均匀配方设计（精选三篇）
均匀配方设计 篇1
皮革防水加脂剂类型多样,各种类型的加脂剂有其自身的防水特点。为了综合不同加脂剂的特点,本实验采用脂肪族琥珀酰胺盐、长链脂肪醇磷酸酯盐及长链脂肪醇琥珀酸酯盐按一定的比例进行复配,应用配方均匀设计方法确定达到最佳防水性能的最佳配方。
1 实验
1.1 配方均匀设计原理[6]
设我们打算比较n种不同的配方,这些配方对应Ts中n个点,配方均匀设计的思想就是使这n个点在Ts中散布尽可能均匀。其设计方案可用如下步骤获得:
1) 给定s和n,根据附录的使用表查到生成向量(h1,…,hs-1),并由这个生成向量产生均匀设计表U*n(ns-1)或Un(ns-1)。用{qik}记U*n(ns-1)或Un(ns-1)中的元素。
2) 对每个i,计算
undefined (1)
3) 计算
undefined
则{xki}就给出了对应n,s的配方均匀设计,并用记号UMn(ns)示之。
1.2 实验设计
皮革防水加脂剂的组分如下:X1——脂肪族琥珀酰胺盐(固含量为40%), X2——长链脂肪醇磷酸酯盐(固含量为50%), X3——长链脂肪醇琥珀酸酯盐(固含量为50%) 。
取s=3,n=9, 选定U9*(93)设计表进行计算,得出配方均匀设计计算表,如表1。
根据配方均匀设计计算表,按照表2的比例(以固含量计)进行复配,复配产物的固含量均控制为42%。
1.3 皮革加脂工艺方法
将削匀山羊蓝湿革按照常规复鞣中和后,用复配产物进行加脂。
工艺流程:称重→水洗→铬复鞣→水洗→中和→水洗→加脂→酸固定→铬固定→水洗→出鼓。
1.4 物性检测
皮革防水性能及卫生性能的测定按文献[7]进行。
2 实验结果与分析
2.1 皮革性能测定结果
为了使实验具有重现性,每一个实验点均重复三次,实验结果为三次实验结果的平均值。表3为用复配产物进行加脂后皮革防水性能和卫生性能的测定结果。
2.2 数据处理及优化
采用二次回归模型对表3的数据进行逐步回归处理,得到回归方程为:
Y2h静态吸水率=0.65X1+0.60X2+0.89X3-1.29X1·X2-1.15X1·X3-1.09X2·X3 (3)
Y透气性=1378X1+2696X2+1079X3-3701X1·X2-1713X1·X3-2699X2·X3 (4)
方程(3)相应的F=242.1395,R=0.9973,p=0.0001,方程(4)相应的F=56.8439,R=0.9885,p=0.0001,故两方程均为高度显著。
对回归方程求极值,得出复配体系的最佳点:当X1=0.4153,X2=0.4549,X3=0.1299时皮革的2h静态吸水率最小,Y2h静态吸水率=0.2883=28.83%;当X1=0.0141,X2=0.8030,X3=0.1829时皮革的透气性最大,Y透气性=1939 ml·cm-2·h-1。
2.3 验证实验
以所得到的最佳复配点,配制加脂剂,对皮革分别进行加脂,测得皮革的2h静态吸水率为28%,皮革的透气性为1912 ml·cm-2·h-1,与表3中实验数据相比为最佳,证明了用配方均匀设计法设计得到的最佳点确实可靠。
3 结论
(1)配方均匀设计法可以大大减少试验的次数,为皮革加脂剂的研制提供了一种快速、有效的新途径。均匀设计法比之正交试验方法,节省了大量的时间和费用, 提高了工作效率。以本文的配方研制为例,一个3因数8水平试验,仅做了9次试验,就得到满意的结果,而同样水平数的正交设计则需做36次试验。均匀设计方法能在保证试验精度的前提下,减少试验次数,降低成本,缩短试验周期,尤其在多因数多水平的试验设计中有明显的优点。
(2) 配方均匀设计方法在皮革防水加脂剂配方设计中发挥了很好的作用,在配方均匀试验设计中引入了回归分析,得出了原料组分与皮革性能之间的内在关系,为皮革加脂剂的研究提供了理论指导。
(3) 应用配方均匀设计法,辅以计算机辅助计算,建立皮革防水加脂剂配方的回归方程,并通过验证试验,证明其具有实用价值。
参考文献
[1]张云峰,盛金聪.均匀设计法在污泥陶粒配方试验中的应用[J].环保科技,2007,13(3):7-12.
[2]郑建东,廖丹葵,韦藤幼,等.均匀设计法在制备吗啉合成催化剂中应用[J].工业催化,2006,14(5):39-41.
[3]衡明星,孙培勤,赵科,等.均匀设计在涂料设计中的应用[J].中国涂料,2007,22(2):28-30.
[4]车剑飞,肖迎红,宋晔.高分子材料配方均匀设计系统[J].现代塑料加工应用,2002,14(1):24-26.
[5]张凯,范敬辉,黄渝鸿.均匀设计的甲基丙烯酸甲酯分散聚合反应研究[J].涂料工业,2007,37(2):1-3.
[6]方开泰.均匀设计与均匀设计表[M].北京:科学出版社,1994.55-61.
均匀设计法优化高丽参多糖的提取 篇2
均匀设计法优化高丽参多糖的提取
利用均匀设计法优化了高丽参多糖的提取过程.主要考察料液质量比、浸泡时间、提取温度和提取时间四个因素对提取率的影响.通过数学模型得到最优提取状况和3D曲面图.结果表明,提取温度对高丽参多糖得率影响最大,在料液质量比1:35、浸泡时间135 min、水提取温度81℃条件下提取156 min,高丽参多糖最大理论提取率为49.51%.最优化模型下实际多糖得率49.29%与理论得率相符.
作 者：罗巅辉 LUO Dian-hui 作者单位：华侨大学生物工程与技术系,泉州,36;华侨大学工业生物技术重点实验室,泉州,362021刊 名：天然产物研究与开发 ISTIC英文刊名：NATURAL PRODUCT RESEARCH AND DEVELOPMENT年，卷(期)：20(3)分类号：Q946.3 R284.2关键词：高丽参 多糖 提取 均匀设计 ginseng polysaccharides extraction uniform design
均匀配方设计 篇3
手工自蔓延焊接是传统焊接工艺与自蔓延高温合成技术相结合的集成创新的自蔓延熔焊方法[1],该方法以燃烧合成反应放出的热量为高温热源,将焊接母材局部加热熔化,以燃烧合成反应的产物为填料,采用手工电弧焊的操作方法,实现焊接母材的永久牢固连接。该技术不需要电源和气源,只需用火柴点燃状似普通焊条的燃烧型焊条,即可方便地实施焊接[2]。应用现在工艺较为成熟的普通铁基燃烧型焊条进行平焊的施焊作业时,焊缝具有良好的力学性能,抗拉强度达400MPa以上,弯曲强度达1000MPa以上,不开坡口的焊接厚度可达5mm,焊条的储存寿命达5年以上。该技术实现了无电、无气和无任何设备条件下的手工焊接,既可广泛应用于武器装备战场抢修的应急焊接,也可用于民用野外工程设施的紧急修护,是金属构件战场或野外应急焊接修复技术领域“由伴随维修向原位维修转变”的革命。
但经现场条件下野战装备的实际施焊过程发现,应用该普通铁基燃烧型焊条对焊件施行立焊作业时,会出现焊接熔池内熔融焊料在重力作用下于凝固前流走、焊缝成型困难、强度低、熔渣剥离难、夹渣严重等现象,造成焊件的连接状况较差,为了使野外抢修装备获得具有一定力学强度的焊缝,对施焊作业人员的技术操作和焊接工艺设备都提出较高的要求,而此种要求与手工自蔓延焊接应用于战场应急抢修及单兵通用的特点相悖,同时,一种焊接技术对焊接位置的适用性深刻影响着该技术的推广和应用[3]。基于此,本实验利用均匀设计法,通过对普通铁基燃烧型焊条的配方进行优化设计,并借助相应的设计软件,力图使该焊条的立焊性能得到较大改善,从而基本满足装备战场应急抢修的要求。
1 实验材料与方法
焊接基体材料选用3mm厚的Q235热轧钢,不开坡口,板材倾角为60°,焊前不进行预热等相关处理,焊接工艺参数如表1所示。燃烧型立焊焊条的有效配方成分主要由4部分组成:(1)高热剂,占焊药质量的55%～80%,燃烧时为焊接提供热量,生成的产物填充于焊缝中,由CuO+Al系和Fe2O3+Al系铝热剂混合组成,是焊药的主体部分;(2)造渣剂,焊条燃烧合成反应时,为了实现焊缝合金与焊渣的有效分离,需加入10%～40%的造渣剂;(3)合金剂,主要用来增加有益的合金元素,并补偿熔化焊接过程中合金元素的烧损,以保证焊缝金属获得必要的化学成分及力学性能得到改善;(4)稀释剂,主要用来降低焊条的产热量及燃烧速度,增强焊条的可控性和可操作性。选择以普通铁基燃烧型焊条的配方(其配方如表2所示)为基础,利用均匀设计的思想和方法进行实验,实验中共考察5种主要组分对立焊焊接的影响规律,并通过均匀设计软件进行多元回归来处理所得实验数据。
在理论分析和大量前期实验的基础上,确定各考察组分的取值范围,设高热剂的含量为X1,稀释剂含量为X2,造渣剂含量为X3,合金剂MnFe含量为X4,合金剂Ni含量为X5,存在约束条件∑Xi=100%。初步确定低热燃烧维持剂成分的含量范围:
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应用均匀设计软件建立实验方案时,对于有约束条件的配方实验需同时满足:①第一组分的下限约束值与其他组分上限约束值的和为100%;②第一组分的上限约束值与其他组分下限约束值的和为100%;③最后一组分的约束值受前面各组分约束值的制约3个条件,并且要求各组分的约束条件不能太苛刻,而后还要利用改变拟运行次数来不断尝试得到所期望的配方数。因此利用均匀设计软件进行实验时就会出现过分注重满足软件对各组分约束值的要求,而忽略各组分上下限的实际作用效果。基于此,本实验采用人工计算分组安排实验方案,仅在实验完毕后应用均匀设计软件进行实验结果的多元回归分析,得到最佳配方组成。
由均匀设计的回归分析原理可知,若采用多元回归方程,对于5因素回归模型,考虑其交互作用后可知,其回归方程中的一次项及二次项的回归系数个数为13,则至少应安排14次试验,同时考虑相近各表的试验偏差值D后,决定采用均匀设计安排表U*15(157)[4]进行试验安排,每种组分分成15个水平,共做15个焊接小样。
根据U*15(157)以及其使用表确定使用U*15(157)的1、2、4、6列安排试验,其偏差值D=0.1551。由均匀设计的相关计算,可得到均匀设计法试验方案,见表3。
2 实验结果
借鉴前期课题组的手工自蔓延焊接性能快速评价方法[5],对各个水平的焊条性能进行综合评价,如表4所示。
对燃速的评价是通过记录焊条的燃烧速度以检验其可控性,燃速过快时,操作者不易控制;热量主要是通过观察母材熔深来进行评定;烟尘是通过观察焊接过程中的烟尘生成量进行评价,烟尘过大除了妨碍操作者视线外,还会对操作者的身体带来不利影响;熔渣的黏度主要通过观察熔渣内气孔的数量来评定,气孔多时,表明熔渣黏度较小,反之,黏度过大将妨碍熔渣的分离,不利于熔池中气体的逸出,并易产生压铁水及夹渣缺陷;熔渣与焊缝合金的分离程度通过观察脱渣性、熔渣中金属小球的数量来进行评定;测定填缝深度,评定填缝能力,填缝深度越大,表明填缝能力越强;通过测定润湿角θ和熔覆金属在母材表面的铺展均匀性来评定铺展性,润湿角越小且铺展越均匀,则表明铺展性越好;焊缝内部缺陷评定主要是通过对焊接接头断口的裂纹、气孔、夹杂等缺陷进行测定,同时借助于光学显微镜和电子显微镜分析焊接接头断口区域的显微组织变化、焊缝的内部缺陷及焊接接头性能之间的联系。对断口的分析属于破坏性检验方法,还可采用无损探伤仪对焊接接头进行检测。焊缝合金的强度主要通过力学性能测试进行评定。上述各评价指标根据效果的相对优劣划分为A、B、C、D 4个等级。
3 实验结果回归分析及优化
3.1 回归分析
试验采用多元非线性回归模型,如式(1)所示:
Y=b0+b1X1+b2X2+b3X3+b4X4+
b5X5+b6X12+b7X22+b8X32+b9X42+
b10X52+b11X2X5+b12X4X5 +ε (1)
式中:b0～b12为因归系数,ε为随机误差。
将表4中各评价指标按不同权重系数附值,得到数量化的综合指标值,利用MATLAB软件编程,采用全回归方法得到指标的回归方程:
y=-199+13.8X1+8.04X3-0.124Xundefined-0.155X22
-0.185X2X5-1.38X32-1.08X42-0.353X52 (2)
3.2 方差分析
样本容量N=15,显著性水平α=0.05,检验值Ft=55.86,F表的临界值F(0.05、8、6)=4. 417,Ft>F(0.05、8、6),回归方程显著,剩余标准差S=2.04,说明数学模型(1)可信。样本的方差分析见表5。
3.3 最优条件选取及方程的验证分析
由以上所得回归方程可知,在X1=72.5%、X2=14.6%、X3=4.3%、X4=2.5%、X5=4.65%时,Y取得最大值98.31,通过在试验中加入其他添加剂进行调整,并结合其他添加剂的影响,最后确定低热燃烧剂的最优配方范围:高热剂含量为71.5%～73%,稀释剂含量为14%～15%,造渣剂SiFe含量为2.5%～3%,合金剂MnFe含量为2.3%～2.6%,合金剂Ni的含量为4.6%～5.6%时,其他添加剂含量为1.8%～2.9%。
根据此配方进行焊接试验,燃烧型立焊焊条可控性较好,燃速稳定,焊缝铺展性好,熔渣分离性能良好,焊缝正面成形较佳,填缝性能明显改善,背面焊缝部分达到了单面焊双面成形的效果,焊缝微观组织呈细腻的树枝状晶,焊接接头力学性能得到较大改善。图1为由未经优化的普通铁基燃烧型焊条立焊时的焊件宏观图,图2为利用优化配方的燃烧型焊条在相同条件下的焊件宏观图,图3为利用优化配方后燃烧型焊条焊得焊缝的微观组织图。
4 结论
(1)基于均匀设计法的思想和方法来研究自蔓延燃烧型焊条的配方之间的相互影响关系是切实可行的。
(2)基于均匀设计法,并利用均匀设计软件,建立了自蔓延燃烧型焊条不同组分与焊条的立焊性能的回归关系函数模型,从数学模型的角度揭示了各因素之间的内在影响规律,即组分对自蔓延燃烧型焊条的立焊性能的影响呈交互作用形式。
(3)基于均匀设计法,得到了一组适用于立焊的自蔓延燃烧型焊条的优化配方,并经现场试验表明,该配方燃烧型焊条的立焊性能得到大幅提高,使战场应急抢修的需求基本得到满足。
参考文献
[1] Xin Wengtong,Li Zhizun,Li Baofeng,et al.Study onquick welding technology under field operations circum-stance[J].Welding,2005(1):19
[2]Li Baofeng(李宝峰),Xin Wentong(辛文彤),Li Zhizun(李志尊),et al.Study on manual SHS welding based on Q235steel(Q235钢手工自蔓延焊接工艺研究)[J].Hebei J In-dustrial Sci Techn(河北工业科技),2008(7):193
[3]Liu Haodong(刘浩东),Zhang Long(张龙),Wang Jianjiang(王建江),et al.Investigation of vertical welding technicsand discussion on vertical welding of manual SHS welding(立焊工艺研究现状及手工自蔓延焊接立焊工艺探讨)[J].Hot Working(热加工工艺),2010,40(7):16
[4]方开泰.均匀设计与均匀设计表[M].北京:科学出版社,1994