第三章 高分子材料配方设计

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1、第三章高分子材料配方设计3.1设计原则和程序3.2设计要求3.3设计方法3.4实例3.5性能估算配方设计需要考虑的问题试样：如何制成的？制法不同性能不同性能：如何测试的？与实际性能第102页表可能有差别使用场所：室内户外？静态动态？价格环保第一节制品设计原则和程序总的原则：实用、经济、环保总的程序：101图制品用途技术标准→形状设计→样品初步设计→【配方设计工艺设计结构设计模具设计→样品试制→性能测试】→【……】→合格制品→工艺规程、产品标准第二节配方设计一般步骤：配方→样片→实物→定配方→定工艺。数据库？计算机模拟？配方的两种表示方法：①高分子化合物为1

2、00份（质量）。使用方便②所有物料总和为100份（质量）。第三节配方设计方法在尽可能少的实验次数下获得最优的配方数理统计中的正交试验、回归分析；最优化方法因数，水平，步长常常为多因素，且因素间常常有交互作用试验的每个步骤试验条件严格控制一致，以尽量减少试验误差配方设计方法单因数变量指标函数是试验区间内是单峰函数（只有一个极值点）。遵循一定的数学方法做一系列试验，逐步将区间缩小成为（找到）一点，此点为极值点（极值点是理论上的最优点）或根据情况定为其附近一点，即确定了一个因数。爬山法黄金分割法平分法分批试验法抛物线法费波那奇序列法0，1，1，2，3，5，8，1

3、3，21，……配方设计方法多因数变量正交设计：常用。能够在尽可能少的实验次数下获得最优的配方回归分析：通过实验建立数学方程式性能=f(原料1，原料2，……)正交设计简介正交表La(bc)，其中a——试验次数，即正交表行数b——水平数，常常取3(或2、4）c——因数数，即正交表列数通过对实验结果（指标）的分析，找出因数的主次最佳水平组合指标分析方法——直观分析法（极差分析法）：简单实用方差分析法：能够定量给出因数的主次关系对于单因素或两因素试验，因其因素少，试验的设计、实施与分析都比较简单。但在实际工作中，常常需要同时考察3个或3个以上的试验因素，若进行全面

4、试验，则试验的规模将很大，往往因试验条件的限制而难于实施。正交试验设计就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。例如，要考察增稠剂用量、pH值和杀菌温度对豆奶稳定性的影响。每个因素设置3个水平进行试验。A因素是增稠剂用量，设A1、A2、A33个水平；B因素是pH值，设B1、B2、B33个水平；C因素为杀菌温度，设C1、C2、C33个水平。这是一个3因素3水平的试验，各因素的水平之间全部可能组合有27种。对于上述3因素3水平试验，若不考虑交互作用，可利用正交表L9(34)安排，试验方案仅包含9个水平组合，就能反映试验方案包含27个水平组合

5、的全面试验的情况，找出最佳的生产条件。正交表的类别1、等水平正交表各列水平数相同的正交表称为等水平正交表。如L4(23)、L8(27)、L12(211)等各列中的水平为2，称为2水平正交表；L9(34)、L27(313)等各列水平为3，称为3水平正交表。2、混合水平正交表各列水平数不完全相同的正交表称为混合水平正交表。如L8(4×24)表中有一列的水平数为4，有4列水平数为2。也就是说该表可以安排一个4水平因素和4个2水平因素。再如L16(44×23)，L16(4×212)等都混合水平正交表。试验目的与要求试验指标选因素、定水平因素、水平确定选择合适正交表

6、表头设计列试验方案试验方案设计：试验结果分析进行试验，记录试验结果试验结果极差分析计算K值计算k值计算极差R绘制因素指标趋势图优水平因素主次顺序优组合结论试验结果分析：试验结果方差分析列方差分析表，进行F检验计算各列偏差平方和、自由度分析检验结果，写出结论实例：为提高山楂原料的利用率，研究酶法液化工艺制造山楂原汁，拟通过正交试验来寻找酶法液化的最佳工艺条件。影响山楂液化率的因素很多，如山楂品种、山楂果肉的破碎度、果肉加水量、原料pH值、果胶酶种类、加酶量、酶解温度、酶解时间等等。经全面考虑，最后确定果肉加水量、加酶量、酶解温度和酶解时间为本试验的试验因素，

7、分别记作A、B、C和D，进行四因素正交试验，各因素均取三个水平，因素水平表见表10-3所示。水平试验因素加水量（mL/100g）A加酶量（mL/100g）B酶解温度（℃）C酶解时间（h）D1101201.52504352.53907503.5选择合适的正交表正交表的选择是正交试验设计的首要问题。确定了因素及其水平后，根据因素、水平及需要考察的交互作用的多少来选择合适的正交表。正交表的选择原则是在能够安排下试验因素和交互作用的前提下，尽可能选用较小的正交表，以减少试验次数此例有4个3水平因素，可以选用L9(34)或L27(313)；因本试验仅考察四个因素对液

8、化率的影响效果，不考察因素间的交互作用，故宜选用L9（34）正交表