李明煒　陶媛　劉海生　王中任

【摘 要】外表相同的各種氟橡膠原材料，在使用過程中很容易混淆，需要采用非接觸方法進(jìn)行辨識(shí)。由于氟橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)不同，在同一熱源上進(jìn)行加熱，不同氟橡膠的升溫曲線也會(huì)不同。本文以氟橡膠FX-2和FX-4為樣品進(jìn)行研究，用紅外熱像儀對兩者的加熱過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過比較紅外圖像，發(fā)現(xiàn)氟橡膠FX-2的升溫曲線總是高于氟橡膠FX-4的升溫曲線。在可加熱的溫度范圍內(nèi)，加熱溫度越高，兩者的溫度差越明顯。研究結(jié)果表明，在不破壞原材料的情況下，通過紅外熱像儀可以方便快捷地識(shí)別氟橡膠的混料問題。研究結(jié)果對其它非金屬材料的混料檢測有重要應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】紅外熱像儀；氟橡膠；混料；識(shí)別

Experimental Study on Mixed Material Identifying of Fluororubber Using Infrared Imager

LI Ming-wei TAO Yuan LIU Hai-sheng WANG Zhong-ren

（School of Mechanical and Automotive Engineering，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441053，China）

【Abstract】For those fluororubber products which have the same appearance，it is easy to be confused in employing.It needs to adopt non-contact method for identification.Due to different thermal conductivity of fluororubber，when they are heated by the same temperature source，the temperature curves will be different.In this paper， two kinds of viton samples named FX-2 and FX-4 were studied with infrared thermal imager for real-time monitoring heating process.The infrared images were compared.It is found that heating curve of viton FX-2 is higher than that heating curve of viton of FX-4.In the appropriate range of heating temperature，the higher the heating temperature，the more significant the temperature difference.The research results show that under the condition of undestroying the raw material，it is quick and convenient to identify mixing problem of the fluororubber using the infrared thermal imager.The research findings have great application value for the detection of other non-metallic mixed materials.

【Key words】Infrared thermal imager；Fluororubber；Mixed material；Identify

0 引言

氟橡膠主要用于制作耐高溫、耐油、耐介質(zhì)的橡膠制品，如各種密封件、隔膜、膠管等，在航空、汽車、石油化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。但是一些外表相同的氟橡膠在實(shí)際生產(chǎn)、加工和使用過程中，很容易混淆。一旦混合在一起，則很難通過外表、氣味等直接的方法來識(shí)別。特別是在航空領(lǐng)域，對零件的安全性要求非常嚴(yán)格，不允許出錯(cuò)，否則會(huì)出現(xiàn)安全隱患。

氟橡膠為非金屬材料，不能像金屬材料一樣通過電測法實(shí)現(xiàn)混料的檢測。對于氟橡膠的識(shí)別，常用的方法有：差示掃描量熱法[2]，超聲法[3]，紅外分析和氣相/質(zhì)譜分析[4]等方法。但這些方法會(huì)對樣品進(jìn)行加熱，裂解或者是用溶劑溶解，破壞了樣品的化學(xué)與物理性能，不能廣泛地運(yùn)用于實(shí)際的生產(chǎn)和使用過程中。還有一個(gè)不損壞樣品的方法，為X射線“顯微CT”[5]方法。由于這種方法所用儀器價(jià)格昂貴，操作不簡便，也不便于廣泛地使用。文獻(xiàn)[6]采用激光導(dǎo)熱儀來對氟橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行間接測量。其基本方法是：發(fā)射一束激光脈沖，照射在樣品的下表面，使用紅外探測器和計(jì)算機(jī)獲得樣品上表面的升溫曲線，然后用所得升溫曲線和相應(yīng)公式計(jì)算出樣品的熱擴(kuò)散系數(shù)α，最后利用樣品的熱擴(kuò)散系數(shù)、比熱、密度計(jì)算出樣品的導(dǎo)熱系數(shù)λ。但此方法過程較繁瑣，并不方便使用，而且不一定要測量出樣品的實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)才能識(shí)別不同材質(zhì)。二者的導(dǎo)熱系數(shù)不同，用相同的溫度源對二者同時(shí)進(jìn)行加熱，并用紅外熱像儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，最終可以通過所拍攝的圖片和所得的升溫曲線來識(shí)別二者。本文針對航空行業(yè)中容易混淆的氟橡膠FX-2和FX-4為對象，在不損壞樣品的前提下，用紅外熱像儀進(jìn)行了識(shí)別。

1 實(shí)驗(yàn)原理及過程

從原理上講，紅外熱像儀包括兩部分：光學(xué)部件和探測器。光學(xué)部件使目標(biāo)的紅外輻射集中到探測器上，探測器對其進(jìn)行補(bǔ)償，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進(jìn)行計(jì)算。公式（1）為紅外熱像儀的通用測量公式：

，？著為物體表面發(fā)射率，α為物體表面吸收率，Tobj為物體表面溫度，Tatm為大氣溫度，Trefl為反射環(huán)境溫度。設(shè)置好有關(guān)參數(shù)，紅外熱像儀就可以根據(jù)此測量公式，自動(dòng)在計(jì)算機(jī)上顯示出所測物體實(shí)時(shí)的熱圖像和溫度值。

氟橡膠FX-2和FX-4都是低壓縮永久變形氟橡膠，但它們是用不同的生膠混煉而成，所用的硫化體系也不同，相比較而言，氟橡膠FX-4的耐壓縮永久變形比FX-2有所改善[7-9]。氟橡膠FX-2和FX-4的外表幾乎相同，但是目前并沒有簡便且不易出錯(cuò)的方法來識(shí)別二者。提供樣品的工廠建議實(shí)驗(yàn)時(shí)所用溫度源的溫度最好不超過80℃。因此，本實(shí)驗(yàn)利用可調(diào)溫的恒溫加熱器AZY2020作為加熱源，設(shè)置了三種不同溫度來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別為：50℃、60℃、70℃。

實(shí)驗(yàn)樣品和現(xiàn)場如圖1所示。把恒溫加熱器調(diào)到所需溫度，等其升溫到恒定不變的溫度時(shí)，把兩個(gè)樣品豎直放在加熱器的同一水平線上，然后把紅外熱像儀連接上計(jì)算機(jī)。打開FLIR/Tools軟件，設(shè)置參數(shù)如下：發(fā)射率：0.75、反射溫度：29.6℃、距離：0.7m，即可清晰地顯示出兩塊氟橡膠的實(shí)時(shí)紅外圖像。在所顯示圖像上設(shè)置5個(gè)不同的高度，左邊為氟橡膠FX-2，用水平線Li1、Li3、Li5、Li7、Li9代表其5個(gè)不同的高度；右邊為氟橡膠FX-4，用水平線Li2、Li4、Li6、Li8、Li10代表其5個(gè)不同的高度。Li1與Li2、Li3與Li4、Li5與Li6、Li7與Li8、Li9與Li10都處在同一高度。每一條水平線，可以顯示出樣品在此水平線的高度上的最高溫度。從加熱開始，每隔30秒拍攝一張圖片，每種溫度的溫度源下拍攝10次，最終通過比較在連續(xù)、不同的時(shí)間里所拍攝的圖片，可以得出樣品在不同溫度下的不同升溫曲線和溫度差。圖2（1）至圖2（3）分別為加熱到50℃、60℃、70℃時(shí)的紅外圖像。

2 結(jié)果及分析

如圖3所示，加熱源溫度分別為50℃、60℃、70℃時(shí)，兩個(gè)樣品的不同高度的升溫曲線。

（1）

（2）

（3）

以圖3（1）為例，每條曲線上的10個(gè)點(diǎn)代表每次拍攝時(shí)，相應(yīng)水平線上的最高溫度。分析此圖可以發(fā)現(xiàn)，在每一拍攝時(shí)刻，代表氟橡膠FX-2的5個(gè)高度的水平線上的最高溫度都比相應(yīng)的代表氟橡膠FX-4的5個(gè)高度的水平線上的最高溫度要高，即氟橡膠FX-2的升溫曲線總是高于氟橡膠FX-4的升溫曲線。

由每條曲線上的10個(gè)點(diǎn)的溫度的平均值，可以算出不同溫度時(shí)，兩個(gè)樣品的5個(gè)相應(yīng)高度之間的溫度差，如表1所示。

由表1可知：同一溫度時(shí)，高度越高，溫度差越??；同一高度時(shí)，加熱溫度越高，溫度差越大。綜上所述：加熱源的溫度越高，兩個(gè)樣品同一高度間的溫度差越大。即加熱源溫度越高，兩個(gè)樣品的升溫曲線的差別越大，越容易辨認(rèn)二者。所以在實(shí)際情況中，對于混料的氟橡膠，就可以在氟橡膠可以接受的溫度范圍內(nèi)，通過熱像儀拍攝它們的升溫圖片來識(shí)別它們。而且溫度越高，區(qū)別越明顯。

3 結(jié)語

對于氟橡膠混料的識(shí)別，進(jìn)行了一系列的探索與實(shí)驗(yàn)研究后，發(fā)現(xiàn)：用適合的溫度對樣品進(jìn)行加熱，通過紅外熱像儀所拍攝的升溫圖片和獲得的數(shù)據(jù)，可以在非接觸且不損壞樣品的前提下，快捷地辨認(rèn)出氟橡膠FX-2與FX-4，而且此方法操作簡單，成本較低。同時(shí)此方法具有較強(qiáng)的普遍性和實(shí)用性，可以廣泛地應(yīng)用于氟橡膠混料的識(shí)別，對其他的非金屬材料的識(shí)別也有一定的指導(dǎo)意義。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]