实验讲义十门尼粘度实验

1、实验十 门尼粘度实验一、实验目的1深刻理解门尼粘度的物理意义和重要性；2了解门尼粘度测定仪的仪器结构和工作原理；3熟练操作门尼粘度测定仪。二、实验原理门尼粘度实验是用转动的方法来测定生胶、未硫化胶流动性的一种方法。门尼粘度计设计原理如下图1所示。图1 门尼粘度计原理1-上模座；2-下模座；3-转子；4-转子轴；5-装试样的模腔；R-转子半径；h-转子厚度；a-转子上下表面至上下模壁的垂直距离；b-转子圆周至模腔圆周的距离当转子在充满胶粒的模腔中转动时，转子对胶料产生力偶的作用，推动贴近转子的胶料层流动，模腔内其他胶料将会产生阻止其流动的摩擦力，其方向与胶料层流动方向相反，此摩擦力即是胶料流动的

2、剪切力，单位面积上的剪切力即剪应力，经研究可知，与切变速率、粘度存在下述的关系，即目前应用较广泛，适合非牛顿流动的定律是幂指数经验公式：K·n式中 剪切应力，MPa； 切变速率，l/s；K流动稠度，MPa·s；n流动指数（在一定的切变速率和温度下是常数）。为了讨论问题方便起见，把上式改写成下面的形式：K·nK·n1·/K·n1设 表/K·n1即 表·在模腔内阻碍转子传动的各点表观粘度表以及切变速率值是随着转动半径不同而不同，所有需采用统计平均值的方法来描述表、。由于转子的转速是定值，转子和模腔尺寸也是定值，故的平均

3、值对相同规格的门尼粘度计来说，就是一个常数，从表·可知，平均的表观粘度表与平均的剪应力成正比。在平均的剪切应力作用下，将会产生阻碍转子转动的转矩，其关系式如下：M·s·L式中：M转矩；平均剪应力，MPa；s转子表面积，mm2；L平均的力臂长，mm。转矩M通过涡轮，涡杆推动弹簧板，使它变形并与弹簧板产生的弯矩和刚度相平衡，从材料力学可知，存在下式：M=F·eW·W·E·式中 F弹簧板变形产生的反力，N；e弹簧板力臂长，mm；W抗变形断面系数；弯曲应力，MPa；弯曲变形量；E扬氏模量，MPa。由公式可知，W和E都是常数，所以M和

4、成正比。综上所述，由于表M，所以可用差动变压器或百分表测量弹簧板变形量来反映胶料粘度大小。三、实验仪器和样品1门尼粘度计门尼粘度计主要结构如图2所示。电机1带小齿轮2，小齿轮又带动大齿轮12转动，大齿轮又使涡杆7转动，涡杆又带动涡轮3，涡轮又带动转子4，使转子在充满橡胶试样的密闭室11内旋转，密闭室由上下模9、10组成，在上下模内装有电热丝，其温度可以自动控制。由于转子的转动，对橡胶试样产生剪切力矩，在此同时转子也受到橡胶的反抗剪切力矩，此力矩由转子传到涡轮3再传到涡杆7，再涡杆上产生轴向推力，方向与涡轮转动方向相反，这个推力由涡杆一端的弹簧板5相平衡，橡胶对转子的反抗剪切力矩，由装在涡杆一端

5、的百分表8以弹簧板位移的形式表示出来。如果仪器上有自动记录装置，弹簧板5受涡杆7轴向推力产生位移时，差动变压器6中的铁芯也产生位移，此位移使电桥失去平衡，就有交流信号输出，信号经放大由记录仪13记录。图2 门尼粘度计结构1-电动机；2-小齿轮；3-涡轮；4-转子；5-弹簧板；6-差动变压器；7-涡杆；8-百分表；9-上模；10-下模；11-密闭室；12-大齿轮；13-记录仪2实验试样用原胶制备两块直径约45mm，厚度约8mm的橡胶试样，其中一块中心打10mm的圆孔。试样中不应有杂质和气泡。四、实验步骤1进行试验前，首先接通气源，试验压力调节在0.40.45MPa；然后接通总电源，系统上电。2设

6、定试验温度100；选择试验工作时间；中间位拨盘拨为“0”！3放入转子，合模，按“加热”键，上下模腔即加热，半小时左右温度即稳定。4准备好两个胶料试样，待温度稳定至100后开模，迅速放入胶样，插入转子时特别要注意转子高度，以免合模后损坏转子。5合模，系统自动进行门尼试验。6试验工作时间到，程序控制自动停机。7选择打印曲线和数据。8取出转子并彻底清理模腔和转子。五、实验分析和结果1以转动4min的粘度值表示实验结果。2代表每种实验品的试样不应少于2个，取其算术平均值。3实验结果精确到整数位（读数精确到0.5转动粘度值）。4两个实验测定结果的差值不得大于2个转动粘度值。5分析记录的门尼粘度与时间曲线。六、实验注意事项1模腔和转子要保持清洁。2插入转子时特别要注意转子的高度，位置要正确，以免合模后损坏转子。3密封