丁二烯橡膠門尼粘度測試準確性的研究*

蔡蓮婷

（中國石化公司廣州分公司，廣東廣州510700）

丁二烯橡膠門尼粘度測試準確性的研究*

蔡蓮婷

（中國石化公司廣州分公司，廣東廣州510700）

門尼粘度分析結(jié)果與原料生產(chǎn)廠家提供的測試結(jié)果差距較大。對采樣方法、分析步驟、分析過程及設(shè)備等引起誤差的多方面進行了細化，減少了人為誤差，提高了門尼粘度測試結(jié)果的準確性。

門尼粘度值；最大相對偏差；精確度；準確度

順丁橡膠是生產(chǎn)高抗沖聚苯乙烯塑料的主要原料，由于順丁橡膠的分子結(jié)構(gòu)主要是順式1，4-結(jié)構(gòu)，分子排列規(guī)整，所以其彈性比天然橡膠還好。順丁橡膠的玻璃化溫度Tg=－105℃，故它的低溫物理性能很好，耐寒溫度低于－55℃。彈性是通用橡膠中最好的一種。門尼粘度值是順丁橡膠的一個重要測試指標，可以比較直觀的反應(yīng)順丁橡膠的聚合度與分子量分布。表示符號為Z100℃（1+4）。門尼粘度值的測定是一個對試驗條件依賴性較大的試驗，對儀器本身的校驗、溫度、轉(zhuǎn)子、樣品采集及測試方面要求較高。特別是雙輥混煉機不符合GB/T6038標準要求，使化驗四室的橡膠測試結(jié)果與生產(chǎn)廠家外報結(jié)果相差較遠，無法滿足生產(chǎn)要求[1]。為完成橡膠分析的建崗工作，對目前影響門尼粘度測試結(jié)果的各種因素（例儀器原因、橡膠采樣、樣品均化、轉(zhuǎn)子的選擇等）多方面進行分析，并通過查找各種影響測試結(jié)果的因素，提高順丁橡膠門尼粘度分析結(jié)果的重現(xiàn)性和再現(xiàn)性。

1 試驗部分

1.1 儀器和設(shè)備

雙輥開煉機（S564B），F(xiàn)UZI ELECTRIC CO LTD；

門尼粘度儀（SMW-201），日本島津，使用廠家所在地：廣石化茂名市；

門尼粘度儀（SMW-202），日本島津，使用廠家所在地：北京市；

準標準橡膠⑴：（茂名測試結(jié)果為42.7，北京測試結(jié)果為42.3，相對準值為42.5門尼值）；

門尼粘度單位：門尼值，縮寫：M。

1.2 試驗原理

將一個嵌入橡膠的圓盤（內(nèi)置模芯），小心的置入堅硬的模腔中，在（100±0.5）℃的溫度和（11.5± 0.5）kN的轉(zhuǎn)動力作用下，緩慢而連續(xù)的向同一方向轉(zhuǎn)動一定的時間，測量由橡膠對轉(zhuǎn)動的阻力，并用門尼值表示[2]。

1.3 儀器校驗

門尼粘度是類似塑料熔指分析的條件試驗，對溫度和壓力比較敏感，在進行條件試驗之前，首先需要對溫度傳感器進行校驗。然后檢驗初始轉(zhuǎn)矩是否滿足標準的規(guī)定的±0.5 M誤差范圍，這是進行門尼粘度分析的前提條件。

2 結(jié)果和討論

2.1 試驗溫度對門尼測試結(jié)果的影響

2.1.1 對溫度偏差進行條件試驗

國標GB/T1232.1-2000中對溫度的規(guī)定比較嚴格，溫度偏差較大，現(xiàn)在儀器存在上、下模腔同時設(shè)定為100℃時，合模溫度顯示在100.6～100.8℃，沒有滿足國標（100±0.5）℃的要求[3]。因此，在北京進行設(shè)置溫度對測試結(jié)果的條件試驗見圖1所示，以便確認溫度對門尼值影響的范圍。從試驗結(jié)果來看門尼值隨溫度的減小而稍有升高的趨勢。但在（100±0.5）℃和（100±1.0）℃2種溫度范圍變化在±1門尼值之間，滿足國標對兩個測試結(jié)果差值≯2個門尼值的要求。

2.1.2 溫度設(shè)定值調(diào)整后的測定結(jié)果

由于門尼粘度計顯示溫度超出標準方法規(guī)定的溫度設(shè)定，將儀器上下模腔溫度設(shè)定為99.5℃，并用計量過的溫度計校驗修訂溫度設(shè)定值，使儀器合模后顯示數(shù)值滿足國標（100±0.5）℃要求。其測試結(jié)果見表1。

表1 修訂溫度下的門尼粘度值Table 1 Test result of Mooney viscosity under the modified temperature 門尼值

從表1分析數(shù)據(jù)可以看出，修訂溫度后的測試結(jié)果進一步縮小了與準值的相對偏差。

2.2 采集均勻性對橡膠門尼測試結(jié)果的影響

由于高順丁膠在庫房條件存放時有冷流現(xiàn)象，為考察不同位置的樣品是否對測試結(jié)果有一定的影響，在25 kg一包的橡膠中采淺表、中、深部等不同位置的樣品，以確認冷流現(xiàn)象對測試結(jié)果的影響，見表2。

表2 采樣均勻性對橡膠門尼粘度的影響Table2 Influence of sampling uniformity on Mooney viscosity門尼值

從表2可以看出，由于沒有嚴格控制存放環(huán)境溫度，造成外表層出現(xiàn)冷流現(xiàn)象，使門尼粘度升高，并且在樣品粉碎時易損壞破碎刀具，增加工藝成本。因此建議整改橡膠存放的環(huán)境條件盡量做到在低溫干燥的環(huán)境中存放，提高高順橡膠的穩(wěn)定性。

2.3 雙輥開煉對高順丁膠的影響

由于采樣均勻性對橡膠各部位門尼值影響比較大，為了改善橡膠質(zhì)量，提高測試結(jié)果的重現(xiàn)性，在測試前對橡膠進行樣品預(yù)處理。采用雙輥開煉法將從不同部位采取的橡膠進行混煉，測試結(jié)果如下，見表3。

表3 采用雙輥開煉法得到的測試結(jié)果表Table 3 Test result of twin-roller open mill method 門尼值

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，高順橡膠經(jīng)過雙輥開煉后，得到的測試結(jié)果重現(xiàn)性較差。因此對于高順橡膠，由于其粘度較底，氣孔分布相對比較均勻，因此在GB/T15340中明確規(guī)定應(yīng)優(yōu)先采用直接從實驗室采集的樣品中剪取厚度適宜的試料。

2.4 偶然誤差對測試結(jié)果的影響因素

為進一步提高分析結(jié)果重現(xiàn)性，在采樣、測試樣品厚度、試驗溫度、樣品勻化等多方面進行了詳細的對比試驗，在經(jīng)過反復(fù)試驗并制定較為詳細的操作步驟后，分析數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性有了較大的提高。表4、表5是同一批橡膠在改進前后的重現(xiàn)性比較。

表4 改進前同一批橡膠在不同的條件下測試結(jié)果分析Table 4 Test result under different condition before modification 門尼值

從表4中可以看出，在不同的試驗條件下，測試結(jié)果偏差較大，特別是樣品的采集量和聚酯膜的厚度對測試結(jié)果影響較大。在與北京測試數(shù)據(jù)對比時發(fā)現(xiàn)他們在測試過程中并未采用聚酯膜。在采用50μm的聚酯膜時，分析結(jié)果與北京的測試結(jié)果比較接近，見表5。

表5 改進后測試結(jié)果Table 5 Test result after modification 門尼值

從表5可以看出門尼粘度測試結(jié)果對操作細節(jié)依賴性較強，在儀器運行正常的情況下，人為的操作誤差是造成試驗結(jié)果偏差的主要原因。

2.5 轉(zhuǎn)子選擇對測試結(jié)果的影響

轉(zhuǎn)子選擇對測試結(jié)果的影響見表6。

表6 兩種轉(zhuǎn)子的數(shù)據(jù)對比Table 6 Data contrast of two kinds of rotors 門尼值

在分析轉(zhuǎn)子對測試結(jié)果的影響時發(fā)現(xiàn)小轉(zhuǎn)子的分析結(jié)果偏大，這主要是由于小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速較大，熔體的剪切力增大，門尼粘度升高。在標準中規(guī)定一般情況采用大轉(zhuǎn)子，目前國內(nèi)多采用大轉(zhuǎn)子，以增加數(shù)據(jù)可比性。

2.6 分析數(shù)據(jù)對比試驗

表7為培訓(xùn)前后同一崗位不同人員在同一臺設(shè)備的測試數(shù)據(jù)。

表7 不同人員的測試數(shù)據(jù)Table 7 Test data in the same equipment by different personnel in the same post before and after training門尼值

通過對比培訓(xùn)前后的試驗數(shù)據(jù)可以看出，在對測試儀器、采樣條件、樣品勻化、操作步驟細化等多方面影響測試結(jié)果的因素進行改進后，同一崗位的分析人員測試結(jié)果的標準偏差由 2.21%降為0.62%，測試結(jié)果重現(xiàn)性較好。

從表8、表9可以看出，將同一批橡膠送往北京燕山、茂名石化、廣石化3家單位，采用島津不同型號的儀器進行測試。分析結(jié)果最大相對偏差在1.3 M之內(nèi)。遠低于GB1232.1-2000中規(guī)定的2次測試結(jié)果（指同一臺設(shè)備）在2個門尼單位之內(nèi)的要求。同時與日本進口橡膠的標準數(shù)據(jù)對比，測試結(jié)果同樣在2個門尼單位之內(nèi)。

表8 與茂名石化公司、北京廠家外報數(shù)據(jù)對比Table 8 Data contrast with Maoming petrochemical Company and Beijing Company

表9 與日本橡膠分析數(shù)據(jù)對比Table 9 Data contrast with Japan

3 結(jié) 論

（1）對于條件試驗，首先要保證設(shè)備的溫度和壓力在標準要求的范圍之內(nèi)，對溫度傳感器進行校驗，并檢驗轉(zhuǎn)矩是否滿足標準的誤差范圍。

（2）應(yīng)正確認識對于條件試驗中偶然因素對測試結(jié)果的影響，分析誤差的來源，減少由于采樣、樣品制備等方面對測試結(jié)果的影響，提高測試結(jié)果的重現(xiàn)性。

（3）對分析人員進行培訓(xùn)，提高操作熟練程度。

（4）細化操作步驟，減少人為誤差。

（5）要認真研讀分析標準，向在橡膠分析領(lǐng)域比較有經(jīng)驗的單位或標準起草單位請教，掌握正確的分析方法。

（6）通過對大量的數(shù)據(jù)的分析、總結(jié)和對比，得到最佳的測試結(jié)果，提高門尼粘度分析結(jié)果的準確性。

[1]中國石油化工股份有限公司科技開發(fā)部.石油化工產(chǎn)品及試驗方法標準匯編[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2]邵光杰.橡膠工藝配方和研究[M].北京：中國橡膠工業(yè)出版社，2003.

[3]成都科學(xué)技術(shù)大學(xué)，天津輕工業(yè)學(xué)院，北京化工學(xué)院.高分子化學(xué)及物理學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1982.

Study on Veracity of Testing Mooney Viscosity of Butadience Rubber

CAI Lian-ting
（China Petrochemical Company Guangzhou Branch，Guangdong Guangzhou 510700，China）

Because there was large difference between analysis result of Mooney viscosity in our country and test result in material production factory，many factors which can induce errors were analyzed，such as sampling methods，analysis steps，analysis process，equipments and so on.At last，veracity of testing Mooney viscosity was improved.

Mooney viscosity；Relative deviation；Accuracy；Veracity

TQ333

A

1671-0460（2010）02-0215-03

2010-03-09

蔡蓮婷（1966-），女，山東萊州人，工程師，1989年畢業(yè)于遼陽石油化工高級專科學(xué)校，從事塑料物性測試方法的研究，曾參與國家塑料標準委員會的前期數(shù)據(jù)收集及部分標準的修訂工作。