膠料流動性分析儀

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）

介紹了一種測試混煉膠料流動性的檢測設備——膠料流動性分析儀,該設備可快速對混煉膠料的流動性進行檢測，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)；同時該設備可測試膠料擠出膨脹率，為壓出口型設計提供依據(jù)。VMA 具有專門的軟件系統(tǒng)，可實時顯示測試過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，自動生成測試報告。VMA可廣泛應用于各類橡膠制品加工行業(yè)。

橡膠；流動性；加工性能；快檢；膠料

各類橡膠制品加工過程中，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)注的問題。因為橡膠的加工性能不僅關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性而且還對產(chǎn)品的生產(chǎn)成本有著重要的影響[1]。一直以來，行業(yè)內(nèi)普遍采用門尼黏度來表征膠料的加工性能[2]，但是在生產(chǎn)實踐中，經(jīng)常會遇到這樣的問題：明明門尼黏度檢測結(jié)果合格，但是在壓出工序卻出現(xiàn)膠料加工性能波動導致的部件尺寸不合格等質(zhì)量問題。出現(xiàn)這樣的情況，主要是門尼黏度的測試條件剪切速率與壓出工序的實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。也就是說橡膠材料在不同的剪切速率下，具有不同的流動性即不同的加工性能。VMA正是針對這個問題而研發(fā)的專門用于檢測混煉膠料在各種生產(chǎn)條件下流動性的快速檢測設備。

1 結(jié)構(gòu)

VMA設備由特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司研發(fā)，采用德國進口高精度傳感器作為核心配件，設備整體設計符合人體工學，操作簡單，在保證快速測試的同時確保操作者勞動強度適中。設備的外觀如圖1所示。

2 性能參數(shù)

VMA的主要性能參數(shù)如下：

測試周期 ≤1 min/樣品

測試顯示精度 0.01 mm

適用膠片厚度 5～8 mm

測試溫度 90 ℃

溫控精度 ±0.5 ℃

測試液壓壓力 0.7～33 MPa（分級控制）

壓力控制精度 ±1%

適用工作時間 三班連續(xù)使用

工作環(huán)境噪音 ≤60 dB （距設備1 m處測量）

3 功能特點

（1）檢測速度快，可作為膠料快檢工具

VMA設備檢測的過程如圖2。

圖2 VMA檢測流程示意圖

取樣：VMA配備有自動取樣裝置，只需將終煉膠片放到取樣工位，取樣裝置自動完成取樣，該操作大約耗時15 s左右；但該步操作可與“預熱”和“測試”過程同步進行。

裝試樣：該過程由人工完成，該過程大約需要8 s左右。

預熱：該過程由設備自動完成，預熱時間可調(diào)，一般設置30s。

測試：該過程由設備自動完成，需要13s。

剔除試樣：該過程由試樣自動剔除裝置完成，大約需要5s。

正常情況下，一個測試周期一般小于60s。檢測速度快使得VMA能夠作為膠料快檢工具，對每一車次的膠料進行流動性的檢測，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)，對生產(chǎn)有實際指導意義

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)出來的加工性能也是不同的，因此在測試或評價膠料的加工性能時，必須考慮加工條件。VMA測試溫度范圍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測試的膠料流動性能很好的指導實際生產(chǎn)。

（3）測試精度高重現(xiàn)性好

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

根據(jù)我們對VMA設備進行CMK（設備能力指數(shù)）測算的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，VMA的CMK可達1.91，大于1.67，滿足設備測試要求。

（4）具備擠出膨脹率測試功能，為壓出口型設計提供依據(jù)

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

通過擠出膨脹的測試，可為壓出口型設計提供設計依據(jù)。

（5）適應性廣

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

4 應用實例

4.1 原材料加工性能評價

圖3中是3種不同的SBR膠門尼黏度與流動性測試值，從圖3表中可以看出，SBR1500和SBR1721的門尼黏度值相差只有2個，相對偏差3.9%，但流動性的差異達到82個，相對偏差達103.8%。

圖3 不同膠料流動性與門尼黏度

通過VMA測試原膠的流動性，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)量過程控制

通過VMA對每一批次膠料流動性的檢測，可及時掌握膠料加工性能的波動，對于流動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；同時對于波動較大的，可及時對密煉工藝和原材料進行追溯，以排除生產(chǎn)質(zhì)量隱患。

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

4.3 終煉膠流動性隨停放時間變化

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

圖4 不同批次膠料流動值推移圖

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

圖5 終煉膠流動性隨時間變化（絕對量）

圖6 終煉膠流動性隨時間變化（相對量）

5 結(jié)語

VMA能夠在高剪切速率下快速準確測試膠料流動值，更真實反映膠料實際生產(chǎn)過程中的加工性能，實現(xiàn)膠料流動性的真正快檢。

[1] 劉亞東，張新惠. 橡膠加工性能的測試.化工標準化, 1985, (5), 21～26.

[2] 權(quán)艷，紀波. GB/T1232.1—2000《未硫化橡膠用圓盤剪切粘度計進行測定 第1部分:門尼黏度的測定》相關(guān)技術(shù)問題.化工標準.計量.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