崔 琪,张方良,何 燕,马连湘(青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266061)
摘 要:利用LFA 447
NanoflashTM型激光导热仪测定了填充不同含量N220炭黑混炼胶在25~60℃时的热扩散系数,研究了混炼胶的热物理性质,用于指导控制调节混炼机的辊筒温度;并用最小二乘法对实验数据进行回归,给出了相关的关联式。实验结果表明,胶料的热扩散系数随炭黑填充量的增加而增大,混炼胶的热扩散系数随温度的升高而降低。
关键词:热扩散系数;混炼胶;炭黑
中图分类号: TQ 330.7 文献标识码: 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
热扩散系数是橡胶热物性的一个重要指标,根据材料的热物性3个参数间的关系λ=ραCp(式中ρ材料的密度,α热扩散系数、Cp比热、λ导热系数)可知热扩散系数与材料导热系数成正比[1,2]。混炼胶热扩散系数可以反映胶料混炼时热量的扩散规律及材料的导热特性,可为控制混炼时间和混炼机的温控装置提供参数依据[3]。炭黑是轮胎用胶料中主要的补强剂,也是影响胶料混炼过程中热量变化的主要因素之一。本实验测定了填充不同含量炭黑混炼胶的热扩散系数,给出炭黑及温度影响混炼胶热扩散系数的变化规律。
1 实验部分
1.1 原材料及配方
原材料:顺丁橡胶, BR9000,齐鲁石化公司;丁苯橡胶,
SBR1502,SBR1712,齐鲁石化公司;炭黑,N220,天津海豚炭黑有限公司。
胶料配方(单位:份):SBR (1502) 20;SBR(1712) 60;BR(9000)
20;炭黑(N220)变量(40、50、60、70、80、90);芳烃油38·5;氧化锌2·2;防老剂5·5;硬脂酸1·7;石蜡2。
1.2 实验装置
双辊筒炼胶机,S(X)K-160A,青岛化工机械厂;激光闪射导热分析仪,LFA 447 NanoflashTM,德国耐驰公司。
1.3 试件制备
将胶料切成直径为12·5 mm~12·7 mm的圆形薄片,且保证试件上下表面光滑、平整。
2 结果与讨论
2.1 混炼胶炭黑含量与热扩散系数关系图1为不同炭黑填充量下6种混炼胶的温度与热扩散系数的关系。
由图1可见,在测量范围内,混炼胶的热扩散系数随温度的升高而降低,这与以往研究规律相符[4];同一温度点下,胶料的热扩散系数随炭黑的增加而增大。
2.2 实验数据处理
用最小二乘法对图1中所示数据进行回归,发现各种胶料热扩散系数随温度的变化关系基本
符合线性关系式:α=A+BT(1)
式中:T———摄氏温度,A,B———系数。其回归结果列于表2。从表2可以看出,6种试样的热扩散系数随温度的线性变化的相关系数均在0·98以上,说明该公式能很好的描述热扩散系数随温度的变化规律。
图2分别列出了公式(1)中系数A、B与炭黑填充量的关系。
将表2中的A、B与炭黑填充量的关系数据用最小二乘法进行回归分析,得出2个方程式:A=0·106 12+9·672 29×10-4X
(2)B=-3·741 22×10-4+1·689
67×10-6X(3)将式(2)、式(3)带入式(1)中,即得热扩散系数α与温度T和炭黑N220填充量X的关联式:α=0·106 12+9·672
29×10-4X+(-3·741 22×10-4+1·689
67×10-6X)T(4)在测试温度和炭黑填充量的范围内随意抽取10组数据,与采用公式(4)计算的理论值相比较,结果见表3。
根据表3的数据,10组数据实测值与理论值的相对误差的绝对平均值为2·32%,其精度完全能满足工程计算的要求。
2 结 论
(1)混炼胶的热扩散系数随炭黑用量的增加而增大,说明了添加炭黑多的胶料其热量传递的快,温度敏感性强。
(2)拟合出实验测定范围内混炼胶热扩散系数与炭黑和温度的实验关联式,将计算值与实验值相比较,平均相对误差为2·32 %,结果令人满意。
