橡膠配方設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

第1章橡膠配方設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1配方表示形式一、概述1.概念橡膠配方設(shè)計(jì)：根據(jù)橡膠產(chǎn)品的性能要求和工藝條件，合理地選用原材料，并確定各種原材料的用量配比關(guān)系，使得膠料的物性、工藝性和成本三者取得最佳平衡。橡膠配方：生膠和多種配合劑按照一定比例的一種

組合。

五大體系：生膠體系(高聚物單用或并用)：母體材料或基體材料硫化體系：與橡膠大分子起化學(xué)作用，使橡膠由線型大分子變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高橡膠性能、穩(wěn)定形態(tài)的體系。補(bǔ)強(qiáng)填充體系：在橡膠中加入炭黑等補(bǔ)強(qiáng)劑或其它填充劑，提高其力學(xué)性能，改善工藝性能，或者降低制品成本。防護(hù)體系：加入防老劑，延緩橡膠的老化，提高制品的使用壽命。增塑體系：降低制品硬度和混煉膠的粘度，改善加工工藝性能。2.配方設(shè)計(jì)的意義①是橡膠制品生產(chǎn)過程中的重要技術(shù)依據(jù).②對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有決定性的影響.③對(duì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)成本也有決定性的影響例：設(shè)計(jì)膠管的內(nèi)層膠使用環(huán)境：輸送氣體、輸送泥漿、酸、堿、油類液體。生膠的確定二、

橡膠配方的組成及表示形式1.橡膠配方的組成

橡膠配方簡(jiǎn)單地說就是一份生膠和各種配合劑用量的配比表。生產(chǎn)上的橡膠配方包含：膠料的名稱代號(hào)及用途，生膠及各種配合劑的用量、含膠率，比重、成本及膠料的物機(jī)性能等。2.配方的表示形式1.基本配方以質(zhì)量份數(shù)表示（mi）：以生膠分?jǐn)?shù)為100份，其余配合劑相應(yīng)質(zhì)量份數(shù)表示2.質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（mi%）：=mi/∑mi

×100%

以膠料總質(zhì)量為100，生膠和配合劑質(zhì)量所占比例數(shù)來表示，主要用于計(jì)算原材料質(zhì)量成本和含膠率。3.體積百分?jǐn)?shù)表示（Vi%）：=Vi/∑Vi

×100%

以膠料總體積為100，生膠和配合劑體積所占比例數(shù)來表示，主要用于計(jì)算原材料體積成本。4.生產(chǎn)配方（Mi,kg）：=Q/∑mi

×mi

取膠料的總質(zhì)量等于煉膠機(jī)的裝膠量Q，各組分以實(shí)際用量表示。原材料名稱，(g/cm3)基本配方,質(zhì)量份質(zhì)量分?jǐn)?shù)配方/％體積分?jǐn)?shù)配方/％生產(chǎn)配方，kgNR0.92硫磺2.05促進(jìn)劑M1.42ZnO5.57St0.92C.B.1.8010031525062.20①1.860.603.101.2431.0076.70②1.030.500.631.5419.6050.0③1.50.52.51.025.0合計(jì)161100.00100.0080.5表1-1橡膠配方的表示形式1.2配方換算①質(zhì)量分?jǐn)?shù)配方計(jì)算：mi%=mi×(100/∑mi)②體積分?jǐn)?shù)配方計(jì)算：Vi%=mi/ρi×[100/∑(mi/ρi)]③生產(chǎn)配方計(jì)算：Mi=mi×(Q/∑mi)

作業(yè)：將下述基本配方換算成其它形式表示的配方，假設(shè)煉膠機(jī)的容量為31.50Kg，要求寫出換算公式。組分質(zhì)量/份密度/體積/份質(zhì)量體積生產(chǎn)配方

（g/cm3）百分?jǐn)?shù)/%

百分?jǐn)?shù)/%/Kg

NR100.000.92108.7063.4977.3020.00S2.752.05

促M(fèi)0.751.42ZnO5.005.57硬脂酸3.000.92

炭黑45.001.80

防老劑1.001.12

合計(jì)157.50—140.62

2022/12/24例如：促進(jìn)劑M母膠配方

NR100

促進(jìn)劑M20ZnO5

合計(jì)125原材料名稱基本配方質(zhì)量份生產(chǎn)配方kgNRS促M(fèi)ZnOStC.B.10031525050.01.50.52.51.025.0合計(jì)16180.5原材料名稱基本配方質(zhì)量份生產(chǎn)配方kgNRS促M(fèi)母膠ZnOStC.B.9536.254.7525047.51.53.1252.375125合計(jì)16180.5X促M(fèi)母=1/(20/125)=6.25份母膠中：XNR=6.25×(100/125)=5份XZnO=6.25×(5/125)=0.25份含配合劑母膠的配方計(jì)算：2022/12/24由生產(chǎn)配方計(jì)算基本配方：mi=Mi×（100/∑M膠）mi——基本配方中各組分的份數(shù)；Mi——生產(chǎn)配方中各組分的實(shí)際質(zhì)量，kg；∑M膠——生產(chǎn)配方中生膠的總質(zhì)量。原材料名稱生產(chǎn)配方統(tǒng)一單位配方/kg轉(zhuǎn)換系數(shù)基本配方/份NRSBRS促M(fèi)ZnOSt防4020C.B.5kg3kg200g80g400g160g160g4kg530.20.080.40.160.164100/8=12.562.537.52.51.05.02.02.050.0合計(jì)13.0162.5（一一））配配方方設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的內(nèi)內(nèi)容容1、確確定定硫硫化化膠膠的的主主要要性性能能及及性性能能指指標(biāo)標(biāo)范范圍圍（1）已已有有成成品品：：解解剖剖成成品品，，測(cè)測(cè)試試性性能能（2）無無成成品品：：借借鑒鑒同同類類或或相相似似產(chǎn)產(chǎn)品品或或計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)模模擬擬分分析析提提出出2、確確定定合合適適的的工工藝藝條條件件及及指指標(biāo)標(biāo)值值的的范范圍圍實(shí)驗(yàn)驗(yàn)研研究究確確定定3、確確定定主主體體材材料料和和配配合合劑劑的的品品種種與與用用量量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)研研究究確確定定4、確確定定原原材材料料的的指指標(biāo)標(biāo)范范圍圍實(shí)驗(yàn)驗(yàn)研研究究確確定定，，參參考考原原材材料料出出廠廠檢檢測(cè)測(cè)指指標(biāo)標(biāo)，，以以滿滿足足制制品品性能能要要求求為為準(zhǔn)準(zhǔn)。。5、計(jì)計(jì)算算成成本本1.3橡膠膠配配方方設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的種種類類、、原原則則和和步步驟驟（二二））配方方設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的種種類類實(shí)用配方（生產(chǎn)配方）性能配方（技術(shù)配方）基礎(chǔ)配方（標(biāo)準(zhǔn)配方）基礎(chǔ)礎(chǔ)配配方方：標(biāo)準(zhǔn)配方，，僅包括最基基本的組分，，采用傳統(tǒng)的配合量量，以生膠和和配合劑鑒定定為目的，反反映膠料基本工藝藝性能及硫化化膠基本物理理機(jī)械性能的的配方?；A(chǔ)配方的獲獲得：（1）ASTM標(biāo)準(zhǔn)（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的的基本情況進(jìn)進(jìn)行擬定（3）借鑒同類或或類似產(chǎn)品的的生產(chǎn)配方性能配方：技術(shù)配方，，全面考慮各各種性能的搭搭配，增加或調(diào)整基礎(chǔ)礎(chǔ)配方的內(nèi)容容，以滿足制制品使用條件件的配方。實(shí)用配方：生產(chǎn)配方，，在滿足要求求的性能配方方基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)條件所所得的實(shí)實(shí)用投產(chǎn)產(chǎn)配方。?；A(chǔ)配方方、性能能配方、、實(shí)用配配方是相互制制約、相相互影響響的。例：橡膠膠基礎(chǔ)配配方：生膠：100份；硫磺磺：0.5-3.5份；促進(jìn)進(jìn)劑：0.5-1.5份ZnO:1-10份；Hst：0.5-2.0份；防老老劑：0.25-1.5份（三）配配方設(shè)計(jì)計(jì)的原則則1.宗旨使橡膠制品的性性能、成本和工藝可行行性三方面取取得最佳的綜合合平衡，，以最低的原原材料消消耗，最短的時(shí)時(shí)間，最少工作量設(shè)計(jì)出性性能優(yōu)良良并滿足足現(xiàn)有生生產(chǎn)設(shè)備備要求的的配方。。2.基本原則則（1）在不降降低產(chǎn)品品質(zhì)量的的情況下下降低成成本（2）在保持持成本不不變的情情況下提提高產(chǎn)品品的性能能3.一般原則則（1）滿足制制品的性性能要求求；（2）設(shè)計(jì)的的配方易易于加工工（3）原材料料價(jià)廉易易得；（（4）重點(diǎn)設(shè)設(shè)計(jì)主要要性能（5）充分考考慮交互互作用；；（（6）配方成成本低，，能耗低低（7）配方盡盡可能簡(jiǎn)簡(jiǎn)化（（8）符合環(huán)環(huán)保與衛(wèi)衛(wèi)生要求求（四）配方設(shè)計(jì)計(jì)的基本本程序（1）確定膠膠料的技技術(shù)要求求膠料的技技術(shù)要求求包括：：產(chǎn)品用途途、使用用部位及及應(yīng)起的的作用；；產(chǎn)品具具體使用用條件，，包括工作作溫度范范圍、工工作壓力力、工作作周期、、頻率及及使用壽命等；；膠料的的工藝性性能等。。（2）收集技技術(shù)資料料主要是了了解前人人或有關(guān)關(guān)單位對(duì)對(duì)同類產(chǎn)產(chǎn)品或類類似產(chǎn)品品所作過的配方方試驗(yàn)情情況，技技術(shù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)。收集集有關(guān)同同類產(chǎn)品品或類似似產(chǎn)品研試試技術(shù)，，為進(jìn)行行配方設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)作作參考。。（3）制訂基基本配方方和性能能試驗(yàn)項(xiàng)項(xiàng)目基本試驗(yàn)驗(yàn)配方的制制訂確定性能能試驗(yàn)項(xiàng)目目①確定生膠膠的品種種和用量量②確定硫化化體系③確定補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)填充劑劑④確定軟化化增塑劑劑⑤確定防老老劑⑥確定其他他專用配配合劑加工性能能物機(jī)性能能使用性能能其他性能能：視產(chǎn)產(chǎn)品而定定（4）進(jìn)行試試驗(yàn)并選選取最佳佳配方（（試驗(yàn)室室進(jìn)行））塑煉混混煉制制成成硫化膠膠試樣性性能測(cè)試試數(shù)據(jù)整理理對(duì)對(duì)比，取取舍初初選選最佳配配方（5）復(fù)試并并擴(kuò)大中中試（車車間中進(jìn)進(jìn)行）試驗(yàn)配方方復(fù)試3-5次車間規(guī)模模試驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)z料料的工藝藝性能、、硫化膠的的物機(jī)性性能和成品的的機(jī)床性性能初步確定定最佳工藝藝條件（6）確定完完整的生生產(chǎn)配方方生產(chǎn)配方方內(nèi)容包包括：配方組分分、用量量，膠料料性能指指標(biāo)（指指膠料的的名稱，，代號(hào)，用用途），，工藝條條件（主主要指塑塑混煉條條件，硫化條件件）及檢檢驗(yàn)方法法等整套套資料。。以上配方方設(shè)計(jì)程程序可示示意于下下圖調(diào)查研究究收集技技術(shù)資料料原材料性性能分析析制品的使使用分析析加工工藝藝分析制訂基本本配方和和性能試試驗(yàn)項(xiàng)目目試驗(yàn)室室研研究分分析析選取最最佳佳配方方復(fù)試并并擴(kuò)擴(kuò)大中中試試確定完整整的生產(chǎn)產(chǎn)配方1.4橡膠配方方設(shè)計(jì)方方法橡膠配方方設(shè)計(jì)主主要依賴賴于人們們?cè)谏a(chǎn)產(chǎn)當(dāng)中積積累的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律律，通過過大量而而繁復(fù)的的試驗(yàn)來來優(yōu)化配配方，造造成大量量人力、、物力的的浪費(fèi)。。隨著科學(xué)學(xué)技術(shù)在在各個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域的進(jìn)進(jìn)步和發(fā)發(fā)展，尤尤其是計(jì)計(jì)算機(jī)技技術(shù)的迅迅速發(fā)展展，橡膠膠行業(yè)已已經(jīng)開始始采用計(jì)計(jì)算機(jī)進(jìn)進(jìn)行配方方設(shè)計(jì)。。2022/12/181.單因素設(shè)設(shè)計(jì)方法法因素：需要考察察的影響響試驗(yàn)?zāi)z膠料性能能指標(biāo)的的因素,如橡膠配配方組分分中的硫硫化劑、、補(bǔ)強(qiáng)劑劑、防老老劑等；；水平：每每個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)因素可可能取值值的狀態(tài)態(tài)單因素配配方試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)主主要就是是研究某某單一試試驗(yàn)因素素，如促促進(jìn)劑、、炭黑、、防老劑劑或某一一新型原原材料，，在某一一變量區(qū)區(qū)間內(nèi)，，確定哪哪一個(gè)值值的性能能最優(yōu)。。這樣的設(shè)設(shè)計(jì)方法法主要包包括：黃金分割割法（0.618法）、平平分法（（對(duì)分法法）、分分批試驗(yàn)驗(yàn)法、拋拋物線法法、爬山山法。黃金分割割法黃金分割割點(diǎn)在線線段L的0.618處，故此此法又稱稱0.618法。這個(gè)方法法的要點(diǎn)點(diǎn)是先在在配方試試驗(yàn)范圍圍[a，b]的0.618點(diǎn)作第一一次試驗(yàn)驗(yàn)，再在在其對(duì)稱稱點(diǎn)(試驗(yàn)范圍圍的0.382處)作第二次次試驗(yàn)，，比較兩兩點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)的結(jié)果果，去掉掉“壞點(diǎn)點(diǎn)”以外外的部分分。在剩剩下的部部分繼續(xù)續(xù)取已試試驗(yàn)點(diǎn)的的對(duì)稱點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行試試驗(yàn)、比比較和舍舍取，逐逐步縮小小試驗(yàn)范范圍。應(yīng)用實(shí)例例子午線輪輪胎子口口包膠使使用齊聚聚酯增硬硬。膠料料要求為為：硬度度（邵氏氏A）達(dá)到85度；拉伸伸強(qiáng)度不不小于20MPa；扯斷伸伸長(zhǎng)率不不小于200%。試驗(yàn)結(jié)果果：齊聚聚酯用量量的合理理范圍為為2.2～5.7質(zhì)量份。。齊聚酯用量（質(zhì)量份）02.2(0.382)3.6(0.618)5.7膠料硬度（邵氏）79838586拉伸強(qiáng)度/Mpa21.822.322.522.8扯斷伸長(zhǎng)率/%250225218200齊聚酯用量（質(zhì)量份）05.7(0.382)9.3(0.618)15膠料硬度（邵氏）79868889拉伸強(qiáng)度/Mpa21.822.831.235.1扯斷伸長(zhǎng)率/%250200180150平分法(對(duì)分法)如果在試試驗(yàn)范圍圍內(nèi)，目目標(biāo)函數(shù)數(shù)是單調(diào)調(diào)的，要要找出滿滿足一定定條件的的最優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，可以以用平分分法。平平分法和和黃金分分割相似似，但平平分法逼逼近最佳佳范圍的的速度更更快，在在試驗(yàn)范范圍內(nèi)每每次都可可以去掉掉試驗(yàn)范范圍的一一半，而而且取點(diǎn)點(diǎn)方便。。①要求膠膠料物理理性能要要有一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或或具體指指標(biāo)，否否則無法法鑒別試試驗(yàn)結(jié)果果好壞，，以決定定試驗(yàn)范范圍的取取舍。②要知道道原材料料的化學(xué)學(xué)性能及及其對(duì)膠膠料物理理性能的的影響規(guī)規(guī)律。能能夠從試試驗(yàn)結(jié)果果中直接接分析該該原材料料的量是是取大了了或是取取小了，，并作為為試驗(yàn)范范圍縮小小的判別別原則。。實(shí)例：得得到膠料料與黃銅銅鋼絲簾簾線粘合合力最高高的680C用量?；九浞椒剑禾烊蝗荒zSMR590，BR10，ZnO5，SA0.5，HAFCB60，芳香操操作油4，促進(jìn)劑劑0.7，防焦劑劑PVI0.4，S3，Manbond680C的用量為為0～2份。試驗(yàn)次數(shù)第一次試驗(yàn)第二次試驗(yàn)第三次試驗(yàn)Manbond680C／質(zhì)量份0120.51.50.751.25粘合力/kg（1.27cm）-130564453515554試驗(yàn)結(jié)果果：該配配方中應(yīng)應(yīng)用Manbond680C的最佳用用量范圍圍為0.75—1.25份。分批試驗(yàn)驗(yàn)法這種方法法是每批批試驗(yàn)配配方均勻勻地安排排在試驗(yàn)驗(yàn)范圍內(nèi)內(nèi)。例如如：每批批做4個(gè)實(shí)驗(yàn)，，我們可可以先將將實(shí)驗(yàn)范范圍(a，b)均分為5份，在其其4個(gè)分點(diǎn)x1，x2，x3，x4處做4個(gè)實(shí)驗(yàn)。。將4個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果比較較，如果果x3好，則去去掉小于于x2和大于x4的部分，，留下(x2，x4)的范圍。。然后將將留下的的部分再再均分為為6份，在未未做過實(shí)實(shí)驗(yàn)的四四個(gè)點(diǎn)上上再做4個(gè)實(shí)驗(yàn)。。這樣不斷斷地做下下去，就就能找到到最佳的的配方變變量范圍圍。2.多因素設(shè)設(shè)計(jì)方法法在大多數(shù)數(shù)橡膠配配方研究究中，通通常需要要同時(shí)考考慮確定兩個(gè)或多多個(gè)變量量因素對(duì)橡膠性性能的影影響規(guī)律律，這就是多多因素橡橡膠配方方設(shè)計(jì)的的問題。。多因素的的全面試試驗(yàn)遇到到的最大大問題就就是試驗(yàn)驗(yàn)次數(shù)太多，，有時(shí)無無法承受受。如果果有8個(gè)因素對(duì)對(duì)性能指指標(biāo)有影響，，每個(gè)因因素取兩兩個(gè)水平平進(jìn)行比比較，那那么就有有28=256個(gè)不同的的水平組組合，這這里需要要對(duì)256個(gè)試驗(yàn)處處理進(jìn)行比比較，假假定每個(gè)個(gè)因素取取三個(gè)水水平的話話，那么么就有38=6561個(gè)不同的的試驗(yàn)處處理需要要進(jìn)行比比較，再再加上重復(fù)，處處理的數(shù)數(shù)量就會(huì)會(huì)更多，，這在實(shí)實(shí)際中是是不可行行的2022/12/181.4.1.正交設(shè)計(jì)計(jì)法簡(jiǎn)介介：幾個(gè)概念念：因素：需要考察察的影響響試驗(yàn)?zāi)z膠料性能能指標(biāo)的的因素,如橡膠配配方組分分中的硫硫化劑、、補(bǔ)強(qiáng)劑劑、防老老劑等；；水平：每每個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)因素可可能取值值的狀態(tài)態(tài)交互作用用：各試試驗(yàn)因素素間的相相互綜合合影響的的作用正交試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)法法：利用用依據(jù)數(shù)數(shù)學(xué)原理理制作好好的一種規(guī)格格化表-正交表表來設(shè)計(jì)實(shí)實(shí)驗(yàn)及分分析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果的的方法。。正交試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)是是研究多多因素多多水平的的一種設(shè)設(shè)計(jì)方法法，根據(jù)據(jù)正交性從從全面試試驗(yàn)中挑選出部部分有代代表性的的點(diǎn)進(jìn)行行試驗(yàn)，，具備了了“均勻分散散，整齊齊可比”的特點(diǎn)點(diǎn)。因素水平123A(白炭黑)/份20（A1）30（A2）40（A3）B(吸水樹脂)/份60(B1)80(B2)120(B3)C(硫黃)/份2(C1)3(C2)4(C3)舉例：吸吸水膨脹脹橡膠的的研究。。試驗(yàn)?zāi)康牡模貉芯烤堪滋亢?、吸水樹脂脂、交?lián)劑硫硫黃的用用量對(duì)吸水橡橡膠吸水水性能和和膠料性性能的影影響。A因素是白白炭黑用用量，設(shè)設(shè)A1、A2、A33個(gè)水平；；B因素是吸吸水樹脂脂用量，，設(shè)B1、B2、B33個(gè)水平；；C因素為硫硫黃用量量，設(shè)C1、C2、C33個(gè)水平。。這是一一個(gè)3因素3水平的試試驗(yàn)，各各因素的的水平之之間全部部可能組組合有27種。全面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)安排排見下表表，其實(shí)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分分布見圖圖2。圖2全面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)法的實(shí)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分分布共有333=27次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，即立立方體上上的27個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)。全面試驗(yàn)驗(yàn)：可以以分析各各因素的的效應(yīng)，，交互互作用，，也可選選出最優(yōu)優(yōu)水平組組合。但但全面試試驗(yàn)包含含的水平平組合數(shù)數(shù)較多，，工作量量大，，在有些些情況下下無法完完成。。若試驗(yàn)的的主要目目的是尋尋求最優(yōu)優(yōu)水平組組合，則則可利利用正交交表來設(shè)設(shè)計(jì)安安排排試試驗(yàn)驗(yàn)。。正交交設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)就就是是從從全全面面試試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)（（水水平平組組合合））中中挑挑選選出出有有代代表表性性的的部部分分試試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)（（水水平平組組合合））來來進(jìn)進(jìn)行行試試驗(yàn)驗(yàn)。。利用用正正交交表表L9(34)從27個(gè)試試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)中中挑挑選選出出來來的的9個(gè)試試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)。。即即：：(1)A1B1C1(2)A2B1C2(3)A3B1C3(4)A1B2C2(5)A2B2C3(6)A3B2C1(7)A1B3C3(8)A2B3C1(9)A3B3C2保證證了了A因素素的的每每個(gè)個(gè)水水平平與與B因素素、、C因素素的的各各個(gè)個(gè)水水平平在在試試驗(yàn)驗(yàn)中中各各搭搭配配一一次次。。對(duì)對(duì)于于A、B、C3個(gè)因因素素來來說說，，是是在在27個(gè)全全面面試試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)中中選選擇擇9個(gè)試試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)，，僅僅是是全全面面試試驗(yàn)驗(yàn)的的三三分分之之一一。。圖1正交表安排實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)點(diǎn)分布L9(34)正交表安排實(shí)實(shí)驗(yàn)，只需作作9次。從圖中可以看看到，9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在選選優(yōu)區(qū)中分布布是均衡的，，在立方體的的每個(gè)平面上上，都恰恰是3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；在在立方體的每每條線上也恰恰有一個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)。9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均衡衡地分布于整整個(gè)立方體內(nèi)內(nèi)，有很強(qiáng)強(qiáng)的代表性運(yùn)用正交試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)法可以以較好的解決決在多因素試試驗(yàn)中的幾個(gè)個(gè)比較典型的的問題：⑴對(duì)性能指指標(biāo)的影響，，哪個(gè)因素重重要，哪個(gè)因因素不重要⑵每個(gè)因素素中以哪個(gè)水水平為好？⑶各因素以以哪種水平搭搭配起來對(duì)性性能指標(biāo)較好好？正交實(shí)驗(yàn)法的的優(yōu)點(diǎn)有：實(shí)驗(yàn)點(diǎn)代表性性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)次次數(shù)少；(2)不需需做重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，就可以估估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差差；(3)可以以分清因素的的主次；(4)可以以使用數(shù)理統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的方法處處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果果。2022/12/182.正交表的表示示：正交表是試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)法中合合理安排試驗(yàn)驗(yàn)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析析的主要工具具。常用的正正交表有：L4（23），L8（27），L12（211），L16（215），L20（219），L32（231），L8（4×23），L16（42×29），L16（43×26），L16（44×23），L9（34），L27（313），L16（45），L25（56）……正交表的符號(hào)號(hào)以L4（23）為例，說明明如下：L——表示正交試驗(yàn)驗(yàn)表；4——代表試驗(yàn)次數(shù)數(shù)；2——標(biāo)準(zhǔn)正交表上上可安排的因因素水平數(shù)；；3——代表列數(shù)(試驗(yàn)的因素?cái)?shù)數(shù))。表1-8L4（23）正交表實(shí)驗(yàn)號(hào)列號(hào)1231111212232124221上述L4（23）正交表，表表示該正交表表做4次試驗(yàn)；因素素可安排的水水平數(shù)為2；表中有三列列可供安排因因素和誤差。。2022/12/183.正交表的性質(zhì)質(zhì)：（1）每一列中代代表不同水平平的數(shù)字出現(xiàn)現(xiàn)次數(shù)相等；；例如,L8(27)中不同數(shù)字只只有1和2，，它們各出現(xiàn)現(xiàn)4次；L9(34)中不同數(shù)字有有1、2和3，它們各出出現(xiàn)3次。。（2）任意兩列中中同一橫行的的數(shù)字序數(shù)對(duì)對(duì)出現(xiàn)次數(shù)相相等。例如,L8(27)中(1,1),(1,2),(2,1),(2,2)各出現(xiàn)兩次；；L9(34)中(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3)各出現(xiàn)1次。即每個(gè)因因素的一個(gè)水水平與另一因因素的各個(gè)水水平互碰次數(shù)數(shù)相等，表明明任意兩列各各個(gè)數(shù)字之間間的搭配是均均勻的。從而說明實(shí)驗(yàn)驗(yàn)點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)范范圍內(nèi)排列規(guī)規(guī)律整齊，分分布均勻。1.4.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)步驟：（1）確定因素(主要因素)、水平(要拉開)、交互作用;在配方設(shè)計(jì)前前，應(yīng)先有些些小型的探索索性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)礎(chǔ)，以便決定定正式實(shí)驗(yàn)的的價(jià)值和可行行性。要選擇擇好起主要作作用的因素。。合理選擇水水平，使兩水水平的距離要要適當(dāng)拉開。。最后還要注注意各因素間間的交互作用用等；（2）選擇合適的的正交表（列列數(shù)大于等于于因素?cái)?shù)）對(duì)m個(gè)因素2水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)，一般選用用L4（23）、L8（27）、L16（215）；對(duì)m個(gè)因素3水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì),選用L9（34）、L27（313）；對(duì)m個(gè)因素4水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì),選用L16（45）；對(duì)m個(gè)因素5水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì),選用L25（56）；（3）表頭設(shè)計(jì)（（最難、最重重要）所謂表頭設(shè)計(jì)計(jì)，就是把試驗(yàn)因素和要考察的交互互作用分別安排到正正交表的各列列中去的過程程。在不考察交互互作用時(shí)，各各因素可隨機(jī)機(jī)安排在各列列上；若考察察交互作用，，就應(yīng)按所選選正交表的交交互作用列表表安排各因素素與交互作用用，以防止設(shè)設(shè)計(jì)“混雜””。在可能的情況況下，選擇較小的正交表表為好，這樣可減少少實(shí)驗(yàn)次數(shù)。。如對(duì)3水平多因素實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，一一般可采用L9(34)/L18(313)選擇前者一般表頭設(shè)計(jì)計(jì)可按以下步步驟進(jìn)行：①首先考慮有有交互作用和和可能有交互互作用的因素素，按不可混混雜的原則和和正交法安排排原則，將這這些因素和交交互作用分別別在表頭上。。②余下那些估估計(jì)可以忽略略交互作用的的因素，任意意安排在剩下下的各列上例如，有配方方因素A、B、C、D，每個(gè)因素各各有2個(gè)水平，需要要考察交互作作用有A×B，A×C，B×C。首先把最重重要的配方因因素A和B放入第l、2列；由L8（27）的交互作用用表查得A×B占第3列；接著把有有交互作用的的因素C放在第4列；而A×C由L8（27）交互作用表表查得應(yīng)占第第5列。B×C占第6列，第7列放因素D。472022/12/18交互作用表的的查法

列號(hào)列號(hào)()1234567(1)325476(2)16745(3)7654(4)123(5)32(6)1(7)表中所有的數(shù)數(shù)字都是列號(hào)號(hào)。（）分別代表的是是因素所在的列列號(hào)，其余為交互作用的列列號(hào)。第1列的因素與第第4列的因素素的交互作用用列在第5列

列號(hào)因素?cái)?shù)12345674ABA×BCA×CB×CD表1-10L8（27）交互作用表表把正交表中安安排各因素的的列（不包含含欲考察的交交互作用列））中的每個(gè)水水平數(shù)字換成成該因素的實(shí)實(shí)際水平值，，便形成了正正交試驗(yàn)方案案。因素試驗(yàn)號(hào)A（白炭黑)B(吸水樹脂)C(硫磺)拉伸強(qiáng)度(Mpa)硬度（邵A）伸長(zhǎng)率（%）體積膨脹率（%）1234567891(20)1(20)1(20)2(30)2(30)2(30)3(40)3(40)3(40)1(60)2(80)3(120)1(60)2(80)3(120)1(60)2(80)3(120)1(2)2(3)3(4)2(2)3(4)1(2)3(4)1(2)2(3)說明：試驗(yàn)號(hào)號(hào)并非試驗(yàn)順順序，為了排排除誤差干擾擾，試驗(yàn)中可可隨機(jī)進(jìn)行；；安排試驗(yàn)方案案時(shí)，部分因因素的水平可可采用隨機(jī)安安排。④結(jié)果分析析:方法直觀分析法（計(jì)算平均值值及極差畫圖圖）方差分析法（計(jì)算偏差平平方和自由度度，查表）直觀分析法：：計(jì)算出各因素素不同水平時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的平均均值，并計(jì)算算最大平均值與最小小平均值的差差值（極差）），比較不同同因素、不同水平數(shù)據(jù)據(jù)平均值的大大小，選出影響較大大的因素和對(duì)對(duì)性能指標(biāo)最有有利的水平。極差大的因素素影響大?；蚶L制直觀分分析圖（因素素和不同水平平指標(biāo)平均值值的關(guān)系圖）。各點(diǎn)點(diǎn)高低相差（極極差）大，此此因素重要。2022/12/18舉例：研究硫化體系系、補(bǔ)強(qiáng)體系系、酚醛樹脂脂對(duì)膠料硬度度的影響。需要考察察的因素和水水平如表2所示，正交表表及試驗(yàn)結(jié)果果如表3所示。請(qǐng)分析析哪個(gè)因子對(duì)對(duì)硬度影響顯顯著，各因素素之間如何搭配膠料料的硬度高。。（不考慮交交互作用）因素水平123A（硫化體系）硫黃2.52.52.5促DM1.01.00促CZ0.501.0促TMTD00.50.5B（補(bǔ)強(qiáng)體系）N23420200N33030030N66003020C（酚醛樹脂）205樹脂057DCP00.50.7表頭設(shè)計(jì)ABC列號(hào)1234試驗(yàn)結(jié)果111116721222743133378421237252231816231269731328083213709332175試驗(yàn)因素及水水平試驗(yàn)安排及結(jié)結(jié)果2022/12/18解：計(jì)算各因因素不同水平平結(jié)果的平均均值A(chǔ)因素：A1：（67+74+78）/3=73極差：75-73=2A2：（72+81+69）/3=74A3：（80+70+75）/3=75B因素：B1：（67+72+80）/3=73極差：75-73=2B2：（74+81+70）/3=75B3：（78+69+75）/3=74C因素：C1：（67+69+70）/3=68.7極差：79.7-68.7=11C2：（74+72+75）/3=73.7C3：（78+81+80）/3=79.7由于C因素極差大，，即酚醛樹脂脂對(duì)膠料硬度度影響最大；；制備高硬度膠膠料最佳搭配配為A3B2C3，即硫化體系系采用硫黃2.5，促CZ1.0，促TMTD0.5；補(bǔ)強(qiáng)體系采采用N234與N660并用；205樹脂7，DCP0.7的配合膠料硬硬度高。舉例1：研究某一橡膠膠制品膠料的的配方，其主主要的性能要要求為伸長(zhǎng)率、永久久變形和耐屈屈撓性。選定定四個(gè)因素，，每個(gè)因素選四個(gè)水水平，各因素素的水平如下下表所示。表1-15因素及水平設(shè)設(shè)計(jì)表因素水平ABCD促進(jìn)劑的總量/份氧化鋅的用量/份促進(jìn)劑D占促進(jìn)劑總量的比例/%促進(jìn)劑M占促進(jìn)劑總量的比例/%12.912534.723.133039.733.353544.743.574049.7選擇正交表并并安排表頭如不考慮交互互作用，四個(gè)個(gè)因素全考慮慮四個(gè)水平，，選用L16（45），四個(gè)因素素放在表的任任四列，表頭頭設(shè)計(jì)見下表。列號(hào)12345因素ABCD（2）試驗(yàn)正交表選定后后，按表內(nèi)規(guī)規(guī)定分組進(jìn)行行試驗(yàn)表1-18因素及水平安安排表因素水平ABCD促進(jìn)劑的總量/份氧化鋅的用量/份促進(jìn)劑D占促進(jìn)劑總量的比例/%促進(jìn)劑M占促進(jìn)劑總量的比例/%12.913034.723.132539.733.353544.743.574049.7表1-19試驗(yàn)安排及實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表試驗(yàn)號(hào)列號(hào)性能指標(biāo)1（A）2（B）3（C）4（D）5伸長(zhǎng)率/%永久變形/%屈撓/萬次11(2.9份)1(1份)1(30%)1(34.7%)1545405.021(2.9份)2(3份)2(25%)2(39.7%)2490463.931(2.9份)3(5份)3(35%)3(44.7%)3515454.441(2.9份)4(7份)4(40%)4(49.7%)4505454.752(3.1份)1(1份)2(25%)3(44.7%)4492463.262(3.1份)2(3份)1(30%)4(49.7%)3485452.572(3.1份)3(5份)4(40%)1(34.7%)2499491.782(3.1份)4(7份)3(35%)2(39.7%)1480452.0試驗(yàn)號(hào)列號(hào)性能指標(biāo)1（A）2（B）3（C）4（D）5伸長(zhǎng)率/%永久變形/%屈撓/萬次93(3.1份)1(1份)3(35%)4(49.7%)2566493.6103(3.3份)2(3份)4(40%)3(44.7%)1539492.7113(3.3份)3(5份)1(30%)2(39.7%)4511422.7123(3.3份)4(7份)2(25%)1(34.7%)3515452.9134(3.5份)1(1份)4(40%)2(39.7%)3533492.7144(3.5份)2(3份)3(35%)1(34.7%)4488492.3154(3.5份)3(5份)2(25%)4(49.7%)1495492.3164(3.5份)4(7份)1(30%)3(44.7%)2476422.3（3）正交表的直直觀分析試驗(yàn)結(jié)果有很很多分析方法法，直觀分析析是其中比較較簡(jiǎn)單的方法法表1-20直觀分析表性能伸長(zhǎng)率/%變形/%屈撓/萬次ABCDABCDABCD總和K1205521362017204717618416918318.014.513.511.9K219562002199220141851891861829.411.412.311.3K3213120202049202218518518818211.911.112.313.9K4199220762076205118917719218810.612.911.813.1平均值k1514534504512444642464.53.63.43.0k2489501498504464747462.42.93.12.8k3533505512506464647463.02.83.03.4k4498494513513474448472.73.23.03.3極差R444021933612.10.80.40.6從表1-20和圖1-2可以得出以下下結(jié)論：（1）各因素對(duì)每每個(gè)性能指標(biāo)標(biāo)影響的大小小順序伸長(zhǎng)率：ABCD永久變形：CABD屈撓：ABDC（2）各因素各水水平對(duì)性能指指標(biāo)的影響從直觀分析圖圖中可以看出出，各水平對(duì)對(duì)性能的影響響（3）每個(gè)因素選選最佳水平對(duì)伸長(zhǎng)率的影影響的主要因因素為A因素，A因素的各水平中以A3為最好；其次次是B因素，以B1最好；再次是C因素，以C4最好；影響最最小的為D因素，以D4最好，因而最最佳（伸長(zhǎng)率率）的配合為為A1B1C4D4多項(xiàng)性能綜合合考慮是先從從處于主要矛矛盾地位的性能指標(biāo)進(jìn)行行。綜合三個(gè)性能能指標(biāo)A取A1，B取B1，C在變形指標(biāo)中居主要要地位，在其其余指標(biāo)中居居次要地位，，故C由變形指標(biāo)來來定，C取C1;D在伸長(zhǎng)率、變變形中是最次要因素，，故可由屈撓撓指標(biāo)來定D，D取D3或D4。綜合考慮，最最佳配方組合合為A1B1C1D3或A1B1C1D42022/12/181.5橡膠配方的成成本計(jì)算1、含膠率的計(jì)計(jì)算含膠率=[100（生膠質(zhì)量份份）/膠料總質(zhì)量份份]×100%2、密度的計(jì)算算ρ=∑mi/∑(mi/ρi)3、單位質(zhì)量膠膠料成本的計(jì)計(jì)算Pm=∑(mi×pi)/∑mi=∑(mi%×pi)mi%——各組分質(zhì)量百百分?jǐn)?shù)；pi———各組分的單價(jià)價(jià)，元/kg4、單位體積膠膠料成本的計(jì)計(jì)算Pv=∑(mi×pi)/∑(mi/ρi)5、單位產(chǎn)品膠膠料成本計(jì)算算P=V×Pv=m×Pm=V×ρ×Pm2022/12/18成本計(jì)算舉例例：配方及各組分分價(jià)格、密度度如表所示。。用配方1制作的制品的的質(zhì)量為1.2kg。若產(chǎn)品按件件計(jì)價(jià)，價(jià)格格為21.6元/件。配方1硫化時(shí)間為4min，配方2硫化時(shí)間為5min。假定煉膠成成本1.2元/kg，硫化成本10元/h。請(qǐng)計(jì)算配方方1、2的經(jīng)濟(jì)效益。。原材料名稱單價(jià)pi/(元/kg)密度ρi/(g/cm3)體積/cm3配方1配比/份配方2配比/份SBRN770芳烴油ZnOStS促M(fèi)防DPPD重鈣1886.51461.816320.350.941.815.570.8521.521.282.8106.3827.785.000.901.180.750.660.7817.86100505511.5110100505511.51150合計(jì)————161.28164.5214.52022/12/18