Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор сотояния проблемы 8
1.1. Современные способы получения окисленных битумов и их свойства 8
1.2. Полимербитумные вяжущие на основе тройного этилен пропиленового синтетического каучука .". 40
1.3. Использованием рулонных битумно-полимерных материалов 42
1.4. Органоминеральные комплексы в структуре битумно-композиционных вяз/сущих 46
1.5. Исследование влияния вспученного вермикулитового песка на свойства полимербитумных композиций и асфальтобетона 49
1.6. Неокисленные дорожные битумы и полимербетоны на их основе 56
1.7. Использование методов математического моделирования для решения задач оптимизации состава и технологических режимов получения композиционного материала 63
Глава 2. Объекты, методы и методики исследования 68
2.1. Объекты исследования 68
2.1.1. Битум 68
2.1.2. Каучуки синтетические 69
2.1.3. Кубовый остаток производства поликапроамида-6 72
2.1.4. Ацетатное волокно 73
2.2. Методики эксперимента 73
2.2.1. Методы определения температуры размягчения по кольцу и шару, глубины проникания иглы, растяжимости 74
2.2.2. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу 84
2.2.3. Термогравиметрическийо анализ, инфракрасная спектроскопия, хроматография 90
Глава 3. Влияние модифицирующих добавок и особенностей технологии на свойства полимербитумного вяжущего 93
Глава 4. Взаимодействие в композиции битум -модифицирующие добавки и структурообразование в полимербитумном вяжущем 106
Глава 5. Создание математической модели состав - свойства композиционного материала статистико- экспериментальными методами 111
5.1. Обоснование и выбор параметров оптимизации и влияющих факторов 111
5.2. Проверка воспроизводимости опытов 112
5.3. Полный факторный эксперимент 118
Основные выводы 123
Список литературы 125
- Исследование влияния вспученного вермикулитового песка на свойства полимербитумных композиций и асфальтобетона
- Каучуки синтетические
- Методы определения температуры размягчения по кольцу и шару, глубины проникания иглы, растяжимости
- Проверка воспроизводимости опытов
Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время отсутствуют эффективные технологии полимер-битумных вяжущих, являющихся основой высококачественного дорожного строительства. Вместе с тем обеспечение морозо- и теплоустойчивой конструкции дороги приоритетно. Добиться соответствия высоким требованиям стандартов можно только при использовании современных полимерных композиционных материалов и технологий.
Важнейшим составляющим дорожного покрытия является битумное вяжущее, от качества которого зависят технические и эксплуатационные характеристики автомобильных дорог.
Сокращение сроков службы дорожного покрытия определяется, в частности, образованием структурных дефектов при пониженных температурах вследствие резкого снижения эластичности битумного вяжущего. При отрицательных температурах битум становится хрупким, и воздействие интенсивных колесных нагрузок на дорожное покрытие приводит к образованию трещин и других дефектов поверхности, количество и глубина которых при заполнении водой и последующем замораживании - оттаивании лавинообразно возрастают. При повышении температуры увеличивается пластичность дорожного полотна, возрастает газовыделение. В результате протекания этих процессов происходит быстрое разрушение дорожного покрытия, приводящее в итоге к необходимости ежегодного проведения дорогостоящего ремонта.
Цель диссертационной работы - разработка технологии композиционных материалов - модифицированных полимербитумных вяжущих.
Для достижения поставленной цели в задачи исследования входило:
изучение влияния модифицирующих добавок на свойства полимерби-тумного вяжущего (ПБВ);
изучение влияния рецептуры и технологических особенностей различных способов введения модификаторов на характеристики ПБВ с целью их направленного регулирования;
построение математической модели полимербитумного вяжущего на основе промышленных битумов марки БНД и предложенных модификаторов.
Научная новизнаработы заключается в том, что:
- установлены общие закономерности процесса структурообразования
полимербитумного вяжущего на основе нефтяных дорожных битумов и
полимерных модификаторов. Доказана возможность направленного ре
гулирования свойств вяжущего путем введения добавок, что позволяет
управлять процессом структурообразования;
доказана эффективность модифицирующих добавок - кубового остатка, ацетатных волокон - техногенных отходов промышленных предприятий для регулирования свойств получаемого полимербитумного вяжущего;
- установлен механизм взаимодействия прсдппжрнньгг мгущфицирую-
щих добавок в составе полимербитум» ійЧМмІМіШДОАЛЬНАЯ Г
БИБЛИОТЕКА {
- создана математическая модель ПБВ на примере композиции состава
нефтяной дорожный битум марки БНД 60/90 - каучук СКЭПТ 50
ДЦПД - кубовый остаток - отходы ацетатного волокна.
Практическая значимость работы:
разработаны параметры и технология получения полимербитумного вяжущего на основе установленных закономерностей формирования структуры;
доказана технико-экономическая целесообразность применения кубового остатка - многотоннажного отхода производства поликапроамида в качестве добавки в полимербитумное вяжущее, которая, в сочетании с другими модифицирующими добавками, повышает характеристики ПБВ, особенно в области низких температур, и позволяет снизить стоимость ПБВ и экологическую напряженность в регионе.
На защиту выносятся:
эффективность применения модифицирующих добавок - кубового остатка, ацетатных волокон - техногенных отходов промышленных предприятий для регулирования свойств получаемого полимербитумного вяжущего;
механизм взаимодействия предложенных модифицирующих добавок в составе полимербитумной композиции;
математическая модель, использование которой позволяет направленно регулировать свойства полимербитумного вяжущего.
Достоверность результатов работы подтверждается применением комплекса современных независимых и взаимодополняющих методов: инфракрасной спектроскопии (ИКС), хромато-масс-спектрометрии, термогравиметрического анализа (ТГА), стандартных методов испытания технологических характеристик.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях, в том числе: Международной конференции «Композит» (Саратов, 2001); Всероссийской конференции «Перспективы развития Волжского региона» (Тверь, 2001), Десятой международной конференции «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 2001), Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов», (Саратов, 2003); Международной конференции «Композит» (Саратов, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных трудов, в том числе 2 статьи в центральной печати и 7 статей в научных сборниках.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту кандидату технических наук, доценту Саратовского государственного технического университета Арзамасцеву СВ. за помощь в работе над диссертацией.
Исследование влияния вспученного вермикулитового песка на свойства полимербитумных композиций и асфальтобетона
Смешение или компаундирование - это процесс вторичной переработки битума, осуществляемый как на битумной, так и на установке компаундирования, а также на месте потребления. Смешение ведут при помощи растворителей, сплавлением, эмульгированием и другими методами, придерживаясь следующих правил. Смешиваемые компоненты должны быть близки по величине поверхностного натяжения. Дегти и пеки, содержащие фенолы, не должны смешиваться с природными битумами, нефтяными битумами, асфальтами. Полноту смешения битумов проверяют по температуре размягчения смеси, если температура размягчения смеси соответствует среднему арифметическому значению температур размягчения соответствующих компонентов, значит, произошло полное смешение. Полученный таким образом битум не всегда удовлетворяет требованиям по всем показателям качества, предъявляемых к товарному продукту [4].
Окисленные битумы могут быть различной консистенции при комнатной температуре - полужидкими, относительно твердыми и промежуточными. Они обладают большей стойкостью к колебаниям температуры и изменению погоды, чем соответствующие остаточные битумы.
Окисление кислородом воздуха в определенных условиях приводит к существенным изменениям как качественного, так и количественного состава исходного сырья. Процесс окисления нефтяных остатков имеет особенно важное практическое значение, т.к. его используют для производства высококачественных дорожных, строительных и специальных битумов с различными реологическими и эксплуатационными свойствами.
Битум химически связывает тем меньше кислорода, чем выше температура окисления сырья. Основное количество кислорода, подаваемого на окисление, уносится (в виде соединения) с отходящими газами, процесс окисления носит дегидрогенизационный характер. С углублением окисления наблюдается относительное увеличение содержания в битуме соединений с короткими алкильными цепями (СН2)П , где п 4, вследствие отщепления алкильных групп циклических соединений с длинными алкильными цепями; наблюдается также относительное повышение доли бензольных колец в циклах, что подтверждает дегидрогенизационный характер реакций. Отношение С : Н в битуме повышается.
Количество химически связанного кислорода в окисленном битуме увеличивается с повышением содержания ароматических углеводородов в сырье — нефтяном остатке. Основное количество кислорода, связанного в окисленном битуме, находится в виде сложноэфирных групп. В среднем они содержат 60% кислорода, поглощенного битумом. Остальные 40% распределены примерно поровну между гидроксильными, карбоксильными и карбонильными группами. Оптимальной температурой образования связи С - С является 250С. При более низкой температуре имеет место большее образование сложных эфиров с большим расходом кислорода. При температуре выше 250С преобладают реакции, способствующие образованию карбенов и карбоидов. Содержание химически связанного кислорода в битуме возрастает с облегчением сырья - гудрона, т.к. с уменьшением его молекулярного веса и с повышением пенетрации образуется большее число сложноэфирных мостиков. Доля кислородных функциональных групп в битумах возрастает по мере углубления окисления.
При продувке сырья воздухом увеличивается содержание твердых смол и асфальтенов и уменьшается содержание масел. Если в процессе продувке содержание смол практически не меняется, то содержание масел непрерывно уменьшается, а содержание асфальтенов в той же мере увеличивается.
По изменению пенетрации и растяжимости битума в процессе его окисления можно выделить три фазы. В первой фазе происходит сильное уменьшение пенетрации и увеличение растяжимости, во второй фазе — уменьшение растяжимости и пенетрации, а в третьей - стабилизация этих величин. На состав и физико - химические свойства товарного битума влияют технологические условия процесса окисления. К числу перечисленных уже факторов процесса следует отнести также давление в зоне реакций, подогрев сжатого воздуха, подаваемого на окисление, уровень жидкой фазы в реакторе и др.
В зависимости от природы и состава сырья, режима и способа процесса окисления могут быть получены битумы, которые при одном одинаковом показателе обладают резко отличающимися другими свойствами и составом. Так, битумы с пенетрацией, при 25С могут иметь температуру размягчения от 48 до 82С.
При окислении в промышленном кубе-окислителе периодического действия при 230С гудронов растяжимость битумов по мере углубления окисления повышается, достигая максимума, а затем снижается. Характерно, что максимум растяжимости битумов, полученных из гудрона с более высокой температурой размягчения, наступает позже. В интервале температур размягчения битумов 45 - 50С с увеличением температуры размягчения исходного гудрона растяжимость битумов повышается, а пенетрация при 25С уменьшается.
Плотность и температура вспышки при углублении процесса окисления гудрона становятся более высокими. Потеря массы битума при нагревании снижается. Температура хрупкости окисленных битумов понижается с понижением вязкости исходного сырья.
При окислении сырья до битумов протекает очень много реакций, температурный коэффициенты констант скорости которых различны. Температура неодинаково ускоряет разные процессы, поэтому получаются разные по составу и свойствам битумы. Повышение температуры реакции сопровождается приростом температуры размягчения битума в единицу времени вследствие как увеличения скорости реакции, так и более интенсивного отгона барботируемым воздухом легких фракций. С повышением температурой увеличиваются также константы диффузии и уменьшается поверхностное натяжение, возрастают размеры пузырьков газа вследствие уменьшения вязкости жидкой фазы, преобладают побочные реакции, не способствующие росту температуры размягчения окисленных битумов (происходят преимущественно процессы дегидрирования с образованием высокомолекулярных асфальтенов и более жестких структур). В результате многие битумы, окисленные при высокой температуре, характеризуются низкой пенетрацией. С повышением температуры окисления гудрона расход воздуха на окисление и долю кислорода в окисленном битуме снижаются, что объясняется ростом отношения углерод-углеродных связей к сложноэфирным и повышением эффективности передачи кислорода при увеличении температуры. Оптимальной является температура 250С, при температурах ниже и выше этой вследствие усилении побочных реакций потребление кислорода на образование сложноэфирных групп увеличивается и число межмолекулярных связей на 1 моль прореагировавшего кислорода сравнительно мало. С повышением температуры окисления в битуме в первую очередь снижается количество сложноэфирных групп. Образование асфальтенов может идти в результате как образования сложноэфирных мостиков, так и связей С — С по месту отрыва атомов водорода у двух и более молекул. Это подтверждается реакциями дегидрирования, роль которых прогрессивно возрастает с повышением температуры окисления. При низких температурах окисления (ниже 230С) содержание слабых кислот (СбН5СООН) в битуме по мере углубления окисления возрастает. При температурах окисления выше 230С наблюдается понижение содержания С6Н5СООН в битуме по мере углубления окисления.
Каучуки синтетические
Битум расплавляют и наливают в три формы тонкой струёй от одного конца формы до другого, пока она не наполнится выше краев. Залитый в форму битум охлаждают на воздухе в течение 30—40 мин при комнатной температуре, но не ниже 18С, а затем гладко срезают излишек битума горячим острым ножом от середины к краям так, чтобы битум заполнял формы вровень с их краями.
Формы с битумом, не снимая с пластинки, помещают в водяную ванну, объем воды в которой должен быть не менее 10 дм (можно в ванну дуктилометра). Высота слоя воды над битумом должна быть не менее 25 мм; в ванне поддерживают температуру испытания, добавляя горячую или холодную воду или лед. При определении растяжимости при 25С температура воды под 80 держивается (25±0,5) С, при определении растяжимости при 0С температура воды поддерживается (0±0,5) С.
По истечении 1 часа формы с битумом вынимают из воды, снимают с пластинки и закрепляют в дуктилометре, для чего кольца зажимов формы надевают на штифты, находящиеся на салазках п на стойке дуктилометра. После этого отнимают боковые части форм Если образцы выдерживались не в дуктилометре, а в другой ваине, то прежде чем переносить их в дуктилометр, его также наполняют водой, имеющей температуру испытания, в таком количестве, чтобы вода покрывала штифты не менее чем на 25 мм. После того, как температура воды в дуктилометре установится (25± ±0,5) С при испытании при 25С и (0±0,5) С — при испытании при 0С, включают мотор дуктилометра и наблюдают за растяжением битума. Скорость растяжения при испытаниях при 25 С и 0С должна быть 5 см/мин. Допускается при определении растяжимости битума при 0С устанавливать перегородку в середине ванны дуктилометра
При определении растяжимости битумов, имеющих плотность значительно большую или меньшую плотности воды (при растяжении нити битума достигают дна или всплывают на поверхность воды), плотность воды изменяют добавлением раствора поваренной соли или глицерина (для увеличения плотности) и этилового спирта (для уменьшения плотности).
Метод определения глубины проникания иглы Настоящий стандарт распространяется на нефтяные битумы и устанавливает метод определения глубины проникания иглы (пенетрации).
Сущность метода заключается в измерении глубины, на которую погружается игла пенетрометра в испытуемый образец битума при заданной нагрузке, температуре и времени и выражается в единицах, соответствующих десятым долям миллиметра (ОД мм).
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3658—82. Аппаратура и реактивы. Пенетрометр с иглой по ГОСТ 1440—78 или полуавтоматический пенетрометр типа «ИГЛА» или любой другой, основные размеры рабочей части которого (размеры и масса иглы, держателя, плунжера, груза) соответствуют требованиям ГОСТ 1440—78. Пенетрометр должен быть снабжен дополнительным грузом — шайбой массой (100±0,05) г или (150±0,05) г. Чашка металлическая (пенетрационная) цилиндрическая с плоским дном, внутренним диаметром (55±1) мм и внутренней высотой: (35±2) мм—для битумов с глубиной проникания иглы до 250; (60±1) мм—для битумов с глубиной проникания иглы более 250. Баня водяная вместимостью не менее 10 дм (для термостатирования), допускаемая погрешность температуры воды в бане не более ±0,1 С. В бане должна быть полка с отверстиями на расстоянии не менее 50 мм от дна и не менее 100 мм ниже уровня жидкости. При определении глубины проникания иглы при 0С допускается применять баню меньшей вместимости.
Термометр ртутный стеклянный по ГОСТ 215—73 со шкалой измерения 0—55С, с ценой деления 0,1 С. Допускается применять другие термометры с ценой деления 0,1 С.
Термометр ртутный стеклянный по ГОСТ 400—80, со шкалой измерения 0—360С, с ценой деления 1С. Допускается применять другие термометры со шкалой измерения 0—200С, 0—360С, с ценой деления 1С.
Кристаллизатор — стеклянный сосуд по ГОСТ 25336—82 типа 4 КЦ или металлический плоскодонный вместимостью не менее 0,5 л.
Сосуд должен быть снабжен полкой с отверстиями, которая расположена на расстоянии 2—4 мм от дна сосуда. Высота сосуда должна быть не менее чем на 15 мм больше высоты пенетра-ционной чашки. Сито с металлической сеткой № 07 по ГОСТ 3584—73.
Испытуемый образец битума нагревают до «подвижного» состояния, при наличии влаги его обезвоживают путем нагрева до температуры на 90С выше температуры размягчения, но не выше 160С при осторожном перемешивании, избегая местных перегревов. Время нагревания битума при указанных условиях не должно превышать 30 мин.
Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум процеживают через металлическое сито и наливают в две пенетрационные чашки так, чтобы поверхность битума была не более чем на 5 мм ниже верхнего края чашки, и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха.
Чашку с битумом охлаждают на воздухе при 18—30С. предохраняя образец от пыли. Продолжительность охлаждения 60—90 мин при испытании битума с глубиной проникания иглы до 250 и 90—120 мин—с глубиной проникания иглы более 250.
Затем чашки с битумом помещают в баню для термостатиро-вания при заданной температуре испытания. Время выдерживания чашек в бане высотой 35 мм — 60— 90 мин, а чашек высотой 60 мм — 90—120 мин. Пенетрометр устанавливают горизонтально по уровню или отвесу, после этого проверяют точность показаний прибора. Для этого вынимают иглу, произвольно опускают плунжер прибора. Затем между плунжером и нижним концом рейки кремальеры вставляют тарировочный стержень высотой (50±0,05) мм, устанавливают стрелку на нуль, вынимают тарировочный стержень и опускают рейку кремальеры до касания с верхним концом плунжера. Показание пенетрометра должно соответствовать высоте тарировочного стержня.
Методы определения температуры размягчения по кольцу и шару, глубины проникания иглы, растяжимости
Содержание каучука марки СКС в составе ПБВ в пределах 0,75-1,0% оказывается достаточным для того, чтобы молекулы эластомера смогли в значительной степени оказать влияние на дуктильность композиции при 0 С, в отличие от этиленпропиленовых каучуков СКЭПТ-50 ЭНБ и СКЭПТ-50 ДЦПД, обладающих меньшей эластичностью.
Показано так же, что при введении в состав исходного битума каучука СКМС в количестве 1-3%, как и в случае с СКС, наблюдается повышение в 2,5 раза дуктильности при 0С, пенетрации (пластичности) в 1,2 - 2,5 раза при температурах 25С и 0С соответственно, и плавное снижение температуры размягчения по КиШдо39С(табл. 3.1).
Для направленного регулирования свойств нефтяных битумов, используемых в дорожном строительстве, перспективным является использование в качестве добавки этиленпропиленовых каучуков марок СКЭПТ-50 ЭНБ и СКЭПТ-50 ДЦПД.
Показано, что введение в состав битума таких каучуков (табл. 3.2) приводит к увеличению дуктильности при 0С в 2-3 раза. Одновременно с увеличением содержания каучука в системе происходит резкое увеличение пенетрации и некоторая тенденция к снижению температуры размягчения по КиШ в случае введения СКЭПТ-50 ЭНБ. В данном случае оптимальное количество вводимого в битум модификатора-каучука составляет 2%. Увеличение содержания вышеуказанного количества нецелесообразно, поскольку приводит к непропорциональному (по сравнению с улучшением свойств) удорожанию ПБВ.
Введение в состав нефтяных дорожных битумов марки БНД 60/90 кубового остатка эффективно в сочетании с каучуками различной природы и позволяет повысить допустимый температурный интервал применения битумного вяжущего без ущерба для его эластических характеристик. Для этого использовали КО Энгельсского предприятия по выпуску поликапроамидных волокон, а в качестве каучуков применяли выпускаемые промышленностью бутадиенстирольный марки СКМС (аналог СКС) и этиленпропиленовые марок СКЭПТ 50 ЭНБ и СКЭПТ 50 ДЦПД. Выбор в качестве модификатора кубового остатка основывался на предположении о возможности формирования пространственной трехмерной сетки за счет взаимодействия его реакционноспособных амидных, гидроксильных и других групп с функциональными группами битума. остатка варьировалось от 1 до 15% от массы полимербитумного вяжущего. Анализ полученных данных свидетельствует, что при увеличении содержания кубового остатка с 1 до 15 масс. %, происходит значительное снижение дуктильности полимербитумного вяжущего с 90-100 см на исходном ПБВ до 18-24 см в случае содержания 15% кубового остатка при температуре испытания 25С (рис. 3.2). битум БНД 60/ ПБВ ПБВ+1%КО ПБВ+3%КО ПБВ+5%КО ПБВ+7%КО ПБВ+10%КО ПБВ+15%КО Состав Температура испытаний, С I25
В случае ПБВ, модифицированного 2% каучука другого состава СКЭПТ 50 ДЦПД, снижение носит более резкий характер (рис. 3.3) по сравнению с композицией, модифицированной каучуком СКЭПТ 50 ЭНБ (рис. 3.2). 100 90 Ш
Изучение влияния кубового остатка на пенетрацию (пластические свойства) ПБВ показало, что увеличение содержания кубового остатка с 1 до 7% вызывает заметное снижение пластических свойств, однако дальнейшее увеличение содержания до 10-15% приводит к повышению пластических свойств полимербитумной композиции (рис. 3.4 и рис. 3.5). Видимо при повышении содержания кубового остатка до 10-15% его молекулы, равномерно распределяясь по объему ПБВ, за счет их меньшего размера действуют как пластификатор, увеличивая тем самым пластические свойства ПБВ при наложении механической нагрузки.
При введении в состав ПБВ кубового остатка температура размягчения по КиШ несколько повышается (рис. 3.6), оставаясь до 10% содержания кубового остатка не ниже температуры размягчения исходного битума.
Как отмечалось ранее (табл. 3.1), введение в состав битума каучуков приводит к увеличению дуктильности при 0С в 2-3 раза, и снижению ее при 25С в 1,2-2,5 раза (табл. 3.2). Одновременно с увеличением содержания каучука в системе происходит пропорциональное увеличение пенетрации и небольшое снижение температуры размягчения по КиШ в случае введения
Зависимость температуры размягчения по КиШ ПБВ (битум+2% СКЭПТ) от количества введенного кубового остатка (1 - требуемые показатели температуры размягчения по КиШ для битума марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90)
В данном случае оптимальное количество вводимого в битум модификатора-каучука, как видно из приведенных данных, составляет 2%. Увеличение его содержания нецелесообразно, поскольку приводит к непропорциональному, по сравнению с улучшением свойств, удорожанию ПБВ (табл. 3.2).
С целью повышения температуры размягчения по КиШ в состав битума и ПБВ вводили отходы ацетатного волокна, образующиеся при производстве нетканого материала (табл. 3.3). Введение волокна в битум до 2 масс. % повышает температуру размягчения до 10%, однако величины дуктильности и пенетрации снижаются. Использование комплексной добавки каучук + волокно позволяет несколько скомпенсировать падение этих характеристик, особенно при использовании более эластичного бутадиенстирольного каучука СКМС. Введение в битум комплексного тройного модификатора каучук-волокно- кубовый остаток расширяет пределы регулирования характеристик
Проверка воспроизводимости опытов
Метод полного факторного эксперимента дает возможность получить математическое описание исследуемого процесса в некоторой локальной области многомерного факторного пространства, называемой центром плана, в которой кодированные значения факторов принимают значения равные нулю. Этот метод служит для получения математического описания процесса в виде отрезка ряда Тейлора: 7=А+дх, +frx2 +...+АД, +jsi2xlx2+...+Ди_1)А_д + +Д1Х12+Д2Х22+...+А„Х„2+...
При этом обычно ограничиваются линейной частью разложения и членами, содержащими произведения факторов в первой степени. Таким образом удается находить уравнение локального участка поверхности отклика, если кривизна его не слишком велика.
Для проведения полного факторного эксперимента строили матрицу планирования и ставили опыты согласно плана (таблица 5.8). Экспериментальные значения параметров оптимизации заносили в соответствующие колонки таблицы. где sad - оценка дисперсии адекватности. В числителе дроби (5.15) находится большая, а в знаменателе - меньшая из указанных оценок дисперсий. Оценку дисперсии адекватности вычисляют по формуле sld=1 YJ{Y;-Yj) (5.16) где В - число коэффициентов регрессии искомого уравнения, включая свободный член; -V -V - экспериментальное и расчетное значение функции отклика в j том опыте; N - число опытов полного факторного эксперимента. С дисперсией адекватности связано число степеней свободы f = N—B (5.17) Расчетное значение критерия Фишера выбирается по таблице. Уравнение регрессии считается адекватным, если выполняется условие Fp табличному значению критерия Фишера. Данные расчеты проводились по программе (см. Приложение), для последующей графической интерпретации полученных уравнений использовался Microsoft Excel, в котором по приведенным алгоритмам были запрограммированы ячейки электронной таблицы.
На основании полученных уравнений регрессии можно сделать следующие выводы: - в исследованной области на дуктильность при 0С наибольшее влияние оказывают факторы Х2 и Х3 - содержание в составе композиции кубового остатка и отходов ацетатного волокна, причем с уменьшением их количества значение этого параметра оптимизации будет возрастать. Меньшее влияние оказывает содержание каучука СКЭПТ 50 ДЦПД в композиции; характер этого влияния положителен, т.е. с увеличением доли каучука дуктильность увеличивается; - аналогичный характер влияния факторов сохраняется и на дуктильность при 25С. Однако следует отметить изменение силы влияния факторов в соответствии с абсолютной величиной соответствующих коэффициентов уравнения регрессии. Так, наибольшее влияние оказывает фактор Х\ -содержание каучука и далее, в порядке убывания значимости, содержание кубового остатка Х2 и ацетатного волокна Х3; - в исследованной области на пенетрацию при 0 С наибольшее влияние оказывает фактор Xj - содержание каучука в композиции; характер этого влияния прямо пропорционален, т.е. с увеличением доли каучука пенетрация увеличивается. Значительно меньше по силе, при аналогичном характере, влияет фактор Х3 - содержание в композиции отходов ацетатного волокна, т.е. с увеличением количества вводимого волокна значение этого параметра оптимизации будет возрастать. Фактор Х2 - содержание кубового остатка в составе композиции по силе практически равен фактору Х3, но прямо противоположен по характеру, т.е. с увеличением количества вводимого кубового остатка значение этого параметра оптимизации будет уменьшаться; - при оценке влияния выбранных факторов на пенетрацию при 250С следует отметить прямо пропорциональный характер влияния всех трех факторов, причем наиболее большое влияние оказывает фактор X] -содержание каучука; намного слабее влияние содержания ацетатного волокна (фактор Х3) и ещё в меньшей степени прослеживается влияние кубового остатка (фактор Х2); - на температуру размягчения наибольшее по силе и положительное по характеру оказывает фактор Х3 - содержание ацетатного волокна; приблизительно равные по силе, но противоположное по характеру влияние факторов Xi - содержания каучука (положительный характер) и содержание ацетатного волокна Х3 (отрицательный характер).
Полученная математическая модель, наглядно показывающая силу и характер влияния факторов на выбранные параметры оптимизации, хорошо согласуется с данными ИКС, приведенными в главе 4, рис. 4.1.
