橡膠綜合物理性能實驗

一、實驗目的： 1、通過實驗，了解橡膠綜合物理性能實驗中使用的各種實驗儀器，如：硫化儀、平板硫化機、拉力實驗機、門尼粘度計、炭黑分散度測量儀、比重測量儀、硬度計等實驗儀器。 2、通過實驗，了解上述實驗儀器的工作原理。 3、通過實驗，掌握上述實驗儀器的操作方法。 4、利用上述實驗儀器，對經過混煉后的膠料進行各種物理性能的測試（包括硫化曲線的測定；炭黑分散度測量；拉伸、撕裂、剝離；門尼粘度測量；分散度測量；比重測量；硬度測量等）。掌握各種測試方法及測試目的，加深對理論知識的理解和應用。 5、通過對實驗數據的分析，掌握一些相關的數據處理的知識。 二、硫化儀 無轉子硫化儀用于檢測混合橡膠的硫化特性。它采用密閉型的模體擺動，把膠料放入中空的密閉模腔內直接受壓加熱，并由兩個溫控表分別控制上下模腔的溫度。下模擺動頻率為1.67HZ（100r/min）。硫化的轉矩-時間曲線由位于主機下方的轉矩測量系統測量，通過計算機繪制出曲線及結果。 硫化測量參數：硫化時間，硫化曲線的讀取。 硫化儀適用范圍：橡膠硫化測試儀器（簡稱硫化儀）是用來測量橡膠硫化過程的一種標準化儀器。生產橡膠制品的廠家可以用它進行橡膠均勻性、重現性、穩定性的測試，并且進行橡膠配方的設計和檢測。目前一些廠家用硫化儀進行在線檢測，檢測每一批，甚至是每一時刻橡膠的硫化特性是否滿足制品的要求。 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。通過與膠料樣片相連的模體的擺動使膠料受到扭矩的作用產生力信號；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，傳感器把力信號轉換成電信號；電信號通過固定的控制裝置轉化成扭矩信號，在繪圖儀或計算機上繪制出來，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備。只有比較才能看出膠料配方的變化以及溫度設定對硫化的影響等。 硫化儀的擺動角度：按照標準，無轉子硫化儀的擺動角度應為1°或0.5°，初配置均為1°。擺動角度對于硫化數據的影響和頻率相似，各種角度測量的硫化數據結果不同，但都可以用于橡膠硫化的檢測。角度越大，施加于膠樣上的扭矩就越大，測量得到的數據就越大。對于特別軟的橡膠易采用大角度的擺動。反之，硬膠采用小一些的擺動角度就可。總之，選用不同擺角的目的都是為了能更清楚的顯示測量數據。現在所有數據都是計算機或單片機計算，數據再小也可以分辨，對于一般橡膠硫化來說，變化角度的實用性不大，標配角度足以適用于所有橡膠。 三、硫化（Valcanization） 硫化是橡膠與硫磺、促進劑等在一定溫度、壓力、時間下，使橡膠大分子鏈發生交聯反應的過程，也就是塑性橡膠轉化為彈性橡膠的物理機械性能和化學性能的工藝過程。 幾個相關概念： 1、焦燒（scorching）：指橡膠膠料在加工過程中產生早期硫化的現象。為避免焦燒的危險，一半要加防焦劑。 2、交聯（crosslinking）：線型聚合物分子鏈間的化學鍵合。 3、塑煉：打斷分子鏈，從彈性變成塑性，增加可塑度（流動性），實質是降低分子量，降低黏度等。 使用設備：平板硫化機（硫化三要素） 四、炭黑分散度儀 在橡膠工業中炭黑作為補強劑，是重要的原料，僅次于橡膠居于二位的，它不僅能提高橡膠制品的強度和耐磨性，而且能改進膠料的工藝性能。炭黑分散度，是指炭黑在橡膠中分散情況，即指炭黑在膠料中分散均勻的程度，其指標是衡量膠料質量和預測成品性能好壞的重要尺度，若炭黑在膠料中分散不均勻，將嚴重影響橡膠制品的質量。 炭黑分散度儀基本原理是：當一塊硫化膠被切割而斷裂時，由于未分散的炭黑聚集體相對于周圍的橡膠介質來說具有較高的硬度，致使切割徑跡偏離，造成切割表面粗糙不平,反光效果不同，凸起的部分反光強呈現“白點”，凹陷或較平坦的部分呈現大面積的灰色或黑色，即可得到分散度圖像，分散度圖像的特點是：黑色底色上分布著許多白點（未分散顆粒）。炭黑分散性越差，切割徑跡偏離越嚴重，表面粗糙度越大；反之則小。因此，根據標準照片，借助低倍率顯微鏡觀察，就能按切割表面的粗糙度來分析和確定膠料中炭黑的分散度。 R-S試驗法是菲利浦公司的Railsbackt和Stump提出的方法(取兩者的一個字母稱為R-S法)，其測定方法是,首先將分散狀態不同的混煉膠剖面拍攝成30倍率的顯微鏡照片，并制作認為是分散度差的試樣為1度，以分散度高的試樣為10度的標準照片。再用波拉羅伊德照相機拍攝現場混煉膠料的硫化膠試樣剖面，通過用拍得的照片與標準照片比較，即可測定分散度(DR)。 瑞典Optigrader公司的Dispergrader法是一種能夠自動判別分散度的方法，究其原理也是顯微照相法。使用中發現，該儀器對同一膠料的多次重復測試中，會判定出不同的等級。 五、門尼黏度儀 門尼黏度儀，可測定生膠或混煉膠之門尼粘度，提供了三種測定數據，一是門尼粘度的測定，二為應力松馳特性的測定，三為早期硫化性的測定。 本次實驗主要測定膠料的門尼黏度值。黏度是膠料在應力作用下對流動的阻力。 門尼黏度（Mooney Viscosity）以符號ML100℃1+4表示，其中ML表示大轉子轉動黏度值，100℃表示實驗溫度，1表示預熱1分鐘，4表示加熱4分鐘。取值是實驗的后30秒的低值。 門尼黏度計是由美國的Rubber公司的Melvin Mooney 在20世紀30年代研制的。主要用于測定生膠和混煉膠。 操作步驟為：將兩塊較好的體積為25cm3的橡膠試樣放入模腔中，上下模型關閉后，形成封閉的有壓力的壓模，將一個特殊的轉子嵌入膠料中，轉子和模具的表面可有槽防止在轉子轉動時，橡膠在轉子和模型的表面打滑。在上下模關閉后，有一段預熱時間使橡膠升溫至儀器設定的溫度，然后轉子在2r/min的速度下轉動一定時間。以門尼單位（Mooney Units，MU）記錄黏度值。 六、硬度計 硬度是測試硫化橡膠抵抗施加外力的變形的能力，是材料對壓印、刮痕等外力的抵抗能力。這產生了對橡膠膠料在非常有限的變形時的“模量”的測量。如果外力是通過彈簧施加給硬度計的，這種方法叫邵爾（Shore）硬度法。 硬度計將本計垂直壓於被測物表面，指針所指紙之刻度，即為被測物之硬度。 七、比重計 硫化橡膠膠料樣品的比重可以通過阿基米德原理 Archimedes原理（浸在液體里的物體受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被該物體排開的液體的重量）來測量和計算，樣品分別在水中和空氣中稱重。 八、拉力實驗機 1、拉伸實驗：一個硫化好的膠料裁成啞鈴形試樣，在設定的速度下被拉斷，同時測定其產生的拉力。可以測定的主要數據是： （1）拉伸強度：是啞鈴形樣品在斷裂時的大拉伸力； （2）斷裂伸長率：是指斷裂時的應變； （3）定神應力：一般是在斷裂之前在不同預定應變（100%和300%）下測量和記錄的。 2、撕裂實驗：橡膠制品的缺口和缺陷位置的高應力集中會導致撕裂和斷裂的擴展。 實驗中使用的試樣的形狀為人字形的，試樣有一個直角，出現應力集中，從而引發撕裂，無需缺口。