DIN 53529-3-1983 Testing of rubbers curemetry types and applications of rotorless curemeters《橡胶的检验 硫化 无转子硫化计的类型和用途》.pdf

1、.- .- c m m c m m .- - L o 0 c i O :a L z c c .- a .- C VI - a B a z n m a o U U C a E m 8 L E a C ,: 2 2 1 3 5 c u u -I 1 II z DIN1 DIN 53529 TEIL 3 83 D 2794442 O088860 Y31 D C 678.074 : 678.4 : 678.7 : 620.1 : 678.028 DEUTSCHE NORM Juni 1983 Prfung von Kautschuk und Elastomeren Vu I kam et ri e B

2、estimmung des Vernetzungsverhaltens mit rotorlosen Vulkametern I 53529 I Teil 3 Testing of rubbers; curemetry; types and applications of rotorless curemeters Essai des caoutchoucs; vulcamtrie; dtermination du comportement au moyen de vulcamtres sans rotor Zusammenhang mit dem von der International O

3、rganization for Standardization (ISO) herausgegebenen Internationalen Norm-Entwurf ISO/DIS 6502 - 1982, siehe Erluterungen. 1 Anwendungsbereich und Zweck Diese Norm beschreibt die Bestimmung des Vernetzungs- Verhaltens von vernetzbaren, hochpolymeren Werkstof- fen mit Hilfe von Linearschub- und roto

4、rlosen Torsions- Schub-Vulkametern. Dabei wird das Vernetzungsver- halten in Abhngigkeit von der Vulkanisationszeit bei vorgegebener Vulkanisations-Temperatur bestimmt. Das Prfverfahren kann auch zur vergleichenden Beurteilung einzelner Mischungsbestandteile angewandt werden. Anmerkung: Eine Norm zu

5、r Bestimmung des Vernet- zungsverhaltens mit Vulkametern mit Rotoren ist in Vorbereitung. In der Regel weisen rotorlose Vulkameter eine schnellere Aufheizung. 2 Bezeichnung des Verfahrens Bezeichnung des Verfahrens nach dieser Norm zur Be- stimmung des Vernetzungsverhaltens (A3) : Prfung DIN 53 529

6、- A3 3 Gerte Verwendet wird in Abhngigkeit von Meprinzip ein Linearschub-Vulkameter (Messung der Kraft bei konstan- ter Weg-Amplitude) nach Bild 3a oder ein Torsionsschub Vulkameter (Messung des Drehmomentes bei konstanter Winkel-Amplitude) nach Bild 3b in quasi geschlossenen Systemen mit einer oszi

7、llierenden Kammerhlfte. Diese Vulkameter bestehen im wesentlichen aus den Tei- len nach Abschnitt 3.1 bis 3.7. 3.1 Reaktionskammer Die Reaktionskammer besteht aus zwei Kammerhlften, die in der Mestellung mit einem festgelegten Abstand (Spaltbreite 0.05 bis 0,2 mm, bevorzugt 0,l mm) gegen- berstehen

8、(siehe Bild 3a bzw. 3b). 3.2 Schlievorrichtung Die Schlievorrichtung dient zur genauen Fixierung der Kammerhlften in der Mestellung nach dem Einlegen der Probe. Die Schliekraft darf 10 kN nicht unterschrei- ten. 3.3 Antriebssystem Das Antriebssystem besteht aus einem formsteifen Ex- zenterantrieb,we

9、lcher eine Kammerhlfte in der Kammer- ebene oszi Ilierend bewegt. Die Amplitude dieser Bewegung betrgt 0.01 bis 0,l mm (vorzugsweise 0,05 mm) bzw. 0,l bis 2 Winkel-Grad (vor- zugsweise 0,2 Winkel-Grad), die Frequenz soll bei 10 bis 100 min- (vorzugsweise IO, 50, 100 min- ) liegen. 3.4 Kraftmesystem

10、Das Kraftmesystem dient zur Messung der resultierenden Schubkraft bzw. des Drehmoments. Es soll mit einer Kammerhlfte starr gekoppelt sein, wegarm arbeiten und ein der Kraft bzw. dem Drehmoment proportionales MeBsignal erzeugen. Die Verformung des Antriebs- und Kraftmesystems darf 1 % der eingestell

11、ten Verformungsamplitude nicht berschreiten, anderenfalls ist eine Mewertkorrektur nach DIN 53 529 Teil 1 durchzufhren. Fortsetzung Seite 2 bis 6 Zitierte Normen DIN 53 529 Teil 1 DIN 53 529 Teil 2 DIN 53 670 Teil 3 Er Iuterungen Diese Norm wurde vom Arbeitsausschu NMP 435.1 ,Prfung von Kautschuk un

12、d Kautschukmischungen“ erarbeitet. Sie entspricht praktisch dem von der International Organization for Standardization (ISO) herausgegebenen Inter- nationalen Norm-Entwurf ISO/DIS 6502 - 1982 ,Rubber - Measurement of vulcanization characteristics with rotorless curemeters“. Internationale Patentklas

13、sif i kat ion G O1 N 33/44 Prfung von Kautschuk und Elastomeren; Vulkametrie; Allgemeine Arbeitsgrundlagen Prfung von Kautschuk und Elastomeren; Vulkametrie; Bestimmung des Vulkanisationsverlaufs und rea ktionski net ische Auswertung von Ver netzu ngsisothermen Prfung von Kautschuk und Elastomeren;

14、Prfung von Kautschuk in Standardtestmischungen; Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) G O1 N 11/16 Normenausschu Materialprfung (NMP) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Normenausschu Kautschuktechnik (FAKAU) im DIN Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH. Berlin 30 DIN 53 529 Teil 3 Jun 19

15、83 Preisgr. Vertr.-Nr. 0006 06.83 DIN1 DIN 53529 TEIL 3 83 m 2794YY2 0088861 378 = Seite 2 DIN 53 529 Teil 3 Die Garantiefehlergrenze aus Nullpunkts-, Empfindlich- keits-, Linearitts- und Reproduzierbarkeits-Fehler darf le 1 %des Endwertes des angewandten Mebereiches nicht berschreiten. 3.5 Kalibrie

16、rung der Kraftme- und Fr die Kalibrierung mssen geeignete Vorrichtungen vorhanden sein, die es gestatten, die Weg- bzw. Winkel- Amplitude und die Kraft- bzw. Drehmomentanzeige zu berprfen (siehe Bild 4 und Bild 5). Dabei wird eine Kraft oder ein konstantes Drehmoment durch die Kalibriervorrichtung a

17、ufgebracht. Die Anzeige- Vorrichtung mu ein analoges Mesignal ergeben. 3.6 Heiz- und Temperatur-Regeleinrichtung Die Heiz- und Temperatur-Regeleinrichtung hat die Auf- gabe, die fr die Vernetzungs-Reaktion der Probe ent- scheidenden wrmetechnischen Proze-Parameter in ge- eigneter Weise sicherzustell

18、en. Die Temperatur-Regel- gerate mssen die Mglichkeit bieten, die Leittemperatur (siehe Abschnitt 3.6.2) im Bereich von 100 bis 200 OC um 0,3 OC oder empfehlenswerterweise weniger zu ver- stellen. Die Forderungen nach Abschnitt 3.6.1 bis Abschnitt 3.6.3 sind zu erfllen. 3.6.1 Aufheizzeit Die Probe m

19、u nach Schlieen der Reaktionskammer in lngstens 1,5 min auf die Soll-Temperatur, ohne ber- schwingen, aufgeheizt sein. 3.6.2 Leit-Temperatur Die Leit-Temperatur ist die Temperatur, die der fr die Regelung verwendete Temperaturfhler mit. Die Abwei- chung der Leit-Temperatur zur mittleren Proben-Tempe

20、- ratur darf nicht grer als 2 OC sein. 3.6.3 Temperatur-Verteilung in der Probe Die Temperatur-Verteilung in der Probe soll mglichst gleichmig sein. Abweichungen von I 1 OC um die mitt- lere Probentemperatur sollen im Bereich der Deforma- tionszone nicht berschritten werden. 3.6.4 Vulkanisations-Tem

21、peratur Vulkanisations-Temperatur und mittlere Proben-Tempe- ratur sind identisch. Die Temperatur mu nach dem Auf- heizen auf ? 0,3 OC konstant gehalten werden. 3.7 Temperatur-Meeinrichtung Das Vulkameter mu eine Temperatur-Meeinrichtung haben, die es gestattet, die Leit-Temperatur auf k 0.3 OC zu m

22、essen. Weiterhin mu die Mglichkeit zur Temperatur-Messung in der Deformationszone (mittlere Proben-Temperatur) gegeben sein. 4 Proben Die zur Messung gelangenden Proben sollen homogen und ohne Lufteinschlsse sein. Zur Erzielung der bestmglichen Reproduzierbarkeit der kraft- bzw. drehrnomentgebundene

23、n Megren (Fa, F, F,) mssen Proben gleichen Volumens verwendet werden. Das optimale Fllvolumen, welches das Kammer- volumen um einen bestimmten Betrag berschreitet, mu durch Vorversuche ermittelt werden. Registrier-Vorrichtung Die Proben mssen mit einer geeigneten Vorrichtung, z. B. einem Schneidwerk

24、zeug, das konstantes Volumen garantiert, aus dem Mischungsfell entnommen werden. 5 Durchfhrung Die Probe befindet sich in einer beheizbaren Reaktions- kammer unter Druck und wird einer periodischen, mechanischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt. Die Beanspruchung wird durch eine konstante Weg- bzw. W

25、inkel-Amplitude hervorgerufen. Durch ein mechanisch starr angekoppeltes Mesystem wird die in der Probe in Folge ihres Verformungs-Widerstandes resultierende Schubkraft bzw. das Drehmoment gemessen. Der Me- wert kann durch ein Registriergert kontinuierlich wh- rend des gesamten Vernetzungsvorganges i

26、n Abhngig- keit von der Zeit aufgezeichnet werden. Die nderung der Amplitude (Hllkurve) der so erhaltenen Schwingung gibt ein Ma fr den Verlauf der Vernetzungs-Reaktion (Bild 1). Die Prfung wird bei einer konstanten Vulkanisations- Temperatur durchgefhrt (siehe Abschnitt 3.6). 6 Auswertung Die Verne

27、tzungsisotherme kann ein Maximurn,ein Plateau oder auch einen ber eine lngere Mezeit stetig zuneh- menden Schubkraft- bzw. Drehmomentanstieg zeigen (Bild 1). Die folgenden Megren knnen aus der registrierten Kurve der Kraft bzw. des Drehmomentes F in Abhngig- keit von der Zeit t entnommen werden (Bil

28、d 1). Fa Minimal-Kraft bzw. -Drehmoment Ft F, Maximal-Kraft bzw. -Drehmoment x Umsatzvariable mit x = t, Umsatzzeiten t, Anvulkanisationszeit Zwischenwerte der Schubkraft bzw. des Drehmo- mentes zur Umsatzzeit t, Ft - Fa Fma- Fa (Zeit zur Erreichung eines vorgegebenen Anstiegs AFber Fa) Das Minimum

29、der Vernetzungsisotherme Fa ist ein Ma fr den Verformungswiderstand der unvernetzten Probe bei einer vorgegebenen Temperatur. Die Anvulkanisations- Zeit t, gibt ein Anhaltsma fr die Verarbeitungssicher- heit der Mischung. Aus den Umsatzzeiten t, und denent- sprechenden Schubkrften bzw. Drehmomentwer

30、ten Ft kann die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante berechnet werden (siehe Abschnitt 6.3). Das Maximum der Ver- netzungsisotherme F, ist ein Ma fr den Verformungs- widerstand der ausvulkanisierten Probe bei der Reak- tions-Temperatur. 6.1 Es sind die Schubkraft- bzw. Drehrnomentwerte Fa im Minimum d

31、er Vernetzungsisotherme F, im Maximum bzw. Plateau zu bestimmen. Die Differenz Fma, -Fa wird dem 100%igen Reaktions umsatz x = 1 gleichgesetzt. Bei stetig ansteigender Vernetzungsisotherme ist eine maximale Mezeit te zu vereinbaren. Das dazugehrige Kraft- bzw. Drehmoment Fe gilt fr Fmax. DINI DIN 53

32、529 TEIL 3 83 2794442 00888b2 204 DIN 53 529 Teil 3 Seite 3 62 Aus der Vernetzungsisotherme werden die Umsatz- Zeiten t, tO,lO; t0,25.; t075 und togo fr die Umstze x aus den zugehorigen Schubkraft- bzw. Drehmomentwerten Ft fr einen Kraftanstieg um 10, 25, 50, 75 und 90% ent- nommen. to, kann als zei

33、tlicher Beginn der Vulkanisation ver- einbart werden. to,9o wid als Zeit einer nahezu vollstndigen und in vielen Fllen optimalen Ausvulkanisation gewhlt. to, ist die Umsatzzeit, die am genauesten bestimmt werden kann. sind Werte, die der Abschtzung der Reaktions- geschwindigkeit dienen und (siehe Ab

34、schnitt 6.3.1). 63 Die reaktionskinetischen Auswertungen der ermit- telten Vernetzungsisothermen werden nach DIN 53 529 Teil 2 durchgefhrt. 6.3.1 Fr den Fall der Reaktion erster Ordnung kann die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante kO fr die be- treffende Versuchstemperatur T nach folgender Nherung ab

35、geschtzt werden : 63.2 Liegen mehrere Geschwindigkeitskonstanten fr mehrere Temperaturen vor, so kann die Aktivierungs- energie der Vulkanisation entweder graphisch oder rech- nerisch ber einen Regressionsansatz aus der Steigung a entnommen werden. Es gilt: 1 (3) ln hiT, = a . 5 + b -EA mit a =- Hie

36、rin bedeuten: EA Aktivierungsenergie in J/mol R T Thermodynamische Temperatur in K (siehe hierzu DIN 53 529 Teil 2) R Universelle Gaskonstante 8,31 J/(mol . K) 6.4 Fr direkte vergleichende Auswertungen von Mes- sungen mehrerer Gerte oder mehrerer Prfstellen sind gleicher Aufheizungsverlauf, gleiche

37、Verteilung der Ver- suchs-Temperatur in den Reaktionskammern und gleiche Kammerabmessungen Voraussetzung. Einfacher sind relative Vergleiche zu machen, wobei auf eine Bezugsmischung Bezug genommen wird. Die Bezugsmischung kann sein a) eine Standard-Testmischung, z. B. eine SBR-Mischung (siehe DIN 53

38、 670 Teil 3) b) eine Dicumylperoxid-Naturkautschukmischung (siehe DIN 53 670 Teil 2) oder c) eine vereinbarte Mischung. 6.4.1 Die relative Umsatzzeit ist gegeben durch tx(A)-t(B) . tXd = 100 . in % fx (B) Hierin bedeuten : t,(A) UmsatzZeit der Mischung A (4) tx (B) Umsatzzeit der Bezugsmischung 6.4.

39、2 Unter der Voraussetzung, da die Scherkraft bzw. das Drehmoment proportional dem G-Modul sind, kann eine relative G-Modul-nderung, bezogen auf die Bezugs- qualitt, wie folgt bestimmt werden: AG Fmax ()-Fmax (BI 100 . - = 100 * in % (5) G Frn, (B) Hierin bedeuten : Fm,(A) Maximalwert der Mischung A

40、Fm, (B) Maximalwert der Bezugsmischung 6.5 In der Regel wird eine Isotherme an einem Probe- krper aufgezeichnet. In Schiedsfllen sind mindestens 3 Isothermen aufzuzeichnen und daraus der Median der Megren zu bestimmen. 7 Prfbericht Im Prfbericht sind unter Hinweis auf diese Norm anzu- geben: - Bezei

41、chnung der untersuchten Mischung - Bezeichnung des Vulkameters - Prftemperatur in OC - Verformungsamplitude in mm bzw. Winkel-Grad - Spaltbreite in mm - Prffrequenz in min-? - Mebereich in N bzw. N . m - Papiervorschub in mm/min - Minimal-Kraft bzw. -Drehmoment Fa in N bzw. N . m - Maximal-Kraft bzw

42、. -DrehmomentF, in N bzw. N.m - Umsatzzeiten t, fr vorher zu vereinbarende Umstze - Umsatzvariable - Prfdatum Weitere vorher zu vereinbarende Megren, wie relative Umsatzzeiten und relativer G-Modul, bezogen auf eine Vergleichsmischung. fr x % in min Sei te 4 DIN1 DIN 53529 TEIL 3 83 = 2794442 008886

43、3 140 DIN 53 529 Teil 3 Lc + t QI r E aI L 0 + Lc m L Y 1 r U lA n Bild 1. Vernetzungsisotherrne F = f(t) x=l,O 0,95 0,90 O,f5 0,25 0,lO x= o - f- tO,10 h.25 t0.15 t0.w 695 Vuikanisationszeit t Bild 2. Auswertung der Urnsatzzeiten DIN1 DIN 53529 TEIL 3 83 W 2794442 0088b4 O7 = DIN 53 529 Teil 3 Seit

44、e 5 i a) Linearschub-Vulkameter b) Torsionsschub-Vulkameter Meprinzip feste Kammerhifte osziiiierende Kammerhif te Drehmoment- Aufnehmer Reaktionskarnrner Heim Ag Probe Bild 3. Rotorlose Vulkameter Heizung Probe DIN1 DIN 53527 TEIL 3 83 2794442 0088865 TL3 Seite 6 DIN 53 529 Teil 3 obere Kammerhifte I - I I untere Kammerhlfte Seil Umlen krolle - I Kraftauf nehmer Bild 4. Kalibriervorrichtung fr Linearschub-Vulkameter Leiste Ring Bild 5. Kalibriervorrichtung fr Torsionsschub-Vulkameter