流变仪之各种曲线之原理.doc

一. 流变仪之各种曲线之原理：abaca c b1. S*粘弹曲线的原理：根据转子或转盘转动时，因胶料架桥作用所产生之扭矩变化曲线。S*SS” S*= S2+S”2=ab-ac2. S弹性曲线的原理：S=S* X cos，S 可得到相关之加硫条件参数。3. S”粘性曲线的原理：S”=S* X sin ，S” 可得到相关之粘性参数。粘性曲线可看出橡胶之加工性。4. Loss Angle动的损失角曲线的原理：=ab-ac5. tan 粘弹性比值曲线：tan=S”/S6. 上、下模温度曲线：测试进行中温度变化记录曲线。7. 硫化速率曲线：架桥过程中相邻两点间之斜率值之曲线。8. 粘弹综合曲线：S*= S2+S”2二. 流变仪图形及数据之判读及运用：流变仪之标准硫化曲线如下：加工特性區 硫化區 物性質區扭力時間其中共分为三大区：1. 第一区为加工区：在此一时间内橡胶具有可塑性。此段时间愈长愈易于加工，但产能将降低，扭力值愈低橡胶流动性愈好。2. 第二区为硫化区：在此一时间内为架桥过程。以相同的材料而言此段时间愈长，物性通常会较佳。3. 第三区为物理性质区：此一区段可判读成品之物理性质。由曲线中可得数据说明如下：TSMHMLMSMC扭力時間TC1. 焦烧时间(TS Time of Scorch)：一般而言国人的习惯此数据取2，这个时间通常称之为加工安全时间，也就是超过此时间橡胶已架桥失去了流动性，这是衡量模内流动时间的尺度，在低温下，它是衡量加工性能的指数，它与门尼焦烧相似。事实上，如果流变仪和门尼试验的温度相同时，流变仪的TS2和门尼的TS35有密切关系。以TS2为例，其定义为最低扭力值加2个单位所对应的时间：MS2=ML+2 此点所对应的时间(TS)2. 硫化时间(TC Time of Curing)：一般而言国人的习惯此数据取90，这个时间通常称之为最适加硫时间，也就是说当加硫至此一时间就可自模具中将成品取出，其定义为加硫至90%所需之时间，其计算公式为： MC90=(MH-ML)*90%+ML此点所对应之时间(TC)3. 最低扭力值(ML Min Torque)：此数据可作为加工特性之参考。最低扭力与在同样试验温度下之门尼粘度成正比，通常此值愈低愈易于加工，但也容易产生毛边。4. 最高扭力值(MH Max Torque)：此数据可作为成品物性之参考。最高扭力值是衡量在试验温度下，只改变促进剂时，胶料剪切模数或硬度的尺度，也是衡量定伸强度和交联密度变化的有效尺度。5. 加硫指数(CRI Cure Rate Index)：总加硫时间，即CRI=100/(T90-T2)。这是计算硫化反应速度的指针。6. 动的损失角(Loss Angle)：橡胶粘弹性比值之Tan，高分子本身具有粘弹特性，举例来说，一条橡皮筋原本长度为1公分当施以一外力时长度变为5公分，当外力消失时长度并非变为原来的1公分，而是是变为1.1公分，而这0.1公分的差值在流变机上，由于是作摇摆运动所以称之为动的损失角，详细说明可参考第四大项。一般而言高能量吸收(如橡胶振动吸收器)的材料其tan值需愈高，高弹力(如橡胶带)的材料其tan值需低一点。7. 新的硫变仪提供新的粘性曲线及弹性曲线，此分离出之两种曲线可更明确的看出材料之加工特性及，产品之物理性，下列几例说明这种特性：a. 图中比较2种不同Cis含量之丁二烯橡胶，图中硫化开始前的粘性曲线(S”)相当不同。因此虽然最终产品性质可能相同，但现场预期将有不同的加工特性，这是传统流变仪所无法提供解析的。加工特性區 加硫區 物理性質區22S”11. 9698% Cis2. 93% Cis1Cis含量对于BR粘弹性质之效应b. 图中为相同NR配方中3种不同级别碳黑的比较。硫化曲线(S)都很相似，但粘性曲线(S”)则有明显差别，此时，粘性曲线可能指出假使误用碳黑，则完全硫化橡胶则有潜在的现场问题。这些问题无法透过单独硫化曲线而查觉。SS”碳黑级别对于NR粘弹性质的效应MDR S” VS. Goodrich Flexometerc.MDR S” dNm at 160oCCured NRN220N330N550Flexometer Heat Builup, Deg. c由上图可看出当使用不同种类的碳黑时，S”值也会不同，压缩升热之升温值也会不同，图示使用碳黑N220时其温升较高。d.MDR Tan() at 150oCUncured NR%MPT Die Swell, 100oC,30 1/sec Heat Builup, Deg. c由上图可看出未硫化橡胶混练程度不同，会产生不同的Tan（）值，其口型膨胀率也会不同。Carbon Black LevelsTan() VS. Die Swelle. MDR Tan() at 150oC%MPT Die Swell, 100oC,30 1/sec Heat Builup, Deg. c由上图可看出未硫化橡胶碳黑用量不同，会产生不同