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橡膠無轉(zhuǎn)子硫化儀的原理與作用之知識詳解
發(fā)布時間：2019-09-18 10:05:47 分類：行業(yè)動態(tài) 來源：揚(yáng)州華輝檢測儀器有限公司 點(diǎn)擊：次
橡膠硫化儀的發(fā)展1957年，第一代硫化儀問世，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)過了第二代，第三代的發(fā)展。由于設(shè)計不斷改進(jìn)，特別是加熱控溫系統(tǒng)、力矩測量系統(tǒng)以及功能性軟件開發(fā)，硫化儀已發(fā)展到一個比較成熟、相對穩(wěn)定的狀態(tài)。
從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，硫化儀分有轉(zhuǎn)子硫化儀和無轉(zhuǎn)子硫化儀。二者測量原理相同，但由于結(jié)構(gòu)不同，結(jié)果無可比性。因?yàn)闊o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。硫化儀按試樣的不變形方式，一般可以分為直線剪切不變形硫化儀和扭矩剪切不變形硫化儀。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不變形型。
硫化儀用于分析、測定橡膠硫化過程的焦燒時間、正硫化時間、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、研究膠料及檢定產(chǎn)品質(zhì)量的檢測儀器。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)定性的測試，并進(jìn)行橡膠的設(shè)計和檢測。生產(chǎn)廠家可以在生產(chǎn)線上進(jìn)行在線檢測，掌握每一批、甚至每一時刻橡膠的硫化特性是否滿足制品要求。
硫化儀的測量原理：
一般情況下，膠料樣片放置在上下兩個模體中間（有轉(zhuǎn)子硫化儀放在轉(zhuǎn)盤上面）。通過與膠料樣片相連的模體（或轉(zhuǎn)子）的擺動使膠料受到扭矩的作用產(chǎn)生力信號；力信號通過與之相連的傳動部分把力傳到測量裝置）））傳感器上，傳感器把力信號轉(zhuǎn)換成電信號；電信號通過固定的控制裝置轉(zhuǎn)化成扭矩信號，在繪圖儀或計算機(jī)上繪制出來，就得到了硫化曲線。從一定意義上來講，硫化儀是用來作相對比較的設(shè)備。
硫化儀的功能：
橡膠硫化測試儀（簡稱硫化儀）用于分析、測定橡膠硫化過程的焦燒時間、正硫化時間、硫化速率、粘彈性模量以及硫化平坦期等性能指標(biāo)，是國家規(guī)定用于研制新產(chǎn)品、研究膠料及檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的檢測儀器。
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)定性的測試，并進(jìn)行橡膠的設(shè)計和檢測。生產(chǎn)廠家可以在生產(chǎn)線上進(jìn)行現(xiàn)場檢測，掌握每一批、甚至每一時刻橡膠的硫化特性是否滿足制品要求。用來測定未硫化膠料的硫化特性，通過橡膠在模腔內(nèi)往復(fù)振蕩，對模腔的反作用轉(zhuǎn)矩（力）得到一條轉(zhuǎn)矩與時間的硫化曲線，科學(xué)地確定硫化的時間、溫度、壓力這三大要素，它們是終決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，也可測定混煉膠配合的物理性能。原料、加工過程、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)過程離線（中間生產(chǎn)）質(zhì)量控制的有效的手段之一。通常應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)的相對誤差在3％～4％，而硫化儀則達(dá)到1％～2％或者更低。因此生產(chǎn)中各個批號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。
可見通過精密硫化儀測試的準(zhǔn)確結(jié)果給予了生產(chǎn)時的重要技術(shù)依據(jù)，打破了單憑經(jīng)驗(yàn)來保證質(zhì)量的局面，從而避免了因避免了產(chǎn)品發(fā)生欠硫或過硫以及混煉不均勻的質(zhì)量問題，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，利用先進(jìn)的檢測設(shè)備來，確定硫化的工藝參數(shù)，確保產(chǎn)品的性能，滿足用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求。
先了解幾個術(shù)語概念：
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)或者大值等來做比對，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，并具備自然對數(shù)的變化特性，如果出現(xiàn)超出此對應(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，造成無法進(jìn)行加工等的現(xiàn)象，稱為焦燒。焦燒時間越長，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)的過程。
硫化儀測得的硫化曲線廣泛地用于原材料和的研究，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。
透過硫化曲線可掌握橡膠在硫化過程中相關(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、研究開發(fā)新、新產(chǎn)品：
（1） 透過硫化儀， 可取得橡膠在不同下所產(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?？捎行Эs短研發(fā)時程。
（2） 可針對一種新的或一種新的原料的基本性能進(jìn)行評價。
2、 運(yùn)用于產(chǎn)品的分級鑒定：
例如天然橡膠可以根據(jù)硫化儀測定的標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果來做分級。美國的聯(lián)合炭黑公司把硫化曲線作為評判其炭黑質(zhì)量的佳方法，對其部分的產(chǎn)品只提供硫化曲線作為性能指標(biāo)。
3、用硫化儀測定正硫化時間比用傳統(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)變試驗(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、 焦燒時間的應(yīng)用可避免死膠的情形發(fā)生， 也可評斷之可操作性。
5、 如輪胎這樣的厚壁制品的硫化，不是等溫過程，而且各部位的溫度差別很大，利用硫化仿真器和溫度過程控制的硫化儀就可以十分逼真地測定膠料在實(shí)際加熱條件下的硫化過程，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)的時程縮短， 可大大的提升研發(fā)的效率， 相對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、利用硫變儀可以測定焦燒時間、硫化時間。
正硫化又稱宜硫化，意指橡膠制品的主要性能達(dá)到或接近佳值的硫化狀態(tài)。
正硫化時間是指橡膠制品達(dá)到正硫化狀態(tài)所需的時間。實(shí)際上，正硫化時間是個范圍，而不是一個點(diǎn)，平坦期越長的橡膠物理性越好．
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，來檢測膠料及化學(xué)藥品是否混煉均勻．
3、看有沒有塑煉，就是沒加促進(jìn)劑等化學(xué)藥品前人員有無把各種膠混合好，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間對比判斷，從而有效避免煉膠時死膠等問題。
5、看加工性能，從ML，此值反應(yīng)膠料流動性好壞，如膠料流動性過高或過低都不能進(jìn)行再加工。
6、硫化速度的快慢 ，從T2－T90時段內(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)測硫化膠的抗返原性（此法不適用硫化時不具有明顯的交聯(lián)飽和度即硫化曲線一直升高的膠料）測量時以彈性模量到達(dá)大值時開始至下降5％或10％的時間來表示。硫化平坦期越長，彈性模量到達(dá)大值時開始至下降5％或10％的時間越長，抗返原性越好。選擇在180°下測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、看藥品混煉有沒均勻，從曲線的重復(fù)性
9、用硫化儀來做品管，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的X％增加成Y％，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，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，并對其進(jìn)行分析統(tǒng)計，劃分等級等等；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低時，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低時的tan＆可以表征混煉膠的加工性能和分散性能。對于同一，其值越大膠料的加工性能和分散性越好，對于同一，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低時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時的tan＆預(yù)測膠料的生熱。
12、縮短新產(chǎn)品開發(fā)時間、提早產(chǎn)品上市。
客戶提供新樣品，制定物性要求時，開發(fā)人員利用流變儀做各種實(shí)驗(yàn)，代替現(xiàn)場生產(chǎn)機(jī)器實(shí)驗(yàn)，可以提早開發(fā)新產(chǎn)品，節(jié)省成本。
13、當(dāng)化學(xué)藥品或膠料價格上漲時，利用流變儀修改制造，采用其他藥品或低價位之膠料，滿足原來之物性要求，又可以降低成本。
從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，硫化儀分有轉(zhuǎn)子硫化儀和無轉(zhuǎn)子硫化儀。二者測量原理相同，但由于結(jié)構(gòu)不同，結(jié)果無可比性。因?yàn)闊o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。硫化儀按試樣的不變形方式，一般可以分為直線剪切不變形硫化儀和扭矩剪切不變形硫化儀。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不變形型。
硫化儀用于分析、測定橡膠硫化過程的焦燒時間、正硫化時間、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、研究膠料及檢定產(chǎn)品質(zhì)量的檢測儀器。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)定性的測試，并進(jìn)行橡膠的設(shè)計和檢測。生產(chǎn)廠家可以在生產(chǎn)線上進(jìn)行在線檢測，掌握每一批、甚至每一時刻橡膠的硫化特性是否滿足制品要求。
硫化儀的測量原理：
一般情況下，膠料樣片放置在上下兩個模體中間（有轉(zhuǎn)子硫化儀放在轉(zhuǎn)盤上面）。通過與膠料樣片相連的模體（或轉(zhuǎn)子）的擺動使膠料受到扭矩的作用產(chǎn)生力信號；力信號通過與之相連的傳動部分把力傳到測量裝置）））傳感器上，傳感器把力信號轉(zhuǎn)換成電信號；電信號通過固定的控制裝置轉(zhuǎn)化成扭矩信號，在繪圖儀或計算機(jī)上繪制出來，就得到了硫化曲線。從一定意義上來講，硫化儀是用來作相對比較的設(shè)備。
硫化儀的功能：
橡膠硫化測試儀（簡稱硫化儀）用于分析、測定橡膠硫化過程的焦燒時間、正硫化時間、硫化速率、粘彈性模量以及硫化平坦期等性能指標(biāo)，是國家規(guī)定用于研制新產(chǎn)品、研究膠料及檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量的檢測儀器。
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)定性的測試，并進(jìn)行橡膠的設(shè)計和檢測。生產(chǎn)廠家可以在生產(chǎn)線上進(jìn)行現(xiàn)場檢測，掌握每一批、甚至每一時刻橡膠的硫化特性是否滿足制品要求。用來測定未硫化膠料的硫化特性，通過橡膠在模腔內(nèi)往復(fù)振蕩，對模腔的反作用轉(zhuǎn)矩（力）得到一條轉(zhuǎn)矩與時間的硫化曲線，科學(xué)地確定硫化的時間、溫度、壓力這三大要素，它們是終決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，也可測定混煉膠配合的物理性能。原料、加工過程、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)過程離線（中間生產(chǎn)）質(zhì)量控制的有效的手段之一。通常應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)的相對誤差在3％～4％，而硫化儀則達(dá)到1％～2％或者更低。因此生產(chǎn)中各個批號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。
可見通過精密硫化儀測試的準(zhǔn)確結(jié)果給予了生產(chǎn)時的重要技術(shù)依據(jù)，打破了單憑經(jīng)驗(yàn)來保證質(zhì)量的局面，從而避免了因避免了產(chǎn)品發(fā)生欠硫或過硫以及混煉不均勻的質(zhì)量問題，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，利用先進(jìn)的檢測設(shè)備來，確定硫化的工藝參數(shù)，確保產(chǎn)品的性能，滿足用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求。
先了解幾個術(shù)語概念：
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)或者大值等來做比對，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，并具備自然對數(shù)的變化特性，如果出現(xiàn)超出此對應(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，造成無法進(jìn)行加工等的現(xiàn)象，稱為焦燒。焦燒時間越長，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)的過程。
硫化儀測得的硫化曲線廣泛地用于原材料和的研究，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。
透過硫化曲線可掌握橡膠在硫化過程中相關(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、研究開發(fā)新、新產(chǎn)品：
（1） 透過硫化儀， 可取得橡膠在不同下所產(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?？捎行Эs短研發(fā)時程。
（2） 可針對一種新的或一種新的原料的基本性能進(jìn)行評價。
2、 運(yùn)用于產(chǎn)品的分級鑒定：
例如天然橡膠可以根據(jù)硫化儀測定的標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果來做分級。美國的聯(lián)合炭黑公司把硫化曲線作為評判其炭黑質(zhì)量的佳方法，對其部分的產(chǎn)品只提供硫化曲線作為性能指標(biāo)。
3、用硫化儀測定正硫化時間比用傳統(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)變試驗(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、 焦燒時間的應(yīng)用可避免死膠的情形發(fā)生， 也可評斷之可操作性。
5、 如輪胎這樣的厚壁制品的硫化，不是等溫過程，而且各部位的溫度差別很大，利用硫化仿真器和溫度過程控制的硫化儀就可以十分逼真地測定膠料在實(shí)際加熱條件下的硫化過程，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)的時程縮短， 可大大的提升研發(fā)的效率， 相對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、利用硫變儀可以測定焦燒時間、硫化時間。
正硫化又稱宜硫化，意指橡膠制品的主要性能達(dá)到或接近佳值的硫化狀態(tài)。
正硫化時間是指橡膠制品達(dá)到正硫化狀態(tài)所需的時間。實(shí)際上，正硫化時間是個范圍，而不是一個點(diǎn)，平坦期越長的橡膠物理性越好．
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，來檢測膠料及化學(xué)藥品是否混煉均勻．
3、看有沒有塑煉，就是沒加促進(jìn)劑等化學(xué)藥品前人員有無把各種膠混合好，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間對比判斷，從而有效避免煉膠時死膠等問題。
5、看加工性能，從ML，此值反應(yīng)膠料流動性好壞，如膠料流動性過高或過低都不能進(jìn)行再加工。
6、硫化速度的快慢 ，從T2－T90時段內(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)測硫化膠的抗返原性（此法不適用硫化時不具有明顯的交聯(lián)飽和度即硫化曲線一直升高的膠料）測量時以彈性模量到達(dá)大值時開始至下降5％或10％的時間來表示。硫化平坦期越長，彈性模量到達(dá)大值時開始至下降5％或10％的時間越長，抗返原性越好。選擇在180°下測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、看藥品混煉有沒均勻，從曲線的重復(fù)性
9、用硫化儀來做品管，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的X％增加成Y％，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，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，并對其進(jìn)行分析統(tǒng)計，劃分等級等等；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低時，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低時的tan＆可以表征混煉膠的加工性能和分散性能。對于同一，其值越大膠料的加工性能和分散性越好，對于同一，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低時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時的tan＆預(yù)測膠料的生熱。
12、縮短新產(chǎn)品開發(fā)時間、提早產(chǎn)品上市。
客戶提供新樣品，制定物性要求時，開發(fā)人員利用流變儀做各種實(shí)驗(yàn)，代替現(xiàn)場生產(chǎn)機(jī)器實(shí)驗(yàn)，可以提早開發(fā)新產(chǎn)品，節(jié)省成本。
13、當(dāng)化學(xué)藥品或膠料價格上漲時，利用流變儀修改制造，采用其他藥品或低價位之膠料，滿足原來之物性要求，又可以降低成本。
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