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有轉子和無轉子硫化儀的技術比較
2014/5/8 [589]

有轉子硫化儀和無轉子硫化儀的技術比較    

   橡膠測試儀器用於分析、測定橡膠性能指標,是國家規定的用於橡膠產品研製研製新產品、膠料配方檢測及檢定產品質量的檢定的檢測儀器。橡膠硫化測試儀(簡稱硫化儀)通過測定對膠料往複擺動的模體或轉子的作用轉矩的大小,得到膠料的硫化特性曲線和特性參數,如焦燒時間,正硫化時間、模量及硫化平坦性等。

硫化儀主要有兩大方麵的功用:一方麵可以用於進行各種橡膠配方設計開發、配方優化或新產品開發;另一方麵用於對生產過程質量穩定性的控製,即通過膠料抽樣檢查或在線檢測來監督檢測產品質量,保證生產穩定性。在實際應用中,硫化儀能及時反映試樣中各組分配比變化或組分成分改變等對硫化過程的影響,廣大橡膠配方技術人員不可缺少的幫手。對於生產橡膠製品的廠家來說,可以用它來進行橡膠均勻性、重現性、穩定性的測試,以及橡膠配方的設計和檢測。有一些廠家還用硫化儀進行生產在線檢測。主要方法是對每一批橡膠進行硫化測定,檢測每一批,甚至是每一時刻橡膠的硫化特性。通過特性曲線的大轉矩、小轉矩、焦燒時間、正硫化時間等特性參數來判斷膠料是否滿足製品的要求。

    目前,按照硫化儀基本結構可分為有轉子和無轉子兩種型號的設備。有轉子硫化儀是早的用於硫化檢測的儀器。無轉子硫化儀是在有轉子硫化儀基礎上開發出來的新一代硫化測試儀器。從先進性上講,無轉子硫化儀的試驗精度和使用時的方便程度都高於有轉子硫化儀,無轉子硫化儀更先進一些。  

1基本原理  可硫化膠料在一定壓力和一定溫度下會發生化學交聯作用,交聯作用的結果使得膠料由混煉膠變成了硫化膠,強度和韌性大大加強。。硫化儀的工作原理就是測量在特定壓力和溫度下,測試膠料一些特性的變化過程。得到膠料轉矩一時間的變化鹽線,即硫化特性曲線。  

2兩種硫化儀的性能要求及優缺點    硫化儀作為具有上述功能的檢測儀器,必須具備如下性能要求:首先是設備整機使用穩定,故障率低。要求儀器機械調試穩定、軟件使用穩定、電氣安全穩定;其次是試驗中要求多條曲線的重現性好、單條曲線的平滑性好。作為檢測儀器,重現性和平滑性非常重要,在這兩方麵都穩定的前提下才能準確體現膠料本身的特性。就目前硫化儀技術的發展水平,無論是有轉子硫化儀還是無轉子硫化儀都可以達到很好的重現性和穩定性。試驗中,使用無轉子硫化儀時需要較地稱量膠樣重量。而有轉子硫化儀的膠樣重量要求不嚴,一般不用稱量。這是因為無轉子硫化儀是密閉模腔結構,如果膠樣過多會擠壓在模腔外環,影響下模體擺動,從而影響測量的轉矩。而有轉子硫化儀上下模體是固定的,多餘的膠料會在上模壓下的過程中自動擠出,對試驗數據影響不大。但有轉子硫化儀因為結構本身的原因,存在一些缺點。    1)操作複雜:使用有轉子硫化儀做試驗時,試驗完成後,熟膠樣是裹在轉子上的,需要人工卸膠。在膠樣硬度和強度很大的情況下,經常需要利用鉗子等工具卸膠,操作複雜。    2)不易加玻璃紙:做硫化試驗時,為了防止膠樣粘模腔或其他考慮因素,經常需要加耐高溫的玻璃紙,尤其是很粘的混煉膠。有轉子硫化儀加玻璃紙時,需要把下片玻璃紙打一個小洞,轉子上下放膠,再放人模腔內試驗。即使這樣,轉子的上下表麵還是會粘上膠,很難清理。而無轉子硫化儀可以很方便的在膠樣上下各加一片耐高溫的玻璃紙,試驗完成,隻需用鑷子輕輕取下即可。    3)容易漏膠,造成數據異常:有轉子硫化儀的下模體上有一個插轉子的小孔。在實際操作中,經常會不慎把碎膠掉人孔中。如果不能及時清理,就會因為轉子位置被墊高,影響試驗數據。嚴重的話轉子還會頂破上模體,造成儀器損壞。    4)存在硫化曲線溫度滯後的現象,使用有轉子硫化儀做檢測實驗時,有一個很規律的現象:*條硫化曲線存在溫度滯後的現象。這一現象在參考文獻裏有詳細研究,這裏不再贅述。  

3機械結構比較    兩種硫化儀的機械結構不同,無轉子硫化儀的無轉子硫化儀是通過測定對裹脅膠料往複擺動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。~18。,中心間距為0.5間隙值。有轉子模腔直徑42mm,模腔深度5.35mm。轉子直徑35.55mm,轉子盤角度12.60(見圖1)。      結構對轉矩測試的影響:無轉子硫化儀是通過測定對裹脅膠料往複擺動的下模體的作用轉矩的大小,得到膠料的轉矩特性。下模體的擺動對膠料產生剪切作用,剪切麵為下模體表麵。有轉子依靠轉子的擺動對膠料產生剪切作用,剪切麵為轉子的上下盤麵。膠料在有轉子硫化儀中受到兩個麵的剪切作用,產生的轉矩應該大於無轉子硫化儀的一個麵的剪切作用,即無轉子的轉矩值會小於有轉子的轉矩值。   結構對吸熱的影響:元轉子硫化儀上下模體和加熱片接觸,作為熱源對橡膠膠樣加熱。膠樣的吸熱麵為整個無轉子模腔內表麵。有轉子硫化儀除了有轉子硫化儀是通過測定膠料對包複的往複擺動的轉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。轉子直徑35.55mm,轉子盤角度12.6。依靠轉子的擺動對膠料產生剪切作用,剪切麵為轉子的上下盤麵。上下模體外,還有轉子上下接觸表麵,但轉子本身不產生熱量,僅依靠空氣和橡膠的熱傳導,一般溫度比模腔低一些。所以有轉子的吸熱麵為整個有轉子模腔內表麵以及溫度稍低一些的轉子上下表麵。從模腔結構可以近似計算出膠料的吸熱麵積(見圖2),無轉子硫化儀的吸熱麵積約為S1—6744mm2,有轉子硫化儀的吸熱麵積S2=5647mmz。無轉子硫化儀的膠料重量約為4.89,有轉子約為79。膠料單位重量對應的吸熱麵積可以用來反映吸熱快慢。所以V1=sl/4.8,V2=s2/7。V1/V2=1.74,無轉子的吸熱速率大於有轉予的,因此無轉子的硫化時間一般要小於有轉子的硫化時間。      4硫化特性數據  

4.1大轉矩    試樣充分硫化的剪切模量或剛度的測定值,包括平坦轉矩、返原曲線的大轉矩,及在規定時間內沒有出現平坦和返原曲線時的大轉矩。膠樣硫化達到大轉矩時,膠料強度大,從測力的角度來看,也表明膠料和模腔接觸麵的摩擦力達到大。大轉矩越大,表明摩擦力越大。無轉子硫化儀和有轉子硫化儀的摩擦麵構成是不同的。元轉子的摩擦麵積小於有轉子的摩擦麵積,所以無轉子的大轉矩會小於有轉子的大轉矩。  

4.2小轉矩    未硫化試樣粘度的測定值。該數值主要反映了膠料流動性的好壞和粘度的大小。流動性好ML小,粘度小ML小。一般而言,無轉子硫化儀ML會比有轉子的小。  

4.3硫化時間    TS1:擺動角度為0.5(或1(時,轉矩增加到ML+ldNm時所對應的時間,反映試件的焦燒時間。T10:轉矩增加到ML+10(MH—ML)/100時所對應的時間,反映試件的焦燒時間。T50:轉矩增加到ML+50(MH—ML)/100時所對應的時間。T90:轉矩增加到ML+90(MH—ML)/100時所對應的時間,反映試件的正硫化時間。4個硫化時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,達到正硫化點的時間就越短。無轉子硫化儀吸熱快,對應的硫化時間比有轉子的要短。  

 5試驗曲線及數據   由以上曲線及數據分析:有轉子的ML、MH都大於無轉子的;在正硫化點之前,有轉子的硫化時間都比無轉子長,驗證了前麵的分析結果。通過分析和實際數據可見,元轉子和有轉子測量的數據不能進行簡單的比較,但二者有很好的相關性。例如一種配方的膠料在有轉子中測量的硫化曲線和在無轉子中測量的硫化曲線雖然不同,但硫化趨勢相同。並且這兩種曲線的對應關係不會改變。    從一定意義上來講,硫化儀是用來作相對比較的設備。隻有比較才能看出膠料配方的變化以及溫度設定對硫化過程的影響等。用戶可以把配料準確、操作工藝規範且混煉均勻的膠在任一種儀器上做實驗,得到的特性曲線稱為標準曲線。以後當配方發生變化或重新配置時,可用此標準曲線進行比較,判斷配方的可行性。無轉子有無轉子的標準曲線,有轉子有有轉子的標準曲線,這樣才能正確的分析膠料配方。  

6小結  目前,硫化儀在膠料配方研究領域的使用逐漸增強,並深入到助劑開發等其它開發領域。在實際應用中,兩種硫化儀都占據著一定的市場。國內早的無轉子硫化儀是大約98年才出現的,所以一些在線檢測建立比較早的工廠,使用有轉子硫化儀相對多一些。但近幾年,隨著無轉子硫化儀技術的逐漸成熟和市場推廣,已經有逐漸取代有轉子硫化儀的趨勢。

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