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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
- k M: z( Q1 ` f: V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
! t& |5 N$ p$ W8 s. M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 i2 [+ @& Y( l+ i$ c3 w. ~/ ^' w
理的配方设计才能实现。 6 A/ \1 H( w0 @- w; L" ~
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
i4 z2 U6 r* p料的用量和配比关系。
; M8 ~* n4 E& Y0 S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
) m: z, f, A( ?. p& E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 # \+ ]' P# E8 [! Y: t
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。
9 m: N+ ~1 F6 ]/ F9 g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
, R' c6 V. q" z- Q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
, I, S% l) c F7 P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
8 x" H" S' L0 x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 7 O- W7 g7 `3 V; K! R
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。 0 r, T4 J, l; V$ F/ W9 Y+ @
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 ) e6 t$ f% H( d3 \1 I# m) ?
则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。
8 W( _' K0 n1 s第一节橡胶配方设计的重要性
! D3 ], }7 _5 s) v4 D# Z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
3 c& {7 G& t" o% |) I: h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。
3 `2 l g' T4 }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 6 Z" z# U; c9 r% T9 V+ _
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 % `, U: J5 \ I
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 + N* ^9 `. i+ h2 g* z& n
品。
8 J9 \7 r4 y& a+ B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 8 p: U. V+ u: u; D; D( O
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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% K9 r- `: V. q8 p; p+ B2 q, L第一编橡胶配方设计
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) y/ H0 S3 p7 i; z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,
4 I7 V4 g1 t+ s' x3 `8 |' h7 `* G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
9 f( z8 J8 p( \( C7 K6 K# D5 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。 + V) b3 [7 P4 o) W
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 ' ]7 ?# I+ }' i
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
4 W, J2 _: a3 D! Y0 y- @ l# c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
6 ]' Z- {% K2 ]$ }设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。 . m* ?+ Y. V" C& R' z: G$ A
第二节橡胶配方设计的特点
1 c" _ ~$ o [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,
2 q, o1 L5 }$ }' I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 ; X+ r+ \$ [/ U* R( W8 [
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:
% M# E+ _1 R2 R7 G一、橡胶配方的组成是多组分的
|. ^1 |6 \7 X$ G l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 ) X0 T% F7 L- X& ^( l; A$ g
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 4 M, u4 \6 a/ `2 t6 ~
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, 2 W; t. ]# { V) n4 h
更多的情况下是解决多因素变量问题。
+ K7 S" j/ b* D8 k- \3 T) N! O9 W二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题 + d( Q6 o( \- h' c/ J
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 , M* z, N, f( e* g1 [
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
- ^$ B" q* W2 @0 @7 z: O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 - ^) f+ }7 m$ [4 w, R& 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 # E- y% P' _3 _- {
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
3 F0 K6 A$ Z# \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
, S! R1 C7 l& R; {) I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 9 q! z9 \9 n1 F- y! t3 Y
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 8 F: b8 F3 w' V8 `
算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。 ) ]8 ?+ J: ?+ _* J+ a
三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用 / \3 w& ?8 v8 @8 V& n+ v
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
) N# J0 J$ U3 V7 U* |% q如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。 7 t3 @/ c+ x& ]: O9 @! w
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, 7 V1 H) h+ g5 ^- K
甚至可以把它作为一个因子去处理。
) D# A4 ~4 e2 z) w9 l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 * [: C) |/ M( S3 ]2 X% g- m
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 F6 {/ F' _3 x分析简单容易。
# b C M k$ d6 p) l9 q四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用 : @8 S( s3 H- ~- R/ y/ G
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! O7 n; A; x6 X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 3 `9 `3 b/ j/ W, k* L
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
; G5 d6 W& \0 n. v7 `' \8 O将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。
: r: r$ N1 G8 ]& ]3 u1 e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
( B& Q7 e- P) H& g+ U% n系。它们之间的关系可概括为图。 |
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