橡胶配方设计的特点和重要性

 

　　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，确定各种原材料的用量和配比关系。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。

 

　　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。

 

　　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则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。

 

　　第一节橡胶配方设计的重要性

 

　　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。

 

　　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，制成物美价廉的产品。

 

　　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··

 

　　５ 第一编橡胶配方设计

 

　　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，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。

 

　　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，使配方设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。

 

　　第二节橡胶配方设计的特点

 

　　从开始发现硫黄硫化橡胶开始，橡胶配方设计已有多年的历史，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：

 

　　一、橡胶配方的组成是多组分的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，更多的情况下是解决多因素变量问题。

 

　　二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题橡胶配方试验中，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算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费，还是合算的。

 

　　三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用

 

　　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。例如，各种促进剂之间，防老剂之间的交互作用都很显著。一般配方设计时，对于这种交互作用有两种办法： ··

 

　　６ 第一编橡胶配方设计

 

　　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， 甚至可以把它作为一个因子去处理。

 

　　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，从而使数据分析简单容易。

 

　　四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用

 

　　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，否则实验结果将是一堆杂乱无章的数据，找不出内在的规律性。

 

　　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系。它们之间的关系可概括为图。