采用DOE方法對(duì)硫化過(guò)程中影響產(chǎn)品剛度特性因素的研究

豆寶國(guó) 匡飛 李宏亮

摘要：通過(guò)DOE方法中的正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)NR材料的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置制品注射硫化過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：通過(guò)將制品的靜剛度（Ks）、動(dòng)靜比（Kd/Ks）定為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，可以準(zhǔn)確地找到靜剛度、動(dòng)剛度、阻尼值等性能相對(duì)穩(wěn)定的工藝參數(shù)并預(yù)測(cè)出工藝參數(shù)變化后的性能的變化趨勢(shì)，相應(yīng)地，可以找到過(guò)程中的諸多變化點(diǎn)對(duì)各性能要求影響較大者，以及他們?cè)谶^(guò)程影響中扮演的主次角色。

關(guān)鍵詞：DOE；減震制品；天然橡膠NR；硫化參數(shù)；剛度；發(fā)動(dòng)機(jī)懸置。

中圖分類號(hào)：NG357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）20-0440-02

1 引言

本文主要以主體配方為天然橡膠的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置制品為研究對(duì)象，通過(guò)DOE實(shí)驗(yàn)方法找到效率、性能平衡性較高的硫化工藝參數(shù)，并得出各種過(guò)程參數(shù)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的性能影響差異及大小，且能最大限度地減少試驗(yàn)驗(yàn)證成本和周期，在理論和實(shí)際上有很重要的意義。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 主要材料

普通硫化體系的天然橡膠（NR）混煉膠（邵氏硬度54/55/56A）；16腔發(fā)動(dòng)機(jī)懸置硫化模具。

2.2 設(shè)備和儀器

XW-221平板硫化機(jī)，上海嚴(yán)潤(rùn)光機(jī)科技有限公司；YM-RH300T-3000CC型注射硫化機(jī)，無(wú)錫陽(yáng)明橡膠機(jī)械有限公司； MC010-LXS-A邵氏硬度計(jì)，上海嚴(yán)潤(rùn)光機(jī)科技有限公司；MTS 200Hz彈性體試驗(yàn)機(jī)，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司。

2.3 方案

2.3.1 實(shí)驗(yàn)因子與水平的確定

本次試驗(yàn)中選取硫化溫度、硫化時(shí)間、橡膠硬度、注膠量四個(gè)因子進(jìn)行試驗(yàn)，具體參數(shù)值設(shè)定如下：

·硫化溫度三個(gè)水平：150-155℃、155-160℃、160-165℃；

·硫化時(shí)間三個(gè)水平：540s、600s、660s；

·橡膠硬度三個(gè)水平： 54A、55A、56A；

·注膠量三個(gè)水平：1470cc、1500cc、1530cc。

因此，該實(shí)驗(yàn)為四因素，三水平。采用正交表如下：

表中有4列，在此表上最多安排四個(gè)三水平因子表中只出現(xiàn)“1”、“2”、“3”三種數(shù)字，可安排三水平因子表中有9行，用此表安排試驗(yàn)一共要做9次試驗(yàn)正交表符號(hào)

2.3.2 工藝方案

依據(jù)表1正交表，排列實(shí)驗(yàn)方法如下：

2.4 工藝流程

試樣制作流程

一段混煉 二段混煉 物性試樣制作（在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硬度試樣制作，硫化工藝為：160℃*12min） 試塊硬度檢測(cè)（使用邵氏硬度計(jì)）

產(chǎn)品試制流程：

在YM-RH300T-3000CC硫化機(jī)上進(jìn)行產(chǎn)品硫化，工藝為正交表2中參數(shù)的9種方案，其他主要參數(shù)固定，鎖模壓力：200kg/cm?，注射壓力170 kg/cm?，注射速度60L/min。

硫化模具型腔排布示意圖1，選擇圖示中6#腔進(jìn)行剛度實(shí)驗(yàn)：

2.5 測(cè)試與分析（靜剛度、動(dòng)剛度性能）

1、剛度測(cè)試條件：

使用每種方案規(guī)劃的硫化時(shí)間、硫化溫度、橡膠硬度、注膠量條件，制備9模制品，每模制品同取6#腔進(jìn)行剛度檢測(cè)。

2、分析原理：

受普通硫化體系制品中多硫鍵數(shù)量的影響，當(dāng)硫化程度越優(yōu)時(shí)，則制品動(dòng)靜比越低（圖3）。

當(dāng)硫化程度波動(dòng)范圍為w，則造成的靜剛度波動(dòng)為h，故只有硫化程度在靜剛度峰值附近波動(dòng)時(shí)，造成的靜剛度波動(dòng)才會(huì)最小（圖4）。

3 結(jié)果與討論

將正交方案表2樣件進(jìn)行動(dòng)靜剛度檢測(cè)，結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

將上述綜合評(píng)分結(jié)果與正交方案結(jié)合：

3.1 硫化溫度因子A水平1的綜合評(píng)分之合K值最高，且K1>K2>K3，即在本次驗(yàn)證方案中，硫化溫度越低則制品的靜剛度、動(dòng)靜比性能越優(yōu)；硫化時(shí)間越少，則制品的靜剛度、動(dòng)靜比性能越優(yōu)；膠料硬度和注膠量都是水平2的綜合評(píng)分最高，即橡膠硬度僅差1度、注膠量差30cc時(shí)，對(duì)靜剛度、動(dòng)靜比性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于硫化溫度和硫化時(shí)間的，且少于主要影響因子的波動(dòng)誤差對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響，并在極差R值中也能得到相同的結(jié)論，即極差越大，則此項(xiàng)因子在本試驗(yàn)系統(tǒng)中的影響越大，從結(jié)果上看RA>RB>RD>DC，且RA、RB的值與RC、RD的值相差兩倍左右，故在硫化過(guò)程中的影響程度優(yōu)先考慮硫化溫度和硫化時(shí)間，且溫度變化5℃時(shí)大于時(shí)間變化60s對(duì)制品性能的影響。

3.2本次驗(yàn)證使用直觀法得出離“最優(yōu)”參數(shù)最近的是綜合評(píng)分最高的方案，即方案2：A1B2C2D2；理論上離“最優(yōu)”參數(shù)最近的是各水平評(píng)分合K值最高的組合，即A1B1C2D2。

4 結(jié)論

普通硫化體系的橡膠配方下，在150～165℃范圍內(nèi)，硫化溫度波動(dòng)5℃相對(duì)于其他因素波動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的靜剛度（Ks）、動(dòng)靜比（Kd/Ks）影響是最大的；

橡膠硬度雖然直接決定發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的靜剛度（Ks）、動(dòng)靜比（Kd/Ks）數(shù)值，但相對(duì)于硫化溫度在水平5℃、硫化時(shí)間在60s波動(dòng)時(shí)，對(duì)制品性能影響處于弱影響地位；

注膠量帶來(lái)的理論上密實(shí)度的變化對(duì)制品性能影響同樣處于弱影響地位；

上述以硫化時(shí)間、硫化溫度、橡膠硬度、注膠量因子的研究，可以使用相同的方法驗(yàn)證其他過(guò)程因子對(duì)硫化程度的影響，如注射溫度、注射速度等等。

參考文獻(xiàn)

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