（皮革化学与工程专业论文）复鞣剂与皮革感官特性的关系及其数学模型研究.pdf

复鞣剂与皮革感官特性的关系及其数学模型研究 摘要 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( h e m h a n d e v a l u a t i o nm e t h o d ) ，这是阻碍皮革工业生产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 、顶伸功w l 、压缩因子k | c 、压缩功w e ) ，借助o r i g i n 、m a t l a b 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： 丙烯酸树脂复鞣剂用量为3 5 时，a k c = 8 6 1 8 9 7 ， a w e = 0 1 3 o 1 0 ( 1 0 3 ) j ，- 5 3 2 7 4 3 ，w l = 5 4 5 5 8 5 ( 1 0 d ) 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。 聚氨酯复鞣剂用量在4 时，a k c = 7 7 8 ：a w e = 0 1 6 ( 1 0 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，值达到 3 5 2 4 3 9 ，a w l - - 4 2 8 4 6 5 ( x1 0 刁) j ，复鞣革具有很好的柔软性和可 延伸性。 荆树皮栲胶用量在4 时，a k c = 9 3 8 ，a w e = 0 2 2 ( x1 0 。) j ， = 1 7 0 ，w l = o 4 9 ( x1 0 d ) 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s p s s 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( ) 、顶伸功( w 1 ) 、压缩因子( k c ) 和压缩功( w c ) 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： 丙烯酸树脂复鞣剂( 用量范围：o 9 ) m 。l - 0 0 7 + 4 1 8 3 2 x 5 9 0 3 8 0 x 2 呶2 = o 6 3 + 2 4 6 8 9 x 一2 9 4 8 1 4 x 2 ，【3 = 1 2 1 + 3 2 9 11 x - 3 5 1 9 1 6 x 2 z 如x 4 = 0 0 1 + 9 1 3 x - 1 9 5 1 5 x 2 + 1 0 0 5 7 7 x 3 聚氨酯复鞣剂( 用量范围：o l o ) a o x 2 = 0 3 5 + 1 4 1 5 1 x 11 7 2 6 0 x 2 = o 4 4 + 2 7 0 0 8 x 2 9 2 1 7 9 x 2 a o , , 4 = 0 0 1 5 + 5 5 4 x 5 4 7 8 x 2 荆树皮栲胶复鞣剂( 用量范围：o 8 ) 呶l = - 0 0 1 6 1 0 2 8 5 x + 5 8 5 0 4 0 x 2 - 6 0 7 8 7 5 0 x 3 m x 3 = = o 6 4 + 3 8 5 9 1 x 。4 4 0 3 9 7 x 2 a o x 4 = - 0 0 0 1 + 1 5 5 5 x 3 3 7 4 4 5 x 2 + 2 0 3 6 7 3 x 3 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9 5 ，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( ) 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： ，丙烯酸树脂复鞣剂( 用量范围：o 9 ) m 1 1 0 2 + 1 0 4 6 3 6 x 一1 3 6 8 7 9 6 x 2 - 1 8 1 8 4 3 ；x 3 聚氨酯复鞣剂( 用量范围：o 1 0 ) 2 _ 5 4 2 + 3 1 4 0 5 0 x 3 2 9 7 1 6 5 x 2 以上数据结果表明：综合参数( m l ，中2 ) 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( s e m ) 观察复鞣革的纤维结构 s t u d yo nr e l a t i o n s h i pa n dm a t h e m a t i c m o d e lb e t w e e nr e t a n n i n ga g e n t a n d ； l e a t h e rc h a r a c t e r i s t i c s a b s t r a c t c h a r a c t e r i s t i c sp r o p e r t y ( e l a s t i c i t y , s o f t n e s sa n df u l l n e s s ) o fl e a t h e ri s e v a l u a t e db yf e e l i n ga n dd e s c r i b e db yl a n g u a g ef o rl o n gt i m e w en a m e dt h i s m e t h o da sh e m ( h a n de v a l u a t i o nm e t h o d ) t 1 1 i si sa ni m p o r t a n tr e a s o nf o r l e a t h e ri n d u s t r yt or e a l i z i n gt h ep a r a m e t e rc o n t r o li nl e a t h e rm a n u f a c t u r e i ti sa o n eo fp r o b l e m st h a ti sc o n c e r n e da b o u tt od e f i n et h et h e o r ya n dm e t h o do f p a r a m e t e rc o n t r 0 1 m e a n w h i l e ，i ti sa l s oad i 伍c u l tp r o b l e ma r o u n dt h ew o r l d i t i sap r e m i s ea n dk e yp o i n tf o rs o l v i n gt h i sp r o b l e mt os e tu pn u m e r i c a lm o d e l b e t w e e n t y p ea n dd o s a g eo fa l lk i n d so fc h e m i c a la u x i l i a r ya g e n t 。 i nt h i sp a p e r , w ec h o o s er e t a n n i n gl e a t h e ra so b j e c t t h er e s e a r c hc o v e r t h r e ea s p e c t sa sf o l l o w i n g ： ( 1 ) w i mt h et y p eo fr e t a n n i n ga g e n ta n dd i f f e r e n td o s a g ea st h ei n f l u e n c e f a c t o r s ，a n dw e tw h i t el e a t h e ra st h er a wm a t e r i a l ，t h ec o n t r o lm e c h a n i s mo f r e t a n n i n gt e c h n i c sw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r b ym e a s u r i n gs e v e r a ll e a t h e r c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r s ( 1 a s t o m e t e ri n d e x ，l a s t o m e t e rw o r k , c o m p r e s s i o ni n d e x ， c o m p r e s s i o nw o r k ) a n db e c a u s eo ft h ep o w e r f u la d v a n t a g e so fo r i g i na n d m a t l a bi nm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c sa n dc a l c u l a t i o n ，t h eo p t i m a ld o s a g eo f d i f f e r e n t k i n d so fr e t a n n i n ga g e n tw a sc o n f i r m e d ，a n dt h ee f f e c to ft h er e t a n n i n ga g e n t d o s a g eo nt h ec o n t r o lo f r e t a r m i n gt e c h n i c sw a ss u m m a r i z e d t h er e s u l t ss h o w ： w h e nt h e d o s a g eo fa c r y l i c r e s i n r e t a r m i n ga g e n ti s3 5 ， k c = 8 6 1 8 9 7 ，w c = 0 1 3 o 1 0 ( 1 0 - ) j ；= 5 3 2 7 4 3 ， a w i = 5 4 5 5 8 5 ( 1 0 。) j ；a l lk i n d so f c h a r a c t e r i s t i c sp a r a m e t e r so f r e t a n n i n g l e a t h e rw i t ha c r y l i cr e s i na r et h eb i g g e s t t h a ti st os a y ：t h ef u l l n e s s 。s o f t n e s sa n d e x p a n d a b i l i t ya r et h eb e s t 。 w h e nt h ed o s a g eo fp o l y u r e t h a n ei s4 ，k c = 7 7 8 ；w e = 0 1 6 ( 1 0 。) j ，t h ef u l l n e s s o fr e t a n n i n gl e a t h e ri s g o o d w h e nt h ed o s a g eo f p o l y u r e t h a n ei s4 6 ，k i = 3 5 2 4 3 9 ，w i = 4 2 8 4 6 5 ( 1 0 弓) j ，t h e s o f t n e s sa n d e x p a n d a b i l i t yo f r e t a n n i n gl e a t h e ra r eg o o d w h e nt h ed o s a g eo fm i m o s ae x t r a c ti s4 ，k c = 9 3 8 ，w e = 0 2 2 ( l o 。) j ，k i = 1 7 0 w i = 0 4 9 ( 1 0 3 ) j t h er e t a n n i n gl e a t h e ri sf u l la n d s o f t 一 t h eo p t i m u md o s a g eo ft h r e ek i n d so fr c t a r m i n ga g e n ti sc o n s i s t e n tw i t h n o r m a ld o s a g e i ti sf e a s i b l et oc o n t r o lr e t a n n i n gp r o c e s sb ym e a s u r i n gs e v e r a l l e a t h e rc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r s ( 2 ) t h r o u g hd a t ap r o c e s s ，t h ep r i m a r yg o a lo ft h i st h e s i si st ov a l i d a t et h e e x p e r i m e n t a lp h e n o m e n o n a n dd i s c l o s et h ep r a c t i c a lr e g u l m i o n su s i n gs t a t i s t i c a l s o f t w a r e ( s p s s ) 0 1 1t h eb a s i co fd a t at e s t a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo f l e a s t - s q u a r em e t h o d ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e l sb e t w e e nl a s t o m e t e ri n d e x ( i o ) ， l a s t o m e t e rw o r k ( w 1 ) ，c o m p r e s s i o ni n d e x 张c ) ，c o m p r e s s i o nw o r k ( w c ) a n d t h e d o s a g e ) o fd i f f e r e n tr e t a r m i n ga g e n ta r ee s t a b l i s h e db ym e a n so fa p p l i c a t i o n o fp o l y n o m i a lr e g r e s s i o na n a l y s i sa n dm a k i n ga n t i l i n e a r f i t t h r o u g ht h e a p p l i c a t i o no fm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c a la n dt h ev e r i f i c a t i o nt e s t ，o u t s t a n d i n g l i n e a rc o r r e l a t i o no fm a t h e m a t i c a lm o d e li sa s s u r e d t h er e s u l t ss h o wa s f o l l o w i n g ( 1 ) a c r y l i cr e s i nr e t a n n i n ga g e n t ( d o s a g er a n g e ：o 9 1 呶l = - 0 0 7 + 4 18 3 2 x - 5 9 0 3 8 0 x 2 = o 6 3 + 2 4 6 8 9 x - 2 9 4 8 1 4 x 2 = 1 2 1 + 3 2 9 1 l x 3 5 1 9 1 6 x 2 a o x 4 - - = - 0 0 1 + 9 1 3 x - 1 9 5 1 5 x 2 + 1 0 0 5 7 7 x 3 ( 重) p o l y u r e t h a n e r e t a n n i n ga g e n t ( d o s a g er a n g e ：o 1 0 1 a o x 2 = 0 3 5 + 1 4 1 5 1 x 11 7 2 6 0 x 2 呶3 = o 。4 4 + 2 7 0 0 8 x 一2 9 21 7 9 x 2 a o 。4 = 0 0 1 5 + 5 5 4 x 5 4 7 8 x 2 ( 要) m i m o s ae x t r a c tr e t a n n i n ga g e n t ( d o s a g er a n g e ：0 8 ) a o x t = 一0 0 1 6 1 0 2 8 5 x + 5 8 5 0 4 0 x 2 6 0 7 8 7 5 0 x 3 “。 m 。3 = 0 6 4 + 3 8 5 9 1 x - 4 4 0 3 9 7 x 2 ，一 蛾4 0 0 0 1 + 1 5 5 5 x - 3 3 7 4 4 5 ) ( 2 + 2 0 3 6 7 3 x 3 r n l er c s u l t ss h o wt h a tt h es i g n i f i c a n c eo fm a t h e m a t i c a lm o d e l si sh i g h e r ，t h e l e v e lo fs i g n i f i c a n c eo fr e g r e s s i o ng e t st o9 5 ，a n ds ot h em a t h e m a t i c a lm o d e l s a r er a t i o n a l a tm es a n e t i m e ，t h r o u g hr e p e a t i n ge x p e r i m e n t t h ea c c u r a c yo f m a t h e m a t i c a lm o d e l sa r et e s t e da n dv e r i f i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef r a c t i o n a l e r r o ro f m a t h e m a t i c a lm o d e l i sb e t w e e n5 a n d8 ( 3 ) i no r d e r t or e s e a r c ha n dc o n t r a s tt h ec h a r a c t e r i s t i c so f1 e a t h e r i n t u i t i o n a l l y ，ad i s e r i m i n a n tf u n c t i o ni se s t a b l i s h e di nt h i sp a p e rm a k i n gu s eo f t h ew a yo ft w oc l a s s e sd i s c r i m i n a t o r ya n a l y s i s ，a n dt h es i g n i f i c a n c et e s t i n go f t h i sf i m c t i o ni sc a r r i e do u t 伍t e s ta n dm a h a l a n o b i sd i s t a n c et e s t ) t h e n t h r o u g hv a r i a b l er e p l a c e m e n t ，am a t h e m a t i c a lm o d e l ( 中) b e t w e e nai n t e g r a t e d c h a r a c t 嘶s f i c sp a r a m e t e ro fr e t a n n i n gl e a t h e ra n dt h ed o s a g e ( x ) o fr e t a n n i n g a g e n ti sa n a l y z e d 1 1 1 ec o r r e l a t i o na n a l y s i si sa p p l i e dt o t e s tt h ed e p e n d e n c yb e t w e e nt h e v a r i a b l e so f m a t h e m a t i c a lm o d e l t h et e s t i n gr e s u l t ss h o wa sb e l o wt a b l e ： a c r y l i cr e s i nr e t a t m i n ga g e n t o s a g er a n g e ：o 9 ) 西l = 1 0 2 + 1 0 4 6 3 6 x 1 3 6 8 7 9 6 x l l 8 1 8 4 3 x 3 p o l y u r e t h a n e r e t a n n i n ga g e n t ( d o s a g er a n g e ：0 1 0 1 2 = 5 4 2 + 3 1 4 0 5 0 x - 3 2 9 7 1 6 5 x t h ed a t aa b o v ei n d i c a t e ：t h ec o e l a t i o nb e t w e e n ij 2a n dx i sb e r e t 一i n a d d i t i o n ，t h i sp a p e r d r a w sa s s i s t a n c ef r o m s c a n n i n g h e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) t oo b s e r v et h ef i b e rs t r u c t u r eo fr e t a n n i n g1 e a t h e ra n d 也e d i s t r i b u t i o no fv a r i o u sa g e n t s t h r o u g hs t u d yt h em i c r o s t r u c t t t r eo fr e t a n n i n g l e a t h e rf i b e r ，t h er a f i o n a l i t yo f m a t h e m a t i c a lm o d e li st e s t e dq u a l i t a t i v e l y f i n a l l y , u s i n gd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) t om e a s u r et go f p i c k l i n g c a t t l eh i d e w e t - w h i t el e a m e r , c h r o m e t a n n e dw e t - w h i t el e a t h e r , r e t a n n e dw e t w h i t el e a t h e r , f a t t e nw e t w h i t el e a t h e r , f i n i s h i n gw e t w h i t el e a t h e r a n dr e t a u n e dl e a t h e rw i md i f f e r e n td o s a g eo fr e t a n n i n ga g e n t a n da n a l y z i n gt h e i m p a c to f d i f f e r e n ta g e n t so nl e a t h e rc h a r a c t e r i s t i c sf r o mh i 曲m o l e c u l a rp o i n to f v i e w , t h u st h ec o l t e c t n e s so fm a t h e m a t i c sm o d e li s t e s t e da n dp r o v e df r o m a n o t h e rs i d e k e yw o r d sc h a r a c t e r i s t i c sp a r a m e t e r ，r e t a n n i n ga g e n t ，m a t h e m a t i cm o d e l ， l e a t h e r 复鞣剂与皮革感官特性的关系及其数学模型研究 1 文献综述 皮革工业是一个传统工业，其生产过程中的产品质量控制一直沿袭经验控制的模 式，没有形成产品质量特性参数与加工所采用的化学助剂类型、用量之问的量化关系 生产中依靠有经验的检验人员的手摸眼看方法对在制品质量进行检验，根据经验做出对 助剂类型与用量选择的判断。传统的经验控制方法影响了皮革产品的质量稳定性，在一 定程度上制约了皮革工业向现代化、科学化及参数控制化方向的发展。 限制皮革工业生产实现生产过程参数化控制的主要原因，是由于皮革重要的感官特 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( h e h 卜讯a n de v a l u a t i o nm e t h o d ) 。这种检验结果在很大程度上掺杂了 检验人员的主观感觉成分，不能客观、正确地反映出皮革的质量；检验结果是非参数化 的，不能对生产工艺的参数化控制提供有价值的指导。因此，需要有更客观的方法评价 皮革成品的柔软性、弹性和丰满性。， 皮革的物理机械性能，主要反映了产品的耐用性。但是，人们在使用皮革产品和 衡量其质量时，最为关注的是皮革的感官特性。寻求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，同时也是世界皮革工业的难题之一。 与皮革生产过程中产品感官特性的参数化控制相关的早期研究工作，主要有皮革的 感官特性( 手感柔软性，弹性和丰满性) 的测试方法、参数化表征及测试仪器的研制。 研究的国家主要有英国、德国和印度。由于2 0 世纪9 0 年代前后，世界皮革产业的重心 转向亚洲，相应的研究工作也逐步集中在亚洲，特别是在中国。 在现代制革生产过程中，复鞣的作用越来越重要。复鞣可以进一步补充鞣制作用； 填充革中的较松软的部位，使粒面紧实；加强革耐化学作用的稳定性；有利于后续操作； 从而改善皮革的感官品质和皮革的特性。例如：提高皮革的柔软度、紧密度、丰满度、 耐湿热稳定性、染色均匀性、耐磨性、压花成型性等。因此，复鞣是鞣后湿加工的关键 工序。 由于要求合理化生产的趋势不断增长，复鞣能赋予成革的各种感官特性，因此，由 复鞣控制皮革特性，适应皮革生产多样化，具有十分重要的意义。 由此可见，皮革生产过程中产品感官质量的参数化控制研究，对天然动物皮深加工 过程中建立生产过程控制系统、质量监测与跟踪系统、生产与质量管理体系将起到至关 重要的作用；对皮革化学品的合成、开发与应用也将起到重要的指导作用；为合理选择 助剂、节约用料、降低成本、缩短工艺成熟期提供科学方法；可以显著提高皮革产品缺 陷的成因分析水平；对推动皮革工业由“技术经验控制型”上升为“技术参数控制型” 起到积极的促进作用。 陕西科技大学硕士学位论文 1 1 。手感”可测性的神经学和生理学解释m 人的皮肤感觉包括触觉、痛觉、温觉、冷觉和压觉；其中，前四种感觉为点状分布， 压觉是面积分布。这些感觉是通过人的皮肤或肌肉中的神经感觉细胞来接受并转换成电 信号输出的。分布在人的手指尖和手掌部的感受触觉、压觉的神经元主要是感觉神经末 梢。感觉神经末梢又分为各种小体。 人手对物体的感觉，除痛觉、温觉、和冷觉外，主要是对物体对手的压力( 包括压 力的持续时间) 作用、移动和变形的感受。皮革成品的柔软、丰满及弹性的评价也取决 予人手对这几种性能在一定力学状态下的感受。这些力学状态下的力学性能和力学参数 总是可以测定出来的。所以，皮革的柔软、丰满及弹性的评价也可以用其力学参数来客 观描述。 人的皮肤感受器的另一个特点就是大部分感觉过程都会产生疲劳现象，特别是手指 尖部的神经末梢，受作用时间越长，感觉信号的脉冲幅度越低。这一现象说明，用手去 摸皮革的时间愈长，感觉越迟钝。对于经过专门训练的人员，形成特有的条件反射后， 可以使感觉信号开始阶段的等幅脉冲串的时间延长，衰减变慢，在一定时间内保持比正 常人更为灵敏的感觉( 手感) ，但长时间的感觉刺激仍可导致感觉疲劳。这一点更说明， 客观评价皮革的柔软、丰满及弹性，应依赖于对于皮革力学性能及其参数的研究和测定。 1 2 皮革感官特性的测试方法及参数化表征 b l o k a n d a n 等人 2 1 提出了一种非破坏性的检测方法对各种服装革的压缩性能及压缩 指数( c i ，c o m p r e s s i o n ) 与革的柔软度( s o f t n e s s ) 的关系作了研究。这种方法特别适合 于轻革。实验中采取了简易的厚度测量仪( c & r t e s t e r , b y c u s t o m ss c i c n t i f i i i ci n s t r u m e n t s i n c n e wj e r s e y ) ，在革样品上施加一系列压强p ，并读出试样的相应的厚度t 。c i 与p ， t 有以下的数学关系； c ，= 一箬孚 将实验结果进行多项式回归，德到l o g p 和l o g t 的回归直线。其斜率即为c i 。各种 不同皮革的c i 值与其相应h e m 检验结果进行多元相关系数检验，认为置信度很高。但1 是，b 。l o k a n a d a m 的复相关系数检验的结果是不可靠的，其显著性a = 4 0 。实际上c l 值仅反映了垂直于皮革平面方向上的力学性能，仍不能准确地反映出皮革的柔软程度。 r u s s e l l m 就皮革的应力一应变( s t r e s s - - s t r a i n ) 及纤维微观结构对其的影响做了较 深入地研究。他使用崩裂仪( l a s t o m e t e r ) 归纳出崩裂力一崩裂面积扩展( l a s t o m e t e r f o r c e - - l a s t o m c l e ra r e ad i s t e n s i o n ) 的线性关系。并证明崩裂力与崩裂面积应变成正比， 在小应变范围内符合虎克定律。这一研究为了解皮革试样在各个受力方向上的平均延伸 2 复鞣剂与皮革感官特性的关系及其数学模型研究 性能提供了可靠的理论。 苏真伟、殷国富川认为：理想的皮革手感测定方法应该具备几个基本特征： ( 1 ) 不破坏皮革试样；简单、快速，并且适应酸、碱、盐、潮湿的制革生产环境。 ( 2 ) 测试结果和专家评判一致，且能用数字形式表示。 ( 3 ) 数据处理方法具有较大的容错性和排除其噪音信号的能力。 ( 4 ) 分析的参照系统便于修改，以适应不同的评判尺度。 根据对专家评判动作和感觉特征的分析，考虑到不损坏皮革试样；装夹快速、方便； 测试简单、实用的原则，在参考、分析国内，外现有测试数学模型的基础上，采用四个 检测模型构成总体的检测数学模型。这四个数学模型均在不同程度上反映了皮革的手感 性能。除此之外，它们还具备简单、装夹方便、不破坏试样、测试结果不受皮革纤维走 向影响，便于集成为一体等优点。他们利用现代计算机辅助测试技术( c o m p u t e ra i d e d t e s t i n g ) 和人工智能技术( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 研究了皮革手感的量化测量问题，提 出了适合于我国制革和皮件生产实际的手感信号获取和检测数据分析的新方法，实验误 差约为5 。 谢石平嗍，潘津生嗍采用革的拉伸应力松弛性能来判断革的柔软性能。他们认为，柔 软的皮革其应力衰减速度快，应力松弛曲线下降快；革的柔软性与其弹性相关，弹性模 量大者，柔软性差。 沈一丁、李小瑞根据皮革网络结构模型建立了应力集中链随时间衰减的动力学方程 1 7 1 ，并与新的橡胶弹性分子理论 。1 1 9 1 的应力一应变关系结合导出了皮革材料的应力松弛方 程： 4 生：e f a o o 式中：n 为应力松弛系数，k7 为松弛速率常数，e 7 为表观活化能。 应力松弛性参数描述皮革柔软性能的方法，只适于同一张皮革的相邻或对称部位的 试样。不同的皮革，应用应力松弛参数判断其柔软性能的可行性及可靠性均无证实。 有关专家在总结前入研究成果的基础上，建立了皮革在三种不同力学状态下与手感 弹性、柔软性和丰满性相关的数学模型和力学参数。 此外，在皮革感官特性测定仪器的研究与制造方面，k e l l e r t 等u o 借鉴造纸工业中纸 张僵硬度测定仪测定皮革的柔软程度，不准确度高达1 0 ，误差为1 3 ，其原因是测定 方法本身及皮革材料的不均匀性之故。此后，k e l l e r t 采用了新方法，并制造了自动化程 度很高的弯曲僵硬度测定仪( s o f i o m e t e r k w s ) 。此法不准确度为1 ，测定误差仅为2 。 k e l l e r t 在s c h l e n k e r 法的工作原理基础上，将测定式样弯曲3 0 * 角时的受力f ，改进为测 定试样弯曲o o 5 0 0 角的过程中传感器所感到的受力f 。并将每隔l o o 所相应的f 值做算 3 陕西科技大学硕士学位论文 术平均处理，得到平均值f 用来衡量革的僵硬度。k e l l e r t 并没有将测定结果与h e m 检 验结果做复相关系数检验。 1 9 9 3 年，英国皮革技术研究中心( b l c ) 的a l e x a n d e r t q i j i ；$ f 越商业化的柔软程度 测试仪( b l c s t 一3 0 0 ) ，该仪器的测定值为一个固定压力( 5 0 0 9 ) 下皮革的项伸高度值 h ( m m ) ，测定过程中不损害皮革，操作简便。该仪器不足之处是，测定结果仅仅是一个 与皮革柔软程度相关的量，而且在测定中无法克服皮革部位差带来的影响，一般情况下， 测定结果的相对平均偏差大于1 5 最高可达6 1 ，同时不能表征顶伸全过程的力学行 为。台湾的高铁公司购买了b l c 的专利，生产了g t 3 0 0 柔软程度测定仪，通过测量恒 定顶伸力下革面的相应位移，对皮革柔软度进行初步估计。 1 3 皮革感官特性参数的测定原理 1 3 1 皮革手感丰满性测定的原理 。 。 皮革的丰满性是衡量皮革品制特性的重要因素之一；它是指当皮革受外力作用发生 变形时，通过触觉所感受到的挤压、平滑的感觉，手感革身柔软丰满，弹性好且耐弯折： ? 外观革身粒面细致，涂层较薄。丰满性体现了胶原纤维交联时，形成的一种立体网状结 构的性能。 为了寻求一种比较理想的、简单易行的测定原理和测定方法，相关专家对皮革的丰 。满性进行了大量的研究，大部分从皮革的单一性能出发去研究，如皮革的弯曲变形性、 可延伸性，这些特性不能综合评价皮革的丰满性。 皮革的可压缩性( 即丰满性) 可以通过力学方法进行测量，测量方法本身与手感检 验方法本身在力的传感形式上有相似性和仿真性嘲。相关专家研究了服装革受外力压缩 而产生变形状态下表现出的力学特性和力学参数、以及力学参数与革丰满性的关系。他 们在b l o k 觚a d 锄、o n i o i l s f ”i 等人的研究基础上将压缩因子的数学关系式： k c ；d f 旦 d hf ( 式中，k c 为压缩因子，f 为压力( n ) ，h 为样品在压力f 作用下的即时厚度( m m ) ， d f 和d h 为压力和厚度的微分。) 引入羊皮服装革的力学实验中，对革受外力压缩而产 。生变形状态下表现出的力学特性和力学参数进行了研究，得到的结论是：当羊皮服装革 受垂直压力f 作用时，其即时厚度h 与f 符合以下数学模型”2 l ： h f = a k c i n h 将l n f 和i n h 视为两个独立变量，则上式成为一个一元线性方程，k c 是方程的斜率。 k c 可以通过图解法或一元线性回归法求出。x c 是一个无因次的量，该表达式与c i 的 表达式是统一的。 4 复鞣剂与皮革感官特性的关系及其数学模型研究 讨论表明，压缩因子k c 与羊皮革的丰满性相关，它的值表述了皮革的可压缩性。 k 七值小表明皮革具有较好的可压缩性，即革的丰满性较好；k c 值大，革的丰满性较差。 k c 值客观地、数量化地表述革的丰满性。 有研究者对羊皮服装革在制品的压缩性能进行了研究。他们从羊皮服装革的浸 水、浸碱等主要工序入手，重点对裸皮在浸碱过程中的压缩因子变化进行客观地、数值 化的测量。研究结果表明：羊皮服装革生产中，浸水、浸灰碱在制品的压缩性能符合压 缩因子( k c ) 的数学模型。原料皮加工过程中各工序在制品的压缩因子( k c ) 变化规 律与传统的感官检验结果吻合。在制品的压缩因子( k c ) 与浸灰碱条件有相关性和规律 性。通过测定在制品的压缩因子( k c ) ，可以对在制品的加工质量和加工程度进行参数 化检测和控制，同时，为生产工艺的正确制定、执行或改进提供科学的参数依据。 在前人研究的基础上，研究者进一步利用压缩方法对皮革丰满性进行探讨f l 习。由于 皮革压缩性能的重要表现是其丰满性，而丰满性又和皮革的弹性相关，所以皮革的丰满 性可以通过它的压缩和回弹来测定。 ”此外，利用压缩功( w c ) 来表示皮革的丰满性是可靠的，客观的悯。压缩功的单位 是：( 1 0 。) j 。压缩功的数学关系式为： l w c = ￥2f c d h v - 式中：f c 为压缩载荷( n ) ，h 为压缩厚度( n u n ) ，h o 为测定的总压缩厚度( 蛐) 。 压缩功( w c ) 反映了皮革的可压缩性，w c 值越大，皮革的可压缩性越好，丰满性越好。 1 3 2 皮革可延伸性测定的原理1 1 6 - 1 t l 皮革的可延伸性是衡量革的品质的重要性能，也是表现手感柔软性的因素之一。( 皮 革的可延伸性与其手感柔软性密切相关，这一结论与a l e x a n d e r 【哪的研究结论相吻合) 检验者手检成革柔软性时，革在一定程度上受力而产生延伸，同时皮革对检验者的手形 成受力。可延伸性好，手上的受力较小，感到“柔软”；可延伸性差，手上的受力较大， 感到“板硬”当然，手感柔软性还与革的弯曲柔软性嗍、可压缩性等多种力学性能有 关。 皮革的可延伸性是可以测定出的一种力学特性，其测定参数表征了可延伸性的大 小按照r u s s e l l 的方法进行实验，使革样在应变方向受到相同的拉伸变形，反映出革 在各个受到力的方向上应力应变性质的平均状况，从而得出羊皮服装革的顶伸性能符 合以下力学关系： 3 f = a + k g ；( g = 声若) 、 2 + ， 式中，k l 为无因次的量。经过对不同服装革近2 0 0 次实验的结果证明，实验值f 5 陕西科技大学硕士学位论文 和g 良好的与回归方程吻合，回归分析的有效性检验值相关性系数r - - - 0 9 8 4 6 0 9 9 9 2 。而标准相关性系数r 舢”( n 2 ) = 0 6 8 4 。可见回归结果显著，数学模型与实验， 结果完全吻合。 顶伸系数赳与羊皮服装革的可延伸性相关。值较小的革具有较好的可延伸性； 日值较大者可延伸性差 此外，作者利用皮革顶伸仪对皮革进行测试通过顶伸过程建立一系列参数，与手感 检测进行比较，分析讨论定量化测定与主观评定的相关性，得出了能定量化表征皮革柔 软性的参数，即顶伸功w p 坍，它的单位是( x1 0 - 3 ) j 。 缈z = 0 1f l d h 式中：f i 为顶伸载荷( n ) ；h 为顶伸高度( m m ) ；h i 为测定的总顶伸高度( m m ) 。 通过对皮革试样的顶伸曲线进行比较发现：在相同的实验条件下，皮革试样顶伸曲 线斜率的变化越大。说明在相同的载荷下，该试样越容易发生形变，即该试样的柔软性 就越好。因此，对于服装革而言，用皮革的顶伸曲线来研究皮革的柔软性是完全可行的， 即其可延伸性与手感柔软性是一致的。对于柔软性相差较大的皮革，顶伸曲线与横坐标 所围面积能很好的表示皮革的柔软性，所以可用顶伸功来表征皮革的柔软性。顶伸功 (