標(biāo)，我國強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 5296.4—2012《消費(fèi)品使用說明 紡織品和服裝使用說明》中明確規(guī)定在國內(nèi)銷售的紡織品和服裝應(yīng)明示采用原料的成分和含量。國家質(zhì)檢總局、國標(biāo)委專門頒布了針對紡織纖維成分和含量的國家標(biāo)準(zhǔn)——GB/T 29862—2013《紡織品 纖維含量的標(biāo)識(shí)》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了紡織品纖維成分含量的標(biāo)注原則、表示方法、允許偏差及標(biāo)識(shí)符合性判定規(guī)則，所有在國內(nèi)銷售的紡織品，其纖維成分含量的標(biāo)注都必須符合該標(biāo)準(zhǔn)的要求。監(jiān)督檢驗(yàn)、工商抽檢、客戶委托等均大量涉及纖維成分含量檢測項(xiàng)目，每年纖維定性/定量項(xiàng)目批次占我院檢測業(yè)務(wù)總量的60%以上。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定纖維含量應(yīng)以該纖維占產(chǎn)品纖維總量的質(zhì)量百分率表示。目前使用最為廣泛的纖維含量定量檢測方法為化學(xué)溶解法（GB/T 2910.1—2009/ISO 1833.1：2006《紡織品 定量化學(xué)分析 第1部分：試驗(yàn)通則》），其基本原理和過程為：混合物的組分經(jīng)顯微鏡觀察法、燃燒法、中紅外光譜法等快速鑒別后，選擇適當(dāng)?shù)脑噭⒁阎稍镔|(zhì)量的混合物在一定條件下溶解，然后在過濾坩堝上清洗抽濾去除溶解組分，將殘留物烘干稱重，用修正后的質(zhì)量計(jì)算其占混合物中的質(zhì)量百分率[1]。

目前清洗抽濾過程多在抽濾瓶上進(jìn)行，純手工操作，在具體實(shí)施過程中，我們發(fā)現(xiàn)主要存在如下問題：手動(dòng)傾倒清洗液來洗滌，不僅清洗液消耗量大，有時(shí)對樣品清洗效果卻不甚理想；用真空泵抽吸排液過程中需選用不同清洗液，如果不更換抽濾瓶，則產(chǎn)生大量廢液，無法有效回收，抽濾瓶體積有限，需經(jīng)常傾倒廢液；如果更換抽濾瓶來收集不同清洗廢液，則要經(jīng)常插拔抽氣管道，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；操作效率較低，樣品批次較多時(shí)需多人操作。針對現(xiàn)有方法存在的問題，我們設(shè)計(jì)開發(fā)了一臺(tái)將清洗、抽濾步驟集成在一起的自動(dòng)裝置。

2 裝置設(shè)計(jì)開發(fā)

裝置設(shè)計(jì)草圖如圖1所示，將清洗噴淋組件、過濾組件、抽真空組件、廢液收集組件和電機(jī)控制組件等不同組件集成為自動(dòng)噴淋清洗抽濾裝置。

針對清洗液使用量大及清洗效果不理想的問題，采用噴淋方式對樣品進(jìn)行清洗，清洗液噴淋具有一定沖擊力，用量較省，可將樣品充分洗滌，同時(shí)每組噴淋管道獨(dú)立控制，通過隔膜泵可輸送不同清洗液。

針對抽濾過程問題，裝置的過濾組件包括12個(gè)樣品裝載工位轉(zhuǎn)盤，每個(gè)工位可放置一個(gè)過濾坩堝，轉(zhuǎn)盤與步進(jìn)電機(jī)相連，通過電機(jī)控制系統(tǒng)和氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到測試樣品自動(dòng)到達(dá)不同噴淋頭的目的。抽真空組件可對12個(gè)工位同時(shí)進(jìn)行抽濾，提高效率。

針對廢液收集和回收問題，抽真空管道設(shè)有單向閥，在抽氣過程中密閉形成真空差抽排清洗液，停止抽氣后單向閥松開，廢液通過廢液收集管道流出至廢液罐，實(shí)現(xiàn)廢液自動(dòng)收集。廢液收集組件獨(dú)立收集不同清洗廢液，同一噴淋管道上產(chǎn)生的廢液收集到同一廢液瓶中，對可重復(fù)使用的清洗液進(jìn)行循環(huán)利用。

電機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC方式，根據(jù)樣品情況，可設(shè)置樣品裝載工位轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度、等待時(shí)間、真空泵的抽氣以及清洗液的清洗時(shí)間以及清洗液隔膜泵輸送開關(guān)等，可以手動(dòng)控制或者連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行兩種操作模式使用。

圖2為自動(dòng)清洗抽濾裝置實(shí)物正面照片。裝置可實(shí)現(xiàn)樣品自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、不同清洗液自動(dòng)噴淋清洗、自動(dòng)抽濾、廢液分別收集和循環(huán)利用等功能。

3 裝置應(yīng)用

將自動(dòng)清洗抽濾裝置應(yīng)用到檢測實(shí)踐中，與手工操作的方法首先進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性比較。選取預(yù)先定性的10個(gè)不同批次纖維素纖維/聚酯纖維兩組分混合織物為典型樣品，每批次選取兩塊平行樣，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2910.11—2009/ISO 1833.11—2006《紡織品 定量化學(xué)分析 第11部分：纖維素纖維與聚酯纖維的混合物（硫酸法）》要求進(jìn)行測試[2]，聚酯纖維質(zhì)量修正d=1.0，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。從實(shí)測結(jié)果看，采用手工操作和自動(dòng)清洗抽濾設(shè)備得到的聚酯纖維含量數(shù)據(jù)平行性好，兩種方法得到的平均值數(shù)據(jù)偏差均在1%之內(nèi)，能夠滿足檢測要求。

最后一次冷水清洗殘留物所收集到的廢液，在自動(dòng)裝置中可以回收用于第一次清洗殘留物使用，中和試劑稀氨水也可循環(huán)使用，用量可節(jié)約80%以上。

手工操作中，試驗(yàn)員需進(jìn)行放坩堝、拿水和稀氨水進(jìn)行多次清洗中和、取坩堝等操作，完成一個(gè)樣品的清洗耗時(shí)2.5分鐘左右；自動(dòng)裝置中，試驗(yàn)員只需做放入和取出坩堝兩個(gè)動(dòng)作，其他均由裝置自動(dòng)完成，每次可以放入兩個(gè)平行樣，測算下來一個(gè)樣品的清洗時(shí)間為30秒左右，效率提高了4倍。采用自動(dòng)裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于清洗時(shí)間、抽濾時(shí)間、清洗液用量為電氣控制，保證用量、時(shí)間的一致性，可減少因人工操作引起的誤差。

4 結(jié)語

自動(dòng)噴淋清洗裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)，是對“智慧檢測”和“機(jī)器換人”的有益探索。第一代裝置對典型樣品纖維素纖維/聚酯纖維兩組分混合織物的實(shí)際應(yīng)用情況表明其可滿足化學(xué)溶解法纖維含量檢測數(shù)據(jù)可靠性的要求，并在試驗(yàn)效率和清洗液回收等相較人工操作有明顯優(yōu)勢。接下來我們將在儀器小型化和自動(dòng)化上進(jìn)一步改進(jìn)，爭取能作為成熟設(shè)備銷售。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 2910.1—2009 紡織品 定量化學(xué)分析 第1部分：試驗(yàn)通則[S].

[2] GB/T 2910.11—2009 紡織品 定量化學(xué)分析 第11部分：纖維素纖維與聚酯纖維的混合物（硫酸法）[S].

（作者單位：浙江省紡織測試研究院）