橡胶配方设计原则

一、橡胶配方的组成

橡胶配方中包含多种成分，这些成分也称为配合剂。每种成分在胶料中发挥着不同的作用。正是由于多种配合剂的协同作用才使胶料具有特定的物理机械性能和加工性能。胶料配方由以下几部分组成。

（1）生胶　为配方的主体材料，可以是单一胶种，也可以是两种或两种以上的胶种并用，或为橡塑共混料。生胶的品种和在配方中的含量决定了胶料最基本的特性。例如配方中生胶为天然橡胶，则此配方胶料具有优良的拉伸强度、伸长率、撕裂强度及优异的弹性；生胶为丁腈橡胶，则该配方胶料具有优良的耐油性能等。

（2）硫化体系　包括硫化剂、促进剂和活性剂。硫化剂如硫黄、过氧化物、硫黄给予体等，在配方中的功能是使橡胶大分子之间产生交联，形成网状三维结构，使橡胶具有较高的强度、弹性等物理机械性能；促进剂在配方中的作用是加快硫化速率、缩短硫化时间，其品种有噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类、胍类和硫脲类等；活性剂的作用是增加促进剂的活性，也称为助促进剂。主要品种是金属氧化物如氧化锌和有机酸如硬脂酸等。硫化剂、促进剂、活性剂三者协同作用使胶料达到充分硫化而具有一定的物理机械性能。

（3）补强填充体系　补强剂包括各种类型的炭黑、白炭黑，在胶料中起补强作用。可使胶料拉伸强度、定伸应力、硬度等力学性能得到明显的提升；填充剂如陶土、碳酸钙、硅粉等在胶料中主要是起填充、降低成本的作用，对物理机械性能贡献较小。

（4）防护体系　在配方中的主要功能是防止橡胶制品在储存、使用过程中受光、热、空气中氧气作用产生降解，或进一步交联、硬化等老化现象。其主要品种有各种胺类和取代酚。

（5）加工助剂　包括各种操作油、塑解剂、均匀剂、分散剂、增塑剂、润滑剂、增黏剂等。在配方中的功能主要是增加胶料易加工性、降低能耗，促进物料分散、增加胶料流动性、调节硫化胶硬度等作用。例如各种石油系软化剂、合成酯类、脂肪酸皂素、石油树脂烷基酚醛树脂类、芳香二硫化物、五氯硫酚等。

（6）黏合体系　其功能是增加橡胶与骨架材料如钢丝帘线、纤维、织物之间的黏合。如间苯二酚-甲醛-白炭黑体系、钴盐体系、间苯二酚乙醛树脂（RE）体系或间苯二酚甲醛树脂与钴盐并用体系等。

（7）其他组分　如着色剂、偶联剂、防静电剂、发泡剂、溶剂等。

二、橡胶配方设计原则

一般而言，配方设计可遵循下面原则进行。

（1）根据产品的使用条件，如环境温度、介质、受力情况及其他特殊需求，首先选择合适的胶种及配合剂以求得到最佳物理机械性能。

（2）配方设计时要考虑到加工工艺的可行性，如胶料混炼的易操作性、物料易分散性、胶料流动性、挤出产品表面光洁等度。

（3）在保证胶料性能及工艺可行的前提下，尽可能降低材料成本，加快硫化速率，提高生产效率。

（4）应尽量避免使用有毒及污染环境的原材料，以减少环境污染和保护操作人员健康。

（5）必须考虑到各种配合剂之间的相互作用。某些配合剂之间可产生协同效应，如促进剂D可增强防老剂MB的防护功能，而过氧化物在硫化温度下极易与含活泼氢物质反应而被消耗，因而在使用过氧化物硫化时，应尽可能避免使用含活泼氢配合剂，如胺类防老剂、硬脂酸等。

总之，在配方设计时应统筹考虑到胶料物理机械性能、加工性能及材料成本的最佳平衡，同时要考虑到环保、安全等因素。

三、橡胶配方表示方法

橡胶配方有以下四种表示方法。

（1）以生胶或生胶代用品100份为基准，其他配合剂都以相应的质量份表示。称为基本配方，是最常用的表达方式。

（2）根据实际生产用量和炼胶机容量计算出的质量配方，称为实际生产配方。此种配方是根据基本配方经换算而得出，是在实际生产中常用的表达方式。

（3）配方中生胶及其他配合剂都以质量分数表示。

（4）配方中生胶及其他配合剂都以体积分数表示。

以上四种配方表示方法常用的是前两种。配方设计者一般先提出基本配方，再按基本配方根据炼胶机容量计算出实际生产配方，实际操作是按实际生产配方进行。从基本配方也可推算出质量分数配方或体积分数配方。本书所收集的配方均以基本配方形式列出。

随着时代发展，研究人员采用数理统计、计算机优选配方，为配方设计提供了便利条件，比传统的配方试验更快捷、方便、科学。

四、几种主要橡胶代号

书中几种主要橡胶代号及含义如下。

NR—天然橡胶

SBR—丁苯橡胶

BR—顺丁橡胶

IIR—丁基橡胶

IR—异戊橡胶

EPDM—三元乙丙橡胶

CR—氯丁橡胶

NBR—丁腈橡胶

HNBR—氢化丁腈橡胶

MVQ—甲基乙烯基硅橡胶

FKM—氟橡胶

ACM—聚丙烯酸酯橡胶

CSM—氯磺化聚乙烯橡胶

CPE—氯化聚乙烯

AU—聚氨酯橡胶

HIPS—高苯乙烯树脂

PVC—聚氯乙烯

PTFE—聚四氟乙烯