Усиление карбамидных пенопластов активными наполнителями

Оптимизация состава химически наполненных карбамидных пенопластов с использованием методов анализа многомерных данных

С целью оптимизации состава карбамидного пенопласта, модифицированного доломитом с разной удельной поверхностью, был применён один из методов оптимизации - анализ многомерных данных [133].

В качестве входных параметров X для моделирования использовались: содержание доломита (х^, его удельная поверхность (х2) и содержание ортофосфорной кислоты (х3). В качестве выходных параметров Y были выбраны: плотность (yi), прочность (у2), сорбционная влажность (у3), линейная усадка (у4) и время гелеобразования (у5).Работа состояла из следующих стадий.

1. На первой этапе исходные данные были усреднены по сериям и среднеквадратичным отклонениям в сериях.

2. Усредненные по сериям данные X (19 образцов) были преобразованы, т. е. центрированы и шкалированы (таб.4.1). При этом были получены переменные Z, представленные в табл. 4.2 .

Оптимизация состава химически наполненных карбамидных пенопластов с использованием методов анализа многомерных данных

1 1 1 1 mj=~YuXij s) =7Т~гХЦ/ ~mj)[1], / = 1,...,/ = 19; J = 1,2,J = 3 I * 1 ;

3. Центрированные данные Z были подвергнуты РСА(МГК)-преобразованию (МГК - метод главных компонент):

Z=TPr; T=ZP.

При этом были получены новые переменные ti и t2 (счета). Матрица Р (нагрузок) задает переход от Z к Т и обратно.

Виду того, что переменные Х] (содержание доломита) и х3 (содержание кислоты) связаны линейным уравнением х3 = 0.5 lxj + 1.75, число переменных Т на единицу меньше — не три, а две. Новые переменные Т (19 образцов) показаны на графике счетов: PCI от РС2 (t2) (рис.4.7). Там же представлены и оптимальные точки. Оптимальные значения Т были получены подбором точек на графиках, представленных на рис.4.9.

4. Проведен подбор наилучшего (в смысле МНК) описания для каждого из показателей Y с использованием квадратичной регрессии

Параметры Го, b и В оценивались с помощью стандартной Excel функции LINEST.

Для всех выходных параметров получены регрессионные уравнения:

Время гелеобразования: у = 168, 405+ 4,96t, +16,71t2 + 0,605t, t2-5,76ti2 +9,05t22

Плотность: у = 50,5325 - 5,26t, + 6,90t2 + 0,28t, t2 + 0,66t,2 + 3,62t22

Прочность: у = 0,1205 - 0,009t] + 0,01 lt2 + 0,0015t, t2 - 0,003t,2 + 0,0034t2

Линейная усадка: у - 1,5797 + 0,05t, + 0,68t2 + 0,09t, t2 + 0,153t,2 + 0,92t22

Сорбционное увлажнение: у = 6,1885 + 0,65t| - l,3t2 - 0,12t]t2 + 0,27t]2 - 0,21t22

Для каждого из показателей были построены графики (на рис. 4.9, для примера, представлены графики для сорбционной влажности), на которых показаны:

1) контур предсказанного показателя Y в зависимости от значений счетов РС1 (t,) и РС2 (t2).

2) величина предсказанного показателя Y в зависимости от значений счетов РС1 (t,) и РС2 (t2).

3) согласие в описании - предсказанные против измеренных значений показателя Y. Приводятся удвоенные среднеквадратичные отклонения для всех измеренных значений и график тренда ГПредскаЗаннь]й от 7измеренный-

4) зависимости Y от х2 (удельная поверхность доломита) при фиксированных значениях х (содержание доломита) и я-3 (содержание. кислоты) - экспериментальные (точки) и предсказанные (кривые) величины (рис.4.10).

Выбор оптимальных значений счетов проводился вручную на каждом графике контура предсказанного показателя. Критическим явился показатель "Сорбционная влажность". Выбранные значения счетов PCI (ti) и РС2 (t2) Пересчитаны в исходные переменные х.

Таким образом, наиболее близким к оптимуму (из пяти предложенных моделью и отмеченных на рисках красным цветом) был выбран состав карбамидного пенопласта, наполненного 7 масс. ч. доломита с удельной

Поверхностью 33500 гр/см (состав №4 табл.4.3), соответствующей 3 минутам помола, что подтверждено экспериментально.

Таблица 4.1

Усреднены по сериям исходные данные и их среднеквадратические отклонения в сериях

Усредненные по сериям переменные X

Усредненные по сериям Y и их удвоенные среднеквадр. отклонения в сериях

Доломит

Поверхность

Кислота

Плотность

Прочность

Влажность

Усадка

Время

Измерено

2'СКО

Измерено

2*СКО

Измерено

2*СКО

Измерено

2*СКО

Измерено

2*СКО

1

1,00

15700

2,26

42,000

2,000

0,076

0,003

10,533

0,306

3,267

0,115

159,000

2,000

2

1,00

30500

2,26

45,000

4,000

0,091

0,003

8,433

0,231

2,567

0,115

161,667

1,155

3

1,00

33500

2,26

45,667

2,309

0,101

0,002

7,667

0,231

3,100

0,200

164,667

1,155

4

1,00

36500

2,26

46,667

3,055

0,106

0,002

6,967

0,115

3,433

0,231

171,667

4,163

5

3,00

15700

3,28

45,667

3,055

0,103

0,005

8,333

0,306

2,600

0,200

161,333

2,309

6

3,00

30500

3,28

47,667

3,055

0,111

0,002

6,867

0,231

1,467

0,115

169,000

2,000

7

3,00

33500

3,28

52,333

2,309

0,121

0,003

6,167

0,306

2,100

0,200

178,667

3,055

8

3,00

36500

3,28

55,667

2,309

0,126

0,003

5,667

0,115

2,633

0,306

191,667

3,055

9

5,00

15700

4,30

49,333

1,155

0,119

0,003

7,500

0,200

2,900

0,200

164,000

3,464

10

5,00

30500

4,30

51,333

3,055

0,122

0,003

5,633

0,115

1,733

0,115

170,667

4,163

11

5,00

33500

4,30

57,333

2,309

0,127

0,002

5,233

0,115

2,467

0,115

185,333

1,155

12

5,00

36500

4,30

63,333

2,309

0,130

0,002

4,733

0,231

3,267

0,115

198,000

2,000

13

7,00

15700

5,32

53,667

1,155

0,121

0,001

6,867

0,115

3,300

0,200

152,333

4,163

14

7,00

30500

5,32

55,667

1,155

0,128

0,001

5,767

0,115

2,033

0,115

162,667

5,033

15

7,00

33500

5,32

60,333

1,155

0,130

0,002

5,300

0,200

2,533

0,115

175,667

4,163

16

7,00

36500

5,32

65,333

3,055

0,136

0,002

4,667

0,115

3,500

0,200

182,667

5,033

17

10,00

15700

6,85

67,667

1,155

0,121

0,001

6,933

0,115

3,533

0,115

119,000

2,000

1S

10,00

30500

6,85

70,667

2,309

0,127

0,002

5,533

0,115

2,400

0,200

137,667

5,033

19

10,00

33500

6,85

73,000

2,000

0,130

0,001

5,100

0,200

3,133

0,115

146,000

3,464

Ее

4,95

28657,89

4,27

55,175

2,258

0,117

0,002

6,521

0,183

2,735

0,163

165,877

3,082

3,08

8231,80

1,57

9,313

0,015

1,508

0,610

18,791

Таблица 4.2

Центрированные и шкалированные исходные данные

Оптимизация состава химически наполненных карбамидных пенопластов с использованием методов анализа многомерных данных

Рис.4.6. Образцы в исходной системе координат

Стандартизованные переменные Z

Доломит Поверхность Кислота

1

-1,28

-1,57

-1,28

2

-1,28

0,22

-1,28

3

-1,28

0,59

-1,28

4

-1,28

0,95

-1,28

5

-0,63

-1,57

-0,63

6

-0,63

0,22

-0,63

7

-0,63

0,59

-0,63

8

-0,63

0,95

-0,63

9

0,02

-1,57

0,02

10

0,02

0,22

0,02

11

0,02

0,59

0,02

12

0,02

0,95

0,02

13

0,67

-1,57

0,67

14

0,67

0,22

0,67

15

0,67

0,59

0,67

16

0,67

0,95

0,67

17

1,64

-1,57

1,64

18

1,64

0,22

1,64

19

1,64

0,59

1,64

Среднее

0,00

0,00

0,00

СКО

1,00

1,00

1,00

Оптимизация состава химически наполненных карбамидных пенопластов с использованием методов анализа многомерных данных

Рис.4.7. График счетов

Нагрузки

1,2

Р2

Поверх­ность

0,8 -

0,6

0,4 -

0,2

Доломит • Кислота

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2

Рис.4.8. График нагрузок

Сорбциониая влажность

Сорбцион нэя влажность %

%

Оптимизация состава химически наполненных карбамидных пенопластов с использованием методов анализа многомерных данных

-2,4

----------------------------------- г _ 2,4

Оптимизация состава химически наполненных карбамидных пенопластов с использованием методов анализа многомерных данных

□ 3-5

РС1 □ 5-7

7-9

J 11

А 6-8

□ 4 6

П 8-10


Рис.4.9 Контур предсказанной сорбционной влажности в зависимости от значений счетов PCI (t|) и РС2 (t>).

Оптимизация состава химически наполненных карбамидных пенопластов с использованием методов анализа многомерных данных

Измерено

Рис 4 10. Предсказанные против измеренных значений сорбционпой влажности

105

Таблица 4.3

Содержание наполнителя/кислоты масс. ч. на 100 масс. ч. КФС

Показатель

1

2

3

4

5

8,6/6,0

7,9/5,8

7,5/5,6

7,0/5,3

6,4/5,0

Плотность, кг/м3

68.6 72

65.9 70

63.4 69

62,4 67

60.4 66

Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации, МПа

0.134 0,126

ОЛЗЗ 0,125

ОЛЗЗ 0,124

Одзз

0,125

0.132 0,123

Сорбционное увлажнение

4.8

4*9

4j9

5.0

За 24 часа, об. %

5,2

5,0

5,0

4,7

4,9

Усадка линейная, %

3.0 3,4

2.7 3,1

Z5 3,0

2д5 2,8

Z5 3,0

Время гелеобразования,

168

170

171

175

179

Сек

172

175

170

173

177

Примечание: числитель - данные, полученные МГК-методом,

Знаменатель - экспериментально полученные данные

Свойства карбамидных пенопластов

Из анализа полученных технологических и технических данных выбраны наиболее оптимальные составы пенопластов, которые были откорректированы при опытно-промышленной апробации. Стоит отметить, что для карбамидных пенопластов соответствующих рецептур, полученных в промышленных условиях, характерна меньшая плотность и прочность, при сохранении концентрационных зависимостей. Вероятно, это связано с отличием изготовления пенопластов в лабораторных и промышленных условиях. В последнем случае имеет место использование сжатого воздуха для эффективного вспенивания композиции. Свойства промышленных карбамидных пенопластов, наполненных установленными оптимальными концентрациями химически активных наполнителей, представлены в табл.4.4. Видно, что установленные на лабораторных образцах тенденции улучшения физико-механических и других эксплуатационных свойств карбамидных пенопластов при химическом наполнении прослеживаются и для карбамидных пенопластов, изготовленных в промышленных условиях.

106

Таблица 4.4

Показатель

Наполнитель

Без наполнителя

АНО (3 масс.%)

ОВТЭЦ (5 масс.%)

Доломитом 36500 гр/см2 (7 масс.%)

Плотность, кг/м3

20

33

28

30

Пористость, %

98,3

97,8

98

98,1

Прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации, МПа

0,007

0,035

0,065

0,062

Прочность на изгиб, МПа

0,001

0,004

0,004

0,005

Модуль упругости, МПа

0,07

1,1

1,5

1,2

Сорбционное увлажнение за 24 часа, масс.. %

20

13

8

10

Коэффициент

Теплопроводности, Вт/(м' К)

0,034

0,037

0,035

0,036

Усадка линейная, %

10

1,3

0,7

0,9

Усиление карбамидных пенопластов активными наполнителями

Карбамидные пенопласты для строительства

1. Согласно разработанным рецептурам выпущена опытно-промышленная партия наполненных карбамидных пенопластов объемом 100 м ; 2. Результаты испытаний наполненных карбамидных пенопластов показали увеличение прочности' в 10 раз и уменьшение (на 60 …

Добавки в карбамидные пенопласты

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность и эффективность усиления «химическим наполнением» карбамидных пенопластов, получаемых сочетанием воздушно-механического пенообразования и газообразования за счет химического взаимодействия компонентов системы с химически активными наполнителями. …

Выводы по главе и некоторые практические следствия

1. В традиционную технологическую схему производства карбамидных пенопластов внесены изменения, заключающиеся в дополнительных операциях: сушка и помол (просев ВПП с целью выделения эффективной фракции) наполнителя, приготовление суспензии наполнителя в карбамидоформальдегидной …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.