膠料流動(dòng)性分析儀

寇利濤，朱家順，于鑫，陳浩

（特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266061）

膠料流動(dòng)性分析儀

寇利濤，朱家順，于鑫，陳浩

（特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266061）

介紹了一種測(cè)試混煉膠料流動(dòng)性的檢測(cè)設(shè)備——膠料流動(dòng)性分析儀,該設(shè)備可快速對(duì)混煉膠料的流動(dòng)性進(jìn)行檢測(cè)，為保障膠料在壓出工序的加工性能的穩(wěn)定提供判斷依據(jù)；同時(shí)該設(shè)備可測(cè)試膠料擠出膨脹率，為壓出口型設(shè)計(jì)提供依據(jù)。VMA 具有專門的軟件系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)顯示測(cè)試過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。VMA可廣泛應(yīng)用于各類橡膠制品加工行業(yè)。

橡膠；流動(dòng)性；加工性能；快檢；膠料

各類橡膠制品加工過(guò)程中，如何保證膠料的加工性能穩(wěn)定，一直是工程技術(shù)人員非常關(guān)注的問(wèn)題。因?yàn)橄鹉z的加工性能不僅關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性而且還對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本有著重要的影響[1]。一直以來(lái)，行業(yè)內(nèi)普遍采用門尼黏度來(lái)表征膠料的加工性能[2]，但是在生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題：明明門尼黏度檢測(cè)結(jié)果合格，但是在壓出工序卻出現(xiàn)膠料加工性能波動(dòng)導(dǎo)致的部件尺寸不合格等質(zhì)量問(wèn)題。出現(xiàn)這樣的情況，主要是門尼黏度的測(cè)試條件剪切速率與壓出工序的實(shí)際加工條件存在較大的差異，而橡膠材料屬于非牛頓流體，存在剪切變稀的現(xiàn)象。也就是說(shuō)橡膠材料在不同的剪切速率下，具有不同的流動(dòng)性即不同的加工性能。VMA正是針對(duì)這個(gè)問(wèn)題而研發(fā)的專門用于檢測(cè)混煉膠料在各種生產(chǎn)條件下流動(dòng)性的快速檢測(cè)設(shè)備。

1 結(jié)構(gòu)

VMA設(shè)備由特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司研發(fā)，采用德國(guó)進(jìn)口高精度傳感器作為核心配件，設(shè)備整體設(shè)計(jì)符合人體工學(xué)，操作簡(jiǎn)單，在保證快速測(cè)試的同時(shí)確保操作者勞動(dòng)強(qiáng)度適中。設(shè)備的外觀如圖1所示。

2 性能參數(shù)

VMA的主要性能參數(shù)如下：

測(cè)試周期 ≤1 min/樣品

測(cè)試顯示精度 0.01 mm

適用膠片厚度 5～8 mm

測(cè)試溫度 90 ℃

溫控精度 ±0.5 ℃

測(cè)試液壓壓力 0.7～33 MPa（分級(jí)控制）

壓力控制精度 ±1%

適用工作時(shí)間 三班連續(xù)使用

工作環(huán)境噪音 ≤60 dB （距設(shè)備1 m處測(cè)量）

3 功能特點(diǎn)

（1）檢測(cè)速度快，可作為膠料快檢工具

VMA設(shè)備檢測(cè)的過(guò)程如圖2。

圖2 VMA檢測(cè)流程示意圖

取樣：VMA配備有自動(dòng)取樣裝置，只需將終煉膠片放到取樣工位，取樣裝置自動(dòng)完成取樣，該操作大約耗時(shí)15 s左右；但該步操作可與“預(yù)熱”和“測(cè)試”過(guò)程同步進(jìn)行。

裝試樣：該過(guò)程由人工完成，該過(guò)程大約需要8 s左右。

預(yù)熱：該過(guò)程由設(shè)備自動(dòng)完成，預(yù)熱時(shí)間可調(diào)，一般設(shè)置30s。

測(cè)試：該過(guò)程由設(shè)備自動(dòng)完成，需要13s。

剔除試樣：該過(guò)程由試樣自動(dòng)剔除裝置完成，大約需要5s。

正常情況下，一個(gè)測(cè)試周期一般小于60s。檢測(cè)速度快使得VMA能夠作為膠料快檢工具，對(duì)每一車次的膠料進(jìn)行流動(dòng)性的檢測(cè)，以確保每一車次膠料的加工性能是穩(wěn)定可控的，從而保證壓出工序生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定。

（2）貼近生產(chǎn)，對(duì)生產(chǎn)有實(shí)際指導(dǎo)意義

由于橡膠材料屬于非牛頓流體，其存在剪切變稀的特性，膠料在不同的加工條件下，其表現(xiàn)出來(lái)的加工性能也是不同的，因此在測(cè)試或評(píng)價(jià)膠料的加工性能時(shí)，必須考慮加工條件。VMA測(cè)試溫度范圍90～120℃，剪切速率40～200/s，該溫度和剪切速率范圍與壓出工序?qū)嶋H生產(chǎn)條件吻合，因此VMA測(cè)試的膠料流動(dòng)性能很好的指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

（3）測(cè)試精度高重現(xiàn)性好

VMA主要測(cè)試部件均采用進(jìn)口傳感器和零部件，以保證測(cè)試的精度和重現(xiàn)性。具體參數(shù)在本文第2部分有詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)我們對(duì)VMA設(shè)備進(jìn)行CMK（設(shè)備能力指數(shù)）測(cè)算的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，VMA的CMK可達(dá)1.91，大于1.67，滿足設(shè)備測(cè)試要求。

（4）具備擠出膨脹率測(cè)試功能，為壓出口型設(shè)計(jì)提供依據(jù)

VMA通過(guò)激光測(cè)微儀裝置對(duì)靠近口模出口處的膠料直徑進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度可達(dá)0.01 mm。測(cè)試裝置與VMA控制軟件直接連接，擠出膨脹數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)文件的一部分進(jìn)行存儲(chǔ)，可繪制擠出膨脹數(shù)據(jù)與剪切速率之間的關(guān)系。

通過(guò)擠出膨脹的測(cè)試，可為壓出口型設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

（5）適應(yīng)性廣

VMA適合所有橡膠制品的膠料流動(dòng)性檢測(cè)，同時(shí)也可用于天然膠、合成橡膠等原材料流動(dòng)性的檢測(cè)。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 原材料加工性能評(píng)價(jià)

圖3中是3種不同的SBR膠門尼黏度與流動(dòng)性測(cè)試值，從圖3表中可以看出，SBR1500和SBR1721的門尼黏度值相差只有2個(gè)，相對(duì)偏差3.9%，但流動(dòng)性的差異達(dá)到82個(gè)，相對(duì)偏差達(dá)103.8%。

圖3 不同膠料流動(dòng)性與門尼黏度

通過(guò)VMA測(cè)試原膠的流動(dòng)性，可以直觀的判斷原材料的加工性能，為密煉加工提供依據(jù)。

4.2 終煉膠混煉質(zhì)量過(guò)程控制

通過(guò)VMA對(duì)每一批次膠料流動(dòng)性的檢測(cè)，可及時(shí)掌握膠料加工性能的波動(dòng)，對(duì)于流動(dòng)性不合格膠料可根據(jù)偏離程度制定不同的摻膠比例使用，有利于半部件的穩(wěn)定生產(chǎn)，參見圖4；同時(shí)對(duì)于波動(dòng)較大的，可及時(shí)對(duì)密煉工藝和原材料進(jìn)行追溯，以排除生產(chǎn)質(zhì)量隱患。

VMA作為密煉控制的快檢工具，能夠及時(shí)快速地反映密煉工藝波動(dòng)和原材料波動(dòng)；對(duì)于膠料壓出生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量穩(wěn)定性有明顯的提升。

4.3 終煉膠流動(dòng)性隨停放時(shí)間變化

從圖5和圖6可以看出，膠料的流動(dòng)性隨停放時(shí)間增加而變差，在停放7天之后出波動(dòng)并穩(wěn)定在一個(gè)水平上；同時(shí)不同膠料隨停放時(shí)間流動(dòng)性的變化也有明顯的差異。

圖4 不同批次膠料流動(dòng)值推移圖

通過(guò)研究膠料隨停放時(shí)間的變化，可為生產(chǎn)部門制訂一個(gè)合理的停放時(shí)間，以保證生產(chǎn)加工過(guò)程的質(zhì)量穩(wěn)定。

圖5 終煉膠流動(dòng)性隨時(shí)間變化（絕對(duì)量）

圖6 終煉膠流動(dòng)性隨時(shí)間變化（相對(duì)量）

5 結(jié)語(yǔ)

VMA能夠在高剪切速率下快速準(zhǔn)確測(cè)試膠料流動(dòng)值，更真實(shí)反映膠料實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的加工性能，實(shí)現(xiàn)膠料流動(dòng)性的真正快檢。

[1] 劉亞?wèn)|，張新惠. 橡膠加工性能的測(cè)試.化工標(biāo)準(zhǔn)化, 1985, (5), 21～26.

[2] 權(quán)艷，紀(jì)波. GB/T1232.1—2000《未硫化橡膠用圓盤剪切粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定 第1部分:門尼黏度的測(cè)定》相關(guān)技術(shù)問(wèn)題.化工標(biāo)準(zhǔn).計(jì)量.質(zhì)量, 2002，(7):11～16.

ViscoMeter analyzer

ViscoMeter analyzer

Kou Litao , Zhu Jiashun
( TTA(Qingdao) Tire Technology CO., LTD, Qingdao 266061, China)

A new machine (ViscoMeter Analyzer) to test the viscosity of rubber was introduced in this paper. VMA can quickly complete the test of viscosity of the rubber within 60 s which can help to judge the rubber’s processability. Also VMA can test the expansion ratio of rubber extruding from the extruder which can help to design the extruder die. VMA have a professional software, and it shows the data constantly and makes a test report automatically. VMA can be used in all kinds of rubber industry.

rubber; viscosity; processability; rapid detection; rubber mass

TQ330.492

1009-797X(2016)19-0054-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.19.009

（R-01）

寇利濤（1978-），男，碩士，畢業(yè)于華南理工大學(xué)材料加工工程專業(yè)，主要從事輪胎工業(yè)技術(shù)研究方面的工作。

2016-06-30