利用控制圖準確測定丁二烯橡膠的凝膠含量

李淑萍　黃世英　陳婧　劉俊保

摘 要：對性能穩定質量優良的國產丁二烯橡膠（BR ）9000樣品，進行凝膠含量測定，根據測定結果各統計量繪制凝膠含量測定的X-R（或S）控制圖。根據X圖、R圖和S圖，可以綜合判斷出實驗室丁二烯橡膠樣品凝含量的測定結果處于良好的受控狀態，實驗室具有較高的系統和隨機控制的能力，測定結果準確可靠。在測定丁二烯橡膠凝膠含量時，系統誤差控制在±0.02%范圍內， 隨機誤差應小于0.05%，標準偏差應小于0.05。

關 鍵 詞：控制圖； 測定； 丁二烯橡膠； 凝膠

中圖分類號：TQ 333.2 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）07-1491-03

Determination of Gel Content in Butadiene Rubber by Control Chart

LI Shu-ping， HUANG Shi-ying， CHEN Jing，LIUJun-bao

（PetroChina Lanzhou Petrochemical Research Center，

National Quality Supervision and Inspection Center of Synthetic Rubber， Gansu Lanzhou 730060， China）

Abstract： The gel contents of domestic butadiene rubber （BR） 9000 samples with good performance and good quality were determined， the X-R （or S） control chart of gel content determination was drawn based on determined results. The X， R and S control charts show that the determined results of gel content in butadiene rubber are in a well controlled state. The laboratory has the ability of high system and random control， and the determination result is accurate and reliable. During determination of gel content in butadiene rubber， the system error can be controlled in the range of ± 0.02%， the random error is less than 0.05%， the standard deviation is less than 0.05.

Key words： Control charts；Determination；Butadiene rubber；Gel content

丁二烯橡膠通常以1，3-丁二烯單體通過聚合制備的橡膠，美國早在1956年率先制備高順式丁二烯橡膠，然而，1967年我國才實現丁二烯橡膠的生產。據統計合成橡膠中，丁二烯橡膠的產能和使用量次于苯乙烯-丁二烯橡膠位居第二。根據聚合工藝條件，丁二烯橡膠的聚合可分為溶聚、乳聚、本體聚合三種。丁二烯橡膠按照聚合分子排列及結構，可以分為順式和反式聚丁二烯橡膠。通常順式 1，4- 結構的聚丁二烯橡膠在室溫下的聚集態結構屬于非晶形態，其基本單元是鏈結相當于～C170 鏈段卷曲而成的圓粒，直徑為 20～30 ? 。由這些鏈結可組成直徑為 100～10 000 ?的鏈球，其大小具有一定的分布。由于順式 1，4- 聚丁二烯的分子規整性好，因此在適當的低溫下極易結晶。當其被冷至-30 ℃，30 min 后形成大量球晶，其直徑為 40μm 左右。生長速率為0.7μm/min。丁二烯橡膠是生產高抗沖聚苯乙烯塑料的原料，由于丁二烯橡膠分子結構主要為順式1，4結構，分子排列規整，所以彈性比天然橡膠還好。丁二烯橡膠的玻璃化轉變溫度Tg=-105 ℃， 故它的耐低溫物理性能很好，耐寒溫度低于-55 ℃，彈性是通用橡膠中最好的一種[1，2]；其耐磨性能優異；丁二烯橡膠耐摩擦且生熱低，滯后損失量小并具有優異的耐屈撓性能，與其他橡膠共混相容性好；同時，丁二烯橡膠所的制品具有較高的彈性、優異的耐低溫性能以及損耗因子小耐磨性能優良。因此，丁二烯橡膠被廣泛的用于輪胎行業、制鞋行業、膠帶行業等橡膠制品行業。丁二烯橡膠的主要缺點是抗濕滑性差，撕裂強度和拉伸強度較低，冷流性大，加工性能稍差，必需和其他膠種并用。

橡膠的凝膠被稱為特殊的一種分散體系，通常顆粒膠體以及高聚物的分子相互之間緊密連接，構成了一種空間網狀的結構，網狀結構的空隙中填充液體或氣體。這種特殊結構的分散體介于固體和液體之間，從表觀來看，表現為半固體狀和固體狀，并具有一定的彈性；但與固體又不完全一樣，它網狀結構的強度易于被破壞。凝膠既有在煉膠時可以破壞的松散凝膠，也有煉膠不能破壞的緊密凝膠，緊密凝膠約120 nm左右，分布在固體膠中，緊密凝膠對合成橡膠的強度，特別是未硫化膠的強度有貢獻。因此，準確的測定合成橡膠的凝膠含量對橡膠加工行業有及其重要的作用。

實驗室選取中國石油獨山子石化公司生產的優級丁二烯橡膠（BR ）9000樣品，依據SH/T 1050-2014《合成生膠凝膠含量測定》[3]， 測試時將放有一定試樣的過濾器懸置于甲苯溶液中，在規定的試驗條件下充分溶解樣品，到規定的時間后取出樣品，并對樣品進行洗滌，洗滌后的樣品烘干盒恒重后，按照公式計算出橡膠的凝膠含量。按照相同的條件進行12個月凝膠含量的檢驗，統計繪制X-R（或S）控制圖，考察丁二烯橡膠凝膠含量的變化，對丁二烯橡膠凝膠含量的檢驗質量控制將具有一定的指導作用。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

丁二烯橡膠（BR）9000：優級品，中國石油獨山子石化分公司；甲苯：分析純，北京化學試劑公司產；過濾器：用孔徑為125μm的不銹鋼網制成，其體積為45 mm×45 mm×20 mm；電子天平：XS105型，最小分度0.000 1 g，瑞士梅特勒-托利多儀器公司；干燥箱： SC202，上海儀器總廠；其他玻璃儀器：干燥器、稱量瓶、滴瓶、量筒等。

1.2 檢驗方法

按照SH/T 1050-2014測定凝膠含量。

1.3 取樣和制樣

按照GB/T 15340-2008[4]規定取樣；從樣品中多點割取試樣，剪成1 m×1 m×3 m細條。

2 結果與討論

2.1 控制圖的繪制原理

控制的圖的繪制，一般可根據檢驗對象的平均值、極差和標準偏差統計結果，可以繪制質量控制圖分為 圖、R圖和S圖。

繪制控制圖必須確定測量對象，并對相關參數進行測量，將樣品分為12組，每月進行一次測量，每次按照相同條件重復測量3次。計算出平均值j，極差Rj或標準差Sj。控制圖涉及的過程參數中心線、上限值、下限值可以通過表1公式計算，中心線的值可以通過公式（1）、（2）和（3）計算。

表1中計算控制圖中心線值所涉及的系數A2、 A3 、D4 、B3[5]可以控制圖用系數表中查的。

2.2 檢驗結果與數據統計

丁二烯橡膠凝膠含量的測定按照SH/T 1050-2014進行。每月對丁二烯橡膠樣品在相同條件下由同一人員對其重復測定3次，將12次的檢驗結果統計計算平均值、極差和標準偏差，丁二烯橡膠凝膠含量測定結果與統計結果見表2。

由圖3可知，S值曲線在控制圖上、下限之內，S圖處于穩定狀態，說明實驗室在橡膠凝膠含量的檢測中具有較高的隨機控制能力。

因此，根據X圖、R圖和S圖，可以綜合判斷出實驗室丁二烯橡膠樣品凝含量的測定結果處于良好的受控狀態，實驗室具有較高的系統和隨機控制的能力，測定結果準確可靠。

3 結 論

通過12次丁二烯橡膠凝膠含量的測定，繪制的X-R（或S）控制圖表明，在測定丁二烯橡膠凝膠含量時，系統誤差控制在±0.02%范圍， 隨機誤差，應小于0.05%，標準偏差應小于0.05。

參考文獻：

[1]蓮婷.丁二烯橡膠門尼粘度測試準確性的研究[J].當代化工， 2010， 39 （2）： 215-217 .

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

[3]笪敏峰，陳跟平，李曉銀，等.SH/T 1050-2014合成生膠凝膠含量的測定[S].北京：國石化出版社.2014.

[4]蔡尚脈，陳鷹.GB/T 15340-2008 天然、合成生膠取樣及其制樣方法[S].北京：國國家標準化管理委員會，2008.

[5]周尊英.實用統計技術指南[M].北京：國標準出版社，2003：212.