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用橡胶加工分析仪研究 填充剂的粘性生热和补强效果John S. Dick 等著姚岐轩编译 陈继红校中图分类号 TQ330.492文献标识码A文章编号 1009-797X(2001)08–0039-12自 1912 年 炭黑就作为主要填充剂和补强剂被用于橡胶配方中 炭黑的使用对赋予硫化胶理想 的补强效果并大大地提高其耐磨性 抗张强度 耐撕裂性 模数和硬度来讲是必不可少的[1] 然而它的使用亦给硫化胶带来较大的滞后损失和生热 并且在胶料混炼和加工时还大大地增加其粘性生 热 因此 准确地测量和研究混炼时由加入每批胶 料中的不同炭黑所引起的不同的粘性生热量是重 要的 通常 在橡胶混炼时 个别胶料在获得良好 的炭黑分散状态之前可能需要 2 次 3 次甚至更多 次通过密炼机 对混炼周期持续时间来讲 主要的 限制因素由粘性生热来确定 只要是补强填充剂 诸如某些炭黑 都能使胶料的温度迅速地升至很 高 在这种较高的温度下 用橡胶加工分析仪研究 填充剂的粘性生热和补强效果 John S. Dick 等著 姚岐轩编译 陈继红校 中图分类号 TQ330.492 文献标识码 A 文章编号 1009-797X(2001)08–0039-12 自 1912 年 炭黑就作为主要填充剂和补强剂 被用于橡胶配方中 炭黑的使用对赋予硫化胶理想 的补强效果并大大地提高其耐磨性 抗张强度 耐 撕裂性 模数和硬度来讲是必不可少的[1] 然而 它的使用亦给硫化胶带来较大的滞后损失和生热 并且在胶料混炼和加工时还大大地增加其粘性生 热 因此 准确地测量和研究混炼时由加入每批胶 料中的不同炭黑所引起的不同的粘性生热量是重 要的 通常 在橡胶混炼时 个别胶料在获得良好 的炭黑分散状态之前可能需要 2 次 3 次甚至更多 次通过密炼机 对混炼周期持续时间来讲 主要的 限制因素由粘性生热来确定 只要是补强填充剂 诸如某些炭黑 都能使胶料的温度迅速地升至很 高 在这种较高的温度下 胶料的粘度降低得非常 大 几乎没有产生有效的混炼作用 因此 胶料需 要多次通过混炼 为有助于预测每车胶料有效的混 炼时间 把不同填充剂的粘性生热效应进行对比乃 是可取之举 迄今为止 用普通的设备和仪器 特别是用任 何一种重现性被认为令人满意的设备和仪器直接 测量粘性生热都很困难 然而 却发现现有的 RPA2000 橡胶加工分析仪(以下简称 RPA)经改进后 能直接测量胶料的粘性生热 并具有极好的重现 性 A.Patel W.Brown 和 J.Weaver 于 70 年代末 80 年代初提出了一种方法 该方法是用毛细管流变仪 来测定他们所说的 补强系数 赋予他们所设计的 并与硫化胶物理性能有关的胶料配方[2~4] 这个从 胶料中所测定的补强系数对保证硫化胶的均匀性 可能是一个有效的质量控制因素 然而 毛细管流 变仪法有一些特性(清洗时间 搭接时间和重现性 等) 这些特性使其在例行的质量控制试验中远远 少于标准方法的使用 本研究的第二个目的是确定 正弦流变测量可否也能测定等效的补强系数 通过正弦应变测量 发现 RPA 能够测量胶料 的补强系数 再则 用 RPA 进行这些测量比用毛 细管流变仪进行测量要快得多 此外 它只需要很 少的清洗时间 且重现性非常好 因此 用同样的 仪器(RPA)能迅速地测量粘性生热和胶料的补强系 数 并具有良好的重现性 1 试验 据目前的试验研究悉 RPA2000 是测量粘性生 热理想的仪器 因其有合适的试样表面积与试样体 积比 并具有施加高应变的能力 如早期研究工作 所述的那样[5~7] RPA 是一种特殊的动力学流变试 验机 该机是把橡胶试样装在其密封且带压的模腔 里 并在模腔里模压硫化 见图 1 它能使模型和 橡胶试样约保持 400psi 的压力 专门的电机正弦 地移动下模 而上模则根据作用于橡胶试样上的应 变来测量合成转矩响应 根据复转矩响应(S* )和相 位角( )来测量弹性转矩(S)和粘性转矩(S)响应 RPA 除有一个特殊的密封 带压和双锥形的模腔 外 还有另一个优点 那就是其给试样施加很大应 变(高达 90 弧)的能力 这被认为是测量粘性生 热理想的条件 RPA 模型设计有一个很大的与试样 本身质量有关的表面积 橡胶试片是很薄的 当 RPA 通常作为 DMRT(动力学流变仪)使用时 这种 薄试片设计是特意所为 以保证试样在合模和试验 开始时的温度迅速复原 然而 当 RPA 稍加改进 时 这种独特的模腔几何形状亦能保证有效地测量 粘性生热 橡塑技术与装备2001 年第 27 卷40组合时正弦运动的结果 对于胶料 我们发现 以每分钟 20 周(cpm)的频率(0.33Hz)和 90 弧的应变 (1 256%应变)的组合使胶料象在上下模所