橡胶固化的流变学研究

・32・广州化工2004年32卷第3期

橡胶固化的流变学研究

吴乔峰 丁晓炯

(美国BROO KFIELD 公司上海代表处,200063)

  摘 要 本文的目的是得到一种快速、可重复的方法来反映并量化两种不同橡胶产品在固化温度下结构的形成, 从控

制应力屈服测试和蠕变测试结果我们发现流变学方法可以用来很好的表征橡胶的固化。

关键词 橡胶 固化 流变学

Rheological Study on the Cure Wu Q iaofeng (B rookf iel d )

  Abstract  The to a method to investigate and quantify the build up of struc 2

ture at cure of different “rubber ”based products. From the results of controlled stress yield test and creep test that rheology provides a good method to characterize the cure of rubber.

K eyw ords  rubber  cure  rheology

试中应力也是随着测试的进行增加的。因此我们将

所获得的数据转换成J (柔量) 对时间的关系, 柔量可以对所加的应力进行“归一化”处理。

1 引 言

本文叙述了通过研究橡胶的流变学特性来找到

一种快速、可重复的方法来反映并量化两种不同“橡胶”产品在“固化”温度下结构的形成。本文采用了流变学中的蠕变和屈服技术[1]。

屈服技术要求样品在通过上面板所加的扭矩(旋转应力) 作用下以一个预先确定的最小速度运动。在运动后对材料在到达屈服点的过程中累积应力的速率的计算给出了一个值———模量, 它表明了材料的整体硬度。在这一测试中应力曲线的峰值即为屈服应力, 见图1。随着材料的固化, 我们会看到屈服点和模量的增加, 一旦达到稳定的“完全固化”

状态, 在达到屈服点前这些参数的增加就会停止。

蠕变技术是指在测试过程中对样品上加一个恒定应力, 记录所获得的移动(应变) 对时间的变化, 见图2。

通常为了比较不同样品的位移(应变) /时间数据, 对相似样品进行的蠕变测试是在同样的条件(温度、时间和所加的应力) 下进行的。在本文中由于温度要求变化, 这种标准的方法是不合适的。同样, 由于模量(总体硬度) 的大小也会改变, 在连续蠕变测

图1 控制应力屈服测试

2004年32卷第3期广州化工・33・

2 实 验

本文的样品是Fenner Dunlop 公司提供的两种橡胶—N7, N2, 流变学测量采用的仪器是美国Brookfield 公司的R/S -CPS 锥/板流变仪, 这种流变仪可以提供多种操作方法:控制剪切应力流动、控制剪切应率流动、应力驱动屈服、应变驱动屈服、蠕变等[2]。

在屈服应力测试中, 为了获得结构累积的数据, 我们进行了一系列的测试, 每个测试都是前面测试

图2 蠕变测试

的重复, 实验条件设置为:

①旋转速度0102弧度/②每个温度下在30s 30个数据点

331℃到140℃的屈服

表1

) 测试(℃

16133216Pa

1004419Pa

1054819Pa

1109718Pa

115325Pa

1206,610Pa

屈服点

  从上表中可以看出, 随着温度的增加, 橡胶的屈

服应力逐渐增加, 变化非常明显。这是与橡胶内部的结构变化相吻合的, 随着温度的增加, 橡胶发生了固化, 其屈服应力也逐渐增加。因此橡胶的屈服应力可以很好的反应其固化情况。312 N7和N2的蠕变

对蠕变数据的分析获得了几个参数。为了更清

楚, 本文选了其中的一个———蠕变粘度———来显示测试中温度增加时样品结构的形成。蠕变粘度本质上是本文中理论部分提到的“稳定剪切蠕变”曲线的梯度。

31211 连续测试N7—蠕变粘度Pas 。

表2

) 温度(℃

802131

903151

1009179

10571

11541319

1201021

12518,182

141,236

蠕变粘度

表3

) 温度(℃

802112

903139

1001010

1058015

110507

1151229

12021,230

125148,730

蠕变粘度

  表二、表三是对N7连续进行两次蠕变测试所

得到的蠕变粘度。从结果可以看出两次测试结果重复性较好, 均反应了样品随温度升高的变化情况。31212 N2-蠕变粘度Pas 。

表4

) 温度(℃

8052

90124

10028200

105Infinite

蠕变粘度

  从N2的蠕变粘度结果可以看出,N2的固化温

度明显比N7低。

4]

313 评价物质流变性的指标[3、31311 粘度

结构化流体的粘度不是恒定的, 而是与其所受的剪切率有关的。通常情况下, 液体在静止时有最大的粘度(零剪切粘度) , 并且会逐渐剪切变稀直到在一个高剪切率下达到最小粘度。这种行为被称做

・34・广州化工2004年32卷第3期

剪切变稀和假塑性。在有些材料中黏度的最大和最小值间会有几十的差距, 而在其它材料中这个差距会非常小。

这表明了很重要的一点:在一个特定的转速或剪切率下测得的黏度可能与在所考虑的处理过程中特定的剪切率下的黏度没有任何关系。比如, 低剪切率下测得的粘度是与长时间情况下的处理过程(始悬浮固体的沉淀或湿涂层的自流相关的) , 因此在高剪切率下测定的粘度对于预测沉淀稳定性或好的自流行为就不能进行可信的预测。

通过持续增加剪切率来测量粘度就能得到材料的粘度分布图, 从而就能揭示出材料中重要的流动特性, 而这在单点测量技术中是得不到的。31312 屈服应力

有些材料称为软固体比流体更合适。除非放置一段很长的时间, 使其不会流动。这样的结构, 构屈服并流动。服应力, 这个值得是在很多工业过程中(如泵吸、涂敷和涂布) 中是很重要的一个参数。31313 触变性

屈服应力和触变性后我们可以解决工业中很多常见

的流动问题。31314 蠕变性

蠕变测试是一种只有在控制应力型流变仪上才能提供的强大的技术, 相比于简单的粘度或屈服应力测量, 这种方法能够更多地揭示材料的粘弹性。到目前为止, 这种技术只能在高端的研究级流变仪系统中提供。现在,Brookfield 的RS -SST 软固体测试仪的出现给日常的质量控制人员或产品开发人员带来了简单而又强大的蠕变测试方法。

蠕变测试是在一定的时间内将一个很小的恒定应力加在样品上, ———运动的距离和速度———(通常是几分钟) 作图, 我们得到所测上文的结果表明了流变学方法中的屈服应力测试和蠕变技术能反应橡胶在温度增加情况下固化时结构的形成, 对这两种方法所产生的数据的分析很容易确定材料在固化的任何阶段的固化速率和相对硬度, 从而可以量化橡胶的固化形成。

当把一定的剪切率加在假塑性流体上时, 其粘度会下降到其粘度分布图中的一个特征值。这种剪切变稀可能立即发生, 也可能过一段时间才会发生。类似的(通常是更重要的) , 在停止剪切后, 粘度会过一段时间后才会恢复到起点值, 流体的这种特性就被称为触变性。

从产品的性能或处理角度看触变性可能是好事, 也可能是坏事。混合、泵吸、填充和应用特性都会显著地受到触变性的破坏和恢复速度的影响, 因此预测其值就显得尤为重要。知道了粘度分布图、

参考文献

1 Brookfield Engineering Laboratories , Inc , Application Re 2

port :03/13,Bookfield Engineering Laboratories ,Inc. 2 Brookfield Engineering Laboratories , Inc , Product Develop 2

ment And Quality Control With New R/S Rheometer Range. Lab Notes.

3 Brookfield Engineering Laboratories , Inc , Testing Difficult

Samples With the new S oft S olids Test SST 2000. Lab Notes.

4 刘柳莉1上海计量测试,2003,2:43

・32・广州化工2004年32卷第3期

橡胶固化的流变学研究

吴乔峰 丁晓炯

(美国BROO KFIELD 公司上海代表处,200063)

  摘 要 本文的目的是得到一种快速、可重复的方法来反映并量化两种不同橡胶产品在固化温度下结构的形成, 从控

制应力屈服测试和蠕变测试结果我们发现流变学方法可以用来很好的表征橡胶的固化。

关键词 橡胶 固化 流变学

Rheological Study on the Cure Wu Q iaofeng (B rookf iel d )

  Abstract  The to a method to investigate and quantify the build up of struc 2

ture at cure of different “rubber ”based products. From the results of controlled stress yield test and creep test that rheology provides a good method to characterize the cure of rubber.

K eyw ords  rubber  cure  rheology

试中应力也是随着测试的进行增加的。因此我们将

所获得的数据转换成J (柔量) 对时间的关系, 柔量可以对所加的应力进行“归一化”处理。

1 引 言

本文叙述了通过研究橡胶的流变学特性来找到

一种快速、可重复的方法来反映并量化两种不同“橡胶”产品在“固化”温度下结构的形成。本文采用了流变学中的蠕变和屈服技术[1]。

屈服技术要求样品在通过上面板所加的扭矩(旋转应力) 作用下以一个预先确定的最小速度运动。在运动后对材料在到达屈服点的过程中累积应力的速率的计算给出了一个值———模量, 它表明了材料的整体硬度。在这一测试中应力曲线的峰值即为屈服应力, 见图1。随着材料的固化, 我们会看到屈服点和模量的增加, 一旦达到稳定的“完全固化”

状态, 在达到屈服点前这些参数的增加就会停止。

蠕变技术是指在测试过程中对样品上加一个恒定应力, 记录所获得的移动(应变) 对时间的变化, 见图2。

通常为了比较不同样品的位移(应变) /时间数据, 对相似样品进行的蠕变测试是在同样的条件(温度、时间和所加的应力) 下进行的。在本文中由于温度要求变化, 这种标准的方法是不合适的。同样, 由于模量(总体硬度) 的大小也会改变, 在连续蠕变测

图1 控制应力屈服测试

2004年32卷第3期广州化工・33・

2 实 验

本文的样品是Fenner Dunlop 公司提供的两种橡胶—N7, N2, 流变学测量采用的仪器是美国Brookfield 公司的R/S -CPS 锥/板流变仪, 这种流变仪可以提供多种操作方法:控制剪切应力流动、控制剪切应率流动、应力驱动屈服、应变驱动屈服、蠕变等[2]。

在屈服应力测试中, 为了获得结构累积的数据, 我们进行了一系列的测试, 每个测试都是前面测试

图2 蠕变测试

的重复, 实验条件设置为:

①旋转速度0102弧度/②每个温度下在30s 30个数据点

331℃到140℃的屈服

表1

) 测试(℃

16133216Pa

1004419Pa

1054819Pa

1109718Pa

115325Pa

1206,610Pa

屈服点

  从上表中可以看出, 随着温度的增加, 橡胶的屈

服应力逐渐增加, 变化非常明显。这是与橡胶内部的结构变化相吻合的, 随着温度的增加, 橡胶发生了固化, 其屈服应力也逐渐增加。因此橡胶的屈服应力可以很好的反应其固化情况。312 N7和N2的蠕变

对蠕变数据的分析获得了几个参数。为了更清

楚, 本文选了其中的一个———蠕变粘度———来显示测试中温度增加时样品结构的形成。蠕变粘度本质上是本文中理论部分提到的“稳定剪切蠕变”曲线的梯度。

31211 连续测试N7—蠕变粘度Pas 。

表2

) 温度(℃

802131

903151

1009179

10571

11541319

1201021

12518,182

141,236

蠕变粘度

表3

) 温度(℃

802112

903139

1001010

1058015

110507

1151229

12021,230

125148,730

蠕变粘度

  表二、表三是对N7连续进行两次蠕变测试所

得到的蠕变粘度。从结果可以看出两次测试结果重复性较好, 均反应了样品随温度升高的变化情况。31212 N2-蠕变粘度Pas 。

表4

) 温度(℃

8052

90124

10028200

105Infinite

蠕变粘度

  从N2的蠕变粘度结果可以看出,N2的固化温

度明显比N7低。

4]

313 评价物质流变性的指标[3、31311 粘度

结构化流体的粘度不是恒定的, 而是与其所受的剪切率有关的。通常情况下, 液体在静止时有最大的粘度(零剪切粘度) , 并且会逐渐剪切变稀直到在一个高剪切率下达到最小粘度。这种行为被称做

・34・广州化工2004年32卷第3期

剪切变稀和假塑性。在有些材料中黏度的最大和最小值间会有几十的差距, 而在其它材料中这个差距会非常小。

这表明了很重要的一点:在一个特定的转速或剪切率下测得的黏度可能与在所考虑的处理过程中特定的剪切率下的黏度没有任何关系。比如, 低剪切率下测得的粘度是与长时间情况下的处理过程(始悬浮固体的沉淀或湿涂层的自流相关的) , 因此在高剪切率下测定的粘度对于预测沉淀稳定性或好的自流行为就不能进行可信的预测。

通过持续增加剪切率来测量粘度就能得到材料的粘度分布图, 从而就能揭示出材料中重要的流动特性, 而这在单点测量技术中是得不到的。31312 屈服应力

有些材料称为软固体比流体更合适。除非放置一段很长的时间, 使其不会流动。这样的结构, 构屈服并流动。服应力, 这个值得是在很多工业过程中(如泵吸、涂敷和涂布) 中是很重要的一个参数。31313 触变性

屈服应力和触变性后我们可以解决工业中很多常见

的流动问题。31314 蠕变性

蠕变测试是一种只有在控制应力型流变仪上才能提供的强大的技术, 相比于简单的粘度或屈服应力测量, 这种方法能够更多地揭示材料的粘弹性。到目前为止, 这种技术只能在高端的研究级流变仪系统中提供。现在,Brookfield 的RS -SST 软固体测试仪的出现给日常的质量控制人员或产品开发人员带来了简单而又强大的蠕变测试方法。

蠕变测试是在一定的时间内将一个很小的恒定应力加在样品上, ———运动的距离和速度———(通常是几分钟) 作图, 我们得到所测上文的结果表明了流变学方法中的屈服应力测试和蠕变技术能反应橡胶在温度增加情况下固化时结构的形成, 对这两种方法所产生的数据的分析很容易确定材料在固化的任何阶段的固化速率和相对硬度, 从而可以量化橡胶的固化形成。

当把一定的剪切率加在假塑性流体上时, 其粘度会下降到其粘度分布图中的一个特征值。这种剪切变稀可能立即发生, 也可能过一段时间才会发生。类似的(通常是更重要的) , 在停止剪切后, 粘度会过一段时间后才会恢复到起点值, 流体的这种特性就被称为触变性。

从产品的性能或处理角度看触变性可能是好事, 也可能是坏事。混合、泵吸、填充和应用特性都会显著地受到触变性的破坏和恢复速度的影响, 因此预测其值就显得尤为重要。知道了粘度分布图、

参考文献

1 Brookfield Engineering Laboratories , Inc , Application Re 2

port :03/13,Bookfield Engineering Laboratories ,Inc. 2 Brookfield Engineering Laboratories , Inc , Product Develop 2

ment And Quality Control With New R/S Rheometer Range. Lab Notes.

3 Brookfield Engineering Laboratories , Inc , Testing Difficult

Samples With the new S oft S olids Test SST 2000. Lab Notes.

4 刘柳莉1上海计量测试,2003,2:43


相关内容

  • 哈克转矩流变仪在聚合物加工中的应用
  • 第23卷第7期 2004年7月 实验室研究与探索 RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORY Vol.23No.7 Jul.2004 哈克转矩流变仪在聚合物加工中的应用 杜启玫, 周持兴 (上海交通大学化学化工学院,上海200240) 中图分类号:TB332文献标识码:B文 ...

  • 聚合物共混知识点总结
  • 1. 聚合物共混:共混改性包括物理共混.化学共混和物理/化学共混三大类型.其中,物理共混就是通常意义上的"混合".如果把聚合物共混的涵义限定在物理共混的范畴之内,则聚合物共混是指两种或两种以上聚合物经混合制成宏观均匀物质的过程. 2. 分布混合,又称分配混合.是混合体系在应变作用 ...

  • 聚合物结构与性能复习题及答案
  • <聚合物结构与性能II >复习题 修改 以下是每位老师给出的复习题,每位老师会从自己给的复习题中抽出1-2道作为最终考题 考试时间:12月4日(第十四周 周五)晚 6:00 武德珍老师 1.简述聚酰亚胺的结构与性能 基本结构 : N Ar O N Ar' n 基本性能: 1. 耐高温(T ...

  • 常用塑料材料标准
  • 常用塑料材料标准 聚乙烯--PE 聚丙烯--PP 聚丁烯--PB 聚氯乙稀--PVC 耐热聚乙稀--PE-RT 硬聚氯乙稀(增强聚氯乙烯)--PVC-U(UPVC) 高密度聚乙烯--HDPE 无规共聚聚丙烯--PP-R 玻纤增强聚丙烯--FRPP 低密度聚乙烯--LDPE 聚甲基丙烯酸甲酯--PMM ...

  • 丙烯酸树脂合成原理
  • 丙烯酸树脂合成原理 丙烯酸树脂合成原理 回答 纯钢结构 2009-04-28 16:26:09 共聚物树脂 碳酸酯甲基丙烯酸丙酯 200 甲基丙烯酸甲酯 300 苯乙烯 200 丙烯酸正丁酯 270 甲基丙烯酸 30 甲苯 500 乙酸异丁酯 200 叔丁墓过氧化物 10 偶氮二异丁腈 5 乙酸异丁 ...

  • 热固性塑料注塑成型综论_胡海青
  • l3(Sum.143) 塑料科技 PLASTICSSCI.&TECHNOLOGY 41June2001 文章编号:1005-3360(2001)-03-0041-06 热固性塑料注塑成型综论 胡海青 (青岛化工学院高分子科学与工程学院,山东青岛266042) 摘 要: 论述了基本热固性塑料注 ...

  • 超支化聚合物增韧环氧树脂的研究进展
  • 78 工程塑料应用2006年, 第35卷, 第1期 超支化聚合物增韧环氧树脂的研究进展 朱 超 林丽娟 (徐州建筑职业技术学院土木工程系, 徐州 221008) 摘要 介绍超支化聚合物的结构及特点, 着重综述了超支化聚合物增韧改性环氧树脂的研究进展, 指出了超支化聚合物在环氧树脂改性方面的发展方向. ...

  • 橡胶结构与性能关系的研究
  • 260 2006年橡胶新技术交流暨信息发布会 橡胶结构与性能关系的研究 哈恒欣1.魏伯荣2 (1.湖北红星化学研究所,湖北襄樊441003:2.西北工业大学高分子研究所,陕西西安 710072) 摘要:综述了橡胶的结构与性能之间的关系.从橡胶的链结构和聚集结构的角度,讨论和研究了橡胶结构对其力学性能 ...

  • 增稠剂在食品中的应用及发展前景
  • 南通科技职业技术学院 毕业论文(设计) 课题名称 增稠剂在食品中的应用及发展前景 专业及班级 学 姓号 名 食品加工3141 1451305101 柏娟 华海霞 指导老师 年 月 日 增稠剂在食品中的应用及发展前景 摘 要 增稠剂又称胶凝剂,用于食品时又称糊料或食品胶,它的主要作用是提高物系粘度,使 ...