順丁橡膠平均分子量及應力松弛與門尼粘度關聯的探索

【摘 要】本文通過對順丁橡膠的平均分子量、門尼粘度（ML）及應力松弛的測定，根據測試數據及相關文獻，得出相應的關聯式，為生產提供準確的質量信息。

【關鍵詞】順丁橡膠；平均分子量；門尼粘度；應力松弛

順丁橡膠具有優良的物理機械性能和使用性能，這種性能與分子量有著密切關系，并且受分子量分布的影響同時表征在門尼粘度（ML）及應力松弛上。門尼粘度反映橡膠加工性能的好壞和分子量高低及分布范圍寬窄。應力松弛是指材料在固定應變的條件下，其應力隨時間逐漸衰減的現象。本文旨在測定順丁橡膠的分子量、門尼粘度及應力松弛，從所測數據中探討順丁橡膠分子量、門尼粘度與應力松弛關系，以滿足順丁橡膠生產能力的擴大要求，改善順丁橡膠的質量控制，提高順丁橡膠產品的質量。

1.實驗部分

1.1儀器與試劑

1.1.1儀器

LC—20AT高速液相色譜儀；RID-10A示差折光檢測器；KF-804與KF-805串聯色譜柱；SMV-300RT型門尼粘度計。

1.1.2試劑

四氫呋喃：AR純，經G4微型砂芯漏斗過濾；聚苯乙烯（PS）標樣：色譜純。

1.1.3原料

巴陵石化合成橡膠事業部生產BR9000。

1.2試驗測定

1.2.1順丁橡膠平均分子量測定

將PS標樣經色譜柱淋洗后，測出其GPC曲線上的峰位ti值，對lgMi與ti值進行線性回歸處理，獲得PS標樣的普適校正曲線。將完全溶解好的原料樣品溶液，經專用過濾器過濾后，取其濾液進入GPC柱，經柱淋洗后獲得樣品的GPC曲線。

1.2.2順丁橡膠門尼粘度及應力松弛測定

通過門尼粘度計測得順丁橡膠門尼粘度。把模腔和轉子預熱到試驗溫度，并使其達到穩定狀態。打開模腔，將轉子桿插入帶孔膠片的中心孔內，并把轉子放入下模，再把另一個膠片準確地放在轉子上面，迅速關閉模腔預熱試樣。試樣預熱lmin，轉子轉動，測定門尼值和應力松弛。

2.結果與討論

2.1門尼粘度與分子量的關聯

2.1.1國內外對門尼與分子量關聯的報道

順丁橡膠的分子量及其分布、門尼粘度與生產工藝有關，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順丁橡膠的聚合度與分子量分布。國內外有關文獻[1]中指出，順丁生膠的凝膠含量低于一定值時，ML100℃1+4與平均分子量間有一定的關系，即ML100℃1+4=f（Mn）。理論上講聚合物濃溶液的粘度、濃度與分子量間的關系[2、3]為

η0=K0MαCβ……………（1）

2.1.2測定樣品的分子量及門尼粘度進行擬合

根據（1）式及進樣濃度對分子量的影響，統一配制濃度為5mg/mL的樣品濃度。因為α、β均為常數，K0是與溫度有關的聚合物-溶劑體系的特性常數，關系式簡化為

η=KMА……………（2）

圖1為測定的分子量與門尼粘度的擬合趨勢圖。根據圖1可以得到下列關系式：

ML=29.196×Mw0.1204……………（3）

2.1.3對關聯式進行驗證

門尼粘度與順丁橡膠分子量擬合關聯式驗證數據如下表：

2.2門尼粘度與應力松弛[4]的關聯

2.2.1應力松弛的表述

用t80.0、X30.0表述順丁橡膠的應力松弛，t80.0表示轉子停止后的扭矩作為100%，從此開始衰減到80%扭矩所用時間，X30.0表示轉子停止后的扭矩作為100%，轉子停止后30.0秒扭矩衰減的百分率。

2.2.2測定樣品的門尼粘度與應力松弛進行擬合

測定90批樣品的門尼粘度與應力松弛的結果，用統計方法得到擬合趨勢圖2。

2.2.3對關聯式進行驗證

分析測試80個順丁橡膠樣品，通過實驗數據和計算結果，如下表，驗證關系式（4）、（5）。

3.結論

本文通過對順丁橡膠的平均分子量、門尼粘度（ML）及應力松弛的測定，可以得到如下結論：

（1）根據測試數據及相關文獻，得出平均分子量與門尼粘度相應的關聯式：ML=29.196×Mw0.1204。

（2）門尼粘度與應力松弛[4]的關聯，得到關系式：ML=2.9827×㏑（t80.0）+38.586。

（3）作者認為在測試過程中應力松弛能快速反應混煉膠的門尼情況，對產品質量控制有很強的指導性。

【參考文獻】

[1]史子瑾、童克錦.順丁橡膠生產中膠液濃度、平均分子量及門尼粘度與膠液物性常數關聯的探索研究[期刊論文].化工學報：1980（4）.

[2]Landel.R.E.，et al.j.Colliod.Sci.12 400（1957）.

[3]Van.Krevelen.D.W.，”Properties of Polymer Corretlation with ChemicalStructure” P251，Elsevier，Amsterdam，1972.

[4]ASTM D1646-2007 Standard Test Methods for Rubber Mooney viscosityiscosity，Stress Relaxation，and Pre-Vulcanization Characteristics（Mooney Viscometer）.