一種使用磁力懸浮的橡膠體積變化率測量裝置

張曉峰，李鵬傳，徐倩倩，游旭佳，郭子卿

[成都航利（集團）實業(yè)有限公司，四川 成都 611930]

橡膠制品廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)，其中不少制品是在與各種介質(zhì)相接觸的情況下使用。隨著科學技術的發(fā)展與進步，現(xiàn)代工業(yè)對橡膠制品的要求越來越高，不但要求其耐高、低溫，而且需要耐各種強腐蝕性介質(zhì)以及酯類合成油等。介質(zhì)對橡膠的作用通常有兩種形式：一種是介質(zhì)被橡膠吸收；另一種是可溶組分被介質(zhì)從橡膠中抽出。在生產(chǎn)實踐中通常采用質(zhì)量和體積變化率表征橡膠制品的耐介質(zhì)性能。其中，體積變化率為橡膠試樣在試驗液體中浸泡前后體積的變化，通常采用排水法測量，需要分別測試試樣浸泡前后在空氣和蒸餾水中的質(zhì)量，再根據(jù)相應公式計算體積變化率。現(xiàn)有技術的不足之處是測量試樣在蒸餾水中的質(zhì)量時，必需使用一個放置在蒸餾水中的吊欄盛放試樣，處于蒸餾水中的吊欄線產(chǎn)生的浮力將對測量結果造成誤差，從而導致測量不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)不準確，并且裝置結構較復雜，放置試樣時的操作也較繁瑣[1-4]。針對現(xiàn)有技術的不足，本工作開發(fā)了一種使用磁力懸浮的橡膠體積變化率測量裝置。

1 裝置結構

此裝置（見圖1）包括電子天平，電子天平控制面板可以顯示在稱重托盤上物體的質(zhì)量和質(zhì)量清零。磁懸浮底座放置在稱重托盤上，二者之間有磁屏蔽板，以消除磁懸浮底座對電子天平稱量部件的影響。磁屏蔽板的材料為1J85坡莫合金，且為保證磁屏蔽效果，其尺寸略大于稱重托盤尺寸。

圖1 測量裝置結構示意

溶液盛裝架通過其支撐腳放置在電子天平上，且保證不與稱重托盤、磁屏蔽板和磁懸浮底座接觸。溶液盛裝架由鋁合金制成，其下部的支撐腳為4個。溶液盛裝架上部設有溶液槽，溶液槽內(nèi)盛有蒸餾水，截面形狀為正方形，且其內(nèi)壁形成的正方形尺寸與浮子定位輔助板配合以輔助磁懸浮浮子定位。磁懸浮浮子為釹磁鐵。溶液槽內(nèi)部盛有蒸餾水，蒸餾水的高度以磁懸浮浮子穩(wěn)定后，試樣放置在試樣臺上能保證其在液面下10 mm為宜。

為方便磁懸浮浮子的定位，本裝置在溶液槽的上部設有浮子定位輔助板，材料為鋁合金，下部制有一凹槽，凹槽呈正方形且與試樣臺配合。試樣臺的下部連接有磁懸浮浮子，其連接方式為膠接。磁懸浮浮子的四周有阻力板，作用是阻止磁懸浮浮子在穩(wěn)定懸浮后的自發(fā)旋轉。浮子定位輔助板的上部設有吸附磁懸浮浮子的吸力鐵塊，由于磁懸浮浮子為磁力較強的永磁鐵，所以吸力鐵塊為鐵磁性材料。為方便浮子定位輔助板的使用，其上面制有把手。

2 操作方法

（1）將電子天平連接電源，清零，之后將試樣放置在稱重托盤上，測量試樣在空氣中的質(zhì)量M0。

（2）將磁懸浮底座連接電源，并將其放置在電子天平的稱重托盤上，將溶液盛裝架放置在電子天平的稱重托盤以外的平臺位置，且保證其不與稱重托盤、磁屏蔽板和磁懸浮底座接觸。

（3）在溶液槽中盛裝入蒸餾水，其高度保證超過磁懸浮浮子穩(wěn)定懸浮后試樣臺的高度10 mm。

（4）在浮子定位輔助板下部的凹槽中卡入試樣臺，并在上部對應位置放置吸力鐵塊以固定試樣臺。

（5）將電子天平清零，握住把手，將浮子定位輔助板和試樣臺的整體放在溶液槽上部。

（6）待浮子定位輔助板和試樣臺的整體位于溶液槽上部的一定高度時，取下吸力鐵塊，然后取走浮子定位輔助板，此時連接有磁懸浮浮子的試樣臺即可穩(wěn)定懸浮，測量試樣臺整體在蒸餾水中的質(zhì)量M。

（7）將電子天平清零，將試樣放置試樣臺上，保證試樣全部沒在液面以下，測量試樣在蒸餾水中的質(zhì)量M1。

（8）按技術條件要求的浸泡溫度、時間和液體類別對試樣進行浸泡，完成浸泡后取出試樣，重復步驟（1）—（6）測量試樣浸泡后在空氣中的質(zhì)量M2和在蒸餾水中的質(zhì)量M3。

（9）將測量數(shù)據(jù)代入式（1）即可得到橡膠在該技術條件下試驗前后的體積變化率。

3 裝置特點

（1）操作簡便。傳統(tǒng)的橡膠體積變化率測量裝置設有一個盛水的容器，該容器由支腳支撐在天平稱重盤外，天平稱重盤上放置一個連接有吊欄的固體板材，板材呈彎曲狀并保證不與容器發(fā)生接觸，連接在固體板材上的吊欄伸入蒸餾水中且不與容器接觸。在進行試樣測試時，需要用鑷子夾住試樣從彎曲狀板材的頂部和盛水容器之間形成的間隙將試樣放入吊欄中，操作繁瑣。使用本裝置進行試樣排水體積測量，直接用鑷子將試樣放在試樣臺上即可進行測量，試樣臺上部無阻擋。該特點在試樣較多的情況下更明顯[5-9]。

（2）測量數(shù)據(jù)準確、穩(wěn)定。使用傳統(tǒng)橡膠體積變化率測量裝置，由于處于容器中蒸餾水的高度通常不固定，并且處于蒸餾水液面以下的吊欄部分質(zhì)量難以計算，這導致了處于蒸餾水中的吊欄部分產(chǎn)生的浮力對測量結果會造成誤差，使得測得的橡膠試樣在蒸餾水中的質(zhì)量偏小[10-11]。使用本裝置，試驗臺包括位于其下面的磁懸浮浮子和阻力板均一直處于液面以下，在式（1）中作為常數(shù)的M不會因液面的高低而發(fā)生變化，消除了傳統(tǒng)測量裝置中位于液面以下的吊欄部分造成的測量誤差。

4 結論

本測量裝置結構新穎、測量準確、操作簡單，可用于橡膠體積變化率檢測或利用排水量變化方法進行參數(shù)表征的其他領域，在材料理化檢測中具有重要意義。