橡膠硫化儀的原理與作用

硫化儀的發(fā)展趨勢(shì) ，儀緯科技給您普及一下硫化儀。

橡膠硫化儀的發(fā)展1957年，第一代硫化儀問(wèn)世，首次實(shí)現(xiàn)了連續(xù)繪制一條完整的硫化曲線。之后又經(jīng)過(guò)了第二代，第三代的發(fā)展。由于設(shè)計(jì)不斷改進(jìn)，特別是加熱控溫系統(tǒng)、力矩測(cè)量系統(tǒng)以及功能性軟件開(kāi)發(fā)，硫化儀已發(fā)展到一個(gè)比較成熟、相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

 從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，硫化儀分有轉(zhuǎn)子硫化儀和無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀。二者測(cè)量原理相同，但由于結(jié)構(gòu)不同，結(jié)果無(wú)可比性。因?yàn)闊o(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀的諸多優(yōu)點(diǎn)，有轉(zhuǎn)子硫化儀已經(jīng)被逐步替代。硫化儀按試樣的變形方式，一般可以分為直線剪切變形硫化儀和扭矩剪切變形硫化儀。因?yàn)楹笳叩膶?shí)驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性好而得到廣泛應(yīng)用。以下提到的硫化儀均為扭矩剪切變形型。

 硫化儀用于分析、測(cè)定橡膠硫化過(guò)程的焦燒時(shí)間、正硫化時(shí)間、硫化速率、模量以及硫化平坦等性能指標(biāo)，是用于研制新產(chǎn)品、研究膠料配方及檢定產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)儀器。生產(chǎn)橡膠制品的廠家可以用硫化儀進(jìn)行制品重現(xiàn)性、穩(wěn)定性的測(cè)試，并進(jìn)行橡膠配方的設(shè)計(jì)和檢測(cè)。生產(chǎn)廠家可以在生產(chǎn)線上進(jìn)行在線檢測(cè)，掌握每一批、甚至每一時(shí)刻橡膠的硫化特性是否滿足制品要求。

硫化儀的測(cè)量原理：

    一般情況下，膠料樣片放置在上下兩個(gè)模體中間（有轉(zhuǎn)子硫化儀放在轉(zhuǎn)盤(pán)上面）。通過(guò)與膠料樣片相連的模體（或轉(zhuǎn)子）的擺動(dòng)使膠料受到扭矩的作用產(chǎn)生力信號(hào)；力信號(hào)通過(guò)與之相連的傳動(dòng)部分把力傳到測(cè)量裝置）））傳感器上，傳感器把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；電信號(hào)通過(guò)固定的控制裝置轉(zhuǎn)化成扭矩信號(hào)，在繪圖儀或計(jì)算機(jī)上繪制出來(lái)，就得到了硫化曲線。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。

硫化儀的功能：

橡膠硫化測(cè)試儀（簡(jiǎn)稱硫化儀）用于分析、測(cè)定橡膠硫化過(guò)程的焦燒時(shí)間、正硫化時(shí)間、硫化速率、粘彈性模量以及硫化平坦期等性能指標(biāo)，是國(guó)家規(guī)定用于研制新產(chǎn)品、研究膠料配方及檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)儀器。

生產(chǎn)橡膠制品的廠家可以用硫化儀進(jìn)行制品重現(xiàn)性、穩(wěn)定性的測(cè)試，并進(jìn)行橡膠配方的設(shè)計(jì)和檢測(cè)。生產(chǎn)廠家可以在生產(chǎn)線上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，掌握每一批、甚至每一時(shí)刻橡膠的硫化特性是否滿足制品要求。用來(lái)測(cè)定未硫化膠料的硫化特性，通過(guò)橡膠在模腔內(nèi)往復(fù)振蕩，對(duì)模腔的反作用轉(zhuǎn)矩（力）得到一條轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的硫化曲線，科學(xué)地確定硫化的時(shí)間、溫度、壓力這三大要素，它們是最終決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，也可測(cè)定混煉膠配合的物理性能。原料、加工過(guò)程、制成品的質(zhì)量管理：

由于硫化儀的精確性和方便性，目前已成為現(xiàn)代橡膠廠生產(chǎn)過(guò)程離線（中間生產(chǎn)）質(zhì)量控制的最有效的手段之一。通常應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)的相對(duì)誤差在3％～4％，而硫化儀則達(dá)到1％～2％或者更低。因此生產(chǎn)中各個(gè)批號(hào)的原材料或混煉膠的微小差別很容易被發(fā)現(xiàn)而起到質(zhì)量控制的作用。

    可見(jiàn)通過(guò)精密硫化儀測(cè)試的準(zhǔn)確結(jié)果給予了生產(chǎn)時(shí)的重要技術(shù)依據(jù)，打破了單憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)保證質(zhì)量的局面，從而避免了因避免了產(chǎn)品發(fā)生欠硫或過(guò)硫以及混煉不均勻的質(zhì)量問(wèn)題，造成返工，節(jié)約成本，并可提高生產(chǎn)效率。完全有能力根據(jù)用戶提供的工況條件要求，科學(xué)地制定配方，利用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備來(lái)，確定硫化的工藝參數(shù)，確保產(chǎn)品的性能，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求。

幾個(gè)術(shù)語(yǔ)概念：

    混煉均勻度

    1、混煉均勻度的取樣參考位置，一般依膠料的特性可定在ML點(diǎn)、MH點(diǎn)或者最大值等來(lái)做比對(duì)，一般常用的比較位置在ML點(diǎn)。

    2、原理：方法是利用膠料的內(nèi)部應(yīng)變力是屬于連續(xù)性延展力，并具備自然對(duì)數(shù)的變化特性，如果出現(xiàn)超出此對(duì)應(yīng)的區(qū)域，則表示混煉的聚合物并未完全膠合，才產(chǎn)生切模效應(yīng)，其變化的大小對(duì)應(yīng)于扭矩的百分比，即為定義的混煉均勻度。

    焦燒與硫化：

    A、焦燒--膠料由于儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加工、以及周圍環(huán)境的高溫等原因，造成膠料出現(xiàn)早期硫化，使得膠料塑性下降、彈性增加，造成無(wú)法進(jìn)行加工等的現(xiàn)象，稱為焦燒。焦燒時(shí)間越長(zhǎng)，加工安全性越好。

    B．硫化--橡膠分子在一定的條件下由單一的線性結(jié)構(gòu)形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過(guò)程。

    硫化儀測(cè)得的硫化曲線廣泛地用于原材料和配方的研究，為加工生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)。除此之外硫化儀還大量用于生產(chǎn)的質(zhì)量控制、監(jiān)督以及產(chǎn)品質(zhì)量的鑒定。

    透過(guò)硫化曲線可掌握橡膠在硫化過(guò)程中相關(guān)的特性。從橡膠旳混煉圴勺度、 加工性到制品的物性（如抗老化）等皆可由硫化曲線中判讀出。進(jìn)一步達(dá)到橡膠質(zhì)量的控制。

   使用硫化儀的意義：

    1、研究開(kāi)發(fā)新配方、新產(chǎn)品：

    （1） 透過(guò)硫化儀， 可取得橡膠在不同配方下所產(chǎn)生的曲線， 進(jìn)而就成本、產(chǎn)品的質(zhì)量…等項(xiàng)目進(jìn)行比較。可有效縮短研發(fā)時(shí)程。

    （2） 可針對(duì)一種新的配方或一種新的原料的基本性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    2、 運(yùn)用于產(chǎn)品的分級(jí)鑒定：

    例如天然橡膠可以根據(jù)硫化儀測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)配方的結(jié)果來(lái)做分級(jí)。美國(guó)的聯(lián)合炭黑公司把硫化曲線作為評(píng)判其炭黑質(zhì)量的最佳方法，對(duì)其部分的產(chǎn)品只提供硫化曲線作為性能指標(biāo)。

    3、用硫化儀測(cè)定正硫化時(shí)間比用傳統(tǒng)的辦法 （即用一組在不同硫化條件下硫化的試片作應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)后繪圖的辦法） 要迅速、方便、精確得多，而且用料也省，的確是一種多快好省的方法。

    4、 焦燒時(shí)間的應(yīng)用可避免死膠的情形發(fā)生， 也可評(píng)斷配方之可操作性。

    5、 如輪胎這樣的厚壁制品的硫化，不是等溫過(guò)程，而且各部位的溫度差別很大，利用硫化仿真器和溫度過(guò)程控制的硫化儀就可以十分逼真地測(cè)定膠料在實(shí)際加熱條件下的硫化過(guò)程，為確定生產(chǎn)加工提供有力的依據(jù)。

    6、就成本而言：

    （1） 研發(fā)的時(shí)程縮短， 可大大的提升研發(fā)的效率， 相對(duì)而言便是降低了研發(fā)的成本。

    （2） 原料、加工及制成品的質(zhì)量管理， 可提高原料的使用效率， 減少膠料的浪費(fèi)。

    使用硫化儀的作用：

    1、利用硫變儀可以測(cè)定焦燒時(shí)間、硫化時(shí)間。

    正硫化又稱最宜硫化，意指橡膠制品的主要性能達(dá)到或接近最佳值的硫化狀態(tài)。

    正硫化時(shí)間是指橡膠制品達(dá)到正硫化狀態(tài)所需的時(shí)間。實(shí)際上，正硫化時(shí)間是個(gè)范圍，而不是一個(gè)點(diǎn)，平坦期越長(zhǎng)的橡膠物理性越好．

     2、檢驗(yàn)?zāi)z料及化學(xué)藥品是否混煉均勻

    流變儀可提供混煉均勻圖及膠料混均勻變異度，來(lái)檢測(cè)膠料及化學(xué)藥品是否混煉均勻．

    3、看有沒(méi)有塑煉，就是沒(méi)加促進(jìn)劑等化學(xué)藥品前人員有無(wú)把各種膠混合好，從T2前的焦燒曲線的重復(fù)性可以看出，重疊證明已經(jīng)塑煉。

    4、看加工安全性，從焦燒曲線和焦燒時(shí)間對(duì)比判斷，從而有效避免煉膠時(shí)死膠等問(wèn)題。

    5、看加工性能，從ML，此值反應(yīng)膠料流動(dòng)性好壞，如膠料流動(dòng)性過(guò)高或過(guò)低都不能進(jìn)行再加工。

    6、硫化速度的快慢 ，從T2－T90時(shí)段內(nèi)的斜率。

    7、看橡膠物理性質(zhì)（老化性，力學(xué)性質(zhì)等，如從T90以后的曲線，和MH值等進(jìn)行分析）；采用硫化曲線預(yù)測(cè)硫化膠的抗返原性（此法不適用硫化時(shí)不具有明顯的交聯(lián)飽和度即硫化曲線一直升高的膠料）測(cè)量時(shí)以彈性模量到達(dá)最大值時(shí)開(kāi)始至下降5％或10％的時(shí)間來(lái)表示。硫化平坦期越長(zhǎng)，彈性模量到達(dá)最大值時(shí)開(kāi)始至下降5％或10％的時(shí)間越長(zhǎng)，抗返原性越好。選擇在180°下測(cè)定膠料的抗返原性是比較合理的。此法可用于研究硫化后穩(wěn)定劑的性能以及膠料耐熱老化性能，

    8、看藥品混煉有沒(méi)均勻，從曲線的重復(fù)性

    9、用硫化儀來(lái)做品管，研發(fā) 例如用標(biāo)準(zhǔn)膠生產(chǎn)，可以加入非合格膠料由原來(lái)的A％增加成B％，看各種性能是否可以維持，從而節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率等

    8、分析某些化學(xué)劑，如加入不同碳黑，最終產(chǎn)品性質(zhì)可能相同，但可從粘性曲線可能不同，從而知道了膠料已加入不同的化學(xué)劑

    10、其它還有SPC品管分析，可存取大量的試驗(yàn)各種數(shù)據(jù)，曲線，并對(duì)其進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，劃分等級(jí)等等；及VCH膠料整體均勻度分析…………。。

    11、 tan＆是描述膠料粘性模量與彈性模量關(guān)系的基本參數(shù)。在硫化溫度下彈性模量最低時(shí)，膠料還未起硫，只有粘性模量增大或彈性模量減小才能使tan＆增大，因此，膠料在硫化溫度下彈性模量最低時(shí)的tan＆可以表征混煉膠的加工性能和分散性能。對(duì)于同一配方，其值越大膠料的加工性能和分散性越好，對(duì)于同一配方，在相同的混煉工藝下，添加分散劑可使膠料在硫化溫度下彈性模量最低時(shí)tan＆值大幅度增大；

    硫化膠的生熱和tan＆呈線性關(guān)系，可以使用MH時(shí)的tan＆預(yù)測(cè)膠料的生熱。

    12、縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間、提早產(chǎn)品上市。

    客戶提供新樣品，制定物性要求時(shí)，開(kāi)發(fā)人員利用流變儀做各種實(shí)驗(yàn)，代替現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)機(jī)器實(shí)驗(yàn)，可以提早開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，節(jié)省成本。

    13、當(dāng)化學(xué)藥品或膠料價(jià)格上漲時(shí)，利用流變儀修改制造配方，采用其他藥品或低價(jià)位之膠料，滿足原來(lái)之物性要求，又可以降低成本。