均匀设计在红外高发射率涂料配方中的应用

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1、均匀设计在红外高发射率涂料配方中的应用丁峰1。闵磊2(1．泰州环保局，江苏泰州225300；2．南京工业大学，江苏南京210009)摘要：采用配方均匀设计方法，对红外涂料中使用到的高发射率填料进行配方设计，并获得了相应的数学模型，经试验验证，该模型适用性较好；指出了改善红外涂料辐射性能的有效途径，利用该数学模型，选择法向全发射率在某一固定值处或某一范围内的多个组成点制备填料，使用这些填料进行相应试验，分析出粘结剂种类和使用量对红外涂料辐射性能的影响方式，并最终确定出优化的涂料组成配方。关键词：红外涂料；高发射率填料；配方设计；配方均匀设计A

2、bstract：Formulasofhighemissivityinfraredfillerswerequantificationallystudiedbyuniformdesignandtheobtainedmathematicalmodelhadbeenapprovedavailablybyseveralverifyingexperiments．Usingthemathe—maticalmodeltodesignexperiments，howthebindersaffecttheradiantpropertiesoftheinfrare

3、dhighemssivi—tycoatings(IHEC)couldbeanalyzed．ImprovedradiantpropertiesandthecorrespondingformulasofIHECcouldbealsoexpected．Keywords：infraredcoatings；hi曲emissivityfillers；formuladesign；uniformdesign0引言红外高发射率涂料是一种具有良好热辐射性能的涂料．涂覆在燃烧器或加热器表面能够增大热辐射在热传递过程中的比例，强化热传递。起到节能降耗的作用。该涂料

4、目前已广泛应用在石油化工、冶金、玻璃、陶瓷等工业领域并获得了很好的节能效果。目前制备出来的红外涂料其发射率普遍还比较低。因此进一步研究涂料配方中高发射率填料和耐高温粘结剂对涂料辐射性能的影响方式，开发出具有较好辐射性能的涂料配方就显得相当重要。通常涂料配方中原料种类比较多。为了判断和确定配方中各种原料对涂料目标性能的影响大小以及具体的影响方式，如果进行全面试验，需要的试验量很大。因此很有必要使用科学的试验设计方法．用相对较少的试验量获得尽量多的有用信息，从而分析和确定出涂料优化配方。红外涂料主要由高发射率填料和粘结剂组成，其中填料对涂料的辐

5、射性能影响最大．因此本文采用配方均匀设计方法先对填料制备过程中使用到的原料进行定量研究。得到填料发射率发生变化的数学模型，为进一步深入研究不同种类粘结剂对涂料辐射性能的影响方式奠定基础。．1配方均匀设计的理论基础配方设计在材料、化工、食品、制药等领域中的作用十分重要，如果希望寻求优化配方，就需要进行配方设计。假设某种产品由s种原料肘∥··旭组成或合成，各种原料在产品中的质量分数分别为X∥··≯。，且满足关系式Xl≥0，⋯≯；>10，X，+⋯描产1。这s种原料的试验范围是单纯型疋，如要比较n种不同的配方．那么这些配方就必须对应试验范围疋中的1

6、1,个点。配方均匀设计方法是由王元和方开泰于1990年提出的，其主要思想是通过使用逆变换算法将所选择的rt种试验配方尽可能均匀地分布在试验范围E内，减少试验量的同时获得尽量多的有用信息。具体设计方案可按如下步骤获得：(1)确定原料种数s和配方数11,，根据对应的均匀设计表查出生成向量∞，，h：⋯．，h州)，并由该生成向量产生均匀设计表嵋∽一)或以∽一)，用{g版}表示一15—设计表玑．(凡5—，)或以(忍3’中的元素；(2)对设计表中每个qki,计算Cki=三}，k=l，2，⋯，n(1)■EF，，，⋯，n【)f3)计算上．．』一X“=(1-

7、％“‘)ii，t-Icts，-‘，i=1，2，⋯，s-1)(2)．J—x缸=n：：c芦‘，J

8、}=1，2，⋯，n(3){Jjf。。l对应n和s的配方均匀设计，并用UMn∞，表示。当原料仅有三种的时候，即s=3时，对应的UMn(n3)有如下简单形式：髫k，=l一、／c^J，戈122、／c^J(1一c拉)，x柑=、／c^，Ck2(4)2高发射率填料配方设计与结果分析试验选用过渡金属氧化物Fe20，，MnO：，CuO制备高发射率填料，参考相关资料将三种原料的组成(质量百分含量)限定在0．70、

9、0．05≤CuO≤0．15。由于原料X1(Fe：03)含量较高，如果将原料X：(MnOz)，X，(CuO)在试验范围乃内作为独立变量选择均匀设计表，并用Xl_1一X：一X，给出X