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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 6 z; f2 Q; e6 n
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 X. P: u( c5 {; Q* b
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 ! T, x% M- Z% H' ~' }8 C
理的配方设计才能实现。
% _: n; E% y& J$ g5 t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 1 ^8 k" B" ^5 [" H K. u
料的用量和配比关系。 1 y, a) X& g! p
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 + G+ j; G, D9 i
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 5 a* b" N' j- O3 t9 d% V5 `2 K
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。
. P- _& M( M& E1 a" c+ @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
7 Y3 T4 |* p5 |, S$ E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
2 f# {: K( F+ E5 k8 N. 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 P( [; V" T2 Z9 k6 U0 t
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 N( q1 @, p7 g: p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。
, Y0 a, J4 ^: ]9 ^; U$ x) e3 p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
$ O, [, d0 p2 j8 q( L5 D7 a则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。
8 q; P3 S- Y! W* p: H第一节橡胶配方设计的重要性
5 t. N& J p$ D& f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 ( b$ b$ s. |, @ |; x
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。
- [0 }9 T/ Q7 G: q! a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
Y% a4 A% z2 C& r, ~6 p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
# {3 J: h3 K" h: U( _* F4 a- R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
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7 k' P1 u3 b3 ?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 - r6 z5 [' H0 L% g& c4 U4 B
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
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2 \; `: W/ W" ~: N5 h. S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, ) i1 m3 R- R; @- N X' b+ ~" }
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 ' D: U7 k H2 P8 u! X
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 I3 {- B9 `+ z' m f8 g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 , T) W7 N$ L z# w/ B! e
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 + i; I: x& g5 d) d
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 3 H4 ~6 ~, \' [; {6 E
设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。 0 ]6 v* E' Q8 L2 I* F0 G% s
第二节橡胶配方设计的特点
* _5 o+ v$ q# F! ~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, 7 |! b6 U! d+ g; e
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 1 C4 G2 O8 K8 h7 e& ?$ b
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 d" q$ ~4 _) z$ |一、橡胶配方的组成是多组分的
7 V) e; t3 C: X% j8 [3 h8 A) m3 m+ p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
& t; _/ E! ]) T$ W0 ~6 Q/ o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
( E) O( G. e0 P( c* `$ T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,
' t% S D6 Q$ j% |6 l# Q0 D) O更多的情况下是解决多因素变量问题。
6 `' Q6 S) u6 I" K二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题
& d% s& p$ l. k! R( f3 c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
$ r! ]5 v! @0 u: 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
7 q) ]' L7 T: R: @' c, ]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, i0 C( a7 f8 Z8 w9 w
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 M$ a7 h/ @' U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
0 z$ `1 F4 ~6 s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 ; u% D9 ^2 G. P5 F( L' `( C
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
; o" F7 m, }7 `* I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
1 X6 C! |% ^! I p$ `算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。
1 z+ i2 E: x: `) m三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用 % v1 z, n6 {* p- y9 l0 V+ Q
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
* ?! ~& i. ^- B% a' r, j5 m如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。 ) j; p2 i y/ l! O
一般配方设计时,对于这种交互作用有两种办法:
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7 v' `, ~1 Q- S6 U; ]4 s) Z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,
/ Z( V5 L5 ^5 q甚至可以把它作为一个因子去处理。 # k& ~6 t z) p7 b/ L- ]( G8 s
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$ |5 J; [# P7 z$ ]# z# D' b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 ; L* c6 Y( S% _! {6 H* I& h
分析简单容易。
( O0 L$ ]) v7 g/ x4 t5 e0 ?. e( ?四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用 + v+ p% I* n, |
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
4 b- R% n" q1 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 : v+ n+ W2 @0 r% a9 j$ L7 u
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
# Q9 o; [1 _7 H7 |0 c1 {0 @0 p9 d将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。
: ?* b/ {: j; q9 f# P4 D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
8 z3 K& F5 ]- Y' W3 A系。它们之间的关系可概括为图。 |
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