ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ВОДНОДИСПЕРСИОННОГО КРАСИТЕЛЯ ДЛЯ ХВОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Чижова М.А. (Лф СибГТУ, г.Лесосибирск, РФ)
In given article are brought methods on optimization of the composition dye staff for coniferous wood.
Для установления оптимальных параметров красящего состава разработана математическая модель процесса крашения.
На основании результатов лабораторных исследований в число управляемых факторов включены: количество поливинилацетатной (ПВА) дисперсии, количество пигментной пасты и количество поверхностно-активных (ПАВ) веществ.
Для количественной оценки получаемого красящего состава, выбраны следующие показатели эффективности: вязкость красящего состава, его поверхностное натяжение, пенетрация, а также цвет красящего состава, после нанесения его на древесную подложку.
Для проведения многофакторного эксперимента был использован план второго порядка Бокса-3 (В3) по статистическим оценкам, близкий к Д-оптимальному.
Уровни варьирования переменных факторов были установлены на основании результатов поисковых опытов.
Таблица 1- Факторы управления
|
Факторы управления |
Обозначения |
Интервал варьирования |
Уровни |
||
|
Верхний +1 |
Основной О |
Нижний -1 |
|||
|
Содержание ПВА, г |
Х1 |
10 |
30 |
20 |
10 |
|
Содержание пигментной пасты, г |
Х2 |
7 |
17 |
10 |
3 |
|
Содержание ПАВ, г |
Х3 |
4 |
9 |
5 |
1 |
Опыты проводились при постоянных факторах, представленных в табл.3.
Все исследования проводились в лаборатории отделки кафедры технологии деревообработки Сибирского государственного технологического университета.
Таблица 2– Показатели эффективности
|
Наименование показателя эффективности |
Обозначение |
Методы и средства контроля |
|
Вязкость красящего состава, с |
Y1 |
Прибор ВЗ-4, секундомер |
|
Пенетрация, с |
Y2 |
Секундомер, бумага с r=130 г/м2 |
|
Цвет покрытия, ед. |
Y3 |
Прибор ФБ-2 |
|
Поверхностное натяжение, мДж/м2. |
Y4 |
Установка Ребиндера |
Результаты реализации трехфакторного эксперимента при трех параллельных опытах представлены в табл. 4.
Таблица 3- Постоянные факторы
|
Наименование фактора |
Пределы измерения |
Единицы Измерения |
|
Подложка (древесина сосны Pinus) |
|
|
|
Шероховатость подложки |
16 |
Мкм |
|
Расход материала |
30-50 |
г/м2 |
|
Температура окружающей среды |
20±2 |
С0 |
|
Относительная влажность воздуха |
75±2 |
% |
В результате статистической обработки экспериментальных данных по методикам /1/, получена математическая модель процесса в виде системы регрессионных уравнений с ограничениями
|
Y1 = 13,6787 - 0,2612Х1 - 0,3323Х2 - 0,5729Х3 + 0,0056Х12 + |
|
|
0,0089Х1Х2 + 0,0093Х1Х3 + 0,0114Х22 + 0,0133Х2Х3 + 0,0351Х32 |
(1) |
|
Y2 = 174,3120 – 1,0317Х1 – 34,7325Х2 – 39,2257Х3 – 0,1568Х12 + |
|
|
1,0303Х1Х2 + 0,8406Х1Х3 + 1,0165Х22 + 0,9330Х2Х3 + 2,0507Х32 |
(2) |
|
Y3 = 78,8212 – 0,3215Х1 – 0,4128Х2 + 1,1247Х3 + 0,0043Х12 – |
|
|
0,0017Х1Х2 – 0,0031Х1Х3 – 0,0012Х22 – 0,0223Х2Х3 – 0,0664Х32 |
(3) |
|
Y4 = 67,6206 – 0,3888Х1 + 1,3159Х2 – 5,9033Х3 + 0,0156Х12 + |
|
|
0,0160Х1Х2 – 0,0593Х1Х3 – 0,0599Х22 – 0,0848Х2Х3 + 0,5664Х32 |
(4) |
|
10 |
|
|
9 |
|
Х1
Из уравнения регрессии (1) можно сделать вывод, что на вязкость красящего состава существенное влияние оказывают все исследуемые факторы. Анализируя обработку результатов можно сделать вывод о том, что влияние содержания ПВА и пигментной пасты на вязкость проявляется как в самостоятельном эффекте, так и в эффекте взаимодействия. Наличие значительного коэффициента при квадратичном члене содержания ПАВ также указывает на значимость этого фактора.
Анализ уравнения (2) показывает, что все исследуемые переменные факторы оказывают влияние на процесс пенетрации как самостоятельно, так и в эффекте взаимодействия. Статистическая обработка позволяет сделать вывод о том, что сочетание факторов Х1 и Х2 оказывает большее влияние на процесс пенетрации.
В результате анализа уравнений (3 и 4) можно сделать вывод, что на показатель эффективности Y3 – цвет покрытия – большее влияние оказывает фактор Х2 – количество пигментной пасты, а на Y4 – поверхностное натяжение –Х3 – количество поверхностно-активных веществ, а также сочетание факторов Х1Х3 (количество ПВА и количество ПАВ). На рис. 1 - 9 представлены графики влияния факторов управления на показатели эффективности, а также графики эффектов факторов и эффектов взаимодействия. Таким образом, дисперсионный анализ подтверждает результаты лабораторных однофакторных исследований.
Таблица 4 - Матрица планирования в натуральных переменных со значениями показателей эффективности
|
№ опыта |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Y1 |
Y2 |
Y3 |
Y4 |
|
1 |
30 |
17 |
9 |
16 |
467 |
65 |
48 |
|
2 |
10 |
17 |
9 |
11 |
8 |
70 |
48 |
|
3 |
30 |
3 |
9 |
11 |
39 |
76 |
48 |
|
4 |
10 |
3 |
9 |
10 |
8 |
78 |
57 |
|
5 |
30 |
17 |
1 |
13 |
225 |
66 |
72 |
|
6 |
10 |
17 |
1 |
11 |
40 |
68 |
67 |
|
7 |
30 |
3 |
1 |
11 |
41 |
72 |
67 |
|
8 |
10 |
3 |
1 |
10 |
5 |
76 |
62 |
|
9 |
30 |
10 |
5 |
11 |
26 |
70 |
57 |
|
10 |
10 |
10 |
5 |
10 |
17 |
75 |
48 |
|
11 |
20 |
17 |
5 |
11 |
144 |
68 |
48 |
|
12 |
20 |
3 |
5 |
10 |
30 |
76 |
48 |
|
13 |
20 |
10 |
9 |
11 |
113 |
71 |
48 |
|
14 |
20 |
10 |
1 |
10 |
27 |
71 |
72 |
Рисунок 1- Влияние факторов управления на показатель эффективности (вязкость Y1)
Рисунок 2- Графики эффектов факторов и эффектов взаимодействия:
Y – вязкость красящего состава, с; X1 – содержание ПВА, г; X2 – содержание пигментной пасты, г; X3 – содержание ПАВ, г
Рисунок 3 - Влияние факторов управления на показатель эффективности (пенетрация Y2)
Рисунок 4- Графики эффектов факторов и эффектов взаимодействия:
Y – пенетрация, с; X1 – содержание ПВА, г; X2 – содержание пегментной пасты, г; X3 – содержание ПАВ, г
Рисунок 5 – Влияние факторов управления на показатель
эффективности (цвет Y3)
Рисунок 6- Графики эффектов факторов и эффектов взаимодействия:
Y – цвет покрытия; X1 – содержание ПВА, г; X2 – содержание пегментной пасты, г; X3 – содержание ПАВ, г
Рисунок 7 - Влияние факторов управления на показатель эффективности (поверхностное натяжение Y4)
Рисунок 8- Графики эффектов факторов и эффектов взаимодействия:
где Y – поверхностное натяжение, мДж/м2; Х1 –содержание ПАВ, г; Х2 – содержание пегментной пасты, г; Х3 – содержание ПАВ, г