CN111999344B - 一种橡胶制品发泡点测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及橡胶材料加工性能领域，具体涉及一种橡胶制品发泡点测试方法。包括：对胶料在测试温度下标定内部固定点的升温历程，将试样装入标定模具内，用发泡点测试仪对所述标定模具内的样品进行规定温度的硫化，获取胶内固定点的升温历程；经标定后，试样正常测试：将试样裁切成直角梯形胶片，后将数胶片试样叠合并压实装入测试模具内硫化；硫化毕启模，经对已硫试样剖切获得发泡点位置；应用多项式二次函数拟合后的公式，的各时刻温度，利用阿累尼乌斯计算出等效时间，根据已知等效温度下的流变数据，计算出不同硫化度所对应的时间，且以特定硫化度范围内建立拟合公式，计算出硫化程度。本发明有效的修正了测试硫化程度时误差较大的问题。

Description

一种橡胶制品发泡点测试方法

技术领域

本发明涉及橡胶材料加工性能领域，具体涉及硫化阶段中发泡点测试方法。

背景技术

目前市场上发泡点测试仪器皆采用楔形试样，利用在试样内特定位置埋入多个热电偶热端点传感器，测定胶料内部的硫化升温历程，根据发泡最终位置L_BP来判断该点的升温历程。其中，市场上广泛使用的发泡点测试仪器是VR-9120型发泡点测试仪，其采用试样的“热扩散系数”来确定升温历程。即通过对已知升温的不饱和度作自然对数处理，以其斜率来得到试样的“热扩散系数”。

但是，在测试发泡点时，现有发泡点测试仪的测试方法，经过实验发现存在着很大的测试误差，导致不能得到橡胶类材料的发泡点的准确位置信息。影响了发泡点时间及硫化程度计算可信性；并且原测试方法效率低下，增加了空压机开启的次数，增加能耗，消耗了仪器的使用寿命。

因此，急需对现有发泡点测试仪的测试方法进行改进，以实现快速准确测试发泡点位置，从而得到正确的发泡点及硫化程度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种橡胶制品发泡点测试方法，解决以上技术问题。

一种橡胶制品发泡点测试方法，包括以下步骤：

S1、标定试样装模：将温度传感器沿标定模具中心线孔插入，将测试胶样裁切成数个截面为直角梯形的胶片，填入到所述标定模具中；

其中，在合模时，需要将热炼过程产生的多余溢流胶从标定模具的排气槽内溢出；

S2、标定测试：应用发泡点测试仪或温度记录仪对所述胶片进行硫化升温测试，根据发泡点测试仪的传感器各热电偶点所获得的温度或温度记录仪的传感器各热电偶点所获得的温度，绘出以时间为横坐标、所述温度为纵坐标的标定温度曲线，根据所述标定温度曲线，确定所述胶片的加压时间和保持时间；

S3、发泡点测试：将多个所述胶片填充满测试模具，根据所述加压时间和所述保持时间，对所述胶片进行硫化，硫化结束后，将硫化胶片从测试模具中取出，切割后得到所述硫化胶片的发泡点位置L_BP，根据已知中心线各点的等效硫化时间和阿累尼乌斯公式计算得到发泡点时间t_BP；

其中，在将所述填充满测试模具时，所述测试胶样的溢流量所述测试模具体积的0.1％～0.3％，所述胶片在装模方向的高度大于所述测试模具的高度。

S4、发泡点硫化程度计算：提取所述测试胶样的等效温度的五次流变性能测试数据，对五次流变数据的截尾均值处理，得到待分析流变数据，从所述待分析流变数据中获取各硫化度所对应的硫化时间和硫化多项式拟合函数，以所述硫化时间为自变量，所述硫化度为应变量，将所述发泡点时间t_BP入参到所述硫化多项式拟合函数中，得到发泡点硫化程度CD_BP；

S5、数据整合：对所述测试胶样进行至少五次所述发泡点测试和所述发泡点硫化程度计算，将测试结果取截尾均值后得到和/>

可选的，所述胶片采用沿所述测试胶样垂直于地面方向裁切得到，所述直角梯形的底角取值范围为82.2°～84.2°，所述胶片厚度为4.5mm～5.5mm。

可选的，在所述S1、试样制备之前，还包括：将测试原料投入到开放式炼胶机中进行热炼后置于室温下至少2小时，得到所述测试胶样。

可选的，所述S5、数据整合之后，所述方法还包括：以时间为纵坐标，所述发泡点硫化程度CD_BP为横坐标，构建硫化程度变化曲线，从所述硫化程度变化曲线上截取等效温度下的各硫化程度的所需时间，根据所述所需时间，调整拟合所述硫化程度的待选硫化时间。

优选的，所述标定模具或所述测试模具采用聚四氟乙烯材料。

可选的，所述硫化升温测试过程，包括：将热电偶测温器的热端采用一杆多点式传感器预埋方式，预埋至所述标定模具的预设位置，作为温度测试点。

可选的，所述S3、发泡点测试，还包括：

获取多个所述标定温度曲线的标准温度数据，利用二次函数拟合公式对所述标准温度数据进行拟合后，得到所述测试胶样的温度值。

可选的，所述S4、发泡点硫化程度计算，还包括：

将等效硫化温度对应的硫化程度值作为源流变数据，应用VBA编程中的FunctionCommsn()函数对所述等效硫化温度对应的硫化程度值进行运算后，得到各硫化度的弹性扭矩值；

利用预设的硫化时间计算公式，以所述源流变数据和所述弹性扭矩作为参数，计算出t_BP所对应的硫化度CD_BP。

有益效果：(1)由于采用了先标定后检测的方法，有效的修正了橡胶发泡点测试时存在的硫化程度测试误差较大的问题；

(2)通过纵向切割测试橡胶样品的方式，相较于传统的水平切割能够有效的获得发泡点的准确位置，并且便于硫化程度的计算；

(3)采用多次测量然后取截尾平均值的方式，提升了测试橡胶硫化程度的准确性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。

图1为一种橡胶制品发泡点测试方法的整体流程图；

图2为聚四氟乙烯材质的标定模具的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

本发明所述涉及的发泡点测试方法适用于日本上岛的VR-9110、VR-9120型、晔中科技的EKT-2001BPT型等采用类似楔形试样进行橡胶发泡点测试的表征仪器。上述表征仪器在进行橡胶发泡点硫化程度测试时，通常采用“试样的热扩散系数”来确定升温历程。通过对已知升温的“不饱和度”作自然对数处理，以其斜率算出“试样的热扩散系数”，再计算并绘出升温历程的方式。但是，此方法由于试样尺寸选择不当和测试步骤的错误导致经过测试得到的发泡点硫化程度的数值与真实数值存在着较大误差。其主要测试步骤可以参见图1。以下是两种不同橡胶制品的发泡点测试具体测试步骤。

实施例一、本实施例的测试样品为胎面胶，其采用如下步骤实现：

(1)标定模具的制备：将聚四氟乙烯PTFE材料，按图2所示的标定模具样式进行加工，得到如图2所示的PTFE标定模具。此模具有四个模腔，这四个模腔在测试胶样填加入后起到标定所用。所述标定模具的楔形中心线有圆孔，保证了热电偶热端点处在中心线上。这样有利于标定的准确性。

将热电偶测温器的热端采用一杆多点式传感器预埋方式，预埋至所述标定模具的预设位置，作为温度测试点。

采用新型的标定模具对发泡点测试预先标定，从而能够去除原测试方法中由于测量发泡点位置误差导致的测试结果误差较大的问题。

(2)标定用试样制备：取胎面胶样品200g，将胎面胶样品裁切合适的四个楔形胶样，置入标定模具的模腔内，溢流量为所述测试模具体积量的0.13％，以保证有足够的溢流胶为准。

(3)标定测试：应用发泡点测试仪(VR-9110、VR-9120或EKT-2001BPT)或温度记录仪与平板硫化机的组合，对标定模具内的胎面胶样进行升温测试，可得胎面胶样品的升温数据，经过五次重复测试后，以截尾取均值的方式获得标定升温数据，并绘出标定温度曲线。

(4)试样制备：取胎面胶标准样品200g，将胎面胶样品裁切成5片截面为直角梯形胶片样，直角梯形的底角角度值为84.3°±1°，将5片胶片样叠合且压紧，置入测试模具内。其中，试样胶片厚控制在4mm～6mm，以测试模具留有0.03％余量体积为准。

(5)发泡点测试：取胎面胶作为测试胶样，将其装入规定的PTFE测试模具内，根据已知胶料试样升温情况结合流变数据，确定本胶料试样的加压时间和保持时间，接着对胶试样进行硫化，使胶试样失压后胶内有气孔。待到胶样薄端的硫化程度约70％时，硫化结束后启模取样。经标准停放时间后，对此已硫试样胶按规定方向切割，观察到气孔后，用卡尺或测试软件测量发泡临界位置点值L_BP，根据温度是距离的函数计算出该点的升温数据，利用阿累尼乌斯公式计算等效硫化时间t_BP。

其中，本步骤中的标准停放时间是根据不同的发泡点测试仪器说明书规定的停放时间。同样的，规定方向也是按照发泡点测试仪器说明书中说明的切割方向。

(6)发泡点硫化程度测试：先要获取等效温度下的t₁₀、t₃₀、t₅₀、t₆₀和t₇₀的相应时间，且拟合成多项式二次函数，获得硫化程度计算公式(时间为自变量，硫化度为应变量)，再将已知t_BP时间代入硫化程度计算公式，即可得到硫化度CD_BP。

(7)数据整合：对所述测试样品进行至少五次所述发泡点测试和所述发泡点硫化程度测试，将测试结果取截尾均值后得到为42mm、/>为8.5min，/>

实施例二、本实施例的测试样品为TBR的肩垫胶，步骤如下：

(1)标定模具的制备：将聚四氟乙烯PTFE材料，按图2所示的标定模具样式进行加工，得到如图2所示的PTFE标定模具。此模具有四个模腔，这四个模腔在测试胶样填加入后起到标定所用。所述标定模具的楔形中心线有圆孔，保证了热电偶热端点处在中心线上。这样有利于标定的准确性。

将热电偶测温器的热端采用一杆多点式传感器预埋方式，预埋至所述标定模具的预设位置，作为温度测试点。

(2)标定用试样制备：取肩垫胶样品200g，将肩垫胶样品裁切合适的四个楔形胶样，置入标定模具的模腔内，溢流量为所述测试模具体积量的0.23％，以保证有足够的溢流胶为准。

(3)标定测试：应用发泡点测试仪(VR-9110、VR-9120或EKT-2001BPT)或温度记录仪与平板硫化机的组合，对标定模具内的肩垫胶样进行升温测试，可得肩垫胶样品的升温数据，经过五次重复测试后，以截尾取均值的方式获得标定升温数据，并绘出标定温度曲线。

(4)试样制备：取肩垫胶标准样品200g，将肩垫胶样品裁切成5片截面为直角梯形胶片样，直角梯形的底角角度值为84.3°±1°，将5片胶片样叠合且压紧，置入测试模具内。其中，试样胶片厚控制在4mm～6mm，以测试模具留有0.03％体积为准。

(5)发泡点测试：取肩垫胶作为测试胶样，将其装入规定的PTFE测试模具内，根据已知胶料试样升温情况结合流变数据，确定本胶料试样的加压时间和保持时间，接着对胶试样进行硫化，使胶试样失压后胶内有气孔。待到胶样薄端的硫化程度约70％时，硫化结束后启模取样。经标准停放时间后，对此已硫试样胶按规定方向切割，观察到气孔后，用卡尺或测试软件测量发泡临界位置点值L_BP，根据温度是距离的函数计算出该点的升温数据，利用阿累尼乌斯公式计算等效硫化时间t_BP。

(6)发泡点硫化程度测试：先要获取等效温度下的t₁₀、t₃₀、t₅₀、t₆₀和t₇₀的相应时间，且拟合成多项式二次函数，获得硫化程度计算公式(时间为自变量，硫化度为应变量)，再将已知t_BP时间代入硫化程度计算公式，即可得到硫化度CD_BP。

(7)数据整合：对所述测试样品进行至少五次所述发泡点测试和所述发泡点硫化程度计算，将测试结果取截尾均值后得到为38mm、/>为4.5min和/>为48％。

在对实施例一或者实施例二中的硫化时间、硫化温度和硫化程度进行计算时，可以采用以下步骤：

1)确定发泡点L_BP的温度：

根据已知多个标定过的升温数据，在已知工作表内设定三列，分别为多项式拟合的二次函数的三个系数公式，公式为{＝linest(c3:f3，{h1,h2,h3,h4}^row($1:$2)，true)}；根据以上所测试数据计算温度，公式为＝G3*Power(LBP，2)+H3*LBP+I3

其中，三系数分别存于G～I列内，如G3:I3内分别为系数a，b，c。此处执行的是ax²+bx+c，L_BP是发泡位置的水平距离值，该水平距离值为常量。

2)确定发泡点等效时间

取任意时间点的等效时间，根据已得温度数据计算等效时间，公式为＝exp((1/273.15+等效温度)-1/(273.15+F3))*活化能/0.008314)

硫化最后时间为当前的等效时间+前面计算的总和

3)确定硫化程度

采用VBA编制的程序Function Comms()将等效温度下的源流变数据工作簿内数据复制到指定工作表“流变源”内指定位置。在工作表“CD截取”内，采用VBA编制的程序Function Commsn()，将硫化度1～100的相应弹性扭矩值提取到表内。在工作表“CD截取”内，各扭矩相应的硫化时间的计算公式＝VLOOKUP(扭矩值，if({1,0}，流变源！$b$3:$b$2306,流变源！$a$3:$a$2306),2,true)

4)t_BP与CD_BP的计算

在工作表内，根据已知的L_BP数据，以及截取的相应的硫化度与时间关系的数据，t_BP与CD_BP计算步骤描述如下：

搜索有L_BP数据来计算t_BP及CD_BP的数量—→从第一个无t_BP开始—→在“标准温度”获取相应的值—→填入到“首表”—→接着从第二个无t_BP—→从“标准温度”获取相应的值直至填完。

将上述两个实施例测得的数据与通常测试方式得到的结果进行比对，如表1所示，表1为不同硫化时间下，胎面胶和垫胶采用不同测试方法对标准样品测试的误差情况。

表1

由表1可以看出，采用本发明的技术方案，通过先标定再测试，并且在对测试结果进行统计时，采用多次测量，截尾取平均值的方式能够有效的降低测量误差。取得理想的测试效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、标定试样装模：将温度传感器沿标定模具中心线孔插入，将测试胶样裁切成数个截面为直角梯形的胶片，填入到所述标定模具中；

S2、标定测试：应用发泡点测试仪或温度记录仪对所述胶片进行硫化升温测试，根据发泡点测试仪的传感器各热电偶点所获得的温度或温度记录仪的传感器各热电偶点所获得的温度，绘出以时间为横坐标、所述温度为纵坐标的标定温度曲线，根据所述标定温度曲线，确定所述胶片的加压时间和保持时间；

S3、发泡点测试：将多个所述胶片填充满测试模具，根据所述加压时间和所述保持时间，对所述胶片进行硫化，硫化结束后，将硫化胶片从测试模具中取出，切割后得到所述硫化胶片的发泡点位置L_BP，根据已知中心线各点的等效硫化时间和阿累尼乌斯公式计算得到发泡点时间t_BP；

S4、发泡点硫化程度计算：提取所述测试胶样的等效温度的五次流变性能测试数据，对五次流变数据的截尾均值处理，得到待分析流变数据，从所述待分析流变数据中获取各硫化度所对应的硫化时间和硫化多项式拟合函数，以所述硫化时间为自变量，所述硫化度为应变量，将所述发泡点时间t_BP入参到所述硫化多项式拟合函数中，得到发泡点硫化程度CD_BP；

S5、数据整合：对所述测试胶样进行至少五次所述发泡点测试和所述发泡点硫化程度计算，将测试结果取截尾均值后得到和/>

2.根据权利要求1所述的一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，

所述胶片采用沿所述测试胶样垂直于地面方向裁切得到，所述直角梯形的底角取值范围为82.2°～84.2°，所述胶片厚度为4.5mm～5.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，

在将所述填充满测试模具时，所述测试胶样的溢流量所述测试模具体积的0.1％～0.3％，所述胶片在装模方向的高度大于所述测试模具的高度。

4.根据权利要求1所述的一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，在所述S1、标定试样装模之前，所述方法还包括：

将测试原料投入到开放式炼胶机中进行热炼后置于室温下至少2小时，得到所述测试胶样。

5.根据权利要求1所述的一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，所述标定模具或所述测试模具采用聚四氟乙烯材料。

6.根据权利要求1所述的一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，所述S5、数据整合之后，所述方法还包括：

以时间为纵坐标，所述发泡点硫化程度CD_BP为横坐标，构建硫化程度变化曲线，从所述硫化程度变化曲线上截取等效温度下的各硫化程度的所需时间，根据所述所需时间，调整拟合所述硫化程度的待选硫化时间。

7.根据权利要求1所述的一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，所述硫化升温测试温度测试过程，包括：

将热电偶测温器的热端采用一杆多点式传感器预埋方式，预埋至所述标定模具的预设位置，作为温度测试点。

8.根据权利要求1所述的一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，所述S3、发泡点测试，还包括：

获取多个所述标定温度曲线的标准温度数据，利用二次函数拟合公式对所述标准温度数据进行拟合后，得到所述测试胶样的温度值。

9.根据权利要求1所述的一种橡胶制品发泡点测试方法，其特征在于，所述S4、发泡点硫化程度计算，还包括：

将等效硫化温度对应的硫化程度值作为源流变数据，应用VBA编程中的FunctionCommsn()函数对所述等效硫化温度对应的硫化程度值进行运算后，得到各硫化度的弹性扭矩值；

利用预设的硫化时间计算公式，以所述源流变数据和所述弹性扭矩作为参数，计算出t_BP所对应的硫化度CD_BP。