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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 z9 d6 b8 s. Q3 ?) t
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 0 X; J6 }% E @) t
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
y6 p6 }1 W" V/ [理的配方设计才能实现。
" b. N( R/ W: p7 z( F6 k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 # O, J& j* l0 p4 |) m( m& o7 K; ^/ @
料的用量和配比关系。 , M- K5 g6 j- a* v
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
; Q& r2 O7 q# |* i; {4 w8 \0 i) t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
8 B+ E% P0 f( [3 Y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。
' k: c1 B- C/ \1 S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 $ W9 b6 E2 _! y& h" F0 N4 B3 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 2 a) n3 M( B" M! B$ b7 ]
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 2 ~) T7 y( _3 m
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 $ j: l8 [$ Q3 I( @' H8 w0 G, k
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。 / b2 q& X( I$ [
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 v1 X1 J! R& {( c+ B7 z
则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。 / i. ^" k8 P/ r3 ], K
第一节橡胶配方设计的重要性 6 r7 h: f# c4 c) v: i
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
+ h: u/ g. J1 }( h$ ?6 y3 L3 Z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。
; n0 \' p1 C9 F% N. _' V9 r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
2 }/ Y1 X5 D# N% N1 d1 Q9 ?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 2 v& k: n7 b/ S) D" B
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 " t0 U r- V2 S: B' P) U
品。
7 \6 ] {! X8 B2 ?) P" C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 : G& I: S- e% B( G
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 % O, e7 b/ ]0 e' i- @' i
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2 k _& T1 l# x- @/ I4 L' R0 N第一编橡胶配方设计
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' u) n+ _3 n. c9 |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,
% M* p3 p' f1 O( m5 h. t H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
, K3 @8 }+ {# i8 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。 # j1 f- O7 H8 W6 S' @$ [
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 ) o, v, Q2 b9 K& ?; d2 n" ~
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
" H, t2 x- V S& F3 b% J' a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
# n' F- F: N! {设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。 + ]4 K( i% L, r7 l
第二节橡胶配方设计的特点
8 A8 H3 o! l9 b* b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, 9 m' H x7 W% W# P$ O
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 C; {/ o( `& S0 g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) j& ^5 d一、橡胶配方的组成是多组分的 1 |. \6 ?6 D% h4 F) f7 B& x9 n/ t
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
S) p" n$ |- n4 p3 F. }2 C( G& 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 . q3 ^2 C: V% g4 c4 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,
. x5 ~4 R) ^; g3 q0 _1 C! @更多的情况下是解决多因素变量问题。
) W" x1 H5 c7 r' d, X. q5 i二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题 . |, H" x; g6 J2 \5 J, 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 6 l, C3 [* x$ }( H! G
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 r2 K; {; C* o- t, ]
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
4 B& l3 R& n7 a$ Z) g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
1 l- V1 Z" c9 m7 E, e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
; y* S" b# |, ^2 [* e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 # h- j6 [ k+ u7 F
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 ^) I" t1 I E/ \7 @- 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 ) x* C* p5 h0 n% C S; E7 X
算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。
+ e5 K5 o! x; N. D: M+ J0 N三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用 4 c2 \1 q1 ]* y; o; Y; J0 ]
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 1 n/ _# a* N* e2 @% H, J! m
如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。
: W2 `, [% ] Y$ v( B/ H一般配方设计时,对于这种交互作用有两种办法: 1 V/ C& Y7 V* @* f
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3 i- y5 K$ s, D. @第一编橡胶配方设计 6 }8 G7 {, j" K# e5 [9 ~( J
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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, ( e6 n/ T# l! m" h
甚至可以把它作为一个因子去处理。 $ l _% C: ~* ~( Z
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
6 k; I' W; s- I G$ T6 p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
e' ]) J' x l! Y分析简单容易。
- C i& X: t' ?1 l- `4 M& G四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用 4 Z2 P) }, N) ]( F+ J- P8 T% 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 & y& T! L6 R* H, H! |7 W- s
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 7 I" `2 Q. V2 ]5 ^: ?# B5 D) [
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 E; N- Y" E7 k0 \" S6 R, _/ u- p# b将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。 # I* U7 c2 n6 I Y9 U8 J
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
. F; R1 m: r2 v4 I& g6 o7 }3 u/ _5 R系。它们之间的关系可概括为图。 |
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