利用橡胶加工分析仪通过应变变化来测定各项橡胶特性

轮胎研究与开发　利用橡胶加工分析仪　通过应变变化来测定各项橡胶特性　Ｊｏｈｎ　Ｓ．Ｄｉｃｋ等著　邓海燕译　（续２００１年第４期第５５页）　表４两次应变扫描的试验结果　１　９　９　６　Ｓ　７　８　８　７　６　８　７　∞　９竹５　ｍ　９话８　６　８　ｌ号烟片皎　有舄　１５．３　无　无无有无无有有柏有无有有卉无有无有１号工艺分级天然攮臃　ｊＯ有５２　ｌ４．２　无　２号工艺丹级天然橡瞍１ｃ　１０无　标准丁＝艺分毂天然橡胶　１０有　∞∞”∞　鹋搴｝赫　鲫　邱劣质天然橡胶　有岛　，　７　Ｓ　７　８　７　技术分级天然檬腔　＝４６　有５７　５０　９．１５　０　ｊ　０　９　７　９　Ｏ　３技术分级天然橡瞍　：３８　有　５５　技术挣级天然橡胶ＢＤ＝，Ｏ　无　丙烯酸酯丁二烯橡胶　有　７５　…嘶　呲　呲铋　＝暑　¨　１号两爝醢酯丁二烯橡腔砸．＝霓有　７Ｊ　２号雨烯鲕盯二烯板腔ＭＬ＝霓有　８２　ｕ　ｉ号氟丁檬瞍　无　Ⅲ　¨似”洲　¨”¨　＂¨”　１号氰醚橡胶　有４５　ｌ号溶聚ｒ荦橡胶　有７Ｏ　２号溶聚丁苯橡腔　有６８　；耋　叭眦　眦¨＂　＂　们　３号溶举丁苯｛茑｛胶　有位　４号溶聚丁苯橡瞍　有６０　５号溶泉丁苯檬嫂　有７０　”％　％　¨＂　㈣　¨眦㈣…¨她¨¨叫　６号溶聚丁苯橡胶　有７０　７号溶泉丁苯橡腔　有８。　８号溶聚丁苯橡胶　有　８Ｏ　９　溶聚丁苯橡腔　有８０　１０号藩襞丁苯橡胶　有　８。　儿　溶雅丁苯檬脏　８ｏ　２号氯醚橡腔　有５６　３号两崤酸醣丁二鼯暾膛Ⅶ　＝４７自　７７　Ｉ号丁革橡腔１００６　尤　２　丁苯橡腔ｌ００６　８０　｝２　涪聚丁苯檬ｌＩ童　７０　１３　培壤丁荤檬膛　６５　３４　９　有砷”维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年第１期　１４号溶聚丁苯橡胶　Ｉ号丁苯橡醯１５ｏ２　１号丁苯橡腔１７１２　２号氯丁橡胶　无　无　９．９　１０　８　９　７　７　７　９．８　９　７　１０　２　有　８３　无　１Ｏ　有　有　有有８０　７７　２　７５　１１３　６　有　有　３号氯丁橡胶　４号氯丁橡胶　１５号溶聚丁苯橡胶　有有６２　６２　】２　４　】０　９　有　∞　有　■一发膏蛊壹妇曹●＝盘膏应童扫描　出现在第二次应变扫描。这些聚合物（乳聚丁　苯橡胶）对大变形的敏感性比天然橡胶要差　图１４ｃ向我们展示所观察到的氯丁橡胶、　毫　丁腈橡胶、溶聚丁苯橡胶的常见图谱。从该图　可以看出，ｓ　力矩在第一、第二次高应变扫描均　出现最大值。不过，与第一个ｓ　峰相比，第二　个Ｓ　峰出现在应变较小时。这表明　最大值　Ｃ　砷砷砬砷　。　弛　ｕ∞　０　ｕ　ｕ　卫　彦　耻　翱　Ｉ鹰　对作用于试样的功积累总量很敏感。　图１４ｄ向我们展示在测试敏感的特种溶聚　＿＼¨　　６　３　图１４用ＲＰＡ双高应变扫描程序测得的四　５　４　５　９　种有代表性的ｓ　曲线（双高应变扫描程序　见表３．它由两次连续的高应变扫描构成，　做完一次紧接着做另一次】　丁苯橡胶、氯醚橡胶和聚异丁烯橡胶时得到的　最新图谱。从该图可以看出，ｓ　力矩随着应变　的增大反而减小，无论是第一次高应变扫描还　是第二次高应变扫描，情况皆如此。　３．１．２多次高应变扫描的影响　通过试验业已证明，一组可重复的高应变　扫描对ＳＢＲ　１５０２（纯胶）的ｓ　力矩最大值的出　现有影响。图１５ａ展示该试验的结果。首先是　㈣　Ｕ　２　＂呲　０　２　图１４ａ向我们展示所观察到的具有代表性　５　７　９　连续多次高应变扫描带来的额外功使ｓ　在外　部施加应变比较低时就达到了最大值。不过．　在第三次和第四次高应变扫描时，使ｓ　达到最　大值的应变在数量上并无明显差异。上述多次　应变的总的积累功，使ＳＢＲ　１５０２的流变特性随　着连续应变而发生改变，这种改变呈现递减趋　势。图１５ｂ展示另～个试验的结果，该试验所　用的聚合物为氯丁橡胶。在该试验中，我们再　次观察到与上述ＳＢＲ　１５０２一模一样的结果。　３．Ｉ．３温度的影响　的天然橡胶（生胶）图谱。其ｓ　力矩在第一次　高应变扫描出现最大值，但在第二次高应变扫　描却随着应变的增大而减小，再没有出现最大　值。正如我们在第二次应变扫描所观察到的那　样，第一次应变扫描施加于天然橡胶试样的大　变形和功改变了天然橡胶的流变特性。由第一　次高应变扫描引起的流变特性变化被“固定住”　了。这一点通过第三次高应变扫描测试被加以　证实。第三次高应变扫描在做完第二次高应变　扫描一个小时后进行　未发现天然橡胶原有的　ｓ仙§值再次出现。　图１４ｈ向我们展示常见的几种轧聚丁苯橡　胶图谱。随着应变增大．Ｓ　力矩也随之增大．但　另一个试验表明，温度对ＳＢＩｔ　１５０２在高应　变扫描时的弹性力矩Ｓ　最大值有影响。在不　同的温度下，对同一批次ＳＢＩＩ　１５０２的多个斌样　施加重复应变，ｓ　益线在温度未达到８Ｏ℃之前，　不论哪一次应变扫描均没有出现最大值。同样　３５　最大值在第一次应变扫描时并末出现，最大值　，　维普资讯 http://www.cqvip.com

轮胎研究与开发　地，随着试验温度的升高，ｓ　疑大值在应变值比　较低时出现。图１６展示上述高应变条件下的　ｓ　曲线。因此，Ｓ　曲线在高应变时的形状取决　于试验温度。　圈ｌ６从同一批次ＳＢＲ　１５０２中抽取多个　试样，在四个指定温度下进行高应变扫　描测试得到的弹性力矩Ｓ　曲线（试　条　件：６ｃｐｍ】　图１５ａ由于施加了一组连续重复　的高应变，ＳＢＲ　１５０２的弹性力矩ｓ　３．１．４生胶特性　曲线发生改变ｆ试验条件：６ｃｐｍ，　从橡胶加工业诞生以来，在橡胶配合和混　炼方面就存在着差异，这种差异的主要来源就　是生胶。橡胶质量上的差异主要影响到加工性　能和成品性能。来自原材料的所有差异都必须　被控制，生胶的均一性是我们必须考虑的最重　要条件之一。　在橡胶加工业内，４ｏ多年来，门尼粘度（ＡＳｒＭ　Ｄ１６￣）－－直是检验生胶质量的法定标准。不过，　批与批之间的门尼粘度达到良好的芷一性，其本　身并不能保证加工一致性。仅靠门尼粘度是无法　显示所有差异的，这些差异是分子量分布、分枝和　单体比率，或者还包括其他一些宏观和微观的特　性变化，这些特性变化将影响到加工性能和成品　圈１５ｂ由于施加了一组连续重复的高应　性能。一本有关台成橡胶的欧洲会议录曾披露仅　变．氯丁橡胶的弹性力矩ｓ　曲线发生改变　靠门尼粘度根本无法说明一批生胶的加工特性　（详见参考文献ｌｏ）。早期研究亦证明ＲＰＡ的频率　ｆ试验条件：６ｅｐｍ，１００￣Ｃ）　和应变扫描测试功能能够有教地体现聚合物的多　样性。有关生胶应变扫描的例子已在本文图９和　由此可见，高应变时的Ｓ　曲线不但对聚台　图ｌ３有所介绍。　物间的流变差异很敏感．而且对试验条件变化　除了聚台物类型变化引起的差异外，不同　【譬如温度以及整个　变周期的。］　作历程ｊ亦很　来源的“同种　橡胶同佯发现存在着明显的差　敏感：　异　现举例加以说明　图Ｉ７展ＩＪ、两种门尼牯　３６　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年第１期　度值基本相同（ＭＬＩ＋４分别为４８．１和４８．２）但　来源不同的ＳＢＲ　１００６，在ＲＰＡ高应变扫描测试　中呈现不同的ｓ　响应。同样地，图ｌ８亦证明在　上述情况下，可从ＲＰＡ频率一１　ａ曲线观察到　两者在流变特性上有差异。众所周知，根据低　频条件下生胶的Ｔａｎ　ａ值来预测加工性能是业　内的一种通用方法。　图ｌ７　比较两种门尼粘度值相同的ＳＢＲ　１００６试样的Ｓ　曲线｛试验条件：ＲＰＡ高应　变扫描，６ｃＯｒｎ，１００％）　图ｌ８　比较两种门尼粘度值相同的ＳＢＲ　１００６试样的　曲线｛试验条件：ＲＰＡ频　率扫描，１００ｑＣ，７％应变）　图】９展示通过高应变扫描．观察到流变特　性不同的另一个例子　接受测试的两种天然橡　胶均为技术分级ｒＩ℃ｌＯ橡胶。只不过试样Ａ的　加工性能一般，而试样Ｂ的加工性能略差。根　据Ｓ　曲线，我们清晰地看出上述两种试样在流　变特性方面存在着明显的差异。但是，我们也　应该注意到，用ＲＰＡ的频率扫描测试功能对上　述两种天然橡胶试样进行测试，其试验结果只　表现出非常小的差异（参考图２ｏ）。这个例子　充分说明，通过高应变扫描观察到的生胶流变　学信息在普通的频率扫描中则观察不到。　图１９通过ＲＰＡ高应变扫描测试比较　ＴＣ　１０标准ＮＲ和加工性能差的ＴＣ　１０试　验ＮＲ｛试验条件：６ｃｐｍ，１００％）　图２０通过ＲＰＡ频率扫描测试比较ＴＣ１０　标准ＮＲ和加工性能差的ＴＣ　１０试验ＮＲ　ｆ试验条件：ｊ０ｏ℃．７％应变）　３７　维普资讯 http://www.cqvip.com

轮胎研究与开发　３．２混炼胶　在工厂实际生产条件下，混炼胶的流变特　陛是与其生胶的流变特性有所不同的。这是因　为大多数混炼胶除含有炭黑外，还含有其他多　种填充剂。填充炭黑大大地影响到橡胶胶料的　流变特性。其中的一个原因是炭黑在橡胶基质　中形成一种聚集体一聚集体网络。因此，利用　ＲＰＡ的高应变扫描测试功能，破坏上述聚集体　一聚集体网络，从而预测胶料在工厂下一道工　序表现出来的粘弹性能在许多时候都显得是非　常必要。这是就ＲＰＡ高应变扫描结果能够预　测胶料加工性能的最大优势所在。　３　２．１轮胎胶料　图２１ａ、ｂ和ｃ分别展示用ＲＰＡ高应变扫描　测试功能获得的１４种轮胎胶料的Ｓ　，　和Ｔａｎａ　曲线。这１４种轮胎胶料是根据参考文献ｌ５选　择的。有关这１４种轮胎胶料的配方资料详见　表５。这１４种轮胎胶料在生胶类型、炭黑品种　及填充量、填料一油的比例等方面各有不同。　这些变化体现了我们通常在轮胎厂看到的各种　各样的轮胎胶料。图２１ａ表明１４种轮胎胶料　的Ｓ　曲线，其离散性比ｓ　曲线和Ｔａｎ８曲线的要　好。同样地，这１４种不同的轮胎胶料均在不同　图２１ｃ用ＲＰＡ高应变扫描程序测得的Ｉ４　应变时达到ｓ　最大值。　种轮胎胶料的　ｌ８曲线｛试验条件：６ｅｐｍ．　１００℃】　・ｉ＾ｔ●　・■—雠■●啦　＋■ｔ■ｈⅫ　・■■＂　一Ｉ●№　・　ｍ　・ｔｔ¨　■ｎ　・ＩｌｌｋｌＰ￣．／ｒ．１ｌｉｌｌｌ　＊■■ｔ■簟ｊｉ瞳　＋；ｌａｕｌｔｕ￣ｍｌｌｔ　．ｔ■ｔｔ■■■　“　¨ｎ　一白■●ｔ　■童　图２１ａ用ＲＰＡ高应变扫描程序测得的１４　种轮胎胶料的Ｓ　曲线ｆ试验条件：６ｃｐｍ，　１００℃）　３８　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年第１期　（未完待续）　３９