摘要：介紹了無轉(zhuǎn)子硫化儀和有轉(zhuǎn)子硫化儀作為兩種橡膠檢測用標(biāo)準(zhǔn)儀器的基本原理、性能要求及優(yōu)缺點(diǎn)。從機(jī)械結(jié)構(gòu)、膠料測試特性數(shù)據(jù)上進(jìn)行了定性比較分析。并通過具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了理論分析結(jié)果。本文從轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的角度分析了造成兩種硫化儀轉(zhuǎn)矩差異的主要因素，從傳熱角度分析了兩種硫化儀硫化時(shí)間的差異。通過分析比較認(rèn)為兩種硫化儀的測試結(jié)果不同，但存在很好的相關(guān)性。關(guān)鍵詞：硫化儀；無轉(zhuǎn)子硫化儀；有轉(zhuǎn)子硫化儀。

 橡膠測試儀器用于分析、測定橡膠性能指標(biāo)，是國家規(guī)定的用于橡膠產(chǎn)品研制研制新產(chǎn)品、膠料配方檢測及檢定產(chǎn)品質(zhì)量的檢定的檢測儀器。橡膠硫化測試儀（簡稱硫化儀）通過測定對膠料往復(fù)擺動(dòng)的模體或轉(zhuǎn)子的作用轉(zhuǎn)矩的大小，得到膠料的硫化特性曲線和特性參數(shù)，如焦燒時(shí)間，正硫化時(shí)間、模量及硫化平坦性等。硫化儀主要有兩大方面的功用：一方面可以用于進(jìn)行各種橡膠配方設(shè)計(jì)開發(fā)、配方優(yōu)化或新產(chǎn)品開發(fā)；另一方面用于對生產(chǎn)過程質(zhì)量穩(wěn)定性的控制，即通過膠料抽樣檢查或在線檢測來監(jiān)督檢測產(chǎn)品質(zhì)量，保證生產(chǎn)穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，硫化儀能及時(shí)反映試樣中各組分配比變化或組分成分改變等對硫化過程的影響，廣大橡膠配方技術(shù)人員*的幫手。

對于生產(chǎn)橡膠制品的廠家來說，可以用它來進(jìn)行橡膠均勻性、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性的測試，以及橡膠配方的設(shè)計(jì)和檢測。有一些廠家還用硫化儀進(jìn)行生產(chǎn)在線檢測。主要方法是對每一批橡膠進(jìn)行硫化測定，檢測每一批，甚至是每一時(shí)刻橡膠的硫化特性。通過特性曲線的zui大轉(zhuǎn)矩、zui小轉(zhuǎn)矩、焦燒時(shí)間、正硫化時(shí)間等特性參數(shù)來判斷膠料是否滿足制品的要求。目前，按照硫化儀基本結(jié)構(gòu)可分為有轉(zhuǎn)子和無轉(zhuǎn)子兩種型號的設(shè)備。有轉(zhuǎn)子硫化儀是zui早的用于硫化檢測的儀器。無轉(zhuǎn)子硫化儀是在有轉(zhuǎn)子硫化儀基礎(chǔ)上開發(fā)出來的新一代硫化測試儀器。從先進(jìn)性上講，無轉(zhuǎn)子硫化儀的試驗(yàn)精度和使用時(shí)的方便程度都高于有轉(zhuǎn)子硫化儀，無轉(zhuǎn)子硫化儀更先進(jìn)一些。

1 基本原理

可硫化膠料在一定壓力和一定溫度下會發(fā)生化學(xué)交聯(lián)作用，交聯(lián)作用的結(jié)果使得膠料由混煉膠變成了硫化膠，強(qiáng)度和韌性大大加強(qiáng)。。硫化儀的工作原理就是測量在特定壓力和溫度下，測試膠料一些特性的變化過程。得到膠料轉(zhuǎn)矩一時(shí)間的變化鹽線，即硫化特性曲線。

2 兩種硫化儀的性能要求及優(yōu)缺點(diǎn)

硫化儀作為具有上述功能的檢測儀器，必須具備如下性能要求：首先是設(shè)備整機(jī)使用穩(wěn)定，故障率低。要求儀器機(jī)械調(diào)試穩(wěn)定、軟件使用穩(wěn)定、電氣安全穩(wěn)定；其次是試驗(yàn)中要求多條曲線的重現(xiàn)性好、單條曲線的平滑性好。作為檢測儀器，重現(xiàn)性和平滑性非常重要，在這兩方面都穩(wěn)定的前提下才能準(zhǔn)確體現(xiàn)膠料本身的特性。就目前硫化儀技術(shù)的發(fā)展水平，無論是有轉(zhuǎn)子硫化儀還是無轉(zhuǎn)子硫化儀都可以達(dá)到很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。試驗(yàn)中，使用無轉(zhuǎn)子硫化儀時(shí)需要較地稱量膠樣重量。而有轉(zhuǎn)子硫化儀的膠樣重量要求不嚴(yán)，一般不用稱量。這是因?yàn)闊o轉(zhuǎn)子硫化儀是密閉模腔結(jié)構(gòu)，如果膠樣過多會擠壓在模腔外環(huán)，影響下模體擺動(dòng)，從而影響測量的轉(zhuǎn)矩。而有轉(zhuǎn)子硫化儀上下模體是固定的，多余的膠料會在上模壓下的過程中自動(dòng)擠出，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)影響不大。但有轉(zhuǎn)子硫化儀因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身的原因，存在一些缺點(diǎn)。

1）     操作復(fù)雜：使用有轉(zhuǎn)子硫化儀做試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)完成后，熟膠樣是裹在轉(zhuǎn)子上的，需要人工卸膠。在膠樣硬度和強(qiáng)度很大的情況下，經(jīng)常需要利用鉗子等工具卸膠，操作復(fù)雜。

2）     不易加玻璃紙：做硫化試驗(yàn)時(shí)，為了防止膠樣粘模腔或其他考慮因素，經(jīng)常需要加耐高溫的玻璃紙，尤其是很粘的混煉膠。有轉(zhuǎn)子硫化儀加玻璃紙時(shí)，需要把下片玻璃紙打一個(gè)小洞，轉(zhuǎn)子上下放膠，再放人模腔內(nèi)試驗(yàn)。即使這樣，轉(zhuǎn)子的上下表面還是會粘上膠，很難清理。而無轉(zhuǎn)子硫化儀可以很方便的在膠樣上下各加一片耐高溫的玻璃紙，試驗(yàn)完成，只需用鑷子輕輕取下即可。

3）     容易漏膠，造成數(shù)據(jù)異常：有轉(zhuǎn)子硫化儀的下模體上有一個(gè)插轉(zhuǎn)子的小孔。在實(shí)際操作中，經(jīng)常會不慎把碎膠掉人孔中。如果不能及時(shí)清理，就會因?yàn)檗D(zhuǎn)子位置被墊高，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。嚴(yán)重的話轉(zhuǎn)子還會頂破上模體，造成儀器損壞。

4）     存在硫化曲線溫度滯后的現(xiàn)象[3]：使用有轉(zhuǎn)子硫化儀做檢測實(shí)驗(yàn)時(shí)，有一個(gè)很規(guī)律的現(xiàn)象：*條硫化曲線存在溫度滯后的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象在參考文獻(xiàn)里有詳細(xì)研究，這里不再贅述。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)比較

兩種硫化儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，無轉(zhuǎn)子硫化儀的無轉(zhuǎn)子硫化儀是通過測定對裹脅膠料往復(fù)擺動(dòng)的模體的作用力矩的大小，得到膠料的硫化特性。模腔直徑40士2mm，分離角為7。～18。，中心間距為0．5間隙值。有轉(zhuǎn)子模腔直徑42mm，模腔深度5．35mm。轉(zhuǎn)子直徑35．55mm，轉(zhuǎn)子盤角度12．60（見圖1）。

         結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)矩測試的影響：無轉(zhuǎn)子硫化儀是通過測定對裹脅膠料往復(fù)擺動(dòng)的下模體的作用轉(zhuǎn)矩的大小，得到膠料的轉(zhuǎn)矩特性。下模體的擺動(dòng)對膠料產(chǎn)生剪切作用，剪切面為下模體表面。有轉(zhuǎn)子依靠轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)對膠料產(chǎn)生剪切作用，剪切面為轉(zhuǎn)子的上下盤面。膠料在有轉(zhuǎn)子硫化儀中受到兩個(gè)面的剪切作用，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于無轉(zhuǎn)子硫化儀的一個(gè)面的剪切作用，即無轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩值會小于有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩值。

結(jié)構(gòu)對吸熱的影響：元轉(zhuǎn)子硫化儀上下模體和加熱片接觸，作為熱源對橡膠膠樣加熱。膠樣的吸熱面為整個(gè)無轉(zhuǎn)子模腔內(nèi)表面。有轉(zhuǎn)子硫化儀除了有轉(zhuǎn)子硫化儀是通過測定膠料對包復(fù)的往復(fù)擺動(dòng)的轉(zhuǎn)子的作用力矩的大小，得到膠料的硫化特性。模腔直徑42mm，模腔深度5．35mm。轉(zhuǎn)子直徑35．55mm，轉(zhuǎn)子盤角度12．6。依靠轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)對膠料產(chǎn)生剪切作用，剪切面為轉(zhuǎn)子的上下盤面。上下模體外，還有轉(zhuǎn)子上下接觸表面，但轉(zhuǎn)子本身不產(chǎn)生熱量，僅依靠空氣和橡膠的熱傳導(dǎo)，一般溫度比模腔低一些。所以有轉(zhuǎn)子的吸熱面為整個(gè)有轉(zhuǎn)子模腔內(nèi)表面以及溫度稍低一些的轉(zhuǎn)子上下表面。從模腔結(jié)構(gòu)可以近似計(jì)算出膠料的吸熱面積（見圖2），無轉(zhuǎn)子硫化儀的吸熱面積約為S1—6744mm2，有轉(zhuǎn)子硫化儀的吸熱面積S2=5647mmz。無轉(zhuǎn)子硫化儀的膠料重量約為4．89，有轉(zhuǎn)子約為79。膠料單位重量對應(yīng)的吸熱面積可以用來反映吸熱快慢。所以V1=sl／4．8，V2=s2／7。V1／V2=1．74，無轉(zhuǎn)子的吸熱速率大于有轉(zhuǎn)予的，因此無轉(zhuǎn)子的硫化時(shí)間一般要小于有轉(zhuǎn)子的硫化時(shí)間。

4 硫化特性數(shù)據(jù)

4．1zui大轉(zhuǎn)矩

試樣充分硫化的剪切模量或剛度的測定值，包括平坦轉(zhuǎn)矩、返原曲線的zui大轉(zhuǎn)矩，及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有出現(xiàn)平坦和返原曲線時(shí)的zui大轉(zhuǎn)矩。膠樣硫化達(dá)到zui大轉(zhuǎn)矩時(shí)，膠料強(qiáng)度zui大，從測力的角度來看，也表明膠料和模腔接觸面的摩擦力達(dá)到zui大。zui大轉(zhuǎn)矩越大，表明摩擦力越大。無轉(zhuǎn)子硫化儀和有轉(zhuǎn)子硫化儀的摩擦面構(gòu)成是不同的。元轉(zhuǎn)子的摩擦面積小于有轉(zhuǎn)子的摩擦面積，所以無轉(zhuǎn)子的zui大轉(zhuǎn)矩會小于有轉(zhuǎn)子的zui大轉(zhuǎn)矩。

4．2zui小轉(zhuǎn)矩

未硫化試樣粘度的測定值。該數(shù)值主要反映了膠料流動(dòng)性的好壞和粘度的大小。流動(dòng)性好ML小，粘度小ML小。一般而言，無轉(zhuǎn)子硫化儀ML會比有轉(zhuǎn)子的小。

4．3硫化時(shí)間

TS1：擺動(dòng)角度為0．5（或1（時(shí)，轉(zhuǎn)矩增加到ML+ldNm時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間，反映試件的焦燒時(shí)間。T10：轉(zhuǎn)矩增加到ML+10（MH—ML）／100時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間，反映試件的焦燒時(shí)間。T50：轉(zhuǎn)矩增加到ML+50（MH—ML）／100時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間。T90：轉(zhuǎn)矩增加到ML+90（MH—ML）／100時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間，反映試件的正硫化時(shí)間。4個(gè)硫化時(shí)間所反映的是混煉膠開始吸熱直到硫化基本完成的過程。吸熱快的膠焦燒得就早，達(dá)到正硫化點(diǎn)的時(shí)間就越短。無轉(zhuǎn)子硫化儀吸熱快，對應(yīng)的硫化時(shí)間比有轉(zhuǎn)子的要短。

5試驗(yàn)曲線及數(shù)據(jù)

       由以上曲線及數(shù)據(jù)分析：有轉(zhuǎn)子的ML、MH都大于無轉(zhuǎn)子的；在正硫化點(diǎn)之前，有轉(zhuǎn)子的硫化時(shí)間都比無轉(zhuǎn)子長，驗(yàn)證了前面的分析結(jié)果。

通過分析和實(shí)際數(shù)據(jù)可見，元轉(zhuǎn)子和有轉(zhuǎn)子測量的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行簡單的比較，但二者有很好的相關(guān)性。例如一種配方的膠料在有轉(zhuǎn)子中測量的硫化曲線和在無轉(zhuǎn)子中測量的硫化曲線雖然不同，但硫化趨勢相同。并且這兩種曲線的對應(yīng)關(guān)系不會改變。

從一定意義上來講，硫化儀是用來作相對比較的設(shè)備。只有比較才能看出膠料配方的變化以及溫度設(shè)定對硫化過程的影響等。用戶可以把配料準(zhǔn)確、操作工藝規(guī)范且混煉均勻的膠在任一種儀器上做實(shí)驗(yàn)，得到的特性曲線稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線。以后當(dāng)配方發(fā)生變化或重新配置時(shí)，可用此標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，判斷配方的可行性。無轉(zhuǎn)子有無轉(zhuǎn)子的標(biāo)準(zhǔn)曲線，有轉(zhuǎn)子有有轉(zhuǎn)子的標(biāo)準(zhǔn)曲線，這樣才能正確的分析膠料配方。

6小結(jié)

目前，硫化儀在膠料配方研究領(lǐng)域的使用逐漸增強(qiáng)，并深入到助劑開發(fā)等其它開發(fā)領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，兩種硫化儀都占據(jù)著一定的市場。早的無轉(zhuǎn)子硫化儀是大約98年才出現(xiàn)的，所以一些在線檢測建立比較早的工廠，使用有轉(zhuǎn)子硫化儀相對多一些。但近幾年，隨著無轉(zhuǎn)子硫化儀技術(shù)的逐漸成熟和市場推廣，已經(jīng)有逐漸取代有轉(zhuǎn)子硫化儀的趨勢。

陳立芳。徐則明。劉俊臣（北京化工大學(xué)，北京100029）