转矩流变仪 | 橡胶工艺研发与质控的高效利器（下篇）

轮胎制造中，常需挤出胎面（带翼缘）、胎侧、三角胶等复杂形状的部件。要使这些复杂产品最终达到表面平整、边缘清晰、尺寸均一的要求，需在口模设计和橡胶挤出工艺方面积累丰富经验。

HAAKE PolyLab OS挤出机可配备符合ASTM D2230标准的Garvey型材挤出口模（图3），能挤出生产具有四个不同轮廓角度的型材（形状类似缩小版的半个轮胎胎面），可用于模拟验证挤出生产橡胶轮胎的质量。流动性好的橡胶混炼胶能挤出光滑、无缺陷的型材，即使是最小的角也能清晰呈现。流动性差的橡胶混炼胶则会表现出不平整、撕裂和膨胀的型材（图2）。挤出型材的质量可根据ASTM标准中描述的评级系统进行排名。

图4显示了三种不同炭黑配方的丁苯橡胶挤出成型效果。该结果表明炭黑类型对型材质量有显著影响。与低结构度炭黑（CB N326）的样品相比，具有高结构度的炭黑（CB N339, CB N234）能产生更光滑的型材。

图4.三种橡胶配方的Garvey型材挤出示例（点击查看大图）

挤出胀大（也称为巴鲁斯效应）是聚合物和橡胶加工中的常见现象。它是指聚合物熔体在进入口模时受到压缩，在离开口模后发生部分回复或“膨胀”，恢复到其原来的形状和体积。这种挤出膨胀现象对加工过程和最终产品质量有重要影响。例如，导致挤出的轮胎胎面等部件的尺寸超过规定的公差范围。

HAAKE PolyLab OS挤出机可配置垂直棒材口模和激光口模胀大测试仪（图5）。该系统可连续测量挤出棒材的膨胀直径。挤出膨胀率根据测量的直径与棒材口模实际直径之间的关系计算得出。

图5.配置挤出胀大测量功能的HAAKE PolyLab OS装置

图6为三种不同炭黑配方的丁苯橡胶在三种不同的螺杆转速（20 rpm、40 rpm和60 rpm）下的挤出胀大测试结果。可以看出炭黑类型对挤出胀大产生显著影响。与使用低结构度炭黑（CB N326）的样品相比，使用高结构度炭黑（CB N339, CB N234）的混炼胶表现出较低的胀大行为。

通常，橡胶混合物表现出假塑性流动行为。加工过程中各种剪切应力会作用于橡胶化合物。因为其黏度高度依赖于剪切速率，所以黏度必须测试作为剪切速率的函数。

HAAKE PolyLab OS挤出机可配置狭缝毛细管口模（如图7，剪切速率与常规挤出工艺一致）或圆棒毛细管口模（剪切速率接近注塑），可在接近实际生产工艺（挤出或注塑）剪切条件下测试橡胶的流变性能。

使用PolySoft OS毛细管流变测量软件编辑测试程序，软件控制挤出机以不同的螺杆转速运行，每个转速下测量物料经过毛细管的剪切应力与剪切速率，最终得到混炼胶的黏度。

图8显示了三种不同炭黑配方的丁苯橡胶的挤出毛细管流变测量结果。再次可以看到炭黑类型对胶料挤出流动性的显著影响。