轮胎胶料性能测试仪器及其进展

一、测试的原理及基本 方法有一系列的标准规 范
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• 早期，人们是用手、眼、牙齿作为橡胶产 品和橡胶胶料的检测手段
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• 随着橡胶工业的发展，已经建立了一系列 较为全面的测试方法标准：
国家标准GB、行业标准HB 国际标准ISO
美国材料学会标准ASTM
……
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• 国家标准中关于橡胶基础物理性能测试的 方法标准有135项（未包含行标）
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用门尼粘度计进行 胶料松弛性能的测定
• 门尼松弛测试所获得的应力松弛结果与工 厂加工过程中出现的问题具有一定的相关 性。所以可以以此来了解胶料的特性
• 近来仪器的发展，绝大部分都是基于这些 标准的原理和所规定的方法。其改变只是 更精确、更全面
• 标准也存在一个与时俱进的问题，也在不 断的修订或复审
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加工性能测试 强伸性能测试 使用性能测试
近20年开始重视 最早受到重视 正在受到重视
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二、测试的精确度、可 靠性、效率，以及在减 少操作人员和避免人为 误差方面有了明显的提 高
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现代测试技术推动了仪器在功能、精度等 方面的飞速发展： 1.高精度的传感器技术 2.计算机技术（数字化技术） 3.自动控制技术 4.新材料技术
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橡胶压缩生热试验机
（ Goodrich Flexometer ）
• 执行标准：
GB1687、ISO4666、ASTM D623
• 原理：
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门尼粘度计
• 门尼粘度计的主要用途是控制生胶的质量 和检测天然橡胶和合成橡胶的加工性能
• 门尼粘度值与天然橡胶和丁苯橡胶的分子 量分布具有相关性，它可比较不同等级生 胶在混炼和塑炼时的特性
• 门尼粘度计也用于对胶料的焦烧时间和硫 化速度进行评价，但现在已逐步被硫化仪 所wenku.baidu.com代
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温度测量系统
• 传统试验机： 只有试样底座接触测温方式
• 新型试验机： 增加了使用自动温度探针测量试样内部
温度的功能，避免了温度的偏差
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温度测定方式
1. 试样温度由下夹具托盘中心点接触温度测 定
2. 试样的内部温度由气压驱动的温度探针在 试验结束时测取
3. 也可以将温度探针在整个试验过程中都保 留在试样内部实时测取（探针的位置由一 个线性马达驱动、调整，使之始终处于试 样平均高度一半的位置）
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自动测试功能
试样库内部结构 1、高度测量站 2、增量编码器 3、试样标准储存架 4、试样输入区 5、自动加料臂
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扩展功能
• 通过调整软件可以进行恒应力屈挠试验 • 还可以多种不同的试验波形曲线测试材料
的粘弹特性
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三、测试仪器的使用位 置从研究实验室向混炼 车间快检站转移
• 质量控制试验最根本的要求是要简单、重 现性好、可靠性好。
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门尼粘度计
• 门尼粘度计（圆盘剪切粘度计）属转动型塑性计
• 由转子、模腔、加热控温装置和转矩测量系统组 成。
• 在试验过程中，保持恒定的温度和压力，圆盘形 转子以恒定速率（一般为2.00r/min）在充满橡胶 的圆柱形模腔内旋转，转子的表面和模腔内壁之 间发生剪切作用。测定橡胶对转子转动所施加的 转矩，作为橡胶生胶或胶料的粘度值――门尼粘 度值。
轮胎胶料性能 测试仪器及其进展
北京万汇一方科技发展有限公司 陈毅敏
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一、测试的原理及基本方法有一系列的标准 规范
二、测试的精确度、可靠性、效率，以及在 减少操作人员和避免人为误差方面有了明 显的提高
三、测试仪器的使用位置从研究实验室向混 炼车间快检站转移
四、几种应该重视的仪器
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特殊用途的多速门尼粘度计
• 国内：
中科院长春应用化学研究所曾试制过有12个速 度（0.05～3r/min）的变速门尼粘度计，
• 国外
日本也有多速门尼粘度计产品（11个速度： 0.05～120r/min）。
• 多速门尼粘度计在使用中往往会遇到由于橡胶与 金属部件之间的滑移产生偏差，以及剪切速率提 高而生热带来的限制。
• 采用线性马达驱动结构取代传统的偏心驱动结构， 使整个仪器的动态性能得到提高
偏心驱动结构
- 机械控制 - 噪音大 + 低能耗 + 无需水冷 + 造价低
液压驱动结构
- 高能耗 - 需要水冷 - 液压油渗漏 + 高动态性能 + 电子控制
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线性马达驱动结构
+ 低能耗 + 无需水冷 + 高动态性能 + 电子控制 + 环保 + 低噪音 - 造价高
通过控制温度及惰性杠杆系统的平衡，试 验在恒定应力的作用下以一定的振幅、频 率压缩试样，测定试样的温升及压缩变形
• 主机组成：
偏心机构、加荷系统，平衡机构
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平衡机构 偏心机构 加载系统
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橡胶压缩生热试验机
（ Goodrich Flexometer ）
• 用于表征硫化橡胶在压缩屈挠下的温升及 耐疲劳性能
• 分析确定橡胶胶料的疲劳寿命 • 间接预测轮胎或其他橡胶制品的使用寿命
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新型自动压缩疲劳试验机
• 基本功能是根据国际标准ISO 4666 界定的 恒应变屈挠试验机。
• 其驱动结构和温度测量系统作了革命性的
变化。 • 具有自动测试功能 • 通过调整软件还可以扩展其功能
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驱动结构
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• 20年前（我国轮胎厂）快检站三大项目： 比重天平、硬度计、拉力机
• 现在的标配设备； 门尼仪、硫化仪、硬度计、比重天平
• 正在逐步进入快检站的设备： 炭黑分散度测定仪、加工性能试验机、磨 耗试验机（？）
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• 测试仪器用于质量控制从研究实验室向混 炼车间快检站转移所带来的变化： 必须适应现代轮胎制造技术的要求 必须适应混炼车间的节奏 必须适应混炼车间的环境
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门尼粘度计
• 门尼粘度计与压缩型塑性计相比，其主要 优点是可以在恒速率下连续剪切变形，因 而可以研究胶料的触变效应和结构效应。
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门尼粘度计
• 门尼粘度计的使用限制在于其剪切速率。 • 橡胶加工过程中的剪切速率大约范围：
a）模压1～10／秒； b）混炼和压延10～100／秒； c）压出100～1000／秒； d）注射硫化1000～10000／秒。 • 标准的门尼粘度计以大约1.6／秒的剪切速 率工作（剪切速率随转子的直径而异）