引言：橡胶配方的基础与重要性

橡胶配方是橡胶工业的核心，它决定了橡胶制品的性能、成本和加工工艺。一个典型的橡胶配方包含多种材料，每种材料都有其特定的作用。理解这些材料及其相互作用是设计和优化橡胶配方的关键。本指南将详细解析橡胶配方中的各类材料，并提供实用的设计和优化建议。

橡胶配方通常包括以下几个主要部分：生胶（聚合物）、硫化体系、填充体系、增塑体系、防护体系和其他助剂。每个部分都有其独特的功能和选择原则。通过本指南，您将能够系统地理解这些材料，并根据具体应用需求选择合适的配方。

1. 生胶（聚合物）：橡胶的骨架

生胶是橡胶配方的基础，它提供了橡胶的基本性能，如弹性、耐磨性和耐温性。生胶的选择直接影响最终产品的性能和成本。常见的生胶包括天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、丁腈橡胶（NBR）、氯丁橡胶（CR）、乙丙橡胶（EPDM）等。

1.1 天然橡胶（NR）

天然橡胶是从橡胶树中提取的天然聚合物，具有优异的弹性和机械强度。它易于加工，硫化速度快，广泛用于轮胎、胶管、胶带等制品。然而，天然橡胶的耐油性和耐老化性较差。

示例：

  • 应用： 轮胎胎面、输送带、减震垫。
  • 典型用量： 100份（作为基准）。

1.2 丁苯橡胶（SBR）

丁苯橡胶是合成橡胶，成本较低，耐磨性和耐老化性优于天然橡胶，但弹性和强度稍差。常用于轮胎、鞋底、胶板等。

示例：

  • 应用： 轮胎胎侧、鞋底、胶管。
  • 典型用量： 50-100份（可与NR并用）。

1.3 丁腈橡胶（NBR）

丁腈橡胶具有优异的耐油性和耐溶剂性，但耐臭氧和耐候性较差。常用于油封、O型圈、耐油胶管等。

示例：

  • 应用： 油封、O型圈、燃油管。
  • 典型用量： 100份（通常单独使用）。

1.4 氯丁橡胶（CR）

氯丁橡胶具有良好的耐候性、耐臭氧性和阻燃性，但成本较高。常用于电线电缆、密封条、胶辊等。

示胶：

  • 应用： 电线电缆护套、门窗密封条、胶辊。
  • 典型用量： 100份（通常单独使用）。

1.5 乙丙橡胶（EPDM）

乙丙橡胶具有优异的耐候性、耐热性和耐化学性，但耐油性差。常用于汽车密封条、屋顶防水卷材、散热器软管等。

示例：

  • 应用： 汽车门窗密封条、屋顶防水卷材、散热器软管。
  • **3.1.1 硫磺硫化体系 硫磺是最常用的硫化剂，通常与促进剂和活性剂配合使用。硫磺用量、促进剂类型和用量对硫化速度和交联密度有显著影响。

示例：

  • 典型配方： 硫磺 2份；促进剂CZ 1.2份；氧化锌 5份；硬脂酸 2份。
  • 说明： 该体系适用于NR和SBR，硫化速度适中，交联密度高，制品强度好。

3.1.2 过氧化物硫化体系

过氧化物硫化体系适用于EPDM、硅橡胶等饱和橡胶，能产生稳定的C-C交联键，耐热性好。但过氧化物易分解，需注意储存和加工温度。

示例：

  • 典型配方： 过氧化二异丙苯（DCP） 2.5份；氧化锌 5份；硬脂酸 1份。
  • 说明： 该体系适用于EPDM，制品耐热性优异，可在150°C长期使用。

3.1.3 酚醛树脂硫化体系

酚醛树脂硫化体系常用于丁基橡胶和卤化丁基橡胶，能提高制品的耐热性和气密性。通常需要酸性促进剂（如氯化亚锡）催化。

示例：

  • 典型配方： 溴化丁基橡胶 100份；酚醛树脂 8份；氧化锌 5份；促进剂CZ 1份；氯化亚锡 1份。
  • 体系： 该体系适用于丁基橡胶内胎，制品气密性好，耐热老化性能优异。

3.2 促进剂

促进剂的作用是加快硫化速度，降低硫化温度，减少硫磺用量，提高交联效率和制品性能。促进剂按酸碱性可分为酸性、中性和碱性；按速度可分为超速、快速、中速、慢速等。

3.2.1 常用促进剂

  • 次磺酰胺类（如CZ、NOBS）： 焦烧安全性好，硫化速度快，适用于NR、SBR。
  • 秋兰姆类（如TMTD）： 超速促进剂，常作第二促进剂，提高交联密度。
  • 胍类（如D）： 着色性小，但易焦烧，常用于浅色制品。
  • **二硫代氨基甲酸盐类（如ZDC）：超速促进剂，常用于NBR、CR等低温硫化体系。

示例：

  • NR配方： 硫磺 2份；促进剂CZ 1.2份；氧化锌 5份；硬脂酸 2份。
  • NBR配方： 硫磺 1.1份；促进剂TMTD 2.2份；促进剂ZDC 1.0份；氧化锌 5份；硬脂酸 1份。
  • 说明： NBR常用超速促进剂体系，硫化速度快，但需注意焦烧安全。

3.3 活性剂

活性剂的作用是活化促进剂，提高硫化效率。最常用的活性剂是氧化锌和硬脂酸。氧化锌与硬脂酸反应生成可溶性锌盐，活化促进剂。氧化锌还能提高制品的导热性和耐热性。

示例：

  • 典型用量： 氧化锌 3-5份；硬脂酸 1-2份。
  • 说明： 硬脂酸除了活化作用外，还能帮助分散填料和防粘辊。但用量过多会影响制品耐水性。

4. 填充体系：降低成本与改善性能

填充体系的主要作用是降低成本，同时改善橡胶的加工性能、物理机械性能（如耐磨性、耐撕裂性）和耐老化性能。常见的填充剂包括炭黑、白炭黑、碳酸钙、陶土等。

4.1 炭黑

炭黑是最主要的橡胶填充剂，能显著提高橡胶的强度、耐磨性和抗撕裂性。炭黑的粒径、结构和表面活性对橡胶性能影响很大。常用炭黑有N220、N330、N550、N660等。

示例：

  • 轮胎胎面： N220 50份（高耐磨）。
  • 胶管： N550 60份（中等补强）。
  • 密封条： N660 80份（低补强，高填充）。
  • 说明： 粒径越小，补强效果越好，但加工难度和成本越高。

4.2 白炭黑

白炭黑（二氧化硅）用于浅色或彩色橡胶制品，提供补强效果。它特别适用于硅橡胶和需要高撕裂强度的制品。表面处理的白炭黑效果更好。白炭黑常与硅烷偶联剂并用，以提高补强效果和降低混炼黏度。

示例：

  • 硅橡胶密封件： 沉淀法白炭黑 40份；硅烷偶联剂KH-550 1份。
  • 鞋底： 沉淀法白炭黑 50份；硅烷偶联剂Si-69 1份。
  • 说明： 白炭黑的pH值和表面活性对性能影响很大，需根据生胶类型选择。偶联剂能显著改善白炭黑与橡胶的结合，提高制品强度和耐磨性。# 橡胶配方材料清单详解与实用指南

引言：橡胶配方的基础与重要性

橡胶配方是橡胶工业的核心，它决定了橡胶制品的性能、成本和加工工艺。一个典型的橡胶配方包含多种材料，每种材料都有其特定的作用。理解这些材料及其相互作用是设计和优化橡胶配方的关键。本指南将详细解析橡胶配方中的各类材料，并提供实用的设计和优化建议。

橡胶配方通常包括以下几个主要部分：生胶（聚合物）、硫化体系、填充体系、增塑体系、防护体系和其他助剂。每个部分都有其独特的功能和选择原则。通过本指南，您将能够系统地理解这些材料，并根据具体应用需求选择合适的配方。

1. 生胶（聚合物）：橡胶的骨架

生胶是橡胶配方的基础，它提供了橡胶的基本性能，如弹性、耐磨性和耐温性。生胶的选择直接影响最终产品的性能和成本。常见的生胶包括天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、丁腈橡胶（NBR）、氯丁橡胶（CR）、乙丙橡胶（EPDM）等。

1.1 天然橡胶（NR）

天然橡胶是从橡胶树中提取的天然聚合物，具有优异的弹性和机械强度。它易于加工，硫化速度快，广泛用于轮胎、胶管、胶带等制品。然而，天然橡胶的耐油性和耐老化性较差。

示例：

  • 应用： 轮胎胎面、输送带、减震垫。
  • 典型用量： 100份（作为基准）。

1.2 丁苯橡胶（SBR）

丁苯橡胶是合成橡胶，成本较低，耐磨性和耐老化性优于天然橡胶，但弹性和强度稍差。常用于轮胎、鞋底、胶板等。

示例：

  • 应用： 轮胎胎侧、鞋底、胶管。
  • 典型用量： 50-100份（可与NR并用）。

1.3 丁腈橡胶（NBR）

丁腈橡胶具有优异的耐油性和耐溶剂性，但耐臭氧和耐候性较差。常用于油封、O型圈、耐油胶管等。

示例：

  • 应用： 油封、O型圈、燃油管。
  • 典型用量： 100份（通常单独使用）。

1.4 氯丁橡胶（CR）

氯丁橡胶具有良好的耐候性、耐臭氧性和阻燃性，但成本较高。常用于电线电缆、密封条、胶辊等。

示例：

  • 应用： 电线电缆护套、门窗密封条、胶辊。
  • 典型用量： 100份（通常单独使用）。

1.5 乙丙橡胶（EPDM）

乙丙橡胶具有优异的耐候性、耐热性和耐化学性，但耐油性差。常用于汽车密封条、屋顶防水卷材、散热器软管等。

示例：

  • 应用： 汽车门窗密封条、屋顶防水卷材、散热器软管。
  • 典型用量： 100份（通常单独使用）。

2. 硫化体系：橡胶的“固化剂”

硫化是橡胶加工的关键步骤，通过硫化使橡胶分子链交联，形成三维网络结构，从而获得良好的物理机械性能和耐久性。硫化体系主要包括硫化剂、促进剂和活性剂。

2.1 硫化剂

硫化剂的作用是使橡胶分子链发生交联。最常用的硫化剂是硫磺，此外还有过氧化物、酚醛树脂、金属氧化物等。

2.1.1 硫磺硫化体系

硫磺是最常用的硫化剂，通常与促进剂和活性剂配合使用。硫磺用量、促进剂类型和用量对硫化速度和交联密度有显著影响。

示例：

  • 典型配方： 硫磺 2份；促进剂CZ 1.2份；氧化锌 5份；硬脂酸 2份。
  • 说明： 该体系适用于NR和SBR，硫化速度适中，交联密度高，制品强度好。

2.1.2 过氧化物硫化体系

过氧化物硫化体系适用于EPDM、硅橡胶等饱和橡胶，能产生稳定的C-C交联键，耐热性好。但过氧化物易分解，需注意储存和加工温度。

示例：

  • 典型配方： 过氧化二异丙苯（DCP） 2.5份；氧化锌 5份；硬脂酸 1份。
  • 说明： 该体系适用于EPDM，制品耐热性优异，可在150°C长期使用。

2.1.3 酚醛树脂硫化体系

酚醛树脂硫化体系常用于丁基橡胶和卤化丁基橡胶，能提高制品的耐热性和气密性。通常需要酸性促进剂（如氯化亚锡）催化。

示例：

  • 典型配方： 溴化丁基橡胶 100份；酚醛树脂 8份；氧化锌 5份；促进剂CZ 1份；氯化亚锡 1份。
  • 说明： 该体系适用于丁基橡胶内胎，制品气密性好，耐热老化性能优异。

2.2 促进剂

促进剂的作用是加快硫化速度，降低硫化温度，减少硫磺用量，提高交联效率和制品性能。促进剂按酸碱性可分为酸性、中性和碱性；按速度可分为超速、快速、中速、慢速等。

2.2.1 常用促进剂

  • 次磺酰胺类（如CZ、NOBS）： 焦烧安全性好，硫化速度快，适用于NR、SBR。
  • 秋兰姆类（如TMTD）： 超速促进剂，常作第二促进剂，提高交联密度。
  • 胍类（如D）： 着色性小，但易焦烧，常用于浅色制品。
  • 二硫代氨基甲酸盐类（如ZDC）： 超速促进剂，常用于NBR、CR等低温硫化体系。

示例：

  • NR配方： 硫磺 2份；促进剂CZ 1.2份；氧化锌 5份；硬脂酸 2份。
  • NBR配方： 硫磺 1.1份；促进剂TMTD 2.2份；促进剂ZDC 1.0份；氧化锌 5份；硬脂酸 1份。
  • 说明： NBR常用超速促进剂体系，硫化速度快，但需注意焦烧安全。

2.3 活性剂

活性剂的作用是活化促进剂，提高硫化效率。最常用的活性剂是氧化锌和硬脂酸。氧化锌与硬脂酸反应生成可溶性锌盐，活化促进剂。氧化锌还能提高制品的导热性和耐热性。

示例：

  • 典型用量： 氧化锌 3-5份；硬脂酸 1-2份。
  • 说明： 硬脂酸除了活化作用外，还能帮助分散填料和防粘辊。但用量过多会影响制品耐水性。

3. 填充体系：降低成本与改善性能

填充体系的主要作用是降低成本，同时改善橡胶的加工性能、物理机械性能（如耐磨性、耐撕裂性）和耐老化性能。常见的填充剂包括炭黑、白炭黑、碳酸钙、陶土等。

3.1 炭黑

炭黑是最主要的橡胶填充剂，能显著提高橡胶的强度、耐磨性和抗撕裂性。炭黑的粒径、结构和表面活性对橡胶性能影响很大。常用炭黑有N220、N330、N550、N660等。

示例：

  • 轮胎胎面： N220 50份（高耐磨）。
  • 胶管： N550 60份（中等补强）。
  • 密封条： N660 80份（低补强，高填充）。
  • 说明： 粒径越小，补强效果越好，但加工难度和成本越高。

3.2 白炭黑

白炭黑（二氧化硅）用于浅色或彩色橡胶制品，提供补强效果。它特别适用于硅橡胶和需要高撕裂强度的制品。表面处理的白炭黑效果更好。白炭黑常与硅烷偶联剂并用，以提高补强效果和降低混炼黏度。

示例：

  • 硅橡胶密封件： 沉淀法白炭黑 40份；硅烷偶联剂KH-550 1份。
  • 鞋底： 沉淀法白炭黑 50份；硅烷偶联剂Si-69 1份。
  • 说明： 白炭黑的pH值和表面活性对性能影响很大，需根据生胶类型选择。偶联剂能显著改善白炭黑与橡胶的结合，提高制品强度和耐磨性。

3.3 碳酸钙

碳酸钙是一种廉价的填充剂，主要用于降低成本，也能改善加工性能和硬度。轻质碳酸钙补强效果较好，重质碳酸钙填充量大。

示例：

  • 胶板： 重质碳酸钙 100份（高填充）。
  • 胶管： 轻质碳酸钙 40份（辅助补强）。
  • 说明： 碳酸钙对制品强度贡献较小，但能提高耐热性和绝缘性。

3.4 陶土

陶土（高岭土）是一种片状填充剂，能提高制品的耐化学性和电绝缘性，常用于耐酸碱胶管、电缆护套等。

示例：

  • 电缆护套： 陶土 50份；炭黑 30份。
  • 耐酸碱胶板： 陶土 80份。
  • 说明： 陶土能提高制品的耐老化性和阻燃性，但补强效果不如炭黑。

4. 增塑体系：改善加工与柔韧性

增塑剂（软化剂）的主要作用是降低橡胶的黏度，改善加工性能，提高制品的柔韧性和耐寒性。常用的增塑剂包括石油系增塑剂、酯类增塑剂、松焦油等。

4.1 石油系增塑剂

石油系增塑剂包括操作油、石蜡油等，价格低廉，与橡胶相容性好。芳烃油与极性橡胶（如NBR）相容性好，石蜡油与非极性橡胶（如EPDM）相容性好。

示例：

  • NR配方： 芳烃油 5-10份。
  • EPDM配方： 石蜡油 10-20份。
  • 说明： 操作油能降低混炼黏度，提高填充剂分散性，但用量过多会降低制品强度。

4.2 酯类增塑剂

酯类增塑剂（如DOP、DBP）具有极性，与极性橡胶（如NBR、CR）相容性好，能显著提高制品的耐寒性和柔韧性。

示例：

  • NBR油封： DOP 10份。
  • CR密封条： DBP 8份。
  • 说明： 酯类增塑剂挥发性较高，高温下易损失，需注意用量。

4.3 松焦油

松焦油是一种天然增塑剂，具有良好的润滑性和增塑效果，还能提高制品的耐老化性。常用于NR、SBR配方。

示例：

  • NR输送带： 松焦油 4份。
  • 说明： 松焦油颜色较深，不适合浅色制品。

5. 防护体系：延长使用寿命

橡胶制品在使用过程中会受到氧、臭氧、热、光等外界因素的影响而老化。防护体系的作用是延缓老化过程，延长制品使用寿命。主要包括防老剂和抗臭氧剂。

5.1 防老剂

防老剂按化学结构可分为胺类、酚类、杂环类等。胺类防老剂效果最好，但易污染；酚类防老剂无污染，适用于浅色制品。

示例：

  • NR轮胎： 防老剂4010NA 2份；防老剂RD 1份（耐热、耐屈挠）。
  • 浅色鞋底： 防老剂264 1.5份；防老剂SP 1份（无污染）。
  • 说明： 防老剂通常并用，以发挥协同效应。

5.2 抗臭氧剂

抗臭氧剂主要用于防止臭氧龟裂。对苯二胺类抗臭氧剂效果最好，但易污染。

示例：

  • NR轮胎胎侧： 防老剂4010NA 2份（抗臭氧）。
  • EPDM密封条： 防老剂RD 1份；石蜡 2份（物理防护）。
  • 说明： 石蜡能在制品表面形成物理屏障，阻止臭氧接触橡胶。

6. 其他助剂：特殊功能与加工辅助

除了上述主要材料外，橡胶配方中还常包含其他助剂，如着色剂、发泡剂、阻燃剂、防粘剂等，以满足特定需求。

6.1 着色剂

着色剂用于赋予橡胶制品颜色。无机颜料（如氧化铁红、钛白粉）耐热性好，有机颜料（如酞菁蓝）颜色鲜艳。

示例：

  • 红色胶板： 氧化铁红 3份。
  • 白色鞋底： 钛白粉 5份。
  • 说明： 着色剂需与橡胶相容性好，且不影响硫化。

6.2 发泡剂

发泡剂用于制造海绵橡胶，分解产生气体使橡胶膨胀。常用发泡剂有AC发泡剂（偶氮二甲酰胺）、碳酸氢钠等。

示例：

  • 海绵鞋底： AC发泡剂 3份；发泡助剂（如尿素） 1份。
  • 说明： 发泡剂分解温度需与硫化温度匹配。

6.3 阻燃剂

阻燃剂用于提高橡胶的阻燃性能，常用于电线电缆、输送带等。常用阻燃剂有氢氧化铝、十溴二苯醚等。

示例：

  • 阻燃输送带： 氢氧化铝 40份；十溴二苯醚 10份；三氧化二锑 5份。
  • 说明： 阻燃剂通常需要协同使用，以达到最佳效果。

7. 配方设计与优化实用指南

7.1 配方设计原则

  1. 明确性能要求： 首先确定制品的使用环境和性能指标（如耐油、耐热、耐磨等）。
  2. 选择合适生胶： 根据性能要求选择生胶类型。
  3. 确定硫化体系： 根据生胶类型和加工条件选择硫化体系。
  4. 平衡填充与增塑： 在成本和性能之间找到平衡点。
  5. 添加防护体系： 确保制品有足够的使用寿命。

7.2 配方优化方法

  1. 正交试验设计： 通过正交试验快速找到最佳配方组合。
  2. 响应面法： 建立数学模型，优化多个性能指标。
  3. 硫化曲线分析： 通过硫化仪（MDR）分析硫化特性，优化硫化体系。
  4. 物理性能测试： 对比不同配方的拉伸强度、硬度、伸长率等指标。

7.3 常见问题与解决方案

  • 焦烧： 降低促进剂用量，使用迟延性促进剂，降低混炼温度。
  • 欠硫： 增加硫化时间或温度，检查硫化剂是否失效。
  • 喷霜： 减少增塑剂或防老剂用量，确保充分硫化。
  • 气泡： 排除水分和挥发物，提高混炼温度或压力。

8. 结论

橡胶配方设计是一门复杂的科学，需要理论知识和实践经验的结合。通过理解各类材料的作用和相互关系，您可以设计出满足特定需求的高性能配方。建议在实际生产中不断试验和优化，积累经验，逐步掌握配方设计的精髓。记住，没有“万能配方”，只有“最适合的配方”。