崔 琪,張方良,何 燕,馬連湘(青島科技大學機電工程學院,山東青島266061)
摘 要:利用LFA 447 NanoflashTM型激光導熱儀測定了填充不同含量N220炭黑混煉膠在25~60℃時的熱擴散系數(shù),研究了混煉膠的熱物理性質(zhì),用于指導控制調(diào)節(jié)混煉機的輥筒溫度;并用最小二乘法對實驗數(shù)據(jù)進行回歸,給出了相關的關聯(lián)式。實驗結(jié)果表明,膠料的熱擴散系數(shù)隨炭黑填充量的增加而增大,混煉膠的熱擴散系數(shù)隨溫度的升高而降低。
關鍵詞:熱擴散系數(shù);混煉膠;炭黑
中圖分類號: TQ 330.7 文獻標識碼: B
The Influence of Carbon Content on the ThermalDiffusivity of Mixed Rubber
CUI Qi, ZHANG Fang-liang, HE Yan, MA Lian-xiang
(College of Electromechanical Engineering,QingdaoUniversity of Science and Technology,Qingdao 266061,China)
Abstract:The thermal diffusivity of mixed rubbers at different mass fractions of N220carbon were measured by the LFA 447 NanoflashTMinstrument.The thermal propertiesof gross rubbers were studied,to guide the temperature controll of mixing roll.When thethermal diffusivity of mixed rubber is higher meaning that the temperature sensitivityand heat transferrate of mixed rubber will be higher as well.Therefore,the flux of cool-ing water should be adjusted more frequently to keep the temperature constant.The re-sults show that the thermal diffusivity of gross rubber increase with the increase of car-bon content and their relationship is described by matbematical modle.
Key words:thermal diffusivity; mixed rubber; carbon
熱擴散系數(shù)是橡膠熱物性的一個重要指標,根據(jù)材料的熱物性3個參數(shù)間的關系λ=ραCp(式中ρ材料的密度,α熱擴散系數(shù)、Cp比熱、λ導熱系數(shù))可知熱擴散系數(shù)與材料導熱系數(shù)成正比[1,2]?；鞜捘z熱擴散系數(shù)可以反映膠料混煉時熱量的擴散規(guī)律及材料的導熱特性,可為控制混煉時間和混煉機的溫控裝置提供參數(shù)依據(jù)[3]。炭黑是輪胎用膠料中主要的補強劑,也是影響膠料混煉過程中熱量變化的主要因素之一。本實驗測定了填充不同含量炭黑混煉膠的熱擴散系數(shù),給出炭黑及溫度影響混煉膠熱擴散系數(shù)的變化規(guī)律。
1 實驗部分
1.1 原材料及配方
原材料:順丁橡膠, BR9000,齊魯石化公司;丁苯橡膠, SBR1502,SBR1712,齊魯石化公司;炭黑,N220,天津海豚炭黑有限公司。
膠料配方(單位:份):SBR (1502) 20;SBR(1712) 60;BR(9000) 20;炭黑(N220)變量(40、50、60、70、80、90);芳烴油38·5;氧化鋅2·2;防老劑5·5;硬脂酸1·7;石蠟2。
1.2 實驗裝置
雙輥筒煉膠機,S(X)K-160A,青島化工機械廠;激光閃射導熱分析儀,LFA 447 NanoflashTM,德國耐馳公司。
1.3 試件制備
將膠料切成直徑為12·5 mm~12·7 mm的圓形薄片,且保證試件上下表面光滑、平整。
2 結(jié)果與討論
2.1 混煉膠炭黑含量與熱擴散系數(shù)關系圖1為不同炭黑填充量下6種混煉膠的溫度與熱擴散系數(shù)的關系。
由圖1可見,在測量范圍內(nèi),混煉膠的熱擴散系數(shù)隨溫度的升高而降低,這與以往研究規(guī)律相符[4];同一溫度點下,膠料的熱擴散系數(shù)隨炭黑的增加而增大。
2.2 實驗數(shù)據(jù)處理
用最小二乘法對圖1中所示數(shù)據(jù)進行回歸,發(fā)現(xiàn)各種膠料熱擴散系數(shù)隨溫度的變化關系基本
符合線性關系式:α=A+BT(1)
式中:T———攝氏溫度,A,B———系數(shù)。其回歸結(jié)果列于表2。從表2可以看出,6種試樣的熱擴散系數(shù)隨溫度的線性變化的相關系數(shù)均在0·98以上,說明該公式能很好的描述熱擴散系數(shù)隨溫度的變化規(guī)律。
圖2分別列出了公式(1)中系數(shù)A、B與炭黑填充量的關系。
將表2中的A、B與炭黑填充量的關系數(shù)據(jù)用最小二乘法進行回歸分析,得出2個方程式:A=0·106 12+9·672 29×10-4X (2)B=-3·741 22×10-4+1·689 67×10-6X(3)將式(2)、式(3)帶入式(1)中,即得熱擴散系數(shù)α與溫度T和炭黑N220填充量X的關聯(lián)式:α=0·106 12+9·672 29×10-4X+(-3·741 22×10-4+1·689 67×10-6X)T(4)在測試溫度和炭黑填充量的范圍內(nèi)隨意抽取10組數(shù)據(jù),與采用公式(4)計算的理論值相比較,結(jié)果見表3。
根據(jù)表3的數(shù)據(jù),10組數(shù)據(jù)實測值與理論值的相對誤差的絕對平均值為2·32%,其精度完全能滿足工程計算的要求。
2 結(jié) 論
(1)混煉膠的熱擴散系數(shù)隨炭黑用量的增加而增大,說明了添加炭黑多的膠料其熱量傳遞的快,溫度敏感性強。
(2)擬合出實驗測定范圍內(nèi)混煉膠熱擴散系數(shù)與炭黑和溫度的實驗關聯(lián)式,將計算值與實驗值相比較,平均相對誤差為2·32 %,結(jié)果令人滿意。
