高分子材料表征及实验设计讲述.pptx

试验设计与高分子材料表征及数据处理方法 一.试验设计 试验因素的确定 试验因素：对试验指标可能产生影响的原因或要素，它是试验时要考察的重要内容。通常用大写字母A，B，C，…表示。试验因素通常分为： （1）定性因素：设备及工艺等参数在试验中固定不变的因素。如菌种、药剂种类、设备、工艺方法等。 （2）定量因素：试验中要考察指标的数量因素。如药剂用量、温度变化值等。 因素的确定：主要凭借专业知识和实践确定对选取 指标有影响的，而且选取的这些因素要容易控制的。 因素的水平：对同一因素要进行比较时所取的条件或属性。 在充分发挥专业技术水平的情况下，所确定的因素水平值应 尽量取试验效果的最佳区域或最接近的区域，那么按这个因 素的试验就可以使试验效率高一些（尽可能的选择合理的水 平，以利于减少试验次数）。 交互作用：除了单个因素对试验指标产生影响外，因素间还会联合起来影响试验指标，这种联合作用的影响称为交互作用。 根据参与交互作用的因素的多少交互作用可分为： 一级交互作用：两个因素，记为：A×B； 二级交互作用：三个因素，记为：A×B×C； 例：某农科所对土地情况大体相同的四块大豆试验田用不同的方式施用氮肥和磷肥，结果第一块不加氮肥（N）和磷肥（P），平均亩产（R）200kg；第二块只加3kg氮肥，平均亩产215kg；第三块只加2kg磷肥，平均亩产225kg；第四块加2kg磷肥，3kg氮肥，平均亩产280kg。 氮肥的效应是：215－200＝15kg 磷肥的效应是：215－200＝15kg 假设N和P没有联合作用则第四块试验田的平均亩产应是 240kg，而实际产量是280kg，多出了40kg，那么这40kg就 是N和P的交互作用结果。 1、因素的选取 1）根据专业知识确定因素；2）不要漏掉影响大的因素；3）通过单因素试验确定影响因素；4）因素不要选择太多，最好不要超过8个；5）考虑可能有交互作用的因素；6）尽量减少不必要考虑的因素。 2、水平的选择 1）定性因素水平的选择相对简单；2）定量因素水平的选择要考虑不要漏掉最优点，间距不要太大；3）水平的间距也不能选择的太小，以免带来较大的工作量；4）通常取3个水平就可以满足要求；5）实际应用数值范围内。 常用试验设计法 1、单因素试验设计法 2、析因试验设计法 3、分割试验设计方法 4、正交试验设计方法 5、均匀试验设计法 单因素试验设计 如果在一项试验中只有一个因素改变,其它的可控因素不变,则该类试验称为单因素试验。 研究主要目的：处理因素各个水平的作用有无差异？ 特点：不能分析因素间交互作用 常用的单因素试验设计方法有：来回调试法、黄金分割法、分数法、对分法、抛物线法、分批试验法、爬山法等。 黄金分割法，也叫0.618法，是数学家华罗庚在70年代推广的一种可以尽可能减少做试验次数、尽快地找到最优方案的方法。 黄金分割： 例：比如我们要试制一种新型材料，需要加入某一种原料增强其强度，这就有加入多少的问题，加多了不行，加少了也不行，只有完全合适才行。我们估出每吨加入量在1克至1000克之间。 通常的方法是取区间的中点(即500克)作试验。然后将试验结果分别与1克和1000克时的实验结果作比较，从中选取强度较高的两点作为新的区间，再取新区间的中点做试验，再比较端点，依次下去，直到取得最理想的结果。这种实验法称为对分法。 但对分法并不是最快的实验方法，如果采用黄金分割法，那么实验的次数将大大减少。实践证明，对于一个因素的问题，用“0.618法”做16次试验就可以完成“对分法”做2500次试验所达到的效果。 多因素试验 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。试验方法有析因设计，分割试验设计，简单比较，全面实验，正交试验，均匀实验 正交试验设计法 1、正交试验设计法与全面试验法相比减少了试验次数，但 不影响试验结果； 2、正交试验设计法虽然是一种部分试验法，但对试验中的 任一个因素来说都是带有等重复的全面性试验（对混合水平 的正交表除外）； 3、能够确定哪些因素是主要的，哪些因素是次要的（通过 正交表对试验数据分析来实现）； 4、能够确定每个因素取哪个水平对试验指标好，从而确定 其最佳搭配（通过正交表对试验数据进行统计分析实现）； 5、便于处理交互作用。 例：为提高某化工产品的转化率，选择了三个有关的因素进行条件试验，反应温度（A），反应时间（B），用碱量（C），并确定了它们的试验范围： A：80-90℃ B：90-150Min C：5-7% 试验目的是搞清楚因素A、B、C对转化率的影响，哪些是主要因素，哪些是次要因素，从而确定最优生产条件，即温度