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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 * g9 g; Y& u: 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
( t1 b: M; y$ @$ S1 a# u' W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 0 _4 s) C+ y& i( ]9 H; Z
理的配方设计才能实现。
: z8 f# @! J* d. ^+ Q+ p: t1 p0 A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
! U* @$ n8 P& X( Z料的用量和配比关系。 4 N; g) q% u& i$ Q4 F
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 9 O( w- q6 m6 V& T; X l* s
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 " Q7 l; T5 X; H& @5 c
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。 # ~- Y2 t. z: ]9 L0 i
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
* X% A) r5 n& O1 E k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 4 V. Z# L+ A: i, I7 p" }( R
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
1 \9 F$ a; J5 y" R9 e! v. r3 f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 + |* @/ ?. V2 J* w3 y
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。 # K: N* [5 |( q a
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
+ z5 g; x% J4 U$ a) G9 j- C6 i则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。 " J( L& a0 ^1 p
第一节橡胶配方设计的重要性
) y" ^7 ^! j% b4 [! y& J o# A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
# m& l) k2 h. S' } u$ `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。
) @ K; R j. E9 p, O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
; E9 ]2 o" x9 I/ i+ `, R0 [3 n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 2 e4 v* X# n7 ?
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
* Q1 P0 d6 I. Y3 H! I品。 - s j) I1 P' a# {) _& q% o
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 5 v& |! {& b0 n- ^% [ q- ^& A+ m
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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第一编橡胶配方设计 * y+ e6 y% a _( U4 Q! g, _, V1 y- f
# s8 K. m# X8 q3 p I8 A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, * @% y7 ~( Z {. E# _4 x' }& J
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 " X( _, Y, R* a! [
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。 - H# Z: m. t& G( M6 g3 h5 V: H8 Y
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
4 n8 o9 z4 P6 M9 l" M0 r0 P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
6 i( k K* @6 a9 A" X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
7 y7 Q. V* E0 l0 h) V4 ?设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。
3 t5 |1 f. W: l. i% D第二节橡胶配方设计的特点 , Q! o; P6 k( V( `% F9 G' r
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, 5 Z2 {' M, Z; @: a9 @5 j* q6 D3 W
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 0 ^' L$ P1 Y. o, O1 _" C5 L, a9 f, Z. p
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: : V& h' z/ [9 ^/ ~2 R
一、橡胶配方的组成是多组分的
$ l- \. V" b# q8 k. d9 s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
) J' ?' I+ M* m7 w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
" w8 y1 D) `2 T$ e( R1 s" f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,
& w. v0 B3 M d- n5 T更多的情况下是解决多因素变量问题。 . X" ^' |1 M4 O6 z3 X
二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题 % M" {+ J& g( I) p4 E
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
( b( D) d+ w9 E& Z. `" P; ~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
2 Y4 K8 D5 E [4 W0 j, `( {0 F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 * {: T u! x2 {! T" a$ Z4 v/ E
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
+ P; e3 B7 l5 H8 b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
2 O3 Q' P% k6 A% ~6 h! i9 j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 ( C4 ^- v9 E" x8 D+ N$ p7 R L' 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 . w( Q" D3 O: w+ {6 R
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 * v: S/ q: ^& O! q r+ m$ }) W
算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。 ) \" ]4 p3 q5 c% [8 _$ r# J
三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用
9 Q3 I# D* h# c4 C4 X5 N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
; c2 |# M! d6 a; v: Q, g8 U+ X如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。
5 y% |4 ]: T- b; j6 M一般配方设计时,对于这种交互作用有两种办法:
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第一编橡胶配方设计
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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, & v9 l: `2 h2 j! X& \
甚至可以把它作为一个因子去处理。 4 j* F* g6 D4 S# T0 A
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
9 s/ s. } E% r& I( J/ t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
7 `# P8 W$ S3 ]分析简单容易。 8 B0 C" `, I9 J8 Y% h) t
四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用 " r6 X% o( d7 k! {1 q* c& O
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 ( I# c/ x1 C- K7 F7 Z1 M( m7 P
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 & Y7 s$ g; l% s7 K. f* o
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 0 L8 s! J2 \8 Q& t, I8 l$ s
将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。 + b% n" r. l9 S9 m5 [- G- S
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
7 j; ]# I2 I) z) S; z: a X6 n系。它们之间的关系可概括为图。 |
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