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橡胶加工工艺学RubberProcessingTechnology,主讲人：,第六章配方设计,2,回顾,橡胶工艺生产所用的原材料包括生胶及橡胶类似物（基本材料）硫化体系配合剂（起硫化作用）补强填充剂（提高物机性能，降低成本）软化增塑剂（改善操作性能）防老剂（提高质量，延长使用寿命）,第六章配方设计,3,第一节配方设计方法第二节橡胶配方设计原理,第六章配方设计,4,第一节配方设计方法一、概述,1.概念配方设计：根据制品的性能要求，合理地选用原材料，制订各种原材料用量配比表，这个过程叫配方设计。,第六章配方设计,5,2.配方设计的意义是橡胶制品生产过程中的重要技术依据.对产品质量有决定性的影响.对产品的经济成本也有决定性的影响,第六章配方设计,6,3.配方设计的变迁和发展,配方组成的多样化如胎面胶配方的演变情况配合剂品种的专用化配合效果的提高配方设计过程的简化,4.配方设计是一项复杂的工作,第六章配方设计,7,胎面胶配方的演变情况,组成190519501969目前（国内）NR501007050BR3050再生胶100ZnO30533白垩20瓦斯C50HAF5053PbCO330PbSO46促CZ1.21.00.8,组成190519501969目前（国内）古马隆105六线油8硬脂酸122防PANA11防D1防40101防H0.4石蜡1硫黄202.01.81.2合计256170.2163.8171.4含胶率42%59%61%58%,第六章配方设计,8,5.配方设计工作者应掌握的知识,橡胶工业所使用的生胶和原材料的特性及物理化学反应的知识。生产设备、生产方法及原理的知识。产品结构及使用条件的知识。国内外技术发展情况的知识。原材料的来源，价格的知识等。,第六章配方设计,9,第六章配方设计,10,6.配方设计的基本工作方法,参照科学理论，接受前人的技术经验，运用现代仪器进行测试,第六章配方设计,11,二、配方设计的原则,配方设计的目的：优质高产，物美价廉原则：使产品性能满足使用的要求或给定的指标。在保证满足使用性能或给定的指标的情况下，尽量节约原材料和降低成本；或者在不提高产品成本的情况下提高产品的质量。,第六章配方设计,12,要使胶料适合于混炼、压延、挤出、硫化等工艺操作以及有利于提高设备的利用率。要考虑产品各部位不同胶料的整体配合，使各部件胶料在硫化速度和硫化胶性能上达到协调。例如对于轮胎制品、胶鞋在保证质量的前提下，应尽可能地简化配方。,第六章配方设计,13,轮胎：,第六章配方设计,14,第六章配方设计,15,1胎冠：耐磨,2胎侧：耐屈挠，耐热，耐臭氧,整个胎面：耐磨，耐老化,3胎体胶：弹性好，有一定的定伸应力，生热小，有很好的流动性及粘着性，能承受变形。,4缓冲层：弹性好，反冲性等,5内胎：耐屈挠，生热小,第六章配方设计,16,第六章配方设计,17,三、橡胶配方设计的形式,1.基础配方设计,2.性能配方设计,3.实用配方设计,第六章配方设计,18,四、配方设计的基本程序,1.确定胶料的技术要求胶料的技术要求包括：产品用途、使用部位及应起的作用；产品具体使用条件，包括工作温度范围、工作压力、工作周期、频率及使用寿命等；胶料的工艺性能等。,2收集技术资料主要是了解前人或有关单位对同类产品或类似产品所作过的配方试验情况，技术经验。收集有关同类产品或类似产品研试技术，为进行配方设计时作参考。,第六章配方设计,19,3制订基本配方和性能试验项目,基本试验配方的制订,确定性能试验项目,确定生胶的品种和用量,确定硫化体系,确定补强填充剂,确定软化增塑剂,确定防老剂,确定其他专用配合剂,加工性能,物机性能,使用性能,其他性能：视产品而定,第六章配方设计,20,4进行试验并选取最佳配方（试验室进行）,塑炼混炼制成硫化胶试样性能测试数据整理对比，取舍初选最佳配方5复试并扩大中试（车间中进行）,试验配方复试3-5次,车间规模试验,检验胶料的工艺性能、硫化胶的物机性能和成品的机床性能,初步确定最佳工艺条件,第六章配方设计,21,6确定完整的生产配方,生产配方内容包括：配方组分、用量，胶料性能指标（指胶料的名称，代号，用途），工艺条件（主要指塑混炼条件，硫化条件）及检验方法等整套资料。,第六章配方设计,22,以上配方设计程序可示意于下图,调查研究收集技术资料,原材料性能分析,制品的使用分析,加工工艺分析,制订基本配方和性能试验项目,试验室研究分析,选取最佳配方,复试并扩大中试,确定完整的生产配方,第六章配方设计,23,五、橡胶配方的组成及表示方法,1.橡胶配方的组成,橡胶配方简单地说就是一份生胶和各种配合剂用量的配比表。生产上的橡胶配方包含：胶料的名称代号及用途，生胶及各种配合剂的用量、含胶率，比重、成本及胶料的物机性能等。,第六章配方设计,24,2.配方的表示方法,以质量份数来表示的配方（基本配方）以生胶的质量为100份，其它配合剂用量相应地以质量份数来表示。,以质量百分数来表示的配方(质量百分比配方）以胶料总质量为100，生胶及各种配合剂用量均以质量百分数来表示。,以体积百分数来表示的配方（体积百分比配方）以胶料的总体积为100，生胶及各种配合剂的含量均以体积百分数来表示。,质量配方（生产配方、实用配方）取胶料的总质量等于炼胶机的容量，生胶及配合剂的含量分别以Kg来表示,第六章配方设计,25,3.换算关系,质量百分数配方组分质量百分数=100%体积百分数配方组分体积=基本配方中组分的质量份数/该组分的密度配方组分体积百分数=100%生产配方换算系数=炼胶机的容量（Kg）/基本配方总质量份数配方组分生产配方=基本配方中组分的质量份数换算系数,基本配方中组分的质量份数基本配方总质量份数,配方组分体积配方胶料总体积,第六章配方设计,26,作业：将下述基本配方换算成其它形式表示的配方，假设炼胶机的容量为31.50Kg，要求写出换算公式。,组分质量/份密度/体积/份质量体积生产配方（g/cm3）百分数/%百分数/%/KgNR100.000.92108.7063.4977.3020.00S2.752.05促M0.751.42ZnO5.005.57硬脂酸3.000.92炭黑45.001.80防老剂1.001.12合计157.50140.62,第六章配方设计,27,在实际生产中，有些配合剂往往以母炼胶或膏剂的形式加入，因此使用母炼胶或膏剂的配方应进行换算。例如，现有如下配方：天然橡胶100.00硬脂酸3.00硫黄2.75防A1.00促M0.75硬质炭黑45.00氧化锌5.00合计157.50若其中促进剂M以母炼胶的形式加入，M母炼胶的配方为：天然橡胶90.00促M10.00合计100.00原配方应作如下修改：天然橡胶93.25硬脂酸3.00硫黄2.75防A1.00促M7.50硬质炭黑45.00氧化锌5.00合计157.50,第六章配方设计,28,六、橡胶配方试验设计方法,优选法：适用于单因子或双因子试验拉丁方法：适用于多因子试验等高线法：适用于三因子以下试验，正交试验法：适用于多因子试验回归分析法：能研究变量与性能之间特殊关系并计算,第六章配方设计,29,第二节橡胶配方设计原理,一、取得工艺性能的配方设计原理,可塑度（粘度）,混炼性,焦烧性,喷霜,压延、挤出,粘着性,第六章配方设计,30,二、取得硫化胶性能的配方设计原理,硬度和定伸应力,弹性,拉伸强度和扯断伸长率,撕裂强度,耐磨性,耐疲劳性,第六章配方设计,31,拉伸强度达15MPa的配方：,NR100SBR100BR100S3S1.8S1.5ZnO5ZnO3ZnO3硬脂酸0.5硬脂酸1硬脂酸1.5促M0.7促CZ1.2促CZ