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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 0 b, n) r6 u) _, c$ E; 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 ) b; y; \+ J) Q) T2 ]
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
7 ?: p: C* d" w理的配方设计才能实现。
`( _1 @! I" f: @, 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 & x- A6 h4 u: e/ B; V' h
料的用量和配比关系。
0 Y2 F% B. ^4 S5 H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 / b( p) {# ?# b
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 2 O, j9 n' @, }3 p4 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。
. \, L% S* w6 _9 F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
" m1 }* k# P: i+ R* Z( t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 . }( u, l; P: Y, X4 F; V) }
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 $ N2 K. W& A; R- @# N
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
6 I9 w3 _/ C6 A" h& S+ x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。 , j7 Z( T0 @7 N2 w2 O
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 # p* @1 l5 l/ J6 C
则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。 . k: D; K+ v% ~8 H
第一节橡胶配方设计的重要性
& ~ s8 Z1 J, J9 ^7 b2 N) ^& Y$ B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 T! ~4 u/ A' G. J1 w
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。
' V* V; l- }9 `% @6 H7 F- 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
: v/ g+ h0 H9 Q" Y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
: B$ I7 c1 x/ |9 k7 Y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
# H1 G# Q, U1 ^( U( g/ Z品。 & {- g7 N6 n, F) D( Q6 H
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 e. T4 x, ~# p0 |8 @6 W: ]9 l
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 % l3 [8 ^) P* N, @& r& e {
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, _, ^) o8 T9 o. e' q% T第一编橡胶配方设计
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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,
0 p x9 r, X( N. h t$ @$ K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
" E& o: O6 k6 Z1 v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。 0 `- G/ E! K8 z8 s; d. y' W+ p
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 ' Q* \8 d3 W6 ~$ q% c) ~' M/ A" t0 B
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 1 P% i+ v7 ~! e6 m5 |; ]
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 4 j% D' q* }4 P" w' ?; W
设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。 / J6 L; Z. q9 t: s
第二节橡胶配方设计的特点 6 R9 G. B7 c" c% G
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, T- S$ {- E% V0 Y3 K
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 8 H9 Q( b4 ]/ p# o# n$ W
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: 7 u* t- w* }' i: l6 z: ^" q4 t" b: k
一、橡胶配方的组成是多组分的 ( g6 a. u$ b' y, F1 u5 g/ V
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 . N8 Z# T' E6 _ a4 c
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
' m* q+ L1 b+ S( G% G- G5 d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 ~% f8 g7 H' J3 A# q8 A3 A* {更多的情况下是解决多因素变量问题。
. a; s- V; `% |二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题 $ ]6 @8 j- U3 f
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 & h' s6 x) }- ~' O8 ]% B- e
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 ; R1 Y& I% D2 V J. c; O4 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 " X7 C! z5 f) n0 w6 A4 Z& B D. g8 e' 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 + |* ^3 }7 H t) G# C6 D7 r/ y
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 % B0 [7 C0 @/ T* s# T! {) {
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 ( q! d* J, ?/ K1 y, Q( D2 Z0 U% {
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
0 A1 H# u9 O2 w) S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 6 ^& S4 r7 {" l7 x, h
算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。
' V- L" A0 ~& e* c4 O三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用
6 M7 l* f1 k; n6 [8 F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
- ?4 G/ j8 O. I4 G5 h3 w( j) k如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。
5 r9 M3 r9 S% R5 z5 l* d2 D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 ) F2 l" o0 e) F/ ]: V9 a5 H' g' r
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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,
) f& x. W( d# B: R! d8 K甚至可以把它作为一个因子去处理。
9 d, f0 W# M( }& r P7 `8 J1 G: y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 # p5 M/ I) A4 @, f
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 5 G: c+ e6 m/ p2 C4 q; e0 \" z: q
分析简单容易。 1 Q1 L( s7 J5 @8 j- }( u# D1 d/ ^
四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用
; n: h# V- `% r4 h0 R+ W8 K! s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 ; x" c( L; W, E$ d6 [8 E( e
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
l- \* p# ~+ s: p" s! i9 I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 ' y2 b! y' b' _8 V! u9 s1 p: {$ p
将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。 / P: F, _/ p# {) m3 t
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 , d0 _9 t/ y* p) I2 h
系。它们之间的关系可概括为图。 |
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