橡胶配方设计基础.ppt

1、第一章橡胶配方设计基础，1.1配方表达1，概述，1。概念橡胶配方设计：根据橡胶产品的性能要求和工作条件合理选择原材料，确定各种原材料的使用比例关系，确保橡胶材料的质量、技术和成本达到最佳平衡。橡胶配方：生橡胶和多种配方按一定比例组合。五大系统：原料橡胶系统(聚合物单或用途):母体材料或基质材料硫化系统：与橡胶分子进行化学作用，使橡胶从线性大分子变成三维网状结构，提高橡胶性能，稳定形状的系统。强化填充系统：在橡胶中添加炭黑等增强剂或其他填充物，以提高机械性能，提高工艺性能或降低制造成本。保护制度：添加抗氧化剂，延缓橡胶老化，延长产品寿命。塑化系统：降低产品硬度和混合粘合剂的粘度，提高处理工艺性能

2、。2 .正式设计的意义是橡胶产品生产过程的重要技术基础。对产品质量有决定性影响。对产品的经济成本也有决定性影响。例如：软管的内部粘合剂使用环境设计：气体运输、泥浆运输、酸、碱、油液体。原料橡胶晶体，第二，橡胶配方组成和表达，1 .橡胶配方的组成，橡胶配方只是原料橡胶和各种配方使用量的比率表。生产用橡胶配方包括粘合剂名称代码和用途、生物橡胶及各种配方的使用、粘合剂比例、比重、成本及粘合剂机械特性等。2 .配方的显示形式1。基本配方的质量份数(mi):100个生胶率，其馀配方相应质量的份数为2。质量百分比(mi%):=mi/mi 100%表示粘合剂质量合计为100，生橡胶和处方质量所占的百分比，主

3、要用于计算原材料质量成本和粘合剂比率。3.体积百分比表示法(Vi% ):=Vi /Vi 100%表示橡胶总体积为100，原材料体积和配方体积所占的比重主要用于计算原材料体积成本。4.生产公式(mi，kg):=q/mi化合物的总质量等于链排的装载量q，每个组均以实际使用情况表示。表1-1橡胶配方的显示，1.2配方转换质量分数配方计算：mi%=mi(100/mi)体积分数配方计算：Vi%=mi/i100/(mi/I)生产配方计算：假定为50Kg，请求创建转换公式。组件质量/单位密度/体积/单位质量体积生产公式(g/cm3)百分比/%百分比/%/Kg NR 100 . 00 . 92 108 . 0

4、0 . 92 108 . 70 63 . 49 77 . 30 20.00s 2 . 75 2 . 05推进M 0.75 1.42 ZnOMi生产公式各组的实际质量，kg；m胶生产配方原料胶的总质量。(a)正式设计内容1，确定硫化物的主要性能和性能指标范围；(1)现有成品：解剖成品，测试性能；(2)无成品：建议2，确定相似或类似产品或计算机模拟分析中的适当工艺条件和指标值的范围实验研究决定3，确定主要材料和配方的品种和使用情况实验研究决定4，5、成本计算，1.3橡胶配方设计的种类、原则和步骤，(2)配方设计的种类，基本配方：标准配方，仅包含最基本的组成部分，使用传统配方量，以识别原料橡胶和配方

5、为目的，反映了橡胶基本工艺性能和硫化物的基本物理力学特性。获得基本配方：(1)ASTM标准(2)根据实验的基本情况编写；(3)在同类或类似产品的生产配方中参考；性能配方：考虑技术配方、各种性能配方；添加或调整基本配方的内容以符合产品使用条件。实际配方：生产配方，是指根据满足要求的性能配方结合实际生产条件而获得的实际生产生产生产配方。基本配方、性能配方和实际配方相互约束并相互影响。例如：橡胶基本公式：原料橡胶：100份；硫磺：0.5-3.5部分；促进剂：0.5-1.5 ZnO:1-10部分；Hst: 0.5-2.0部分；抗氧化剂：0.25-1.5部分，(3)配方设计原则1。目的在三个方面实现橡胶

6、产品的性能、成本和工艺可行性的最佳综合平衡，设计性能优良、满足现有生产设备要求的配方。2.基本原则(1)在不降低产品质量的情况下降低成本(2)在不牺牲成本的情况下提高产品性能3。一般原则(1)满足产品的性能要求；(2)设计的公式容易加工(3)原料便宜，使用方便。(4)充分考虑核心设计的主要性能(5)交互作用。(6)配方成本低，能耗低(7)配方包括：(8)符合环境和卫生要求，(4)配方设计的基本程序，(1)确定橡胶材料技术要求的技术要求，以及产品用途、使用位置和作用。产品的特定使用条件，如工作温度范围、工作压力、工作周期、频率和寿命；橡胶工艺性能等。(2)技术数据收集主要是了解以前产品或相关部门

7、对类似产品或类似产品进行的配方测试情况、技术经验。收集类似产品或类似产品研究测试技术，以供配方设计时参考。(3)开发基本和性能测试项目，开发基本测试公式，确定性能测试项目，确定活检的品种和使用情况，确定硫化系统，确定补强填充物，确定柔软剂，确定抗氧化剂，确定其他特殊配方，加工性能，机械性能，性能，其他性能：根据产品橡胶工艺性能、硫化物的机械性能和成品的机床性能测试，初步确定最佳工艺条件，(6)确定完整的生产公式，生产配方中配方成分、用量、橡胶性能指标(材料的名称、代码、用途)、工艺条件(主要是塑料混合条件、硫化条件)和检验方法，上述配方设计程序如下图，调查和研究收集技术数据，原材料性能分析，产

8、品使用分析，加工工艺分析，基本配方和性能测试项目开发，考场研究分析，选择最佳配对，测试和扩展测试，完整的生产公式决策，1.4橡胶配方设计方法，随着科学技术在各个领域的发展和进步，特别是计算机技术的迅速发展，橡胶行业已经开始使用计算机进行配方设计。2020/7/7，1。单因素设计方法，因素：应调查影响试验化合物性能指标的因素，如橡胶配方成分的硫化剂、补强剂、抗氧剂等；水平：每个测试要素的可能值的状态单因素配方测试设计主要是研究单个测试要素，如促进剂、炭黑、抗氧剂或在特定变量区间发挥最佳性能的新原料。这种设计方法主要包括金分法(0.618法)、平分法(大分法)、批量测试法、抛物线法和登山法。黄金分

9、割法黄金分割点位于线段l的0.618，因此也称为0.618法。该方法的要点是，首先在配方试验范围a，b的0.618点进行第一次实验，然后在对称点(试验范围的0.382)进行第二次实验，比较两点试验的结果，并去除“坏点”以外的部分。在剩下的部分，继续获取实验点的对称点，逐渐缩小测试范围。应用案例子午线轮胎子端口胶使用齐国聚酯硬强化。橡胶要求如下：经度(show a)达到了85度。抗拉强度为20MPa不低于。延伸率不低于200%。试验结果：均质聚酯合理范围为2.25.7质量。二等分法(大分割法)在实验范围内，目标函数单调，要找到满足特定条件的最佳点，可以使用二等分法。平分法类似于金分法，但平分法接

10、近最佳范围的速度更快，在考试范围内每次可以去掉考试范围的一半，可以采取的地方更方便。粘合剂的物理性质必须有标准或具体的指标。否则，无法鉴别考试结果的好坏，决定考试范围的取舍选择。要知道原材料的化学性质及对胶粘剂物理性质的影响。可以从测试结果中直接分析这种原料的数量，这是取大或取小，缩小测试范围的判别原则。例如：使用橡胶和黄铜线材代码粘合性最高的680C。基本配方：天然粘合剂SMR5 90、BR 10、ZnO 5、SA 0.5、HAFCB 60、芳烃运行油4、促进剂0.7、防焦剂PVI 0.4、S 3、曼邦680C的02个。测试结果：在此配方中应用Manbond 680C的最佳用量范围为0.75

11、1.25。批量测试方法该方法将各批量测试公式均匀地部署在测试范围内。例如：每次进行4个实验，首先可以将实验范围(a，b)除以5，然后在4个点x1，x2，x3，x4上进行4个实验。比较四个实验结果，如果x3好，则删除小于x2且大于x4的部分，留下(x2，x4)范围。剩下的部分分为6个，在未实验的4个地点再做4个实验。这样继续下去，就能找到最佳配方变量范围。2 .多因素设计方法，在大多数橡胶配方研究中，通常需要同时考虑两个或多个变量因素对橡胶性能影响的规律，这是多因素橡胶配方设计的问题。多种因素的综合性实验面临的最大问题是，实验次数太多，有时负担不起。如果8个因素(每个因素比较两个级别)影响性能指

12、标，则有28=256个不同的水平组合。这里要比较256个实验对象，假设每个因素带来3个级别，那么比较和重复38=6561个不同的实验处理是现实可行的，2020/7/7，1.4.1。正交设计方法简介：一些概念：因素：影响试验化合物性能指标的因素，如橡胶配方成分的固化剂、增强剂、抗氧剂等；水平：每个实验要素可以采用值的状态交互：每个实验要素之间的相互合成效果，正交实验设计方法：使用根据数学原理创建的规范化表-正交表设计实验和分析实验结果的方法。正交试验设计是研究多因素多层次的设计方法，根据正交性，在综合试验中挑选一些代表性的点进行实验，具有“均匀、分散、有序的比较”的特点。例如：吸水膨胀橡胶的研究

13、。试验目的：研究二氧化硅、吸水树脂、交联剂硫的用量对吸水性橡胶吸水性及胶粘剂性能的影响。a元素以二氧化硅用量设置A1、A2、A3 3级别。b因子是吸收剂的量，设置B1、B2、B3的三个级别。c因子是硫的量，设置C1，C2，C3 3级别。通过三要素三级实验，每个要素的水平之间可以组合27种。综合实验方法见下表，实验点分布见图2。图2显示了具有立方体中27个节点3=27个实验的综合实验点的分布。综合测试：可以分析各种因素的效果、相互作用或最佳水平组合。但是，前测试包含大量水平组合，工作量大，有时无法完成。如果测试的主要目的是查找最佳级别组合，则可以使用正交表设计批处理测试。正交设计是从综合实验点(

14、水平组合)中选择代表性实验点(水平组合)进行实验。选择27个实验点中的9个实验点作为正交表L9(34)。即：(1)a1 b1c 1(2)a2 b1c 2(3)a3 b1c 2(4)a1 B2C 2(5)a2 B2C 1(6)a3 B2C 1(7)a1 b3c 3()对于a、b和c三个因素，从27个总测试点中选择9个测试点。这只是整个测试的三分之一。图1正交表放置实验点分布，L9(34)正交表放置实验，仅9次。如图所示，九个实验点在优化区域均匀分布，立方体的每个平面都有三个实验点。立方体的每一行也有测试点。九个实验点均匀分布在整个立方体中，具有很好的代表性，使用正交实验设计方法，可以更好地解决多

15、因素实验中几个更常见的问题对性能指标的影响，按重要因素或不重要因素，哪个水平好，每个因素组合到哪个水平对性能指标更好？正交试验的优点是实验点具有较强的代表性，实验次数较少。(2)无需重复实验即可估算实验误差。(3)可以区分元素的主要和次要因素。(4)可以使用数学统计处理实验结果。2020/7/7，2。正交表的表示：正交表是实验设计方法中合理安排实验和统计分析数据的主要工具。常用正交表包括L4(23)、L8(27)、L12(211)、L16(215)、L20(219)、L32(231)、L8(423)l表示正交试验表。4表示测试次数。2标准正交表可准备的元素级数；3表示列数(测试中的元素数)。表1-8 L4(23)正交表，上面的L4(23)正交表表示进行了4个实