合理实验模型使复杂问题云开日出---一次橡胶质量攻关的故事

1972 年 12 月 20 日，我被通知到聚合工段去上班。那里正在讨论质量攻关问题。

这种橡胶已经试验三年多，数百个实验，但用户一直不点头。反馈三项问题。

1. 橡胶太软，炼胶时粘辊厉害；
2. 压缩永久变形太大，不能满足应用要求；
3. 严重腐蚀模具。

分子量偏小是共识。按照高分子的一般理论，导致分子量低的原因，一定是原料质量不够好。 罗列出一堆疑点，几乎到处都有疑问，到处都有问题。具体什么问题却说不清楚。决策是继续提高单体和有关用料的纯度，研究溶剂品种、纯度和产地的影响，研究聚合方法，改进后处理工艺。 交给我的任务是后处理，把胶洗干净，寻找合理的后处理条件。

我静静地听着，初来咋到，没有发言权。我心里想着，数十个变量，不知道还需要花多少钱，试验多少年。

我不说话，从两方面开始工作。第一，按照要求把本职工作做好； 第二，按照我自己的方式读书，想问题。

橡胶从聚合釜里取出来携带了未聚合的单体，溶剂等等。粘粘糊糊，刺鼻，活性很强，很毒。 所谓后处理，就是把包裹在胶中的这些东西去掉，最后成为产品。 我得用手将它撕成小块，用去离子水泡上。反复换水，撕胶，检测，再换水，再撕胶，再检测。 水，得由我自己到山上净水车间去取。 左手一只桶，右手一只桶，每天爬上爬下十余次，最后把洗到PH值中性的胶真空干燥， 打样测试，最后包装，发给用户。记录用户反馈回来的信息。

我没有发现后处理条件的变化使产品有任何显著的差异，心中逐渐产生了一个判断，后处理不是质量问题的关键。我也不赞成把产品质量的原因全归咎于单体质量。自制的单体质量不稳定，某单体的纯度已经达到 4 个 9，反复提纯没有发现聚合产物有显著的差异。我不认为是单体质量问题，而可能是参数设计问题，决定从其他方面找原因。

粘辊，是一种现象，有两种原因，而不是只有分子量低一种原因。粘辊，除了分子量低， 还可能是橡胶本身包含特殊的基团，使橡胶具有附着力。这种基团的含量越多，粘辊越厉害。有些样品就不那么粘。

压缩变形太大，有两种可能性，不是只有分子量低一种可能性。除了分子量之外，硫化工艺，交联密度也会影响压缩永久变形。 交联基团很多，而硫化剂用量太少，硫化熟化度不够，永久变形会大；交联密度太大，结构塑料化，也会使压缩永久变形变大。

腐蚀性，主要的腐蚀物是强酸。这种酸有两种可能性，游离酸和结合酸。游离酸可以被洗掉。 而结合酸不可能被后处理工艺去除，在硫化过程中发生化学反应，会放出强酸。交联点越多，放出的强酸越多，腐蚀性越强。

这些分析都指向聚合配方中具有交联功能基团的单体用量。觉得聚合配方存在问题。正常情况下，申请一个实验试一试就解决问题了。实验费用十分昂贵。我是一个外行，不能也不敢申请这样的实验。即使申请，很容易被搪塞。

一种猜测，要变成能被人接受的建议方案，必须有充分的依据和论据佐证。

我决定查看过往实验记录，全面整理实验数据。数百次聚合实验记录，逐个实验，逐条信息加以整理。埋头四个月，得到了一大堆数据，毫无头绪。大部分实验数据不全，某些数据无效。某些样品不能硫化，没有性能数据。归纳整理，必须有一个模型。必须构造出一个恰当的模型，把问题描述出来，而又能解释现象。 面前的课题包含数十个变量，某些变量之间有交互效应，难以描述出预报方程。即使描述出来，当时，我们没有计算机，也无法计算。

一天晚上，我做了一个梦。在梦中想，既然交联单体含量不一样，硫化剂用量就应该不一样。交联基团多了， 硫化剂用量就必须相匹配才能使橡胶恰当硫化。在梦中，我调整硫化剂用量，忙碌做实验，终于把过去不能硫化的样品硫化了，高兴得从梦中惊醒。早早起来炼胶测试，果然如此。这就提醒我，大系统可以划分成若干个子系统。也许问题就出在一个子系统中。梦里寻她千百度，蓦然回首，她在灯火阑珊处。我找到了一个最简实验模型，只有四个变量。从现有数据中找到了一些可用的数据。然而，这些数据不正交，不能凑进正交表。也不可能聚合出指定参数值的样品，只能近似。把这些非正交的数据看作正交设计的近似，填进一个正交表，一个小时的手工计算，得到了结果，与我的猜测吻合。

用一句话表达我的认识，汇报给苏荫苍老师。他完全同意我的判断，立即协商实施。修正一项配方参数，把实验产物发给用户，用户立即返回意见：“以后就按这个条件生产，同意准备进行国家级技术鉴定。” 产品质量问题解决了，成本还降低了两成。

在另一种新树脂开发课题，我们只用了一个星期，八个实验，成功优化了工艺配方参数。 与化学家们合作再次体验到了实验模型的魅力。