[NI技术]基于labview的橡胶加工分析仪开发方案.doc

NI技术基于labview 的橡胶加工分析仪开 发方案测量天然橡胶和未 硫化混炼胶的流动特 性，以及橡胶在硫化 及后硫化动态特 性。- 桂 春雷,The Challenge:无论控制还是数据处 理，国内目前没有可 参靠的方案供借鉴。 只能依赖自己对国外 设备的认知和10余 年的工作经验积累， 进行相关设计工 作。The Solution:基于USB 6343 数据采集 卡，利用NI LabVIEW 开 发一套控制“直接驱 动旋转电动机” DDR (Direct- driverotarymotors)按照预先设定的方式 运行，然后采集扭力 传感器输出的扭矩信 号，运用离散傅里叶 变换DFT，进行数 据处理的橡胶加工分 析仪系统设计方 案。部分电路外观图Author (s):桂 春雷 -1、引言：橡胶是粘弹性体,其 粘弹特性影响着胶料 的加工性能、硫化胶 的物理性能以及橡胶 制品的使用性能。例 如，作为非牛顿流体 的橡胶，其粘性随着 剪切力的增加而降低 的特性，不仅对测试 胶料的粘性很重要， 而且对了解粘性如何 随着剪切速率的增加 而降低，这些性质对 于胶料在制作过程的 不同阶段的品质控制 也很重要。目前行业 依据ASTM D6601和 ASTM D6204等标准， 使用进口的橡胶加工 分析仪等设备进行此 类性能的检测。本文 介绍了使用 labview编 程，使用NI数据采 集卡，配合其它硬 体，完成橡胶加工分 析仪的设计。2 、原理说明本系统包括以下子系 统：1) 数据采集系 统；2) 动力控制系统3) 温度控制系统4) 数据分析运算 系统5) 模具系统 其结构示意图如图1 所示：图1下面重点介绍动力控 制系统、数据采集系 统、数据分析运算系 统2.1、 动 力控制系统按照ASTM D 6601/ASTM D6204标准，从 USB6343的 AO端，使用 Voltage Continuous Output.VI 输出一个正弦模拟量 型号，控制DDR驱 动器的动作，如下图 21/5图 22.2、 数 据采集系统扭力传感器安装在下 图3所示的上模具部 分。图 3DDR电机按照预先 设定的频率和幅值， 带动图3所示的下模 具，进行剪切运动。 在上下模具之间的被 测试样品，随着下模 具的剪切运动产生变 形，将扭力传递给上 模具的扭力传感器。 扭力传感器获得的扭 力信号转换为电信 号，通过线性放大 后，进入 USB6343的 AI端口。 进行普 通的橡胶交联测试， 获得的原始扭力曲 线，局部截取的扭力 曲线如下图4所示。图 42.3、 数 据分析系统2/5运用labview 的Flat Sequence 程序结构结合面板， 轻松完成前期的测试 动作的设定。而使用 labview内置 的FFT计算VI， 完成弹性和粘性的分 解。因为，傅里叶变 换运算，不仅可以进 行有效的粘弹分解， 还可以滤波。滤波是 一种信号处理过程， 该过程去掉或抑制信 号中的某些部分，同 时保留或放大另外的 部分，可以有效抑制 系统噪声（参考文献 3）。2.4、部分电路外 观图3、实验认证运用上述组合，不仅 可以完成普通的橡胶 硫化测试，还可以完 成橡胶加工分析中常 用的温度扫描、频率 扫描、应变扫描。例 如：测试中温度的提 高可以大大降低刚性 较大的高聚物熔体的 粘度。但是，柔性较 大大的橡胶粘度受温 度的影响较小，降低 橡胶的粘度，关键在 于降低分子量。如下 图所示，测试的 Tan Delta 呈现随着温度的升高 并没有呈现明显线性 变化的趋势。分子量相同，分子量 分布不同的高聚物， 它们的粘度随着剪切 速率变化的幅度是不 相同的。当剪切速率 小时，分子量分布宽 的试样的粘度比分子 量分布窄的高；在剪 切速率高时，分子量 分布宽的，反而比分 子量窄的小。更确切 说，分子量分布宽的 胶料，对剪切速率变 化比较敏感，在剪切 速率下粘度降低的 多，加工就比较容 易。下图是使用频率 扫描测试的Tan Delta呈现随着 频率的升高，呈现明 显线性下降趋势的图 像。对不同的材料获 得不同的Tan Delta曲线，可 以获得不同材料的粘 度随着剪切速率变化 的趋势图，分析材料 的加工性。3/5橡胶制品添加炭黑 后，拉伸强度可以提 高几倍甚至几十倍。 是橡胶工业中大量使 用的补强材料。但 是，炭黑的增加也对 橡胶材料的流动性产 生显着的影响。单纯 从炭黑的角度看，影 响体系流动性的因素 有炭黑的用量，粒 径，结构性及表面性 质，其中用量和粒径 影响最大。例如，我 们利用小应变来测量 炭黑颗粒大小。如下 图中动态模量G在 不同应变的数据，如 果G数据大的材料，其使 用的炭黑颗粒一般 小；G数据小的材 料，其使用的炭黑颗 粒一般大。4、结论综合上述，使用 labview可以 快速地实现橡胶加工 分析仪的控制、数据 分析以及后期的数据 处理工作，从而为橡 胶加工性分析设备提 供有效的技术支持。 如果修改现有的模 具，还能拓展适用范 围，应用到塑料加工 中。参考书目：1、ASTM D 6601 02 Standard Test Method for Rubber Properties Measurement of Cure and After- Cure Dynamic Properties Using a Rotorless Shear Rheometer2、 ASTM D 6204 01 Standard Test Method for Rubber Measurement of Unvulcanized Rheological Properties Using Rotorless Shear Rheometers3、数字滤波与快 速傅里叶变换清华 大学出版社 程佩青Author Information:桂 春 雷4/5部分电路外观图LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUDY IS PROV