第十章---橡胶配方设计的试验设计方法.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,橡胶材料与配方,第十章 橡胶配方设计的试验设计方法,徐州工业职业技术学院院级精品课程,橡胶配方设计的试验设计方法,学习目的与要求：,了解试验设计的目的和意义,;,掌握黄金分割法、平分法、分批实验法等单因素试验设计方法,;,掌握正交表的概念和使用，能使用正交表进行简单的试验设计；,掌握橡胶配方设计的试验设计方法，基本具备设计橡胶配方试验的能力。,橡胶配方设计的试验设计方法,第一节 单因素配方设计,单因素配方试验设计主要就是研究某单一试验因子，如促进剂、炭黑、防老剂或某一新型原材料，在某一变量区间内，确定哪一个值的性能最优。,橡胶配方设计的试验设计方法,一、黄金分割法,黄金分割点在线段,L,的,0.618,处，故此法又称,0.618,法。,这个方法的要点是先在配方试验范围,a,，,b,的,0,618,点作第一次试验，再在其对称点,(,试验范围的,0,382,处,),作第二次试验，比较两点试验的结果，去掉“坏点”以外的部分。在剩下的部分继续取已试验点的对称点进行试验、比较和舍取，逐步缩小试验范围。,橡胶配方设计的试验设计方法,应用实例,子午线轮胎子口包胶使用齐聚酯增硬。,试验目的：在引发剂,DCP,存在的情况下，齐聚酯在,0,15,质量份的变量范围内试验。,试验结果：齐聚酯用量的合理范围为,2.2,5.7,质量份。,橡胶配方设计的试验设计方法,二、平分法,(,对分法,),如果在试验范围内，目标函数是单调的，要找出满足一定条件的最优点，可以用平分法。平分法和黄金分割相似，但平分法逼近最佳范围的速度更快，在试验范围内每次都可以去掉试验范围的一半，而且取点方便。,要求胶料物理性能要有一个标准或具体指标，否则无法鉴别试验结果好坏，以决定试验范围的取舍。,要知道原材料的化学性能及其对胶料物理性能的影响规律。能够从试验结果中直接分析该原材料的量是取大了或是取小了，并作为试验范围缩小的判别原则。,试验次数,第一次试验,第二次试验,第三次试验,Manbond680C,质量份,0,1,2,1.5,1.25,0.5,粘合力,/kg,（,1.27cm,）,-1,30,56,44,51,55,53,橡胶配方设计的试验设计方法,三、分批试验法,1,均分分批试验法,这种方法是每批试验配方均匀地安排在试验范围内。例如：每批做,4,个实验，我们可以先将实验范围,(,a,，,b,),均分为,5,份，在其,4,个分点,x,1,，,x,2,，,x,3,，,x,4,处做,4,个实验。,将,4,个实验结果比较，如果,x,3,好，则去掉小于,x,2,和大于,x,4,的部分，留下,(,x,2,，,x,4),的范围。然后将留下的部分再均分为,6,份，在未做过实验的四个点上再做,4,个实验。,这样不断地做下去，就能找到最佳的配方变量范围。,橡胶配方设计的试验设计方法,第二节 多因素配方设计,在大多数的橡胶配方研究中，需要同时考虑两个或两个以上的变量因子对橡胶性能的影响规律，这即是多因素橡胶配方试验设计的问题。,几个名词的意义：,因子,需要考察的影响试验性能指标的因素，如橡胶配方组分中的硫化剂、补强剂、防老剂等；,水平,每个试验因子可能取值的状态；,交互作用,各试验因子间的综合影响。,正交试验设计法是利用正交表进行多因素整体设计与综合比较和统计分析的一种重要的数学方法，目前已广泛应用在橡胶配方设计中。,橡胶配方设计的试验设计方法,一、正交表的概念,1,正交表的表示,正交表是试验设计法中合理安排试验并对数据进行统计分析的主要工具。常用的正交表有：,L4,（,23,），,L8,（,27,），,L12,（,211,），,L16,（,215,），,L20,（,219,），,L32,（,231,），,L8,（,423,），,L16,（,4229,），,L16,（,4326,），,L16,（,4423,），,L16,（,828,），,L16,（,215,），,L16,（,215,），,L16,（,215,），,L9,（,34,），,L27,（,313,），,L16,（,45,），,L25,（,56,）,正交表的符号以,L4,（,23,）为例，说明如下：,L,表示正交；,4,代表试验次数；,2,标准正交表上可安排的因子水平数；,3,代表列数,(,试验的因子数,),。,橡胶配方设计的试验设计方法,表,10-2 L,4,（,2,3,）正交表,实验号,列 号,1,2,3,1,1,1,1,2,1,2,2,3,2,1,2,4,2,2,1,上述,L,4,（,2,3,）正交表，表示该正交表做,4,次试验；因子可安排的水平数为,2,；表中有三列可供安排因子和误差。,橡胶配方设计的试验设计方法,二、正交表的使用,1,确定因子、水平、交互作用,在确定因子、水平及需要考察的交互作用时，应注意以下几个问题：,根据试验的目的去选取配方因子是极为重要的一步，要特别注意那些起主要作用的因子。,恰当的选取水平。,橡胶配方中配合剂之间的交互作用较多，某些交互作用对胶料性能有影响。,两个因子间的交互作用称为一级交互作用。三个或三个以上因子间的交互作用称为高级交互作用。,橡胶配方设计的试验设计方法,2,选择合适的正交表：,对,n,个配方因子的二水平试验设计，即,2,n,因子的试验设计，一般选用,L4,（,23,），,L8,（,27,），,L12,（,211,），,L16,（,215,），,L20,（,219,），,L32,（,231,）正交表。,对,n,个配方因子的三水平试验设计，即,3,n,因子的试验设计，一般选用,L9,（,34,），,L27,（,313,）正交表。,对,n,个配方因子的四水平试验设计，即,4,n,因子的试验设计，一般选用,L16,（,45,）正交表。,对,n,个配方因子的五水平试验设计；即,5,n,因子的试验设计，二般选用,L25,（,56,）正交表。,橡胶配方设计的试验设计方法,3,表头设计,正交表的表头设计实际上就是安排试验计划。表头设计的原则是，表头上每列至多只能安排一个配方因子或一个交互作用，在同一列里不允许出现包含两个或两个以上内容的混杂现象。,一般表头设计可按以下步骤进行。,首先考虑有交互作用和可能有交互作用的因子，按不可混杂的原则，将这些因子和交互作用分别在表头上排妥。,余下那些估计可以忽略交互作用的因子，任意安排在剩下的各列上,首先把最重要的配方因子,A,和,B,放人第,l,、,2,列；由,L8,（,27,）的交互作用表查得,AB,占第,3,列；接着把有交互作用的因子,C,放在第,4,列；而,AC,由,L8,（,27,）交互作用表查得应占第,5,列。,橡胶配方设计的试验设计方法,列号,列号,1,2,3,4,5,6,7,3,2,5,4,7,6,1,6,7,4,5,7,6,5,4,1,2,3,3,2,1,橡胶配方设计的试验设计方法,在表头设计时应充分注意以下几点：,2,n,因子的试验设计中，二水平正交表中每列的自由度总是,1,，二水平因子的自由度也是,1,。所以二水平因子在二水平正交表中正好占一列；交互作用的自由度也是,1,，故也只占一列。,3,n,因子的试验设计中，采用三水平的正交表。三水平正交表和二水平正交表的重要区别是：它的每两列的交互作用列是另外两列，而不是一列。因为三水平正交表每列的自自度为,2,，而两列的交互作用自由度等于两列自由度之积，即,22=4,，所以要占两个三水平列占；例如在,L9,（,34,）中，第,1,、,2,列的交互作用列是第,3,、,4,列，第,1,、,4,列的交互作用列是第,2,、,3,列,。各种交互作用可由相应的交互作用表查得。,4,n,因子试验设计，采用,4,水平正交表，每两列的交互作用列是另外的三列。因此每列的自由度,f,列,=41=3,，故,fAB=33=9,，占三列。,5,n,因子试验设计，采用,5,水平正交表，每两列的交互作用列是另外的某,4,列。,对于较规律的一些表头设计，可通过专用程序自动实现。,橡胶配方设计的试验设计方法,某橡胶配方的因子和水平,因子,水平,A(,促进剂用量,),B(,炭黑品种,),C(,硫黄用量,),1,1.5,HAF,2.5,2,1.0,HAF+,喷雾炭黑,2.0,要考察交互作用有,AB,，,AC,，,BC,。,考察的指标：弯曲次数,首先计算因子和交互作用自由度总和,3l+31=6,橡胶配方设计的试验设计方法,试验安排和试验结果,列号,试验号,A,1,B,2,AB,3,C,4,AC,5,BC,6,弯曲次数,/,万次,1,1,1,1,1,1,1,1.5,2,1,1,1,2,2,2,2.0,3,1,2,2,1,1,2,2.0,4,2,2,2,2,2,1,1.5,5,2,1,2,1,2,1,1.5,6,2,1,2,2,1,2,3.0,7,2,2,1,1,2,2,2.5,8,2,2,1,2,1,1,2.0,K,1,7.0,8.5,8.0,8.0,8.5,7,K,2,9.5,8.0,8.5,8.5,8.0,9.5,-0.625,0.125,-0.125,-0.125,0.125,-0.625,K,1,表示每列中凡是对应,l,水平的试验数据之和。,K,2,表示每列中凡是对应,2,水平的试验数据之和。,为两水平平均值之差，其绝对值大小反映了不同因子对试验结果的影响情况。,