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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 5 Z! P1 `# X4 a- ^7 ~2 O* @7 S% D( T/ X
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
; N7 w- ]# `% Z9 N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
) { z5 ^7 R8 A6 e6 S理的配方设计才能实现。 * t, |! C) A/ F% \0 I3 M
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 c4 G) j& U; x2 S
料的用量和配比关系。 4 o8 }5 A G: T1 L* |( E; a* E: _" b
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
0 z+ t. I4 v7 h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 3 D* s9 u( _* J0 b7 r9 B. ^: A9 D
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。
3 y: O4 u* V5 \" O- k6 q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 ) i+ h2 u# w# 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 - N, X$ o, a5 u$ k
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 . X6 ^2 N0 A& k C# X7 i* J7 h
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
/ \3 A. I/ u7 C O/ V, e, l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。
! A. b2 d v4 B9 T$ d r6 ]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
6 |9 q$ i% u8 u1 N则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。 ; `* ^+ S, O/ @; ^) u) E
第一节橡胶配方设计的重要性
' p2 R/ E3 U1 _% N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
; v7 V( p; ~' g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。 q& E$ {6 A4 n* y" J
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
: C' `' \9 }; D# `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
- u7 D/ a! e" N. s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 , J0 X& r$ l$ }7 `. P
品。 + w# d, u& u+ x" Y$ u9 a
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
: Z4 k @$ t& ^6 f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 9 ]4 b$ Z3 J; T7 k9 v( Y
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# ]5 v q& ^. t. R: D1 S3 o第一编橡胶配方设计 2 F1 J. k( v1 |5 T
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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, ; v" B/ s6 q$ i& c, ]5 V( i6 m8 s
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 6 ?, e3 R- @. r i& d8 B
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。
; p6 k. T/ T% _/ E# C. t1 b5 K0 _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
# n) k5 w* u: Z) T2 y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
5 B+ c# @7 G2 v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
" ?, [- }- c9 \5 v% Z2 U设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。 5 E2 K5 R" a0 i# c' y" ] n, o
第二节橡胶配方设计的特点
5 w+ _5 |: o/ h# |+ R6 ^* E4 [: D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, / S. P) b) s' |4 T ?
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
4 d) Q. ?. i5 }8 V5 G* Y) 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:
A$ `2 [) I2 _$ U4 \一、橡胶配方的组成是多组分的 ( `- ^* M9 ]) m: D+ d: _$ E
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 + x5 U j, x B% d, a
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 # I% x+ L" ?3 `2 s/ b. 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,
- v9 h' ?7 x/ R- O9 T- C# B0 U8 O3 U2 n更多的情况下是解决多因素变量问题。
7 i+ U }5 |2 j$ C二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题
% Q# a7 M! @$ \- s- T, W" U1 V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
1 c8 C* O. W# Z4 h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 P' I9 h9 g4 Y6 V" 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 # b& w) [* `: X
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 6 \, z* E; D0 m6 I
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 i' r3 r$ _- }2 ~" U2 z2 F& v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
7 {6 N$ V' p' q4 Z( _7 }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$ U0 A& }: f, K* V* Z
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
+ }$ M% J; j% C9 [* ~8 l& x8 r# [算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。
8 E) `, Y7 }5 d4 Q$ v三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用 # i0 ~* \% z9 \, M8 E. Y7 E
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 J( Y1 [( [. x& K3 M如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。 G$ ? ?: B4 _, y* q Q4 H9 l" x
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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; p. K% Q8 P2 {( ?- V. M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,
O. X* D4 e4 _& u. r( z: t3 I) ?甚至可以把它作为一个因子去处理。 " l8 e7 Y% R+ A: T2 t2 ?
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 j1 H4 U8 F* z. c# l) Q1 R! h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 8 _/ W( n# e, H/ y
分析简单容易。 / E4 R- Q- @! @
四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用 - z% o: T x$ o) x
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 8 e' \! n& g+ Q4 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 % T2 q0 ?- Q0 P* f$ n
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
1 r3 R% }' Z/ O, m7 e1 x& O7 u% D9 R将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。 ( F+ X0 T* W |8 l v8 b
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
4 z' s: b! |6 v2 w1 J2 b系。它们之间的关系可概括为图。 |
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