橡胶工业手册第三册配方与基本工艺

上篇配方设计

第一章配方设计

第一节概述

天然橡胶和合成橡胶的纯胶性能都比较差，无法满足制品的使用要求，加入多种配合剂后才能获得改善。橡胶、配合剂及其配比的方案，即为橡胶配方。根据制品各种性能要求，制定橡胶配方，通过试验、调整和验证，最后确定胶料的各种组分及其配比的过程，即称谓橡胶配方设计。

橡胶性能配方，主要研究配方组分与硫化胶及混炼胶性能之间的关系，探求组分对橡胶各种性能的影响和贡献。橡胶制品配方则主要研究硫化橡胶物理机械性能和化学性能与橡胶只怕你实际使用性能之间的关系，探求硫化橡胶性能对制品使用性能的影响和贡献。这两类配方所研究的对象和内容虽然不同，但又互相联系，不可分割，由此形成橡胶配方设计体系。

一、配方设计的变迁和发展

一、配方组成的多样化

现代配合组分可分为五个体系：

1.主体材料：生胶、再生胶

2.硫化体系：硫化机、促进剂、活性剂、防焦剂。

3.操作体系：增塑剂（化学增塑剂、物理增塑剂）。

4.性能体系：补强剂、防老剂、着色剂、发泡剂、芳香剂、增硬剂。

5.成本体系：填充剂、增容剂。

一个具有实际意义的配方通常含有不同体系

二、配合剂品种的专用化

适合氯丁橡胶的硫脲类促进剂不适合于其他类型的橡胶。

适合天然橡胶的植物系物理增塑剂并不适合合成橡胶。

三、配合效果的提高

四、配方设计过程的简化

科学的数理方法用于配方设计：等高线法、实验设计法、三角坐标法及电子计算机法等。用计算机进行配方试验的数据处理、优选配方，可以通过少量试验获得大量有用的信息，使配方设计发生了根本性变化。

二、配方设计的基本要求和配方分类

为获取最佳的共和平衡性能，三个目的

1.改善橡胶使用性能。

2.改进橡胶的工艺性能。配以操作助剂。

3.不影响或少影响性能的前提下，配入填充材料，降低成本。

橡胶配方按其作用分为：试验（或检验）配方、性能配方和制品配方。

试验（或检验）配方。通用橡胶基础配方：

三、橡胶配合中出现的反常现象

1.实验室得到的配方，在生产中不一定有满意结果。

2.不同操作人员、工厂、得到不同结果。

第二节配方设计程序与配方形式

一、配方设计程序

一、制品性能和使用条件的分析

硫化橡胶的一般性能包括拉伸强度、定伸应力、伸长率、硬度、撕裂强度、耐磨耗性、耐屈挠龟裂行、耐压缩永久变形性、回弹性、耐热性、耐寒性、耐候性、耐臭氧性、耐油性、耐化学药品性、绝缘性能和粘接性能等。

二、加工性能和制造工艺的分析

橡胶制品的加工过程

分析制造工艺：

1.混炼的易加工性、混炼时间、分散程度和色泽。

2.胶料的品质是否由于操作人员的关系而发生变动。

3.焦烧性、贮存稳定性和使用周期性。

4.生胶并用的状态。

5.成型性、压出性、压延性、溶解性、涂胶性、粘接性、外观、喷霜等。

6.硫化特性、胶条试验与制品的相关性、工厂的硫化周期。

7.是否需要特殊的加工机械，用现有的设备是否能加工。

8.试验使用的材料用于工厂生产时，是否也能得到品质均一的制品。

9.使用材料的安全性。

三、配方成本的探讨

四、确定胶料的技术要求

订货方应提供基本要求，包括产品工作条件、有关技术资料（如图纸、工艺规程等）以及实物样品。配方人员经过样品分析和技术文件审查后提出必要且有可能的性能指标。

胶料技术要求的内容概括如下：

1.产品用途、使用部位及应起作用。

2.产品具体使用条件（工作条件），包括工作温度范围、工作压力、工作周期、频率及使用寿命等。

3.胶料的工艺性能

4.各项性能指标满足双方，主要为物理机械性能、耐介质性能及耐环境（臭氧、热……）性能。

五、编制设计方案

技术要求确定之后，就要制定配方设计的实验方案，一般先订出一系列平行方案，在根据各方案制定出基本实验配方和变量试验范围。规定具体方案之前，应考虑一下方面。

1.原材料的选择

2.性能试验项目确定

一般要通过强度和伸长性能、永久变形、抗撕裂等试验来观察硫化平坦线，确定正硫化条件，通过热老化或天候老化试验，预测产品的使用寿命和贮存期。。

六、进行试验与整理资料

配方试验记录表，内容包括：

1.配方编号

2.试验日期

3.配方用途

4.配方主体（原材料名称、规格及用量）

5.炼胶记录和加药顺序，前者包括炼胶时间、辊温、胶料表面状况及混炼难易程度等。

6.各种试验结果，包括试验条件、试片外观、硫化条件与过程、工艺试验、自然老化情况等（为了便于对比分析，可将某些主要性能绘成曲线图）

7.设计依据，设计方案号码。

8.技术要求指标。

9.对该配方是否满足要求，可否投产等作出结论。

七、选取最佳配方

八、复试和扩大中试

选取的试验配方应再复试3~5次。

九、确定制品配方

确定配方组分与用量的程序

二、配方形式与配方成本计算

一、配方形式

生产配方是根据炼胶机规格或容量，按基本配方计算出用于生产实际的重量配方。这两种以重量为基础的配方有其不足之处。

1.大部分橡胶制品都是按体积单位销售。

2.配方中的橡胶与配合剂的相互作用与一般的化学变化不同，往往要受他们所占体积的影响。

3.以重量份为基础的配方中，尽管很容易知道以橡胶为主的配合剂之间的相互关系，但是当配方的总重量增加时，整体的平衡变被打破，特别是橡胶的重量份减少了。

根据上面两个表格，将1L胶料中所含的橡胶和配合剂的百分比按体积来考虑时，会发现如下意想不到的事实。

（1）按体积来计算，香蕉中所占的比例为3/4

（2）按体积来计算，氧化锌为0.2，仅为硫磺用量的1/5

（3）炭黑用量为20%，出乎意料的少。

（4）硬脂酸却出乎意料的多，约为氧化锌的7倍。

（5）橡胶与硫黄之比为76.7/1.0=100、1.30，即相对于100体积份的橡胶，硫黄的添加量只有1.3体积份。

（6）促进剂M添加量时相对于100体积份的橡胶，仅为0.13体积份，还不到1/1000。

二、配方成本计算

配方成本包括重量成本和体积成本。橡胶制品大多数是以体积单位来计算，因此体积成本具有重要意义。橡胶和配合剂的密度对成本影响很大。由于密度越大，相当于一