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。
彩色力车胎面胶配方
课题：彩色胎面胶配方设计班级：高分子122班组别：第一组组长：曹娟组员：张东方陈凤姣丁梓耕冯骁骁冯学帅郭倩指导老师：张小萍彩色胎面胶的使用条件分析轮胎最外层与路面接触而表面印有花纹的一层胶料。
能使轮胎具有牵引力，缓冲行驶时的冲击和摇摆，防止帘线层的割破和刺穿等。
要求具有高度的耐磨性、耐疲劳性能，良好的耐老化性能，较高的拉伸强度、弹性和强韧性，以及行驶时低的生热性。
可用天然橡胶、丁苯橡胶、顺式异戊橡胶和顺丁橡胶等生胶制造。
胶料中常加入大量炭黑，以提高其物理机械性能。
可将胶料用螺杆压出机压出或用压延机压延经冷却而成。
前法所制的胎面胶，质量较优，生产能力也较大。
一般来说，胎面配方要具有较好耐磨性能，从物理性能上应具备以下几个特点：▪①合适的定伸应力，▪②较高的拉伸强度和伸长率，▪③合适硬度，▪④较高抗撕裂性能，▪⑤较高的抗屈挠龟裂性能。
胎面胶性能指标和检测项目确定（GB/T1702-2008 力车轮胎）通过以上资料的查阅和对彩色力车胎胎面胶的综合分析，确定彩色力车胎胎面胶胶料的性能指标为：拉伸强度>8.0MPa扯断伸长率>350N/m阿克隆磨耗量≤1.2彩色力车胎胎面胶配方设计分析概述彩色力车胎胎面胶配方的设计重点应考虑胶料的耐磨性、低成本性和易加工性。
通过在胎面胶配方中采用NR与SBR 并用的生胶体系, 来满足上述性能要求, 而填充白炭黑和加工油, 既保证了胶料具有一定的物理性能, 又能拥有良好的混炼、挤出和成型等工艺性能三．彩色胎面胶胶料的配方设计及配方选材的分析与论证胶鞋大底胶料的配方分析与论证1）：生胶体系的选择橡胶并用：使用天然橡胶与丁苯胶并用结合天然橡胶滞后损失小，在多次变形时生热低，丁苯橡胶的耐热性，抗湿滑性好和优良的抓着性混炼后的胶料的性能，拉伸强度很高，可以拉很长而不断裂，还具有一定回弹性。
（2）：硫化体系的选择半有效硫化体系改善硫化胶的抗热氧老化和动态疲劳性能，所得到硫化胶既具有适量的多硫键，又有适量的单双硫交联键，故选用半有效硫化体系。
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
橡胶配方设计基础-2+3+4+5+6+7+8
Vi% = Vi /∑Vi ×100%
2. 配方的表示形式
4. 生产配方（Mi ）：
取胶料的总质量等于炼胶机的装胶量
Q，各组分以实际用量表示。
M i = Q× m i / ∑ m i
配方换算
①质量分数配方计算：mi=mi/∑mi ②体积分数配方计算：
Vi=mi/ρi[∑(mi/ρi)]
③生产配方计算：Mi=Qi×(m/∑mi)
胶的粘度，改善加工工艺性能。
硫化：
“硫化”因最初的天然橡胶制品用 硫磺作交联剂进行交联而得名，随 着橡胶工业的发展，现在可以用多
种非硫磺交联剂进行交联。
硫化：
因此硫化的更科学的意义应是“交
联”或“架桥”，即线性高分子通
过交联作用而形成的网状高分子的
工艺过程。
硫化过程：分为四个阶段：
硫化过程：
橡胶配方设计基础
1、概 述
橡胶配方设计：根据橡胶产品的
性能要求和工艺条件，合理地选用
原材料，并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。
五大体系：
生胶体系 ( 高聚物单用或并用 ) ：母
体材料或基体材料
橡胶配方的表示形式
原材料名称， (g/cm3) NR 0.92 硫磺 2.05 促进剂M 1.42 ZnO 5.57 St 0.92 C.B. 1.80 合计 基本配 体积分 质量分数 生产配 方,质量 数配方 配方/％ 方，kg 份 /％ 100 62.20 76.70 50.0 3 1.86 1.03 1.5 1 0.60 0.50 0.5 5 3.10 0.63 2.5 2 1.24 1.54 1.0 50 31.00 19.60 25.0 161 100 100 80.5
橡胶配方设计原理
橡胶密封圈在受到外力作用后需要具有良好的弹性恢复性能，以保证密封效果。通常通过 调整配方中的硫化剂比例来实现。
06
橡胶配方设计的发展趋势和挑战
高性能橡胶材料的研发
高强度、高耐磨性
通过添加增强填料和改性剂，提高橡胶材料的强度和耐磨性，以 满足各种高负荷和高摩擦工况的要求。
高温性能和耐老化性能
通过选用耐高温和抗氧化的橡胶品种，以及添加抗老化剂，提高橡 胶材料在高温和老化条件下的性能表现。
电绝缘性和阻燃性
通过选用具有电绝缘性能和阻燃性能的橡胶品种，以及添加相应的 填料和助剂，提高橡胶材料的电绝缘性和阻燃性。
环保和可持续发展的要求
1 2 3
降低VOC排放
通过优化配方和生产工艺，降低橡胶制品在生产 和使用过程中产生的VOC排放，以减少对环境的 污染。
输送带覆盖胶配方设计
01
耐油性
输送带覆盖胶需要能够耐受各种油类物质的侵蚀，以保证输送带的正常
运行。通常通过添加适量的耐油剂来提高覆盖胶的耐油性。
02
抗磨损性
输送带在运行过程中会不断与物料和托辊摩擦，因此覆盖胶需要具备良
好的抗磨损性能。通常通过添加炭黑等填料来提高覆盖胶的抗磨损性能。
03
耐高温能
输送带在运行过程中会受到高温的影响，因此覆盖胶需要具备较好的耐
橡胶的化学性质
可塑性
耐热性和耐寒性
通过添加塑化剂来改变橡胶的可塑性， 使其更易于加工。
不同种类的橡胶具有不同的耐热和耐 寒性能。
耐油性
橡胶能够抵抗某些油类、溶剂和化学 品的侵蚀。
03
橡胶配方设计原则
橡胶的硫化体系
硫化剂
选择合适的硫化剂，如硫磺、多 硫化物等，以实现橡胶的交联反 应，提高橡胶的力学性能和耐热
橡胶配方设计
橡胶配方设计一、橡胶配方设计的基本原则1.1 满足产品性能要求橡胶制品的性能要求包括力学性能、耐热性、耐寒性、耐油性、耐酸碱性等，配方设计要根据产品使用环境和使用要求，合理选择各种橡胶材料和助剂，以满足产品的各项性能指标。
1.2 经济适用橡胶材料和助剂价格不同，配方设计时要考虑成本因素，经济适用是保证产品竞争力的重要因素。
1.3 生产工艺可行橡胶制品生产工艺复杂，配方设计时需要考虑生产工艺可行性，避免出现生产难度大、成本高等问题。
二、橡胶配方中各种材料及其作用2.1 橡胶材料常用的橡胶材料有天然橡胶、合成橡胶和再生橡胶。
天然橡胶具有优异的物理机械性能和加工特性，但价格较高；合成橡胶种类繁多，具有多样化的物理机械性能和加工特性，但价格相对较低；再生橡胶是回收废旧橡胶制品后经过加工处理得到的材料，价格低廉，但物理机械性能和加工特性相对较差。
2.2 填料填料是橡胶配方中的重要组成部分，可以改善橡胶制品的力学性能、耐热性、耐寒性等特性。
常用的填料有碳黑、白炭黑、滑石粉、硅灰等。
2.3 功能助剂功能助剂可以改善橡胶制品的物理机械性能、加工特性和使用寿命。
常用的功能助剂有增塑剂、硫化剂、促进剂等。
2.4 加工助剂加工助剂可以提高橡胶混炼和成型的效率和质量。
常用的加工助剂有防老化剂、润滑剂等。
三、橡胶配方设计流程3.1 确定产品要求根据产品使用环境和使用要求，确定产品各项指标要求，如强度、硬度、耐磨损性等。
3.2 选择合适数量级的材料根据产品要求和经济适用原则，选择合适数量级的橡胶材料、填料和助剂。
3.3 设计初步配方根据所选材料的特性和配比原则，设计初步配方，并进行小批量试制，测试各项性能指标。
3.4 优化配方根据试制结果，对配方进行优化调整，再次试制并测试各项性能指标，直至达到产品要求。
3.5 稳定生产确定最终配方后，进行大批量生产，并对生产过程中的各项参数进行控制和调整，保证产品稳定性能。
四、橡胶配方设计常见问题及解决方法4.1 配方中填料过多或过少导致产品性能不稳定。
彩色力车胎面胶配一组
1 没有达到正硫化条件
2 硫化工艺条件与胶料的使用性能不符 ▪ 总结：经过讨论分析得出平板硫化机硫化试样没问题，问题 应该出自配方
从配方角度来说：
胎面配方及其综合性能是最关键的因素。因此胎面配方是 至关重要的。影响胎面性能的因素主要有胎面胶（配方）、 轮胎设计、帘布类型以及道路和使用情况等。 而单独以胎面配方来说，影响胎面性能的因素主要有： ▪ 弹性体（生胶体系） – 类型和百分含量 ▪ 硫化程度（硫化体系） ▪ 白炭黑（补强和填充体系） – 类型和百分含量 ▪ 分散（加工工艺）
但在成品硫化时却无法成功硫化出可以使用的制品， 达不到胎面胶的使用性能
从硫化的角度来说
首先做的阿克隆磨耗试样 ▪ 成品外观表现：变形、气泡、粘结、发软 ▪ 原因分析：
1 没有达到正硫化条件
2 产品在出模过程中，受机械力作用造成 3生产过程未排气或有效排气 4硫化工艺条件与胶料的使用性能不符
然后做屈挠试样 ▪ 条件：换用新的平板硫化机，双倍硫化时间 ▪ 成品外观表现：变形、气泡、粘结、发软 ▪ 原因分析：
原材料
使用烟片胶与丁苯胶并用
▪ 结合天然橡胶滞后损失小，在多次变形时生热低， 丁苯橡胶的耐热性，抗湿滑性好和优良的抓着性，并 用没有问题 混炼后的胶料的性能
▪ 拉伸强度很高，可以拉很长而不断裂，还具有一定回弹性 ▪ 相反的胶料强度很低，胶料很软
硫化体系的分析优化
▪ 采用半有效硫化体系 依据硫化特性曲线做出的硫化时间 做出试样
摘自--白炭黑的特性及其在胎面胶中的应用
中图分类号：TQ330．38 I 文献标识码：A 文章螭号：1000—1255 c2001j03一叭82—03
下面补充一下白炭黑的改性
常用于自炭黑表面处理的偶联剂是双(3一三乙氧基甲硅烷 基丙基)四硫烷(TESPT)即硅-69，这种有机硅烷可与橡胶及填 料反应，在填料和聚合物分子间引入共价键，从而改善聚合 物与填料问的作用。研究发现，使用TESPT后，古2O份沉淀 法白炭黑和4O份N 332炭黑的胶料可使滚动阻力降低9％ ， 而胎面胶的磨耗性能和湿牵引性能改变很小，所以可以适当 加入一些使用 结合之前未加碳酸钙的错误，本次依然使用白炭黑与碳酸钙做 填充补强剂，但减少白炭黑的用量
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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。
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