提高橡膠測試效率
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本文綜述了通過簡單改變橡膠測試方式來提高試驗(yàn)生產(chǎn)率的10種方法。采取這些建議的變化中的一種或者是組合，可以顯著提高工廠或研發(fā)的生產(chǎn)效率。
1. 以橡膠加工分析儀代替門尼 (Mooney) 粘度測試儀
多年以來，門尼粘度是表征生橡膠和混合原料單一而最為常用的測試手段。已表明，門尼粘度粗略地與生橡膠的平均分子量相關(guān)。但是，它很難顯示其它量的變化，例如分子量分布，或長鏈支化。
橡膠行業(yè)一直在尋找更好的橡膠測試方法。已有70年歷史的門尼粘度試驗(yàn)仍被廣泛采用，但是它對不同生產(chǎn)批次的彈性體之間更為細(xì)微的差異相對不敏感，不便于自動(dòng)化。有個(gè)問題是，相對較多的樣品(大約25g)以及使用未加熱的轉(zhuǎn)子會(huì)導(dǎo)致測試儀器的溫度恢復(fù)期相對目前使用的其它方法較長。而且，在門尼試驗(yàn)的后期，必須將橡膠從轉(zhuǎn)子上撬下來，然后將兩塊新的裁剪好的橡膠放在門尼測試儀上用于下一次試驗(yàn)。由于這種變化時(shí)間隨操作工的不同或其它原因而改變，試驗(yàn)的重復(fù)性和再現(xiàn)性與其它新型技術(shù)試驗(yàn)方法相比較差。另外，門尼試驗(yàn)長時(shí)間的溫度恢復(fù)期要求儀器試驗(yàn)時(shí)間最少要5分鐘(ML 1+4)。而且，如果在最后的門尼粘度測量之后立即進(jìn)行門尼拉伸松弛試驗(yàn)，那么整個(gè)門尼試驗(yàn)的時(shí)間最少要7分鐘。7分鐘的試驗(yàn)時(shí)間，加上相當(dāng)長的樣品準(zhǔn)備時(shí)間和轉(zhuǎn)換時(shí)間，使得門尼粘度試驗(yàn)相當(dāng)漫長。
隨著1992年RPA 2000橡膠加工分析儀的采用，發(fā)現(xiàn)對于多種不同的生橡膠，在7%應(yīng)變、0.1 Hz和100℃下的RPA復(fù)數(shù)動(dòng)態(tài)粘度、復(fù)數(shù)模量或復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)矩與100℃下傳統(tǒng)的門尼粘度值(ML 1+4)關(guān)聯(lián)得很好。同樣也顯示RPA和不同批次的同樣等級(jí)的丁苯橡膠(簡稱SBR)之間的極好相關(guān)性。
將進(jìn)行3點(diǎn)頻率掃描(測量加工性能的目的)的第一個(gè)試驗(yàn)條件確定為RPA試驗(yàn)條件，1997年被橡膠工業(yè)接受為ASTM標(biāo)準(zhǔn) D6204。還發(fā)現(xiàn)，RPA未硫化的tan也與門尼拉伸松弛試驗(yàn)相關(guān)得非常好。這2項(xiàng)試驗(yàn)條件僅在RPA上使用3分鐘。而且，很容易將橡膠樣品放到RPA里，試驗(yàn)最后很快從RPA里取出來。因此，使用RPA所謂的轉(zhuǎn)換時(shí)間與門尼粘度試驗(yàn)相比更短。
在一臺(tái)RPA上進(jìn)行橡膠試驗(yàn)的時(shí)間通常僅為在門尼粘度儀上獲取同樣信息所需時(shí)間的1/3。因而，RPA 2000的生產(chǎn)能力大約是門尼粘度儀的3倍。另外，從RPA上獲得的信息質(zhì)量更高，對大量生彈性體之間質(zhì)量的實(shí)際差別更加靈敏。圖1不同丁苯橡膠的結(jié)果說明了這一點(diǎn)。
圖1：門尼粘度幾乎相同的2種丁苯橡膠 1006用
RPA進(jìn)行10點(diǎn)頻率掃描的對比，未硫化的tan顯著不同
很顯然，不得不將測試好的橡膠樣品從門尼轉(zhuǎn)子上撬下來就很難使儀器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。多年以來，橡膠工業(yè)一直在尋找一種能自動(dòng)化的無需轉(zhuǎn)子的門尼粘度儀。隨著RPA(一種無轉(zhuǎn)子的剪切流變儀)的發(fā)展，自動(dòng)化成為可能。正如前面討論的，RPA的試驗(yàn)生產(chǎn)率是門尼粘度儀的3倍，能被用來取代門尼粘度儀。然而，更大程度的提高生產(chǎn)率則可以通過將RPA自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)。
自動(dòng)化RPA將提供一個(gè)能放置10個(gè)樣品進(jìn)行自動(dòng)化試驗(yàn)的托盤，或者是提供一套裝配好的10個(gè)托盤，能自動(dòng)測試100個(gè)樣品。無人情況下就能在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)測試100個(gè)樣品。自動(dòng)化的RPA使用具有薄膜和氣動(dòng)機(jī)器人臂的專利系統(tǒng)，有效地將樣品自動(dòng)送入儀器當(dāng)中。這就意味著操作工不必要在儀器上不停的工作，可以在工廠的任何地方自由地從事其他的工作任務(wù)。一旦安裝好了以后，自動(dòng)化的RPA就能執(zhí)行所有的測試。允許實(shí)驗(yàn)室操作工將其時(shí)間集中到其它的任務(wù)上，這使得試驗(yàn)生產(chǎn)率顯著提高。
3. 使用MDR 2000 代替ODR提高生產(chǎn)率
正如RPA的無轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)帶來明顯優(yōu)于門尼粘度儀的生產(chǎn)率，特殊無轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的MDR 2000活模流變儀也能提供明顯優(yōu)于老式ODR(振蕩盤式流變計(jì))的生產(chǎn)率。原始的ODR技術(shù)由Monsanto儀器公司(現(xiàn)在的Alpha技術(shù)公司)于1962年研發(fā)并推出。由于其首次實(shí)現(xiàn)快速測量加工性能、燒焦、硫化速度和一次試驗(yàn)中硫化極限狀態(tài)的橡膠技術(shù)，ODR是一項(xiàng)非常重要的發(fā)明。ODR已成為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化的橡膠試驗(yàn)方法，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ASTM D2084，在世界上獲得廣泛認(rèn)可。
雖然ODR對橡膠工業(yè)產(chǎn)生了很大影響，但是其設(shè)計(jì)還存在一些技術(shù)問題。其中一個(gè)問題是未加熱的雙錐形轉(zhuǎn)子起到散熱器的作用，導(dǎo)致很長的溫度恢復(fù)時(shí)間(樣品溫度達(dá)到儀器設(shè)定溫度所需要的時(shí)間)。MDR 2000是在1987年推出的。MDR的設(shè)計(jì)不僅對實(shí)際的質(zhì)量差別更加敏感，能測量ODR無法測量的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，還能在一半的時(shí)間內(nèi)提供硫化信息，原因是更快速的溫度恢復(fù)和轉(zhuǎn)子消除。
圖2表示典型的溫度恢復(fù)時(shí)間，ODR大約是4-5分鐘，相比而言，MDR 2000 的溫度恢復(fù)時(shí)間僅有20-30秒。而且，結(jié)果顯示，MDR 2000相比ODR (R 100)在一半的時(shí)間內(nèi)達(dá)到90%硫化狀態(tài)。因而，MDR 2000能在ODR一半的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)提供硫化信息。還有，由于MDR的無轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)束后可以輕松將樣品從盤子上取出來。另一方面，從ODR轉(zhuǎn)子上撬下樣品則需要更多的時(shí)間。另外，由于轉(zhuǎn)子的關(guān)系，ODR設(shè)計(jì)中薄膜不能被有效的加以利用。因?yàn)镸DR的無轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，樣品可以像薄膜三明治一樣放置在MDR里，試驗(yàn)后很容易用鑷子取下來。使用薄膜防止沖模污染，使試驗(yàn)之間的清洗時(shí)間最小化，這又帶來生產(chǎn)率的提高。
圖2：MDR與ODR溫度恢復(fù)時(shí)間的比較
4. 使用MDR技術(shù)進(jìn)行高溫硫化
因?yàn)檗D(zhuǎn)矩傳感器掛載在MDR的上模上，更加清晰的轉(zhuǎn)矩信號(hào)作為來自于下模正弦振動(dòng)、通過橡膠樣品的力進(jìn)行測量。(相比而言，ODR設(shè)計(jì)試圖通過轉(zhuǎn)子軸承的力學(xué)摩擦測量轉(zhuǎn)矩。)有時(shí)候，測量同樣的配方變更，MDR顯示10倍于ODR的試驗(yàn)靈敏度。而且，MDR適用硫化溫度高達(dá)230℃，仍然可以提供關(guān)于該配方的有用信息。相比之下，ODR超過200℃就不能使用。根據(jù)指定配方的活化能，硫化反應(yīng)隨著硫化溫度的提高明顯加快，相應(yīng)的硫化時(shí)間就更短。
還有，像按照ASTM D6600標(biāo)準(zhǔn)測量的一樣，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)靈敏度(信噪比)的下降，通常不會(huì)降到低于試驗(yàn)溫度30℃時(shí)的R100 ODR值以下。另外，某些硫化儀參數(shù)相比其它參數(shù)隨著硫化試驗(yàn)溫度的增加保持在相對高的靈敏度水平。
從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來看，在更高的硫化溫度下用MDR技術(shù)代替ODR技術(shù)，測試生產(chǎn)率相比R 100而言，能增加到3倍或4倍。將硫化試驗(yàn)溫度提高30℃，在保持原來用ODR可以獲得的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)靈敏度的同時(shí)能顯著提高生產(chǎn)率。另外一方面，如果在與R100 ODR同樣的硫化溫度下運(yùn)行MDR，獲得的生產(chǎn)率提高會(huì)更小，但是，MDR顯示的試驗(yàn)靈敏度比R 100要更好。 網(wǎng)線測試儀相關(guān)文章:網(wǎng)線測試儀原理 熱式質(zhì)量流量計(jì)相關(guān)文章:熱式質(zhì)量流量計(jì)原理 流量計(jì)相關(guān)文章:流量計(jì)原理
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