Obecnie wszelkie innowacje techniczne, które przynoszą zyski, powstają w dużej mierze na podstawie badań naukowych. Z kolei badania naukowe to, w dużym uproszczeniu, teoria i eksperyment, przy czym koszty eksperymentów są niewspółmiernie duże w porównaniu z pracami teoretycznymi. Aby możliwie szybko i tanio uzyskać niezbędną doświadczalną informację naukową, należy posłużyć się teorią eksperymentu.
Badania doświadczalne odnoszące się do konkretnych procesów i układów rzeczywistych z różnych dziedzin, np. techniki, można określić jednym uniwersalnym pojęciem – tzw. obiektu badań. W przypadku procesu otrzymywania nowych materiałów to właśnie taki materiał będzie stanowił obiekt badań, który charakteryzują wielkości wejściowe (surowce i technologie) i wyjściowe (materiał budowlany o pożądanych właściwościach) [2]. Prawidłowy przebieg doboru parametrów procesu otrzymywania produktu warunkuje znalezienie zbioru warunków i wartości wielkości wejściowych, które umożliwiają uzyskanie wyrobu najbardziej pożądanego w sensie jego charakterystyk, czyli wielkości wyjściowych. Należy zatem dobrać odpowiednie wartości dla tych wielkości wejściowych, które mają istotny wpływ na właściwości powstającego produktu, a następnie opisać ten związek ilościowo poprzez wyznaczenie odpowiedniego modelu, który najczęściej przyjmuje postać równania. Kolejnym krokiem jest znalezienie takich wartości wielkości wejściowych, które zapewnią uzyskanie najbardziej pożądanych, łatwo dających się aproksymować wartości wielkości wyjściowych.
Aby uzyskać jak najpełniejszą informację dotyczącą czynników wpływających na proces otrzymywania nowego materiału, najlepiej byłoby dokonać pomiarów dla każdej możliwej, doświadczalnie uzasadnionej kombinacji wartości wielkości wejściowych. W praktyce nie jest to jednak prawie nigdy możliwe ze względu na wysokie koszty i czasochłonność takiego rozwiązania. Pomiary przeprowadzone w odniesieniu do zbyt małej liczby próbek mogą z kolei uniemożliwić dopasowanie odpowiedniego modelu.
Dobór parametrów modelu jest procesem złożonym obliczeniowo. Znajdujący się w programie Statistica moduł „Planowanie doświadczeń” wspomaga komputerowo praktyczne zastosowanie teorii eksperymentu. Program ma również narzędzia potrzebne do analizy wyników uzyskanych w trakcie praktycznej realizacji zaplanowanego doświadczenia [3].
Artykuł przedstawia procedury umożliwiające poprawny dobór planu eksperymentu oraz analizę wyników dotyczących zapraw epoksydowych modyfikowanych glikolizatami odpadowego poli(tereftalanu etylenowego) (PET).
Opis analizowanego procesu
Przed przystąpieniem do badań procesu otrzymywania nowych zapraw zapoznano się z opisanymi w literaturze pozytywnymi rezultatami modyfikacji zapraw. Stwierdzono, że udało się uzyskać polepszenie ich właściwości, m.in. przy użyciu takich odpadów, jak: tworzywa ABS (kopolimer akrylonitryl- butadien-styren) [4], pianka poliuretanowa [5], polistyren ekspandowany i polistyren [6-9], wykładziny dywanowe zawierające poliamid i polipropylen [9], polietylen o małej i dużej gęstości oraz poli(chlorek winylu) [11], opony, włókna z opon, proszek ze zmielonych kabli elektrycznych i sproszkowanej gumy [12, 13], a także żywice melaminowo-formaldehydowe [14, 15].
Analiza dostępnej literatury wykazała, że szczególną uwagę warto poświęcić zaprawom modyfikowanym odpadami poli(tereftalanu etylenu). Ten materiał odpadowy jest bardzo popularnym tworzywem stosowanym do produkcji opakowań, których czas życia jest wyjątkowo krótki i bardzo szybko stają się one odpadem charakteryzującym się dużą objętością. Przeprowadzone badania wstępne pokazały, że częściowe zastąpienie żywicy epoksydowej w zaprawach żywicznych przez glikolizat poli(tereftalanu etylenowego) skutkuje istotnym polepszeniem wybranych właściwości fizykomechanicznych oraz odporności chemicznej tych zapraw w porównaniu z zaprawami niemodyfikowanymi [16, 17]. Pozytywne rezultaty przeprowadzonych badań skłoniły do podjęcia dalszych prac związanych z tego typu modyfikacją zapraw polimerowych. Zaprawy żywiczne wykonano z zastosowaniem żywicy epoksydowej Epidian 5, utwardzacza Z-1, piasku normowego o uziarnieniu 0–2 mm oraz glikolizatu poli(tereftalanu etylenu). Do wykonania próbek zastosowano 5 różnych rodzajów glikolizatów odpadowego PET oznaczonych kolejno symbolami: S1, S2, S3, S4 oraz S5.
Przed przystąpieniem do badań opracowano szczegółowy plan eksperymentów.
Planowanie eksperymentu
Celem badań eksperymentalnych było doświadczalne wyznaczenie funkcji opisującej wpływ parametrów wejściowych sterujących procesem wytwarzania (Xk) na jakość wyrobu określoną za pomocą wielkości wyjściowych (z). Nie sugerowano postaci funkcji, lecz oczekiwano jej adekwatności do wyników badań eksperymentalnych przy założeniu poziomu istotności α = 0,05 (tzw. współczynniku ufności 95%).
