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門尼粘度計

門尼粘度計

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一.實驗目的
1.深刻理解門尼粘度的物理意義。
2.了解門尼粘度儀的結構及工作原理。
3.熟練掌握門尼粘度儀的操作。
二.實驗儀器
門尼粘度實驗是用轉動的方法來測定生膠、未硫化膠流動性的一種方法。
在橡膠加工過程中,從塑煉開始到硫化完畢,都與橡膠的流動性有密切關系,而門尼粘度值正是衡量此項性能大小的指標。近年來門尼粘度計在國際上成為測試橡膠粘度或塑性的*廣泛、*普及的一種儀器。本實驗所用設備是由優肯科技股份有限公司制造的EK-2000M型門尼粘度儀。
三.實驗原理
工作時,電機→小齒輪→大齒輪→蝸桿→蝸輪→轉子,使轉子在充滿橡膠試樣的密閉室內旋轉,密閉式由上、下模組成,左上、下模內裝有電熱絲,其溫度可以自動控制。轉子轉動時,轉子對腔料產生力矩的作用,推動貼近轉子的膠料層流動,模腔內其它膠料將會產生阻止其流動的摩擦力,其方向與膠料層流動方向相反,此摩擦力即是阻止膠料流動的剪切力,單位面積上的剪切力即剪切應力。與切變速率、粘度存在下述的關系,即適合非牛頓流動的冪指經驗公式:
—剪切應力;—切變速率;K—流動粘度;n—流動指數(在一定的γ和溫度下是常數)。
為了討論問題方便起見,將上式改寫成下面的形式:在模腔內阻礙轉子轉動的各點表觀粘度ηa以及切變速率值是隨著轉動半徑不同而有異,故須采用統計平均值的方法來描述ηa,由于轉子的轉速是定值,轉子和模腔尺寸也是定值,故的平均值對相同規格的門尼粘度計來說,就是一個常數,因此可知平均的表觀粘度ηa和平均的剪應力成正比。
在平均的剪切應力作用下,將會產生阻礙轉子轉動的轉矩,其關系式如下:式中:M為轉矩;為平均剪應力;S為轉子表面積;L為平均的力臂長。
轉矩M通過蝸輪,蝸桿推動彈簧板,使它變形并與彈簧板產生的彎矩和剛度相平衡,從材料力學可知,存在以下關系:
式中:F為彈簧板變形產生的反力;e為彈簧板力臂長;ω為抗變型斷面系數;σ為彎曲應力;ε為彎曲變形量;E為楊氏模量。
由上式可知,ω和E都是常數,所以M與ε成正比。
綜上所述,由于,所以可利用差動變壓器或百分表測量彈簧板變形量,來反映膠料的粘度大小。
四.試樣準備
1.膠料加工后在實驗室條件下停放2小時即可進行實驗,但不準超過10天。
2.從無氣泡的膠料上裁取兩塊直徑約45毫米、厚度約3毫米的橡膠試樣,其中一個試樣的中心打上直徑約8毫米的圓孔。
3.試樣不應有雜質、灰塵等。
五.操作步驟
1.將主機電源及馬達電源開啟,打開電腦,啟動測試程式。
2.設定測試條件。
3.將實驗膠料放入模腔內,壓下合模按鈕至上模下降,開始實驗。
4.測試完畢,壓下開模按鈕,打開模腔取出試樣,打印實驗數據。
5.實驗完畢,結束程式,關掉電源,清潔現場。
六.實驗結果的表示法及曲線分析
1.一般以轉動4分鐘的門尼粘度值表示試樣的粘度,并用ML1+4100表示。
其中:M—門尼粘度值;L—表示用大轉子;1—表示預熱1分鐘;4—表示轉動4分鐘;100℃—表示實驗溫度為100℃。
2.讀數精確到0.5個門尼粘度值,實驗結果精確到整數位。
3.用不少于兩個試樣實驗結果的算術平均值表示樣品的粘度(兩個試樣結果的差不得大于2個門尼粘度值,否則應重復實驗)。
4.記錄曲線的分析
記錄儀所記錄的是門尼粘度與時間的關系曲線,如圖1所示:
  
.實驗報告
實驗報告應包括下列內容:
1.實驗樣品的詳細說明和標志,包括:
1)來源;
2)如為混煉膠,則報告混煉膠的詳細情況。
2.試樣制備的詳細情況。
3.所用儀器的詳細情況,包括:
1)所用儀器型號及儀器的制造廠名;
2)轉子規格(大轉子或小轉子)。
4.實驗條件的詳細說明,包括:
1)實驗溫度;
2)預熱時間(如果不是1min);
3)運轉時間;
4)模腔閉合力(如果不是11.5KN)。
5.門尼值。
6.實驗日期。
7.分析影響實驗結果的因素。
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