1.2.4　如何用正交设计法进行配方设计？

用正交设计法时进行配方设计的方法是：首先可根据制品用途制定配方性能指标体系，选择合适的正交表，然后根据正交表进行试验，再对结果进行分析，确定其最佳配方。

（1）制定配方性能指标体系

性能指标体系是指配方所得到的材料和制品最终的性能指标，是检验确定配方是否满足设计要求的依据，也是多变量配方设计最终选择最佳配方的依据。指标体系应由配方设计人员根据制品用途和有关标准认真制定。

（2）正交表的选择

正交设计的核心是正交设计表，典型的正交表的表达式为L_M（b^K），L为正交表的符号，表示正交；K为影响试验性能指标的因素，称为因子，即变量的数目；b为每个因子所取的实验数目，一般称为水平；M为试验次数，通常由因子和水平数确定，一般二水平试验时，M=K+1，三水平试验M=b（K-1）。

如L₄（2³）正交表，表示正交表要做4次试验，实验时要考虑的因子数为3，每个因子可安排的水平数为2，即每个变量因素可用两个数据进行试验。L₄（2³）正交表的表示方法见表1-10。

表1-10　二水平L₄（2³）正交表

（3）实验

根据正交表安排进行实验，取得性能指标数据。

（4）结果分析

对配方结果进行分析，确定对指标有重要影响的因素；确定各个因子的最佳水平；确定各因子水平的组合，以得到最佳配方。对配方结果的分析方法一般可采用直观分析法，即首先按所用正交表计算出各个因子不同水平时试验所取得指标的平均值，比较不同因子水平数据大小，找出对指标最有影响的因子；同时找出每个因子的最佳水平，几个因子的最佳水平组合起来进行综合考虑，即可得到最佳配方。获得最佳配方后，需再经实验进行检验。例如，采用正交设计法设计硬质PVC板材的配方，其设计的步骤如下。

①根据硬质PVC片材的应用要求，参照相关标准（国家或企业标准），确定板材两个主要性能指标：缺口冲击强度大于10kJ/m²，弯曲强度大于60MPa。

②根据经验及参照普通硬质PVC板材的配方，选择基本的配方原料，PVC（SG-5）、DOP、硬脂酸、三盐、石蜡、PE-C、红泥。

确定因子水平：根据经验，将PVC、DOP、硬脂酸三种物料用量设为定值，分别为100，5，0.4；将三盐、石蜡、PE-C、红泥四种组分定位因子，每个因子的水平为3，因而得出硬质PVC板材四因子三水平值，见表1-11。对照正交表，可选用L₉（3⁴）正交表，试验次数为9，即可列出正交表，见表1-12。根据正交表进行试验，将实验所取得的数据和有关计算也列入表中以作分析比较。

表1-11　硬质PVC板材四因子三水平值

表1-12　PVC复合板材配方L₉（3⁴）正交设计表

③分析试验结果，从表1-12中可看出：极差最大的为C列，对应的因子为PE-C，这说明PE-C用量是影响配方冲击强度的主要因素；对照指标要求，可得出A₁、B₃、C₁、D₃为水平的最佳组合，即三盐用量为5、石蜡用量为0.2、PE-C用量为10、红泥用量为5。由此得最佳配方：PVC100、DOP5、硬脂酸0.4、三盐5、石蜡0.2、PE-C10、红泥5。