107生胶加水量与黏度之间的拟合计算_杨庆杨.pdf

质量与检测34|2023年04月0 引言目前国内各行业对有机硅新材料的消费比重越来越突出。其中硅酮密封胶是很重要的一项材料，此种材料性能优良，应用范围广泛，而 107 胶生胶则是制备此种材料的主要原料之一。107 胶生胶最主要的性能指标之一是黏度，尤其是在 107 胶生胶的实际生产过程中，黏度更是判断产品是否合格的重要指标。107 胶生胶制备过程一般可分为脱水、聚合、降解、中和、脱低重要步骤。其中聚合和降解两个步骤是控制黏度指标的两个核心步骤，通常在实际生产中确定相应的工艺操作条件参数来制备各种所需黏度的107 胶。加水量是控制 107 胶黏度的一个重要参数，当需要更换不同黏度 107 胶，尤其是低黏度要求时，加水量的控制量多少对黏度改变具有决定性作用。如果能找出加水量与黏度之间的拟合数学模型，当生产需要时可根据模型进行计算，在一定程度下能节省时间，提高生产效率。目前，国内外研究者有类似数据拟合的研究，对有机硅 107 胶聚合过程中在线黏度与实验室测黏度进行数据拟合，两者之间存在线性关系，利用此关系式可以直接用在线黏度指导生产，方便快捷又准确。本文就加水量与黏度之间的关系进行数据拟合，如果拟合效果不好，需要结合其他工艺参数再进行拟合，拟合利用 origin 软件1，此软件具有多种拟合方式，可提供各种数据模型，功能强大，方便快捷。1 曲线拟合简介当面对工程实际中需要确定相应工艺参数时，常常想要寻找参数与实际产品指标之间存在的某种数学关系，如果能找到存在的关系对实际工程生产中有很大的支撑作用，结合平常的科学实验研究时经常通过数学分析来找到内在变化的定量关系，也可以根据相应的数据分析来达到工程实际中所求的目标。根据所获取的数据(xi,yi)(i=1,2,3n)，之后再通过构造方程组 y=f(x)，并用 y=()x对其进行相应近似表示2。利用 y=f(x)的一条近似曲线 y=()x逼近其所有的原有数据点(xi,yi)，但是近似曲线不一定必须通过所有的数据点，最终要求达到拟合误差最小的目的即可。而 y=()x就是研究过程中最终得到的曲线拟合的方程式，也是研究想要的数据之间的内在变化的定量关系。107 生胶加水量与黏度之间的拟合计算杨庆杨1,2，李佳欣1,2，付荣启1,2(1.唐山三友硅业有限责任公司，河北 唐山 063200；2.河北省有机硅新材料技术创新中心，河北 唐山 063200)摘要：107 胶生胶制备过程中加水量的多少能够对其黏度具有一定的控制能力，尤其是涉及到实际生产中的转产问题。利用实际生产中加水量与黏度数据进行拟合计算，寻找两者之间最为接近的数据模型，对 107 生胶转产具有指导意义。关键词：加水量；黏度；拟合计算中国分类号：TQ530.51 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)12-0034-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.12.010Fitting Calculation between Water Addition and Viscosity of 107 Raw RubberYANG Qing-yang1,2,LI Jia-xin1,2,FU Rong-qi1,2(1.Tangshan Sanyou Silicon Industry Co.,Ltd.,Tangshan 063200,China;2.Hebei Innovation Center of Silicone New Material Technology,Tangshan 063200,China)Abstract:The amount of water added in the preparation process of colloidal rubber can control its viscosity to a certain extent,especially when it comes to the problem of production transfer in actual production.The fitting calculation was carried out by using the data of additive water and viscosity in actual production,and the closest data model between them was found,which has guiding significance for the conversion of 107 raw allie.Keywords:water addition;viscosity;fitting calculation2023年04月|35曲线拟合的方式很多，本文利用 origin 软件中的拟合曲线方程进行数据拟合，利用此软件进行数据拟合时优点居多，它可以屏蔽某些偏差较大的数据点以降低曲线的偏差，得到更为准确的结果，并且方便快捷。主要考虑的拟合方式有三种：第一种是线性拟合，此种拟合方式是将所获取到的数据构造成一个y=ax+b 的线性方程进行拟合；第二种是非线性拟合，非线性拟合方式有双曲线拟合(1/y=a+b/x)，幂函数拟合(y=axb)，指数拟合(=bxy ae)等等；第三种是曲面拟合，此种拟合方式是构造函数 Z=f(x,y)来进行相关数据拟合。这三种拟合曲线的拟合效果主要以相关系数来判断，在 origin 软件中，最终拟合出来的相关系数越接近于 1，说明此种模型下的拟合效果越好。一般情况下，当相关系数的值 0.99 时，此种曲线拟合的方程可以考虑使用。2 107 胶生胶生产工艺说明107 胶生胶的生产，包含 6 个单元：计量单元、脱水单元、聚合单元、降解单元、脱低单元、出胶单元。107 胶生胶生产所采用的原材料为硅氧烷混合环体。经净化后将计量好的 DMC 送入到聚合釜内，在釜内进行升温脱水后加入催化剂进行催化聚合。当聚合到一定程度后加入降解水进行降解，降解完成后加入中和剂进行中和，中和完成后利用泵将物料送至预热器进行预热，预热后进入蒸发器进行脱低，脱低后的物料输送至脱低胶受器，经分析后的 107 胶生胶由泵打入到拼混釜。如果黏度合格，可直接进行包装，不合格时需要进行拼混。3 拟合过程3.1 线性拟合过程线性拟合3是数据拟合中基础的一种拟合方式，此种拟合方式建模速度快，不需要很复杂的计算。所以首先考虑此种拟合方式对加水量与黏度之间进行数据拟合，拟合过程中数据的选取是选择一段时间内的生产数据，要求其他工艺条件保持一致，只有加水量数据不同。将收集到的数据利用 0rigin 软件进行线性拟合。得到如图 1 所示的拟合关系图，得到两者之间的拟合关系式为：产品黏度=144 877.971 77-135.864 99加水量。相关系数为 0.950 12。从拟合的关系图中可以看出，加水量与产品黏度之间是存在一个负相关的拟合关系，也就是说随着加水量的增加，产品黏度呈现一个下降的趋势，这与生产中的实际情况也是相互对应上的。而且从图 1 中可以看出，有一些数据是与模型分离度比较严重的并将此关系式反推，当加水量为480 g 时，计算出的产品黏度为 79 662 mPas。但实际生产出的产品黏度在 73 170 mPas，偏差较大，且从相关系数的大小也可以看出此种拟合方式不太适用。图1 线性拟合关系图3.2 非线性拟合过程通过上述研究可知，线性拟合对加水量和产品黏度之间的拟合关系研究不太适用，继续对上述数据进行非线性拟合。在 origin 软件中选取合适的非线性拟合模型，发现 Exponential 模型中的 Exp3P2 模型与数据之间的拟合程度最相似，所以利用此模型进行拟合，得到如图 2 所示的拟合关系图。两者之间的拟合关系 式为：产品黏度=e(11.863 7-0.000 590 08加水量-0.000 001 307 63加水量2)。相关系数为 0.951 745。将非线性拟合的结果反推，当加水量为 480 g，计算出的产品黏度为 79 156 mPas，与生产实际中偏差太大，不宜使用此种数学模型。3.3 曲面拟合对生产数据进行线性与非线性拟合之后发现这两种数学模型都不适用于寻找加水量与产品黏度之间的拟合关系，并且从这两种拟合图 1 和图 2 中可以看出加水量与产品黏度的拟合关系相似。为了进一步进行数据拟合，需要考虑增添新的数据来进行拟合，107 胶产品黏度控制的主要生产步骤为聚合过程，聚合时间的长短也是影响产品黏度的主要因素。为了更加准确地寻找加水量与产品黏度之间的关系，对产品黏度、加水量、聚合时间进行拟合，这三者之间的质量与检测36|2023年04月拟合方式一般则需要进行曲面拟合。通过使用 origin软件进行相关数据拟合，发现 Poly2D 模型拟合程度较高，相关拟合关系图如图 3 所示。三者之间的拟合关系式为：产品黏度=177 337.615 69-266.015 17 加水量+11 275.410 64聚合时间+0.116 38加水量2-7 190.225 63聚合时间2-1.107 83加水量聚合时间。相关系数为 0.999。从相关系数大小来看，数值超过了 0.99 并且及其接近于 1。所以此种模型较为合适。120 000100 00080 00060 00040 00020 0002004006008000.51.01.52.0聚合时间/h产品黏度/(mPa s)图3 多项式拟合关系图4 数据验证通过相关拟合模型的寻找，拟合出一种加水量、聚合时间与 107 胶生胶产品黏度之间的一个数据模型，将此模型下的数据与生产数据相对比，得到如表1 所示的结果。从表 1 的数据可以看出，利用此种模型对加水量、聚合时间、产品黏度之间的关系进行拟合，得出的拟合数据与实际数据接近，且拟合出来的数据都比实际数据偏大。表1 拟合数据与实际数据对比表加水量/g聚合时间/h实际黏度/(mPa s)拟合黏度/(mPa s)拟合数据与实际数据偏差4001.688 34988 477.015 90-298.969 862 74301.386 65686 357.030 14-354.141 628 34701.081 50381 583.332 70-575.308 809 24601.282 73782 161.691 19-433.921 149 24501.284 21083 776.078 85-298.969 862 75 结语在 107 胶生胶的生产制备过程中，聚合与降解过程是控制产品黏度最主要的两个步骤。将降解和聚合过程中最主要的两个参数(加水量与聚合时间)与产品黏度之间进行数据拟合，寻找三者之间的关系。利用 origin 拟合软件进行拟合，得到的拟合数据模型为：产品黏度=177 337.615 69-266.015 17加水量+11 275.410 64聚合时间+0.116 38 加水量2-7 190.225 63聚合时间2-1.107 83 加水量聚合时间，相关系数为 0.999。此数据模型对生产实际具有一定的指导意见，但生产实际中不确定因素居多，拟合数据模型的应用必须要与生产实际相结合，如有需要时，可先考虑利用数据模型进行计算得到的数据并结合生产实际需要考虑的因素进行判断，进而得到有利的数据。参考文献：1 陈旭红.用Origin 软件的线性拟合和非线性曲线拟合功能处理实验数据J.江苏技术师范学院学报,2006(06):85-89.2 陈韦名.曲线拟合原理及其应用研究D.长沙:长沙理工大学,2018.3 张桂铭.聚氨酯型高折射率光学数值TTT-图及固化成型研究D.上海:东华大学,2021.图2 非线性拟合关系图