朱家順，李紅衛(wèi)，于 鑫，陳 浩

(特拓(青島)輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266061)

輪胎橡膠在配方設(shè)計(jì)及加工過程中使用到生膠、補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑、硫化劑、防護(hù)劑等5大原料體系。原料的微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)、填料在橡膠基體中的分散狀態(tài)影響到未硫化膠的加工性能以及相應(yīng)硫化膠的機(jī)械性能。在未硫化膠的加工性能評(píng)價(jià)過程中，如門尼黏度、流變特性、橡膠加工性能分析儀等，都是根據(jù)規(guī)定樣品尺寸、形式、溫度、速度、時(shí)間等條件下的檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)[1-5]。因此，包括樣品制備在內(nèi)的過程控制水平對(duì)檢測(cè)結(jié)果的有效性有著至關(guān)重要的影響。以膠料流變特性為例，GB/T 9869—2014要求試樣從沒有氣泡的薄膠片裁取，試樣為直徑30 mm、厚度12.5 mm的圓片，總體積約為8 cm3，每次實(shí)驗(yàn)用料的體積相等[6]。ASTM D5289—2007要求樣品為圓形，直徑小于檢測(cè)模腔，體積應(yīng)控制在檢測(cè)模腔的1.3～1.9倍范圍內(nèi)。對(duì)特定系列樣品，一旦樣品體積確定后，樣品質(zhì)量應(yīng)控制在(目標(biāo)值±0.5)g范圍內(nèi)[7]。

在實(shí)際工作中，樣品制備過程被重視的程度往往不夠。不少實(shí)驗(yàn)室，甚至是一些國(guó)內(nèi)大型輪胎企業(yè)的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，技術(shù)人員在進(jìn)行流變儀檢測(cè)時(shí)，經(jīng)常隨手用剪刀大致剪裁樣品后便進(jìn)行檢測(cè)。

本文通過對(duì)比非等體積取樣(NIV)、等體積取樣(IV)兩種制樣方式下平行檢測(cè)結(jié)果的平均值、變異系數(shù)來探討制樣方式對(duì)輕卡胎面終煉膠(FT)、胎側(cè)終煉膠(FS)流變特性、流動(dòng)性[8-9]的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

FT、FS：東營(yíng)市方興橡膠有限責(zé)任公司工業(yè)化半成品。

1.2 儀器及設(shè)備

無轉(zhuǎn)子流變儀：M2000-AN，高鐵檢測(cè)儀器(東莞)有限公司；膠料流動(dòng)性分析儀：VMA1000，特拓(青島)輪胎技術(shù)有限公司。

1.3 樣品制備

(1)NIV：采用直徑為40 mm的圓形裁刀，不改變樣品厚度，直接從終煉膠片上沖裁。

(2)IV：通過自制工具，先通過圓形裁刀內(nèi)部的壓料柱對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)壓，至設(shè)定高度后，再進(jìn)行沖裁，由于受壓致使樣品沖裁后直徑收縮至40 mm以下。

1.4 檢測(cè)方法

流變特性：測(cè)試溫度為150 ℃，測(cè)試時(shí)間為40 min；流動(dòng)性：測(cè)試壓力為0.83 MPa，測(cè)試溫度為90 ℃，預(yù)熱時(shí)間為180 s，流動(dòng)值是沖頭在11 s測(cè)試時(shí)間內(nèi)的下降位移，單位為0.01 mm；口型膨脹率：在樣品擠出口模后2 cm處對(duì)擠出后的膠條進(jìn)行非接觸式直徑測(cè)量，測(cè)量值與口模直徑的相對(duì)變化率即為口型膨脹率。

2 結(jié)果與討論

2.1 流變特性

2.1.1 NIV與IV對(duì)比

NIV和IV兩種制樣方式下，F(xiàn)T、FS流變特性檢測(cè)結(jié)果的平均值及變異系數(shù)對(duì)比如表1、表2所示。

表1 制樣方式對(duì)FT流變特性的影響1)

1)ML為最低扭矩，MH為最高扭矩，tc10為焦燒時(shí)間，tc50為半硫化時(shí)間，tc90為正硫化時(shí)間。

表2 制樣方式對(duì)FS流變特性的影響

表1和表2結(jié)果顯示，兩種制樣方式的平均值差異比較小，相對(duì)差異小于5%，但變異系數(shù)差異比較大，與IV相比，NIV的變異系數(shù)均有較大幅度增加。對(duì)FT和FS而言，ML、MH、tc10、tc50、tc90的變異系數(shù)平均增加了140%、150%、190%、290%、180%。

通過壓料柱預(yù)壓，而后進(jìn)行IV，能夠顯著提升流變儀檢測(cè)結(jié)果的精密度。經(jīng)預(yù)壓后，大幅度降低了樣品之間質(zhì)量和體積的差異，樣品之間質(zhì)量差異控制精密度提升了4～5倍，同時(shí)樣品密實(shí)度增加，減少了平行檢測(cè)間的波動(dòng)。

2.1.2 不同樣品質(zhì)量下的IV

在IV方式下，通過調(diào)整壓料柱與墊板間的距離，從而獲得FS的4組不同質(zhì)量的對(duì)比檢測(cè)樣品。每組進(jìn)行5次平行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果的平均值、變異系數(shù)如圖1、圖2所示。

樣品質(zhì)量/g圖1 IV方式下樣品質(zhì)量對(duì)FS流變特性檢測(cè)平均值的影響

圖1結(jié)果顯示，在控制IV方式下，5.8～9.8 g范圍內(nèi)隨著樣品質(zhì)量的增加，ML、MH呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，ML下降約為5%，MH下降約為10%，tc10、tc50、tc90呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，分別增加了18%、17%和15%。

樣品質(zhì)量/g圖2 IV方式下樣品質(zhì)量對(duì)FS流變特性檢測(cè)變異系數(shù)的影響

圖2顯示，IV方式下，樣品質(zhì)量對(duì)流變特性檢測(cè)結(jié)果的變異系數(shù)以6.8 g左右比較合適，在6.7～9.8 g之間ML的變異系數(shù)基本相當(dāng)，MH、tc10、tc50、tc90的變異系數(shù)均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，分別增加600%、100%、130%和600%。

綜上所述，建議在采用M2000-AN流變儀進(jìn)行膠料流變特性測(cè)試時(shí)，樣品制備宜采用IV方式，并控制樣品的質(zhì)量在6.5～7.0 g之間。

2.2 流動(dòng)性

2.2.1 NIV與IV對(duì)比

NIV和IV兩種制樣方式下，F(xiàn)T、FS流動(dòng)性10次平行檢測(cè)結(jié)果的平均值及變異系數(shù)如表3、表4所示。

表3、表4結(jié)果顯示，NIV樣品質(zhì)量與終煉膠下片厚度相關(guān)，與IV樣品相比質(zhì)量較大，相同條件下流動(dòng)值、口型膨脹率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，分別降低9.6%和6.4%。變異系數(shù)相對(duì)較大，樣品質(zhì)量、流動(dòng)值、口型膨脹率的變異系數(shù)分別增大了170%、50%和90%。通過預(yù)壓、IV的樣品控制方式能夠有效提高流動(dòng)性檢測(cè)結(jié)果的精密度。

表3 制樣方式對(duì)FT流動(dòng)性的影響

表4 制樣方式對(duì)FS流動(dòng)性的影響

2.2.2 IV方式下樣品質(zhì)量對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

在IV方式下，通過調(diào)整壓料柱與刀口平面間的距離，從而獲得FT、FS 各4組不同質(zhì)量的對(duì)比檢測(cè)樣品，每組進(jìn)行5次平行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果相對(duì)于5.8 g樣品平均值的百分?jǐn)?shù)變化如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著樣品質(zhì)量的增加，流動(dòng)值、口型膨脹率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在6.6～9.5 g范圍內(nèi)，流動(dòng)值平均下降了13%，口型膨脹率平均下降了10%。隨著樣品質(zhì)量增加，在11 s檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，傳導(dǎo)至口模處的壓力有所降低，致使實(shí)際壓出的量下降。因此，在膠料流動(dòng)性分析儀實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用工作中，必須對(duì)檢測(cè)樣品的質(zhì)量進(jìn)行精確控制。

樣品質(zhì)量/g圖3 IV方式下樣品質(zhì)量對(duì)FT、FS流動(dòng)性檢測(cè)平均值的影響

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)預(yù)壓處理的IV方式能夠提升流變特性和流動(dòng)性的檢測(cè)精度。

(2)在IV方式下，隨著樣品質(zhì)量的增加，流變速率呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，ML、MH、流動(dòng)值、口型膨脹率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。