新聞詳情
設(shè)計(jì)定製氟橡膠混合物
日期:2024-12-23 22:00
瀏覽次數(shù):2986
摘要:
設(shè)計(jì)定製氟橡膠混合物
定製混合物要求開(kāi)發(fā)出來(lái)的材料的物理性能必須達(dá)到客戶和產(chǎn)品使用過(guò)程中所需要的標(biāo)準(zhǔn)。由於不同的物理性能之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)係,該標(biāo)準(zhǔn)通常很難權(quán)衡,使得人們很難確定一個(gè)能滿足所有需求的優(yōu)化配方。此外,人們還經(jīng)常需要在很短時(shí)間內(nèi)得到一個(gè)解決方案。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)是混配料師用來(lái)滿足客戶需求的一條途徑。利用設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可以得到一個(gè)具有預(yù)見(jiàn)性的模型,這可以幫助混料工更好理解輸入的變量(例如:混合物的成分)將會(huì)如何影響輸出的量(例如:物理性能)。有時(shí)候我們也許會(huì)在設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)中引入數(shù)學(xué)技術(shù),以此來(lái)加深我們對(duì)所觀察到的現(xiàn)象的理解。
人們發(fā)展了許多種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),值得強(qiáng)調(diào)的是,在攻克實(shí)驗(yàn)難關(guān)時(shí),這些設(shè)計(jì)都有其各自的特點(diǎn)。它們擁有的一個(gè)共同的特征,就是需要實(shí)驗(yàn)者從容不迫地設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試計(jì)劃,然後實(shí)施這個(gè)測(cè)試計(jì)劃,*後分析他們得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些測(cè)試計(jì)劃可能會(huì)非常複雜,在設(shè)計(jì)、實(shí)施和分析上要做許多的試驗(yàn)測(cè)量和花費(fèi)大量的工時(shí)。此外,如果在完成所設(shè)計(jì)的矩陣之前實(shí)驗(yàn)中止了,那麼,從這些數(shù)據(jù)中我們很可能得不到一個(gè)有用的模型。
混配料師可以利用其經(jīng)驗(yàn)來(lái)縮小實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的範(fàn)圍。比如說(shuō),當(dāng)客戶需要*大限度的壓縮形變和*小的伸長(zhǎng)率時(shí),混配料師可以利用其在混合物方麵知識(shí),通過(guò)把輸入變量限定在少數(shù)幾種已知的可以影響交聯(lián)密度的組分中,來(lái)開(kāi)發(fā)一個(gè)*優(yōu)的解決方案。這樣,我們就可以在有限的時(shí)間裡快速得到可以滿足多種物理性能需求的簡(jiǎn)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
一個(gè)可以被用來(lái)替代實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法是做一係列的實(shí)驗(yàn),每次更換其中的一項(xiàng)因素而保持其它因素不變(簡(jiǎn)稱為OFAAT)。這類(lèi)替代實(shí)驗(yàn)雖然很可靠,但是卻常常會(huì)給出一些誤導(dǎo)人的結(jié)果,特彆是當(dāng)體係中存在相互作用時(shí)。但儘管如此,它們還是能夠幫助人們加深理解和篩選一些想法。
混配料師也可以使用一個(gè)“銀色子彈”(致命武器的代名詞)方法,利用以往的知識(shí)建立一套實(shí)驗(yàn)方法。雖然這樣的方法很省事、快捷,但是這種技巧隻能告訴我們某一種特定的混合物是否能滿足需求,並且隻能給實(shí)驗(yàn)者提供非常有限的指導(dǎo)。
實(shí)驗(yàn)
在每一個(gè)實(shí)例中,我們都通過(guò)進(jìn)行一個(gè)或者一係列設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)來(lái)判定是否可以設(shè)計(jì)出能滿足多種物理性能需求的優(yōu)化配方。在大多數(shù)情況下,我們都采用簡(jiǎn)單的2x 2區(qū)組設(shè)計(jì)。
試驗(yàn)用的混合物是將商品化的成分放在6" x13"的實(shí)驗(yàn)室研缽中混合而得。被測(cè)樣品在實(shí)驗(yàn)室壓力(大氣壓)和177℃下硫化10分鐘,然後在表中所示的條件下進(jìn)行二次硫化。物理測(cè)試與下麵所示的測(cè)試過(guò)程相似:
ASTM D-395-03,橡膠性質(zhì)—壓縮形變;
ASTM D-412-98a,硫化橡膠和熱塑性彈性體 —張力;
ASTM D-2084-01,用振動(dòng)圓盤(pán)硫化儀測(cè)量硫化作用;
ASTM D-624-00,通用硫化橡膠和熱塑性彈性體撕裂強(qiáng)度;
ASTM D-2240-05,橡膠性質(zhì)—硬度計(jì)硬度;
ASTM D-6204-05,用無(wú)轉(zhuǎn)子剪切流變儀測(cè)量未硫化橡膠的流變性質(zhì)。
在每一個(gè)例子中,測(cè)試程序都根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)試,以滿足不同實(shí)驗(yàn)的需要。在大多數(shù)情況下,每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都在一周之內(nèi)完成。
結(jié)果與討論
◆ 案例1
在這個(gè)例子中,客戶要求得到一種硬度為85的“GF”混合物(ASTMD-2000分類(lèi)),並且擁有良好的橡膠-金屬粘結(jié)性以及合適的撕裂強(qiáng)度。已知金屬氧化物會(huì)影響含氟彈性體混合物的橡膠-金屬粘結(jié)性,而炭黑則會(huì)影響其撕裂強(qiáng)度。在這裡我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)2x 2區(qū)組實(shí)驗(yàn),用來(lái)論證這兩個(gè)因素-金屬氧化物和炭黑對(duì)材料性能的影響。
3號(hào)混合物展示出了*好的撕裂強(qiáng)度和綜合性能,我們從中取樣給客戶做產(chǎn)品評(píng)估??蛻舯硎荆摶旌衔镌谒麄兊募庸み^(guò)程中展示出了良好的粘結(jié)性能。
◆ 案例2
在這個(gè)例子中,客戶提供了一個(gè)配方以及一組需要實(shí)現(xiàn)的物理性能。在*初的測(cè)試中,該混合物並不能達(dá)到客戶所需要的物理性能標(biāo)準(zhǔn)。於是,我們利用他們的配方進(jìn)行了一項(xiàng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),研究二次硫化的時(shí)間和溫度對(duì)*終產(chǎn)品物理性能的影響。
該設(shè)計(jì)是一項(xiàng)有一個(gè)中心點(diǎn)的2 x2區(qū)組設(shè)計(jì)。這裡所選擇的時(shí)間(6和24小時(shí))和溫度(177和232℃)包含了已報(bào)道過(guò)的類(lèi)似氟橡膠混合物體係的二次硫化條件的範(fàn)圍。根據(jù)客戶的要求,我們?cè)黾恿说?個(gè)點(diǎn)(在121℃二次硫化12小時(shí))。該研究的首要目的是提高定伸強(qiáng)度(100%模量)值,而次要目的是為了達(dá)到上麵提到的物理性能要求。
由於該研究的目的是為了使模量*大化,我們用圖解法代替了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析。以下列出了一些大體傾向:
☆ 溫度的影響要大於時(shí)間的影響;
☆ 在所有的測(cè)試條件中,拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都超出了目標(biāo)值;
☆ 伸長(zhǎng)率隨著二次硫化溫度的增高而降低;
☆ 壓縮形變大於目標(biāo)值,並且我們驚訝地發(fā)現(xiàn),它的值不受二次硫化條件的影響;
☆ 在所有的被測(cè)樣品中,該混合物的模量都冇有達(dá)到目標(biāo)值;
☆ 模量似乎是隨著二次硫化溫度的提高而升高。
調(diào)整二次硫化條件並不能使混合物滿足客戶對(duì)其物理性能的要求。所以,很顯然,我們必須通過(guò)研究其它因素來(lái)滿足客戶對(duì)材料性能的要求。
◆ 案例3
在該案例中,客戶要求得到一種具有一套特定物理性能的混合物,這些物理性能包括定伸強(qiáng)度(100%模量)和斷裂伸長(zhǎng)率,客戶提出的目標(biāo)值對(duì)於氟橡膠來(lái)說(shuō)顯得比較高。此外,客戶還對(duì)混合物的材料作了規(guī)定,必須至少含有60%的聚合物,即使組分限定為每100份橡膠*多能配成166.67份(pphr)混合物??蛻魞佑袑?duì)硫化條件做規(guī)定,我們?cè)诩訅毫蚧投瘟蚧釋?duì)樣品進(jìn)行測(cè)試,以期其性能達(dá)到客戶的需求。多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)被運(yùn)用到該案例中,以滿足客戶對(duì)產(chǎn)品的性能的需求。
該項(xiàng)目中的**個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)兩因素、兩水平析因的設(shè)計(jì),其中的兩因素是指高聚物和硫化類(lèi)型。
將三元共聚物氟橡膠(Viton-B橡膠)添加到配方中可以提高混合物的硬度計(jì)硬度和比重,而使得拉伸強(qiáng)度下降。替換硫化劑的類(lèi)彆對(duì)產(chǎn)品物理性能的影響很小。所有的被測(cè)混合物的硬度計(jì)硬度都冇有達(dá)到目標(biāo)值,這使得我們不得不進(jìn)行另外的研究。
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了改變聚合物和硫化類(lèi)型對(duì)產(chǎn)品的物理性能並冇有多大改善,所以我們?cè)谠瓉?lái)的聚合物和硫化類(lèi)型的基礎(chǔ)上,對(duì)填充劑進(jìn)行了調(diào)整,建立起一個(gè)“銀色子彈”試驗(yàn),以期快速得到一個(gè)滿意的解決方案。兩種混合物的模量和伸長(zhǎng)率都更接近於客戶的需求,然而這兩種混合物還是不能達(dá)到所有的物理性能標(biāo)準(zhǔn)。
由於還冇有得到滿意的解決方案,我們進(jìn)行了一項(xiàng)變換單因素(礦物填料)的篩選實(shí)驗(yàn),以確定哪種礦物填料能夠**提升混合物的物理性能,使之滿足客戶的需求。用於氟橡膠混合物的常用礦物填料在相同裝填量的條件下作了對(duì)比,高比表麵積的二氧化矽在較低裝填量的條件下作對(duì)比。填料的研究結(jié)果總結(jié)於表5中。
有些填料會(huì)阻斷該混合物中交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行,為了使混合物在177℃下10分鐘內(nèi)完成交聯(lián),我們?cè)谄渲辛硗馓砑恿肆蚧瘎Ec預(yù)料的一樣,冇有一種混合物的性能達(dá)到所有的目標(biāo)值。不過(guò)該實(shí)驗(yàn)給我們展示了哪種填料會(huì)使產(chǎn)品的模量增加,而其又是如何影響產(chǎn)品的其它性能的。
我們通過(guò)一項(xiàng)三因素、兩水平析因設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步檢測(cè)填料對(duì)混合物性能的影響。這三個(gè)因素為:二氧化矽填料的表麵積,硫化劑的數(shù)量和對(duì)原生礦物填料的矽烷化處理,矽酸鈣。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、混合物的配方以及產(chǎn)品的物理性能測(cè)試結(jié)果列於表6中。雖然,在給定的硫化條件下,冇有一個(gè)混合物能滿足所有的物理性能需求,但是,我們?nèi)匀豢梢钥吹揭恍┓桨傅慕Y(jié)果很接近,並且可以從這些數(shù)據(jù)中定量出每一種輸入變量的影響?;旌衔顴7滿足了模量和拉伸強(qiáng)度的需求,並且展現(xiàn)了良好的伸長(zhǎng)性能。
混合物F2是基於混合物E7的一種改良產(chǎn)品,它用另一種來(lái)源的高比表麵積二氧化矽代替了原來(lái)相應(yīng)的組分,並調(diào)整了矽酸鈣成分,使混合物滿足硬度計(jì)硬度的目標(biāo)值。除了斷裂伸長(zhǎng)率,該混合物滿足了其它所有的物理性能要求??蛻粢步邮芰嗽摶旌衔铮萌ミM(jìn)行成型試驗(yàn)和產(chǎn)品評(píng)估。
◆ 案例4
大多數(shù)氟橡膠聚合物在經(jīng)過(guò)共混後,其硬度計(jì)硬度將會(huì)在50以上。硬度目標(biāo)值為45的混合物配方中將含有很少量的填料,並且這些填料中大部分為硫化反應(yīng)所需要的酸受體。在氟橡膠混合物中常用的兩種酸受體為氫化鈣和高活性氧化鎂。我們進(jìn)行了一項(xiàng)兩因素、兩水平析因?qū)嶒?yàn),以證明這兩種金屬氧化物對(duì)45硬度級(jí)氟橡膠混合物物理性能的影響。
混合物B在177℃下了反應(yīng)了10分鐘後還冇有完全硫化。在混合物D和E中,更高的填料含量使得混合物的硬度計(jì)硬度提高到45硬度級(jí)的目標(biāo)值範(fàn)圍(45±5)以上。其它剩下的混合物的數(shù)據(jù)可以被用來(lái)滿足對(duì)45硬度級(jí)氟橡膠混合物的特殊需求。
總結(jié)
混配料師可以用多種實(shí)驗(yàn)手段來(lái)優(yōu)化其混合配方,以滿足客戶的需求。一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以鑒定出那些滿足條件的混合配方,這些混合物配方實(shí)現(xiàn)了客戶需要的多種存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)係的物理性能。實(shí)驗(yàn)案例描述了為客戶快速定製設(shè)計(jì)特定需求的氟橡膠混合物的可行性。
定製混合物要求開(kāi)發(fā)出來(lái)的材料的物理性能必須達(dá)到客戶和產(chǎn)品使用過(guò)程中所需要的標(biāo)準(zhǔn)。由於不同的物理性能之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)係,該標(biāo)準(zhǔn)通常很難權(quán)衡,使得人們很難確定一個(gè)能滿足所有需求的優(yōu)化配方。此外,人們還經(jīng)常需要在很短時(shí)間內(nèi)得到一個(gè)解決方案。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)是混配料師用來(lái)滿足客戶需求的一條途徑。利用設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可以得到一個(gè)具有預(yù)見(jiàn)性的模型,這可以幫助混料工更好理解輸入的變量(例如:混合物的成分)將會(huì)如何影響輸出的量(例如:物理性能)。有時(shí)候我們也許會(huì)在設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)中引入數(shù)學(xué)技術(shù),以此來(lái)加深我們對(duì)所觀察到的現(xiàn)象的理解。
人們發(fā)展了許多種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),值得強(qiáng)調(diào)的是,在攻克實(shí)驗(yàn)難關(guān)時(shí),這些設(shè)計(jì)都有其各自的特點(diǎn)。它們擁有的一個(gè)共同的特征,就是需要實(shí)驗(yàn)者從容不迫地設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試計(jì)劃,然後實(shí)施這個(gè)測(cè)試計(jì)劃,*後分析他們得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些測(cè)試計(jì)劃可能會(huì)非常複雜,在設(shè)計(jì)、實(shí)施和分析上要做許多的試驗(yàn)測(cè)量和花費(fèi)大量的工時(shí)。此外,如果在完成所設(shè)計(jì)的矩陣之前實(shí)驗(yàn)中止了,那麼,從這些數(shù)據(jù)中我們很可能得不到一個(gè)有用的模型。
混配料師可以利用其經(jīng)驗(yàn)來(lái)縮小實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的範(fàn)圍。比如說(shuō),當(dāng)客戶需要*大限度的壓縮形變和*小的伸長(zhǎng)率時(shí),混配料師可以利用其在混合物方麵知識(shí),通過(guò)把輸入變量限定在少數(shù)幾種已知的可以影響交聯(lián)密度的組分中,來(lái)開(kāi)發(fā)一個(gè)*優(yōu)的解決方案。這樣,我們就可以在有限的時(shí)間裡快速得到可以滿足多種物理性能需求的簡(jiǎn)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
一個(gè)可以被用來(lái)替代實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法是做一係列的實(shí)驗(yàn),每次更換其中的一項(xiàng)因素而保持其它因素不變(簡(jiǎn)稱為OFAAT)。這類(lèi)替代實(shí)驗(yàn)雖然很可靠,但是卻常常會(huì)給出一些誤導(dǎo)人的結(jié)果,特彆是當(dāng)體係中存在相互作用時(shí)。但儘管如此,它們還是能夠幫助人們加深理解和篩選一些想法。
混配料師也可以使用一個(gè)“銀色子彈”(致命武器的代名詞)方法,利用以往的知識(shí)建立一套實(shí)驗(yàn)方法。雖然這樣的方法很省事、快捷,但是這種技巧隻能告訴我們某一種特定的混合物是否能滿足需求,並且隻能給實(shí)驗(yàn)者提供非常有限的指導(dǎo)。
實(shí)驗(yàn)
在每一個(gè)實(shí)例中,我們都通過(guò)進(jìn)行一個(gè)或者一係列設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)來(lái)判定是否可以設(shè)計(jì)出能滿足多種物理性能需求的優(yōu)化配方。在大多數(shù)情況下,我們都采用簡(jiǎn)單的2x 2區(qū)組設(shè)計(jì)。
試驗(yàn)用的混合物是將商品化的成分放在6" x13"的實(shí)驗(yàn)室研缽中混合而得。被測(cè)樣品在實(shí)驗(yàn)室壓力(大氣壓)和177℃下硫化10分鐘,然後在表中所示的條件下進(jìn)行二次硫化。物理測(cè)試與下麵所示的測(cè)試過(guò)程相似:
ASTM D-395-03,橡膠性質(zhì)—壓縮形變;
ASTM D-412-98a,硫化橡膠和熱塑性彈性體 —張力;
ASTM D-2084-01,用振動(dòng)圓盤(pán)硫化儀測(cè)量硫化作用;
ASTM D-624-00,通用硫化橡膠和熱塑性彈性體撕裂強(qiáng)度;
ASTM D-2240-05,橡膠性質(zhì)—硬度計(jì)硬度;
ASTM D-6204-05,用無(wú)轉(zhuǎn)子剪切流變儀測(cè)量未硫化橡膠的流變性質(zhì)。
在每一個(gè)例子中,測(cè)試程序都根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)試,以滿足不同實(shí)驗(yàn)的需要。在大多數(shù)情況下,每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都在一周之內(nèi)完成。
結(jié)果與討論
◆ 案例1
在這個(gè)例子中,客戶要求得到一種硬度為85的“GF”混合物(ASTMD-2000分類(lèi)),並且擁有良好的橡膠-金屬粘結(jié)性以及合適的撕裂強(qiáng)度。已知金屬氧化物會(huì)影響含氟彈性體混合物的橡膠-金屬粘結(jié)性,而炭黑則會(huì)影響其撕裂強(qiáng)度。在這裡我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)2x 2區(qū)組實(shí)驗(yàn),用來(lái)論證這兩個(gè)因素-金屬氧化物和炭黑對(duì)材料性能的影響。
3號(hào)混合物展示出了*好的撕裂強(qiáng)度和綜合性能,我們從中取樣給客戶做產(chǎn)品評(píng)估??蛻舯硎荆摶旌衔镌谒麄兊募庸み^(guò)程中展示出了良好的粘結(jié)性能。
◆ 案例2
在這個(gè)例子中,客戶提供了一個(gè)配方以及一組需要實(shí)現(xiàn)的物理性能。在*初的測(cè)試中,該混合物並不能達(dá)到客戶所需要的物理性能標(biāo)準(zhǔn)。於是,我們利用他們的配方進(jìn)行了一項(xiàng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),研究二次硫化的時(shí)間和溫度對(duì)*終產(chǎn)品物理性能的影響。
該設(shè)計(jì)是一項(xiàng)有一個(gè)中心點(diǎn)的2 x2區(qū)組設(shè)計(jì)。這裡所選擇的時(shí)間(6和24小時(shí))和溫度(177和232℃)包含了已報(bào)道過(guò)的類(lèi)似氟橡膠混合物體係的二次硫化條件的範(fàn)圍。根據(jù)客戶的要求,我們?cè)黾恿说?個(gè)點(diǎn)(在121℃二次硫化12小時(shí))。該研究的首要目的是提高定伸強(qiáng)度(100%模量)值,而次要目的是為了達(dá)到上麵提到的物理性能要求。
由於該研究的目的是為了使模量*大化,我們用圖解法代替了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析。以下列出了一些大體傾向:
☆ 溫度的影響要大於時(shí)間的影響;
☆ 在所有的測(cè)試條件中,拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都超出了目標(biāo)值;
☆ 伸長(zhǎng)率隨著二次硫化溫度的增高而降低;
☆ 壓縮形變大於目標(biāo)值,並且我們驚訝地發(fā)現(xiàn),它的值不受二次硫化條件的影響;
☆ 在所有的被測(cè)樣品中,該混合物的模量都冇有達(dá)到目標(biāo)值;
☆ 模量似乎是隨著二次硫化溫度的提高而升高。
調(diào)整二次硫化條件並不能使混合物滿足客戶對(duì)其物理性能的要求。所以,很顯然,我們必須通過(guò)研究其它因素來(lái)滿足客戶對(duì)材料性能的要求。
◆ 案例3
在該案例中,客戶要求得到一種具有一套特定物理性能的混合物,這些物理性能包括定伸強(qiáng)度(100%模量)和斷裂伸長(zhǎng)率,客戶提出的目標(biāo)值對(duì)於氟橡膠來(lái)說(shuō)顯得比較高。此外,客戶還對(duì)混合物的材料作了規(guī)定,必須至少含有60%的聚合物,即使組分限定為每100份橡膠*多能配成166.67份(pphr)混合物??蛻魞佑袑?duì)硫化條件做規(guī)定,我們?cè)诩訅毫蚧投瘟蚧釋?duì)樣品進(jìn)行測(cè)試,以期其性能達(dá)到客戶的需求。多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)被運(yùn)用到該案例中,以滿足客戶對(duì)產(chǎn)品的性能的需求。
該項(xiàng)目中的**個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)兩因素、兩水平析因的設(shè)計(jì),其中的兩因素是指高聚物和硫化類(lèi)型。
將三元共聚物氟橡膠(Viton-B橡膠)添加到配方中可以提高混合物的硬度計(jì)硬度和比重,而使得拉伸強(qiáng)度下降。替換硫化劑的類(lèi)彆對(duì)產(chǎn)品物理性能的影響很小。所有的被測(cè)混合物的硬度計(jì)硬度都冇有達(dá)到目標(biāo)值,這使得我們不得不進(jìn)行另外的研究。
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了改變聚合物和硫化類(lèi)型對(duì)產(chǎn)品的物理性能並冇有多大改善,所以我們?cè)谠瓉?lái)的聚合物和硫化類(lèi)型的基礎(chǔ)上,對(duì)填充劑進(jìn)行了調(diào)整,建立起一個(gè)“銀色子彈”試驗(yàn),以期快速得到一個(gè)滿意的解決方案。兩種混合物的模量和伸長(zhǎng)率都更接近於客戶的需求,然而這兩種混合物還是不能達(dá)到所有的物理性能標(biāo)準(zhǔn)。
由於還冇有得到滿意的解決方案,我們進(jìn)行了一項(xiàng)變換單因素(礦物填料)的篩選實(shí)驗(yàn),以確定哪種礦物填料能夠**提升混合物的物理性能,使之滿足客戶的需求。用於氟橡膠混合物的常用礦物填料在相同裝填量的條件下作了對(duì)比,高比表麵積的二氧化矽在較低裝填量的條件下作對(duì)比。填料的研究結(jié)果總結(jié)於表5中。
有些填料會(huì)阻斷該混合物中交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行,為了使混合物在177℃下10分鐘內(nèi)完成交聯(lián),我們?cè)谄渲辛硗馓砑恿肆蚧瘎Ec預(yù)料的一樣,冇有一種混合物的性能達(dá)到所有的目標(biāo)值。不過(guò)該實(shí)驗(yàn)給我們展示了哪種填料會(huì)使產(chǎn)品的模量增加,而其又是如何影響產(chǎn)品的其它性能的。
我們通過(guò)一項(xiàng)三因素、兩水平析因設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步檢測(cè)填料對(duì)混合物性能的影響。這三個(gè)因素為:二氧化矽填料的表麵積,硫化劑的數(shù)量和對(duì)原生礦物填料的矽烷化處理,矽酸鈣。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、混合物的配方以及產(chǎn)品的物理性能測(cè)試結(jié)果列於表6中。雖然,在給定的硫化條件下,冇有一個(gè)混合物能滿足所有的物理性能需求,但是,我們?nèi)匀豢梢钥吹揭恍┓桨傅慕Y(jié)果很接近,並且可以從這些數(shù)據(jù)中定量出每一種輸入變量的影響?;旌衔顴7滿足了模量和拉伸強(qiáng)度的需求,並且展現(xiàn)了良好的伸長(zhǎng)性能。
混合物F2是基於混合物E7的一種改良產(chǎn)品,它用另一種來(lái)源的高比表麵積二氧化矽代替了原來(lái)相應(yīng)的組分,並調(diào)整了矽酸鈣成分,使混合物滿足硬度計(jì)硬度的目標(biāo)值。除了斷裂伸長(zhǎng)率,該混合物滿足了其它所有的物理性能要求??蛻粢步邮芰嗽摶旌衔铮萌ミM(jìn)行成型試驗(yàn)和產(chǎn)品評(píng)估。
◆ 案例4
大多數(shù)氟橡膠聚合物在經(jīng)過(guò)共混後,其硬度計(jì)硬度將會(huì)在50以上。硬度目標(biāo)值為45的混合物配方中將含有很少量的填料,並且這些填料中大部分為硫化反應(yīng)所需要的酸受體。在氟橡膠混合物中常用的兩種酸受體為氫化鈣和高活性氧化鎂。我們進(jìn)行了一項(xiàng)兩因素、兩水平析因?qū)嶒?yàn),以證明這兩種金屬氧化物對(duì)45硬度級(jí)氟橡膠混合物物理性能的影響。
混合物B在177℃下了反應(yīng)了10分鐘後還冇有完全硫化。在混合物D和E中,更高的填料含量使得混合物的硬度計(jì)硬度提高到45硬度級(jí)的目標(biāo)值範(fàn)圍(45±5)以上。其它剩下的混合物的數(shù)據(jù)可以被用來(lái)滿足對(duì)45硬度級(jí)氟橡膠混合物的特殊需求。
總結(jié)
混配料師可以用多種實(shí)驗(yàn)手段來(lái)優(yōu)化其混合配方,以滿足客戶的需求。一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以鑒定出那些滿足條件的混合配方,這些混合物配方實(shí)現(xiàn)了客戶需要的多種存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)係的物理性能。實(shí)驗(yàn)案例描述了為客戶快速定製設(shè)計(jì)特定需求的氟橡膠混合物的可行性。