KR900005479B1 - 고무의 경화 및 시험방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

고무의 경화 및 시험방법
제1도는 본 발명의 바람직한 장치의 일부를 도시한 개략도.
제2도는 본 발명의 바람직한 장치의 개요도.
제3도는 상이한 고무시료의 저항성을 나타낸 도표.
본 발명은 고무를 경화하고 시험하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
레오미터(Rheometer)는 고무를 경화하고 시험하는 분야에서 공지되어 있다. 공지된 바와 같이, 레오미터는 미경화된 고무원료 샘플을 다른 상태, 즉 경화된 상태로 변형시키는 열경화 챔버를 구비한 고무의 경화 및 시험용 장치이다. 열경화 챔버내에는 작은 리브로우터(ribbed rotor)가 부하된 샘플과 접촉하여 진동한다. 스트레인 게이지(strain gauge)는 로우터 진동에 대한 고무샘플의 저항으로 인하여 로우터상의 토크(torque)를 감지한다. 리미트 스위치는 로터 진동의 두 극한에서 순간적으로 전류를 통하게 하여 피크응력이 발생하는 곳에서의 정확한 모멘트를 나타낸다. 기록장치는 경화시의 피크응력에서의 코크대 시간을 그래프로 기록한다. 조작자는 그래프를 관찰하여 레오미터를 열고 샘플을 제거하여 경화를 중지시킨다. 조작자는 피크응력에서 최대 토크에 도달한 것을 관찰한 후에 경화를 중지시킨다. 피크응력에서의 최대 토크를 포함하는 샘플의 경화성 측정으로 오차 검출 및 배치(batch)로부터 제조된 제품의 디자인과 배치의 품질을 보장할 수 있다.
알려진 레오미터는 대부분이 고무 경화의 분야를 담당하고 있다. 레오미터를 사용하여 경화 및 시험에 소요된 시간은 상용으로써의 레오미터의 성공을 위해 중요한 요인이 되고 있다. 공지된 레오미터를 사용한 경화 및 시험은 피크응력에서 최대 토크에 도달하는 시간을 계속 관찰해야 한다. 또한, 경화 및 시험을 중단시키는 결정은 최대토크에 도달하는 것을 그래프 관찰을 기준하여 조작자가 어떠한 결정을 내리든 조작자의 판단에 일임하게 되어 바람직스럽지 못하다.
피크응력에서 최대 토크의 도달을 기다릴 필요성, 경화 및 시험을 중단시키기 위한 결정의 불확실성등이 경화 및 시험에 요하는 시간의 증가를 초래하고, 그 결과 다른 경화 및 시험에 요하는 레오미터 사용시간의 손실이 발생된다.
본 발명의 목적은 레오미터를 상당히 개선시키고 더 충분히 사용하기 위해 정확한 레오미터 장치 및 정확한 경화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 피크응력에서 최대 토크를 정확하게 예보하는 정밀한 레오미터 장치, 경화 및 시험공정을 제공하여, 피크타임에서 최대 토크에 도달하기 전에 경화 및 시험의 종결을 가능케 하는 것이다.
따라서, 이론적인 면에서 본 발명은 고무샘플의 가열로부터 시작되는 고무샘플의 경화 및 시험방법이다. 가열하는 동안, 고무샘플의 저항을 여러회 측정하여 여러개의 저항 측정치를 만든다. 저항의 몇몇 특성을 측정횟수 및 측정치로부터 결정한다. 최소 저항 Smin을 결정한다. Smin을 결정한 후, 저항 변화의 최대치 S'max를 결정한다. 다음의 저항 측정치로부터 변화 S'max의 최대치에 대한 선택된 비율인 저항S'det의 변화율을 결정한다. 또한 변화율이S'det와 동일한 저항 Sdet를 결정하고, 변화율S'det부근인 저항의 가속S"det를 결정한다. 가열하는 동안 고무샘플의 최대 기대저항Y는 다음 관계식(Ⅰ)에 따라 예측할 수 있다.
Figure kpo00001
상기 식에서, K는 상수이다. 최대 저항 Y를 예측하면 곧 경화 및 시험을 종결한다. 경화 및 시험은 최대 저항에 도달할 때까지 계속하지 않는다.
최대 저항에 도달하기전에 경화 및 시험을 종결시킨 결과, 선행기술의 경화 및 시험 시간의 약 1/4 내지 1/3이 단축되었다. 따라서, 경화 및 시험에 사용하는 각 레오미터를 약 1/3 내지 1/4배 더 경화 및 시험을 위해 사용할 수 있다. 동일하거나 더 적은 수의 레오미터로 동일하거나 더 적은 시간내에 더 많은 경화 및 시험을 행할 수 있다.
본 발명의 이러한 목적, 양상 및 잇점은 하기한 도면과 관련된 바람직한 태양의 기술에서 더 자세히 설명할 것이다.
제1도를 참조하면, 바람직한 장치는 고무샘플(도시하지 않음)을 끼우는 다이 캐비티가 있는 상부 다이(12) 및 하부 다이(14)를 구비한 레오미터(10)로 이루어진다. 샘플을 다이 캐비티에 부하하고, 공기압 실린더(16)을 작동시켜 상부 다이(12)를 하강시켜 접근시킨다.
실린더(16)는 프레임판(18) 및 하방으로 향한 프레임로드(20)의 최상부에 지지되어 있다. 로드(20)는 지지기판(24) 상부의 로드 기판(22)으로부터 연장되어 있다. 하부 다이(14)는 기판(22)상에 있는 하부 가열판(26)상에 놓여 있다. 상부 다이(12)는 실린더(16)의 로드(30)에 장착되어 있는 상부 가열판(28)의 측하방에 장착되어 있다.
압반(26,28)은 전기 가열기(32)가 삽입되어 있다. 다이(12,14)는 가열 탐침(34)이 포함되어 있다. 로드 절연체(36)는 열로부터 로드(30)를 보호한다.
가열기(32)는 압반(26,28), 다이(12,14) 및 다이 캐비티내의 샘플을 가열한다. 탐침(34)은 가열기(32)의 정확한 조절 및 샘플의 정확한 가열을 위해 피드백하도록 되어 있다.
로우터의 양원추성 디스크(38)는 다이 캐비티에서 돌출되어 있다. 디스크(38)는 하부 다이(14), 하부 압반(26), 로드 기판(22) 및 지지기판(24)을 통하여 돌출되어 있는 진동 로우터 샤프트(40)의 상부에 장착되어 있다. 샤프트(40)는 지지기판(24)상의 샤프트 지지부재(41) 및 베어링(43)내에 회전 가능하게 장착되어 있다. 샤프트(40) 및 디스크(38)는 지지기판(24)에 장착되어 있는 주 모터인 선형 동기 모터 및 기어박스(42)에 의해 진동한다. 주 모터 및 기어박스(42)는 편심기(44)를 구동한다. 편심기(44)는 회전하면서 링크 아암(46)의 취부 말단을 회전시킨다. 링크 아암(46)의 타 말단은 토크아암(46) 및 샤프트(40)을 진동시킨다.
로우터 샤프트(40)는 공기 고정 장치(50)에 의해 공기압에 의해 고정되어 있다. 로우터는 약간의 아아크, 바람직하게는 모터(42) 및 기어 박스에 의해 측정한 것으로써 분당 약 100사이클에 의해 진동한다. 리미트 스위치(제1도에 도시하지 않음)는 링크 아암(46)의 운동의 극한에 대응하여 링크 아암 및 디스크(38)가 최대 행정에 도달하는 정확한 순간을 가리켜 샘플에서 피크응력이 발생하는 정확한 순간을 감지한다.
스트레인 게이지(52)와 같은 토크 아암 변환기는 토크 아암(48)에서의 토크 또는 스트레인을 측정한다. 토크 아암(48)에서의 스트레인은 로우터의 진동에 대한 샘플의 저항으로부터 상승하는 아암(52)상의 토크를 나타내는 것이다. 저항이 상승하며 고무가 경화함에 따라 가교결합이 증가한다. 따라서 게이지(52)는 로우터상의 스트레인을 측정하며, 이는 고무샘플 저항의 토크에 정비례한다. 로우터에 부하된 토크는 로우터의 샘플 저항 진동으로부터 상승하는 토크에 정비례하는 변환기 전압의 변화를 야기한다. 토크 신호의 빈도는 로우터 진동 빈도에 상응하는 분당 약 100사이클이다.
제2도를 참고하면, 토크 또는 스트레인 신호는 디지탈, 마이크로 프로세서가 있는 중앙 연산 처리장치, 기억 레지스터, 아날로그-디지탈 변환기 및 부속 하드웨어를 포함하는 전기적인 중앙 또는 주제어장치(56)까지 회선(54)에 의해 전송된다. 제어장치(56)는 회선(58,60)을 따라 탐침(34)으로부터 온도 신호를 받고, 회선(64,66)을 따라 리미트 스위치(62)로부터 시간의 신호를 받는다. 중앙 제어장치(56)는 제어 신호를 발생시켜 실린더 제어장치, 가열기 제어장치, 모터 제어장치, 클램프 제어장치 및 스트레인 게이지 제어장치를 포함하는 몇가지 부속 제어장치를 제어한다. 그러한 제어장치는 전원만을 갖추거나 더 복잡할 수 있다. 가장 바람직한 것은 제어장치(56)가 회선(68,70)을 통하여 디스플레이(76) 및 레코더(90)만을 제어하는 것이다.
제어장치(56)는 스트레인 게이지(52) 및 필터로부터 아날로그 신호를 받고, 신호를 읽거나 전환하여 피크응력에서 로우터 상의 토크의 측정치에 상응하는 디지탈 토크 신호를 발생한다. 제어장치(56)는 폐쇄된 리미트 스위치(62)로부터 신호를 받고 피크응력의 정확한 순간을 탐지한다. 제어장치(56)는 정확한 순간의 디지탈 토크 신호를 발생한다. 제어장치(56)는 다음과 같은 토크 측정치를 기억하고 연산한다.
연속적인 토크 측정치를 평균하여 피크응력에서의 평균 토크치를 발생한다. 즉, 평균치로 연속적인 토크 측정치를 감하고 그 편차의 절대치를 2로 나눈다. 각 경화 공정에서의 평균 토크치를 서로 비교하여 제3도에 도시한 바와 같이 Tmin으로 나타낸 최소 평균 토크치를 계산한다.
최소 평균 토크치를 계산한 후에, 하기한 평균 토크치를 최소 평균 토크치와 비교하여 최소 평균 토크치보다 △T 만큼 큰 중간 평균 토크치 Tint를 만든다. 더 바람직하게는,△T 는 1데시-뉴우턴미터이다.
시간이 접근된 몇몇 평균 토크치 및 선택된 평균 토크치 Tint를 처리하여 평균 토크치의 최대 1차 유도치T'max를 만든다. 가장 바람직한 것은T'int의 개시점과 매 0.6초 마다 반복되는 가장 인접한 평균 토크치 10개를 처리하여 1차 유도치 T' 를 얻는 것이다. 이 제1유도치를 수득된 1차 유도치의 최대치와 비교한다. 새로운 1차 유도치가 이미 얻은 1차 유도치의 최대치보다 크거나 동일치일 경우, 이 새로운 값을 1차 유도치의 최대치로 채택한다.
1차 유도치의 최대치가 연속적으로 유사한 10개의 사이클일 경우, 이것을 시험용 최대 1차 유도치 T'max로 사용한다.
최대 1차 유도치 T'max로부터, T'max에 대한 선택된 비율인 1차 유도치 T'det가 결정된다. 가장 바람직하게는, T'max에 대한 T'det의 비인 R 은 0.25이다. T'det는 다음과 같이 결정하는 것이 가장 바람직하다. 먼저,T'max로부터 식 T'tar=R×T'max에 따라 표적 1차 유도치 T'tar을 계산한다. 1차 유도치 T'max를 구하고 T'tar과 비교한다. T'tar보다 작은 1차 유도치 T'det를 구하고, 선택된 1차 유도치 T'det에 상응하는 2차 평균 토크치 Tdet를 구한다.
2차 토크치 Tdet와 인접한 시간의 평균 토크치들을 처리하여 2차 평균 토크치 Tdet에서 평균 토크치의 2차 유도치 T"det를 구한다. 가장 바람직한 것은 2차 유도치를Tdet에 앞서 20개의 평균 토크치로부터 결정하는 것이다.
이 단계에서, 제어장치(56)는 T'det, T'det, T"det및 가속환산계수 K를 기억할 것이다. 가장 바람직한 것은 제어장치(56)가 평균 토크치의 전체 배열을 기억하는 것이다. 가장 좋은 결과를 위해 바람직한 것은 상기 비율이 0.25이고, 샘플링 간격이 0.6초이며 K가 0.45인 것이다. 제어장치는 고무샘플의 경화에서 기대되는 피크응력에서 최대 토크의 계산된 기대치에 Tdet, T'det, T"det및 K의 기억장치를 사용할 것이다. 예측된 최대 토크는 하기 식(Ⅱ)에 따라 계산되는 Y로 표시한다.
Figure kpo00002
최대 토크 Y를 예측할 경우, 제어장치(56)는 통상적인 관계식에 의해 샘플의 경화율, 경화속도, 경화량(최대-최소)을 계산할 수 있다. 제어장치는 그러한 계산치와 비교하여 시험 및 경화 등급 및 허용치를 미리 결정할 수 있다. 가장 바람직한 것은, 최대 토크 Y를 새로운 평균 토크치를 구함으로써 경신하여 최대 1차 유도치에 대한 평균 토크치의 선택된 1차 유도치의 비를 더욱 크게 하는 것이다. 그러한 경신을 계속하여 현재의 평균 토크치를 예측된 최대치 Y의 90%에 달하게 하는 것이다. 경화율 및 잔여량을 계산한다. 상기한 바와 같은 경신은 계산치에 대립되는 측정치를 90% 이상의 경화율로 하기 위해 바람직하다.
예측된 최대 토크 Y를 바람직스럽게 경신시키자마자 조작자는 제어장치(56)를 조작하여 가열 및 로터 진동을 종결시키고, 리미트 스위치 및 스트레인 게이지를 탈여자한 다음, 샘플 다이 캐비티를 열어 시험 샘플을 제거하고 다른 샘플을 삽입한다. 여하간 Y가 예측된 경화 및 시험을 중단한다. 레코더(90)는 경화 및 시험에 의해 창출된 데이타를 기록한다.
상기한 간결 명료한 본 발명의 방법을 사용하여 당업자들이 유사한 것은 만들거나 사용하는 것이 가능할 것이다. 상기한 본 발명의 바람직한 태양에서 하기한 청구범위와 같은 본 발명의 취지에서 벗어나지 않고 변화를 행할 수 있을 것이다. 예시한 바와 같이, 상기 식들은 현재의 토크, 현재의 토크의 1차 및 2차 유도치 대 시간, 및 선행의 값을 사용하여 토크의 1차 유도치가 0일 때에 토크의 예측치를 구할 수 있을 것이다. 본 발명에 관한 주요 내용을 명확하게 하기 위해서, 하기한 청구범위로 본 명세서를 결론짓는다.

Claims (16)

  1. (a) 고무샘플을 가열하고, (b) 가열하는 동안 고무샘플의 저항을 수회 측정하여 여러개의 저항 측정치를 구하고, (c) 저항 측정치로부터 최소 저항치 Smin을 결정하고, (d) 저항 측정치 및 Smin으로부터 최대 저항 변화율 S'max를 결정하고, (e) 저항 측정치로부터 최대 변화율 S'max에 대한 선택된 비율의 저항 변화율 S'det를 결정하고, (f) 저항 측정치로부터 변화율이 S'det와 같은 저항 Sdet를 결정하고, (g) 저항 측정치로부터 변화율 S'det에 대한 저항의 변화율 S"det를 결정하고, (h) 가열하는 동안 하기 관계식(Ⅰ)에 따라 고무샘플의 예측된 최대 저항 Y를 예측하여, (i) 예측된 최대 저항 Y를 기준으로 시험 및 경화를 종결시킴을 특징으로 하는 고무샘플의 경화 및 시험방법.
    Figure kpo00003
    상기 식에서, K는 상수이다.
  2. 제1항에 있어서, 고무샘플의 저항 측정치 S가 진동부재의 진동에 대한 고무의 저항 측정치인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 측정치 S가 진동부재의 토크 측정치인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 측정치가 진동부재의 피크응력에서의 토크 측정치인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 저항 측정치가 저항 실측치의 평균이고, 실측치는 분당 약 200회로 행해진 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 스텝(d)를 행하기 전에 최소 저항치 Smin으로부터 선택된 량△S인 중간 저항치 Sint를 측정하는 단계를 행한 다음 스텝(d)를 시작함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, S'max에 대해 선택된 S'det의 비가 0.25인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 단계(e) 내지 단계(h)를 최대 변화율 S'max에 대한 다수의 저항 변화율 S'det의 선택된 비에 대해 각 1회씩 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 샘플의 경화 및 시험을 예측된 최대 저항치에 상응하는 저항 측정치에 달하기 전에 종결시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 가열을 가열된 경화 격실내에서 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 단계(c) 내지 단계(i)의 저항 측정을 디지탈 분석에 의하여 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 단계(c) 내지 단계(i)를 아날로그 방법에 의하여 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. (a) 샘플에 대한 가열 경화 격실, 로우터의 운동에 대한 샘플의 저항을 측정하는 진동 로우터, 샘플에 대한 피크응력의 정확한 순간을 반복적으로 나타내는 리미트 스위치, 로우터의 운동에 대해 고무샘플의 저항에 의해 야기된 로우터상의 토크를 감지하는 하나 이상의 스트레인 게이지를 구비하는 레오미터에 연속적으로 샘플을 부하하고; (b) 경화격실 내에서 각 고무샘플을 가열하고; (c) 각 샘플을 가열하는 동안 로우터를 진동시키고 리미트 스위치 및 스트레인 게이지를 작동하여 피크응력에서 로우터상의 토크 T를 측정하는 방법으로 고무샘플의 저항을 여러회 측정하고, (d) 피크응력에서 로우터상의 토크의 연속적인 측정치를 평균하여 여러개의 평균 토크치를 만들고, (e) 각각의 평균 토크치를 비교하여 최소 평균 토크치 Tmin을 결정하고, (f) 최소 평균 토크치와 평균 토크치를 비교하여 최소 평균 토크치보다 큰 선택된 량인 1차 평균 토크치 Tint를 결정하고,(g) 몇개 이상의 평균 토크치를 처리하고, 이어서 선택된 1차 평균 토크치 Tint를 처리하여, 상기 평균 토크치의 1차 유도치T'max를 결정하고,(h) 최대 1차 유도치 T'max에 상응하는 평균 토크치를 처리하여 최대 1차 유도치에 대해 선택된 비율의 1차 유도치 T'det를 결정하고, (i) 선택된 1차 유도치 T'det에 상응하는 선택된 2차 평균 토크치 Tdet를 결정하고, (j) 선택된 2차 토크치 Tdet에 대해 근접시간에 있는 평균 토크치를 처리하여 선택된 2차 토크치 Tdet에서 평균 토크치의 2차 유도치 T"det를 결정하고, 하기 식(Ⅱ)에 따라 고무샘플의 예측 최대 토크치 Y 및 예측된 최대 저항을 계산한 후, 각 샘플의 가열을 종결시킴을 특징으로 하여 이루어지는 연속적인 경화 및 시험방법.
    Figure kpo00004
    상기 식에서, K는 가속 환산계수이다.
  14. 제13항에 있어서, 최소 평균 토크치 Tmin을 초과하는 선택된 1차 평균 토크치 Tint에 대해 선택된 량이 대략 1데시 뉴우턴 미터인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 최대치 T'max에 대해 선택된 1차 유도치 T'det의 비가 대략 0.25이고, K가 대략 0.45인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. (a) 고무샘플을 가열하고, (b) 가열하는 동안 고무샘플의 저항을 수회 측정하여 여러개의 저항 측정치를 구하고, (c) 저항 측정치로부터 최소 저항치 Smin을 결정하고, (d) 저항 측정치 및 Smin으로부터 최대 저항 변화율 S'max를 결정하고, (e) 저항 측정치로부터 최대 변화율 S'max에 대한 선택된 비율의 저항 변화율 S'det를 결정하고, (f) 저항 측정치로부터 변화율이 S'det와 같은 저항 Sdet를 결정하고, (g) 저항 측정치로부터 변화율 S'det에 대한 저항의 변화율 S"det를 결정하고, (h) 가열하는 동안 Y, Sdet, S'det및 S"det에 대한 관계식(Ⅰ)에 따라 고무샘플의 예측된 최대 저항 Y를 예측하여, (i) 예측된 최대 저항 Y를 기준으로 시험 및 경화를 종결시킴을 특징으로 하는 고무샘플의 경화 및 시험방법.
KR1019840005909A 1983-09-27 1984-09-26 고무의 경화 및 시험방법 KR900005479B1 (ko)

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