CN211602789U - 一种利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，包括用于控制测试腔温度的试验温度控制系统，通过气路与测试腔相通的抽真空给氧系统，及用于记录实验数据的数据采集记录系统；所述测试腔为2N个，每两个测试腔为一组测试工位；每组测试工位的测试腔结构、气路一致，且每组测试工位的两个气路之间设有压差传感器；每组测试工位的两个测试腔，一个测试腔放置待测样品为试验腔，另一个测试腔未放置待测样品为参考腔。本实用新型的有益效果是模拟实际的使用环境，产生恒定的温度环境和固定的氧气压力，测得不同配方的橡胶试样的氧化反应诱导期和氧化反应速度，具有更高的测试精度、更稳定的测试准确性，测试精度提高上千倍。

Description

一种利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置

技术领域

本实用新型属于橡胶热氧老化动力学测试技术领域，尤其涉及一种利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置。

背景技术

橡胶或橡胶制品在贮存或使用过程中，因同时受到热和空气中氧的作用而发生老化的现象称为热氧老化。热氧老化是各种橡胶及其制品每时每刻都在发生的老化，是造成橡胶损坏的主要原因。橡胶的热氧老化是一种自由基链式自催化氧化反应，在此反应过程中，橡胶的结构会改变，其性能也会产生相应的变化。橡胶在200℃以下发生热氧老化，氧是引起老化的主要因素，热只起到活化氧化、加快氧化速度的作用。但在200℃以上的高温下，仅靠热能的作用就足以使橡胶大分子链发生降解，温度越高，热降解越占优势，热降解成了橡胶破坏的主要原因。无论是热氧化还是热降解都是无法杜绝的，但可设法延缓它们的发生，使橡胶制品最大限度地发挥其使用价值。为此应当了解橡胶发生氧化和发生热降解的机理及其影响因素。

目前，国内外还没有一种标准定量化测试橡胶热氧老化的装置，也没有统一的表征橡胶抗热氧化性能的指标。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，目的是模拟实际的使用环境，产生恒定的温度环境和固定的氧气压力，能够测得不同配方的橡胶试样的氧化反应诱导期和氧化反应速度，从而比较橡胶氧化反应的程度，进而判断橡胶的抗老化性能。

本实用新型的技术方案为：

一种利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，包括用于控制测试腔温度的试验温度控制系统，通过气路与测试腔相通的抽真空给氧系统，及用于记录实验数据的数据采集记录系统；所述测试腔为2N个，每两个测试腔为一组测试工位；每组测试工位的测试腔结构、气路一致，且每组测试工位的两个气路之间设有差压传感器；每组测试工位的两个测试腔，一个测试腔放置待测样品为试验腔，另一个测试腔未放置待测样品为参考腔。

和现有技术相比，本方案采用差压法作为测量原理，设置一套测量设备，通过设置一组环境、气路、结构完全相同的两个测试腔，一个为试验腔，一个为参考腔，进行试验测量，消除了外界各种因素变化对试验产生的影响；通过测量同组的两个测试腔的压力，获得试验数据；与传统的直接采用压力传感器测试，具有更高的测试精度、更稳定的测试准确性，测试精度提高上千倍。

基于上述方案，本实用新型还做出了如下改进：

进一步地，还包括用于控制测试腔以外的气路所处环境温度的环境温度控制系统，所述环境温度控制系统包括环境温度加热模块、设置在环境温度加热模块外部的环境保温层、环境温度传感器和环境温度控制器。本技术改进是为了保证气路周围的环境温度可以始终稳定在设定的温度值。

进一步地，所述气路包括与试验腔连接的试验气路、与参考腔连接的参考气路；所述试验气路包括依次连接的截止阀、试验腔压力表、气体补偿腔I；所述参考气路包括依次连接排气阀、参考腔压力表、气体补偿腔II；所述参考气路通过隔断阀与试验气路相连。本技术改进中，通过隔断阀实现试验气路和参考气路的同时抽真空和充氧气。

进一步地，所述测试腔为金属或玻璃材质，测试腔包括测试腔体、盖、及设置在盖上用于悬挂待测样品的吊钩；测试腔为金属材质时，所述测试腔体与盖螺纹连接并通过密封圈实现腔体的密封，所述盖或测试腔体侧壁上设有与气路相通的进气孔；测试腔体为玻璃材质时，所述测试腔体与盖通过磨口结构密封，所述测试腔体侧壁上设有与气路相通的进气孔。

本技术改进中，针对不同材质的测试腔设置了不同的结构，金属材质的测试腔可用于试验压力大于正常大气压的情况；玻璃材质的测试腔可用于试验压力等于正常大气压的情况。此外，本技术改进中，待测样品悬吊在试验腔内，且不与腔体内部有任何接触，保证待测样品表面与周围氧气充分接触。

进一步地，所述抽真空给氧系统包括氧气瓶、氧气截止阀、真空泵、真空截止阀及分流器；分流器用于气路的扩展。本技术改进中，通过氧气截止阀和真空截止阀实现整个气路的充氧气和抽真空；分流器可实现扩展，将测试系统扩展为N个测试工位。

进一步地，所述试验温度控制系统包括用于放置测试腔的金属浴、设置在金属浴周围的加热模块、设置在加热模块外围的金属浴保温层及试验温度控制器，金属浴上固定有试验温度传感器。本技术改进是为了保证试验温度始终稳定在设定的温度值。

进一步地，还包括驱动试验气路中气体补偿腔I的活塞杆运动的伺服装置，所述伺服装置包括伺服电机、减速器和滚珠丝杠。

本技术方案的有益效果是模拟实际的使用环境，产生恒定的温度环境和固定的氧气压力，能够测得不同配方的橡胶试样的氧化反应诱导期和氧化反应速度，从而比较橡胶氧化反应的程度，进而判断橡胶的抗老化性能；具有更高的测试精度、更稳定的测试准确性，测试精度提高上千倍。

附图说明

图1是本实用新型装置整体结构示意图；

图2是本实用新型试验腔结构实施例1图；

图3是本实用新型试验腔结构实施例2图；

图4是本实用新型试验腔结构实施例3图。

图中，11、截止阀；12、试验腔压力表；13、气体补偿腔I；14、试验腔；15、隔断阀；21、排气阀；22、参考腔压力表；23、气体补偿腔II；24、参考腔；31、氧气瓶；32、真空泵；33、氧气截止阀；34、真空截止阀；35、分流器；41、差压传感器；42、伺服控制装置；51、金属浴；52、试验温度加热模块；53、金属浴保温层；54、试验温度传感器；61、环境温度加热模块；62、环境保温层；63、环境温度传感器；141、盖；142、密封圈；143、试验腔体；144、吊钩；145、待测样品；

具体实施方式

如图1所示，一种利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，包括用于控制测试腔温度的试验温度控制系统，通过气路与测试腔相通的抽真空给氧系统，及用于记录实验数据的数据采集记录系统；所述测试腔为2N个，每两个测试腔为一组测试工位；每组测试工位的测试腔结构、气路一致，且每组测试工位的两个气路之间设有压差传感器41，用于检测两个气路之间内部压力的相对变化；每组测试工位的两个测试腔，一个测试腔放置待测样品为试验腔14，待测样品145悬吊在试验腔内部，且不与腔体内壁有任何接触；另一个测试腔未放置待测样品为参考腔24。

所述气路包括与试验腔连接的试验气路、与参考腔连接的参考气路；所述试验气路包括依次连接的截止阀11、试验腔压力表12、气体补偿腔I13，部件彼此之间通过不锈钢毛细管和不锈钢接头焊接连通；所述参考气路包括依次连接排气阀21、参考腔压力表22、气体补偿腔II23，部件彼此之间通过不锈钢毛细管和不锈钢接头焊接连通；所述参考气路通过隔断阀15与试验气路相连。

所述试验温度控制系统包括金属浴51、试验温度加热模块52、金属浴保温层53、试验温度传感器54和试验温度控制器55(图中未画出)；所述金属浴51中设置有2N个深孔，用于放置装有待测样品的试验腔14和不装待测样品的参考腔24；金属浴51的周围设置有加热模块52，用于给金属浴51加热；在加热模块52的周围设置有金属浴保温层53，用于给金属浴51保温，防止热量散失；金属浴51上通过螺纹连接固定有一个温度传感器54，用于实时检测金属浴51的温度，并通过试验温度控制器55控制加热模块52的加热功率，从而实现金属浴51的温度可以始终稳定在设定的温度值。

所述整个试验装置，除了放置于金属浴51中的试验腔14和参考腔24以外的其他气路部分均位于一个统一的环境温度控制系统中；所述环境温度控制系统包括环境温度加热模块61、环境保温层62、环境温度传感器63和环境温度控制器64(图中未画出)；环境温度加热模块61用于给气路环境加热；环境保温层62用于给整个气路环境保温，防止热量散失。环境温度传感器63，用于实时检测气路的环境温度，并通过环境温度控制器64控制加热模块61的加热功率从而实现气路周围的环境温度可以始终稳定在设定的温度值。

所述抽真空给氧系统由氧气瓶31、真空泵32、氧气截止阀33、真空截止阀34和分流器35组成。氧气截止阀33和真空截止阀34分别控制整个气路充氧气和抽真空的动作。分流器35实现拓展功能，可将整个测试系统拓展为N个测试工位。

所述伺服控制装置42与试验气路中的气体补偿腔I13的活塞杆相连接，通过伺服控制装置42带动活塞杆伸缩来实现气体体积的压缩；所述伺服控制装置42可采用伺服电机、减速器、滚珠丝杠加导轨的方式将电机的旋转运动转化为直线运动，也可采用伺服直线电机的形式直接输出直线运动。所述参考气路中的气体补偿腔II23的活塞杆位置固定不动，在整个实验过程中，保证参考腔内的气体体积不变。

当实验正式开始时，由于试验腔14内试样的热氧老化作用，导致试验腔14内的气体压力小于参考腔24内的气体压力，差压传感器41检测压力变化，并将信号实时传送给数据采集记录系统，进而使得伺服控制装置42产生动作，并带动气体补偿腔I13的活塞杆动作，实现试验腔气体体积压缩，直至试验腔14内气体压力值重新等于参考腔24的气体压力值。在此次动作中，通过已知的伺服电机转动角度、减速机的减速比、滚珠丝杆导程以及气体补偿腔I13的活塞杆直径等参数，即可计算出试验腔14的气体体积压缩量，进而得到试验腔14内试验样品的氧气消耗量。数据采集记录系统实施记录实验时间和试样氧气消耗量，并最终得出橡胶试样的热氧吸收曲线，以及氧化反应诱导期和氧化反应速度，从而比较橡胶氧化反应的程度，进而判断橡胶的抗老化性能。除此之外，数据采集记录系统还记录了试样重量、实验日期、实验人员等相关信息。

如图2、3所示，所述测试腔为金属材质时，测试腔包括测试腔体143、盖141、及设置在盖上用于悬挂待测样品145的吊钩144；所述测试腔体143与盖141螺纹连接并通过密封圈142实现腔体的密封，所述盖141或测试腔体143侧壁上设有与气路相通的进气孔；该结构可用于试验压力大于正常大气压的情况。如图4所示，测试腔为玻璃材质时，测试腔包括测试腔体143、盖141、及设置在盖141上用于悬挂待测样品145的吊钩144；所述测试腔体143与盖141通过磨口结构密封，所述测试腔体侧壁上设有与气路相通的进气孔；为达到更好的密封效果，可在磨口配合处涂抹真空硅脂；该结构可用于试验压力等于正常大气压的情况。整个试验系统中，所有与试验气体直接接触的部分，均采用不与氧气有任何反应的稳定性材料制成(如玻璃、不锈钢等，但不仅限于此)。

该装置的使用过程为：

1)试验初始状态，排气阀21、氧气截止阀33、真空截止阀34关闭，截止阀11、隔断阀15打开；

2)将试样放入试验腔14中，并保证密封状态良好；

3)设置试验温度及环境温度，并使之稳定；

4)打开真空泵32和真空截止阀34，对整个系统抽真空，达到设定真空度后关闭真空泵32和真空截止阀34；

5)打开氧气瓶31和氧气截止阀33，对整个系统充氧气，达到设定压力值后关闭氧气瓶31和氧气截止阀33；

6)重复进行步骤4、5一次，直至整个系统内氧气压力达到设定值，关闭截止阀11；

7)温度平衡一段时间(具体时间根据实际操作确定)，此时系统内氧气压力升高；

8)打开排气阀21排气，直至系统内氧气压力恢复到设定值后关闭排气阀21。

9)关闭隔断阀15，试验正式开始，数据采集记录系统实时记录试验气路气体压缩量。

Claims (7)

1.一种利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，包括用于控制测试腔温度的试验温度控制系统，通过气路与测试腔相通的抽真空给氧系统，及用于记录实验数据的数据采集记录系统；其特征在于：所述测试腔为2N个，每两个测试腔为一组测试工位；每组测试工位的测试腔结构、气路一致，且每组测试工位的两个气路之间设有差压传感器；每组测试工位的两个测试腔，一个测试腔放置待测样品为试验腔，另一个测试腔未放置待测样品为参考腔。

2.根据权利要求1所述的利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，其特征在于：还包括用于控制测试腔以外的气路所处环境温度的环境温度控制系统，所述环境温度控制系统包括环境温度加热模块、设置在环境温度加热模块外部的环境保温层、环境温度传感器和环境温度控制器。

3.根据权利要求1所述的利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，其特征在于：所述气路包括与试验腔连接的试验气路、与参考腔连接的参考气路；所述试验气路包括依次连接的截止阀、试验腔压力表、气体补偿腔I；所述参考气路包括依次连接排气阀、参考腔压力表、气体补偿腔II；所述参考气路通过隔断阀与试验气路相连。

4.根据权利要求1所述的利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，其特征在于：所述测试腔为金属或玻璃材质，测试腔包括测试腔体、盖、及设置在盖上用于悬挂待测样品的吊钩；测试腔为金属材质时，所述测试腔体与盖螺纹连接并通过密封圈实现腔体的密封，所述盖或测试腔体侧壁上设有与气路相通的进气孔；测试腔体为玻璃材质时，所述测试腔体与盖通过磨口结构密封，所述测试腔体侧壁上设有与气路相通的进气孔。

5.根据权利要求1所述的利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，其特征在于：所述抽真空给氧系统包括氧气瓶、氧气截止阀、真空泵、真空截止阀及分流器；分流器用于气路的扩展。

6.根据权利要求1所述的利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，其特征在于：所述试验温度控制系统包括用于放置测试腔的金属浴、设置在金属浴周围的加热模块、设置在加热模块外围的金属浴保温层及试验温度控制器，金属浴上固定有试验温度传感器。

7.根据权利要求3所述的利用差压法测试橡胶热氧吸收曲线的装置，其特征在于：还包括驱动试验气路中气体补偿腔I的活塞杆运动的伺服装置，所述伺服装置包括伺服电机、减速器和滚珠丝杠。

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