橡胶的动态损失角详细介绍

一 流变仪之各种曲线之原理 1 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 S 2 S 2 ab ac 2 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 ac 5 tan 粘弹性比值曲线 tan S S 6 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 S 2 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 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 S S S ab ac a c b 扭 力 時間 加工特性區 硫化區 物性質區 1 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 TS MH ML MS MC 扭 力 時間 TC 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 Cis 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 碳黑级别对于 NR 粘弹性质的效应 加工特性區 加硫區 物理性質區 2 1 1 2 S 1 96 98 Cis 2 93 Cis S S 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 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 MDR S VS Goodrich Flexometer Flexometer Heat Builup Deg c MDR S dNm at 160oC MPT Die Swell 100oC 30 1 sec Heat Builup Deg c MDR Tan at 150oC Uncured NR N550 N330 N220 Cured NR e 由上图可看出未硫化橡胶碳黑用量不同 会产生不同的 Tan 值 其口型膨胀率也会不同 f 由上图可看出硫化橡胶 S 高时 其反弹系数愈低 MPT Die Swell 100oC 30 1 sec Heat Builup Deg c Carbo