橡胶配方详细讲解

哈里波特 · 发表于 2008-12-22 19:21:28

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内容介绍：
1) 配方基本概念。内容、作用有哪些
2) 配方表示形式
3) 母胶配方计算
4) 胶料成本计算

一、配方（formulation)概念

配方（formulation)：反映胶料中各种材料（橡胶和配合剂）种类、规格、配比（用量）的方子（方案、表）。
概念分析：
组成：①主体材料（天然橡胶、合成橡胶、橡胶与树脂共混物等）；②硫化体系；③补强、填充体系；④防护体系；⑤加工工艺、操作体系；⑥特殊性能体系。
另外：名称、用途、性能参数、主要工艺条件、其它说明

要素：
1. 种类
2. 规格
3. 配比
配方（formulation)设计：就是根据产品的性能要求和工艺条件，通过试验、优化、鉴定，合理地选用原材料，确定各种原材料的用量配比关系的过程。

随着科学技术的不断发展，对于橡胶制品的性能要求也不断提高，目前的橡胶配方设计除了已有的硫化体系，补强、填充体系，防护体系以及软化增塑体系外，为了赋予胶料特殊的性能，还经常使用一些特殊用途的助剂，例如防焦剂、塑解剂、分散剂、增容剂、硬化剂、增粘剂、防粘剂、润滑剂、脱模剂、消泡剂、增量剂、抗静电剂、阻燃剂、芳香剂、除臭剂、改性剂、均化剂、发泡剂、发泡助剂、着色剂等，因此配方设计现已发展到如下组分：①主体材料（天然橡胶、合成橡胶、橡胶与树脂共混物等）；②硫化体系；③补强、填充体系；④防护体系；⑤加工工艺、操作体系；⑥特殊性能体系。
二、配方（formulation)的几种形式
讨论：说明以下几种基础配方（formulation)的各组分的作用，归属哪类，材料的主要产地和价格，选用原材料的牌号和品种是哪些。
安排：每班分组八组，每组轮流选择主发言人，提出观点共同讨论，其他人提出补充意见，老师点评，完成课程要求。
1．基础配方（formulation)
基础配方（formulation)又称标准配方，一般是以生胶和配合剂的鉴定为目的。当某种橡胶和配合剂首次面世时，以此检验其基本的加工性能和物理性能。其设计的原则是采用传统的配合量，以便对比；配方应尽可能的简化，重现性较好。基础配方仅包括最基本的组分，由这些基本的组分组成的胶料，既可反映出胶料的基本工艺性能，又可反映硫化胶的基本物理性能。可以说，这些基本组分是缺一不可的。在基础配方的基础上，再逐步完善、优化，以获得具有某些特性要求的性能配方。不同部门的基础配方往往不同，但同一胶种的基础配方基本上大同小异。
天然橡胶(NR)、异戊橡胶(IR)和氯丁橡胶(CR)可用不加补强剂的纯胶配合，而一般合成橡胶的纯胶配合，其物理机械性能太差而无实用性，所以要添加补强剂。目前较有代表性的基础配方实例是以ASTM(美国材料试验协会)作为标准提出的各类橡胶的基础配方，见附表（建立超级连接）列出了各种合成橡胶的基础配方。硅橡胶配方一般应包括补强剂（白炭黑)、结构控制剂。硫化剂的用量可根据填料用量而变化。硫化剂多用易分散的浓度为50％的膏状物。
在设计基础配方时，ASTM规定的标准配方和合成橡胶厂提出的基础配方是很有参考价值的。基础配方最好是根据本单位的具体情况进行拟定，以本单位积累的经验数据为基础。还应该注意分析同类产品和类似产品现行生产中所用配方的优缺点，同时也要考虑到新产品生产过程中和配方改进中新技术的应用。
2．性能配方（formulation)
又称技术配方。为达到某种性能要求而设计的配方，其目的是为了满足产品的性能要求和工艺要求，提高某种特性等。性能配方应在基础配方的基础上全面考虑各种性能的搭配，以满足制品使用条件的要求为准。通常研制产品时所作的试验配方就是性能配方，是配方设计者用得最多的一种配方。
3．实用配方（formulation)
又称生产配方。为制造某一具体制品及满足具体生产工艺而设计的配方
在试验室条件下研制的配方，其试验结果并不是最终的结果，往往在投人生产时会产生一些工艺上的困难，如焦烧时间短、压出性能不好、压延粘辊等，这就需要在不改变基本性能的条件下，进一步调整配方。在某些情况下不得不采取稍稍降低物理性能和使用性能的方法来调整工艺性能，也就是说在物理性能、使用性能和工艺性能之间进行折衷。胶料的工艺性能，虽然是个重要的因素，但并不是绝对的惟一的因素，往往由技术发展条件所决定。生产工艺和生产装备技术的不断完善，会扩大胶料的适应性，例如准确的温度控制以及自动化连续生产过程的建立，就使我们有可能对以前认为工艺性能不理想的胶料进行加工了。但是无论如何，在研究和应用某一配方时，必须要考虑到具体的生产条件和现行的工艺要求。换言之，配方设计者不仅要负责成品的质量，同时也要充分考虑到现有条件下，配方在各个生产工序中的适用性。
实用配方即是在前两种配方(基本配方、性能配方)试验的基础上，结合实际生产条件所作的实用投产配方。实用配方要全面考虑使用性能、工艺性能、体积成本、设备条件等因素，最后选出的实用配方应能够满足工业化生产条件，使产品的性能、成本、长期连续工业化生产工艺达到最佳的平衡。
案例分析：（预习布置）
实用配方案例：每组一个配方进行探讨，八组合计八个配方
讨论内容：分析下列配方存在哪些缺点？说明各体系组成
安排：
学生收集资料，小组讨论（教师辅导）
学生发言，讨论，补充（八组同学分别分析）

1、轿车子午线轮胎台面胶
原材料基本配方，份原材料基本配方，份
天然橡胶 100 炭黑N220 48
氧化锌 4 促进剂MDB 1.5
硬脂酸 2 硫黄 1.5
防老剂RD 1 均匀剂 3
防老剂4010NA 1.5
石蜡 2 合计 164.5

2、子午线胎侧胶
原材料基本配方，份原材料基本配方，份
天然橡胶 100 环烷油 5
氧化锌 35 促进剂CZ 0.4
硬脂酸 2 硫黄 3.5
混合蜡 5
白炭黑 35 合计 185.9

3、子午线轮胎带束层胶
原材料基本配方，份原材料基本配方，份
天然橡胶 100 炭黑N774 20
氧化锌 10 芳烃油/松焦油 5
硬脂酸 1.5 硫黄 2.6
防老剂4020 1
防老剂RD 1
炭黑N660 20 合计 161.1

4、油皮层胶配方
原材料基本配方，份原材料基本配方，份
天然橡胶 100 松香 1
防老剂A 1 促进剂M 0.3
防老剂D 1.5 促进剂DM 0.4
轻质碳酸钙 30 硫黄 2
陶土 35
三线油 7 合计 178.2

5、布胶鞋黑大底配方
天然橡胶 50 促进剂DM 1.9
丁苯橡胶 15 促进剂D 0.6
顺丁橡胶 35 硬脂酸 3
再生橡胶 40 高耐磨炭黑 70
硫黄 2 陶土 15
氧化锌 5 轻质碳酸钙 5
促进剂M 1.2 合计 333.7

6、草绿色围条配方
原材料基本配方，份原材料基本配方，份
天然橡胶 100 硬脂酸 1.5
硫黄 2.1 高耐磨炭黑 0.1
氧化锌 4 中铬黄 0.1
促进剂M 0.65 柠檬黄 1.95
促进剂DM 0.8 轻质碳酸钙 110.47
促进剂D 0.55 合计 222.22

7、耐油密封圈配方
原材料基本配方，份原材料基本配方，份
丁腈橡胶-26 100 机油 15
氧化锌 5 BPO 2
硬脂酸 1 促进剂DM 1.25
防老剂D 1 促进剂D 0.25
喷雾炭黑 50 硫黄 2
轻质碳酸钙 60
古马隆树脂 2 合计 239.5

8、食品胶管内层胶
原材料基本配方，份原材料基本配方，份
天然橡胶 100 药用碳酸钙 73.3
氧化锌 10 白凡士林 5.5
硬脂酸 1.8 促进剂DM 1.8
防老剂264 1.5 硫黄 0.3
防老剂MB 1
微晶蜡 1.4 合计 196.6

一、配方（formulation)的表示形式
橡胶配方简单地说，就是一份表示生胶、聚合物和各种配合剂用量的配比表。但生产配方则包含更详细的内容，其中包括：胶料的名称及代号、胶料的用途、生胶及各种配合剂的用量、含胶率、相对密度、成本、胶料的工艺性能和硫化胶的物理性能等。
同一个橡胶配方，根据不同的需要可以用4种不同的形式来表示。见表。
表  橡胶配方的表示形式
原材料名称基本配方／质量份质量分数配方／％体积分数配方／％生产配方/kg
NR 100 62.20 76.70 50.0
硫黄 3 1.86 1.03 1.5
促进剂M 1 0.60 0.50 0.5
氧化锌 5 23.10 0.63 2.5
硬脂酸 2 1.24 1.54 1.0
炭黑 50 31.00 19.60 25.0
合计 161 100.00 100.00 80.50

总结：
(1)基本配方（formulation)
以质量份来表示的配方，即以生胶的质量为100份，其他配合剂用量都以相应的质量份数表示。这种配方称为基本配方，常用于实验室中。
(2)质量分数配方（formulation)
以质量分数来表示的配方，即以胶料总质量为100％，生胶及各种配合剂都以质量分数来表示。
讨论：
内容：如何将基本配方转化质量百分比配方
安排：学生分组讨论，学生发言讨论
教师总结：
换算：
这种配方可以直接从基本配方导出。
质量百分比配方是以基本配方的总质量为100％，然后求出生胶及各种配合剂所占总质量的百分数。即：

(3)体积分数配方（formulation)
以体积分数来表示的配方，即以胶料的总体积为100％，生胶及各种配合剂都以体积分数来表示。
讨论：
内容：如何将基本配方转化质量百分比配方
安排：学生分组讨论，学生发言讨论
教师总结：

换算：
这种配方也可从基本配方导出，其算法是将基本配方中生胶及各种配合剂的质量分数分别除以各自的相对密度，求出它们的体积分数，然后以胶料的总体积分数为100％，分别求出它们的体积分数。

体积分数配方计算示例见表。
表  配方计算示例
原材料名称基本配方／质量份相对密度体积份体积分数／％
NR 100 0.92 108.70 76.70
硫黄 3 2.05 1.46 1.03
促进剂M 1 1.42 0.70 0.50
氧化锌 5 5.57 0.90 0.63
硬脂酸 2 0.92 2.18 1.54
炭黑 50 1.80 27.78 19.60
合计 161 — 141.72 100.00
注：体积分数配方常用于按体积计算成本。
(4)生产配方（formulation)
符合生产使用要求的质量配方，称为生产配方。生产配方的总质量常等于炼胶机的容量

例如使用开炼机混炼时，炼胶的容量Q，用下列经验公式计算：

式中
Q ——炼胶机装胶量，kg；
D ——辊筒直径，crn；
——辊筒长度，crn；
——胶料相对密度；
k——系数(0.0065~0.0085)。
常用开炼机规格型号如下表：
型号       Type XK-250 XK-300 XK-360 X（S）K-400A X（S）K-450A X（S）K-560
辊筒工作直径 Working diameter of rolls（mm） 250 300 360 400 450 560
辊筒工作长度 Working length of rolls（mm） 620 750 900 1000 1200 1530
前辊筒线速度 Working lingear speed of front roll（m/min） 14.4 15.1 16.25 18.65 24.5 29.09
前后辊筒速比 Friction ratio of front and rear roll（m/min） 1：1.17 1：1.27 1：1.25 1：1.27 1：1.27 1：1.2
最大辊距    Max gap （mm） 8 8 10 10 15 20
一次加料量 Capacity per batch（kg） 10-15 15-20 20-25 18-35 25-50 50-65
驱动电机功率 Driving motor power（kw） 18.5 22 30 37 55 75

任务布置：
根据实训中心现有开炼机分别为XK-160（6寸）、XK-250（10寸）、XK-360（14寸）、XK-400（16寸）炼胶容量各有多少？分组分别计算。
密炼机装胶容量

——胶料相对密度；
k——系数(0. 65~0. 85)。
V——密炼机容积
讨论：
内容：如何将基本配方转化质量百分比配方
安排：学生分组讨论，学生发言讨论
教师总结：

换算：

除以基本配方总质量即得换算系数：
用换算系数乘以基本配方中各组分的质量份，即可得到生产配方中各组分的实际用量。例如表中生产配方的总质量为(即装胶量 )为80.5kg，基本配方总质量为161g，则
换算系数
天然橡胶的实际用量=0.1×500=50(kg)，其他组分的实际用量也依此类推。

二、配方（formulation)的有关计算
案例分析（预先布置）
将下列配方转化生产配方（生产容量为100㎏）
基本配方：
原材料名称基本配方／质量份原材料名称基本配方／质量份
NR 100.00 硬脂酸 3.00
硫磺 2.75 防老剂A 1.00
促M 0.75 HAF 45.00
氧化锌 5.00 合计 157.50

其中促进剂M以母炼胶的形式加入。M母炼胶的质量分数配方为：
NR          90.00       合计          100.00
促M          10.00
安排：学生分组讨论，学生发言讨论
教师总结：
1．母胶形式的配方换算
方法1：将基本配方转化成母胶形式的基本配方再转化为生产配方。注意在转化为母胶基本配方时要扣除母胶中其余配合剂的用量不能重复计算
方法2：将基本配方转化生产配方（暂不考虑母胶），再转化母胶的生产配方。同样注意扣除母胶配方中各组分的质量
在实际生产中，有些配合剂往往以母炼胶或膏剂的形式进行混炼，因此使用母炼胶或膏剂的配方应进行换算。例如现有如下，基本配方：
原材料名称基本配方／质量份原材料名称基本配方／质量份
NR 100.00 硬脂酸 3.00
硫磺 2.75 防老剂A 1.00
促M 0.75 HAF 45.00
氧化锌 5.00 合计 157.50

其中促进剂M以母炼胶的形式加入。M母炼胶的质量分数配方为：
NR          90.00       合计          100.00
促M          10.00
上述M母炼胶配方中M的含量为母炼胶总量的1/10，而原基本配方中M用量为0.75质量份，所需M母炼胶为：

=7.5，即7.5质量份M母炼胶中含有促进剂M0.75质量份其余6.75质量份为天然胶,因此，原基本配方应作如下修改：配方计算
原材料名称基本配方
／质量份原材料名称基本配方
／质量份
NR 93.25 硬脂酸 3.00
硫磺 2.75 防老剂A 1.00
促M母胶 7.5 HAF 45.00
氧化锌 5.00 合计 157.50

2．含胶率的计算
定义：生胶所含质量的百分率；
提问：在配方设计时首先提出基本配方，其计算即由胶料总质量份数计算含胶率或由确定出的含胶率计算胶料总质量份数。其关系为：

3．胶料密度（density）的计算
定义：单位体积的质量。在由基本配方换算成体积百分比配方的过程中，可以求得胶料的总体积份数。以胶料基本配方中的总质量份数除以胶料的总体积份数，其结果即为该配方的理论密度

表密1-度计算举例
原材料名称基本配方，份密度，kg/cm3 体积，份理论密度，kg/m3
天然橡胶 100.00 920 0.10870
硫黄 3.00 2050 0.00146
促进剂M 1.00 1420 0.00070
氧化锌 5.00 5570 0.00090
硬脂酸 2.00 920 0.00218
炭黑 50.00 1800 0.02778
合计 161 0.14172
理论密度也称为计算密度，实际上为未硫化胶的密度。一般，硫化胶的密度比理论密度要稍大些。因为硫化后硫黄的体积大约能缩小到原来的1/4（橡胶体积不变）。而且随着硫黄用量增大，交联密度增大，密度也随之增加。
4．胶料的成本（price）计算
案例分析（提前布置二天以上）
内容：计算用下列配方制品质量为1200g，胶料成本
原材料名称基本配方，份
天然橡胶 100
硫黄 3
促进剂M 1
氧化锌 5
硬脂酸 2
炭黑 50
合计 161
安排：
学生小组查阅材料价格，并计算成本
学生发言讨论并补充说明
教师总结：
方法计算公式：
单位质量成本和单位体积成本计算
单位质量胶料成本可按公式计算

式中
——单位质量胶料成本，元/公斤
——原材料单价，元/公斤
单位体积胶料成本

式中：
――单位体积胶料成本，元/公斤。
单位体积成本与单位质量成本的关系如下：

或者

举例说明：

原材料名称基本配方，份体积，份单价，元/kg 配方单价理论密度，kg/m3
天然橡胶 100 0.1087 25 2.5

硫黄 3 0.00146 4.8 0.0144
促进剂M 1 0.0007 36 0.036
氧化锌 5 0.0009 12 0.06
硬脂酸 2 0.00218 7.8 0.0156
炭黑 50 0.02778 7.5 0.375
合计 161 0.14172 　 3.001

5．橡胶制品的成本计算
产品胶料成本

其中P为产品胶料成本。
如果用上述配方制作的某一橡胶制品的质量为1200g，则制品的体积为：
V＝m/ρ=1200/1.136=1056.34（cm3）=1.05634（L）
制品胶料成本=1.2（㎏）×18.64 （元/㎏）
            =22.368（元）
也可以用体积计算
制品胶料成本=1.05634（L）×21.175 （元/L）
            =22.368（元）

来源：徐州工业职业技术学院

清高 · 发表于 2008-12-22 19:51:59

很好的资料，楼主具有一定的实践经验和理论功底。顶！

高弹体 · 发表于 2008-12-22 20:12:14

很不错的资料，楼主谢谢了!

wuxiuhua · 发表于 2008-12-24 13:07:01

很不错的资料，对大家会有帮助的。

yang-z-x · 发表于 2008-12-25 11:17:52

谢谢楼主的精彩分析，学习后有收获，总结的简明扼要。

rain-qin · 发表于 2008-12-26 10:08:34

很好的资料啊！
本文来自: 橡胶技术网本文详细地址：http://bbs.sto.net.cn/thread-24962-1-1.html

qwertasdfg · 发表于 2009-1-4 10:45:04

真心帮助别人的人，顶了。。。

郑秀水 · 发表于 2009-1-8 16:12:34

谢谢楼主真心帮助别人的人，
精彩分析，很好的资料啊,

liandjun · 发表于 2009-1-21 13:29:00

内容很好，很有参考价值，多谢楼主

chen0318 · 发表于 2009-2-14 09:03:26

我要认真研究一下，拜读啦

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评分

很好的资料啊！