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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
/ Q1 r: ^2 P" h7 h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 / p5 [$ k/ \, U2 V3 o3 ]
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
% H; D( E# f4 l' f理的配方设计才能实现。
# G( o5 f1 a( X( y7 C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
4 @1 [% O1 L; L; `2 \料的用量和配比关系。
* h+ m0 A4 T3 l0 o5 S" V0 \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 7 k" y) Y. W3 g* D# |% 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
# {$ m3 S5 Q4 r; w" ]& r7 ?3 o3 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。 * f, W4 u' E: X: i
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
. _, J# h* H. q8 `7 A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
8 [$ X; r }2 Q+ O& f; f- c& M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 ( K S* [9 w9 z/ z0 g4 u
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: \) K% ^8 F) g, s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。 0 }2 l' r/ m7 d1 ]8 m' D# i6 f& H7 V8 K
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
) {4 k& _% ~7 S. U5 n+ |1 ^( O则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。 6 Q+ n# X7 |8 Q: i6 j: f, l
第一节橡胶配方设计的重要性
6 P5 k- }$ m) D; ^/ z+ {% m e/ X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
4 D3 z" M. B. {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。 ) Y! L5 i8 j m9 G( P8 B& o4 v
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
4 Z; {3 Z4 q* P2 j$ `" K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 4 T2 X+ J+ Q2 J
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 0 [6 u2 q$ b; I; U3 c
品。
5 c# D# Z, x$ E* I! j* E/ k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 * S4 u! G7 L' e, @" z" o4 N5 l8 W* \/ n2 C
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 % u( L8 ]0 b2 p" o( A
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第一编橡胶配方设计
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. R' X. f( x7 Q9 D3 x" B- b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, + p7 @& `: ]) d2 c$ y" y7 i P
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 ' j d8 G' X1 M& k: o, Q* 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。 8 u0 y; N0 i1 R. L. G, A, x
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
$ s0 |- D. H# N }' x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& Q' H3 t* }, {, u; ~7 H9 [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 8 ~. M; m4 K& q* \( F0 H( P" E
设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。
6 Y1 p* I: @% _. y4 \" U; H5 L第二节橡胶配方设计的特点 3 `/ n# V6 j, e8 Z4 _
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, . W' h7 N1 F3 y, z" a% V
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
, |9 B0 d5 N6 d7 ~3 {. M$ S2 `" n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:
4 E( q- J T/ |9 e' C# y2 U一、橡胶配方的组成是多组分的
* q( t" l4 V, K; [. j8 B" ?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 ( N+ h: y4 p5 J9 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- x6 O; C. D5 x! ?0 r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, 1 u/ }6 r3 ?- ?, i
更多的情况下是解决多因素变量问题。
2 j( ?/ ~3 j# F& P二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题 0 ^) J' I' j1 ]3 g1 k: ]/ k
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 4 E( \5 C# R6 a& {3 B( j; k0 s
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
* F8 H) Q! K6 A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 + y- K$ {( O+ g) f9 Q; p
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 $ o) o. J6 M1 F% M0 r0 g
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 $ J9 H' a5 ^5 w! m. k, ~) ^
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 8 n1 G3 R7 t7 J2 P v% @ b
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 ; w( C/ j) {; D! M# T) L# d# 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 3 @: W: @" i% N2 Q. d4 \: s. h
算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费,还是合算的。
, I, f& _, T6 e1 d三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用
1 Z! E1 z8 L3 l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 9 u6 u. f z8 J# N+ i* n
如,各种促进剂之间,防老剂之间的交互作用都很显著。 $ v9 ?% M- }' e9 T- \
一般配方设计时,对于这种交互作用有两种办法:
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% N N* \0 C1 W8 g2 ]# n第一编橡胶配方设计 2 A; p1 p/ ^+ k5 N% b% g
: \5 {: l/ o6 R7 b8 N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,
; _8 m1 X, g. v1 J3 L甚至可以把它作为一个因子去处理。
2 o; j( @9 ^" X. c9 \0 Q0 F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 }& t3 Q- |7 d( p$ d9 ]
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
9 g4 Q' N: u4 E" t# ?分析简单容易。 % {7 ^4 H4 y3 K ~) S5 W1 `7 _
四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用
+ B- { c @$ y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 E' c5 Z. I% t. p: H, [1 Z- r
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 0 x2 N4 e$ q8 x0 N. W8 W
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
5 J, u8 s9 E3 b7 x: E/ W将是一堆杂乱无章的数据,找不出内在的规律性。 , e, w1 {2 i4 r1 g$ N. m
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 ( ~9 g; ^( [/ M, b
系。它们之间的关系可概括为图。 |
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