門尼粘度儀介紹

門尼粘度儀

一. 　門尼適用規(guī)范：

門尼測試是根據(jù)以下規(guī)范實(shí)施：

ASTM D1646，JIS K6300，ISO 289，GB/T 1232， DIN 53525，BS 1673

二. 　測試功能：

門尼測試可得知高分子的分子量及分子量分布、分子的聚合度，相同的分子量由于分子分布的不同也會得到不同的門尼值。通常門尼測試的適用為下述三個(gè)過程中：

a. 生膠（Unmassed）：為控制好混煉的均一性，一般生膠都要先控制好粘度值，以避免在混煉過程造成困擾，因?yàn)椴煌恼扯饶z體的剪切應(yīng)力不同造成溫升不同，混煉質(zhì)量不易控制，所以在生膠時(shí)有必要對門尼值給予適度的控制或處理，例如以開練機(jī)素練幾次以降低門尼值、將不同粘度值的生膠混在一起，調(diào)整門尼值、加入適當(dāng)?shù)募庸ぶ鷦└淖冮T尼值（如油脂類或其它的加工助劑）……等，讓后段加工得以受到控制。

b. 混煉膠（Compounded .or. Massed）：混煉膠的粘度值會影響到制品的質(zhì)量，如制品表面粗度，制品尺寸控制。通常混煉膠門尼值高的話由于流動性較差，制品表面可能較為不平坦，可能會較粗糙或產(chǎn)生氣孔。而混煉膠的門尼值無法控制在一定范圍時(shí)，會造成口型膨脹率不同，制品尺寸將無法控制。在擠出機(jī)上，膠料經(jīng)擠壓經(jīng)過擠出口時(shí)由于擠出口較小，膠料在這個(gè)位置將受到某種程度的壓縮，而造成分子密度較高，而不同的門尼值，由于流動性的不同，流速會不一樣，所以膠料受壓縮的程度也不同，當(dāng)膠料通過擠出口后，由于壓力釋放，所以會造成口型膨脹，當(dāng)然不同的擠壓程度也會造成不同的口型膨脹率，所以為得到產(chǎn)品尺寸的一致性，對混煉膠的門尼粘度控制是很重要的。另外門尼值對產(chǎn)品的離模效果也會有影響，適度的調(diào)整門尼值對改善離模效果是有幫助的，理論上如果生膠控制的好，配方不變的話，混煉膠的門尼值應(yīng)該是一樣的，但是由于混煉過程有時(shí)會因人、設(shè)備、操作過程、加工劑助劑質(zhì)量的變異、環(huán)境變異（如環(huán)境溫度..等）都可能會有影響，所以為了保證制品的質(zhì)量及減少不良品的產(chǎn)生，混煉膠的測試是有其必要性，另外于新配方的開發(fā)，為了確定加工性及制品的尺寸安定性，其必要性更是不容忽視的。

c. 焦燒測試可測得焦燒時(shí)間及硫化速率，在擠出成型及注射成型的加工方式，由于在料管內(nèi)要將膠料送出是以螺旋桿旋轉(zhuǎn)方式將膠料送出，而螺旋桿在轉(zhuǎn)動時(shí)對膠料分子間會有拉扯剪切的作用，膠料容易因剪切應(yīng)力而產(chǎn)生溫度，門尼測試由于轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)動狀態(tài)，對橡膠分子也會產(chǎn)生明顯剪切作用，比較接進(jìn)生產(chǎn)時(shí)的狀況，所以在早期焦燒測試這種方式會比流變儀更理想，另外正確的控制早期焦燒時(shí)間也可以避免未硫化橡膠在貯存或混煉過程中焦燒而無法使用的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樘痰慕篃龝r(shí)間本身焦燒的風(fēng)險(xiǎn)就大，另外也有可能會因操作人員的熟練度不夠延長了操作時(shí)間造成焦燒。

d. 未加硫化劑或促進(jìn)劑的混煉膠：為避免不必要的浪費(fèi)，于未加硫化劑及促進(jìn)劑的混煉膠進(jìn)行門尼測試是有其必要性，因?yàn)楫?dāng)門尼值不在預(yù)期范圍內(nèi)時(shí)可以再重新混煉、再添加加工助劑底其它的改善手段，這尤其在早期焦燒時(shí)間很短的混煉膠特別重要，因?yàn)榭梢员苊忾T尼值不對需再處理時(shí)，混煉膠在處理過程中焦燒，造成膠料無法處理的困擾。

應(yīng)力松弛測試（MLR, Mooney Stress Relaxation）：應(yīng)力松弛測試目的在于更明確的分析膠料的加工特性，可解析膠料的粘彈性，更清楚的表達(dá)出加工的特性，所以膠料具有相同的門尼值，其應(yīng)力松弛的測試結(jié)果不同是不奇怪的，應(yīng)力松弛測試主要用于分析得到幾個(gè)膠料特性：

①. 分子質(zhì)量分布（MWD, Molecular Weight Distribution）

②. 聚合度（Chain branching）：含自由基的程度，也就是指分子的聚合度。

③. 分子量（Gel content）：

通常松弛速率較快的，從轉(zhuǎn)子停止到門尼值降至設(shè)定位置的時(shí)間較短，MWD分布值較大，反之松弛速率較慢的，從轉(zhuǎn)子停到止門尼值降至設(shè)定位置的時(shí)間較長，MWD分布值較小分子質(zhì)量分布值較大的，表示其彈性較大，但是相對的剪切應(yīng)力也會較大。助劑、填充劑混入也會因分子質(zhì)量分布不同而使得混入難易度不同因而造成混煉均勻程度的不同，混煉時(shí)間也會不同。

三. 測試方法：

門尼粘度儀（Mooney Viscometer）測試方法：

門尼測試的方法為在密閉的模腔內(nèi)有一支轉(zhuǎn)子（Rotor），測試溫度為100℃、125℃及135℃（此溫度用于焦燒（Scorch）測試），測試時(shí)先將溫度達(dá)到設(shè)定值，再以橡膠試片將轉(zhuǎn)子包覆于模腔正中位置（如圖1.示），以每分鐘2轉(zhuǎn)（2 rpm，0.21rad/s ±0.02 rpm）的速度轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，量測其扭力的變化，以其值定義為門尼粘度值             

門尼值的定義為100M(粘度值單位)等于73.5lb-in或8.3N-m，校正時(shí)也以100M為校正點(diǎn)，校正精度值為±0.5M。

試片分為上下兩片，總體積為25±3cm³，其中下面一片中間需打孔，孔的大小視轉(zhuǎn)子中心軸直徑大小而定，以方便轉(zhuǎn)子插入，試片要確保體積維持在許可的范圍內(nèi)，須知不足的試樣無法充滿模腔，無法測得正確數(shù)據(jù)，試樣太大會造成合模的困難。

因?yàn)槲戳蚧鹉z于測試后容易沾粘于模腔或轉(zhuǎn)子上，所以測試時(shí)可以高密度PE或玻璃紙放在轉(zhuǎn)子及模腔上（圖2.示），隔膜的厚度不得超過0.04mm（0.0015in），以免影響測試結(jié)果，有些操作者只放film A，有些操作者同時(shí)放film A及film B，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子比較容易清潔，另外是可更精確的量測到膠料的門尼值，因?yàn)榱繙y到的是膠料，中間沒有摻雜了薄膜紙?jiān)谄渲?，但是不管如何，對同樣的膠進(jìn)行測試時(shí)所用的方式要一致，以避免對比誤差的造成。

模腔內(nèi)部花紋目前有二種，這兩種方式目前都有人使用，一種為格子狀（Serrated）一種為放射狀（Radial Grooved）（如圖3.示），格子狀日系設(shè)備用的比較多，但其它國家則是放射狀用的較多，一般而言花紋會影響扭力，由于模子結(jié)構(gòu)也可能會有不同，模腔溫度也會有些許不同，對測試結(jié)果也會有所影響，所以要比對數(shù)據(jù)時(shí)也要注意到所使用的花紋的型式。

門尼粘度試驗(yàn)機(jī)可做以下的測試：

1. 門尼粘度測試（Mooney test）：

門尼粘度測試有幾種型式分別為：

a. 小轉(zhuǎn)子：用于粘度值很高的生膠或混練膠，測試時(shí)間為預(yù)熱1分鍾，測試4或8分鐘（此時(shí)間根據(jù)測試膠種不同而不同），測試溫度為100℃或125℃，測試時(shí)間及溫度可以參考規(guī)范對各種不同膠料的試驗(yàn)方法規(guī)定

b. 大轉(zhuǎn)子：用于一般的生膠或混練膠，測試時(shí)間為預(yù)熱1分鍾，測試4或8分鐘（此時(shí)間根據(jù)測試膠料不同而不同），測試溫度為100℃或125℃，測試時(shí)間及溫度可以參考規(guī)范對各種不同膠料的試驗(yàn)方法規(guī)定

c. 在某些情況下可能會有些非標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法，那可能是使用者自定的測試方法。

【注】：大小轉(zhuǎn)子的選擇是以門尼值的大小決定，門尼值很高的話建議用小轉(zhuǎn)子，避免超過機(jī)器的最高負(fù)荷，反之則用大轉(zhuǎn)子，使門尼值高一點(diǎn)，感度高一點(diǎn)，一般都是使用大轉(zhuǎn)子，除非是門尼值很高的情況才會使用小轉(zhuǎn)子。

2. 焦燒測試（Scorch test）：

焦燒測試一樣分二種型式試分別為：

a. 小轉(zhuǎn)子：用于粘度值很高的混練膠，測試溫度一般規(guī)范為135℃（或可由使用者依工廠加工特性另定），一樣是預(yù)熱1分鐘，測試至設(shè)定門尼值時(shí)自動停止，一般測試結(jié)果為T3、T18、△Ts（T18-T3）、SR。

b. 大轉(zhuǎn)子：用于一般的混練膠，測試溫度一般規(guī)范為135℃（或可由使用者依工廠加工特性另定），一樣是預(yù)熱1分鐘，測試至設(shè)定門尼值時(shí)自動停止，一般測試結(jié)果為T5、T35、△Tl（T35-T5）、SR。

3. 應(yīng)力松弛試驗(yàn)（Mooney relaxation test）：

應(yīng)力松弛是指在固定形變下，應(yīng)力隨時(shí)間衰減的值，在門尼粘度儀上的測試方法為于測試完成后立刻停止馬達(dá)，將轉(zhuǎn)子停?。?/span>剎車時(shí)間需小于0.1秒）使其形變量不再改變，門尼值會因松弛效應(yīng)，應(yīng)力會慢慢降低，逐漸回復(fù)至設(shè)定的門尼值或時(shí)間后停止測試，記錄門尼值隨時(shí)間的變化狀況，透過對數(shù)坐標(biāo)方式呈現(xiàn)，使圖形的可讀性更高，然后計(jì)算其k值、a值、A值及r值。

目前市場上有些產(chǎn)品因?yàn)?/span>剎車時(shí)間錯(cuò)誤而造成應(yīng)力松弛試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，常造成用戶判斷上的困擾

四. 測試結(jié)果：

1. 門尼測試：

a. ML1+4：最后30秒ZD門尼值，也就是所謂的門尼值，通常會有：

① ML1+4：L表大轉(zhuǎn)子，1+4表預(yù)熱1分鐘，測試4分鐘。

② ML1+8：L表大轉(zhuǎn)子，1+8表預(yù)熱1分鐘，測試8分鐘。

③ MS1+4：S表小轉(zhuǎn)子，1+4表預(yù)熱1分鐘，測試4分鐘。

④ MS1+8：S表小轉(zhuǎn)子，1+8表預(yù)熱1分鐘，測試8分鐘。

當(dāng)然也有可能是其它使用者自行定的時(shí)間的測試結(jié)果，雖然不是標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，但可能是為了某種特殊需求所設(shè)定的測試條件，此結(jié)果也是被許可的。

b. MS（或MI）：初始的門尼值，馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動時(shí)的最大門尼值，表示膠料投入后初始的最高門尼值。

c. MF：馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動時(shí)的門尼值，早期是以這個(gè)值為門尼值，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）門尼值修正為最后30秒ZD門尼值，此值只是和舊標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)做比對用。 

【注】：標(biāo)準(zhǔn)對于各種不同的膠都有標(biāo)準(zhǔn)的測試時(shí)間及溫度，測試時(shí)請參照所依照的標(biāo)準(zhǔn)來決定。

2. 焦燒測試：

a. MS：初始的門尼值，馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動時(shí)的最大門尼值，表示膠料投入后初始的最高門尼值。

b. MF：馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動時(shí)的門尼值

c. T3 或T5：第一個(gè)早期硫化時(shí)間點(diǎn)，大轉(zhuǎn)子通常為T5，小轉(zhuǎn)子通常為T3，其定義為ZD門尼值加5個(gè)單位（或3個(gè)單位）（ML+5 .or. ML+3）值時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間。

d. T18 或T35：第二個(gè)早期硫化時(shí)間點(diǎn)，大轉(zhuǎn)子通常為T35，小轉(zhuǎn)子通常為T18，其定義為ZD門尼值加35個(gè)單位（或18個(gè)單位）（ML+35 .or. ML+18）值時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間。

e. △T：硫化指數(shù)，為第二硫化時(shí)間減去第一硫化時(shí)間，其值愈小表硫化愈快。

△T=T35-T5 .or. T18-t3。

f. ML：ZD門尼值，此值表膠料流動性最好時(shí)的門尼值，其值和門尼測試結(jié)果所得到的門尼值是成正比的，因此由此值預(yù)測門尼值是可行的。　

3. 應(yīng)力松弛測試：

a. k：轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動后斜率曲線延伸至第1秒時(shí)的門尼值。

b. a：應(yīng)力松弛曲線斜率值

c. A：應(yīng)力松弛面積（應(yīng)力松弛時(shí)間的累積轉(zhuǎn)矩）。 

五. 測試時(shí)需注意事項(xiàng)：

1. 由于未硫化橡膠容易沾黏，需隨時(shí)注意轉(zhuǎn)子及模具保持干凈，當(dāng)轉(zhuǎn)子或模腔表面有污染時(shí)，需注意不可用太硬的金屬去刮模腔及轉(zhuǎn)子表面，以免受損，可用銅刷、離型膠或置入可硫化的混練膠，然后將膠料加溫硫化將污染物粘掉。

2. 切勿為清模容易，而使用噴式離型劑（如硅油…等），以免影響溫度的穩(wěn)定，如果一定要使用，使用后需等溫度穩(wěn)定后再測試。

3. 測試時(shí)需注意溫度是否穩(wěn)定。

4. 由于有二支轉(zhuǎn)子（大、小轉(zhuǎn)子），及轉(zhuǎn)子可取出，所以當(dāng)更換轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子置放于機(jī)器外部時(shí)間較長時(shí)，于測試前需置入模內(nèi)預(yù)熱，以免影響測試結(jié)果。

5. 當(dāng)轉(zhuǎn)子花紋模糊時(shí)需予更換，以免影響測試結(jié)果。

6. 由于模腔較大，需有足夠的樣品可以充滿模腔。

7. 合模力需大于11.5kN，所以要注意壓縮空氣的供應(yīng)是否足夠。

8. 密封圈需定期更新（沒損壞也建議更換），以確保膠料不滲入，及不影響測試結(jié)果，當(dāng)密封圈損壞時(shí)則需即刻更新。

9. 轉(zhuǎn)子高度需調(diào)整于適當(dāng)高度位置，即于正中間位置。

10. 設(shè)備需要定期校正，且需要定期的校驗(yàn)，以確保測試結(jié)果的正確性。

11. 待測試樣需保存于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定環(huán)境中。

12. 剛混練出來，甚至還有高于常溫的溫度的混練膠不可直接測試。

13. 當(dāng)試片太薄時(shí)可堆棧幾塊，直至達(dá)到要求厚度止。

14. 不同的模腔表面花紋會影響測試結(jié)果，故在做比對時(shí)需確定模腔表面花紋是否相同