ISO 131452023 橡胶.使用无旋转密封剪切流变仪测定粘度和应力松弛标准立项发展报告

橡胶使用无旋转密封剪切流变仪测定粘度和应力松弛标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Rubber—DeterminationofViscosityandStressRelaxationUsingaRotorlessSealedShearRheometer摘要关键词：橡胶；无旋转密封剪切流变仪；门尼粘度；应力松弛；国际标准；标准化一、引言1.1立项背景与意义橡胶材料在轮胎、密封制品、橡胶管带、电线电缆等众多工业领域具有不可替代的应用地位。橡胶的加工行为与其门尼粘度和应力松弛特性密切相关，这两项参数直接影响到混炼、压延、挤出、硫化等工艺过程的稳定性与最终产品的质量一致性。因此，准确、可靠地测定橡胶的粘度和应力松弛性能，对于橡胶配方设计、生产过程控制、产品质量检验及贸易仲裁均具有重要意义。门尼粘度试验自20世纪30年代由M.Mooney发明以来，一直是橡胶工业中最广泛应用的流变学测试方法。随着测试技术的不断进步，无转子门尼粘度计（rotorlesssealedshearrheometer）凭借其密封性好、温控精准、操作便捷、测试效率高及试样用量少等技术优势，逐步得到行业认可与推广应用。为规范和统一该方法在全球范围内的应用，国际标准化组织橡胶与橡胶制品技术委员会（ISO/TC45）启动了相应国际标准的制定工作，并于2006年首次发布ISO13145标准，其后经过技术复审和修订，于2023年发布现行版本。该标准的修订与发布，反映了国际橡胶测试技术的持续进步，适应了现代橡胶工业对高速、精准、自动化检测的需求。1.2标准的法律与政策背景ISO13145:2023标准作为国际标准化组织发布的方法标准，在推动全球橡胶贸易便利化、促进技术交流和规范市场秩序方面发挥着基础性作用。我国与该标准相对应的国家标准为GB/T1232.2《未硫化橡胶用无转子硫化仪测定粘度和应力松弛》，该系列标准在技术内容上与ISO13145保持高度一致性，体现了我国积极采用国际标准、推动标准互联互通的政策导向。二、标准概述2.1标准基本信息ISO13145:2023《橡胶使用无旋转密封剪切流变仪测定粘度和应力松弛》（Rubber—Determinationofviscosityandstressrelaxationusingarotorlesssealedshearrheometer）由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，简称ISO）发布，归口管理技术委员会为ISO/TC45（橡胶与橡胶制品技术委员会）。该标准发布日期为2023年7月26日，为现行有效版本，国际标准分类号（ICS）为83.060（橡胶），对应中国标准分类号为G40（橡胶制品综合）。该标准的发布版本为电子版加密PDF格式，采用FileOpen数字版权保护插件进行加密管理，购买后约1分钟可完成下载，文件带有水印标识，累计可在3台电脑上安装使用并限制共打印5次，售价为808.0元人民币。2.2标准历史沿革ISO13145标准的制定历程可概括为以下几个关键阶段：首版发布阶段（2006年）：ISO/TC45依据无转子门尼粘度计的技术发展水平和行业应用需求，于2006年首次发布ISO13145:2006，标志着无转子密封剪切流变仪测定橡胶粘度和应力松弛的方法正式成为国际通用标准。确认与修订评估阶段（2012—2022年）：根据ISO标准复审程序，ISO/TC45分别于2012年和2017年前后对该标准进行了系统复审。在此期间，随着仪器制造技术的改进（如扭矩传感精度提升、温控系统优化、自动化程度提高等）以及用户对标准可操作性和精密度数据完善的需求，技术委员会认为有必要对该标准进行全面修订。修订发布阶段（2023年）：经过技术委员会多轮工作组会议讨论和草案投票，ISO13145:2023最终于2023年7月26日正式发布。新版标准在结构编排、术语定义、仪器要求、试验条件及精密度数据等方面进行了系统性更新，更好地契合了当前橡胶测试技术的最新发展水平。三、标准技术内容解析3.1范围界定ISO13145:2023规定了使用无旋转密封剪切流变仪（rotorlesssealedshearrheometer）测定生橡胶和未硫化胶料粘度及应力松弛的方法。该方法适用于各种天然橡胶和合成橡胶，包括但不限于天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶（BR）、丁基橡胶（IIR）、三元乙丙橡胶（EPDM）、丁腈橡胶（NBR）及氯丁橡胶（CR）等通用及特种橡胶品种。需要特别指出的是，无转子密封剪切流变仪在工作原理上与传统有转子门尼粘度计存在本质差异：传统门尼粘度计采用嵌入橡胶试样的转子在转矩作用下旋转，通过测量转子转动力矩来表征胶料的粘度特性；而无转子密封剪切流变仪则采用上下模腔之间具有特定几何形状的密封结构，通过下模腔的往复摆动或微幅振荡作用在橡胶试样上产生剪切变形，从而测定胶料的剪切应力响应。无转子设计从根本上消除了转子插入试样时引起的应力集中和试样破坏问题，同时避免了转子与试样间的打滑现象，显著提高了测试的准确度和可重复性。此外，密封模腔结构可有效防止测试过程中试样氧化降解，保证高温测试条件下数据的可靠性。3.2规范性引用文件该标准在技术内容上引用了多项ISO标准和其他规范性文件，主要包括但不限于：-ISO1795《橡胶天然生胶和合成生胶取样方法》-ISO2393《橡胶试验混炼胶制备、混合及硫化设备及操作程序》-ISO4665《硫化橡胶或热塑性橡胶耐候性》-ISO/TR9272《橡胶与橡胶制品试验方法标准精密度测定指南》-ISO1382《橡胶与橡胶制品术语》以上引用文件构成了该标准实施的重要技术基础，确保了从取样、试样制备到数据处理各环节的科学性和规范性。3.3术语和定义标准对以下关键术语进行了明确定义：无旋转密封剪切流变仪（rotorlesssealedshearrheometer）：指具有上下两个模腔，其中至少有一个模腔可产生规定频率和振幅的摆动（或振荡），另一个模腔固定并配备扭矩测量装置，且测试过程中模腔处于密封状态的流变测量仪器。门尼粘度（Mooneyviscosity）：在规定的温度和预热时间条件下，胶料在低剪切速率下所表现出的剪切粘度特征值，以门尼单位（MU）表示。应力松弛（stressrelaxation）：在规定的温度条件下，试样在剪切变形达到设定值后，保持恒定应变，其剪切应力随时间逐渐衰减的过程。应力松弛率以规定的衰减百分比（如50%）所对应的松弛时间表示。初始粘度（initialviscosity）：胶料预热达到设定温度并开始测试时测定的门尼粘度值。松弛时间（relaxationtime）：应力从初始值衰减至某一规定比例（如50%）所需的时间。3.4方法原理ISO13145:2023所规定的方法原理如下：将规定质量的橡胶试样置于已达到设定温度并经过校准的上下模腔之间，合模后模腔形成密封结构，确保试样在测试过程中与外界环境隔离。下模腔（或上模腔）以规定的角频率和振幅进行往复摆动（通常摆动频率为0.5Hz，振幅为±0.5°），使橡胶试样在模腔内承受周期性剪切应变。在规定的预热时间结束后，系统自动记录模腔扭矩传感器的输出信号，该扭矩值与橡胶试样对剪切变形的抵抗能力成正比，即反映为胶料的门尼粘度值。在粘度测定完成后，仪器停止模腔摆动，使试样保持在一定应变状态下，同步记录剪切应力随时间的变化曲线，即应力松弛曲线。通过分析松弛曲线，计算应力衰减至初始值一定比例（通常为50%）所需的时间，以此表征胶料的应力松弛特性。对于不同的橡胶类型和测试目的，测定温度通常选取100℃（ML(1+4)100℃为最常用的测试条件，其中1和4分别表示预热时间为1分钟、测试时间为4分钟）。3.5仪器与设备要求标准对无转子密封剪切流变仪的主要技术要求包括：模腔系统：上下模腔采用耐腐蚀、耐磨损材料制造，模腔表面应具有规定的粗糙度，以保证与橡胶试样充分接触并传递剪切力。模腔尺寸和几何形状应符合标准规定，常用模腔直径为40mm~50mm，模腔间隙通常为0.5mm~1.0mm。温度控制系统：模腔应配备高精度温度传感器和加热装置，温度控制精度应满足规定要求，通常在100℃测试温度下温度波动应控制在±0.3℃以内，以确保测试结果的稳定性和重现性。摆动驱动系统：驱动系统应能提供稳定、准确的摆动频率和振幅，摆动频率精度应优于设定值的±1%，振幅控制精度应优于设定值的±2%。扭矩测量系统：扭矩传感器应具备足够的量程和灵敏度，量程应覆盖从低粘度到高粘度各种橡胶材料的需求，典型量程为0.1dN·m~200dN·m，精度应不低于满量程的±0.5%。数据采集与处理系统：应配备数据自动采集和处理系统，能够实时记录并显示粘度-时间曲线和应力松弛曲线，计算并输出门尼粘度值和应力松弛时间等结果参数。3.6试样制备标准对试样制备提出了明确要求，包括：取样：按照ISO1795的规定进行生胶和混炼胶的取样，确保试样具有代表性。试样形状与尺寸：试样应为圆盘形，直径应与模腔尺寸相匹配，厚度应保证在合模后能够完全填充模腔间隙并形成微小的过盈配合，通常试样厚度略大于模腔间隙（过盈量约为5%~10%），以保证试样与上下模腔表面充分接触。试样数量：同一胶料平行测定至少2个试样，结果取算术平均值。对于精密度要求较高的测试，建议测定3个以上试样。试样状态调节：试样在测试前应按照标准规定的条件进行状态调节，通常在标准实验室温度（23℃±2℃）和相对湿度（50%±10%）下至少放置2小时。3.7试验条件与步骤试验温度：标准推荐了多种常用测试温度，包括100℃（最常用）、125℃、135℃等，具体温度应根据胶料类型和产品技术规范的要求确定。温度的公差应控制在±0.3℃以内。预热时间与测试时间：最常用的测试参数组合为预热时间1分钟、测试时间4分钟，即ML(1+4)。标准还允许根据材料特性选择其他参数组合，如ML(1+8)或ML(2+4)等。试验步骤：1.将仪器预热至设定温度，并确认温度稳定；2.称取规定质量的试样，置于模腔中心位置；3.启动合模程序，模腔闭合密封，同时开始计时；4.预热时间结束后，启动摆动驱动系统，开始粘度测定；5.持续记录扭矩值至设定的测试时间终点，获得门尼粘度值；6.关闭摆动驱动，试样保持应变状态，立即进入应力松弛测定模式；7.连续记录应力衰减数据，直至达到设定的终止条件（如松弛至初始应力的50%或达到规定时间）；8.开模取出试样，清理模腔，准备下一轮测试。3.8结果表示粘度结果：门尼粘度值以门尼单位（MU）表示，测试结束后读取的扭矩值即为该测试条件下的门尼粘度值。典型的表示方式为：ML(1+4)100℃=50MU。应力松弛结果：应力松弛通常以松弛百分比或松弛时间表示。常用表示方法为：在规定温度下，应力从初始值衰减50%所需的时间，即MS(1+4)100℃的50%松弛时间。也可用松弛曲线上的特定时间点的应力保持率来表示。3.9精密度与偏差标准依据ISO/TR9272指南组织了国际实验室间精密度比对试验（ITP，InterlaboratoryTestProgramme），确定了该测试方法的重复性（repeatability）和再现性（reproducibility）指标。精密度数据表明：在重复性条件下（同一实验室、同一操作者、同一设备），门尼粘度测定的变异系数通常在2%以内；不同胶料和不同粘度水平下，重复性标准差随粘度值增大而略有增大。在再现性条件下（不同实验室、不同设备），门尼粘度测定的变异系数通常在5%以内。应力松弛时间的精密度相对低于粘度测定值，变异系数一般在5%~10%范围内。新旧版本标准之间的系统偏差在大多数胶料上不显著，但对于个别类型橡胶（如高粘度充油丁苯橡胶），新旧方法之间的测试结果可能产生一定的系统性差异，标准建议用户在报告结果时注明所依据的标准版本。四、标准修订核心变化与技术进展ISO13145:2023相较于前版标准，在以下关键技术环节实现了更新与完善：术语体系的系统优化：采用ISO1382的最新术语定义，进一步规范了与无转子流变仪相关的名词表述，为国际贸易和技术交流提供了更为准确统一的语言基础。仪器性能要求的细化：新版标准对仪器的温度均匀性、摆动频率稳定性、扭矩测量精度和采样频率等提出了更为明确的量化要求，为仪器制造商提供了清晰的技术导向，也为用户选型和验收提供了依据。应力松弛测试程序的完善：细化了应力松弛测定的操作步骤和数据处理方法，明确了初始应力取点方式、松弛曲线拟合方法和结果参数的计算准则，提高了应力松弛测试的可比性和数据的实用性。精密度数据的更新：基于新一轮国际实验室间比对试验数据，更新了方法的重复性和再现性指标，扩展了覆盖的胶料类型和粘度范围，使精密度数据更具代表性。标准结构的调整：按照ISO导则的最新编排规范，对标准结构进行了调整优化，使标准条文之间的逻辑关系更加清晰，便于各类用户理解和使用。五、主要修订与参与单位ISO13145:2023标准的制定与修订工作由ISO/TC45橡胶与橡胶制品技术委员会归口管理，其下属工作组具体负责该标准的起草和修订工作。ISO/TC45成立于1947年，是国际标准化组织中最活跃的技术委员会之一，秘书处由马来西亚国家标准机构（DepartmentofStandardsMalaysia）承担，现任主席和秘书分别来自马来西亚和泰国。TC45下设若干分技术委员会（SC）和工作组（WG），其中负责胶乳和生胶测试方法的标准制定工作由SC2（TestingandAnalysis）归口管理。在该标准的修订过程中，来自全球范围内的橡胶原材料供应商、仪器设备制造商、第三方检测机构和科研院所的专家参与了工作组讨论和技术草案审查工作。国内方面，全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会（SAC/TC35）是代表我国参与ISO/TC45工作的对口技术组织。在ISO13145:2023修订过程中，SAC/TC35组织国内相关单位积极跟踪国际标准修订动态，组织国内专家研究提出中国意见和修订建议，并推动将我国在无转子门尼粘度测试领域的实践经验和