胶鞋配方设计

sample · 发表于 2008-7-8 08:30:42

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一、胶鞋配方设计的目的和要求

和其他橡胶制品一样，组织胶鞋生产之前，首先要充分掌握所需原材料的供应条件和价格、工艺装备的实际情况，然后才能进入配方设计。配方设计的核心就是选定主体材料和各种助剂，然后再确定它们之间的配比。所以，配方设计既要满足性能达标、工艺可行、成本合理等要求，还要取得最佳的技术、经济综合效果。

在设计过程中，要抓住以下几个要点：(1)要重视整体设计。从总体出发？使各部件之间保持协调一致，从而获得理想的使用寿命；(2)胶鞋是多部件制品，为此要协调好各部件胶的硫化速度，因为各部件厚度各异，受热的时间先后不一，而硫化时间只允许有一个。这就要求在设计配方时预作考虑，使不同部件在同一个硫化条件(温度、时间)下同步达到正硫化；(3)要考虑性能的整体性。因为只有各部件都达到了各自的性能要求(见表1)，才能使全鞋达到合格要求。

表1
胶鞋各胶制部件的性能要求

部件名称	主要性能要求	次要性能要求
大底	优良的耐磨性	耐屈挠
鞋面(胶面胶鞋)	耐屈挠、耐老化	有较高的的弹性、强伸性能
围条	耐屈挠、耐碰撞	抗动态疲劳
大梗子、包头	耐磨损、坚韧	挺性好、抗冲击
海绵中底	低压缩变形、高弹性	柔软
里后跟	耐磨损、挺性好	抗屈挠

配方设计不仅要满足以上的物理/机械性能的要求，还要满足加工工艺的要求，主要是三个方面：(1)收缩变形小。将变形量控制在一定范围之内；(2)良好的粘合性。要求有较高的自粘性、互粘性及较长的粘性保持期；(3)抗焦烧性。以适应胶料在出型阶段的返炼次数频繁、受热时间长的特点。因此，要求各种胶料(特别采用出型工艺的)有较长的门尼焦烧时间。

二、各部件胶的含胶率

众所周知，含胶率和胶料的性能成比例关系，也和成本密切相关。过去，在胶鞋方面比较重视高性能，因此国家标准和行业标准所订的物性指标都较高。为适应这种情况，胶鞋的部件都采用较高的含胶率，见表2。

表2
各胶鞋胶制部件的含胶率
%

部件	解放鞋	出口布面胶鞋	轻便靴	工矿靴/ L, D# r$ F2 E, q
大底	3642	3345	38-40	4045
鞋面	-	-	4850	5055
围条	49-50	42-50	4850	48-50
底后跟	-	-	40-45	45-50
里后跟	30-35	30-35	30-35	30-35
汽油胶浆	75	70-75	75-80	75-80
乳胶浆	49-52	-	48-52	48-52
海绵中底	5-10	5-10	5-10	-
硬中底	-	-	0-10	0-15

近年来，胶鞋含胶率出现下降的趋势，主要原因是：(1)人们的消费观念有所转变，旧鞋破损后补了再穿的情况有所减少，特别在城市消费者中；(2)为了降低“帮不配底”(帮坏了底远没有坏)的不协调状况，出现底的剩余功能对橡胶资源是一种浪费。在这种情况下，适当降低某些部件的含胶率是合理的。

基于以上两种情况，近年来，在胶鞋标准修订中已对某些指标作了适当的调低，这样做是符合“节能降耗”精神的。但近年来出现了为追求挖潜创收而片面降低含胶率的做法，应该予以注意和纠正。

三、各部件胶的设计原则

由于各部件在使用中所起的作用不同，受力条件也各异，因此在设计配方时，应该各有侧重。

1.黑大底

较多采取天然胶和合成胶并用，如NPJSBR/BR三元共混胶。含胶率应控制在35%-40%，也可掺用部分胎面再生胶或胎面胶粉。因掺用了合成胶，硫黄用量比全天然胶的硫黄用量有所降低，如1.7-2.0份；促进剂(如M+D+CZ)的总用量可为1.5-1.8份。补强剂采取HAF/SRF并用，补强填充剂可用活性陶土或纳米轻质碳酸钙。以上两项的总量可控制在50-60份。为了降低成本，也可在性能达标的前提下另外再添加30-40份普通填充剂。

2.浅色大底

主体材料可使用全天然胶或天然胶与非污染型合成橡胶(如溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶)的并用胶，但合成胶的含量以不超过50%为宜，以便于成型操作。所用各类助剂应为浅色、非污染、强遮盖力的。用白炭黑补强的话，应添加按其用量8%-10%计算的二甘醇作为活性剂来抵消硫化延迟效应。另外，合成胶使用比高的话，还应添加少量增粘剂，以加大附着力。

3.透明底

生胶可选用溶聚丁苯(如国产SSBR2305)、非污染型乳聚丁苯(如国产ESBRl502)，也可采用天然橡胶中的白绉片。各类助剂均应选用非污染、不变色，且折光指数与所用生胶接近的品种。防老剂选用酚类。硫化活性剂氧化锌由碳酸锌替代。硫黄用前要过筛。为确保质地透明，补强剂要选用白炭黑，不得使用遮盖力强的钛白粉、立德粉等。

4.海绵中底

主要功能是缓冲、防震，要求有较高的弹性和一定的挺性。作为中底，对力学性能的要求不高，故含胶率控制在5%-10%即够。作为主体材料的天然胶，选用低号胶即可，甚至还有使用全再生胶的(浅色海绵除外)。硫黄用量8-9份，促进剂用量12份，之所以对硫化体系采取这么高的配合量，是为了满足再生胶(其用量可高达生胶量的好多倍)交联之需，另外跟微孔胶的表面积大大增加也有关。

5.硬中底(胶面胶鞋专用)

不要求具有海绵中底的柔软性，而要有较高的硬度。主体材料通常取低标号天然橡胶，及7-8倍量的再生胶，使含胶率保持在5%-10%的水平，另添加大量重质碳酸钙、陶土等廉价填料。

6.鞋面(胶面鞋专用)

其是典型的薄型部件，在使用中又要承受频繁、重复的弯曲变形，需要有较高的含胶率。生胶需选用高号烟片胶或1号标胶。合成胶的使用比应有一定上限，以避免出型后收缩太大及压延出型时起绉。促进剂常用组合为M+D+DM或M+D+CZ，由于DM和CZ都属于后效性促进剂，有较长的焦烧时间，适合于鞋面胶的多次返炼。炭黑要选用半补强、快压出等品种，而填充剂则宜选用碳酸钙、陶土等品种。软化剂则宜选择粘度低、润滑性好的品种，如机油、工业脂。适量(如5份)的黑油膏有助于压延出型，提高出型物的光滑度。彩色鞋面胶的设计原则基本同黑鞋面胶，但补强剂改用白炭黑，防老剂用非污染性的酚类，也可并用少量高苯乙烯树脂，以提高鞋面的挺性。

7.底后跟(胶面胶鞋)

基本设计原则与大底相同，主要不同之处在于：(1)含胶率略高，以适应后跟部位与地面的摩擦强度高于其他部位的特点；(2)后跟的厚度大，传热过程长，为使各部件最终的硫化程度达到一致，后跟硫速应适当快于大底的硫速；(3)与大底相比，软化剂用量应适当减少，以达到提高硬度及减少出型后变形的双重目的。

8.里后跟

本部件起支撑后跟部位鞋帮的作用，因为一旦它先被磨损，必然加快后帮挫烂。在配方中添加胎面再生胶、提高硫黄用量都是有效的针对性措施，参见配方示例：天然橡胶85，丁苯橡胶15，胎面再生胶10，硫黄4.4，促进剂M 1.3，促进剂DM 0.6，促进剂D 0.95，氧化锌4，硬脂酸2，高耐磨炭黑45，轻质碳酸钙54，陶土60，工业脂2.5，机油15，水杨酸0.25(防焦剂)。

9.汽油胶浆

设计原则是：(1)含胶率应保持75%N80%的高水平，因为粘力源自橡胶分子间的交联；(2)胶种应选择自补强型橡胶，如NR、CR(前者广泛用于传统胶鞋，后者则用于橡塑鞋)；(3)硫化体系用量一般为3-5份。通常按主体材料(天然胶)的习惯用法，即噻唑类与呱类并用(促进剂M+D)，硫化活性剂氧化锌的量要多于常规量，而硬脂酸用量要尽可能低(因为其不利于粘合)。

10乳胶浆

以天然胶乳为主体，加入各种乳胶专用助剂。乳胶围条浆配方见表3。

表3
乳胶围条浆配方

配合组分	份数	功能
60%天然胶乳	166(合干胶100)	主体材料
硫黄	0.7	交联剂
促进剂M	0.8	促进硫化
TMTD	0.125	加快硫化
防老剂DNP	0.4	防止老化
渗透剂JFC	0.7	加速浆液的渗透
分散剂NF	0.25	促进配合剂分数
干酪素	0.65	稳定剂
平平加O	0.2	乳胶稳定剂
软水	939	分散令昼

四、配色设计

胶鞋的配色设计关系到视感和美学价值的运用。这要由设计人根据自己的见解结合社会大众当时的审美观、时尚观综合而得。难度在于两个方面：(1)橡胶的透明性差，因此给配色带来困难；(2)橡胶在硫化中经受的高温往往导致着色剂变色，给配色带来了困难。有些配合剂还会造成污染，使本来配好的色泽变样。

五、橡塑并用配方的设计要点

随着橡塑鞋的出现，橡塑并用在胶鞋中的应用面迅速扩大。总的来说，设计此类配方要兼顾橡、塑两相。除了两相都要用的组分(如增塑剂、填充剂、防老剂)外，凡是专用于一相的，都得单独计量，所以，经常会遇到以下三方面问题。只要这些问题得到解决，其他的细节都可按照常规办理，迎刃而解。

1.并用比。传统热硫化胶鞋的主体材料无例外是橡胶，所以都按橡胶配方设计行事。而橡塑鞋中不论以哪个相为主，两项都要兼顾。

2.体系中橡胶部分照例要设置硫化体系，特别是当橡胶相超过20%时更不可或缺；而塑料部分则要设置稳定体系。当然，计算比例也不是完全呆板的，要视具体情况而定。例如在EVA/PE/NR(50/30/20)的。三元体系中，当考虑硫黄用量时，并非按20%而是按10%计量。因为在本并用体中，NB处于从属地位。

3.稳定剂。在以树脂为主的并用体系中，稳定剂不可或缺。因为并用后肯定采用塑料的高温加工方式进行操作，这种高温(一般高于150℃)有可能导致主体材料降解，所以稳定剂非加不可。常用品种为硬.脂酸盐类，如硬脂酸镉、硬脂酸锌或硬脂酸钡等。

六、特种胶鞋及其部件的配方设

随着胶鞋使用面的日益拓展及出口市场的扩大，上面介绍的传统设计内容，往往满足不了实际需要。这种情况常在设计特种胶鞋或新品种时遇到。

1.高透明底

也称全透明底，不同于一般的半透明底。近年来在出口业务中遇到过这种要求，主要在原材料选用上比半透明底更严。(1)胶种选择。采用透明度高的胶种，如顺丁胶、三元乙丙胶和异戊胶，以后者为最理想，但需进口。(2)助剂选择。各种助剂的折光指数应该尽可能接近所用生胶的折光指数，见表4了(3)设计要点。①硫化剂不能用硫黄(因其遮盖力大)，要用过氧化物，如DCP；②补强剂最好用气相白炭黑；③配用硅烷偶联剂，如A-72(即乙烯基三(B-甲氧基-氧基)硅烷)，以促进各组分分散，它的折光指数与橡胶的折光指数接近，有助于提高透明度。

表4
几种生胶和助剂的折光指数

原材料名称	折光指数
天然橡胶(白皱片)	1.5
丁苯橡胶1502	1.52-1.53
顺丁橡胶	1.52
硫黄	1.59-2.24
DCP	1.36
碳酸锌	1.70
硬脂酸	1.43
二辛酯	1.484
二丁酯	1.489

2.阻燃胶鞋

常用于消防、森林防火、矿山的井下作业、冶炼行业的高温车间等。性能上要求其遇火时有耐燃性，离火后有自熄性。通常的设计思路是在胶料中加入阻燃剂，使氧指数降到20-30的范围，即可达到一般的阻燃要求，能降到20以下则更佳。常用的阻燃剂分无机、有机两大类。阻燃剂一般具有降温、阻隔氧气的作用，它们是分子结构中含氰氧根(如氢氧化铝)或卤素的化合物(如氯化石蜡)。在主体材料方面，以含卤胶种(如氯丁橡胶)或它们与天然橡胶的并用胶为主，再添加一定数量的阻燃剂及其他配合剂。阻燃胶鞋既有布面结构的，也有胶面结构的，其胶制部件都应该按耐燃要求配制。典型配方不例：天然橡胶70，氯丁橡胶30，硫黄2.1，促进剂2.8，氧化锌7(包括作为氯丁胶的交联剂和天然胶的硫化活性剂)，硬脂酸3.0，陶土32，炭黑55，液体氯化石蜡(阻燃剂)13，古马龙8，凡士林2，氧化镁3，固体氯化石蜡(阻燃剂)30，硼酸锌(阻燃剂)10。

3.抗静电胶鞋

其是十种工作鞋。用于要求导除静电积累的场合(如生产电子器件的车间)，以防止鞋与地面之间因摩擦产生静电；或者因为静电而影响电子产品的性能。如半导体元件生产车间或电视机组装车间都需使用。有的医疗器材或药品生产车间也要求工作人员上岗时穿着抗静电胶鞋，以保证车间符合“无尘”要求。为此在配方设计时要做到：(1)主体材料要选用体积电阻相对较大的胶种，如氯丁胶、丁腈胶(体积电阻在1010-1011Ωcm)，但也可以以非极性橡胶为主体材料；(2)添加特种抗静电剂，如离子型表面活性剂SN或SP，用量3-5份。配方示例(浅色抗静电大底)：天然橡胶100，硫黄1.4，促进剂1.5，氧化锌5，硬脂酸2，陶土50，轻质碳酸钙25，抗静电剂SN 5。

4.耐油胶鞋

其是供工作中接触油类人员穿着的工作鞋。主体材料一般取CR、NBR等耐油胶种。但对耐油要求不高的，也可掺用非部分极性橡胶，如天然胶、顺丁胶。硫化体系常采用噻唑类+秋兰姆，如M+DM+TMTD。增塑剂多采用二丁酯、二辛酯，用量20-25份。防老剂1-2份，品种不拘。配方示例(浅色耐油大底)：氯丁橡胶80，天然橡胶10，顺丁橡胶10，促进剂DM 0.5，氧化锌4，氧化镁4，硬脂酸2，促进剂NA-22 0.5，炭黑40，碳酸钙40，二丁酯15，防老剂D 2。

5.电工绝缘鞋

配方设计时需注意两方面的问题：(1)金属氧化物尽量少用；(2)一般不使用炭黑，因为炭黑的链状二次结构对电绝缘不利，因此较多以陶土来取代。配方示例(绝缘胶鞋大底)：天然橡胶100，硫黄0.8，促进剂M 0.5，促进剂DM 1，促进剂TMTD0.8，氧化锌5，硬脂酸1.5，防老剂D 1.5，陶土122，工业脂8，凡士林2，石蜡1。

6.耐酸碱胶鞋

用于防止酸、碱接触人体而造成损害，与一般胶鞋配方大致相同，配方设计时需要注意：(1)耐酸碱专用助剂硫酸钡不可或缺，也可掺用陶土，这两种填料都能起到防酸碱作用；(2)产品如果是胶面胶鞋，表面勿涂亮油，而在料中配加石蜡来补偿；(3)促进剂可多用D，实践证明，该促进剂能提高耐酸碱效果。

配方示例：天然橡胶100，硫黄2.3，促进剂M1.3，促进剂D 0.35，促进剂DM 0.9，氧化锌5，炉法炭黑40，防老剂D 1，硫酸钡72，陶土20，固体古马龙3，液体古马龙13，工业脂9，水杨酸0.2。

7.EVA微孔内底

其是典型的鞋用橡塑并用部件。主体材料由弹性体(天然橡胶、顺丁橡胶)和EVA、聚乙烯树脂共同组成。交联剂考虑DCP(因为对橡胶和树脂都能起交联作用)。发泡体系优先考虑偶氮类的AC,以及助发泡剂如尿素。配方示例：天然橡胶10，EVA 90，硬脂酸1.5，氧化锌5，碳酸钙26，发泡剂AC 3.5，尿素3，DCP 10，钛白粉10。

foxalen · 发表于 2008-7-8 23:06:58

有了這些知識就可以有多一點基礎實力了

跨越时空 · 发表于 2008-9-3 00:25:51

不错，有这些专门生产橡胶鞋底的应该好好参祥一下啦

叶子良 · 发表于 2008-9-5 08:11:18

无私的奉献令人感动,我应该努力学习,为本网做一些力所能及的事情

yg1075 · 发表于 2008-9-5 17:25:09

辛苦了，楼主，一篇不错的资料

勤恳工作 · 发表于 2010-12-10 19:08:52

楼主辛苦了，学习学习！！

zagw2010 · 发表于 2011-1-3 18:29:48

为什么表1，2，3，4后空白一大片？？什么都没有？？

tomsund · 发表于 2011-1-6 09:46:54

挺好的硫化鞋资料。
就是老了点。

CW那颜德伽 · 发表于 2012-12-3 20:51:34

不错胶鞋材料，感谢楼主分享！！！

yh151726506 · 发表于 2013-7-15 17:25:37

特来学习一下，谢谢。

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