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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
. D1 }1 a9 D5 L' ?& Z0 ]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
2 a5 M$ P. K1 h% Y" O( Q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
- e+ a$ _$ k- N) S; k理的配方设计才能实现。
& [! p& p2 U# e. 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 p- s! A8 x0 t% Q1 A6 o料的用量和配比关系。
7 d1 z/ y1 T4 {8 p; b1 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
% w3 z' }/ d% j/ \. I6 R0 j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
/ _/ }; B2 X i8 C, 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。 : N `! [% A# K4 s1 F9 |
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
v, F% i6 @' V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 ( N3 A$ B# x# \! ?4 m) X7 Q5 F
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 4 }% | d" @, V' L0 B0 f6 b
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
4 _. \1 E6 M" {' `8 f/ y M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。
$ D. n+ ?6 h& P' A4 H2 e/ |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 & Q; x" B' h: k; S% \9 ?" H' ^
则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。 4 q3 k2 g; h# C* \* t$ k
第一节橡胶配方设计的重要性
+ t& U/ g C7 N7 [/ S8 T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
6 _1 U) N! N, e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。 4 w6 k7 s7 N+ b( 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 & y+ e4 K, i# T
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 " {- a4 D% ?* R* k1 T0 ^
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 1 {' p0 I5 X2 \' a! r _( l- w
品。
: g2 K) ~* T& m& ]5 W6 q- k" r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 2 y1 I+ v* K) T3 k
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 - A$ g; r7 x/ v, o! E0 N( P8 c' x( i
: K- @0 t% x& F& r5 [" 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, ! e6 @0 T# r3 y/ q
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
& |0 F- H1 [" 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。 7 g, D; F! K, v3 }: d$ Z# A$ k; 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 b7 w: j, A3 o; U! ~( D
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
3 w- r A _9 a+ v3 E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% f4 ]( j/ n# F6 `9 i设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。
, F+ U8 S" \/ G; J" H( P第二节橡胶配方设计的特点 4 O, N( ^" }" {3 S# S
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, ' D1 P/ {5 `# F( A9 [/ 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 , v0 G# l) o" n3 F( ^, 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: : R& E6 p8 |. c/ I- O) t: k* c
一、橡胶配方的组成是多组分的 ! m- m" F8 M9 c3 x6 t; G; v2 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 5 Z( N! _: l0 t: G* U7 T& s' \
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
& G. f; n. r+ h! ^0 q' j9 g# 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, , _) N! W4 M2 L" D9 X
更多的情况下是解决多因素变量问题。 ) U6 {6 B% v. c5 n* \' K, E) |
二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题
3 p' v3 r6 }4 F( I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 9 U2 u- R" {& @& k
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 3 X" ^9 f( b3 J3 j* r1 z
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 1 \3 N' ~6 p* t, j. o, H6 k' N
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 5 @# ], ^9 s& i$ w5 n
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 V( }# u2 @; u" R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
4 V$ g. J1 A _! Z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
2 f% W# X f( J3 I! A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 ) Y" j4 ~" W( x2 m6 R
算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。
) m, o! B* n. h! d三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用 1 |3 o0 J3 g! {* G/ _
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 6 M$ R$ W& T# t( m; i! q
如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。 2 {* L) K- R* u% k" i1 f! c6 j
一般配方设计时,对于这种交互作用有两种办法: ( F4 F: f( S$ N& {: x9 U; U# j( y
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第一编橡胶配方设计
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' V) E$ p+ o3 d# L8 n* t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, 5 o/ }2 C" |3 X/ Y' x J- S
甚至可以把它作为一个因子去处理。 5 |+ O+ w. \4 U+ d( d% K d) b
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
; V4 H, u. d3 l; g8 ?+ C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
! g! q2 ~8 C' w5 `& ?6 {7 r/ N: _分析简单容易。
3 Z( t5 a3 `& C7 k四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用
, {9 ]" u, M: M( V2 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 1 U5 T- @% a% k; [/ a) m( r. [7 y
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 * n4 _$ m$ c0 g0 @8 L* R: l; y3 N# P0 V
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
, l4 R/ m/ y- G' o将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。 ) N y f( a" e9 |" z6 u
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 s$ _$ D/ v% _
系。它们之间的关系可概括为图。 |
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