【PSM生物基塑料作為基體及木材作為增強(qiáng)體的復(fù)合木塑板材性能研究9600字（論文）】

PSM生物基塑料作為基體及木材作為增強(qiáng)體的復(fù)合木塑板材性能研究目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 摘要采用PSM生物基塑料作為基體，木材作為增強(qiáng)體，兩者復(fù)合制取木塑板材。先將木粉進(jìn)行干燥，和硅烷偶聯(lián)劑混合均勻后與PSM以一定比例混煉，待其冷卻后粉碎成粒狀，經(jīng)鋪裝熱壓制成木粉/PSM復(fù)合板。采用正交試驗(yàn)，對(duì)木材/PSM復(fù)合板生產(chǎn)工藝進(jìn)行初步探究，探究了木粉含量（10%-30%）、硅烷偶聯(lián)劑用量（1%-5%）和熱壓時(shí)間（5min-7min）對(duì)產(chǎn)品性能的影響，優(yōu)化了復(fù)合工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明：木粉含量對(duì)木粉/PSM復(fù)合板的彈性模量（MOE）和吸水厚度膨脹率（TS）的影響都較為顯著；偶聯(lián)劑用量對(duì)復(fù)合板的靜曲強(qiáng)度（MOR）的影響是顯著的，對(duì)吸水厚度膨脹率（TS）有影響；熱壓時(shí)間對(duì)復(fù)合板的靜曲強(qiáng)度（MOR）、彈性模量（MOE）和吸水厚度膨脹率（TS）的影響均很小。在此基礎(chǔ)上得出了最佳的工藝參數(shù)為木粉含量30%、硅烷偶聯(lián)劑用量5%、熱壓時(shí)間6min。其對(duì)應(yīng)試驗(yàn)的復(fù)合板性能為靜曲強(qiáng)度10.5MPa、彈性模量2780MPa、吸水厚度膨脹率3.76%。關(guān)鍵詞：木粉;PSM;木塑復(fù)合材料;正交試驗(yàn);力學(xué)性能緒論我國(guó)工業(yè)一直保持著高速高質(zhì)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)民的物質(zhì)、精神生活水平也在逐步提高，人民在以原木為原料的產(chǎn)品方面的需求越來(lái)越高。但是，我國(guó)森林資源越來(lái)越少，面臨窮乏，天然森林資源嚴(yán)重不足，所以解決這份矛盾最好的方法就是找到一種能取代天然原木的材料。目前已經(jīng)較為成熟的技術(shù)就有各種木塑復(fù)合材料，但是鑒于傳統(tǒng)塑料對(duì)環(huán)境具有嚴(yán)重的污染，從資源有效利用、經(jīng)濟(jì)性等角度看，目前有一種新型生物基塑料-PSM，具有完全綠色可降解、材料來(lái)源廣、制造成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可以嘗試用這種塑料代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料用以生產(chǎn)木塑復(fù)合材料。本課題就對(duì)木材和PSM塑料的復(fù)合工藝進(jìn)行了初步的探究。木塑復(fù)合材料概述木塑復(fù)合材料是一種新型復(fù)合材料。它是通過(guò)木纖維或植物纖維填充改性的熱塑性塑料進(jìn)行擠出、壓制或注射成型成板材和其他制品，以用來(lái)代替木材和塑料。木塑復(fù)合材料既具備木材在加工性能方面的優(yōu)點(diǎn)，又具備木材沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)——耐用性，并且木塑復(fù)合材料是一種可循環(huán)使用、原料價(jià)格低廉和對(duì)環(huán)境污染少的全新綠色的環(huán)保材料。作為一種新型的綠色材料，它受到了許多好評(píng)，也在社會(huì)的發(fā)展中，人們對(duì)它有了更高的要求。木塑新材料在家具設(shè)計(jì)和制造等方面，因?yàn)槠漤g性相較于塑料母體樹(shù)脂更差，會(huì)使得材料在遭受撞擊和局部壓力更加容易受損。而在成型加工工藝中木塑復(fù)合材料因?yàn)槠淞鲃?dòng)性的缺陷，使得其制品在大多數(shù)情況下主要表現(xiàn)為直線狀態(tài)，很難得到曲線與弧度。因此,對(duì)加工設(shè)備下游的裝置、模具提出了更高的要求[1]。木塑復(fù)合材料的組成木塑復(fù)合材料有三個(gè)主要組成部分：樹(shù)脂基體、纖維增強(qiáng)相材料和添加劑。在復(fù)合材料中，把可以重復(fù)加工的塑料作為基體材料；增強(qiáng)材料一般有這兩種：蔗渣和各類(lèi)木粉。除此以外，在對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行加工時(shí)，會(huì)將界面著色劑、改性劑等助劑添加進(jìn)去。1.1.1.1增強(qiáng)材料木質(zhì)纖維原料木塑復(fù)合材料的性能受到各種因素的影響，其中主要包括木質(zhì)纖維的外表形態(tài)和使用的樹(shù)木的種類(lèi)，相比較來(lái)說(shuō)，樹(shù)木的種類(lèi)對(duì)材料的性能的影響較小。由于木質(zhì)纖維原料有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如長(zhǎng)徑比高、比表面積大等，因此，將其作為增強(qiáng)材料，加入熱塑性塑料中，可以制備出具有極好力學(xué)性能的材料。因此，木粉成為木塑復(fù)合材料最主要和最常用的增強(qiáng)材料。非木質(zhì)纖維原料市面上的蔗渣、木粉等非木質(zhì)纖維原料90%以上都是植物纖維原料。它們之間的最大不同之處就是內(nèi)部的纖維素含量、半纖維素含量、糖的含量和各種低分子量的碳水化合物均會(huì)高于木質(zhì)纖維，木塑復(fù)合材料的使用性能會(huì)嚴(yán)重的被這些成分影響[2]。然而，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)剩余植物有一些明顯的特點(diǎn)，比如纖維密度低、較高的長(zhǎng)徑比等，材料性能的提高就是由于受到這些優(yōu)點(diǎn)的影響，而且還可減少成本、循環(huán)再生、可降解等[3]。因此，非木質(zhì)纖維在歐洲和我國(guó)大部分工廠使用。1.1.1.2基體材料木塑復(fù)合材料的基體材料在絕大多數(shù)情況下是熱固性高聚物和熱塑性高聚物。熱塑性聚合物可以反復(fù)多次加工，加熱可熔融，降溫又可使其凝固，而且可以反復(fù)加熱冷卻，同時(shí)對(duì)材料的性能不會(huì)產(chǎn)生不良的影響，因此，目前實(shí)際生產(chǎn)中所使用的基體材料主要是熱塑性塑料[2]。生活中常見(jiàn)的熱塑性塑料有聚乙烯和聚丙烯等等。通常用的熱固性樹(shù)脂主要包括酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂等。1.1.1.3輔助材料復(fù)合材料的力學(xué)性能受增強(qiáng)材料和基體材料的結(jié)合情況的影響非常大。由于復(fù)合材料中的塑料一般極性較低或者沒(méi)有極性，而植物纖維是極性材料，為了提高基體材料和增強(qiáng)材料間的相容性，可以采取一定的措施——加入相容劑或者偶聯(lián)劑。添加抗紫外線穩(wěn)定劑、阻燃劑、著色劑、抗氧劑等可以提升材料的耐候性能，阻燃性，使材料更加美觀。1.1.2木塑復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)木塑復(fù)合材料制造的關(guān)鍵技術(shù)有:（1）如何確保當(dāng)木粉/木纖維被高度填充時(shí)的產(chǎn)品(有時(shí)高達(dá)80%到90%）使用的性能;（2）在高木粉木纖維填充量滿足的要求下,怎樣才可以使材料保持不錯(cuò)的流動(dòng)性能和可加工性能[4]。因此，我們可以從下面的幾個(gè)問(wèn)題來(lái)探討:（1）選擇的木粉、塑料、木纖維以及各類(lèi)添加劑的類(lèi)型和可改性，達(dá)到增加它們之間的界面結(jié)合力。除此之外，非極性、疏水性的熱塑性塑料和極性、親水性的木材他們之間不能夠輕易的相容，所以，我們可以從增加木材與塑料之間的相容性以達(dá)到增加復(fù)合材料的力學(xué)性能。（2）產(chǎn)品所成型需要的設(shè)備以及它需要的工藝條件。由于用于填充的基體它不具備很好的流動(dòng)性能，導(dǎo)致填充物之間存在間隙，從而導(dǎo)致密度不均勻，所以我們需要有足夠大的成型壓力，減小填充物之間的間隙，達(dá)到密度均勻化的目的。木塑復(fù)合材料存在問(wèn)題當(dāng)木塑復(fù)合材料要在建筑內(nèi)裝飾材料方面使用時(shí)，一定要符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)。其中，耐火性是需要解決的最主要問(wèn)題，特別是在天然纖維含量高和發(fā)泡比例大的情況下。近些年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，建筑業(yè)的的發(fā)展蓬勃向上，我國(guó)國(guó)民的精神、物質(zhì)方面的追求逐漸提高，并且城市人口快速增長(zhǎng)，使得建筑物向下面幾個(gè)方面發(fā)展：（1）建筑規(guī)模越來(lái)越大；（2）建筑高度越來(lái)越高；（3）建筑設(shè)備越來(lái)越繁雜。當(dāng)今各方面都處于高速發(fā)展的階段，建筑物火災(zāi)案例頻繁發(fā)生，導(dǎo)致大量財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡，使個(gè)人和社會(huì)產(chǎn)生了巨大的損失。目前為止，木塑復(fù)合材料的研究相當(dāng)少的原因是：WPC多數(shù)被用于室外而沒(méi)有重視其防火性能，對(duì)防火性能要求低(或者沒(méi)有要求)。所以，為了能夠使木塑復(fù)合材料能運(yùn)用到建筑裝飾材料上，第一步就必須先解決它的防火性能，因此，在防火性這一塊的研究需要加緊，解決木塑材料的防火問(wèn)題，從而在建筑裝飾材料上得到更一步運(yùn)用打造基礎(chǔ)。木塑復(fù)合材料的阻燃性能仍處于起步階段，存在許多問(wèn)題，等待解決。例如：聚合物材料物理機(jī)械性能受單一阻燃劑的影響，效率低影響大。阻燃劑共同使用是一個(gè)突破點(diǎn)，但阻燃劑使用過(guò)程中可能會(huì)相互影響或出現(xiàn)新的問(wèn)題，阻燃劑改性顯得十分關(guān)鍵[6]。木塑復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)木塑復(fù)合材料發(fā)展成生態(tài)綠色材料必須滿足以下三個(gè)條件：一是不能降低性能指標(biāo)，二是實(shí)現(xiàn)污染最小化和資源利用最大化，三是在其生產(chǎn)壽命周期中一定要協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境，以滿足各個(gè)各個(gè)環(huán)節(jié)的可持續(xù)發(fā)展要求。1.3.1向生態(tài)環(huán)境材料方向發(fā)展木塑復(fù)合材料發(fā)展成生態(tài)綠色材料必須滿足以下三個(gè)條件：一是不能降低性能指標(biāo)，二是實(shí)現(xiàn)污染最小化和資源利用最大化，三是在其生產(chǎn)壽命周期中一定要協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境，以滿足各個(gè)各個(gè)環(huán)節(jié)的可持續(xù)發(fā)展要求。向結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料方向發(fā)展木塑復(fù)合材料不僅擁有木材的特性，也有塑料的性質(zhì)?？梢愿鶕?jù)目標(biāo)用途，在木塑材料中填充相應(yīng)功能材料，以達(dá)到耐磨損、阻斷燃燒、耐老化、可綠色降解等的目的。應(yīng)使材料持續(xù)發(fā)展成高級(jí)化、多功能化，以功能材料高價(jià)值化為最終目的，調(diào)整其復(fù)合程度、連接形式、對(duì)稱形式。在對(duì)功能木質(zhì)復(fù)合材料進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)時(shí)，要注意組成部分的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，防止組成部分發(fā)生沖突而影響材料整體性能。提高力學(xué)性能對(duì)于木塑材料是意義重大的，要多方研究開(kāi)發(fā)，以達(dá)到能將其作為結(jié)構(gòu)材料使用的目的[11]。試驗(yàn)材料與方法試驗(yàn)材料楊木木粉、PSM（規(guī)格：直徑4mm左右，厚1-3mm，武漢華麗環(huán)保科技有限公司。）、偶聯(lián)劑KH570、無(wú)水乙醇等。試驗(yàn)設(shè)備及儀器全自動(dòng)電腦干燥箱：型號(hào)DHG-9203C；功率2000W；溫度范圍50-200℃；溫度波動(dòng)±1℃；杭州藍(lán)天化驗(yàn)儀器廠。試驗(yàn)室小型開(kāi)煉機(jī)：型號(hào)ZG-1604；功率5.5KW；東莞市正工機(jī)電設(shè)備科有限公司東莞市正工精密檢測(cè)儀器設(shè)備廠。強(qiáng)力低噪音塑料粉碎機(jī)：型號(hào)PC-300。粉碎能力300kg/h。功率7.5HP5.5kW。轉(zhuǎn)速550r/min。固定刀把2把，活動(dòng)刀把。熱壓機(jī)：型號(hào)：QD，上海人造板機(jī)器廠。精密推臺(tái)鋸：型號(hào)MJQ6128B；功率6.25KW；大鋸轉(zhuǎn)速4000、5000r/min，小鋸轉(zhuǎn)速8600r/min；新鴻葳機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司。微機(jī)控制電子式木材萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：型號(hào)MWD-50；濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠。電子天平、游標(biāo)卡尺、錫紙等。試驗(yàn)方法根據(jù)其他人造板生產(chǎn)工藝流程，參照以往的一些研究人員對(duì)木塑復(fù)合材料采取的工藝方案，按照我校試驗(yàn)室儀器設(shè)備情況，用熱壓法試制木粉/PSM復(fù)合板的工藝流程（圖2.1）。產(chǎn)品冷卻熱壓鋪裝造?；鞜捘痉鄹稍?、混合偶聯(lián)劑和產(chǎn)品冷卻熱壓鋪裝造?；鞜捘痉鄹稍?、混合偶聯(lián)劑和PSM圖2.1工藝流程圖2.3.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)本次試驗(yàn)的目的是通過(guò)試驗(yàn)，找出生產(chǎn)木粉/PSM復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)組合，并確定各因素對(duì)木粉/PSM復(fù)合材料各項(xiàng)性能影響的主次順序。因?yàn)镻SM的熔點(diǎn)是150-200℃，為了讓復(fù)合顆粒充分熔融且減少木粉粉本身的熱解，本試驗(yàn)選擇熱壓溫度為180℃，參照相關(guān)材料的熱壓工藝，選擇板面熱壓壓力為2MPa。試驗(yàn)要考察的因素有：木粉含量（因素A）、偶聯(lián)劑用量（因素B）和熱壓時(shí)間（因素C），選用L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平與試驗(yàn)方案如表2-1、表2-2所示。表2-1因素水平表Tab.2-1Factorleveltable水平因素A木粉含量/%B偶聯(lián)劑用量/%C熱壓時(shí)間/min123102030135567表2-2正交試驗(yàn)方案Tab.2-2Orthogonalexperimentalscheme試驗(yàn)號(hào)因素ABC1234567891010102020203030301351351355676757562.3.2試驗(yàn)計(jì)算根據(jù)模具的大小，可知壓制板材的規(guī)格為220mm×190mm×5mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將板材的密度定為1.0g/cm3，則按照板材的密度ρ和板材的體積v可計(jì)算出一塊板子所需要的原料總質(zhì)量M，再根據(jù)木粉的含量和偶聯(lián)劑的用量就可以得出每種原料所需要的質(zhì)量。計(jì)算過(guò)程如下：M=ρv

（2.1）式中，ρ為板材的密度，在本次試驗(yàn)中為1.0g/cm3，v為板材的體積，在本次試驗(yàn)中為242cm3。因此，原料總質(zhì)量M為242.0g。即每張板子的理論總質(zhì)量M為242.0克，考慮到原料在混煉以及其他操作過(guò)程中造成的損失，相對(duì)應(yīng)的原料都相應(yīng)該多用一點(diǎn)，每個(gè)試驗(yàn)取木粉和PSM的總質(zhì)量為300克，根據(jù)木粉的含量計(jì)算出每個(gè)試驗(yàn)所需木粉和PSM的質(zhì)量，根據(jù)偶聯(lián)劑所占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)分別計(jì)算出每個(gè)試驗(yàn)應(yīng)用硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量。各個(gè)試驗(yàn)所需原料的質(zhì)量如表2-3所示。表2-3原料質(zhì)量Tab.2-3Massofrawmaterial試驗(yàn)號(hào)木粉質(zhì)量（g）PSM質(zhì)量（g）偶聯(lián)劑質(zhì)量（g）1234567893030306060609090902702702702402402402102102100.30.91.50.61.83.00.92.74.52.3.3木粉干燥木粉在干燥機(jī)中以105℃干燥，將其含水率控制在3%以下。2.3.4混合偶聯(lián)劑稱量所需的木粉，按木粉重量的相應(yīng)值稱量偶聯(lián)劑，配制濃度為95％的乙醇溶液，加入冰醋酸中和至PH值為4.0-5.0之間，用混合后的溶液將偶聯(lián)劑溶解至濃度17％，在常溫下放置1-2h,倒入噴壺中，將其均勻地噴灑在木粉上，在常溫下放置24h。2.3.5混煉打開(kāi)煉膠機(jī)的電源總開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)前后壓輥加熱開(kāi)關(guān)預(yù)熱至180℃。將煉膠機(jī)兩個(gè)壓輥間的距離調(diào)小后倒入稱好的PSM。待PSM基本融化后，加入對(duì)應(yīng)的木粉混煉，為了讓木粉和PSM均勻混合，每次應(yīng)適量添加木粉?；鞜挼倪^(guò)程當(dāng)中需要將掉入下方托盤(pán)里的試驗(yàn)材料重新倒回兩輥間。當(dāng)混合均勻，坯料完整即可停止混煉。最后將混煉好的坯料鏟下置于室溫下讓其自然冷卻。2.3.6造粒將冷卻好的坯料放入粉碎機(jī)里碎成顆粒狀，之后將打碎的復(fù)合顆粒用貼好標(biāo)簽的密封袋裝好置于干燥的地方。2.3.7鋪裝熱壓打開(kāi)熱壓機(jī)的電源總開(kāi)關(guān)，將熱壓機(jī)上、下壓板的溫度調(diào)定為180℃，啟動(dòng)熱壓機(jī)預(yù)熱。在熱壓機(jī)預(yù)熱過(guò)程中，可以先鋪裝好坯料：為防止粘板在下墊板上平鋪一張錫紙，把模具放在墊板的中間位置上，將稱好的復(fù)合顆粒均勻地鋪撒在模具框內(nèi)，盡量保持鋪裝的厚度比較均勻，防止鋪裝厚度不一致影響板材的物理力學(xué)性能。之后再蓋上一層錫紙然后蓋上熱壓墊板，當(dāng)壓機(jī)溫度達(dá)到180度左右時(shí)，將其放置在壓機(jī)的中間位置。熱壓時(shí)間到達(dá)后即可開(kāi)啟冷卻水閥進(jìn)行冷卻，期間關(guān)掉加熱裝置開(kāi)關(guān)，隔一段時(shí)間打開(kāi)開(kāi)關(guān)觀察一下上下壓板溫度，冷卻過(guò)程中要保壓，開(kāi)始卸壓前必須度降到40℃～50℃時(shí)關(guān)閉并冷卻水閥。待熱壓板張開(kāi)后，取出墊板和板材，將板材置于室溫冷卻，同時(shí)打開(kāi)加熱裝置繼續(xù)預(yù)熱壓機(jī)。將冷卻好的復(fù)合板貼上標(biāo)簽，用鏟子將熱壓墊板和模具上的殘余坯料處理掉，放在一邊備用。待熱壓板溫度升至設(shè)定值以后可以繼續(xù)熱壓下一張板材，將板材按照順序放好，置于干燥處冷卻。本試驗(yàn)采用如圖2.2所示的熱壓工藝曲線。圖2.2熱壓工藝曲線圖Fig.2.2Hot

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chart2.3.8試件的制取和性能檢測(cè)(1)檢測(cè)的主要性能本次試驗(yàn)檢測(cè)的力學(xué)性能有靜曲強(qiáng)度（MOR）、彈性模量（MOE）和吸水厚度膨脹率（TS）。檢測(cè)的項(xiàng)目與試件的規(guī)格如表2-4所示。表2-4檢測(cè)項(xiàng)目及試件規(guī)格表Tab.2-4Testitemsandspecimenssize檢測(cè)項(xiàng)目試件規(guī)格試件數(shù)量靜曲強(qiáng)度（MOR）彈性模量（MOE）200mm×50mm27吸水厚度膨脹率（TS）50mm×50mm36(2)試件的制作將試樣在推臺(tái)鋸上截取試件，每塊復(fù)合板截成3塊200mm×50mm的試件和4塊50mm×50mm的試件并貼好標(biāo)簽裝入密封袋中，以待測(cè)試。(3)參照標(biāo)準(zhǔn)采用《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》（GB/T17657-2013）的標(biāo)準(zhǔn)。(4)檢測(cè)方法①靜曲強(qiáng)度和彈性模量測(cè)試根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》，在萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)（如圖2-8所示）上測(cè)量。先用游標(biāo)卡尺測(cè)量每個(gè)試件的寬度和厚度，在試件長(zhǎng)邊中間處測(cè)[7]。把兩支座間的距離調(diào)到150mm。接著在電腦上編輯好試件的尺寸信息，將全部負(fù)載清零，選擇好加載速率（10mm/min），將試件放在支座上，單擊開(kāi)始，力學(xué)測(cè)試機(jī)開(kāi)始加載。加載時(shí)間控制在一分鐘左右，直到試件斷裂為止，記下數(shù)據(jù)。②吸水厚度膨脹率檢測(cè)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》，用游標(biāo)卡尺測(cè)量出50mm×50mm試件中心部位的厚度并標(biāo)記測(cè)量位置，記錄數(shù)據(jù)。再將試件浸于水中，使其自由膨脹，浸泡24小時(shí)后取出試件，擦去表層水，再在原測(cè)試點(diǎn)測(cè)其厚度。吸水厚度膨脹率的計(jì)算公式為：Ts＝（?2式中，?1為浸水前試件中心點(diǎn)的厚度，?試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果如表3-1所示。表3-1正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.3-1Resultsoforthogonalexperiment試驗(yàn)號(hào)木粉含量/%偶聯(lián)劑用量/%熱壓時(shí)間/min靜曲強(qiáng)度/MPa彈性模量/MPa吸水厚度膨脹率/%1234567891010102020203030301351351355676757566.07.09.56.37.09.06.06.510.52028166020871991254524292633267627802.773.101.434.393.603.284.916.163.76試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析本次試驗(yàn)采取綜合平衡法，也就是先找出各自指標(biāo)最好或較好的工藝參數(shù)，然后將這些工藝參數(shù)進(jìn)行綜合考慮，找出最佳的工藝參數(shù)。根據(jù)表3-1分別計(jì)算出各因素的k、、R，列表如下表3-2靜曲強(qiáng)度（MOR）計(jì)算結(jié)果表Tab.3-2ThecalculationresultsofMOR計(jì)算項(xiàng)MOR/MPaABCk17.5006.1107.167k27.4436.8337.943k37.6679.6677.5000.2243.5570.776表3-3彈性模量（MOE）計(jì)算結(jié)果表Tab.3-3ThecalculationresultsofMOE計(jì)算項(xiàng)MOE/MPaABCk11925.0002217.3332377.667k22321.6672293.6672143.667k32686.3332432.0002421.667771.333214.667278.000表3-4吸水厚度膨脹率（TS）計(jì)算結(jié)果表Tab.3-4ThecalculationresultsofTS計(jì)算項(xiàng)TS/%ABCk12.4334.0234.070k23.7574.2873.750k34.9432.8233.3132.5101.4640.757根據(jù)表3-1，以及以上各個(gè)因素的指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，用因素的水平作橫坐標(biāo)，指標(biāo)的平均值作縱坐標(biāo)，繪制出各因素水平與三個(gè)指標(biāo)的關(guān)系圖，如圖3.1-3.3所示。圖3.1各因素與靜曲強(qiáng)度關(guān)系Fig.3.1DiagramofeachfactorwithMOR圖3.2各因素與彈性模量關(guān)系Fig.3.2DiagramofeachfactorwithMOE圖3.3各因素與吸水厚度膨脹率關(guān)系Fig.3.3DiagramofeachfactorwithTS按極差大小排列出各因素的主次順序：主次靜曲強(qiáng)度（MOR）：BCA彈性模量（MOE）：ACB吸水厚度膨脹率（TS）：ABC對(duì)于靜曲強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，A因素的極差很小，C因素的極差也不大，但A因素對(duì)彈性模量和吸水膨脹率的影響較大，而C因素在彈性模量和吸水膨脹率的極差都比較小，對(duì)三個(gè)方面的影響都不大，而B(niǎo)因素除了在彈性模量方面影響不大，其余都有較大影響，所以綜合考慮，三個(gè)因素對(duì)三個(gè)指標(biāo)的主次順序?yàn)锳BC,即各因素對(duì)木粉/PSM復(fù)合板力學(xué)性能影響大小為：木粉含量＞偶聯(lián)劑用量＞熱壓時(shí)間。初選最優(yōu)組合根據(jù)每列各個(gè)水平的數(shù)據(jù)、、的因素與指標(biāo)關(guān)系圖確定各因素的最優(yōu)水平組合L：靜曲強(qiáng)度（MOR）分析結(jié)果：1木粉含量以30%靜曲強(qiáng)度最高；2硅烷偶聯(lián)劑以5%靜曲強(qiáng)度最高；3熱壓時(shí)間以6min靜曲強(qiáng)度最高。由上綜合起來(lái)，可以確定靜曲強(qiáng)度最優(yōu)的水平組合A3B3C2。彈性模量（MOE）分析結(jié)果：1木粉含量以30%彈性模量最大；2硅烷偶聯(lián)劑以5%彈性模量最大；3熱壓時(shí)間以7min彈性模量最大。由上綜合起來(lái)，可以確定彈性模量的最優(yōu)的水平組合A3B3C3。吸水厚度膨脹率（TS）分析結(jié)果：1木粉含量以10%吸水厚度膨脹率最??；2硅烷偶聯(lián)劑用量以5%吸水厚度膨脹率最小；3熱壓時(shí)間以7min吸水厚度膨脹率最小。由上綜合起來(lái)，可以確定吸水厚度膨脹率最優(yōu)的水平組合A1B3C3。綜合平衡選取最優(yōu)組合因素A：彈性模量在木粉含量30%時(shí)提升非常明顯，且靜曲強(qiáng)度也接近最優(yōu)水平，但吸水厚度膨脹率較大，綜合考慮選取A3；因素B：偶聯(lián)劑用量5%時(shí)靜曲強(qiáng)度提升顯著，且彈性模量也為最優(yōu)，而吸水厚度膨脹率隨偶聯(lián)劑的增大升高后又降低，在5%時(shí)達(dá)到最優(yōu)，所以選取B3；因素C：熱壓時(shí)間對(duì)三項(xiàng)性能均影響不大，綜合實(shí)際生產(chǎn)成本考慮，可選取熱壓時(shí)間為6min，即C2；通過(guò)綜合分析平衡后，選取最優(yōu)組合A3B3C2，即9號(hào)試驗(yàn)，其木粉含量為30%，硅烷偶聯(lián)劑用量5%，熱壓時(shí)間6min，其復(fù)合板性能為靜曲強(qiáng)度10.5MPa、彈性模量2780MPa、吸水厚度膨脹率3.76%。3.2.2試驗(yàn)結(jié)果的方差分析方差分析即把試驗(yàn)數(shù)據(jù)分解為各個(gè)因素的波動(dòng)和誤差波動(dòng)，然后將它們的平均波動(dòng)進(jìn)行比較，可以考察因素的作用是否顯著。下面是靜曲強(qiáng)度（MOR）的方差分析過(guò)程，彈性模量（MOE）和吸水厚度膨脹率（TS）的分析步驟與之相同。根據(jù)表3-1可以計(jì)算出T=67.83，直觀分析時(shí)已經(jīng)算出K1、K2、K3的值。修正項(xiàng)CT=T2/n=67.832/9=511.2121=(62+72+9.52+...+10.52)-511.2121=22.6068=1/3(22.52+22.332+232)-511.2121=0.0809=1/3（18.332+20.52+292）-511.2121=21,2009=1/3（21.52+23.832+22.52）-511.2121=0.9109Se=ST-SA-SB-SC=0.4141由公式，F(xiàn)A=SAfASef表3-5方差分析表（MOR）Tab.3-5Analysisofvariance（MOR）方差來(lái)源偏差平方和S自由度f(wàn)平均偏差平方和S/fF值顯著性A0.08120.04050.196B21.201210.600551.210*C0.91120.45552.2000誤差e0.4120.205總和T22.6038Fɑ:F0.25(2,2)=3F0.10(2,2)=9F0.05(2,2)=19F0.01(2,2)=99由表3-5可知，三個(gè)試驗(yàn)因素中偶聯(lián)劑對(duì)板材靜曲強(qiáng)度的影響在0.05水平下顯著，熱壓時(shí)間對(duì)靜曲強(qiáng)度的影響很小，木粉含量對(duì)靜曲強(qiáng)度幾乎無(wú)影響，因素的主次順序?yàn)椋ㄖ鳌危〣CA。表3-6方差分析表（MOE）Tab.3-6Analysisofvariance（MOE）方差來(lái)源偏差平方和S自由度f(wàn)平均偏差平方和S/fF值顯著性A892674.6672446337.333510.599（*）B71044.667235522.33350.844C133976.0002669881.591誤差e84220.670242110.335總和T1181916.0048Fɑ:F0.25(2,2)=3F0.10(2,2)=9F0.05(2,2)=19F0.01(2,2)=99由表3-6可知，三個(gè)試驗(yàn)因素中木粉含量對(duì)板材的彈性模量的影響在0.10水平下顯著，熱壓時(shí)間和偶聯(lián)劑對(duì)彈性模量的影響均很小，因素的主次順序?yàn)椋ㄖ鳌危〢CB。表3-7方差分析表（TS）Tab.3-7Analysisofvariance（TS）方差來(lái)源偏差平方和S自由度f(wàn)平均偏差平方和S/fF值顯著性A9.45924.729516.225（*）B3.65121.82556.262[*]C0.86620.4331.485誤差e0.5820.29總和T14.5568Fɑ:F0.25(2,2)=3F0.10(2,2)=9F0.05(2,2)=19F0.01(2,2)=99由表3-7可知三個(gè)試驗(yàn)因素中木粉含量對(duì)板材吸水厚度膨脹率的影響在0.01水平下顯著，偶聯(lián)劑對(duì)板材厚度吸水率的影響在0.25水平下顯著，熱壓時(shí)間對(duì)板材厚度吸水率的影響很小，所以因素的主次順序?yàn)椋ㄖ鳌危〢BC。由方差分析的數(shù)據(jù)可以看出，因素A（木粉含量）對(duì)木粉/PSM復(fù)合板的彈性模量（MOE）和吸水厚度膨脹率（TS的影響都較為顯著；因素B（偶聯(lián)劑用量）對(duì)復(fù)合板的靜曲強(qiáng)度（MOR）的影響是顯著的，對(duì)吸水厚度膨脹率（TS）有影響；因素C（熱壓時(shí)間）對(duì)復(fù)合板的靜曲強(qiáng)度（MOR）、彈性模量（MOE）和吸水厚度膨脹率（TS）的影響均很小。通過(guò)與直觀分析的對(duì)比，最終確定的最優(yōu)水平組合為A3B3C2，即木粉含量為30%，硅烷偶聯(lián)劑用量5%，熱壓時(shí)間為6min。各個(gè)因素對(duì)板材性能的影響3.3.1木粉含量對(duì)板材性能的影響木粉對(duì)木粉/PSM復(fù)合板的彈性模量和吸水厚度膨脹率均有影響。在試驗(yàn)的木粉含量范圍內(nèi)（10%-30%），木粉/PSM復(fù)合板的彈性模量和吸水厚度膨脹率君隨木粉含量的升高而升高，而靜曲強(qiáng)度隨木粉含量的升高變化不大。隨著木粉含量的升高，由圖3-1可知加入少量木粉使木塑復(fù)合材料靜曲強(qiáng)度降低,但隨著木粉含量的增大，木塑復(fù)合板材的靜曲強(qiáng)度也會(huì)增加。由圖3-2可知，木粉含量的增加對(duì)木塑復(fù)合板材的彈性模量影響非常顯著，即復(fù)合材料的彈性模量得以提升，彈性模量會(huì)隨著木粉含量的增加呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。隨著木粉含量的增加（10%-30%），木塑復(fù)合板材中吸水的羥基等極性基團(tuán)增多，導(dǎo)致板坯的吸水厚度膨脹率升高。3.3.2硅烷偶聯(lián)劑用量對(duì)板材性能的影響在1%-5%的硅烷偶聯(lián)劑用量范圍內(nèi)，靜曲強(qiáng)度隨著偶聯(lián)劑用量的增加而呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，彈性模量也隨著偶聯(lián)劑用量的增加而增加，復(fù)合板材的吸水厚度膨脹率隨著硅烷偶聯(lián)劑用量的增加而呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。由于木材具有親水性，而塑料表面具有疏水性，界面粘結(jié)力小，為使木材和塑料間具有良好的相容性，加入偶聯(lián)劑可以改變木粉和PSM的表面性質(zhì)，提高木粉和PSM的相容性及分散性，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。但是，只有當(dāng)偶聯(lián)劑用量合適時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能才更佳。偶聯(lián)劑使用過(guò)量，不利于偶聯(lián)劑在木粉表面形成單分子膜，反而會(huì)降低材料性能[8]；偶聯(lián)劑用量太少，對(duì)木粉包覆得不完全，表面難以形成完整的偶聯(lián)分子層，偶聯(lián)效果不佳。3.3.3熱壓時(shí)間對(duì)板材性能的影響熱壓時(shí)間對(duì)木塑復(fù)合板材的三項(xiàng)性能均有影響。在試驗(yàn)的熱壓時(shí)間范圍內(nèi)（5min～7min），靜曲強(qiáng)度隨熱壓時(shí)間的增長(zhǎng)而先升高后降低，彈性模量隨時(shí)間的增長(zhǎng)先降低后升高，吸水厚度膨脹率隨時(shí)間的增長(zhǎng)而升高。熱壓時(shí)