采用DOE方法对硫化过程中影响产品刚度特性因素的研究

豆宝国 匡飞 李宏亮

摘要：通过DOE方法中的正交实验法对NR材料的汽车发动机悬置制品注射硫化过程进行实验，结果表明：通过将制品的静刚度（Ks）、动静比（Kd/Ks）定为实验指标，可以准确地找到静刚度、动刚度、阻尼值等性能相对稳定的工艺参数并预测出工艺参数变化后的性能的变化趋势，相应地，可以找到过程中的诸多变化点对各性能要求影响较大者，以及他们在过程影响中扮演的主次角色。

关键词：DOE；减震制品；天然橡胶NR；硫化参数；刚度；发动机悬置。

中图分类号：NG357 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）20-0440-02

1 引言

本文主要以主体配方为天然橡胶的发动机悬置制品为研究对象，通过DOE實验方法找到效率、性能平衡性较高的硫化工艺参数，并得出各种过程参数对汽车发动机悬置的性能影响差异及大小，且能最大限度地减少试验验证成本和周期，在理论和实际上有很重要的意义。

2 实验

2.1 主要材料

普通硫化体系的天然橡胶（NR）混炼胶（邵氏硬度54/55/56A）；16腔发动机悬置硫化模具。

2.2 设备和仪器

XW-221平板硫化机，上海严润光机科技有限公司；YM-RH300T-3000CC型注射硫化机，无锡阳明橡胶机械有限公司； MC010-LXS-A邵氏硬度计，上海严润光机科技有限公司；MTS 200Hz弹性体试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司。

2.3 方案

2.3.1 实验因子与水平的确定

本次试验中选取硫化温度、硫化时间、橡胶硬度、注胶量四个因子进行试验，具体参数值设定如下：

·硫化温度三个水平：150-155℃、155-160℃、160-165℃；

·硫化时间三个水平：540s、600s、660s；

·橡胶硬度三个水平： 54A、55A、56A；

·注胶量三个水平：1470cc、1500cc、1530cc。

因此，该实验为四因素，三水平。采用正交表如下：

表中有4列，在此表上最多安排四个三水平因子表中只出现“1”、“2”、“3”三种数字，可安排三水平因子表中有9行，用此表安排试验一共要做9次试验正交表符号

2.3.2 工艺方案

依据表1正交表，排列实验方法如下：

2.4 工艺流程

试样制作流程

一段混炼 二段混炼 物性试样制作（在平板硫化机上进行硬度试样制作，硫化工艺为：160℃*12min） 试块硬度检测（使用邵氏硬度计）

产品试制流程：

在YM-RH300T-3000CC硫化机上进行产品硫化，工艺为正交表2中参数的9种方案，其他主要参数固定，锁模压力：200kg/cm?，注射压力170 kg/cm?，注射速度60L/min。

硫化模具型腔排布示意图1，选择图示中6#腔进行刚度实验：

2.5 测试与分析（静刚度、动刚度性能）

1、刚度测试条件：

使用每种方案规划的硫化时间、硫化温度、橡胶硬度、注胶量条件，制备9模制品，每模制品同取6#腔进行刚度检测。

2、分析原理：

受普通硫化体系制品中多硫键数量的影响，当硫化程度越优时，则制品动静比越低（图3）。

当硫化程度波动范围为w，则造成的静刚度波动为h，故只有硫化程度在静刚度峰值附近波动时，造成的静刚度波动才会最小（图4）。

3 结果与讨论

将正交方案表2样件进行动静刚度检测，结果汇总如下：

将上述综合评分结果与正交方案结合：

3.1 硫化温度因子A水平1的综合评分之合K值最高，且K1>K2>K3，即在本次验证方案中，硫化温度越低则制品的静刚度、动静比性能越优；硫化时间越少，则制品的静刚度、动静比性能越优；胶料硬度和注胶量都是水平2的综合评分最高，即橡胶硬度仅差1度、注胶量差30cc时，对静刚度、动静比性能的影响远远小于硫化温度和硫化时间的，且少于主要影响因子的波动误差对结果产生的影响，并在极差R值中也能得到相同的结论，即极差越大，则此项因子在本试验系统中的影响越大，从结果上看RA>RB>RD>DC，且RA、RB的值与RC、RD的值相差两倍左右，故在硫化过程中的影响程度优先考虑硫化温度和硫化时间，且温度变化5℃时大于时间变化60s对制品性能的影响。

3.2本次验证使用直观法得出离“最优”参数最近的是综合评分最高的方案，即方案2：A1B2C2D2；理论上离“最优”参数最近的是各水平评分合K值最高的组合，即A1B1C2D2。

4 结论

普通硫化体系的橡胶配方下，在150～165℃范围内，硫化温度波动5℃相对于其他因素波动对发动机悬置的静刚度（Ks）、动静比（Kd/Ks）影响是最大的；

橡胶硬度虽然直接决定发动机悬置的静刚度（Ks）、动静比（Kd/Ks）数值，但相对于硫化温度在水平5℃、硫化时间在60s波动时，对制品性能影响处于弱影响地位；

注胶量带来的理论上密实度的变化对制品性能影响同样处于弱影响地位；

上述以硫化时间、硫化温度、橡胶硬度、注胶量因子的研究，可以使用相同的方法验证其他过程因子对硫化程度的影响，如注射温度、注射速度等等。

参考文献

[1]梁星宇，周木英.配方与基本工艺.橡胶工业手册（修订版）[M].北京：化学工业出版社，1996.343～384.

[2]闵亚能.实验设计（DOE）应用指南[M].北京.机械工业出版社，2011.6～31.