轮胎橡胶动态机械分析仪

作者：Kevin P. Menard    来源：Rubber World

欢迎访问e展厅 展厅 3 橡胶/轮胎展厅 天然橡胶, 橡胶颗粒, 硫化硅橡胶, 硅胶, 热塑性弹性体, ... 在表征和研究橡胶产品（比如轮胎、垫圈、雨刮器叶片等）方面，动态机械分析（DMA）是一种强大的工具。正确使用DMA8000这种仪器，可以更好地了解在很宽的温度范围和很宽的频率范围的材料行为。本文讲述的是如何将动态机械分析技术用于表征汽车轮胎橡胶。 表征汽车轮胎橡胶表现出一个共同的问题。就是取自同一个单一汽车轮胎上不同部位的样品，显示出不同的玻璃化转变温度，而且玻璃化转变温度取决于材料所取自轮胎的部位。橡胶从固态到橡胶态过程中，其模量以及阻尼性能会发生戏剧性的变化。轮胎不同部位对应不同的性质，这说明了轮胎各个部位使用的材料不一样。也说明了有些地方使用的是材料的混合物。另外，动态机械分析仪的频率扫描测试可以产生样品的主曲线。 动态机械分析仪是一种最适合用来表征松弛行为的仪器。当需要测试的样品在室温是橡胶态时，在夹紧样品和仪器测试的材料硬度从玻璃态到橡胶态等方面的问题，对测试者是一种挑战。橡胶样品通常测试模式为剪切或者弯曲。这里我们将展示单悬臂模式下样品的测试结果。 动态机械分析仪的工作原理为对样品施加一个震荡的力，然后测试由此产生的样品的位移。这样硬度就可以定义出来，以及损耗因子tan delta也能计算出来。Tan delta是损耗部分和存储部分的比值。通过测量位移相对于施加力的相位滞后，可以确定材料的阻尼性能。Tan delta对温度作图，因为样品经过玻璃化转变区域时会吸收能量，所以观察到的峰值即为玻璃化转变温度。 大多数汽车轮胎主要由聚丁二烯组成，但是整个轮胎的不同部分可能是不同的级分及混合物组成。PE公司的动态机械分析仪能够用来显示不同级分所处的区域，以及明显的材料搭接的部位。样品由单一轮胎的横截面获得。然后切割成不同的样品，分别来自于胎面，胎面底部以及胎侧附近的胎面。图1所示为动态机械分析仪8000的测试结果。因为橡胶的玻璃化转变温度低于0℃，所以我们需要从低温开始做起。而动态机械分析仪8000使用通常的炉子，即可达到-190℃的低温，-150℃对这些材料来说已经足够了。从这里可以看出，胎面附近的两侧由两种不同的橡胶组成，其中一种与其他橡胶有很大的不同。胎面和胎面底部的材料是单一的组分，可以看到轻微不同的玻璃化转变温度。为了确认这些事件是不是真的代表玻璃化转变，我们需要进行不同频率的扫描测试，并计算活化能。 我们还可以做一个范围广泛的频率扫描，产生主曲线。主曲线通常用来预测特殊情况的材料性能，这些情况下材料一般不容易被轻易测量。这个想法来源于WLF方程，提出了一种理论，那就是橡胶在低温下的行为与长时间下的行为是类似的。如果我们使用动态机械分析仪进行其中一种橡胶样品的频率扫描，我们能够得到随频率和温度变化的模量或者是tan delta的变化。图2所示的是这些数据的两种表示方法。 从图2中数据我们可以使用其中一条曲线作为参考。在这种情况下，我们选择最接近于玻璃化转变温度的温度点，其他曲线平移到它的周围。这就产生了主曲线，如图3所示。动态机械分析仪8000的频率范围为0.001到300赫兹，而主曲线涵盖的频率范围为1E-12到1E16赫兹。跨越了28个数量级，远远宽于我们所能测试的范围。这项技术基于某些假设，使用wicket曲线可以快速检查这些结果，如图3所示。如果这些曲线不像是弧形或是“wicket”形，那么数据就不符合叠加的假设。这对大多数橡胶都是适用的，在这种情况下一般我们都能得到合理的拟合。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/10/2009)