CN110596359A - 一种判断天然橡胶生胶加工性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种判断天然橡胶生胶加工性能的方法,涉及橡胶检测技术领域。本发明首先确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域;然后以所述天然橡胶生胶样品的加工温度为测试温度,在所述线性粘弹性区域内选择施加的应变值,固定所述测试温度和应变值,采用橡胶加工分析仪对天然橡胶生胶样品进行频率扫描;再将所述频率扫描中每个频率下测得的虚数粘度η″对动态粘度η′作图得到Cole‑Cole曲线,所述Cole‑Cole曲线与横坐标轴的夹角作为判断所述天然橡胶生胶样品加工性能的依据,所述夹角越大,天然橡胶生胶样品的加工性能越差。本发明提供的方法操作简单,灵敏度高,测试结果准确可靠,对环境无污染。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶检测技术领域,特别涉及一种判断天然橡胶生胶加工性能的方法。
背景技术
天然橡胶(NR)作为一种重要的战略性物品和工业原料,其品质及性能一直备受关注。受限于地域、气候、土壤、橡胶树品系和加工方法等的不同,国产标准天然橡胶(颗粒胶)的性能存在明显的差异。通常,根据生胶中杂质含量、氮含量、灰分含量、塑性初值、塑性保持率和门尼粘度六项指标将标准胶分为低黏胶、全乳胶、浅色胶、恒黏胶、5号、10号、20号、50号和通用胶共九个等级。
对于下游轮胎等橡胶制品企业而言,NR生胶的加工性能对胶料的匀化、配合和混炼影响很大。NR生胶的加工性能取决于材料的粘弹特性,影响NR的黏弹性的主要参数包括相对分子质量及其分布、分子支化以及凝胶等,其中以分子量及其分布最为重要。
门尼黏度一直是橡胶工业检测生胶质量的指标,一般认为门尼黏度值大,表示流动阻力大,相对分子量高,加工性能差。但是,大量生产实践已证明,门尼黏度相同的橡胶加工性能仍有很大差异。这是由于当橡胶的分子量大到一定程度时,本身固有的分子运动很慢,但门尼黏度测试时的快速旋转迫使流动时,往往造成打滑或熔体破裂(远离线性粘弹区)。米其林研发中心测试了不同转速下NR的门尼黏度,发现在标准测试条件下,门尼黏度的结果与平均相对分子质量无关,此时橡胶的响应属于熔体破裂行为。
基于以上原因,研究者普遍采用凝胶渗透色谱(GPC)来测试生胶的相对平均分子质量和分布,根据GPC的测试结果和门尼黏度值共同来判断生胶的加工性能。但是由于NR中含有一定量的凝胶,用GPC仪测试NR的分子质量时常会堵塞价格昂贵的色谱柱,因此测试成本很高,而且需要使用有机溶剂将NR进行溶解和过滤,检测过程繁琐,耗时久,对人体和环境有害。
近年来许多橡胶企业采用橡胶加工分析仪(RPA)来检测生胶的流变性能。通常采用频率扫描测得的生胶的复数黏度η*的变化趋势来判断生胶的加工性能。根据黏度η与剪切速率γ的关系方程η=kγn-1的对数形式lnη=lnk+(n-1)lnγ,将lnη*对lnγ的图像作线性回归处理,得到材料的非牛顿指数n,进而判断材料的加工性能。由于RPA测得的是不同频率下的黏度,因此需要将频率转化为剪切速率才能进行图像处理。此外,对于相对分子质量比较接近的生胶,黏度随剪切速率变化的图像比较接近,单从图像很难判断生胶的加工性能。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种判断天然橡胶生胶加工性能的方法。本发明提供的方法操作简单,灵敏度高,测试结果准确可靠,对环境无污染。
为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
本发明提供了一种判断天然橡胶生胶加工性能的方法,包括以下步骤:
(1)确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域;
(2)以所述天然橡胶生胶样品的加工温度为测试温度,在所述线性粘弹性区域内选择施加的应变值,固定所述测试温度和应变值,采用橡胶加工分析仪对天然橡胶生胶样品进行频率扫描;
(3)将所述频率扫描中每个频率下测得的虚数粘度η″对动态粘度η′作图得到Cole-Cole曲线,所述虚数粘度η″作为Cole-Cole曲线的纵坐标,所述动态粘度η′作为Cole-Cole曲线的横坐标;
所述Cole-Cole曲线与横坐标轴的夹角θ作为判断所述天然橡胶生胶样品加工性能的依据,所述夹角θ越大,天然橡胶生胶样品的加工性能越差。
优选地,所述步骤(1)在确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域之前,还包括对所述天然橡胶生胶样品依次进行匀化和静置;所述静置的时间为4~8h。
优选地,所述匀化按照GB/T15340-2008中的方法在开炼机上进行。
优选地,所述步骤(1)确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域的方法为:固定测试温度和测试频率,采用橡胶加工分析仪对所述天然橡胶生胶样品进行应变扫描,根据所述应变扫描中测得的复数黏度η*或储能模量G′与应变的关系曲线来确定所述天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域;所述测试温度为天然橡胶生胶样品的加工温度。
优选地,所述测试频率为0.5Hz、1Hz或2Hz。
优选地,所述应变扫描的扫描范围为0.7%~1256%应变。
优选地,所述步骤(2)中频率扫描的频率范围为0.033~33.3Hz。
优选地,所述频率范围的低频设定值不高于0.1Hz,高频设定值不低于10Hz。
生胶的加工性能取决于材料的粘弹特性,流变学将其分解为符合虎克定律的弹性组分(如储能模量G′)和遵守牛顿定律的粘性组分(如损耗模量G″)。本发明在线性粘弹性区域内对天然橡胶生胶进行动态流变测试,此时材料呈现的粘弹性对形态结构的变化有着敏感的响应,而且测试过程不会对材料本身的结构造成影响或破坏。将橡胶加工分析仪频率扫描测得的虚数粘度η″对动态粘度η′作Cole-Cole曲线,由于η′=G″/ω,η″=G′/ω,复数黏度η*=η′-iη″,坐标η″轴能够反映生胶的储能模量即材料的弹性,坐标η′轴反映生胶的损耗模量即材料的粘性,由于坐标原点与曲线上的点形成的向量的模长体现生胶在不同频率下的复数黏度η*。因此Cole-Cole曲线不仅能体现黏度的大小,而且可以直观地分辨出生胶的弹性分量和粘性分量,根据曲线与η′轴(横坐标轴)的夹角θ的大小即可判断生胶的粘弹性,进而推断其加工性能。本发明提供的方法操作简单,灵敏度高,测试结果准确可靠,对环境无污染。
附图说明
图1为本发明应变扫描中测得的复数黏度η*与应变的关系曲线示意图;
图2为本发明频率扫描中每个频率下测得的虚数粘度η″对动态粘度η′作图得到的Cole-Cole曲线示意图;
图3为损耗模量G″对储能模量G′做图得到的Cole-Cole曲线;
图4为实施例1测试的4种标准胶样品的复数黏度η*与应变的关系图;
图5为实施例1测试的4种标准胶样品的Cole-Cole曲线(100℃,5%应变);
图6为实施例1测试的4种标准胶样品的复数黏度η*与频率的关系曲线图(100℃,5%应变);
图7为实施例2测试的4种标准胶样品的Cole-Cole曲线(100℃,7%应变);
图8为实施例3测试的4种标准胶样品的储能模量G′与应变的关系图;
图9为实施例3测试的4种标准胶样品的Cole-Cole曲线(120℃,7%应变);
图10为实施例4测得的4种标准胶样品的分子量和分子量分布图。
具体实施方式
本发明提供了一种判断天然橡胶生胶加工性能的方法,包括以下步骤:
(1)确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域;
(2)以所述天然橡胶生胶样品的加工温度为测试温度,在所述线性粘弹性区域内选择施加的应变值,固定所述测试温度和应变值,采用橡胶加工分析仪对天然橡胶生胶样品进行频率扫描;
(3)将所述频率扫描中每个频率下测得的虚数粘度η″对动态粘度η′作图得到Cole-Cole曲线,所述虚数粘度η″作为Cole-Cole曲线的纵坐标,所述动态粘度η′作为Cole-Cole曲线的横坐标;
所述Cole-Cole曲线与横坐标轴的夹角θ作为判断所述天然橡胶生胶样品加工性能的依据,所述夹角θ越大,天然橡胶生胶样品的加工性能越差。
本发明首先确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域。在确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域之前,本发明还优选对所述天然橡胶生胶样品依次进行匀化和静置。在本发明中,所述匀化优选按照GB/T15340-2008中的方法在开炼机上进行;所述静置的时间优选为4~8h。
在本发明中,所述确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域的方法优选为:固定测试温度和测试频率,采用橡胶加工分析仪对所述天然橡胶生胶样品进行应变扫描,根据所述应变扫描中测得的复数黏度η*或储能模量G′与应变的关系曲线来确定所述天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域。在本发明中,所述测试温度优选为天然橡胶生胶样品的加工温度,生胶的加工温度一般在80~120℃,因此可在此范围内选择测试温度,具体可以为80℃、90℃、100℃、110℃或120℃;所述测试频率优选为0.5Hz、1Hz或2Hz。本发明对所述橡胶加工分析仪没有特别的要求,采用本领域熟知的橡胶加工分析仪即可,在本发明具体实施例中,采用的橡胶加工分析仪的型号为RPA2000(美国阿尔法公司生产)。本发明对所述应变扫描的具体操作方法没有特别的要求,采用本领域技术人员熟知的方法即可。
在本发明中,所述应变扫描的扫描范围优选为0.7%~1256%应变,对应0.05~90弧度。在本发明中,所述应变扫描中测得的复数黏度η*与应变的关系曲线的示意图如图1所示,储能模量G′与应变的关系曲线与图1相似,粘弹性材料的流变性质在应变小于某个临界值时与应变无关,表现为线性粘弹性行为;当应变超过临界应变时,材料表现出非线性行为,并且模量开始下降,因此材料的复数黏度η*或储能模量G′对应变幅度的依赖性可以确定材料的线性粘弹性范围;在低于临界应变的小应变状态下,聚合物呈现的线性粘弹响应对结构变化十分敏感,而且在测定过程中结构几乎不受影响或破坏。
确定了天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域后,本发明以所述天然橡胶生胶样品的加工温度为测试温度,在所述线性粘弹性区域内选择施加的应变值,固定所述测试温度和应变值,采用橡胶加工分析仪对天然橡胶生胶样品进行频率扫描。生胶的加工温度一般在80~120℃,因此,所述测试温度可在此范围内进行选择,具体可以为80℃、90℃、100℃、110℃或120℃,在实际操作过程中,所述频率扫描设定的测试温度优选与上述应变扫描设定的测试温度相同。在本发明中,所述橡胶加工分析仪与上述方案相同,在此不再赘述。本发明对所述频率扫描的具体操作方法没有特别的要求,采用本领域技术人员熟知的方法即可。在本发明中,所述频率扫描的频率范围优选为0.033~33.3Hz;所述频率范围的低频设定值(起始频率)优选不高于0.1Hz,高频设定值(结束频率)优选不低于10Hz。
频率扫描完成后,本发明将所述频率扫描中每个频率下测得的虚数粘度η″对动态粘度η′作图得到Cole-Cole曲线,所述虚数粘度η″作为Cole-Cole曲线的纵坐标,所述动态粘度η′作为Cole-Cole曲线的横坐标。在本发明中,所述Cole-Cole曲线的示意图如图2所示。由于η′=G″/ω,η″=G′/ω,η*=η′-iη″(ω为角频率),坐标η″轴能够反映生胶的储能模量即材料的弹性,坐标η′轴反映生胶的损耗模量即材料的粘性,由于坐标原点与曲线上的点形成的向量的模长体现生胶在不同频率下的复数黏度η*。因此Cole-Cole曲线不仅能体现黏度的大小,而且可以直观地分辨出生胶的弹性分量和粘性分量,根据曲线与η′轴(横坐标轴)的夹角θ的大小即可判断生胶的粘弹性,进而推断其加工性能,具体为所述θ角越大,天然橡胶生胶样品的加工性能越差:θ角越大,生胶的弹性模量越高,加工中的能耗越大;同时生胶的黏度越大,流动性越差,因而材料的加工性能越差。
研究表明天然橡胶流变学性质与天然橡胶的相对分子质量及分布、长链支化和凝胶总量之间均存在着明显的关系。根据Perez等建立的双抛物线模型,复数剪切模量G*表达式如式1所示:
式1中,ω是角频率,GC和GL分别对应松弛和未松弛的模量,τmr为分子松弛时间,参数K、K′和Q可以由Han和Kim提出损耗模量(粘性模量)G″对储能模量(弹性模量)G′做图得到的Cole-Cole曲线(如图3所示)得到。这些参数都与聚合物的结构密切相关,参数K′(0<K′<1)对应高分子网络结构的相关效应,如高分子链的缠结和节点。高分子链形成的三维网状结构中包含化学交联和物理交联,其中化学交联是链与链之间通过化学键链接的,如橡胶的硫化;物理交联是通过非化学键如氢键、范德华力或者分子链互相缠结形成的。生胶的交联主要是物理交联,即分子链的缠结引起的交联。当化学和物理交联密度增大时,K′值减小。振幅Q与相关效应的强度有关,例如交联密度越大,振幅Q越小。参数K(0<K<K′<1)对应于单体尺度上的相关效应。
本发明在测试中发现天然橡胶生胶的G″较低,测试结果易发生波动,因此本发明采用测得的复数黏度η*的虚数部分η″(虚数粘度)对实数部分η′(动态黏度)作图得到Cole-Cole曲线(如图2所示)。由于复数模量G*=G′+iG″;复数黏度η*=G*/(iω)=η′-iη″,其中η′=G″/ω,η″=G′/ω,因此图2中的θ与图3中(K′π/2)的关系满足式2:
θ=(1-K′)π/2 式2
根据式2可知,θ角越大,K′值越小,天然橡胶分子链的交联程度越高,网络结构越致密,从而导致生胶的弹性大,黏度高,加工性能差。天然橡胶生胶网络中不仅存在由分子链缠结或者氢键、范德华力形成的物理交联,而且在生胶在存储过程中分子链上少量的醛基与醛基和氨基酸之间会发生化学交联和支化,从而导致交联密度增加,出现贮存硬化,加工性能变差。此外生胶中的凝胶也具有三维交联的网络结构,可以视为物理交联点。本发明θ角的大小能够表征生胶分子链的网络结构,包含物理交联和化学交联、长链支化以及凝胶含量对生胶粘弹性的影响,因此可以作为判断生胶加工性能的依据。
本发明提供了以上判断天然橡胶生胶加工性能的方法,本发明提供的方法操作简单,灵敏度高,测试结果准确可靠,对环境无污染。
下面结合实施例对本发明提供的判断天然橡胶生胶加工性能的方法进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
原材料:国产天然橡胶标准胶(颗粒胶):全乳胶(SCRWF胶),恒粘胶(CV60)、20号标准胶(TSR20)和采用微生物凝固的5号标准胶(SCR5)。将上述四种标准胶依次记作样品1、样品2、样品3、样品4;
原材料用量:4~6克;
测试设备:橡胶加工分析仪(RPA2000),美国阿尔法公司生产。
判断上述四种标准胶样品的加工性能,测试方法如下:
(1)对4个样品按照GB/T15340-2008进行匀化,匀化后放置4小时,称取合适重量的样品进行实验。
(2)设定温度为100℃,频率为1Hz,对4个样品分别进行应变扫描,测得的复数黏度η*与应变的关系如图4所示,由图4可知,4种生胶样品在10%的应变范围内均呈现线性粘弹性。
(3)设定温度为100℃,应变为5%,对4个样品分别进行频率扫描,频率范围0.1~33.3Hz,将每个频率下测得的虚数黏度η″对动态黏度η′作图得到Cole-Clole曲线,如图5所示。作为对比,图6列出了样品的复数黏度η*与频率的关系图。
由图6可以看到,样品1、样品3、样品4的关系曲线在图中几乎重叠,因此根据生胶的复数粘度η*与频率关系很难判断上述4个样品的加工性能。而图5中可以根据Cole-Clole曲线与η′轴的夹角θ来判定样品的粘弹性,四个样品θ角从大到小依次为样品4>样品1>样品3>样品2,由此推断出以上四种标准胶的加工性能优劣依次为CV60(样品2)>TSR20(样品3)>SCRWF(样品1)>SCR5(样品4),这与许体文等人的研究结果一致(国产天然橡胶标准胶与进口天然橡胶的性能对比研究[J].弹性体,2015,25(5):5-11.)。
实施例2
步骤(1)和(2)与实施例1相同,然后在100℃,7%的应变下对实施例1的四个样品进行频率扫描,频率范围0.1~33.3Hz,所得到的Cole-Cole曲线如图7所示。
实施例3
(1)与实施例1中步骤(1)相同;
(2)设定温度为120℃,频率为1Hz,对实施例1的4个样品分别进行应变扫描,测得的储能模量G′与应变的关系如图8所示,由图8可知,4种生胶样品在10%的应变范围内均呈现线性粘弹性;
(3)在120℃,7%的应变下对四个样品进行频率扫描,频率范围0.1~33.3Hz,所得到的Cole-Cole曲线如图9所示。
由图7和图9可知,实施例2和实施例3测试条件下,4个标准胶样品的Cole-Cole曲线θ角的大小顺序与实施例1一致,从大到小均依次为样品4>样品1>样品3>样品2,推断出4种标准胶的加工性能优劣顺序均为CV60(样品2)>TSR20(样品3)>SCRWF(样品1)>SCR5(样品4)。可以得知,样品4的弹性模量高,加工能耗高,而且其黏度高,流动性差,加工性能差,这是由于采用微生物凝固的标准胶中由于微生物的代谢导致天然橡胶分子上的醛基进行缩合反应,使分子链发生化学交联和支化,从而使橡胶相对分子质量增大,黏度增大,加工性能差变;而样品2为恒黏胶,由于在胶乳中加入了恒黏剂有效抑制了天然橡胶的交联反应,其交联密度明显小于其他3个样品,因此其黏度值较低,流动性好,加工性能好。
实施例4
采用GPC(凝胶渗透色谱)测试实施例1中4个标准胶样品的加工性能:
采用美国安捷伦公司的PL-GPC 220,测试温度45℃,溶剂为四氢呋喃,标样为聚苯乙烯。测得四种标准胶样品的分子量和分子量分布如图10和表1所示。
表1 4个标准胶样品的GPC测试结果
样品编号 | M<sub>n</sub>(×10<sup>5</sup>) | M<sub>w</sub>(×10<sup>6</sup>) | M<sub>z</sub>(×10<sup>6</sup>) | M<sub>z+1</sub>(×10<sup>6</sup>) | M<sub>w</sub>/M<sub>n</sub> |
1 | 2.63 | 1.66 | 4.17 | 6.45 | 6.32 |
2 | 1.99 | 1.80 | 4.33 | 6.70 | 9.29 |
3 | 2.64 | 1.34 | 3.30 | 5.25 | 5.07 |
4 | 4.37 | 2.05 | 4.66 | 7.11 | 4.69 |
表1中GPC的测试结果表明,样品4的数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)、Mz、Mz+1的值均最大,而且其分子量分布(Mw/Mn)最小,表明其分子量大且分子量分布窄,弹性模量高,加工性能差。而样品2的Mn最小,Mw/Mn的值最大,其分子量呈现双峰分布,分布范围广,小分子量部分较多,小分子在加工过程中可以起到内增塑的作用,提高材料的流动性,因而加工性能优良。样品1和样品3的Mn非常接近,但样品1的Mw、Mz和Mz+1均高于样品3,表明其高分子量部分的分子较多,而天然橡胶的分子量越高,分子缠结越严重,网络的交联程度越高,在加工过程中的能耗也越高,因此样品3的加工性能要优于样品1。可见,GPC的测试结果与实施例1~3的Cole-Cole曲线推断的测试结果相符合。
实施例5
通过应力松弛测试判断实施例1中4个标准胶样品的加工性能:
应力松弛现象是高聚物粘弹性的表现,应力松弛时间长短反映了高分子分子链发生解缠的难易,分子链越长,开始解缠结所需的时间越长,表明分子网络的交联程度高,内聚力大,材料的黏度高,流动性差;生胶的应力松弛时间越短,容易出现粘性流动,恢复的时间也较短,胶料在加工中表现出弹性小、流动性好等特点。因此应力松弛可以作为评估生胶加工性能的参考。
分别采用门尼粘度机(MV-3000,高铁检测仪器有限公司生产)和橡胶加工分析仪(RPA2000)对上述4中标准胶样品进行应力松弛测试,分别记作门尼应力松弛测试和RPA应力松弛测试,具体如下:
门尼粘度机测试:按照GB/T1232-2016进行门尼粘度测试,测试结束后,快速将转子停止,记录2min内门尼粘度数值随时间延长的衰减现象,结果见表2。表2中,Rlx_X30是从马达停止后1s经过30s后,门尼黏度值的变化(%);Rlx_a是指数a(测定的松弛应力比率)数值。Rlx_X30值越大,门尼黏度的松弛速率越快,Rlx_a指数a越大,生胶在加工中的流动性越好。
RPA应力松弛测试:在100℃条件下,对标准胶样品施加70%(5deg)的瞬时应变,测试扭矩随时间的变化曲线,测试结果见表2。表2中列出了扭矩值衰减50%(Time at 50%drop)和80%(Time at 80%drop)时对应的松弛时间以及30s后扭矩下降的百分比(%Dropat 30s)。
表2应力松弛测试结果
由表2可以看出,门尼粘度机和RPA的应力松弛实验的结果呈现一致性,样品4的松弛速率最慢,应力松弛时间最长;样品2的松弛速率最快,应力松弛时间最短,由此推断4种标准胶样品加工性能的优劣依次为样品2>样品3>样品1>样品4,与实施例1~3的Cole-Cole曲线推断的结果一致。
由以上实施例可以看出,本发明提供的方法操作简单,灵敏度高,测试结果准确可靠,并且对环境无污染。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种判断天然橡胶生胶加工性能的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域;
(2)以所述天然橡胶生胶样品的加工温度为测试温度,在所述线性粘弹性区域内选择施加的应变值,固定所述测试温度和应变值,采用橡胶加工分析仪对天然橡胶生胶样品进行频率扫描;
(3)将所述频率扫描中每个频率下测得的虚数粘度η″对动态粘度η′作图得到Cole-Cole曲线,所述虚数粘度η″作为Cole-Cole曲线的纵坐标,所述动态粘度η′作为Cole-Cole曲线的横坐标;
所述Cole-Cole曲线与横坐标轴的夹角θ作为判断所述天然橡胶生胶样品加工性能的依据,所述夹角θ越大,天然橡胶生胶样品的加工性能越差。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)在确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域之前,还包括对所述天然橡胶生胶样品依次进行匀化和静置;所述静置的时间为4~8h。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述匀化按照GB/T15340-2008中的方法在开炼机上进行。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)确定天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域的方法为:固定测试温度和测试频率,采用橡胶加工分析仪对所述天然橡胶生胶样品进行应变扫描,根据所述应变扫描中测得的复数黏度η*或储能模量G′与应变的关系曲线来确定所述天然橡胶生胶样品的线性粘弹性区域;所述测试温度为天然橡胶生胶样品的加工温度。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述测试频率为0.5Hz、1Hz或2Hz。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述应变扫描的扫描范围为0.7%~1256%应变。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中频率扫描的频率范围为0.033~33.3Hz。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述频率范围的低频设定值不高于0.1Hz,高频设定值不低于10Hz。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112393968A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-23 | 湖南工业大学 | 一种扩展粘弹性材料动态模量频域数据的方法 |
CN112505313A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-03-16 | 中策橡胶集团有限公司 | 一种橡胶混炼胶加工性能的评价方法 |
CN112708174A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-27 | 中策橡胶集团有限公司 | 一种橡胶组合物及其筛选方法和采用该组合物的轮胎 |
CN113189314A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-30 | 石河子大学 | 一种橡胶树橡胶最优采收方法 |
CN113933179A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-14 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种橡胶材料非等温硫化的力学性能预测方法 |
CN116660507A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-08-29 | 中国热带农业科学院农产品加工研究所 | 一种比较天然橡胶生胶热氧老化性能的流变学方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101334397A (zh) * | 2008-08-07 | 2008-12-31 | 高铁检测仪器(东莞)有限公司 | 橡胶加工分析仪 |
JP2009080094A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-04-16 | Toto Kasei Co Ltd | プリント配線板の耐マイグレーション性予測法および予測装置 |
CN106248528A (zh) * | 2016-09-27 | 2016-12-21 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种聚合物弹性强弱的评价方法 |
CN107250250A (zh) * | 2015-01-14 | 2017-10-13 | 埃克森美孚化学专利公司 | 具有改进的流变性能的聚合物组合物 |
CN105069241B (zh) * | 2015-08-19 | 2018-03-20 | 山东大学 | 一种橡胶材料结构动态性能的分步式分析与预测方法 |
CN207423732U (zh) * | 2017-09-05 | 2018-05-29 | 上海梓盟智能机器人有限公司 | 一种用于多点实验的橡胶加工分析仪 |
CN109116004A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-01 | 江苏通用科技股份有限公司 | 一种采用rpa定量表征硫化胶动态能量损耗密度的方法 |
CN110068498A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-30 | 同济大学 | 沥青混合料黏弹性的动态力学分析方法 |
-
2019
- 2019-10-15 CN CN201910977491.8A patent/CN110596359B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009080094A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-04-16 | Toto Kasei Co Ltd | プリント配線板の耐マイグレーション性予測法および予測装置 |
CN101334397A (zh) * | 2008-08-07 | 2008-12-31 | 高铁检测仪器(东莞)有限公司 | 橡胶加工分析仪 |
CN107250250A (zh) * | 2015-01-14 | 2017-10-13 | 埃克森美孚化学专利公司 | 具有改进的流变性能的聚合物组合物 |
CN105069241B (zh) * | 2015-08-19 | 2018-03-20 | 山东大学 | 一种橡胶材料结构动态性能的分步式分析与预测方法 |
CN106248528A (zh) * | 2016-09-27 | 2016-12-21 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种聚合物弹性强弱的评价方法 |
CN207423732U (zh) * | 2017-09-05 | 2018-05-29 | 上海梓盟智能机器人有限公司 | 一种用于多点实验的橡胶加工分析仪 |
CN109116004A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-01 | 江苏通用科技股份有限公司 | 一种采用rpa定量表征硫化胶动态能量损耗密度的方法 |
CN110068498A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-30 | 同济大学 | 沥青混合料黏弹性的动态力学分析方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
JOHN S.DICK等: "橡胶加工分析仪的应用(上)", 《橡塑技术与装备》 * |
吕明哲等: ""不同新品系天然生胶加工性能分析"", 《广东农业科学》 * |
秦艳分等: "相容剂对PP/TPEE共混物动态流变性能影响", 《纺织学报》 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112393968A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-23 | 湖南工业大学 | 一种扩展粘弹性材料动态模量频域数据的方法 |
CN112505313A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-03-16 | 中策橡胶集团有限公司 | 一种橡胶混炼胶加工性能的评价方法 |
CN112708174A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-27 | 中策橡胶集团有限公司 | 一种橡胶组合物及其筛选方法和采用该组合物的轮胎 |
CN112708174B (zh) * | 2020-12-07 | 2022-08-09 | 中策橡胶集团股份有限公司 | 一种橡胶组合物及其筛选方法和采用该组合物的轮胎 |
CN113189314A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-30 | 石河子大学 | 一种橡胶树橡胶最优采收方法 |
CN113933179A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-14 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种橡胶材料非等温硫化的力学性能预测方法 |
CN116660507A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-08-29 | 中国热带农业科学院农产品加工研究所 | 一种比较天然橡胶生胶热氧老化性能的流变学方法 |
CN116660507B (zh) * | 2023-05-16 | 2023-12-12 | 中国热带农业科学院农产品加工研究所 | 一种比较天然橡胶生胶热氧老化性能的流变学方法 |
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