塑料助剂与配方(第一章)
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12
多变量配方设计方法
正交设计法－－用数理统计原理进行科 学地安排与分析多因素变量的一种试验 方法
中心复合试验设计法－－用数学回归法 分析多因素变量的一种试验方法
13
正交设计法
概述
–应用数理统计原理科学地安排与分析多因 素变量的一种试验方法
正交设计表的组成 常用的正交表 正交设计举例：
18
三水平 L9(34) 正交表
19
四水平 L16(45) 正交表
20
正交设计试验结果分析法
正交设计实验结果分析法 一个最佳的配方可能在所做的实验中，也可能不在其中， 这就需要对实验结果进行分析处理而找出最佳配方。
实验分析可以解决如下三个方面的问题： 1.对指标的影响，哪个因素主要，哪个因素次要，分清 主次关系； 2.各个因素以哪个水平为最好； 3.各个因素用什么样的水平组合起来，指标值最好。 常用的分析方法有两种，即直观分析法和方差分析法．
氯化石蜡
12
Sb2O3/ZnO(2/1)
4
9
实际重量表示法
例如 废PS颗粒 水泥 膨胀珍珠岩
20～50 kg 188～220 kg
～100 g
10
重量和体积混合表示法
例：PP天蓝色配方
PP
100 kg
群青
15 g
酞青绿GN
Hale Waihona Puke Baidu
5g
DOP
100 ml
11
单变量配方设计方法
爬山法（逐步提高法） 黄金分割法(0.618法） 平分法（0.5法） 分批试验法
14
正交设计表的组成
典型的正交表 LM(bK) L 正交表的符号 K 因素（变量的数目） b 水平 M 试验次数 M＝K+1（对于二水平） M=b(k-1) (对于多水平）
二水平：L4(23), L8(27), L12(211)等 三水平：L6(33), L9(37), L18(37) 四水平：L16(45) 等
塑料助剂与配方
曹新鑫 材料科学与工程学院
1
配方设计的意义
宗旨: 满足用户的使用要求 目的: 1. 改善加工性能(如:PVC、LLDPE、PPO) 2. 改善树脂的内在性能 3. 降低成本
2
改善树脂的内在性能
阻燃性
抗静电性
导电性
阻隔性
降解性
防老化性
耐热性
耐磨性
外观
增强改性
增韧改性
发泡
3
降低成本
1. 发泡法 foam 2. 填充法 fill 3. 夹层法 sandiwitch
实验次数——M=K+1＝3+1＝4次。 正交表——选L4(23)，具体排布如表1-l所示。
24
正交设计举例
热固性塑料压制成型配方及工艺条件的确定
因素 模板温度/度 交联时间/秒 交联剂用量/份
一水平
180
60
0.5
二水平
200
80
1.0
试验次数 M=K+1＝3＋1＝4
正交表 L4(23)
25
二水平 L4(23) 正交表
比例表示法 –树脂和各助剂的比例
实际重量表示法 –树脂和各助剂的实际重量
重量和体积混合表示法 –树脂和各助剂的实际重量和体积
6
份数（PHR）表示法
PVC配方例：
PVC
100
DOP
40
三碱式硫酸铅 3
二碱式硫酸铅 2
BaSt
1.5
PbSt
0.5
HSt
1
7
百分数（％）表示法
PVC配方例：
PVC
4
配方设计的原则
根据制品的用途 助剂与树脂的相容性 助剂对加工条件的适应性 加工方法（成型设备及工艺条件）
可行性 原料的来源与成本 制品的透明度 卫生性
5
配方的量化表示方法
份数（PHR）表示法 –相对100份树脂，助剂的重量填加比例
百分数（％）表示法 –以树脂和各种助剂的总和为100％，树脂和各助剂的 重量百分数
1（180） 1（180） 2（200） 2（200）
175 115 87.5 57.5 30
交联时间
1(60) 2(80) 1(80) 2(80) 135 155 67.5 77.5
10
交联剂 用量 1(0.5) 2(1.0) 2(1.0) 1(0.5) 160 130 80 65 15
硬度合格 率 90 85 45 70
22
方差分析法
这是一种精确的计算方法，结果精确，但 手段繁杂。
其方法为通过偏差的平方和及自由度等一 系列计算，将因素和水平变化引起实验结果间 的差异与误差的波动区分开来，这样来分析正 交实验的结果，对下一步实验或投入生产的可 靠性很大。
23
正交设计法举例
[例一]热固性塑料压制成型配方及工艺条件的确定。 (1)设计正交表 指标———硬度合格率； 因素——模板温度、交联时间及交联剂用量三因素K=3。 水平一每个因素取二水平b=2，见表l—6 表1—6因素和水平表
21
直观分析法
计算每个水平几次实验取得指标的平均值，进行比 较，找出每个因素的最佳水平，几个因素的最佳水 平组合起来，即为最佳配方或工艺条件，另外，计 算每个因素 不同水平所取得不同指标值差，何种因素不同水平 之间指标差大，即为对指标最有影响的因素
具体方法参见下面实例[例一]及实例[例二] 直观分析法直观、简便，但不能区分因素与水平 的作用差异
15
二水平 L4(23) 正交表
列号
试验号
1
2
1
1
1
2
1
2
3
2
1
4
2
2
3 1 2 2 1
16
二水平 L8(27) 正交表
列号 试验号
1234567
1
1111111
2
1112222
3
1221122
4
1222211
5
2121212
6
2122121
7
2211221
8
2212112
17
二水平 L12(211) 正交表
27
试验结果分析
由上分析得出，A1；B2；C1
28
正交设计法举例PVC
[例二]PVC复合板配方正交设计 本配方的组分为；聚氯乙烯(PVC)，邻苯二甲酸二辛酯 (BOP)、三碱式硫酸铅、石蜡、硬脂酸、氯化聚乙烯 (CPE)及赤泥等 (1)设计正交表 指标——冲击强度、弯曲强度、布氏硬度。 因素--PVC，DOP、硬脂酸不变，分别为100，5，O.4 将三碱式硫霞铅(即三盐)、石蜡、CPE，赤泥定为四个 因素，即K=4 水平——每个因素定三个水平，即b=3，见表1—8所示
100/148
DOP
40/148
三碱式硫酸铅 3/148
二碱式硫酸铅 2/148
BaSt
1.5/148
PbSt
0.5/148
HSt
1/148
67.5% 27% 2% 1.4% 1% 0.3% 0.8%
8
比例表示法
例：卤素阻燃剂／磷系阻燃剂＝3／2
PVC阻燃配方
PVC
100
DOP
25
三碱式硫酸铅／二碱式硫酸铅＝3／2 12
试验号
1 2 3 4
1(A) 1(180) 1(180) 2(200) 2(200)
列号 2(B) 1(60) 2(80) 1(60) 2(80)
3(C) 1(0.5) 2(1.0) 2(1.0) 1(0.5)
26
正交设计法举例
试验号
1 2 3 4 Ⅰj Ⅱj Ⅰj(均值） Ⅱj(均值） 极差
模板温度
多变量配方设计方法
正交设计法－－用数理统计原理进行科 学地安排与分析多因素变量的一种试验 方法
中心复合试验设计法－－用数学回归法 分析多因素变量的一种试验方法
13
正交设计法
概述
–应用数理统计原理科学地安排与分析多因 素变量的一种试验方法
正交设计表的组成 常用的正交表 正交设计举例：
18
三水平 L9(34) 正交表
19
四水平 L16(45) 正交表
20
正交设计试验结果分析法
正交设计实验结果分析法 一个最佳的配方可能在所做的实验中，也可能不在其中， 这就需要对实验结果进行分析处理而找出最佳配方。
实验分析可以解决如下三个方面的问题： 1.对指标的影响，哪个因素主要，哪个因素次要，分清 主次关系； 2.各个因素以哪个水平为最好； 3.各个因素用什么样的水平组合起来，指标值最好。 常用的分析方法有两种，即直观分析法和方差分析法．
氯化石蜡
12
Sb2O3/ZnO(2/1)
4
9
实际重量表示法
例如 废PS颗粒 水泥 膨胀珍珠岩
20～50 kg 188～220 kg
～100 g
10
重量和体积混合表示法
例：PP天蓝色配方
PP
100 kg
群青
15 g
酞青绿GN
Hale Waihona Puke Baidu
5g
DOP
100 ml
11
单变量配方设计方法
爬山法（逐步提高法） 黄金分割法(0.618法） 平分法（0.5法） 分批试验法
14
正交设计表的组成
典型的正交表 LM(bK) L 正交表的符号 K 因素（变量的数目） b 水平 M 试验次数 M＝K+1（对于二水平） M=b(k-1) (对于多水平）
二水平：L4(23), L8(27), L12(211)等 三水平：L6(33), L9(37), L18(37) 四水平：L16(45) 等
塑料助剂与配方
曹新鑫 材料科学与工程学院
1
配方设计的意义
宗旨: 满足用户的使用要求 目的: 1. 改善加工性能(如:PVC、LLDPE、PPO) 2. 改善树脂的内在性能 3. 降低成本
2
改善树脂的内在性能
阻燃性
抗静电性
导电性
阻隔性
降解性
防老化性
耐热性
耐磨性
外观
增强改性
增韧改性
发泡
3
降低成本
1. 发泡法 foam 2. 填充法 fill 3. 夹层法 sandiwitch
实验次数——M=K+1＝3+1＝4次。 正交表——选L4(23)，具体排布如表1-l所示。
24
正交设计举例
热固性塑料压制成型配方及工艺条件的确定
因素 模板温度/度 交联时间/秒 交联剂用量/份
一水平
180
60
0.5
二水平
200
80
1.0
试验次数 M=K+1＝3＋1＝4
正交表 L4(23)
25
二水平 L4(23) 正交表
比例表示法 –树脂和各助剂的比例
实际重量表示法 –树脂和各助剂的实际重量
重量和体积混合表示法 –树脂和各助剂的实际重量和体积
6
份数（PHR）表示法
PVC配方例：
PVC
100
DOP
40
三碱式硫酸铅 3
二碱式硫酸铅 2
BaSt
1.5
PbSt
0.5
HSt
1
7
百分数（％）表示法
PVC配方例：
PVC
4
配方设计的原则
根据制品的用途 助剂与树脂的相容性 助剂对加工条件的适应性 加工方法（成型设备及工艺条件）
可行性 原料的来源与成本 制品的透明度 卫生性
5
配方的量化表示方法
份数（PHR）表示法 –相对100份树脂，助剂的重量填加比例
百分数（％）表示法 –以树脂和各种助剂的总和为100％，树脂和各助剂的 重量百分数
1（180） 1（180） 2（200） 2（200）
175 115 87.5 57.5 30
交联时间
1(60) 2(80) 1(80) 2(80) 135 155 67.5 77.5
10
交联剂 用量 1(0.5) 2(1.0) 2(1.0) 1(0.5) 160 130 80 65 15
硬度合格 率 90 85 45 70
22
方差分析法
这是一种精确的计算方法，结果精确，但 手段繁杂。
其方法为通过偏差的平方和及自由度等一 系列计算，将因素和水平变化引起实验结果间 的差异与误差的波动区分开来，这样来分析正 交实验的结果，对下一步实验或投入生产的可 靠性很大。
23
正交设计法举例
[例一]热固性塑料压制成型配方及工艺条件的确定。 (1)设计正交表 指标———硬度合格率； 因素——模板温度、交联时间及交联剂用量三因素K=3。 水平一每个因素取二水平b=2，见表l—6 表1—6因素和水平表
21
直观分析法
计算每个水平几次实验取得指标的平均值，进行比 较，找出每个因素的最佳水平，几个因素的最佳水 平组合起来，即为最佳配方或工艺条件，另外，计 算每个因素 不同水平所取得不同指标值差，何种因素不同水平 之间指标差大，即为对指标最有影响的因素
具体方法参见下面实例[例一]及实例[例二] 直观分析法直观、简便，但不能区分因素与水平 的作用差异
15
二水平 L4(23) 正交表
列号
试验号
1
2
1
1
1
2
1
2
3
2
1
4
2
2
3 1 2 2 1
16
二水平 L8(27) 正交表
列号 试验号
1234567
1
1111111
2
1112222
3
1221122
4
1222211
5
2121212
6
2122121
7
2211221
8
2212112
17
二水平 L12(211) 正交表
27
试验结果分析
由上分析得出，A1；B2；C1
28
正交设计法举例PVC
[例二]PVC复合板配方正交设计 本配方的组分为；聚氯乙烯(PVC)，邻苯二甲酸二辛酯 (BOP)、三碱式硫酸铅、石蜡、硬脂酸、氯化聚乙烯 (CPE)及赤泥等 (1)设计正交表 指标——冲击强度、弯曲强度、布氏硬度。 因素--PVC，DOP、硬脂酸不变，分别为100，5，O.4 将三碱式硫霞铅(即三盐)、石蜡、CPE，赤泥定为四个 因素，即K=4 水平——每个因素定三个水平，即b=3，见表1—8所示
100/148
DOP
40/148
三碱式硫酸铅 3/148
二碱式硫酸铅 2/148
BaSt
1.5/148
PbSt
0.5/148
HSt
1/148
67.5% 27% 2% 1.4% 1% 0.3% 0.8%
8
比例表示法
例：卤素阻燃剂／磷系阻燃剂＝3／2
PVC阻燃配方
PVC
100
DOP
25
三碱式硫酸铅／二碱式硫酸铅＝3／2 12
试验号
1 2 3 4
1(A) 1(180) 1(180) 2(200) 2(200)
列号 2(B) 1(60) 2(80) 1(60) 2(80)
3(C) 1(0.5) 2(1.0) 2(1.0) 1(0.5)
26
正交设计法举例
试验号
1 2 3 4 Ⅰj Ⅱj Ⅰj(均值） Ⅱj(均值） 极差
模板温度