配方设计中的一些知识

胶大

从事橡胶技术工作时，首先会面对下述各问题：
　　什么叫做橡胶配方？   
, ^* A  z, L/ X' B　　如何设计橡胶配方？
- l! _; x! Y( [1 W# S　　成功的橡胶配方是什么？
6 i. \! S4 r# y　　事实上，橡胶配方技术乃是一种选择和运用材料之科学和艺术。一般之橡胶配方目的有三：首先是使橡胶制品具有实用之物性；其次是能配合现有加工设备进行良好之加工作业；最后是以可能之最低成本之配料达到符合客户所要求之物性水平。
! H6 V. C4 R. h7 p1 O　　换言之，设计橡胶配方最需考虑之三要素为配料之物性者、加工性和成本，并使三者获得一个适当之平衡点，此即配方设计都最主要之工作。
　　配方中常用之添加剂可摘要分类成十个主要成份：
9 v* _7 O$ |7 p& e. e5 m　　橡胶或弹性体（ elastomers ） :
　　橡胶配方设计第一个步骤也是最重要的步骤即为选择橡胶基材或原料胶。橡胶为工程材料之一种，不论其组成为何，都 带有一些共通之基本特性。所有橡胶都带有弹性，可弯曲性、韧性、不易透水和透空气等性质。除了这些共通特性外，每种橡胶因组成之不同，各自具有其本身之性质。
　　加硫剂（ Vulcanizing agents ） :
5 t! D% s; k+ U$ G  v　　添加加硫剂之目的是使配料产生化学反应而在橡胶分子之间产生架桥（ cross linking ）之现象而改变橡胶之物性。化学架桥作用使橡胶配料由柔软、带粘性之热可塑体变成强韧之热固物，此时受温度之影响较少。到目前为止，硫磺仍是最广泛使用之加硫剂。其它载硫剂（ sulfur donor ）如二硫化秋兰姆类之 TMTD[TUEX] 有时亦用作全部或局部取代元素硫磺于低硫或无硫加硫系统之配方，使制品得以改善其耐热性。配方设计者其第二个最重要之工作为对于配料加硫系统，加硫剂和促进剂之选择。
　　加硫促进剂（ Accelerators ） :
　　加硫促进剂可使配料硫化速率加快而缩短加硫时间。
8 `: L3 `5 ^, i9 Y: J　　活化剂（ Activators ）和迟延剂 [Retarders]:
　　活化剂是用来帮助促进剂增强其活性和效能，最常用之活化剂有锌氧粉、硬脂酸、氧化铅、氧化镁和胺类（ H ）。
　　防老剂（ Antidegradants ） :
9 `5 m) g2 e% A& g; `　　防老剂可延缓橡胶制品因受氧气、臭氧、热、金属催化作用和屈曲运动之影响而劣化。因此添加防老剂于配料后可以增强制品之耐老化性并延长其使用寿命。
　　加工助剂（ Processing aids ）：
4 @3 h; v( V2 j& s$ Y+ b9 f( d　　加工助剂顾名思义即是帮助配料便于加工作业，如混炼压延、押出和成型等。
　　填充剂（ Fillers ） :
1 W1 u( A2 F# s$ o　　填充剂可以增强配料之物性，帮助加工性或降低其成本。补强性填充剂可以增加制品之硬度、抗张强度、定伸强度（ modulus ）、抗撕裂强度和耐磨性。一般常用碳烟或细颗粒之矿质材料。
　　可塑性（ Plasticizer ），软化剂和增粘剂 [Tackfier]:
. `6 [& p! s! n　　可塑性、软化剂和增粘剂是用于帮助胶料混练，改变其粘度，增强配料粘性，改善制品在低温之柔曲性，或代替部份胶料而不致对物性有太多之影响。大体而言，这些类之添加剂可当作加工助剂或扩展剂。
+ ]: d7 ]- A9 q9 ]) U　　色料（ Color Pigment ） :
　　色料是用于非碳烟类之配料中以提供特定之颜色。一般常用色料可分为有机类和无机类。无机类有氧化铁、氧化铬、二氧化钛（钛白粉）、硫化镉、硒化镉、硫化锑、硫化汞、立得粉（ lithopone ）和军蓝等。
  \* |- t/ s% a+ p. d　　有机色料比无机色料要贵很多。但其使用效果较好，色相鲜艳而比重又很低。而且有机色料之色彩变化较无机色料多。但是，大多数之有机色料对蒸汽、光、酸或碱均不安定，而且有时还会游移到制品表面。
　　特殊用途之材料：
0 e& I. E* Q3 V4 u6 x5 }' f( [　　特殊用途之材料即非经常在水多数之配料如发泡剂、调味剂、粘着助剂、耐燃剂、防霉剂和紫外线吸收剂等即是。
" a0 s$ D0 N% D* i8 O　　配方设计程序 :
. R7 x8 l+ l  \; u8 X& O　　几乎所有之新配方系自现有配方加以修改而成。目前，已委很少人尝试设计一个全新的配方，因为在实用上是不太需要的。为使配方有效，配方设计工作人员应设法利用内在或外在已有之各类技术资料，然后根据所需而加以整理、分析，并运用个人想像力和创造力而进行设计配方。下述各步骤可作为配方设计之参考。
　　确定目标物之物性和成本。
+ j; h. X+ z+ c& y! W　　选择适用之原料胶。
　　研制现有类似配料之试验数据。
& C3 f9 q5 X. H　　参考各类有关材料之技术资料。
　　设定初期配方。
　　试作小样品以测试物性可否符合目标物。
　　估算所用材料之成本作为进一步评估之参考资料。
# x$ t$ X# {( t* d6 j% H+ K" p, N　　评估此配料在现场之作业性。
4 l+ T4 }5 K" [+ W  z　　以该配方试制目标物。
( V/ z+ d& l% `) t7 D. o　　测试其物性是否能符合规格。
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橡胶配方设计鉴定方法

单纯的天然橡胶或合成橡胶，不论是未硫化胶还是硫化胶，其性能都很差难以满足使用要求。因此长期以来人们对提高橡胶性能，改善加工方法，延长使用寿命等进行了大量的实践。结果表明，必须在橡胶中加入各种助剂才能实现上述目的，即必须通过合理的配方设计才能实现。  
配方设计，就是根据产品的性能要求和工艺条件合理地选用原材料，确定各种原材料的用量和配比关系。  
橡胶材料是生胶与多种配合剂构成的多相体系，橡胶材料中各个组分之间存在着复杂的物理和化学作用。目前尚不能用理论计算的方法确定各种原材料的配比，也不能确切地推导出配方和物理性能之间的定量关系。在一定程度上仍依赖于长期积累的经验。  
近年来，由于计算机技术和测试手段的迅速发展，不仅为橡胶配方设计提供了有效的数学工具和分析计算手段，而且还可揭示配方组分与胶料性能之间的关系。有力地促进了橡胶配方设计理论的发展，使橡胶配方逐步地从经验型向科学化的方向转化。可以预见，随着理论和实验手段的进一步完善，人们必将在前人丰富经验的基础上，使配方设计方法逐步科学化，从而更准确地预测产品的性能，简化实验程序，加快研究进程。  
本章将首先阐明橡胶配方设计的意义、橡胶配方设计的特点。对橡胶配方设计的原则以及橡胶配方性能的鉴定及测试作概括的介绍。  
第一节橡胶配方设计的重要性  
配方设计是一项专业性很强的技术工作，对产品质量和成本有决定性的影响，此外合理的配方又是保证加工性能的关键。因此配方设计在橡胶工艺中是个重要的环节。  
/ E3 I, q0 w9 i8 C配方设计的目的不单纯是为了研究原材料的配比组合，更重要的是了解原材料的基本性质，各种配合体系对橡胶性能的影响，以及与工艺性能的关系，进而了解各种结构与性能之间的关系。在谋求经济合理的同时，获得最好的综合性能，制成物美价廉的产品。  
尽管各种配方性能要求千变万化，但是在各种性能与结构之间却存在着某种规律性的东西。这种规律可以是反映配方设计中的某种趋势，也可以确定一定的定量范围。
4 }' F6 Q. E7 T7 G0 [/ ]1 ]8 F( a5  第一编橡胶配方设计  
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* j  I( r& Z" w2 c  R2 x, o以在配方工作中应该注意积累一些基础数据，大量的经验规律可反映某些内在规律性，并注意拟合一切可能的经验方程，这对今后的配方设计工作和理论研究工作都有借鉴和指导意义。一个称职的配方设计人员，应该自觉的研究各种配方与性能的基本关系。  
总之，配方设计工作是很有实际意义的工作，其目的是要建立聚合物结构理论与橡胶配方性能之间的有机联系，从而满足各种实际要求。橡胶配方设计需要做的工作很多，要在短时间内完成较大的工作量，必须运用各相关学科的先进技术和理论，使配方设计工作彻底从凭经验工作的落后状态中摆脱出来。  
/ u! x! M4 w  \; b6 J第二节橡胶配方设计的特点  
- l+ M, h5 R7 l* T+ b从年+发现硫黄硫化橡胶开始，橡胶配方设计已有多年的历史，  
在一个半世纪中，胶料的配方设计经历了一个由低级到高级逐渐发展的过程。与其他材料配方不同，橡胶配方设计有其固有的特点，这些特点概括起来有如下几方面：  
: W* w3 p5 m% ~- Z% f一、橡胶配方的组成是多组分的  
, E0 }7 O' e' q6 N- A# q一个橡胶配方起码包括生胶聚合物、硫化剂、促进剂、活性剂、防老剂、补强填充剂、软化剂等基本成分。一个合理的橡胶配合体系应该包括聚合物、硫化体系、填充体系、防护体系、软化体系五大部分。所以橡胶配方设计除单因素和双因素变量设计外，更多的情况下是解决多因素变量问题。  
二、橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题  
, x/ i2 r# r6 A( J橡胶配方试验中，因子的水平数往往不等。运用拉丁方或正交表设计试验时，通常每个因子的水平数是相等的，这样在安排试验时将出现麻烦。例如进行这样一个配方设计：炭黑的品种作为一个因子，需试验两种炭黑，即炭黑这个因子有二个水平，而其他的因子（如软化剂用量）各有三个水平，那么我们在运用正交表.设计配方时，必须凑足炭黑因子也是三水平才能套用。然而这种硬凑的做法是不合理的，因为我们不需要为炭黑这个因素多试验第三个炭黑品种，造成不必要的人力、物力和时间浪费。这样就出现了活用正交表的问题，使许多水平数不等的试验问题得以解决。虽然这样做配方设计的试验安排和数据的计算分析显得复杂一些，不过以纸面上的配方设计和试验结果计算的麻烦来换取人力、物力和时间的浪费，还是合算的。  
: S5 q, ^7 S3 K$ K# ~9 P三、橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用  
, W" h" J& C- e所谓交互作用，是指配方中原材料之间产生的协同效应、加和效应或对抗作用。例如，各种促进剂之间，防老剂之间的交互作用都很显著。  
一般配方设计时，对于这种交互作用有两种办法：  
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% Q# Z8 v, F9 X$ A+ f6  第一编橡胶配方设计  
, ^2 W% g- z$ C2 p4 `! N. u  k- A
( u) h( }/ O, o8 x充分注意这种交互作用，在试验设计时，尽可能周到的考虑它的作用和影响，  
" g9 c; t; J) {- s! Z2 O甚至可以把它作为一个因子去处理。避开交互作用的大因子，把一对交互作用大的因子，分别安排在不同的两组实验中，使同组试验的因子保持相对的独立性，避免了强烈交互作用的干扰，从而使数据分析简单容易。  
! I  `2 `& G+ F四、工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用  
& s. C& R( k. T- C6 \  [" [' x0 h2 t为了避免工艺因素的影响，同一批配方试验要固定在同一工艺条件下试验，否则将干扰统计分析，使数据的分析陷入混乱。如果把起决定作用的工艺条件作为一个独立的因子参与试验设计，那么配方工作者平日积累的实践经验就十分重要了，否则实验结果将是一堆杂乱无章的数据，找不出内在的规律性。配方、工艺条件、原材料、设备、产品结构设计之间存在着强烈的依存和制约关系。它们之间的关系可概括为图。

胶大

橡胶配方体系和分类

配方分五个体系：

3 G& m! Y. `7 D9 g主材料：生胶、再生胶
硫化体系：硫化剂、促进剂、活性剂、防焦剂；
性能体系：补强剂、防老剂、着色剂、发泡剂、芳香剂、增硬剂、增塑剂；
1 K4 g9 d4 f2 h9 X9 A操作体系：增塑剂：化学增塑剂、物理增塑剂

配方按作用分：
; ~. w  L( n8 t9 k7 n3 g1、试验配方：专供研究或鉴定新胶种或新配合剂用的
2、性能配方：为满足产品性能以及工艺上的要求，提高某些特性及探求新的特性配合剂等。性能配方又称为性能研究配方。

8 c# L& }( P( \9 h1 k5 W4 \) [3、制品配方：在性能配方挤出上，根据产品试用要求并结合实际生产条件所作的实用生产配方
( v( n& p: _/ U1 D. k2 P2 f% Z

Royalene

温习一下。
好帖！

hegz73

楼主辛苦！顶！

清高

好样的，楼主。

jingsun2002

不错的资料，谢谢楼主

ansuns

顶一顶,好贴

hailang7111

好帖,学习了.

hliu2006

温故而知新

zzy700307

好帖,学习了.谢谢！