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橡胶成型技术橡胶成型技术 配方设计配方设计材料工程系有机材料教研室材料工程系有机材料教研室材料工程系有机材料教研室材料工程系有机材料教研室唐云唐云唐云唐云 所谓橡胶配方设计，就是根据橡胶所谓橡胶配方设计，就是根据橡胶产品的性能要求产品的性能要求和和工工艺条件艺条件合理选用原材料，确定各种原材料的用量配比关系，合理选用原材料，确定各种原材料的用量配比关系，使得使得胶料的物性胶料的物性、工艺性工艺性和和成本成本三者取得最佳平衡。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。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一、橡胶配方设计的概念一、橡胶配方设计的概念例：设计胶管的内层胶 使用环境：输送气体、输送泥浆、酸、碱、油类液体。生胶的确定二、橡胶配方设计的发展历史二、橡胶配方设计的发展历史1839年 以前，空白空白1839年 Goodyear发明硫化发明硫化，配方组成：NR+硫黄1844年 胶料中加入碱式碳酸铅、PbO等，硫化速度加快硫化速度加快1876年 天然橡胶树在东南亚大面积种植获得成功大面积种植获得成功1906年 原配方体系基础上加入苯胺，原配方体系基础上加入苯胺，配方组成：NR+硫黄+PbO+苯胺1906年 开始加入炭黑着色炭黑着色，1912年发现炭黑有补强作用炭黑有补强作用1921年 用ZnO代替PbO1926年 发现活化剂硬脂酸发现活化剂硬脂酸1926年 以后，由于炭黑用量增加，配方中开始使用软化剂1930年 开始在配方中加入防老剂，配方组成趋于完善配方组成趋于完善1931年 合成橡胶开始工业化生产1931年以后，配方设计快速发展，配合剂品种不断更新，硫化速度大大加快，硫化时间大大缩短，硫化胶的性能不断提高。三、配方设计的特点三、配方设计的特点橡胶配方设计是橡胶配方设计是多因素多因素的试验问题。的试验问题。橡胶配方设计是橡胶配方设计是水平数不等水平数不等的试验问题。的试验问题。橡胶配方中橡胶配方中各种原材料之间的交互作用较多而且强各种原材料之间的交互作用较多而且强烈烈。工艺因素对橡胶配方设计有显著影响。工艺因素对橡胶配方设计有显著影响。橡胶配方设计中橡胶配方设计中必须尽力排除实验误差。必须尽力排除实验误差。配方经验规律与统计数学结合。配方经验规律与统计数学结合。四、影响配方设计的因素四、影响配方设计的因素1.原材料应用：生胶、硫化体系、补强填充体系、增塑体系、防护体系等2.加工工艺：塑炼、混炼、压延、压出、硫化3.产品结构4.使用工况五、配方设计的内容、原则与程序五、配方设计的内容、原则与程序（一）配方设计的内容（一）配方设计的内容1 1、确定硫化胶的主要性能及性能指标范围、确定硫化胶的主要性能及性能指标范围（1 1）已有成品：解剖成品，测试性能）已有成品：解剖成品，测试性能（2 2）无成品：借鉴同类或相似产品或计算机模拟分析提出）无成品：借鉴同类或相似产品或计算机模拟分析提出2 2、确定合适的工艺条件及指标值的范围（、确定合适的工艺条件及指标值的范围（实验确定实验确定）3 3、确定主体材料和配合剂的品种与用量、确定主体材料和配合剂的品种与用量4 4、确定原材料的指标范围、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。性能要求为准。5 5、计算成本、计算成本五、配方设计的内容、原则与程序五、配方设计的内容、原则与程序（二）配方设计的原则（二）配方设计的原则1 1、宗旨、宗旨 使橡胶使橡胶制品的性能制品的性能、成本成本和和工艺可行性工艺可行性三方面取得最佳的综合平衡，以三方面取得最佳的综合平衡，以最低的原材料最低的原材料消耗消耗，最短的时间最短的时间，最少工作量最少工作量设计出性能优良并满足现有生产设备要求的配方。设计出性能优良并满足现有生产设备要求的配方。2 2、基本原则、基本原则（1）不降低产品质量的情况下降低成本）不降低产品质量的情况下降低成本（2）保持成本不变的情况下提高产品的性能）保持成本不变的情况下提高产品的性能3、一般原则、一般原则（1）满足制品的性能要求；（）满足制品的性能要求；（2）设计的配方易于加工）设计的配方易于加工（3）原材料价廉易得；（）原材料价廉易得；（4）重点）重点设计主要性能设计主要性能（5）充分考虑交互作用；）充分考虑交互作用；（6）配方成本低，能耗低）配方成本低，能耗低（7）配方尽可能简化）配方尽可能简化 （8）符合环保与卫生要求）符合环保与卫生要求五、配方设计的内容、原则与程序五、配方设计的内容、原则与程序（三）配方设计的程序（三）配方设计的程序实用配方（生产配方）实用配方（生产配方）性能配方（技术配方）性能配方（技术配方）基础配方（标准配方）基础配方（标准配方）基础配方（标准配方）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。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：基础配方的获得：（1）ASTM美国材料实验协会美国材料实验协会(American Society of Testing Materials)标准标准（2）根据实验的基本情况进行拟定）根据实验的基本情况进行拟定（3）借鉴同类或类似产品的生产配方）借鉴同类或类似产品的生产配方性能配方：性能配方：技术配方，全面考虑各种性能的搭配，增加或调整基础配方的内容，以满足制技术配方，全面考虑各种性能的搭配，增加或调整基础配方的内容，以满足制品使用条件。品使用条件。实用配方：实用配方：生产配方，在满足要求的性能配方基础上，结合实际生产条件所得的实用投产生产配方，在满足要求的性能配方基础上，结合实际生产条件所得的实用投产配方。配方。五、配方设计的内容、原则与程序五、配方设计的内容、原则与程序实用配方的设计程序：实用配方的设计程序：（1）确切了解制品的使用条件，提出性能要求）确切了解制品的使用条件，提出性能要求（2）研究分析同类或相似产品所使用的配方和工艺）研究分析同类或相似产品所使用的配方和工艺（3）根据性能要求及近似产品配方，提出基本配方）根据性能要求及近似产品配方，提出基本配方（4）确定变量及变量范围）确定变量及变量范围（5）确定性能测试内容和方法）确定性能测试内容和方法（6）实验室小试，检测性能并优化配方至满足性能要求）实验室小试，检测性能并优化配方至满足性能要求（7）中试，确定工艺条件及胶料的控制指标）中试，确定工艺条件及胶料的控制指标（8）试制产品，按照标准和技术条件进行成品实验）试制产品，按照标准和技术条件进行成品实验（9）调整配方至满足产品使用要求，确定生产工艺条件和胶料参数）调整配方至满足产品使用要求，确定生产工艺条件和胶料参数五、配方设计的内容、原则与程序五、配方设计的内容、原则与程序六、橡胶配方的表示方法及计算六、橡胶配方的表示方法及计算（一）（一）生产配方表的组成生产配方表的组成 1)胶料用途 2)胶料的名称及代号，生胶及各种配合剂的用量 3)合计（合算密度、含胶率、成本）4)工艺条件 5)物理机械性能（二）配方的表示方法与计算（二）配方的表示方法与计算1.质量份数表示（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（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，主要用于计主要用于计算原材料质量成本和含胶率。算原材料质量成本和含胶率。3.体积百分数表示（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，主要用于计主要用于计算原材料体积成本。算原材料体积成本。4.生产配方（Mikg）：=Q/mi mi 取胶料的总质量等于炼胶机的装胶量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。，各组分以实际用量表示。六、橡胶配方的表示方法及计算六、橡胶配方的表示方法及计算六、橡胶配方的表示方法及计算六、橡胶配方的表示方法及计算例：转化为炼胶容量为例：转化为炼胶容量为80.5公斤的生产配方公斤的生产配方原材料名称 i(g/cm3)基本配方,质量份（mi）质量分数配方/mi体积分数配方/Vi生产配方 kgNR 0.92S 2.05促M 1.42ZnO 5.57St 0.92C.B.1.8010031525062.111.860.623.111.2431.0676.701.030.500.631.5419.6050.01.50.52.51.025.0合计161100.00100.0080.5质量分数配方计算：质量分数配方计算：mi%=mi(100/mi)体积分数配方计算：体积分数配方计算：Vi%=mi/i100/(mi/i)生产配方计算：生产配方计算：Mi=mi(Q/mi)含配合剂母胶的配方计算含配合剂母胶的配方计算例例 促进剂促进剂M母胶配方母胶配方 NR 100 促进剂促进剂M 20 ZnO 5 合计合计 125X促促M母母=1/(20/125)=6.25份份母胶中：母胶中：XNR=6.25(100/125)=5份份XZnO=6.25(5/125)=0.25份份六、橡胶配方的表示方法及计算六、橡胶配方的表示方法及计算原材料原材料名称名称基本配方基本配方质质量份量份生生产产配方配方kgNRS促促MZnOStC.B.10031525050.01.50.52.51.025.0合合计计16180.5原材料原材料名称名称基本配方基本配方质质量份量份生生产产配方配方kgNRS促促M母胶母胶ZnOStC.B.9536.254.7525047.51.53.1252.375125合合计计16180.5由生产配方计算基本配方由生产配方计算基本配方六、橡胶配方的表示方法及计算六、橡胶配方的表示方法及计算mi=Mi（100/M胶胶）mi基本配方中各组分的份数；基本配方中各组分的份数；Mi生产配方中各组分的实际质量，生产配方中各组分的实际质量，kg；M胶胶生产配方中生胶的总质量。生产配方中生胶的总质量。原材料原材料名称名称生生产产配方配方统统一一单单位配方位配方/kg转换转换系数系数基本配方基本配方/份份NRSBRS促促MZnOSt防防4020C.B.5kg3kg200g80g400g160g160g4kg530.20.080.40.160.164100/8=12.562.537.52.51.05.02.02.050.0合合计计13.0162.5转转化关系化关系是怎么来是怎么来的？的？七、橡胶配方的成本计算七、橡胶配方的成本计算1、含胶率的计算、含胶率的计算含胶率含胶率=【100（生胶质量份）（生胶质量份）/胶料总质量份胶料总质量份】100%2、密度的计算、密度的计算=mi/(mi/i)3、单位质量胶料成本的计算、单位质量胶料成本的计算Pm=(mipi)/mi=(mi%pi)mi%各组分质量百分数；各组分质量百分数；pi各组分的单价，元各组分的单价，元/kg4、单位体积胶料成本的计算、单位体积胶料成本的计算Pv=(mipi)/(mi/i)5、单位产品胶料成本计算、单位产品胶料成本计算P=VPv=mPm=VPm例：例：配方及各组分价格、密度如表所示。用配方配方及各组分价格、密度如表所示。用配方1制作的制品制作的制品的质量为的质量为1.2kg。若产品按件计价，价格为。若产品按件计价，价格为21.6元元/件。配方件。配方1硫化时间为硫化时间为4min，配方，配方2硫化时间为硫化时间为5min。假定炼胶成本。假定炼胶成本1.2元元/kg，硫化成本，硫化成本10元元/h。请计算配方。请计算配方1、2的经济效益。的经济效益。原材料原材料名称名称单单价价pi/(元元/kg)密度密度i/(g/cm3)体体积积/cm3配方配方1配配比比/份份配方配方2配配比比/份份SBRN770芳芳烃烃油油ZnOStS促促M防防DPPD重重钙钙 1886.51461.816320.350.941.815.570.8521.521.282.8106.3827.785.000.901.180.750.660.7817.86100505511.5110100505511.51150合合计计161.28164.5214.5七、橡胶配方的成本计算七、橡胶配方的成本计算解：配方解：配方1的密度：的密度：1=mi/Vi=164.5/161.28=1.020(g/cm3)配方配方1单位质量成本单位质量成本:Pm=(Pimi)/mi=2359.2/164.5=14.342（元（元/kg）配方配方1单位体积成本：单位体积成本：Pv1=Pm=14.342 1.020=14.029（元（元/L）配方配方1制作制品的体积：制作制品的体积：V1=m/=1200/1.020=1176.5（cm3）制品胶料成本：制品胶料成本：P胶胶1=Pv1V1=14.0291.1765=16.51（元）（元）配方配方1的炼胶成本：的炼胶成本：P炼胶炼胶1=1.21.2=1.44（元）（元）配方配方1硫化成本：硫化成本：P硫化硫化1=（4/60）10=0.67（元）（元）总成本：总成本：P总总1=P胶胶1+P炼胶炼胶1+P硫化硫化1=18.62（元）（元）每件制品的利润：每件制品的利润：R1=P价格价格P总总1=21.6-18.62=2.98(元元)七、橡胶配方的成本计算七、橡胶配方的成本计算原材料原材料名称名称单单价价pi/(元元/kg)密度密度i/(g/cm3)体体积积/cm3配方配方1配配比比/份份SBRN770芳芳烃烃油油ZnOStS促促M防防DPPD重重钙钙 1886.51461.816320.350.941.815.570.8521.521.282.8106.3827.785.000.901.180.750.660.7817.86100505511.5110合合计计161.28164.5七、橡胶配方的成本计算七、橡胶配方的成本计算配方配方2的密度：的密度：2 2=mi/Vi=214.5/161.28=1.330(g/cm214.5/161.28=1.330(g/cm3 3)配方配方2 2单位质量成本单位质量成本:Pm=Pm=(Pimi)/mi=2376.7/214.5=11.080（元（元/kg）配方配方2单位体积成本：单位体积成本：Pv2=Pm=11.080 1.330=14.736（元（元/L）配方配方2制作制品的体积：制作制品的体积：V2=V1=m/=1200/1.147=1046.2（cm3）制品胶料成本：制品胶料成本：P胶胶2=Pv2V2=14.7361.0462=15.42（元）（元）配方配方2 2的炼胶成本：的炼胶成本：P P炼胶炼胶2 2=1.0462=1.04621.3301.2=1.67（元）（元）配方配方2硫化成本：硫化成本：P硫化硫化2=（5/60）10=0.83（元）（元）总成本：总成本：P总总2=P胶胶2+P炼胶炼胶2+P硫化硫化2=17.92（元）（元）每件制品的利润：每件制品的利润：R2=P价格价格P总总2=21.6-17.92=3.68(元元)原材料原材料名称名称单单价价pi/(元元/kg)密度密度i/(g/cm3)体体积积/cm3配方配方2配配比比/份份SBRN770芳芳烃烃油油ZnOStS促促M防防DPPD重重钙钙 1886.51461.816320.350.941.815.570.8521.521.282.8106.3827.785.000.901.180.750.660.7817.86100505511.51150合合计计161.28214.5七、橡胶配方的成本计算七、橡胶配方的成本计算总结总结（1）配方中加入填料均可降低胶料成本，但不一定降低总成本。加入填）配方中加入填料均可降低胶料成本，但不一定降低总成本。加入填料后，合格率下降，硫化时间延长，炼胶成本增大。料后，合格率下降，硫化时间延长，炼胶成本增大。（2）如产品按）如产品按质量计价质量计价，配方中，配方中加入密度大的填料加入密度大的填料成本低；如成本低；如按件计价按件计价，加入密度小的填料加入密度小的填料成本低。成本低。（3）加入填料，会）加入填料，会牺牲制品的性能牺牲制品的性能。（4）不加填料，加快硫化速度或胶料流动性，虽然胶料成本略有增加，）不加填料，加快硫化速度或胶料流动性，虽然胶料成本略有增加，但可降低炼胶成本和硫化成本，提高效益。但可降低炼胶成本和硫化成本，提高效益。（5）中低档及小制品中低档及小制品采用采用加填料加填料降成本；降成本；高档大型制品高档大型制品要多考虑制品要多考虑制品合合格率和工艺成本格率和工艺成本。价值工程：以最低的成本可靠地实现产品必要的功能。价值工程：以最低的成本可靠地实现产品必要的功能。价值价值=功能功能/成本成本五种提高价值的途径：五种提高价值的途径：(1)功能不变，成本降低功能不变，成本降低；(2)成本不变，提高性能；成本不变，提高性能；(3)功能提高，成本降低；功能提高，成本降低；(4)成本略有提高，功能大幅度提高；成本略有提高，功能大幅度提高；(5)功能略有降低，成本大幅度下降功能略有降低，成本大幅度下降。七、橡胶配方的成本计算七、橡胶配方的成本计算总结总结八、低成本配方设计要点八、低成本配方设计要点（1）降低生胶成本是降低胶料成本最有效的途径）降低生胶成本是降低胶料成本最有效的途径 选用价格便宜、密度低、可填充量大的生胶；生胶并用；橡塑共混；再选用价格便宜、密度低、可填充量大的生胶；生胶并用；橡塑共混；再生胶及胶粉的使用；边角料及返回胶的使用（注意比例）；生胶替代（如生胶及胶粉的使用；边角料及返回胶的使用（注意比例）；生胶替代（如用用IR替代替代NR、ENR替代替代IIR等）。等）。（2）加入填料是降成本另一重要途径）加入填料是降成本另一重要途径 增加炭黑与油的用量；用表面活化改性的碳酸钙、陶土、高岭土部分取增加炭黑与油的用量；用表面活化改性的碳酸钙、陶土、高岭土部分取代炭黑或白炭黑；加入价格低廉的填料如轻钙、滑石粉、云母粉、石英粉、代炭黑或白炭黑；加入价格低廉的填料如轻钙、滑石粉、云母粉、石英粉、活性硅粉等。活性硅粉等。（3）适当加快硫化速度可降低生产成本）适当加快硫化速度可降低生产成本 促进剂并用；适当增加促进剂用量；适当提高温度促进剂并用；适当增加促进剂用量；适当提高温度 九九、配方设计与胶料物理性能的关系、配方设计与胶料物理性能的关系拉伸强度拉伸强度 设计要点：设计要点：（1）选用自补强性橡胶或结晶性、极性生胶；分子量要大，低）选用自补强性橡胶或结晶性、极性生胶；分子量要大，低分子少；分子少；（2）选用）选用CV体系，促进剂采用体系，促进剂采用M/D并用，适当提高硫黄用量；并用，适当提高硫黄用量；（3）选用粒径小、表面活性大的炭黑，用量）选用粒径小、表面活性大的炭黑，用量4060份，或白炭份，或白炭黑与黑与Si-69并用；并用；（4）选用与橡胶相容性好的增塑剂，用量在）选用与橡胶相容性好的增塑剂，用量在5份以内；份以内；（5）其他方法：橡胶与树脂并用、橡胶化学改性、填料表面改）其他方法：橡胶与树脂并用、橡胶化学改性、填料表面改性等。性等。九、配方设计与胶料物理性能的关系九、配方设计与胶料物理性能的关系定升应力与硬度定升应力与硬度设计要点：设计要点：（1）选用分子量大、分布窄，且能结晶或带极性基团的橡胶；）选用分子量大、分布窄，且能结晶或带极性基团的橡胶；（2）提高交联密度，增大硫黄和促进剂用量；）提高交联密度，增大硫黄和促进剂用量；（3）选用粒径小、结构性高、表面活性大的炭黑，且增大用量；）选用粒径小、结构性高、表面活性大的炭黑，且增大用量；（4）尽可能少用或不用增塑剂；）尽可能少用或不用增塑剂；（5）其他方法：使用酚醛树脂）其他方法：使用酚醛树脂/硬化剂；硬化剂；使用苯甲酸；使用苯甲酸；使用模量增强剂；使用模量增强剂；使用短纤维；使用短纤维；使用齐聚酯使用齐聚酯/过氧化物；过氧化物；使用液体橡胶使用液体橡胶/引发剂引发剂 与与TPI并用，硫黄用量在并用，硫黄用量在2.5份以内；份以内；使用不饱和羧酸盐等。使用不饱和羧酸盐等。九、配方设计与胶料物理性能的关系九、配方设计与胶料物理性能的关系撕裂强度撕裂强度设计要点：设计要点：（1）选用分子量大、常温下能结晶或滞后损失大的胶种；）选用分子量大、常温下能结晶或滞后损失大的胶种；（2）采用）采用CV硫化体系，硫黄用量硫化体系，硫黄用量23份，促进剂选用中等活份，促进剂选用中等活性、平坦性好的品种，如性、平坦性好的品种，如DM、CZ；（3）选用粒径小、结构性低的炭黑，选用各项同性的填料）选用粒径小、结构性低的炭黑，选用各项同性的填料（4）少用增塑剂；）少用增塑剂；（5）其他方法：使用）其他方法：使用5份以内的短纤维；份以内的短纤维；使用分散剂，提高配合剂分散性；使用分散剂，提高配合剂分散性；九、配方设计与胶料物理性能的关系九、配方设计与胶料物理性能的关系耐磨性耐磨性设计要点：设计要点：（1）选用弹性好或强度高或有共轭结构的生胶，如）选用弹性好或强度高或有共轭结构的生胶，如BR、NR、SBR、PU、ACM、IR、NBR、EPDM等；等；（2）选用硫黄）选用硫黄/促进剂促进剂CZ或硫黄或硫黄/促进剂促进剂CZ（主）（主）/TMTD硫化体系，硫化体系，NR为主的为主的胶料，硫黄用量胶料，硫黄用量1.82.5份；以份；以BR为主胶料，硫黄用量为主胶料，硫黄用量1.51.8份；份；（3）选用粒径小、表面活性大的炭黑，或新工艺炭黑，或白炭黑与偶联剂）选用粒径小、表面活性大的炭黑，或新工艺炭黑，或白炭黑与偶联剂Si-69并用；炭黑用量并用；炭黑用量NR中中4550份，份，IR和非充油和非充油SBR中中5055份，充油份，充油SBR中中6070份，份，BR中中90100份；份；（4）少用增塑剂；）少用增塑剂；（5）其他方法：贴聚氨酯，使用短纤维并合理取向，使用）其他方法：贴聚氨酯，使用短纤维并合理取向，使用CEC胶；使用分散胶；使用分散剂，提高炭黑分散性剂，提高炭黑分散性九、配方设计与胶料物理性能的关系九、配方设计与胶料物理性能的关系弹性弹性设计要点：设计要点：（1）选用分子量大，常温下不能结晶，分子链柔顺的生胶，如）选用分子量大，常温下不能结晶，分子链柔顺的生胶，如BR、NR、EPDM等；等；（2）选用硫黄）选用硫黄/次磺酰胺（次磺酰胺（S/CZ=2.0/1.5）或硫黄）或硫黄/胍类胍类（S/DOTG=4/1）并保持合适的交联密度；）并保持合适的交联密度；（3）减少炭黑的用量，选用粒径大、结构性低、表面活性低的炭）减少炭黑的用量，选用粒径大、结构性低、表面活性低的炭黑；黑；（4）少用或不用增塑剂；）少用或不用增塑剂；九、配方设计与胶料物理性能的关系九、配方设计与胶料物理性能的关系耐疲劳破坏性耐疲劳破坏性设计要点：设计要点：（1）低应变下（）低应变下（120）选择）选择Tg较高的生胶；高应变下（较高的生胶；高应变下（120）选择）选择具有自补强性的生胶；橡胶并用可提高耐疲劳破坏性。具有自补强性的生胶；橡胶并用可提高耐疲劳破坏性。（2）选用）选用CV体系，对定负荷的疲劳条件，要加大硫黄的用量，提高交联密体系，对定负荷的疲劳条件，要加大硫黄的用量，提高交联密度；对定变形的疲劳条件，要减少硫黄的用量，减小交联密度；度；对定变形的疲劳条件，要减少硫黄的用量，减小交联密度；（3）选用粒径小、结构度高、表面活性大的炭黑，在定负荷下，应增加炭黑）选用粒径小、结构度高、表面活性大的炭黑，在定负荷下，应增加炭黑的用量，在定变形下，应减少炭黑的用量；要少用惰性填料。的用量，在定变形下，应减少炭黑的用量；要少用惰性填料。（4）选用）选用4010NA、DOPD等防老剂，或与等防老剂，或与AW、微晶蜡并用、微晶蜡并用（5）选用稀释作用小的粘稠性大的增塑剂，用量要小。）选用稀释作用小的粘稠性大的增塑剂，用量要小。九、配方设计与胶料物理性能的关系九、配方设计与胶料物理性能的关系拉断伸长率拉断伸长率设计要点：设计要点：（1）选用分子链柔顺、强度高的生胶（如）选用分子链柔顺、强度高的生胶（如NR）或容易产）或容易产生塑性流动的生胶（如生塑性流动的生胶（如IIR）；）；（2）选用）选用CV体系，硫黄和促进剂的用量要适当降低；体系，硫黄和促进剂的用量要适当降低；（3）选用粒子大、结构度低的炭黑，炭黑的用量要小，）选用粒子大、结构度低的炭黑，炭黑的用量要小，含胶率要高；含胶率要高；（4）增加增塑剂的用量。）增加增塑剂的用量。十、配方设计与胶料工艺性能的关系十、配方设计与胶料工艺性能的关系胶料的粘度胶料的粘度胶料的粘度影响几乎所有的加工性能。影响胶料粘度的配方因素有：影响胶料粘度的配方因素有：（1）胶种胶种：分子量大、凝胶含量高、内聚能密度大的橡胶粘度高，如NR、NBR、CR等。可通过塑炼、充油等方法降低其粘度；（2）塑解剂塑解剂：可有效地降低粘度，提高塑炼效果，缩短时间。常用塑解剂：促进剂M、各种硫酚（雷纳西、Renacit）等；DM对CR有抑制凝胶作用，提高塑炼效果；（3）填料的用量和性质填料的用量和性质：填料用量越大，胶料的粘度越高；粒径小、结构性高、表面活性大的炭黑，胶料粘度高；（4）增塑剂增塑剂：有效降低粘度，改善加工性能；影响胶料粘度的工艺因素有：影响胶料粘度的工艺因素有：温度（高，粘度低）、剪切速率（高，粘度低）、塑炼时间（长，粘度低，后期下降趋缓）。十、配方设计与胶料工艺性能的关系十、配方设计与胶料工艺性能的关系挤出挤出要求：膨胀小，收缩小，表面光滑，速度快。要求：膨胀小，收缩小，表面光滑，速度快。设计要点：设计要点：（1）选用分子链柔顺，平均分子量较小，支化度低的生胶；）选用分子链柔顺，平均分子量较小，支化度低的生胶；NR需塑炼，需塑炼，NBR、CR、SBR等橡胶塑炼后收缩率低；适当等橡胶塑炼后收缩率低；适当提高胶料可塑度，利于挤出提高胶料可塑度，利于挤出。（2）适当增大填料的用量，降低含胶率，含胶率在）适当增大填料的用量，降低含胶率，含胶率在30%50%较好。较好。（3）选用结构度高的炭黑；）选用结构度高的炭黑；（4）适当增大增塑剂的用量；）适当增大增塑剂的用量；（5）选用焦烧时间长的促进剂；）选用焦烧时间长的促进剂；（6）配合剂的含水率和挥发份含量要低；）配合剂的含水率和挥发份含量要低；（7）加入适量的硫化胶粉，可减小膨胀；）加入适量的硫化胶粉，可减小膨胀；（8）对于黏度很低的胶料，要适当提高补强剂的用量。）对于黏度很低的胶料，要适当提高补强剂的用量。工艺因素：挤出机机头和口型温度，螺杆转速，口型与螺杆尺寸的比例。工艺因素：挤出机机头和口型温度，螺杆转速，口型与螺杆尺寸的比例。十、配方设计与胶料工艺性能的关系十、配方设计与胶料工艺性能的关系压延压延技术要求：技术要求：适宜的包辊性，良好的流动性，足够的焦烧时间，低的收缩率，表面光适宜的包辊性，良好的流动性，足够的焦烧时间，低的收缩率，表面光滑，速度快。滑，速度快。注意事项：注意事项：（1）胶料的黏度要较低，压片胶料门尼黏度）胶料的黏度要较低，压片胶料门尼黏度5060，贴胶胶料门尼，贴胶胶料门尼4050，擦，擦胶门尼黏度胶门尼黏度3040；（2）选用粒径小，结构度高的炭黑，适当增大炭黑的用量，选用各向同性的填）选用粒径小，结构度高的炭黑，适当增大炭黑的用量，选用各向同性的填料；料；（3）适当增大增塑剂的用量；）适当增大增塑剂的用量；（4）选用焦烧时间长的硫化体系，）选用焦烧时间长的硫化体系，120下焦烧时间控制在下焦烧时间控制在2035min。工艺因素：辊筒温度、转速。工艺因素：辊筒温度、转速。十、配方设计与胶料工艺性能的关系十、配方设计与胶料工艺性能的关系包辊性包辊性注意事项：注意事项：（1）分子量大，分布宽，有自补强性，支化少、凝胶含量低的）分子量大，分布宽，有自补强性，支化少、凝胶含量低的橡胶包辊性好；橡胶包辊性好；（2）选用活性高、补强性好的填料；）选用活性高、补强性好的填料；（3）硬脂酸、硬脂酸盐、蜡类、石油基软化剂、油膏等降低包）硬脂酸、硬脂酸盐、蜡类、石油基软化剂、油膏等降低包辊性；高芳烃操作油、松焦油、古马隆树脂、烷基酚醛树脂辊性；高芳烃操作油、松焦油、古马隆树脂、烷基酚醛树脂等改善包辊性；等改善包辊性；工艺因素：辊距大小，辊筒转速及速比、辊筒温度。工艺因素：辊距大小，辊筒转速及速比、辊筒温度。十、配方设计与胶料工艺性能的关系十、配方设计与胶料工艺性能的关系自粘性自粘性 自粘性取决于分子链的活动能力及强度，活动能力强，强自粘性取决于分子链的活动能力及强度，活动能力强，强度高，胶料的自粘性好；极性橡胶和常温下结晶的橡胶自粘性度高，胶料的自粘性好；极性橡胶和常温下结晶的橡胶自粘性差；差；NR的自粘性最好；塑炼能提高粘性。的自粘性最好；塑炼能提高粘性。选用补强性好的填料，自粘性提高；选用补强性好的填料，自粘性提高；加入增塑剂能降低自粘性；胶料中加入增粘剂能提高自性；加入增塑剂能降低自粘性；胶料中加入增粘剂能提高自性；容易喷出的配合剂如蜡、容易喷出的配合剂如蜡、TT、S等，尽量少用。等，尽量少用。十、配方设计与胶料工艺性能的关系十、配方设计与胶料工艺性能的关系提高未硫化胶粘性的方法提高未硫化胶粘性的方法方法：方法：A A 胶料中加增粘剂，如增粘树脂、松焦油等胶料中加增粘剂，如增粘树脂、松焦油等 B B 粘合面涂胶浆；粘合面涂胶浆；C C 粘合面刷汽油等良溶剂；粘合面刷汽油等良溶剂；D D 升高粘合面温度，增加粘合压力；升高粘合面温度，增加粘合压力；E E 粘合面加增粘层；粘合面加增粘层；F F 粘合面刺毛；粘合面刺毛；G G 通过塑炼、混炼、热炼等提高胶料的可塑度；通过塑炼、混炼、热炼等提高胶料的可塑度；H H 胶料中加相容性好的增塑剂，提高流动性；胶料中加相容性好的增塑剂，提高流动性；I I 保持粘合面清洁，粘合前用塑料薄膜包覆粘合面；保持粘合面清洁，粘合前用塑料薄膜包覆粘合面；J J 防止胶料喷霜（从配方、加工工艺上改进）防止胶料喷霜（从配方、加工工艺上改进）K K 尽可能少用或不用外润滑性的助剂，如蜡、凡士林。尽可能少用或不用外润滑性的助剂，如蜡、凡士林。十、配方设计与胶料工艺性能的关系十、配方设计与胶料工艺性能的关系焦烧性焦烧性 胶料产生焦烧现象的胶料产生焦烧现象的主要原因是促进剂选用不当主要原因是促进剂选用不当，还与加工温度、时间和剪切速率有关。，还与加工温度、时间和剪切速率有关。不同胶料门尼焦烧时间要求：不同胶料门尼焦烧时间要求：软胶料：软胶料：1020min；大多数胶料：大多数胶料：2535min；高填充的硬胶料：高填充的硬胶料：35min以上。以上。NR容易焦烧，选用迟效性或临界温度高的促进剂，粒径小、结构性高的碱性炭黑容易焦烧；使用白炭黑、陶土等酸性填料能抑制焦烧时间；容易焦烧，选用迟效性或临界温度高的促进剂，粒径小、结构性高的碱性炭黑容易焦烧；使用白炭黑、陶土等酸性填料能抑制焦烧时间；增塑剂能延长焦烧时间，芳烃油有缩短焦烧时间的倾向；使用防焦剂，能有效延长焦烧时间。增塑剂能延长焦烧时间，芳烃油有缩短焦烧时间的倾向；使用防焦剂，能有效延长焦烧时间。工艺因素：加工温度和时间、停放温度和时间、剪切速率工艺因素：加工温度和时间、停放温度和时间、剪切速率十、配方设计与胶料工艺性能的关系十、配方设计与胶料工艺性能的关系喷霜喷霜喷霜的危害：喷霜的危害：（1）降低自粘性，对成型工艺不利，影响粘合效果；）降低自粘性，对成型工艺不利，影响粘合效果；（2）影响产品外观质量；）影响产品外观质量；（3）引起焦烧，降低耐老化性；）引起焦烧，降低耐老化性；（4）硫化不均匀，降低胶料强度；）硫化不均匀，降低胶料强度；（5）危害身体健康。）危害身体健康。喷蜡：提高硫化胶耐老化性。喷蜡：提高硫化胶耐老化性。喷霜产生的原因：喷霜产生的原因：（1）配合剂用量过多；）配合剂用量过多；（2）配合剂与橡胶相容性差（）配合剂与橡胶相容性差（内在原因内在原因）；）；（3）配合剂分散不均匀；）配合剂分散不均匀；（4）炼胶温度过高，硫化温度过高，硫化不熟；过硫）炼胶温度过高，硫化温度过高，硫化不熟；过硫 （5）胶料的可塑度过大。）胶料的可塑度过大。容易喷霜的配合剂容易喷霜的配合剂：S、TT、DM、M、NA-22、防老剂、防老剂D、4010、H、DNP、MB、石蜡、石蜡、ZnO、硬脂酸、硬脂酸、CTP、轻钙、碳酸镁、机油、酯类增塑剂。、轻钙、碳酸镁、机油、酯类增塑剂。十一、橡胶配方设计方法十一、橡胶配方设计方法-多因素设计方法多因素设计方法方法方法正交实验设计法正交实验设计法回归实验设计法回归实验设计法正交设计法简介：正交设计法简介：因子：需要考察的影响试验胶料性能指标的因素因子：需要考察的影响试验胶料性能指标的因素水平：每个试验因子可能取值的状态水平：每个试验因子可能取值的状态交互作用：各试验因素间的相互综合影响的作用交互作用：各试验因素间的相互综合影响的作用正交设计法的优点：正交设计法的优点：（1）判定哪个因素对性能指标影响大；）判定哪个因素对性能指标影响大；（2）判定每个因素中哪个水平为好；）判定每个因素中哪个水平为好；（3）判定各因素以什么水平搭配对性能指标较好。）判定各因素以什么水平搭配对性能指标较好。几个概念：几个概念：十一、橡胶配方设计方法十一、橡胶配方设计方法-多因素设计方法多因素设计方法正交表的表示：正交表的表示：La（bc）L正交表正交表a试验次数试验次数b各因素可安排的水平数（几个变量）各因素可安排的水平数（几个变量）c 列数（试验因素数）列数（试验因素数）应用较多的正交表：应用较多的正交表：L4（23）、）、L8（27）、）、L9（34）、）、L16（45）等）等 在合理安排试验又能满足要求的情况下尽可能选用较小的正交表。在合理安排试验又能满足要求的情况下尽可能选用较小的正交表。十一、橡胶配方设计方法十一、橡胶配方设计方法-多因素设计方法多因素设计方法正交表设计原则原则：（1）每一列中代表不同水平的数字出现次数相等；）每一列中代表不同水平的数字出现次数相等；（2）任意两列中同一横行的数字序数对出现次数相等。）任意两列中同一横行的数字序数对出现次数相等。设计步骤：设计步骤：（1）确定因素数）确定因素数(主要因素主要因素)和各因素的水平和各因素的水平(要拉开要拉开);（2）选择合适的正交表（列数大于等于因素数）选择合适的正交表（列数大于等于因素数）m个因素个因素2水平试验设计，选用水平试验设计，选用L4（23）、）、L8（27）等；）等；m个因素个因素3水平试验设计，选用水平试验设计，选用L9（34）、）、L27（313）；）；m个因素个因素4水平试验设计，选用水平试验设计，选用L16（45）；）；m个因素个因素5水平试验设计，选用水平试验设计，选用L25（56）；）；（3）表头设计（最难、最重要）表头设计（最难、最重要）每列至多安排一个因素或交互作用；每列至多安排一个因素或交互作用；先安排有或可能有交互作用的重要因素，余下的任意安排。先安排有或可能有交互作用的重要因素，余下的任意安排。结果分析：结果分析：方法方法直观分析法直观分析法（计算平均值及极差画图）（计算平均值及极差画图）方差分析法方差分析法（计算偏差平方和、自由度，查表）（计算偏差平方和、自由度，查表）直观分析法：直观分析法：计算出各因素不同水平时数据的平均值，并计算最大平均值与最小平均值的差值（极差），比较不同因素、不同水平数据平均值的大小，选出影计算出各因素不同水平时数据的平均值，并计算最大平均值与最小平均值的差值（极差），比较不同因素、不同水平数据平均值的大小，选出影响较大的因素和对响较大的因素和对性能指标最有利的水平。极差大的因素影响大。性能指标最有利的水平。极差大的因素影响大。或绘制直观分析图（因素和不同水平指标平均