彩色橡胶的配方设计
原来橡胶制品配方是这样设计出来的？
原来橡胶制品配方是这样设计出来的？1、配方设计的目的简要说橡胶配方设计的目的是客户给定的橡胶制品的机械物理和化学性能（或制品的使用环境自己设计符合使用要求的物性），设计出橡胶材料助剂配合的最佳比例，最佳配比要满足现实工厂的生产设备、工艺要求，生产出合格的结构尺寸和物化性能橡胶制品。
配方设计顺序：a、根据制品的具体使用环境确定胶料的物化指标和应许波动范围；b、按照性能要求，根据工程师的经验确定出合适的胶料，设计出适合自己设备、模具的生产工艺条件；c、根据胶料的性能和加工工艺要求选择合适的胶料并确定相应的配比（质量份数）。
这种设计方法是先给出制品的物性，后设计所需的原料和生产工艺，所谓的倒逆分子设计方案。
由于胶料的混炼、流动和反应均未达到分子水平，只能是物料配比的估算，需要通过小实验配合，来验证配方设计的合理性（正交设计、仿真分析等不再阐述）。
2、配方设计的原则a、橡胶制品必须要符合相关的环保要求(VOCs),设计要求：产品尺寸结构、外观、气味（VOC）、ROSHREACH、食品级饮水级医疗级、细菌滋生、物理机械性能、化学耐腐蚀性能，产品收缩等等。
b、制品必须遵循：节能高效，经济合理原则，估算出原料成本、加工工艺和性能（使用要求）最佳平衡点；c、在原有的设计上不断优化材料配比（新材料的应用）和加工工艺（性设备和自动化的应用）获得预期的可行性。
3、配方设计的程序和方法a、准备和收集阶段查阅资料、标准文献，了解产品的使用环境和设计条件（温度、介质、动静负荷、温度、气候、老化、臭氧等），按照以往设计配方经验和相似配方，设计出胶料配比、加工工艺、硫化工艺等。
b、配方实验设计实验方法，一般有经验的工程师会根据以往设计经验估算出大概材料配合，实验并验证。
但：优选法、一元变量法、正交设计、回归分析、均匀设计、高等线、计算机辅助设计、仿真分析等的应用，会让我们更快更合理的找到材料设计的黄金配合点。
配方实验分为：基础配方、性能配方和满足生产的生产配方。
橡胶配方设计整理
重点整理橡胶配方设计(Rubber Formula Design)第一章橡胶配方设计原理原料特性、工艺性能、成本核算一、拉伸强度(Tensile Strength)1.拉伸破坏理论高聚物实际破坏强度（橡胶≈20MPa）远小于理论强度（≈15GPa）。
（1）Taylor分子论观点结构不均匀性（橡胶自身无规、硫化键类型不同、填充体系分散不均匀等）⇒负载不均匀，产生应力集中，引起共价键断裂，形成局部断裂微点⇒应力集中下，断裂微点产生裂缝，裂缝进一步发展导致断裂。
（2）Griffith唯象论观点材料内部存在缺陷（空气或水分产生气泡、杂质、溶解度参数差异导致界面分离、划痕等）⇒空穴或裂缝尖端产生应力集中，形成裂纹⇒裂纹发展导致断裂2.生胶体系（1）分子结构分子间作用力大、含有极性取代基，拉伸强度高（如CR、氯化聚乙烯CM）；含有支链导致排列不规则，拉伸强度低（如丁二烯聚合过程中产生不同结构的链节）。
（2）分子量分子量大（端基缺陷影响小，物理缠结点多）、门尼黏度值大，拉伸强度高。
（3）结晶与取向有利于拉伸强度，自补强橡胶NR、CR、IR、CM拉伸强度高。
（4）橡塑共混增强方式之一，如NBR/PVC、EPDM/PP。
3.硫化体系（1）交联密度交联密度增加，拉伸强度先上升后下降。
原因：起初，交联使承担外力分子链数目增加，网链承载均匀。
进一步增加交联密度，网链承载不均匀，链段运动受阻，易产生应力集中。
不同橡胶柔顺性不同，适宜交联密度不同（如硫黄加入量NR2.5phr＞SBR1.8~2.0phr＞EPDM1.5phr）。
硫黄用量显著影响交联密度，拉伸强度随硫黄用量增加，先上升后下降。
（2）交联键类型拉伸强度：—S x—＞—S1,2—＞—C—C—。
原因：多硫键键能虽低，但柔软易变形，拉伸过程中耗散大量能量，且断裂后产生自由基易重新结合。
准速级促进剂与中速级联用，如M、DM与D并用。
4.补强填充体系（1）补强剂结构粒径小、结构度高、表面活性高，拉伸强度高。
橡胶配方设计与功用
活性剂
原理:指加入胶料后能增加促进剂活性, 减少促进剂用量,缩短 硫化时间的物质.白烟配方中，是针对白烟表面高活性 的烷基与ZnO或促进剂之间反应。 功用: 1.避免锌氧粉与促进剂被白烟吸附而影响硫化速度； 2.增加PH值:因白烟PH值约在5.8—7.3之间，带微酸性； 3.活化白烟表面，增加白烟与橡胶键结来改善物性； 活性剂的种类: 依其化学组成不同区分为： 无机活性剂: 金属氧化物,金属碳酸盐,如锌氧粉,碳酸锌,氧化 镁等; 有机活性剂: 醇类---DEG（乙二醇),PEG(聚乙二醇),尿素衍生 物,其他化合产品等;
增塑剂(软化剂)
结构与作用 由于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、 丁基橡胶和三元橡胶的分子量很大，多为无官能团 的无定型结构，且具有弹性，为了在加工时使这些 非极性分子能够相对移动产生变形，传统上是在混 炼时添加一定量的无官能团结构的脂肪烃、环烷 烃、芳香烃油品增塑剂和软化剂。对于极性橡胶， 必须剂
焦烧现象
胶料在贮存和加工过程中因受热的作用会发生早期硫化(交联)并失去流动性和再加工 的能力，这就是焦烧现象。
品类与性能 ---可以用作橡胶防焦剂的化学品有三类：
有机酸类； 亚硝基化合物类； 次磺酰胺类。
---任何防焦剂都应符合橡胶加工性能要求，即：
优良的防焦性能； 对不同促进剂和胶料选择性小； 对其他配合剂不敏感； 对胶料的硫化特性和硫化胶性能无不良影响； 贮存稳定和操作性能好； 不结块、不飞扬、易分散、不喷霜； 符合工艺安全和卫生要求。
常用胶料特性介绍
• • 丁二烯橡胶（BR）：CH2=CH-CH=CH2 特性：磨耗佳，弹性好，硬度高，但是止 滑性差，延伸率差，不易加工素练。
常用胶料特性介绍
• • • 丁二烯-丙烯晴橡胶（NBR）： 分子式：CH2=CH-CH-CH2 CH2=CHCN 特性：耐油胶，抗张，抗压佳，目尼值高， 不易加工，耐油性是以其中含AC量为判 断。丙烯晴值(AC)含量愈高，耐油程序愈 佳。
橡胶配方设计原理及工艺
3制定基本配方和性能试验项目 制定基本配方步骤如下： 1确定生胶的品种和用量; 根据主要性能指标确定主体胶料品种;用量与含胶率有关。 2）确定硫化体系。根据生胶的类型和品种，硫化工艺及产品性能要求来确定。 3）确定补强剂品种和用量。根据胶料性能 比重及成本确定。 4）确定软化剂品种和用量。根据生胶及填料种类，胶料性能及加工条件确定。 5）确定防老剂品种和用量。根据产品使用环境的条件来确定。 6）确定其它专用配合剂的品种和用量。如着色剂，发泡剂等）
20˚C
75˚C
150˚C
偏差加大：包容胶活动性增强所致;
Ef／Eg
胶种
纯胶基本硬度
填料品种
估算硬度
NBR
44
FEF，HAF
+1/2份数
CR
44
ISAF
+1/2份数+2
NR
40
SAF
+1/2份数+4
SBR
40
SRF
+1/3份数
IIR
35
陶土
+1/4份数
碳酸钙
+1/7份数
油
-1/2份数
填料与硬度的关系
一 配方设计定义 橡胶材料是生胶与多种配合剂构成的多相体系; 橡胶制品的性能取决于橡胶分子本身;以及各种配合剂性质及它们之间的相互作用关系。 定义：根据产品的性能要求及工艺条件，合理选用原材料，制订各种原材料的用量配比关系的设计方法。 配方设计决定着产品质量、成本和加工性能。
橡胶成型技术-配方设计
五、配方设计的内容、原则与程 序
基础配方（标准配方）仅包括最基本的组分，采用传统的配合量，以生胶和配合剂鉴定为 目的，反映胶料基本工艺性能及硫化胶基本物理机械性能的配方。
基础配方的获得：
（1）ASTM美国材料实验协会((American Society of Testing Materials )标准
一、橡胶配方设计的概念
所谓橡胶配方设计，就是根据橡胶产品的性能要求和工 艺条件合理选用原材料，确定各种原材料的用量配比关系， 使得胶料的物性、工艺性和成本三者取得最佳平衡。
橡胶配方：生胶和多种配合剂按照一定比例的一种组合。
配方设计的意义
（1）决定产品成本及质量 （2）保证加工过程的顺利进行
例：设计胶管的内层胶
五、配方设计的内容、原则与程 序
（一）配方设计的内容
1、确定硫化胶的主要性能及性能指标范围
（1）已有成品：解剖成品，测试性能 （2）无成品：借鉴同类或相似产品或计算机模拟分析提出
2、确定合适的工艺条件及指标值的范围（实验确定） 3、确定主体材料和配合剂的品种与用量 4、确定原材料的指标范围
实验研究确定，参考原材料出厂检测指标，以满足制品 性能要求为准。
ZnO
St S 促M 防DPPD 重钙
合计
单价pi /(元/kg)
18 8 6.5 14 6 1.8 16 32 0.35
——
密度ρi /(g/cm3)
0.94 1.8 1 5.57 0.85 2 1.52 1.28 2.8
——
体积 /cm3
106.38 27.78 5.00 0.90 1.18 0.75 0.66 0.78 17.86
原材料 名称
NR S 促M
橡胶配方设计
橡胶配方设计
耐70℃的非极 性油，Shore A硬度为70，
适用于注射硫 化成型工艺。
配方设计
橡胶性能要求 工艺要求 配方 配合 加工 制品 成本要求
2020/2/11
橡胶配方设计
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橡胶配方设计
二、橡胶配方设计的原则
a. 达到指定的硫化胶技术性能； b. 加工工艺性能良好； c. 降低生产成本。包括原材料成本和加工成本，如
多组分：橡胶、硫化剂、促进剂、活性剂、 防老剂、填料、软化剂等
b. 橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验
设计方法、活用正交表（因子、水平数不等）
c. 橡胶配方设计中各组分间有复杂的交互关系
配方中原材料之间产生的协同效应、加和效应或对抗作用.
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橡胶配方设计
d. 工艺因素对橡胶配方实施有重要的作用
测定100%、200%、300%、500%的定伸应力；
扯断伸长率（ %）－试样扯断时，伸长与原长之比；
扯断永久变形 （ %）－试样拉伸至断裂，自由状态下保持3分钟， 不可
恢复的变形长度与原长之比。
(c) 撕裂强度（KN/m) 试样被撕裂时，单位厚度所承受 的负荷。
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橡胶配方设计
（d）磨耗：橡胶表面受到磨擦力作用而使橡胶表面 发生磨损脱落的现象。仪器有阿克隆磨耗仪等
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橡胶配方设计
# 耐疲劳性的配方设计
a. 生胶结构：高应变 NR（拉伸结晶）， 低应变 SBR（Tg较高）；
b. 硫化体系：～C-SX-C ～、交联密度； c. 软化剂； d.填充体系：高结构炭黑； f. 防老剂：品种及用量
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橡胶配方设计原理及工艺汇总
屈挠龟裂：测定橡胶由于多次屈挠而产 生裂口时的屈挠次数或橡胶割口扩展法 －即测定一定屈挠次数时裂口的扩展长 度（后者是裂口增长能力的考察）。
压缩疲劳：是以一定频率和一定变形幅 度反复压缩试样，测定其温升和变形。
COO-OOC Zn2+
CO-OO-OC Zn2+
Zn2+-OOC
-OOC
-OOC COO-
-OOC
COO-
COOZn2+
SAXS小角散射技术 Zn2+
Zn2+
COO-
-OOC
-OOC Zn2+
Zn2+
COO-
Zn2+ COO- CO-OO-OC
Zn2+ -OOC
COO-
COOCOO-
Zn2+-OOC
橡胶配方设计原理及工艺
第一章 橡胶配方设计原理 第二章 特种橡胶制品 第三章 配方设计中的数学方法
第一章 橡胶配方设计原理
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
橡胶配方设计基本概念 橡胶配方设计的原则与程序 橡胶配方设计的组成与表示方法 配方设计与硫化胶物机性能关系 配方设计与胶料工艺性能间的关系
4、其他调整方法
酚醛树脂作交联剂，最高用量达15份。
丙烯酸类齐聚酯，为粘稠液体，无引发剂只起 到增塑剂的作用，用量5-15份可依据硬度不同 来调整。
C=C-COOR C=C-COOR C=C-COOR
形态结构
机械 设备
流变 常规测试 仪器分析
现代橡胶配方设计
2、基本原则
（1）在不降低产品质量的情况下降低成本
（2）在保持成本不变的情况下提高产品的性能
3、一般原则
（1）满足制品的性能要求；（2）设计的配方易于加工
（3）原材料价廉易得； （4）重点设计主要性能
（5）充分考虑交互作用； （6）配方成本低，能耗低
（7）201配9/1方1/18尽可能简化
（8）符合环保与卫生要求
②体积分数配方计算：Vi%=mi/ρ i×[100/∑(mi/ ρi)]
③生产配方计算：Mi=mi×(Q/ ∑mi)
2019/11/18
含配合剂母胶的配方计算：
例如：促进剂M母胶配方
NR
100
促进剂M 20
ZnO
5
合计
125
X促M母=1/(20/125)=6.25份 母胶中： XNR=6.25×(100/125)=5份 XZnO=6.25× (5/125)=0.25份
1. 质量份数表示（mi）： 以生胶分数为100份，其余配合剂相应质量份数表示。
2. 质量百分数（ mi % ）：= mi /∑mi ×100% 以胶料总质量为100，生胶和配合剂质量所占比例数来 表示，主要用于计算原材料质量成本和含胶率。
3. 体积百分数表示（Vi% ）： = Vi /∑Vi ×100% 以胶料总体积为100，生胶和配合剂体积所占比例数来 表示，主要用于计算原材料体积成本。
配方1的炼胶成本：P炼胶1=1.2×1.2=1.44（元） 配方1硫化成本：P硫化1=（4/60）×10=0.67（元） 总成本：P总1= P胶1+ P炼胶1+ P硫化1=19.32（元） 2每019件/11制/18 品的利润：R1=P价格—P总1= 21.6-19.32=2.28(元)
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彩色橡胶的配方设计
Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
彩色橡胶的配方设计
目前生产的彩色轮胎均为黑色胎冠、彩色胎侧的双色自行车轮胎。
黑色胎冠胶和一般黑色外胎的胎冠胶相同，而彩色胎侧一般弯白色、透明、彩色等胶料。
由于彩色轮胎目前所选用的生胶多为天然橡胶，而天七橡胶中分子的每个单元链节中部有一个双键，不饱和度较高，从而影响了彩色自行车外胎胎侧老化龟裂及选用寿命。
因此，确定彩色轮胎胶料应注意以下几点。
①选用的原材料要求纯度高、无色、白色或浅色，不污染。
②在高温和太阳曝晒下，具有优良的不变色性和防老化龟裂性。
③物理机械性能应符合标准要求。
为了使胶料的色泽鲜艳，透明度高，保证产品不受污染及具有良好的耐老化龟裂性能，橡胶品种的选用是十分重要的，一般选用天然橡胶与合成橡胶并用。
胎侧胶和帘布胶中选用天然橡胶与丁苯橡胶并用，胎冠胶中选用天然橡胶与顺丁橡胶并用。
天然橡胶一般选用浅色标准胶或白绉片胶。
非污染的乳聚丁苯橡胶1502和溶聚丁苯橡胶都可作为浅色轮胎胶料中的生胶。
另外，天然橡胶与不同的聚合物并用能够明显地改善耐屈挠龟裂性、耐天候老化和耐臭氧老化性，如三元乙丙橡胶、氯化丁基橡胶和氯化聚乙烯等，但综合平衡各项性能和原材料情况，氯化聚乙烯是目前改善彩色轮胎胎侧老化龟裂较为理想的聚合物，为了获得更好的耐臭氧性及耐屈挠龟裂性能，胎侧胶料有低定伸应力。
南京固柏橡塑制品有限公司是以橡塑制品的生产为主，集产学研、技工贸为一体的橡胶板厂家。
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