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单纯的天然橡胶或合成橡胶,不论是未硫化胶还是硫化胶,其性能都很差难以满足 - x3 S% i( [+ ^, b; w. u- U; E4 z7 F
使用要求。因此长期以来人们对提高橡胶性能,改善加工方法,延长使用寿命等进行了 ( I3 }$ d: Y2 j* |
大量的实践。结果表明,必须在橡胶中加入各种助剂才能实现上述目的,即必须通过合
1 Z; `+ ]: Q8 C4 S) {理的配方设计才能实现。 % |0 ?( N( f, O1 B( f
配方设计,就是根据产品的性能要求和工艺条件合理地选用原材料,确定各种原材
, o0 F0 o. b5 [* c料的用量和配比关系。
, O* G2 c: w8 Q2 ]橡胶材料是生胶与多种配合剂构成的多相体系,橡胶材料中各个组分之间存在着复 / v+ N6 v7 f! ^9 U. h
杂的物理和化学作用。目前尚不能用理论计算的方法确定各种原材料的配比,也不能确
7 U, B2 X/ r \! N/ f; @切地推导出配方和物理性能之间的定量关系。在一定程度上仍依赖于长期积累的经验。
3 [7 f Z$ }3 Y# r6 w$ ^近年来,由于计算机技术和测试手段的迅速发展,不仅为橡胶配方设计提供了有效 ' m8 W5 c, L/ `/ ?( b$ ^
的数学工具和分析计算手段,而且还可揭示配方组分与胶料性能之间的关系。有力地促
1 \5 Q: i5 H( a3 P1 K7 i( L) C# d进了橡胶配方设计理论的发展,使橡胶配方逐步地从经验型向科学化的方向转化。可以
( `$ W1 T, K D& e% i预见,随着理论和实验手段的进一步完善,人们必将在前人丰富经验的基础上,使配方 1 x" Q/ V, s; \4 B- s# I( ?
设计方法逐步科学化,从而更准确地预测产品的性能,简化实验程序,加快研究进程。
& Z/ S* V( N, {5 I! A4 b& k4 O4 j本章将首先阐明橡胶配方设计的意义、橡胶配方设计的特点。对橡胶配方设计的原 6 f4 z$ D- H- p$ ]+ t- N7 z
则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。
% r: _9 {4 P9 `9 D: ]7 E, u' M第一节橡胶配方设计的重要性 0 {/ o, A a- }+ c% `
配方设计是一项专业性很强的技术工作,对产品质量和成本有决定性的影响,此外
" @4 |, i$ d! v- a合理的配方又是保证加工性能的关键。因此配方设计在橡胶工艺中是个重要的环节。 8 A& G# z/ A0 w+ r, W
配方设计的目的不单纯是为了研究原材料的配比组合,更重要的是了解原材料的基
! v5 {* k' s- t. t" k本性质,各种配合体系对橡胶性能的影响,以及与工艺性能的关系,进而了解各种结构
( n0 x. q) \( p' o: Z1 D与性能之间的关系。在谋求经济合理的同时,获得最好的综合性能,制成物美价廉的产
4 i! _, x' J3 |6 D1 w& a4 b. b# b品。 - y* ^9 C; [+ f+ S+ p
尽管各种配方性能要求千变万化,但是在各种性能与结构之间却存在着某种规律性
' L" y4 A6 m) c: R的东西。这种规律可以是反映配方设计中的某种趋势,也可以确定一定的定量范围。所
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# |8 Z/ O: M# x! m/ ?. ?第一编橡胶配方设计 ' u T/ U3 z$ f8 [ a$ j1 m, G1 i
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以在配方工作中应该注意积累一些基础数据,大量的经验规律可反映某些内在规律性, 5 Q6 U) L) D* S4 R
并注意拟合一切可能的经验方程,这对今后的配方设计工作和理论研究工作都有借鉴和
* v M Z+ J. W- p8 U V8 e+ d指导意义。一个称职的配方设计人员,应该自觉的研究各种配方与性能的基本关系。 4 q9 f) ~/ p* v6 A
总之,配方设计工作是很有实际意义的工作,其目的是要建立聚合物结构理论与橡 / S6 e$ b0 H; X' [, X2 [
胶配方性能之间的有机联系,从而满足各种实际要求。橡胶配方设计需要做的工作很 0 h4 Y$ e: W+ I
多,要在短时间内完成较大的工作量,必须运用各相关学科的先进技术和理论,使配方 ( s/ t( m) @; r. U" Q; g3 y/ \
设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。 ' j8 W5 @4 h; N3 v6 J! Z
第二节橡胶配方设计的特点 - N( n- Q6 Y" i/ m8 ~
从年+发现硫黄硫化橡胶开始,橡胶配方设计已有多年的历史,
$ ^ l; M# v" h: A/ s+ p在一个半世纪中,胶料的配方设计经历了一个由低级到高级逐渐发展的过程。与其他材
7 ?" P5 x e$ u6 k$ h+ G( @0 l料配方不同,橡胶配方设计有其固有的特点,这些特点概括起来有如下几方面:
+ x j: c% L( x! n2 ~1 }8 b一、橡胶配方的组成是多组分的 - a3 n, v8 L T! e8 c
一个橡胶配方起码包括生胶聚合物、硫化剂、促进剂、活性剂、防老剂、补强填充 Q2 ?: p$ E9 D# F
剂、软化剂等基本成分。一个合理的橡胶配合体系应该包括聚合物、硫化体系、填充体
; c: w3 q0 @' p" x* m系、防护体系、软化体系五大部分。所以橡胶配方设计除单因素和双因素变量设计外, 3 i, \: c" g: V7 e6 Z% K2 |/ t6 a# ~
更多的情况下是解决多因素变量问题。
1 [# w$ `7 v' ~+ |& F9 u& ~二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题
( i4 H _' F! p橡胶配方试验中,因子的水平数往往不等。运用拉丁方或正交表设计试验时,通常
+ O& R0 s3 K1 i( _( N每个因子的水平数是相等的,这样在安排试验时将出现麻烦。例如进行这样一个配方设
0 | u5 W9 z* I2 Z/ t/ H计:炭黑的品种作为一个因子,需试验两种炭黑,即炭黑这个因子有二个水平,而其他 0 E4 z; W; n) L+ I3 ^+ b
的因子(如软化剂用量)各有三个水平,那么我们在运用正交表.设计配方时,必须
6 ^! F# j; {! W3 @5 m: e凑足炭黑因子也是三水平才能套用。然而这种硬凑的做法是不合理的,因为我们不需要 & q6 q! w' `4 B; P/ ^: k
为炭黑这个因素多试验第三个炭黑品种,造成不必要的人力、物力和时间浪费。这样就
& e' }9 [. c2 d8 R. h7 A" t出现了活用正交表的问题,使许多水平数不等的试验问题得以解决。虽然这样做配方设
8 w6 F% v" _' Y2 c9 c8 P0 f- s; Q计的试验安排和数据的计算分析显得复杂一些,不过以纸面上的配方设计和试验结果计 X6 Y, x- A8 P W/ c0 }
算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。 4 g9 }- l& q4 ]# _ G; w1 F7 c& z
三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用
q% p8 s0 E. c D; M" D所谓交互作用,是指配方中原材料之间产生的协同效应、加和效应或对抗作用。例
5 |" e, Y* }3 \! w" F如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。
/ ~/ j: ~3 s& p8 W. T一般配方设计时,对于这种交互作用有两种办法: - S6 } h7 U, K5 z. \: w6 E/ w
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第一编橡胶配方设计 6 a6 r( V5 e7 p) m
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充分注意这种交互作用,在试验设计时,尽可能周到的考虑它的作用和影响,
$ u" S& S* b3 w% }$ j甚至可以把它作为一个因子去处理。 / {' y2 \) {6 b' X
避开交互作用的大因子,把一对交互作用大的因子,分别安排在不同的两组实
4 O+ k: n8 L0 W4 F9 i& n验中,使同组试验的因子保持相对的独立性,避免了强烈交互作用的干扰,从而使数据
' E9 ]6 |' g- h# f9 V分析简单容易。 + S3 v; J; `+ t# c1 Y4 @ y
四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用 $ i- y. k0 r+ J8 U5 i
为了避免工艺因素的影响,同一批配方试验要固定在同一工艺条件下试验,否则将
- R/ }/ C) {, P4 A干扰统计分析,使数据的分析陷入混乱。如果把起决定作用的工艺条件作为一个独立的 p( f5 d% v1 c6 I. ]1 _7 a
因子参与试验设计,那么配方工作者平日积累的实践经验就十分重要了,否则实验结果 V" i' M5 k9 ~
将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。 & l! j/ j: T" D7 y4 Y
配方、工艺条件、原材料、设备、产品结构设计之间存在着强烈的依存和制约关
6 E+ | g: b( h8 w |6 I) q/ c系。它们之间的关系可概括为图。 |
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