在橡膠工業(yè)中，生膠的可塑性是衡量橡膠加工性能的重要指標(biāo)。可塑性直接影響混煉、壓延、擠出等后續(xù)工序的工藝參數(shù)設(shè)定，同時(shí)也是評(píng)估生膠質(zhì)量穩(wěn)定性和抗老化能力的關(guān)鍵依據(jù)。華萊士快速塑性計(jì)正是為滿足橡膠行業(yè)對(duì)未硫化橡膠可塑性快速檢測(cè)需求而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的專業(yè)儀器。

 

華萊士快速塑性計(jì)是測(cè)試天然橡膠或未硫化橡膠塑性值的一種通用方法，可獲得橡膠的塑性保持率（PRI）。該方法由英國(guó)Wallace Instruments公司提出并標(biāo)準(zhǔn)化，因其操作簡(jiǎn)便、測(cè)試快速、結(jié)果重復(fù)性好，在橡膠生產(chǎn)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。本文將從工作原理、結(jié)構(gòu)組成、技術(shù)參數(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域及標(biāo)準(zhǔn)符合性等方面，對(duì)華萊士快速塑性計(jì)進(jìn)行技術(shù)闡述。

 

二、工作原理

 

華萊士快速塑性計(jì)基于改良的平行板壓縮原理工作，采用自動(dòng)定時(shí)的“預(yù)熱”和“加載”兩個(gè)階段完成測(cè)試。儀器將待測(cè)樣品放置在兩塊圓柱形平行板之間，平行板保持在100℃的恒定溫度。測(cè)試流程如下：

 

第一步，樣品預(yù)熱階段。樣品先被壓縮至1mm固定厚度，在此狀態(tài)下保持15秒，使樣品溫度達(dá)到與平行板之間的溫度平衡。

 

第二步，加載測(cè)量階段。儀器施加100N的恒定壓縮力持續(xù)15秒。在此階段結(jié)束時(shí)，儀器測(cè)量并記錄樣品被壓縮后的最終厚度。華萊士塑性值的單位定義為0.01mm厚度，即厚度讀數(shù)直接以塑性值單位顯示，而非實(shí)際毫米數(shù)。

 

測(cè)試原理的物理基礎(chǔ)在于：未硫化橡膠在一定溫度和壓力作用下會(huì)發(fā)生塑性流動(dòng)。塑性值越大，表示樣品抵抗壓縮的能力越強(qiáng)，即可塑性越小；塑性值越小，表示樣品越軟，可塑性越大。通過(guò)這一簡(jiǎn)單而標(biāo)準(zhǔn)化的壓縮測(cè)試，可以快速量化橡膠樣品的可塑性能。

 

三、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)組成

 

主機(jī)部分由外殼、機(jī)械裝置、控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和輸入輸出部件組成。主機(jī)采用鋁合金鑄件整體成型，保證了機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性，有效減少了測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。上壓板配備了三種不同直徑規(guī)格：7.3mm、10mm和14mm。其中10mm直徑壓板為標(biāo)準(zhǔn)配置，安裝于主機(jī)上，適用于常規(guī)塑性范圍樣品的測(cè)量；7.3mm和14mm壓板作為附件提供，用于測(cè)量超出常規(guī)塑性范圍的樣品。下壓板直徑為16mm。

 

樣品裁刀用于將待測(cè)橡膠樣品沖切成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的圓柱形試樣。標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸為直徑13mm、厚度約3mm，體積約為0.4cm³。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣在放入儀器之前需包覆于兩層專用測(cè)試紙之間，以防止材料粘附于壓板或產(chǎn)生滑動(dòng)。

 

O14老化箱是與P14塑性計(jì)配合使用的重要附屬設(shè)備。其功能是在140℃±0.5℃的恒溫環(huán)境中對(duì)樣品進(jìn)行為期30分鐘的熱老化處理。老化箱容量較大，可同時(shí)放置多達(dá)48個(gè)樣品，溫度恢復(fù)時(shí)間在2分鐘內(nèi)可恢復(fù)至140℃。

 

厚度計(jì)用于在測(cè)試前精確測(cè)量樣品的初始厚度，確保測(cè)試的一致性。

 

四、塑性保持率PRI的測(cè)定

 

塑性保持率（Plasticity Retention Index，PRI）是評(píng)價(jià)天然生膠耐熱氧化性能的重要指標(biāo)，也是華萊士快速塑性計(jì)的核心應(yīng)用之一。

 

PRI的測(cè)定需要通過(guò)兩個(gè)步驟完成：第一步，按照標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)未老化的樣品進(jìn)行塑性值測(cè)試，測(cè)得結(jié)果記為P?；第二步，將同一樣品在O14老化箱中以140℃±0.5℃的溫度老化30分鐘后，測(cè)得老化后的塑性值記為P??。PRI的計(jì)算公式為：PRI=(P??/P?)×100

 

其中，P??為老化后樣品測(cè)試結(jié)果的中位值，P?為未老化樣品測(cè)試結(jié)果的中位值。PRI值越高，表明生膠的耐熱氧化性能越好。PRI值還可用于評(píng)價(jià)防老劑的防護(hù)效果——保持指數(shù)越高，防老劑對(duì)橡膠的保護(hù)效果越好。

 

五、技術(shù)參數(shù)與型號(hào)規(guī)格

 

華萊士快速塑性計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)如下：

 

溫度控制方面，P14/1、P14/2和P14/3型號(hào)的壓板溫度為100℃±0.5℃。P14/VT可變溫型號(hào)的壓板溫度可在50℃至180℃范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，適用于合成橡膠的流動(dòng)性表征，可作為一種替代門(mén)尼黏度計(jì)的低成本方案。

 

加載參數(shù)方面，壓縮力為100N，測(cè)試流程分為15秒預(yù)熱階段和15秒加載階段，總測(cè)試時(shí)間為30秒。加壓系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)砝碼直接加載，克服了電磁彈簧加載方式可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定和零點(diǎn)漂移缺陷。

 

測(cè)量精度方面，塑性值精度優(yōu)于0.1個(gè)塑性值單位，厚度測(cè)量裝置的分辨率可精確到0.01mm。

 

電源與尺寸方面，主機(jī)電源為AC 220V 50Hz，主機(jī)外形尺寸約為420mm（高）×300mm（寬）×360mm（深），整機(jī)重量約25kg。

 

六、標(biāo)準(zhǔn)符合性

 

華萊士快速塑性計(jì)符合多項(xiàng)國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，包括：BS 903:Pt.A59、ISO 2007《未硫化橡膠塑性測(cè)定快速塑性計(jì)法》、ASTM D3194《未硫化橡膠塑性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》、ISO 2930《天然生膠塑性保持率測(cè)定》等。

 

在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系方面，該設(shè)備符合GB/T 3510-2006《未硫化膠塑性的測(cè)定快速塑性計(jì)法》以及GB/T 3517-2014《天然生膠塑性保持率（PRI）的測(cè)定》。

 

七、型號(hào)選擇

 

華萊士快速塑性計(jì)有多個(gè)型號(hào)可供選擇。P14/1為基礎(chǔ)自動(dòng)型，內(nèi)置診斷功能，配備LED壓板溫度指示和RS232計(jì)算機(jī)接口。P14/2在P14/1基礎(chǔ)上增加了緊湊型打印機(jī)，支持單值/中值操作模式，可記錄測(cè)試時(shí)間與日期。P14/3在P14/2的基礎(chǔ)上配備了數(shù)據(jù)輸入終端及鍵盤(pán)。P14/VT可變溫型專為合成橡膠測(cè)試設(shè)計(jì)，可作為門(mén)尼黏度計(jì)的替代方案，快速測(cè)試合成橡膠的流動(dòng)性。