摘要:介紹了無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀和有轉(zhuǎn)子硫化儀作為兩種橡膠檢測(cè)用標(biāo)準(zhǔn)儀器的基本原理、性能要求及優(yōu)缺點(diǎn)。從機(jī)械結(jié)構(gòu)、膠料測(cè)試特性數(shù)據(jù)上進(jìn)行了定性比較分析。并通過具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了理論分析結(jié)果。本文從轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的角度分析了造成兩種硫化儀轉(zhuǎn)矩差異的主要因素,從傳熱角度分析了兩種硫化儀硫化時(shí)間的差異。通過分析比較認(rèn)為兩種硫化儀的測(cè)試結(jié)果不同,但存在很好的相關(guān)性。關(guān)鍵詞: 硫化儀 ;無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀;有轉(zhuǎn)子硫化儀。
橡膠測(cè)試儀器用于分析、測(cè)定橡膠性能指標(biāo),是國(guó)家規(guī)定的用于橡膠產(chǎn)品研制研制新產(chǎn)品、膠料配方檢測(cè)及檢定產(chǎn)品質(zhì)量的檢定的檢測(cè)儀器。橡膠硫化測(cè)試儀(簡(jiǎn)稱硫化儀)通過測(cè)定對(duì)膠料往復(fù)擺動(dòng)的模體或轉(zhuǎn)子的作用轉(zhuǎn)矩的大小,得到膠料的硫化特性曲線和特性參數(shù),如焦燒時(shí)間,正硫化時(shí)間、模量及硫化平坦性等。硫化儀主要有兩大方面的功用:一方面可以用于進(jìn)行各種橡膠配方設(shè)計(jì)開發(fā)、配方優(yōu)化或新產(chǎn)品開發(fā);另一方面用于對(duì)生產(chǎn)過程質(zhì)量穩(wěn)定性的控制,即通過膠料抽樣檢查或在線檢測(cè)來(lái)監(jiān)督檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量,保證生產(chǎn)穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中,硫化儀能及時(shí)反映試樣中各組分配比變化或組分成分改變等對(duì)硫化過程的影響,廣大橡膠配方技術(shù)人員*的幫手。
對(duì)于生產(chǎn)橡膠制品的廠家來(lái)說,可以用它來(lái)進(jìn)行橡膠均勻性、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性的測(cè)試,以及橡膠配方的設(shè)計(jì)和檢測(cè)。有一些廠家還用硫化儀進(jìn)行生產(chǎn)在線檢測(cè)。主要方法是對(duì)每一批橡膠進(jìn)行硫化測(cè)定,檢測(cè)每一批,甚至是每一時(shí)刻橡膠的硫化特性。通過特性曲線的zui大轉(zhuǎn)矩、zui小轉(zhuǎn)矩、焦燒時(shí)間、正硫化時(shí)間等特性參數(shù)來(lái)判斷膠料是否滿足制品的要求。目前,按照硫化儀基本結(jié)構(gòu)可分為有轉(zhuǎn)子和無(wú)轉(zhuǎn)子兩種型號(hào)的設(shè)備。有轉(zhuǎn)子硫化儀是zui早的用于硫化檢測(cè)的儀器。無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀是在有轉(zhuǎn)子硫化儀基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的新一代硫化測(cè)試儀器。從先進(jìn)性上講,無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀的試驗(yàn)精度和使用時(shí)的方便程度都高于有轉(zhuǎn)子硫化儀,無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀更先進(jìn)一些。
1 基本原理
可硫化膠料在一定壓力和一定溫度下會(huì)發(fā)生化學(xué)交聯(lián)作用,交聯(lián)作用的結(jié)果使得膠料由混煉膠變成了硫化膠,強(qiáng)度和韌性大大加強(qiáng)。。硫化儀的工作原理就是測(cè)量在特定壓力和溫度下,測(cè)試膠料一些特性的變化過程。得到膠料轉(zhuǎn)矩一時(shí)間的變化鹽線,即硫化特性曲線。
2 兩種硫化儀的性能要求及優(yōu)缺點(diǎn)
硫化儀作為具有上述功能的檢測(cè)儀器,必須具備如下性能要求:首先是設(shè)備整機(jī)使用穩(wěn)定,故障率低。要求儀器機(jī)械調(diào)試穩(wěn)定、軟件使用穩(wěn)定、電氣安全穩(wěn)定;其次是試驗(yàn)中要求多條曲線的重現(xiàn)性好、單條曲線的平滑性好。作為檢測(cè)儀器,重現(xiàn)性和平滑性非常重要,在這兩方面都穩(wěn)定的前提下才能準(zhǔn)確體現(xiàn)膠料本身的特性。就目前硫化儀技術(shù)的發(fā)展水平,無(wú)論是有轉(zhuǎn)子硫化儀還是無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀都可以達(dá)到很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。試驗(yàn)中,使用無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀時(shí)需要較地稱量膠樣重量。而有轉(zhuǎn)子硫化儀的膠樣重量要求不嚴(yán),一般不用稱量。這是因?yàn)闊o(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀是密閉模腔結(jié)構(gòu),如果膠樣過多會(huì)擠壓在模腔外環(huán),影響下模體擺動(dòng),從而影響測(cè)量的轉(zhuǎn)矩。而有轉(zhuǎn)子硫化儀上下模體是固定的,多余的膠料會(huì)在上模壓下的過程中自動(dòng)擠出,對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)影響不大。但有轉(zhuǎn)子硫化儀因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身的原因,存在一些缺點(diǎn)。
3 機(jī)械結(jié)構(gòu)比較
兩種硫化儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)不同,無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀的無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀是通過測(cè)定對(duì)裹脅膠料往復(fù)擺動(dòng)的模體的作用力矩的大小,得到膠料的硫化特性。模腔直徑40士2mm,分離角為7?!?8。,中心間距為0.5間隙值。有轉(zhuǎn)子模腔直徑42mm,模腔深度5.35mm。轉(zhuǎn)子直徑35.55mm,轉(zhuǎn)子盤角度12.60(見圖1)。
結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)矩測(cè)試的影響:無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀是通過測(cè)定對(duì)裹脅膠料往復(fù)擺動(dòng)的下模體的作用轉(zhuǎn)矩的大小,得到膠料的轉(zhuǎn)矩特性。下模體的擺動(dòng)對(duì)膠料產(chǎn)生剪切作用,剪切面為下模體表面。有轉(zhuǎn)子依靠轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)對(duì)膠料產(chǎn)生剪切作用,剪切面為轉(zhuǎn)子的上下盤面。膠料在有轉(zhuǎn)子硫化儀中受到兩個(gè)面的剪切作用,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀的一個(gè)面的剪切作用,即無(wú)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩值會(huì)小于有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩值。
結(jié)構(gòu)對(duì)吸熱的影響:元轉(zhuǎn)子硫化儀上下模體和加熱片接觸,作為熱源對(duì)橡膠膠樣加熱。膠樣的吸熱面為整個(gè)無(wú)轉(zhuǎn)子模腔內(nèi)表面。有轉(zhuǎn)子硫化儀除了有轉(zhuǎn)子硫化儀是通過測(cè)定膠料對(duì)包復(fù)的往復(fù)擺動(dòng)的轉(zhuǎn)子的作用力矩的大小,得到膠料的硫化特性。模腔直徑42mm,模腔深度5.35mm。轉(zhuǎn)子直徑35.55mm,轉(zhuǎn)子盤角度12.6。依靠轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)對(duì)膠料產(chǎn)生剪切作用,剪切面為轉(zhuǎn)子的上下盤面。上下模體外,還有轉(zhuǎn)子上下接觸表面,但轉(zhuǎn)子本身不產(chǎn)生熱量,僅依靠空氣和橡膠的熱傳導(dǎo),一般溫度比模腔低一些。所以有轉(zhuǎn)子的吸熱面為整個(gè)有轉(zhuǎn)子模腔內(nèi)表面以及溫度稍低一些的轉(zhuǎn)子上下表面。從模腔結(jié)構(gòu)可以近似計(jì)算出膠料的吸熱面積(見圖2),無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀的吸熱面積約為S1—6744mm2,有轉(zhuǎn)子硫化儀的吸熱面積S2=5647mmz。無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀的膠料重量約為4.89,有轉(zhuǎn)子約為79。膠料單位重量對(duì)應(yīng)的吸熱面積可以用來(lái)反映吸熱快慢。所以V1=sl/4.8,V2=s2/7。V1/V2=1.74,無(wú)轉(zhuǎn)子的吸熱速率大于有轉(zhuǎn)予的,因此無(wú)轉(zhuǎn)子的硫化時(shí)間一般要小于有轉(zhuǎn)子的硫化時(shí)間。
4 硫化特性數(shù)據(jù)
4.1zui大轉(zhuǎn)矩
試樣充分硫化的剪切模量或剛度的測(cè)定值,包括平坦轉(zhuǎn)矩、返原曲線的zui大轉(zhuǎn)矩,及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有出現(xiàn)平坦和返原曲線時(shí)的zui大轉(zhuǎn)矩。膠樣硫化達(dá)到zui大轉(zhuǎn)矩時(shí),膠料強(qiáng)度zui大,從測(cè)力的角度來(lái)看,也表明膠料和模腔接觸面的摩擦力達(dá)到zui大。zui大轉(zhuǎn)矩越大,表明摩擦力越大。無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀和有轉(zhuǎn)子硫化儀的摩擦面構(gòu)成是不同的。元轉(zhuǎn)子的摩擦面積小于有轉(zhuǎn)子的摩擦面積,所以無(wú)轉(zhuǎn)子的zui大轉(zhuǎn)矩會(huì)小于有轉(zhuǎn)子的zui大轉(zhuǎn)矩。
4.2zui小轉(zhuǎn)矩
未硫化試樣粘度的測(cè)定值。該數(shù)值主要反映了膠料流動(dòng)性的好壞和粘度的大小。流動(dòng)性好ML小,粘度小ML小。一般而言,無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀ML會(huì)比有轉(zhuǎn)子的小。
4.3硫化時(shí)間
TS1:擺動(dòng)角度為0.5(或1(時(shí),轉(zhuǎn)矩增加到ML+ldNm時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間,反映試件的焦燒時(shí)間。T10:轉(zhuǎn)矩增加到ML+10(MH—ML)/100時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間,反映試件的焦燒時(shí)間。T50:轉(zhuǎn)矩增加到ML+50(MH—ML)/100時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。T90:轉(zhuǎn)矩增加到ML+90(MH—ML)/100時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間,反映試件的正硫化時(shí)間。4個(gè)硫化時(shí)間所反映的是混煉膠開始吸熱直到硫化基本完成的過程。吸熱快的膠焦燒得就早,達(dá)到正硫化點(diǎn)的時(shí)間就越短。無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀吸熱快,對(duì)應(yīng)的硫化時(shí)間比有轉(zhuǎn)子的要短。
5試驗(yàn)曲線及數(shù)據(jù)
由以上曲線及數(shù)據(jù)分析:有轉(zhuǎn)子的ML、MH都大于無(wú)轉(zhuǎn)子的;在正硫化點(diǎn)之前,有轉(zhuǎn)子的硫化時(shí)間都比無(wú)轉(zhuǎn)子長(zhǎng),驗(yàn)證了前面的分析結(jié)果。
通過分析和實(shí)際數(shù)據(jù)可見,元轉(zhuǎn)子和有轉(zhuǎn)子測(cè)量的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較,但二者有很好的相關(guān)性。例如一種配方的膠料在有轉(zhuǎn)子中測(cè)量的硫化曲線和在無(wú)轉(zhuǎn)子中測(cè)量的硫化曲線雖然不同,但硫化趨勢(shì)相同。并且這兩種曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系不會(huì)改變。
從一定意義上來(lái)講,硫化儀是用來(lái)作相對(duì)比較的設(shè)備。只有比較才能看出膠料配方的變化以及溫度設(shè)定對(duì)硫化過程的影響等。用戶可以把配料準(zhǔn)確、操作工藝規(guī)范且混煉均勻的膠在任一種儀器上做實(shí)驗(yàn),得到的特性曲線稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線。以后當(dāng)配方發(fā)生變化或重新配置時(shí),可用此標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較,判斷配方的可行性。無(wú)轉(zhuǎn)子有無(wú)轉(zhuǎn)子的標(biāo)準(zhǔn)曲線,有轉(zhuǎn)子有有轉(zhuǎn)子的標(biāo)準(zhǔn)曲線,這樣才能正確的分析膠料配方。
6小結(jié)
目前,硫化儀在膠料配方研究領(lǐng)域的使用逐漸增強(qiáng),并深入到助劑開發(fā)等其它開發(fā)領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中,兩種硫化儀都占據(jù)著一定的市場(chǎng)。早的無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀是大約98年才出現(xiàn)的,所以一些在線檢測(cè)建立比較早的工廠,使用有轉(zhuǎn)子硫化儀相對(duì)多一些。但近幾年,隨著無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀技術(shù)的逐漸成熟和市場(chǎng)推廣,已經(jīng)有逐漸取代有轉(zhuǎn)子硫化儀的趨勢(shì)。
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