响应曲面法优化加工工艺改善木塑复合材料抗老化性能

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1、王林娜，等：响应曲面法优化加工工艺改善木塑复合材料抗老化性能33响应曲面法优化加工工艺改善木塑复合材料抗老化性能术王林娜薛平(北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所，北京100029)摘要采用单因素实验法和响应曲面法对木塑复合材料(WPC)的注塑工艺进行了研究。建立了以WPC老化表面色变程度(△E)为目标函数的二次多项数学模型，探讨了主要因素的影响效应及其交互作用，研究获得最佳的注塑工艺为机筒温度145~C、注塑压力65MPa、注射速度89mm／s。此时△值为0．99，这一优化值比优化前的△最小值1．45降低了32％。关键词响应曲面法木塑复合材料老化性能加工工艺当木塑复合材料(

2、WPC)长期用于户外时，性能分光光度测色仪：Colori5型，美国爱色丽公司；会严重降低并使其使用受到限制。为了提高WPC氙灯加速老化箱：自制，设备简介及结构见文献的抗老化性能，延长其贮存和使用寿命，除了通常采[3]。用的添加光稳定剂之外，加工工艺的控制与改进也1．3试样制备是改善WPC抗老化性能的重要措施之一。如加工将木粉在100~C下干燥24h，并与LDPE及其它方式、加工温度、成型压力、冷却速度、材料受机械力加工助剂通过高速混合机混合均匀，然后将共混料的方向及大小等都会对制品的抗老化性能带来不同用平行双螺杆造粒机造粒，再将粒料用注塑机注射程度的影响¨。笔者通过单因素法和

3、响应曲面法成型为标准试样。设计了实验，优化加工工艺以改善WPC的抗老化性1．4性能测试能。将试样放入自制的氙灯加速老化箱进行人工加响应曲面法是一种优化工艺过程的统计学实验速老化实验，模拟阳光和雨水对制品的加速老化。设计，采用该法建立连续变量曲面模型，对影响工艺采用光照+18min／102min(喷淋时间／不喷淋时过程的因子及其交互作用进行评价，确定最佳水平间)的老化周期J，老化时间为48h，共24个周期。范围。设计合理的实验得到一定数据，再采用多元利用分光光度测色仪对老化前后试样的颜色变二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关化进行测试，每个试样不同位置测试5次，取平均系，

4、并通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数，值。该测色仪使用L、。、b表色系统，表面颜色变化从而解决多变量问题。可用色变程度(zlE)来表征，其计算公式见文献1实验部分[5]。1．1主要原材料2结果与讨论低密度聚乙烯(LDPE)：1I2A，北京燕山石化公2．1单因素实验司；以机筒温度、注塑压力、冷却时间、注射速度为木粉：180m，北京恒通创新木塑科技发展有考察因素，ZlE为指标进行WPC注塑工艺的单因素限公司；实验。加工助剂：市售。，(1)机筒温度对AE的影响1．2主要设备、仪器保持注塑压力100MPa、注射速度70mm／s、冷电热恒温鼓风干燥箱：SFG一02．400型，黄石市

5、却时间20S不变，分析机筒温度对△E的影响，结果恒丰医疗器械有限公司；如图1所示。由图1可以看出，随着机筒温度的升高速混合机：SHR一50A型，张家港市三兴江帆高，AE先减小后增大，当机简温度为140~C时，试样机械厂；的△E最小。这主要是由于机筒温度较高时，LDPE平行双螺杆造粒机：KS一20型，昆山科信橡塑流动较好，表层的LDPE可以将木粉颗粒很好地包机械有限公司；2009年北京市教委共建项目注塑机：PT一130型，力劲集团；收稿日期：2010．0521工程塑料应用2010年，第38卷，第7期由图3可以看出，随着注射速度的增加，AE逐渐减小，当注射速度为80mm／s时，试

6、样的AE最小。这主要是由于注射速度慢时，会延长熔体的充模时间，降低进入模具的熔体温度而影响熔体流动性，使得制品表面木粉含量增多，加速WPC老化后表面褪色现象。(4)冷却时间对AE的影响保持机筒温度140cc、注塑压力100MPa、注射图1机筒温度对△E的影响速度80mrn／s不变，分析冷却时间对AE的影响，结裹起来，减小WPC的表面亲水性，延缓木粉的光降果如图4所示。解，从而缓解WPC老化后的表面褪色现象。但是机筒温度过高时，会使得LDPE在加工过程中发生热降解，从而影响其抗老化性能。(2)注塑压力对△E的影响保持机筒温度140~C、注射速度70mm／s、冷却时间20S不变，

7、分析注塑压力对AE的影响，结果如图2所示。图4冷却时I司对△E的影响由图4可以看出，随着冷却时间的增加，△E在一定范围内波动，即冷却时间对△E的影响较小。据前人研究可知，冷却时间为20s时，WPC注塑制品的表观性能和力学性能较好J。结合笔者的实验结果，将WPC注射成型的冷却时间设置为20S。2．2响应曲面法优化WPC的注射成型工艺图2注塑压力对△E的影响(1)因素及水平的选取由图2可以看出，随着注塑压力的增大，AE逐由单因素实验结果可知，机筒温度、注塑压力、渐增大。当注塑压力为100MPa时，试样的△E