硫化特性實(shí)驗(yàn)的工作原理！

硫化特性實(shí)驗(yàn)的工作原理！
 
一、          實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1.      深刻理解橡膠的硫化特性及其意義。
2.      熟悉橡膠硫化儀的結(jié)構(gòu)和工作原理。
3.      熟練操作硫化儀和準(zhǔn)確處理硫化曲線。
二、          實(shí)驗(yàn)原理
橡膠硫化是橡膠加工中*重要的工藝過程之一。硫化是橡膠的物理化學(xué)變化的過程，其中主要是化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)歷著一系列復(fù)雜的化學(xué)交聯(lián)過程。硫化結(jié)果，使未硫化膠變成硫化膠，導(dǎo)致橡膠由塑性物質(zhì)變成彈性物質(zhì)，具有良好的物理機(jī)械性能和化學(xué)性能，成為工業(yè)上有使用價(jià)值的材料。
硫化膠性能隨硫化時(shí)間的長短有很大變化，一般規(guī)律是：抗張強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度首先隨硫化時(shí)間增加而上升，當(dāng)增至一定值后逐漸下降，伸長率、生熱、變形隨硫化時(shí)間增加而減少；硬度、彈性、定伸隨硫化時(shí)間增加而增至某一定值。由此可見，硫化時(shí)間是表征橡膠硫化程度的標(biāo)志，硫化時(shí)間的選取，決定了硫化膠性能的好壞。
                                         
 
典型的硫化曲線見圖1。圖中C點(diǎn)以前的轉(zhuǎn)矩變化是由硫化和老化綜合作用的結(jié)果。C點(diǎn)以后的變化僅是老化過程引起的，老化過程是斷裂和交聯(lián)的競爭過程，當(dāng)斷裂占優(yōu)勢時(shí)，轉(zhuǎn)矩達(dá)到*大值后，又開始沿CH下降，產(chǎn)生所謂的范原現(xiàn)象；當(dāng)交聯(lián)占優(yōu)勢時(shí)，則轉(zhuǎn)矩沿CD上升；如果斷裂和交聯(lián)相當(dāng)，則曲線沿CG延伸。
正硫化，通常是指橡膠制品的各種物理機(jī)械性能達(dá)到*佳值的硫化狀態(tài)。(即綜合了各項(xiàng)性能選定的)理論正硫化時(shí)間，則是達(dá)到正硫化狀態(tài)所需的時(shí)間。欠硫或過硫，橡膠物理機(jī)械性能都顯得較差。在實(shí)際應(yīng)用上，由于橡膠各項(xiàng)性能往往不會在同一時(shí)間都達(dá)到*佳值，而且對制品的要求往往側(cè)重于某一、二個(gè)方面，因此常常側(cè)重于某些性能來選擇和確定*佳正硫化時(shí)間，顯然與上述正硫化時(shí)間概念是不同的，我們稱之為工藝正硫化時(shí)間或技術(shù)正硫化時(shí)間，測定正硫化程度的方法有三類，有化學(xué)法、物理法和儀器法。前兩種方法，雖然都能在一定程度上測定膠料的硫化程度，但存在不少缺點(diǎn)，一是麻煩；二是不經(jīng)濟(jì)；三是精度低，重現(xiàn)性差，尤其不能連續(xù)測定硫化全過程。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用儀器法測定橡膠的硫化特性，即硫化焦燒時(shí)間、正硫化時(shí)間等，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，技術(shù)日趨完善，顯示硫化儀的諸多優(yōu)點(diǎn)，如測定快速、準(zhǔn)確、方便、試樣用料少，能連續(xù)測定硫化全過程，因此在國內(nèi)外得到廣泛的使用。
硫化儀測定記錄的是轉(zhuǎn)矩值，用于反映膠料的硫化程度：
1．由于橡膠的硫化過程實(shí)際上是線性高分子材料進(jìn)行交聯(lián)的過程，因此用交聯(lián)點(diǎn)密度的大小(單位體積內(nèi)交聯(lián)點(diǎn)的數(shù)目)可以檢測出交聯(lián)程度。根據(jù)彈性統(tǒng)計(jì)理論可知：
G∝ρRT
式中G——剪切模量，MPa;
ρ——交聯(lián)點(diǎn)密度,mol/ml;
R——?dú)怏w常數(shù),Pa·l/(mol·K);
T——**溫度,K
式中R、T是常數(shù)，故G與ρ成正比，只需要得出G就能反映交聯(lián)程度。
2．G與轉(zhuǎn)矩M也存在一定的線性關(guān)系，因?yàn)閺哪z料在模腔中受力分析可知，轉(zhuǎn)子由于作正負(fù)30的擺動，對膠料施加一定的力使之形變，與此同時(shí)，膠料將產(chǎn)生剪切力、拉伸力、扭力等。這些力的合力F對轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩M，阻礙轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，而且隨膠料逐漸硫化，其G也逐漸增加，轉(zhuǎn)子擺動在定應(yīng)變的情況下，所需轉(zhuǎn)矩也成正比例的增加，上述可用以下各公式表示并加以說明。
1)          M=F·S
式中 M——膠料阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩，N·M；
  F——膠料阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的綜合力，N；
  S——力對轉(zhuǎn)子軸的垂直距離，M；
式中，S是常數(shù)，故M與F成正比。
2)          F∞σ總
F是膠料阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的綜合力，顯而易見，是與膠料單位面積上阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的力(即應(yīng)力σ總)是成正比關(guān)系的。
3)         膠料產(chǎn)生的各種應(yīng)力與G的關(guān)系：
由于M與F，F(xiàn)與σ總、與σ總與G、G與R都存在著線性關(guān)系，故M與U也就存在著線性關(guān)系，因此測定膠料轉(zhuǎn)矩的大小就可反映膠料的交聯(lián)密度。
三、實(shí)驗(yàn)步驟
1．啟動儀器
1)      確認(rèn)本儀器主機(jī)電源和氣源及計(jì)算機(jī)和打印機(jī)的電源均已連接好；
2)      把硫化儀主機(jī)右側(cè)的電源開關(guān)打開；
3)     打開計(jì)算機(jī)和打印機(jī)電源開關(guān)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入MM4130C2操作系統(tǒng)
2．設(shè)定溫度量程(在二臺SR94面板上進(jìn)行)
按或鍵，使SV顯示為所需實(shí)驗(yàn)溫度，再按ENT鍵確認(rèn)。
3． 加熱(操作在微機(jī)控制器面板上進(jìn)行)
本設(shè)置在缺省置下自動進(jìn)入加熱狀態(tài)，或按下WAR加熱鍵，上下加熱器開始加熱。
4． 參數(shù)設(shè)定
在MM4130C2操作系統(tǒng)中，擊點(diǎn)參數(shù)設(shè)定，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)
1)         輸入單位名稱；
2)         選擇或，使相應(yīng)“運(yùn)行時(shí)間”、“轉(zhuǎn)矩量程”數(shù)值滿足所需要求；
3)         選擇“自動保存”，所做實(shí)驗(yàn)以本次實(shí)驗(yàn)完成后的停止的時(shí)間作為文件名自動保存在“C：/”存儲文件“/”文件夾內(nèi)(8位文件名順序?yàn)椤霸?日-時(shí)-分”)；不選擇“自動保存”，亦可在“文件”或“匯總”中的子菜單下進(jìn)行保存，缺省設(shè)置為自動保存；
4)         通訊端口是計(jì)算機(jī)和硫化儀主機(jī)連接端口?！巴ㄓ嵍丝凇钡娜笔∵x項(xiàng)是COM1(串口1)。如果用戶占用COM1，請將通訊端口改為其他串口。如果使用串口卡或筆記本電腦沒有串口，需使用USB轉(zhuǎn)串口線，請選擇相應(yīng)的串口設(shè)置。
5)         選擇“彩色打印”，打印出的曲線為彩色；不選擇“彩色打印”，打印出的曲線是黑色；
6)         選擇“應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)曲線”，界面出現(xiàn)一條虛線是已選擇好作為標(biāo)準(zhǔn)曲線的曲線；
7)         選擇確訂，回到硫化儀操作系統(tǒng)狀態(tài)；
(沒有特殊情況，請不要改變通訊端口，否則容易導(dǎo)致計(jì)算機(jī)通訊失敗。)
5．                  校準(zhǔn)儀器(儀器校準(zhǔn)不需經(jīng)常進(jìn)行，可幾個(gè)月或半年校核一次。)
1)   打開主機(jī)箱，去掉控制器上的第14、15號線；(注：該線必須去掉，否則會導(dǎo)致儀器損壞。)
2)    把標(biāo)定器放入模腔中，下端與下模腔十字溝槽對準(zhǔn)；
3)     松動標(biāo)定器中間螺釘，使上端與上模腔溝槽對準(zhǔn)，擰緊中間螺釘；
4)    擰緊上螺釘和下螺釘；
5)   按開始鍵(主機(jī)面板或計(jì)算機(jī)屏幕上皆可)，觀察計(jì)算機(jī)屏幕上顯示轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值與標(biāo)定器上所標(biāo)轉(zhuǎn)矩值是否相等。若不相等，可小改錐旋轉(zhuǎn)電位器直至二者相等；(電位器：用鑰匙打開主機(jī)箱，中間控制器塑料外殼小孔處即電位器所在。)
6)    完成以后，將標(biāo)定器上所有螺釘松開，取下標(biāo)定器，將14、15號線接上。
6． 開始實(shí)驗(yàn)
1)     進(jìn)入實(shí)驗(yàn)等待狀態(tài)。根據(jù)需要分別輸入：存儲文件夾、膠料名稱、實(shí)驗(yàn)溫度、實(shí)驗(yàn)員等；(注：在本次實(shí)驗(yàn)做完之前輸入為有效。不輸入存儲文件夾名稱時(shí)，以膠料名稱為存儲文件夾名稱。)
2)     稱膠料：用天平稱4克膠料；(注：初次使用時(shí)，檢查一下做完的膠樣是否飽滿或擠出太多，根據(jù)膠料比重適當(dāng)增減。)
3)      溫度升至設(shè)定值后，放入膠料；
4)     按開始健(計(jì)算機(jī)顯示屏幕或微機(jī)控制器面板上均可)，開始實(shí)驗(yàn)；(注：開始鍵相當(dāng)于氣缸鍵、加熱鍵、電機(jī)鍵同時(shí)按下，關(guān)掉其中任何一個(gè)，實(shí)驗(yàn)停止。)
5)     結(jié)束實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到設(shè)定的運(yùn)行時(shí)間，待模腔自動打開，取出膠片，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束；或未到設(shè)定時(shí)間，也可按停止鍵(主機(jī)面板或計(jì)算機(jī)屏幕上皆可)停止實(shí)驗(yàn)；
6)     單個(gè)實(shí)驗(yàn)的保存和打?。簩?shí)驗(yàn)結(jié)束后，可選擇“單個(gè)實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的“保存”，彈出文件框后，輸入文件名，選擇“確認(rèn)”，該曲線即被保存為*LLP文件。如果在“參數(shù)設(shè)置”中選中“自動保存”，該曲線自動保存到指定的文件夾內(nèi)。若該曲線不需保存，則實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可打印該曲線，選擇“單個(gè)實(shí)驗(yàn)”的下拉菜單“打印”即可。如果打印已保存文件，可先選擇“單個(gè)實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的“打開文件”，打開需要打印曲線的文件名，該曲線即顯示在屏幕上，再選擇“單個(gè)實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的打印“即可。
四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與計(jì)算
硫化儀記錄裝置所繪出的曲線就是與剪切模量G成正比關(guān)系的轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化曲線，這個(gè)曲線通常叫做硫化曲線，繪圖儀自動打印T10、T50、T90的時(shí)間。