橡胶流变仪及硫化曲线解读

橡胶流变仪及硫化曲线解读

1.橡胶硫化测试仪，简称为硫变仪（也叫硫化仪）

是指在橡胶硫化过程中连续测定胶料硫化性能的全部变化，并具有较高的测试精度的仪器，生产橡胶制品的厂家可以用它进行橡胶的均匀性、重现性、稳定性的测试。并且进行橡胶配方设计和检测，目前主要应用于批量生产橡胶硫化特性的检测和管控。

2、流变仪的分类：

2.1硫变仪根据其有无转子分为：有转子流变仪、无转子流变仪.

2.2有转子流变仪及无转子流变仪的主要区别：

2.2.1有转子流变仪测试时试样温度达到稳定所需要时间长；而无转子则较快。

2.2.2有转子的硫变仪转子与胶料产生的磨擦力也计入胶料剪切模量的数据中，而无转子硫变仪则避免此摩擦力的影响。

3、硫化曲线

3.1实验原理

从流变学的观点可以说，迄今为止，各种流变仪所采用的原理本质上是一致的，即模压在模腔内的试样连续的承受恒定的小振幅和低频率的正弦剪切变形，由测力传感器测定剪切应力，以转矩单位表示，即胶料的剪切模量，当试样规格、厚度、振幅角和实验温度一定时，所测定的剪切应力与交联点密度成正比关系，记录下的剪切应力—时间的曲线便是硫化曲线。

3.2.硫化曲线

硫化曲线ML ——最低转矩，N ?m （kgf ?cm ） 硫化曲线MH ——到达规定时间之后仍然不出现平坦曲线或最高转矩的硫化曲线，所达到的最高转矩N ?m （kgf ?cm ）

硫化曲线TS1——从实验开始到曲线由最低转矩上升0.1 N ?m （kgf ?cm ）时所对应的时间，MIN

硫化曲线TS2——从实验开始到曲线由最低转矩上升0.2 N ?m （kgf ?cm ）时所对应的时间，MIN

硫化曲线TC （x ）——试样达到某一硫化程度所需要的时间，即试样转矩达到ML+X （MH-ML ）时 所对应的时间，MIN （注：如X 取值0.5，即TC50，X 取.9，即TC90）

3.4.硫检参数的意义：

硫化曲线ML ：表示胶料的流动性，ML 越低，流动性越好，反之，越差。

硫化曲线MH：表征胶料的胶料的剪切模数、硬度、定伸强度和交联密度，一般MH 越低，硬度越低，MH越高，硬度越高。

硫化曲线TS2：表征胶料的操作安全性，TS2越短，表示胶料越容易发生死料，产品在生产时容易产生缺料不良。反之，TS2越长，虽然操作安全性提高，但是产效会变低，成本会增加很多，故TS2对胶料的加工、配方设计具有很重要的意义。

硫化曲线TC90：主要用来评估胶料在成型生产时的一次加硫条件,TC90过长表示硫化速度偏慢，会导致产品硬度低，产效低。

硫化仪功能

橡胶硫化测试仪（简称硫化仪）用于分析、测定橡胶硫化过程的焦烧时间、正硫化时间、硫化速率、粘弹性模量以及硫化平坦期等性能指标，是国家规定用于研制新产品、研究胶料及检验产品质量的检测仪器。

生产橡胶制品的厂家可以用硫化仪进行制品重现性、稳定性的测试，并进行橡胶的设计和检测。生产厂家可以在生产线上进行现场检测，掌握每一批、甚至每一时刻橡胶的硫化特性是否满足制品要求。用来测定未硫化胶料的硫化特性，通过橡胶在模腔内往复振荡，对模腔的反作用转矩（力）得到一条转矩与时间的硫化曲线，科学地确定硫化的时间、温度、压力这三大要素，它们是最终决定产品质量的关键，也可测定混炼胶配合的物理性能。原料、加工过程、制成品的质量管理:

一透过硫化曲线可掌握橡胶在硫化过程中相关的特性。从橡胶旳混炼圴勺度、加工性到制品的物性(如抗老化)等皆可由硫化曲线中判读出。进一步达到橡胶质量的控制。

二硫化仪测得的硫化曲线广泛地用于原材料和的研究，为加工生产提供数据。除此之外硫化仪还大量用于生产的质量控制、监督以及产品质量的鉴定。

1.研究开发新、新产品:

(1)透过硫化仪,可取得橡胶在不同下所产生的曲线,进而就成本、产品的质量…等项目进行比较。可有效缩短研发时程。

(2)可针对一种新的或一种新的原料的基本性能进行评价。

2.运用于产品的分级鉴定:

例如天然橡胶可以根据硫化仪测定的标准的结果来做分级。美国的联合炭黑公司把硫化曲线作为评判其炭黑质量的最佳方法，对其部分的产品只提供硫化曲线作为性能指标。

3.用硫化仪测定正硫化时间比用传统的办法(即用一组在不同硫化条件下硫化的试片作应力应变试验后绘图的办法)要迅速、方便、精确得多，而且用料也省，的确是一种多快好省的方法。

5.焦烧时间的应用可避免死胶的情形发生,也可评断之可操作性。

6.如轮胎这样的厚壁制品的硫化，不是等温过程，而且各部位的温度差别很大，利用硫化仿真器和温度过程控制的硫化仪就可以十分逼真地测定胶料在实际加热条件下的硫化过程，为确定生产加工提供有力的依据。

7.就成本而言:

(1)研发的时程缩短,可大大的提升研发经费的效率,相对而言便是降低了研发的成本。

(2)原料、加工及制成品的质量管理,可提高原料的使用效率,减少胶料的浪费。

由于硫化仪的精确性和方便性，目前已成为现代橡胶厂生产过程离线(中间生产)质量控制的最有效的手段之一。通常应力应变试验的相对误差在3%～4%，而硫化仪则达到1%～2%或者更低。因此生产中各个批号的原材料或混炼胶的微小差别很容易被发现而起到质量控制的作用。

可见通过精密硫化仪测试的准确结果给予了生产时的重要技术依据，打破了单凭经验来保证质量的局面，从而避免了因避免了产品发生欠硫或过硫以及混炼不均匀的质量问题，造成返工，节约成本，并可提高生产效率。完全有能力根据用户提供的工况条件要求，科学地制定，利用先进的检测设备来，确定硫化的工艺参数，确保产品的性能，满足用户对产品的质量要求。二个定义：

A、焦烧——胶料由于储存、运输、加工、以及周围环境的高温等原因，造成胶料出现早期硫化，使得胶料塑性下降、弹性增加，造成无法进行加工等的现象，称为焦烧。焦烧时间越长，加工安全性越好。

B．硫化——橡胶分子在一定的条件下由单一的线性结构形成空间立体网状结构的过程。

1、焦烧时间Tsl、Ts2……：硫化时间T50、T90．…。工程上，正硫化又称最宜硫化，意指橡胶制品的主要性能达到或接近最佳值的硫化状态。

正硫化时间是指橡胶制品达到正硫化状态所需的时间。实际上，正硫化时间是个范围，而不是一个点，平坦期越长的橡胶物理性越好．

工程上的正硫化时间与工艺上正硫化的T90又有区别，对于厚度较簿的制品，流变仪测定的工艺正硫化时间T90与制品的正硫化时间相同，对于较厚的制品(如轮胎)，情况就有不同．

正硫化的测定方法就是用专门仪器：利用硫变仪可以接测定焦烧时间

(诱导期时间T10，近几年多采用Ts2来表示，意义与T10相同)，工艺正硫化时间

T90、及硫化速度．(另：发泡流变仅还可测出发泡时间T@Pc90、发泡压力，及发泡速率等)．实验证实，流变仪测量结果与理论正硫化相一致．由于流变仪可测定一系列硫化特性，不必做许多硫化点的定伸应力试验，从而节省了人力物力．

2、胶料及化学药品是否混炼均匀

流变仪可提供混炼均匀图及胶料混均匀变异度，来检测胶料及化学药品是否混炼均匀．

3、检验胶料是否有塑炼

检验胶料未加入化学药品以前的均匀性、加工性。

4、缩短新产品开发时间、提早产品上市

客户提供新样品，制定物性要求时，开发人员利用流变仪做各种实验，代替现场生产机器实验，可以提早开发新产品，节省成本。

5、当化学药品或胶料价格上涨时，利用流变仪修改制造，采用其他药品或低价位之胶料，满足原来之物性要求．又可以降低成本．混炼均匀度

一、混炼均匀度的取样参考位置，一般依胶料的特性可定在ML点、MH点或者最大值等来做比对，一般常用的比较位置在ML点。

二、原理：

方法是利用胶料的内部应变力是属于连续性延展力，并具备自然对数的变化特性，如果出现超出此对应的区域，则表示混炼的聚合物并未完全胶合，才产生切模效应，其变化的大小对应于扭矩的百分比，即为定义的混炼均匀度。

硫化仪的应用还包括

1，看有没有素炼，就是没加促进剂等化学药品前人员有无

把各种胶混合好，从T2前的焦烧曲线的重复性可以看出，重叠证明已经素炼。

2，看加工安全性，从焦烧曲线和焦烧时间对比判断，从而有效避免炼胶时死胶等问题

3，看加工性，从ML，此值反应胶料流动性好坏，如胶料流动性过高或过低都不能进行再加工

4，硫化速度的快慢，从T2-T90时段内的斜率

5，看物理性质（老化性，力学性质等，如从T90以后的曲线，和MH值等进行分析）；采用硫化曲线预测硫化胶的抗返原性（此法不适用硫化时不具有明显的交联饱和度即硫化曲线一直升高的胶料）测量时以弹性模量到达最大值时开始至下降5%或10%的时间来表示。硫化平坦期越长，弹性模量到达最大值时开始至下降5%或10%的时间越长，抗返原性越好。选择在180°下测定胶料的抗返原性是比较合理的。此法可用于研究硫化后稳定剂的性能以及胶料耐热老化性能，

6，看药品混炼有没均匀，从曲线的重复性

7，用硫化仪来做品管，研发例如用标准胶生产，可以加入非合格胶料由原来的X%增加成Y%，看各种性能是否可以维持，从而节约生产成本，提高生产效率等8，分析某些化学剂，如加入不同碳黑，最终产品性质可能相同，但可从粘性曲线可能不同，从而知道了胶料已加入不

同的化学剂

9，其它还有SPC品管分析，可存取大量的试验各种数据，曲线，并对其进行分析统计，划分等级等等；及VCH胶料整体均匀度分析…………..

10，tan＆是描述胶料粘性模量与弹性模量关系的基本参数。在硫化温度下弹性模量最低时，胶料还未起硫，只有粘性模量增大或弹性模量减小才能使tan＆增大，因此，胶料在硫化温度下弹性模量最低时的tan＆可以表征混炼胶的加工性能和分散性能。对于同一，其值越大胶料的加工性能和分散性越好，对于同一，在相同的混炼工艺下，添加分散剂可使胶料在硫化温度下弹性模量最低时tan＆值大幅度增大；硫化胶的生热和tan＆呈线性关系，可以使用MH时的tan＆预测胶料的生热。

4.1试验温度

硫化既然是一种化学反应过程，无疑温度对反应速度是一个重要因素。随着温度提高其诱导期缩短，硫化速度加快.当温度相当高时配方中原材料变量的信息受到掩盖.胶料硫化过程是一个在一定温度和压力作用下受力的过程。如果温度或压力稍有变化，就会对测量的硫化曲线产生很大影响。目前，压力一般较容易控制。通过带有压力表的硫化仪就可以达到稳定的压力。供给硫化仪的气压必须在任何时候都高于硫化仪所设定的额定气压。而温度控制是各厂家一直强调的主要技术指标。我厂硫化仪采用进口温控表，模腔温度波动≤±0.1℃，温度恢复时间≤2min。

4.2硫化仪的测量频率：

大部分国内使用的硫化仪都采用100转/分钟的转动频率。转动速度对硫化仪的影响主要是使得测量的过程加快。相对于最早3转/分钟的设备来说，100转/分钟在测量时更加适用于高温快检等方面使用。各种频率测量的硫化数据结果不同，但都可以用于橡胶硫化的检测。

4.3硫化仪的摆动角度：

按照标准，有转子硫化仪的摆角应为1°或3°；无转子硫化仪的摆动角度应为1°或0.5°，初配置均为1°。摆动角度对于硫化数据的影响和频率相似，各种角度测量的硫化数据结果不同，但都可以用于橡胶硫化的检测。角度越大，施加于胶样上的扭矩就越大，测量得到的数据就越大。对于特别软的橡胶易采用大角度的摆动。反之，硬胶采用小一些的摆动角度就可。总之，选用不同摆角的目的都是为了能更清楚的显示测量数据。现在所有数据都是计算机或单片机计算，数据再小也可以分辨，对于一般橡胶硫化来说，变化角度的实用性不大，标配角度足以适用于所有橡胶。