配方設(shè)計(jì)，就是根據(jù)產(chǎn)品的性能要求和工藝條件合理地選用原材料，確定各種原材料的用量和配比關(guān)系。橡膠材料是生膠與多種配合劑構(gòu)成的多相體系，橡膠材料中各個(gè)組分之間存在著復(fù)雜的物理和化學(xué)作用。目前尚不能用理論計(jì)算的方法確定各種原材料的配比，也不能確切地推導(dǎo)出配方和物理性能之間的定量關(guān)系。在一定程度上仍依賴于長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)。
近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)試手段的迅速發(fā)展，不僅為橡膠配方設(shè)計(jì)提供了有效的數(shù)學(xué)工具和分析計(jì)算手段，而且還可揭示配方組分與膠料性能之間的關(guān)系。有力地促進(jìn)了橡膠配方設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，使橡膠配方逐步地從經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)化的方向轉(zhuǎn)化?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著理論和實(shí)驗(yàn)手段的進(jìn)一步完善，人們必將在前人豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使配方設(shè)計(jì)方法逐步科學(xué)化，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)程序，加快研究進(jìn)程。
單純的天然橡膠或合成橡膠，不論是未硫化膠還是硫化膠，其性能都很差難以滿足使用要求。因此長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)提高橡膠性能，改善加工方法，延長(zhǎng)使用壽命等進(jìn)行了大量的實(shí)踐。結(jié)果表明，必須在橡膠中加入各種助劑才能實(shí)現(xiàn)上述目的，即必須通過(guò)合理的配方設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)。
本章將首先闡明橡膠配方設(shè)計(jì)的意義、橡膠配方設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。對(duì)橡膠配方設(shè)計(jì)的原則以及橡膠配方性能的鑒定及測(cè)試作概括的介紹。
*節(jié):橡膠配方設(shè)計(jì)的重要性
配方設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的技術(shù)工作，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和成本有決定性的影響，此外合理的配方又是保證加工性能的關(guān)鍵。因此配方設(shè)計(jì)在橡膠工藝中是個(gè)重要的環(huán)節(jié)。
配方設(shè)計(jì)的目的不單純是為了研究原材料的配比組合，更重要的是了解原材料的基本性質(zhì)，各種配合體系對(duì)橡膠性能的影響，以及與工藝性能的關(guān)系，進(jìn)而了解各種結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。在謀求經(jīng)濟(jì)合理的同時(shí)，獲得的綜合性能，制成物美價(jià)廉的產(chǎn)品。
以在配方工作中應(yīng)該注意積累一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，大量的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律可反映某些內(nèi)在規(guī)律性，并注意擬合一切可能的經(jīng)驗(yàn)方程，這對(duì)今后的配方設(shè)計(jì)工作和理論研究工作都有借鑒和指導(dǎo)意義。一個(gè)稱職的配方設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該自覺(jué)的研究各種配方與性能的基本關(guān)系。總之，配方設(shè)計(jì)工作是很有實(shí)際意義的工作，其目的是要建立聚合物結(jié)構(gòu)理論與橡膠配方性能之間的有機(jī)，從而滿足各種實(shí)際要求。橡膠配方設(shè)計(jì)需要做的工作很多，要在短時(shí)間內(nèi)完成較大的工作量，必須運(yùn)用各相關(guān)學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)和理論，使配方設(shè)計(jì)工作*從憑經(jīng)驗(yàn)工作的落后狀態(tài)中擺脫出來(lái)。
第二節(jié):橡膠配方設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
從開(kāi)始發(fā)現(xiàn)硫黃硫化橡膠開(kāi)始，橡膠配方設(shè)計(jì)已有多年的歷史，在一個(gè)半世紀(jì)中，膠料的配方設(shè)計(jì)經(jīng)歷了一個(gè)由低級(jí)到逐漸發(fā)展的過(guò)程。與其他材料配方不同，橡膠配方設(shè)計(jì)有其固有的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)概括起來(lái)有如下幾方面：
一、橡膠配方的組成是多組分的一個(gè)橡膠配方起碼包括生膠聚合物、硫化劑、促進(jìn)劑、活性劑、防老劑、補(bǔ)強(qiáng)填充劑、軟化劑等基本成分。一個(gè)合理的橡膠配合體系應(yīng)該包括聚合物、硫化體系、填充體系、防護(hù)體系、軟化體系五大部分。所以橡膠配方設(shè)計(jì)除單因素和雙因素變量設(shè)計(jì)外，更多的情況下是解決多因素變量問(wèn)題。
二、橡膠配方設(shè)計(jì)是個(gè)因子水平數(shù)不等的試驗(yàn)問(wèn)題橡膠配方試驗(yàn)中，因子的水平數(shù)往往不等。運(yùn)用拉丁方或正交表設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，通常每個(gè)因子的水平數(shù)是相等的，這樣在安排試驗(yàn)時(shí)將出現(xiàn)麻煩。例如進(jìn)行這樣一個(gè)配方設(shè)計(jì)：炭黑的品種作為一個(gè)因子，需試驗(yàn)兩種炭黑，即炭黑這個(gè)因子有二個(gè)水平，而其他的因子（如軟化劑用量）各有三個(gè)水平，那么我們?cè)谶\(yùn)用正交表.設(shè)計(jì)配方時(shí)，必須湊足炭黑因子也是三水平才能套用。然而這種硬湊的做法是不合理的，因?yàn)槲覀儾恍枰獮樘亢谶@個(gè)因素多試驗(yàn)第三個(gè)炭黑品種，造成不必要的人力、物力和時(shí)間浪費(fèi)。這樣就出現(xiàn)了活用正交表的問(wèn)題，使許多水平數(shù)不等的試驗(yàn)問(wèn)題得以解決。雖然這樣做配方設(shè)計(jì)的試驗(yàn)安排和數(shù)據(jù)的計(jì)算分析顯得復(fù)雜一些，不過(guò)以紙面上的配方設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的麻煩來(lái)?yè)Q取人力、物力和時(shí)間的浪費(fèi)，還是合算的。
三、橡膠配方中各組分之間有復(fù)雜的交互作用
所謂交互作用，是指配方中原材料之間產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)、加和效應(yīng)或?qū)棺饔?。例如，各種促進(jìn)劑之間，防老劑之間的交互作用都很顯著。一般配方設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于這種交互作用有兩種辦法： ··
充分注意這種交互作用，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能周到的考慮它的作用和影響， 甚至可以把它作為一個(gè)因子去處理。
避開(kāi)交互作用的大因子，把一對(duì)交互作用大的因子，分別安排在不同的兩組實(shí)驗(yàn)中，使同組試驗(yàn)的因子保持相對(duì)的獨(dú)立性，避免了強(qiáng)烈交互作用的干擾，從而使數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)單容易。
四、工藝因素有時(shí)對(duì)橡膠配方實(shí)施有重要作用
為了避免工藝因素的影響，同一批配方試驗(yàn)要固定在同一工藝條件下試驗(yàn)，否則將干擾統(tǒng)計(jì)分析，使數(shù)據(jù)的分析陷入混亂。如果把起決定作用的工藝條件作為一個(gè)獨(dú)立的因子參與試驗(yàn)設(shè)計(jì)，那么配方工作者平日積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)就十分重要了，否則實(shí)驗(yàn)結(jié)果將是一堆雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)，找不出內(nèi)在的規(guī)律性。
配方、工藝條件、原材料、設(shè)備、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間存在著強(qiáng)烈的依存和制約關(guān)系。它們之間的關(guān)系可概括為圖。
