*、膠鞋配方設(shè)計(jì)的目的和要求

和其他橡膠制品*樣,組織膠鞋生產(chǎn)之前,.先 要充分掌握所需原材料的*應(yīng)條件和價格、工藝裝 備的實(shí)際情況,然后才能進(jìn)入配方設(shè)計(jì)。配方設(shè)計(jì) 的核心就是選定主體材料和各種助劑,然后再確定 

它們之間的配比。所以,配方設(shè)計(jì)既要滿足性能達(dá) 標(biāo)、工藝可行、成本合理等要求,還要取得.*的技 術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合效果。

 

在設(shè)計(jì)過程中,要抓住以下幾個要點(diǎn):(1)要重 視整體設(shè)計(jì)。從總體出發(fā),使各部件之間保持協(xié)調(diào) *致,從而獲得理想的使用壽命;(2)膠鞋是多部件 制品,為此要協(xié)調(diào)好各部件膠的硫化速度,因?yàn)楦鞑?nbsp;

件厚度各異,受熱的時間先后不*,而硫化時間只允 許有*個。這就要求在設(shè)計(jì)配方時預(yù)作考慮,使不 同部件在同*個硫化條件(溫度、時間)下同步達(dá)到 正硫化;(3)要考慮性能的整體性。因?yàn)橹挥懈鞑考?nbsp;

都達(dá)到了各自的性能要求(見表1),才能使全鞋達(dá) 到合格要求。

配方設(shè)計(jì)不僅要滿足以上的物理/機(jī)械性能的 要求,還要滿足加工工藝的要求,主要是三個方面: (1)收縮變形小。將變形量控制在*定范圍之內(nèi);(2) 良好的粘合性。要求有較高的自粘性、互粘性及較 

長的粘性保持期;(3)抗焦燒性。以適應(yīng)膠料在出型 階段的返煉次數(shù)頻繁、受熱時間長的.點(diǎn)。因此,要 求各種膠料(.別采用出型工藝的)有較長的門尼焦 燒時間。

 

二、各部件膠的含膠率

 

眾所周知,含膠率和膠料的性能成比例關(guān)系,也 和成本密切相關(guān)。過去,在膠鞋方面比較重視高性 能,因此.標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所訂的物性指標(biāo)都較 高。為適應(yīng)這種情況,膠鞋的部件都采用較高的含 

膠率,見表2。

近年來,膠鞋含膠率出現(xiàn)下降的趨勢,主要原因 是:(1)人們的消費(fèi)觀念有所轉(zhuǎn)變,舊鞋破損后補(bǔ)了 再穿的情況有所減少,.別在城市消費(fèi)者中;(2)為 了降低“幫不配底”(幫壞了底遠(yuǎn)沒有壞)的不協(xié)調(diào)狀 

況,出現(xiàn)底的剩余功能對橡膠資源是*種浪費(fèi)。在 這種情況下,適當(dāng)降低某些部件的含膠率是合理的。

 

基于以上兩種情況,近年來,在膠鞋標(biāo)準(zhǔn)修訂中 已對某些指標(biāo)作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)低,這樣做是符合“節(jié)能 降耗”精神的。但近年來出現(xiàn)了為追求挖潛創(chuàng)收而 片面降低含膠率的做法,應(yīng)該予以注意和糾正。

 

三、各部件膠的設(shè)計(jì)原則

 

由于各部件在使用中所起的作用不同,受力條件也各異,因此在設(shè)計(jì)配方時,應(yīng)該各有側(cè)重。

 

1.黑大底

 

較多采取天然膠和合成膠并用,如NR/SBR/BR 三元共混膠。含膠率應(yīng)控制在35%～40%,也可摻用 部分胎面再生膠或胎面膠粉。因摻用了合成膠,硫黃用量比全天然膠的硫黃用量有所降低,如1.7～2.0 

份;促進(jìn)劑(如M+D+CZ)的總用量可為1.5～1.8份。 補(bǔ)強(qiáng)劑采取HAF/SRF并用,補(bǔ)強(qiáng)填充劑可用活性陶 土或納米輕質(zhì)碳酸鈣。以上兩項(xiàng)的總量可控制在 

50～60份。為了降低成本,也可在性能達(dá)標(biāo)的前提下 另外再添加30～40份普通填充劑。

 

2.淺色大底

 

主體材料可使用全天然膠或天然膠與非污染型 合成橡膠(如溶聚丁苯橡膠、順丁橡膠)的并用膠,但 合成膠的含量以不超過50%為宜,以便于成型操 作。所用各類助劑應(yīng)為淺色、非污染、強(qiáng)遮蓋力的。 

用白炭黑補(bǔ)強(qiáng)的話,應(yīng)添加按其用量8%～10%計(jì)算 的二甘醇作為活性劑來抵消硫化延遲效應(yīng)。另外, 合成膠使用比高的話,還應(yīng)添加少量增粘劑,以加大 附著力。

 

3.透明底

 

生膠可選用溶聚丁苯(如*產(chǎn)SSBR2305)、非 污染型乳聚丁苯(如*產(chǎn)ESBR1502),也可采用天然 橡膠中的白縐片。各類助劑均應(yīng)選用非污染、不變 色,且折光指數(shù)與所用生膠接近的品種。防老劑選 

用酚類。硫化活性劑氧化鋅由碳酸鋅替代。硫黃用 前要過篩。為確保質(zhì)地透明,補(bǔ)強(qiáng)劑要選用白炭黑, 不得使用遮蓋力強(qiáng)的鈦白粉、立德粉等。

 

4.海綿中底

 

主要功能是緩沖、防震,要求有較高的彈性和* 定的挺性。作為中底,對力學(xué)性能的要求不高,故含 膠率控制在5%～10%即夠。作為主體材料的天然膠, 選用低號膠即可,甚*還有使用全再生膠的(淺色海 

綿除外)。硫黃用量8～9份,促進(jìn)劑用量12份,之所 以對硫化體系采取這么高的配合量,是為了滿足再 生膠(其用量可高達(dá)生膠量的好多倍)交聯(lián)之需,另 外跟微孔膠的表面積大大增加也有關(guān)。

 

5.硬中底(膠面膠鞋專用)

 

不要求具有海綿中底的柔軟性,而要有較高的 硬度。主體材料通常取低標(biāo)號天然橡膠,及7～8倍 量的再生膠,使含膠率保持在5%～10%的水平,另添 加大量重質(zhì)碳酸鈣、陶土等廉價填料。

 

6.鞋面(膠面鞋專用)

 

其是典型的薄型部件,在使用中又要承受頻繁、 重復(fù)的彎曲變形,需要有較高的含膠率。生膠需選 用高號煙片膠或1號標(biāo)膠。合成膠的使用比應(yīng)有* 定上限,以避免出型后收縮太大及壓延出型時起縐。促進(jìn)劑常用組合為M+D+DM或M+D+CZ,由于DM 

和CZ都屬于后效性促進(jìn)劑,有較長的焦燒時間,適 合于鞋面膠的多次返煉。炭黑要選用半補(bǔ)強(qiáng)、快壓出 等品種,而填充劑則宜選用碳酸鈣、陶土等品種。軟 化劑則宜選擇粘度低、潤滑性好的品種,如機(jī)油、工 

業(yè)脂。適量(如5份)的黑油膏有助于壓延出型,提高 出型物的光滑度。彩色鞋面膠的設(shè)計(jì)原則基本同黑 鞋面膠,但補(bǔ)強(qiáng)劑改用白炭黑,防老劑用非污染性的 酚類,也可并用少量高苯乙烯樹脂,以提高鞋面的挺 

性。

 

7.底后跟(膠面膠鞋)

 

基本設(shè)計(jì)原則與大底相同,主要不同之處在于: (1)含膠率略高,以適應(yīng)后跟部位與地面的摩擦強(qiáng)度 高于其他部位的.點(diǎn);(2)后跟的厚度大,傳熱過程 長,為使各部件.*的硫化程度達(dá)到*致,后跟硫速 

應(yīng)適當(dāng)快于大底的硫速;(3)與大底相比,軟化劑用 量應(yīng)適當(dāng)減少,以達(dá)到提高硬度及減少出型后變形 的雙重目的。

 

8.里后跟

 

本部件起支撐后跟部位鞋幫的作用,因?yàn)?旦 它先被磨損,必然加快后幫挫爛。在配方中添加胎面 再生膠、提高硫黃用量都是有效的針對性措施,參見 配方示例:天然橡膠85,丁苯橡膠15,胎面再生膠 

10,硫黃4.4,促進(jìn)劑M 1.3,促進(jìn)劑DM 0.6,促進(jìn)劑 D 0.95,氧化鋅4,硬脂酸2,高耐磨炭黑45,輕質(zhì)碳 酸鈣54,陶土60,工業(yè)脂2.5,機(jī)油15,水楊酸0.25 

(防焦劑)。

 

9.汽油膠漿

 

設(shè)計(jì)原則是:(1)含膠率應(yīng)保持75%～80%的高 水平,因?yàn)檎沉υ醋韵鹉z分子間的交聯(lián);(2)膠種應(yīng) 選擇自補(bǔ)強(qiáng)型橡膠,如NR、CR(前者廣泛用于傳統(tǒng) 膠鞋,后者則用于橡塑鞋);(3)硫化體系用量*般為 

3～5份。通常按主體材料(天然膠)的習(xí)慣用法,即噻 唑類與呱類并用(促進(jìn)劑M+D),硫化活性劑氧化鋅 的量要多于常規(guī)量,而硬脂酸用量要盡可能低(因?yàn)?其不利于粘合)。

 

10.乳膠漿

 

以天然膠乳為主體,加入各種乳膠專用助劑。乳膠圍條漿配方見表3。

 

四、配色設(shè)計(jì)

 

膠鞋的配色設(shè)計(jì)關(guān)系到視感和美學(xué)價值的運(yùn)用。這要由設(shè)計(jì)人根據(jù)自己的見解結(jié)合社會大眾當(dāng) 時的審美觀、時尚觀綜合而得。難度在于兩個方面:
(1)橡膠的透明性差,因此給配色帶來困難;
(2)橡膠 在硫化中經(jīng)受的高溫往往導(dǎo)致著色劑變色,給配色 帶來了困難。有些配合劑還會造成污染,使本來配 好的色澤變樣。

五、橡塑并用配方的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

 

隨著橡塑鞋的出現(xiàn),橡塑并用在膠鞋中的應(yīng)用 面迅速擴(kuò)大。總的來說,設(shè)計(jì)此類配方要兼顧橡、塑 兩相。除了兩相都要用的組分(如增塑劑、填充劑、 防老劑)外,凡是專用于*相的,都得單.計(jì)量,所 

以,經(jīng)常會遇到以下三方面問題。只要這些問題得 到解決,其他的細(xì)節(jié)都可按照常規(guī)辦理,迎刃而解。

 

1.并用比。傳統(tǒng)熱硫化膠鞋的主體材料無例外 是橡膠,所以都按橡膠配方設(shè)計(jì)行事。而橡塑鞋中 不論以哪個相為主,兩項(xiàng)都要兼顧。

 

2.體系中橡膠部分照例要設(shè)置硫化體系,.別是 當(dāng)橡膠相超過20%時更*或缺;而塑料部分則要 設(shè)置穩(wěn)定體系。當(dāng)然,計(jì)算比例也不是完全呆板的, 要視具體情況而定。例如在EVA/PE/NR(50/30/20)的 

三元體系中,當(dāng)考慮硫黃用量時,并非按20%而是按 10%計(jì)量。因?yàn)樵诒静⒂皿w中,NR處于從屬地位。

 

3.穩(wěn)定劑。在以樹脂為主的并用體系中,穩(wěn)定劑 *或缺。因?yàn)椴⒂煤罂隙ú捎盟芰系母邷丶庸し?式進(jìn)行操作,這種高溫(*般高于150℃)有可能導(dǎo)致 主體材料降解,所以穩(wěn)定劑非加*。常用品種為硬 

脂酸鹽類,如硬脂酸鎘、硬脂酸鋅或硬脂酸鋇等。

 

六、.種膠鞋及其部件的配方設(shè)計(jì)

 

隨著膠鞋使用面的日益拓展及出口市場的擴(kuò) 大,上面介紹的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容,往往滿足不了實(shí)際需 要。這種情況常在設(shè)計(jì).種膠鞋或新品種時遇到。

 

1.高透明底

 

也稱全透明底,不同于*般的半透明底。近年來 在出口業(yè)務(wù)中遇到過這種要求,主要在原材料選用 上比半透明底更嚴(yán)。(1)膠種選擇。采用透明度高的 膠種,如順丁膠、三元乙丙膠和異戊膠,以后者為. 

理想,但需進(jìn)口。(2)助劑選擇。各種助劑的折光指數(shù) 應(yīng)該盡可能接近所用生膠的折光指數(shù),見表4。(3)設(shè) 計(jì)要點(diǎn)。①硫化劑不能用硫黃(因其遮蓋力大),要用 過氧化物,如DCP;②補(bǔ)強(qiáng)劑.好用氣相白炭黑;③ 

配用硅烷偶聯(lián)劑,如A-72(即乙烯基三(β-甲氧基- 氧基)硅烷),以促進(jìn)各組分分散,它的折光指數(shù)與橡 膠的折光指數(shù)接近,有助于提高透明度。

 

 

2.阻燃膠鞋

 

常用于消防、森林防火、礦山的井下作業(yè)、冶煉 行業(yè)的高溫車間等。性能上要求其遇火時有耐燃性, 離火后有自熄性。通常的設(shè)計(jì)思路是在膠料中加入 阻燃劑,使氧指數(shù)降到20～30的范圍,即可達(dá)到* 

般的阻燃要求,能降到20以下則更*。常用的阻燃 劑分無機(jī)、有機(jī)兩大類。阻燃劑*般具有降溫、阻隔 氧氣的作用,它們是分子結(jié)構(gòu)中含氫氧根(如氫氧化 鋁)或鹵素的化合物(如氯化石蠟)。在主體材料方 

面,以含鹵膠種(如氯丁橡膠)或它們與天然橡膠的 并用膠為主,再添加*定數(shù)量的阻燃劑及其他配合 劑。阻燃膠鞋既有布面結(jié)構(gòu)的,也有膠面結(jié)構(gòu)的,其 膠制部件都應(yīng)該按耐燃要求配制。典型配方示例:天 

然橡膠70,氯丁橡膠30,硫黃2.1,促進(jìn)劑2.8,氧化 鋅7(包括作為氯丁膠的交聯(lián)劑和天然膠的硫化活 性劑),硬脂酸3.0,陶土32,炭黑55,液體氯化石蠟 

(阻燃劑)13,古馬龍8,凡士林2,氧化鎂3,固體氯 化石蠟(阻燃劑)30,硼酸鋅(阻燃劑)10。

 

3.抗靜電膠鞋

 

其是*種工作鞋。用于要求導(dǎo)除靜電積累的場合 (如生產(chǎn)電子器件的車間),以防止鞋與地面之間因摩 擦產(chǎn)生靜電;或者因?yàn)殪o電而影響電子產(chǎn)品的性能。如半導(dǎo)體元件生產(chǎn)車間或電視機(jī)組裝車間都需使用。 

有的醫(yī)療器材或藥品生產(chǎn)車間也要求工作人員上崗 時穿著抗靜電膠鞋,以保證車間符合“無塵”要求。為 此在配方設(shè)計(jì)時要做到:(1)主體材料要選用體積電 阻相對較大的膠種,如氯丁膠、丁腈膠(體積電阻在 

1010～1011Ωcm),但也可以以非.性橡膠為主體材 料;(2)添加.種抗靜電劑,如離子型表面活性劑SN 或SP,用量3～5份。配方示例(淺色抗靜電大底):天 

然橡膠100,硫黃1.4,促進(jìn)劑1.5,氧化鋅5,硬脂酸 2,陶土50,輕質(zhì)碳酸鈣25,抗靜電劑SN 5。

 

4.耐油膠鞋

 

其是*工作中接觸油類人員穿著的工作鞋。主 體材料*般取CR、NBR等耐油膠種。但對耐油要求 不高的,也可摻用非部分.性橡膠,如天然膠、順丁 膠。硫化體系常采用噻唑類+秋蘭姆,如M+DM+ 

TMTD。增塑劑多采用二丁酯、二辛酯,用量20～25 份。防老劑1～2份,品種不拘。配方示例(淺色耐油大 底):氯丁橡膠80,天然橡膠10,順丁橡膠10,促進(jìn)劑 

DM 0.5,氧化鋅4,氧化鎂4,硬脂酸2,促進(jìn)劑NA- 22 0.5,炭黑40,碳酸鈣40,二丁酯15,防老劑D 2。

 

5.電工*緣鞋

 

配方設(shè)計(jì)時需注意兩方面的問題:(1)金屬氧 化物盡量少用;(2)*般不使用炭黑,因?yàn)樘亢诘逆?狀二次結(jié)構(gòu)對電*緣不利,因此較多以陶土來取代。配方示例(*緣膠鞋大底):天然橡膠100,硫黃 

0.8,促進(jìn)劑M 0.5,促進(jìn)劑DM 1,促進(jìn)劑TMTD 0.8,氧化鋅5,硬脂酸1.5,防老劑D 1.5,陶土 122,工業(yè)脂8,凡士林2,石蠟1。

 

6.耐酸堿膠鞋

 

用于防止酸、堿接觸人體而造成損害,與*般 膠鞋配方大致相同,配方設(shè)計(jì)時需要注意:(1)耐酸 堿專用助劑硫酸鋇*或缺,也可摻用陶土,這兩 種填料都能起到防酸堿作用;(2)產(chǎn)品如果是膠面 

膠鞋,表面勿涂亮油,而在料中配加石蠟來補(bǔ)償; (3)促進(jìn)劑可多用D,實(shí)踐證明,該促進(jìn)劑能提高耐 酸堿效果。

 

配方示例:天然橡膠100,硫黃2.3,促進(jìn)劑M 1.3,促進(jìn)劑D 0.35,促進(jìn)劑DM 0.9,氧化鋅5,爐法 炭黑40,防老劑D 1,硫酸鋇72,陶土20,固體古 

馬龍3,液體古馬龍13,工業(yè)脂9,水楊酸0.2。

 

7.EVA微孔內(nèi)底

 

其是典型的鞋用橡塑并用部件。主體材料由彈 性體(天然橡膠、順丁橡膠)和EVA、聚乙烯樹脂共 同組成。交聯(lián)劑考慮DCP(因?yàn)閷ο鹉z和樹脂都能起 交聯(lián)作用)。發(fā)泡體系優(yōu)先考慮偶氮類的AC,以及助 

發(fā)泡劑如尿素。配方示例:天然橡膠10,EVA 90,硬 脂酸1.5,氧化鋅5,碳酸鈣26,發(fā)泡劑AC 3.5,尿 素3,DCP 10,鈦白粉10。