橡胶综合物理性能实验

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橡胶综合物理性能实验
2 s( Y' A7 R3 I4 i一、实验目的：
1、通过实验，了解橡胶综合物理性能实验中使用的各种实验仪器，如：硫化仪、平板硫化机、拉力实验机、门尼粘度计、炭黑分散度测量仪、比重测量仪、硬度计等实验仪器。
2、通过实验，了解上述实验仪器的工作原理。
3、通过实验，掌握上述实验仪器的操作方法。
7 L4 `' [' q6 U  I8 i5 C! x# U, {$ j- L4、利用上述实验仪器，对经过混炼后的胶料进行各种物理性能的测试（包括硫化曲线的测定；炭黑分散度测量；拉伸、撕裂、剥离；门尼粘度测量；分散度测量；比重测量；硬度测量等）。掌握各种测试方法及测试目的，加深对理论知识的理解和应用。
5、通过对实验数据的分析，掌握一些相关的数据处理的知识。
二、硫化仪
MM4130C无转子硫化仪用于检测混合橡胶的硫化特性。它采用密闭型的模体摆动，把胶料放入中空的密闭模腔内直接受压加热，并由两个温控表分别控制上下模腔的温度。下模摆动频率为1.67HZ（100r/min）。硫化的转矩-时间曲线由位于主机下方的转矩测量系统测量，通过计算机绘制出曲线及结果。
硫化测量参数：硫化时间，硫化曲线的读取。
/ G) `7 W% w% ~( P! {" h8 M& M4 k, d硫化仪适用范围：橡胶硫化测试仪器（简称硫化仪）是用来测量橡胶硫化过程的一种标准化仪器。生产橡胶制品的厂家可以用它进行橡胶均匀性、重现性、稳定性的测试，并且进行橡胶配方的设计和检测。目前一些厂家用硫化仪进行在线检测，检测每一批，甚至是每一时刻橡胶的硫化特性是否满足制品的要求。
& g+ Y; K! ~7 w$ q5 L. `7 A硫化仪的测量原理：一般情况下，胶料样片放置在上下两个模体中间。通过与胶料样片相连的模体的摆动使胶料受到扭矩的作用产生力信号；力信号通过与之相连的传动部分把力传到测量装置——传感器上，传感器把力信号转换成电信号；电信号通过固定的控制装置转化成扭矩信号，在绘图仪或计算机上绘制出来，就得到了硫化曲线。从一定意义上来讲，硫化仪是用来作相对比较的设备。只有比较才能看出胶料配方的变化以及温度设定对硫化的影响等。
硫化仪的摆动角度：按照标准，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。
  n, f  ^# M, gMM4130C型硫化仪
型号特点：无转子硫化仪，消除了转子温度、磨耗等因素对实验带来的影响。采用计算机控制，WindowsXP以上操作系统，用友好的窗口对话方式进行实验设定，由计算机完成实验数据采集和处理，操作更加方便、简捷，有利于用户进行网络化管理。
主要技术参数：
◆控温范围： 室温-200℃
◆模腔温度波动： ≤±0.1℃
7 t  F9 O4 F* \7 Z7 F1 I; L◆温度显示分辨率： 0.1℃
◆转矩量程：0-1Nm，0-3Nm，0-5Nm，0  -  10Nm，0-15Nm，0-20Nm，0-25Nm，0-30Nm
5 j6 A3 D3 _4 x+ Z0 ~' R( ]◆转矩分辨率： 0.001Nm
0 ]' s  m" w9 I" b& n, g, r◆升温时间： 室温升至185℃约8分钟
0 w$ g2 S( n5 _! \, O◆实验自动停止时间： 0-360min任意设定
& T7 P/ p2 T& i; i% @$ R( M◆转子摆动角度： ±1°、±0.5°?
) r# g" }8 `( W! m5 e, B2 F3 A5 J◆转子摆动频率： 1.67HZ(100r/min)
◆电源： AC380V±38V
◆气源压力： 0.5Mpa
三、硫化（Valcanization）
    硫化是橡胶与硫磺、促进剂等在一定温度、压力、时间下，使橡胶大分子链发生交联反应的过程，也就是塑性橡胶转化为弹性橡胶的物理机械性能和化学性能的工艺过程。
6 d# E. s. B) I几个相关概念：
. N) `9 e7 g( a* p9 @1、焦烧（scorching）：指橡胶胶料在加工过程中产生早期硫化的现象。为避免焦烧的危险，一半要加防焦剂。
0 s' x" l$ F9 v& r2 H3 \2、交联（crosslinking）：线型聚合物分子链间的化学键合。
3、塑炼：打断分子链，从弹性变成塑性，增加可塑度（流动性），实质是降低分子量，降低黏度等。
使用设备：平板硫化机（硫化三要素）
四、炭黑分散度仪
$ Y0 U+ B' @$ H6 e4 P在橡胶工业中炭黑作为补强剂，是重要的原料，仅次于橡胶居于第二位的，它不仅能提高橡胶制品的强度和耐磨性，而且能改进胶料的工艺性能。炭黑分散度，是指炭黑在橡胶中分散情况，即指炭黑在胶料中分散均匀的程度，其指标是衡量胶料质量和预测成品性能好坏的重要尺度，若炭黑在胶料中分散不均匀，将严重影响橡胶制品的质量。
6 {7 v2 ~6 G( G5 e炭黑分散度仪基本原理是：当一块硫化胶被切割而断裂时，由于未分散的炭黑聚集体相对于周围的橡胶介质来说具有较高的硬度，致使切割径迹偏离，造成切割表面粗糙不平,反光效果不同，凸起的部分反光强呈现“白点”，凹陷或较平坦的部分呈现大面积的灰色或黑色，即可得到分散度图像，分散度图像的特点是：黑色底色上分布着许多白点（未分散颗粒）。炭黑分散性越差，切割径迹偏离越严重，表面粗糙度越大；反之则小。因此，根据标准照片，借助低倍率显微镜观察，就能按切割表面的粗糙度来分析和确定胶料中炭黑的分散度。
R-S试验法是菲利浦公司的Railsbackt和Stump提出的方法(取两者的第一个字母称为R-S法)，其测定方法是,首先将分散状态不同的混炼胶剖面拍摄成30倍率的显微镜照片，并制作认为是分散度差的试样为1度，以分散度最高的试样为10度的标准照片。再用波拉罗伊德照相机拍摄现场混炼胶料的硫化胶试样剖面，通过用拍得的照片与标准照片比较，即可测定分散度(DR)。
9 I: G. D1 p) s- [% Q瑞典Optigrader公司的Dispergrader法是一种能够自动判别分散度的方法，究其原理也是显微照相法。使用中发现，该仪器对同一胶料的多次重复测试中，会判定出不同的等级。
1 g9 I6 v2 k/ j0 m3 l1 i& T. T五、门尼黏度仪
门尼黏度仪，可测定生胶或混炼胶之门尼粘度，提供了三种测定数据，一是门尼粘度的测定，二为应力松驰特性的测定，三为早期硫化性的测定。
/ c* z# E) N; D; F! A本次实验主要测定胶料的门尼黏度值。黏度是胶料在应力作用下对流动的阻力。
" b- b5 L( t* g7 G) V门尼黏度（Mooney Viscosity）以符号ML100℃1+4表示，其中ML表示大转子转动黏度值，100℃表示实验温度，1表示预热1分钟，4表示加热4分钟。取值是实验的后30秒的最低值。
& ^! _- G1 }2 g: u$ X6 X门尼黏度计是由美国的Rubber公司的Melvin Mooney 在20世纪30年代研制的。主要用于测定生胶和混炼胶。
操作步骤为：将两块较好的体积为25cm3的橡胶试样放入模腔中，上下模型关闭后，形成封闭的有压力的压模，将一个特殊的转子嵌入胶料中，转子和模具的表面可有槽防止在转子转动时，橡胶在转子和模型的表面打滑。在上下模关闭后，有一段预热时间使橡胶升温至仪器设定的温度，然后转子在2r/min的速度下转动一定时间。以门尼单位（Mooney Units，MU）记录黏度值。
- F& t1 S/ R8 m六、硬度计
2 j* F: E+ ?& B8 |3 G% s硬度是测试硫化橡胶抵抗施加外力的变形的能力，是材料对压印、刮痕等外力的抵抗能力。这产生了对橡胶胶料在非常有限的变形时的“模量”的测量。如果外力是通过弹簧施加给硬度计的，这种方法叫邵尔（Shore）硬度法。
硬度计将本计垂直压於被测物表面，指针所指纸之刻度，即为被测物之硬度。
. c% F+ V2 m7 m3 Z# |3 J" p七、比重计
- f5 S  ^8 `: [5 k. W! p2 @硫化橡胶胶料样品的比重可以通过阿基米德原理 Archimedes原理（浸在液体里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重量）来测量和计算，样品分别在水中和空气中称重。
0 ^: i2 L. j3 x3 m" X八、拉力实验机
1、拉伸实验：一个硫化好的胶料裁成哑铃形试样，在设定的速度下被拉断，同时测定其产生的拉力。可以测定的主要数据是：
- A8 a3 I# w7 v; `7 Z- _8 F5 }（1）拉伸强度：是哑铃形样品在断裂时的最大拉伸力；
（2）断裂伸长率：是指断裂时的应变；
（3）定神应力：一般是在断裂之前在不同预定应变（100%和300%）下测量和记录的。
2、撕裂实验：橡胶制品的缺口和缺陷位置的高应力集中会导致撕裂和断裂的扩展。
- c* q9 f1 A3 ]0 J8 T; Y实验中使用的试样的形状为人字形的，试样有一个直角，出现应力集中，从而引发撕裂，无需缺口。