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BPA硫化程度的計(jì)算
2017-3-16 來源：hopetest 作者：hopetestBPA硫化程度的計(jì)算
摘要：BPA是專門分析橡膠硫化發(fā)泡的臨界時間。采用標(biāo)準(zhǔn)的楔形斷面試樣，以標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境來捕捉硫化中的BP（發(fā)泡點(diǎn)時間），同時將此時間準(zhǔn)確計(jì)算出BP的硫化程度，運(yùn)用Excel軟件，以多項(xiàng)式（二次式）擬合，計(jì)算出發(fā)泡點(diǎn)的硫化程度。改變了以正硫化點(diǎn)t90來計(jì)算硫化程度。明顯提高了判定水平，此方法也適用于橡膠的硫化測溫中。
關(guān)鍵詞:發(fā)泡點(diǎn)分析儀BPA；硫化測溫；發(fā)泡點(diǎn)時間；硫化程度；多項(xiàng)式
BPA橡膠試樣為楔形，在標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)后，觀察到氣孔位置可計(jì)算出硫化時間（等效硫化時間），此外還需對已知硫化時間確定其在硫化過程中處于什么階段，即硫化程度（Cure Degree以下簡稱CD），這對膠料性能的分析很重要。行業(yè)內(nèi)一直沿用以正硫化時間為基準(zhǔn)的方法，隨著軟件對數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能的發(fā)展，智能化程度較高的Excel數(shù)據(jù)表，可以對散點(diǎn)進(jìn)行趨勢線選擇，其中線性和多項(xiàng)式基本滿足要求（其中線性為一次函數(shù)，多項(xiàng)式為二次函數(shù)）。兩者相比較，與散點(diǎn)分布接近的是多項(xiàng)式曲線的擬合，因此用多項(xiàng)式曲線可以有效準(zhǔn)確的表征硫化程度的值。
1 當(dāng)前的CD的計(jì)算
1.1 BPA測試時CD的計(jì)算:
|
表 1 BPA各測溫點(diǎn)的硫化時間與硫化程度 |
||||
|
測溫點(diǎn) |
Ch1 |
Ch2 |
Ch3 |
Ch4 |
|
tEQ (s) |
266.15 |
168.55 |
93.27 |
45.49 |
|
CD (%) |
57.91 |
36.67 |
20.29 |
9.90 |
*摘自20140617測試胎面膠試樣時的數(shù)據(jù)，t90=459.6s
表1 中表示了四個測溫點(diǎn)的硫化時間和硫化程度（皆以正硫化時間的比值）
1.2 TBR測溫時CD的計(jì)算
|
表2 輪胎測溫時的硫化程度的表示 |
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|
通道 |
部件名稱及位置 |
膠名 |
t90 |
tEQ |
CD% |
|
12 |
包布外端點(diǎn)（下） |
B1 |
20.34 |
2.44 |
12 |
|
14 |
反包端點(diǎn)（下） |
B1 |
20.34 |
2.64 |
13 |
|
13 |
反包端點(diǎn)（上） |
B1 |
20.34 |
4.27 |
21 |
|
11 |
包布外端點(diǎn)（上） |
B1 |
20.34 |
5.29 |
26 |
|
12 |
包布外端點(diǎn)（下） |
E5 |
13.29 |
2.92 |
22 |
|
12 |
包布外端點(diǎn)（下） |
G8 |
10.21 |
2.35 |
23 |
|
3 |
胎肩中（上模） |
A2 |
19.37 |
7.36 |
38 |
|
10 |
胎側(cè)（下模） |
F6 |
19.90 |
5.97 |
63 |
|
4 |
胎肩中（下模） |
A2 |
19.37 |
5.81 |
30 |
*摘自：131023 12R22.5-XXX 的TBR ,tEQ為測溫后計(jì)算的等效硫化時間（卸除內(nèi)壓時的硫化時間）
表2 為某廠12R22.5硫化測溫時所測試并計(jì)算的硫化時間和CD，CD的計(jì)算同上，國內(nèi)外某些企業(yè)用t95為正硫化時間計(jì)算的。
2 硫化時間與CD的關(guān)系
為了解流變曲線中硫化時間所反映的CD，究竟是否合理，特對已知CD的硫化時間作以下表，如下：
|
表 3 TBR中四個膠料的151℃下的流變數(shù)據(jù) 單位：分 |
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|
|
t10 |
t30 |
t50 |
t60 |
t70 |
|
胎面 |
6.1 |
8.1 |
9.3 |
10.1 |
11.2 |
|
帶束層 |
4.21 |
6.9 |
9.09 |
10.5 |
12.3 |
|
墊膠 |
4.3 |
5.5 |
6.3 |
6.8 |
7.5 |
|
胎側(cè) |
5.4 |
7.2 |
8.3 |
9.0 |
9.8 |
對表3數(shù)據(jù)用Excel作散點(diǎn)圖，來觀察各膠料在同一溫度下硫化時間與CD間的關(guān)系，
共分兩個圖，左面為線性（一次函數(shù)），右面為多項(xiàng)式（二次函數(shù)）
詳圖如下：
3 與原計(jì)算CD的方法進(jìn)行比較
以胎面、墊膠為例，對已知CD的計(jì)算結(jié)果比較列表，如下：
表 5 新舊兩法CD計(jì)算的對比
已知CD%
10
30
50
60
70
舊法
胎面CD%
36.53
48.50
55.68
60.47
67.07
墊膠CD%
38.73
49.55
56.76
61.26
67.57
新法
胎面CD%
8.94
33.30
48.55
58.03
71.19
墊膠CD%
9.40
32.60
48.38
58.07
71.57
注：舊法以胎面及墊膠的t90分別為16.7m,11.1m，新法以線性方程計(jì)算
表 6 新舊兩法CD計(jì)算的絕對差之比
已知CD%
10
30
50
60
70
舊法
胎面ΔCD%
26.53
18.50
5.68
0.47
-2.93
墊膠ΔCD%
28.73
19.55
6.76
1.26
-2.43
新法
胎面ΔCD%
-1.06
3.30
-1.45
-1.97
1.19
墊膠ΔCD%
-0.60
2.60
-1.62
-1.93
1.57
注：數(shù)中的差=計(jì)算值-已知值
表5以已知CD硫化時間的t10，t30… 分別對不同計(jì)算CD方法進(jìn)行對比。以t90 作基準(zhǔn)計(jì)算CD（簡稱舊法）及用表4中線性公式計(jì)算CD（簡稱新法）。
表6表示新舊計(jì)算方法反映的差異，舊法計(jì)算的數(shù)據(jù)在硫化最初期階段相差懸殊，到達(dá)硫化程度60%后相差減少；新法計(jì)算數(shù)據(jù)在硫化階段相差值較小，相對比較平穩(wěn)。而發(fā)泡時間基本發(fā)生于最初階段，舊法此階段差異大，因此采用其表征CD值是不可取的。
從表5可知，當(dāng)處于10%的CD時，按照老法計(jì)算達(dá)到26.5%~28.7%。表2（按老法計(jì)算）中大部分部位的CD都接近30%或30%以下，反包端點(diǎn),包布外端點(diǎn)僅12%，13%（其確切CD大致為5%左右）。顯然許多部件處于欠硫狀態(tài)，老法的計(jì)算方法很不科學(xué)。
4 BPA中CD的計(jì)算
4.1 BPA不同位置的CD.
下圖為BPA所用試樣的斷面圖，其上下為熱源，因是楔形，中心線上下表示厚度，從左至右厚度增加，位置（僅指水平位置）與厚度是相關(guān)的（因此在表示與溫度等相關(guān)性上可直接以位置就可）
，圓點(diǎn)分別表示埋設(shè)的熱電偶熱端點(diǎn)（各端點(diǎn)間距離相等）。
不同位置的CD值不同，隨著位置值（厚度）的增加，CD值下降，即CD是位置的函數(shù)，且是個減函數(shù)。位置向右，CD值下降。硫化時間從t34降至t8 。
4.2 BPA實(shí)例
根據(jù)BPA試樣的楔形中心不等厚的特點(diǎn)，先計(jì)算出四個熱電偶測溫點(diǎn)的（等效）硫化時間，然后按照表4所述的公式分別計(jì)算出四個測溫點(diǎn)的CD
（1）列表 將發(fā)泡點(diǎn)位置和四個測溫點(diǎn)的位置列表如下：
表7 測溫點(diǎn)與發(fā)泡點(diǎn)的水平位置與硫化程度
項(xiàng) 目
Ch1
Ch2
Ch 3
Ch 4
LBP
L /mm
20
50
80
110
105.8
CD /%
35.26
24.65
16.90
11.20
注：L表示水平位置間的距離，Ch1- Ch4為四個測溫點(diǎn)，LBP 為BP點(diǎn)的距離
（2）作圖并畫趨勢線
根據(jù)多項(xiàng)式公式 y=0.0014x2-0.4437x+43.549
求得發(fā)泡點(diǎn)的（LBP）硫化度CD%=0.0014×105.82-0.4437×105.8+43.549
=12.27（Excel中數(shù)據(jù)計(jì)算要小些，其精度較高），正如圖中兩虛線所交匯點(diǎn)，這就是發(fā)泡點(diǎn)的硫化度即tBP=t12.27說明硫化度在12.27%前膠料會發(fā)泡。
5 結(jié)語
BPA發(fā)泡點(diǎn)分析儀是分析硫化中發(fā)泡點(diǎn)的時間，輪胎硫化測溫是需獲得輪胎各部件的硫化時間。但僅知道硫化時間并不能滿足要求，CD的確認(rèn)很是必要。但舊法的確認(rèn)已經(jīng)落伍，尤其是當(dāng)硫化中的起硫階段，徹底改變這過時的判斷方法對于當(dāng)今日益發(fā)展的橡膠工業(yè)來說越來越顯得有必要，相信新法的啟用和發(fā)展會越來越廣。
朱逸
