顺丁橡胶平均分子量及应力松弛与门尼粘度关联的探索

【摘 要】本文通过对顺丁橡胶的平均分子量、门尼粘度（ML）及应力松弛的测定，根据测试数据及相关文献，得出相应的关联式，为生产提供准确的质量信息。

【关键词】顺丁橡胶；平均分子量；门尼粘度；应力松弛

顺丁橡胶具有优良的物理机械性能和使用性能，这种性能与分子量有着密切关系，并且受分子量分布的影响同时表征在门尼粘度（ML）及应力松弛上。门尼粘度反映橡胶加工性能的好坏和分子量高低及分布范围宽窄。应力松弛是指材料在固定应变的条件下，其应力随时间逐渐衰减的现象。本文旨在测定顺丁橡胶的分子量、门尼粘度及应力松弛，从所测数据中探讨顺丁橡胶分子量、门尼粘度与应力松弛关系，以满足顺丁橡胶生产能力的扩大要求，改善顺丁橡胶的质量控制，提高顺丁橡胶产品的质量。

1.实验部分

1.1仪器与试剂

1.1.1仪器

LC―20AT高速液相色谱仪；RID-10A示差折光检测器；KF-804与KF-805串联色谱柱；SMV-300RT型门尼粘度计。

1.1.2试剂

四氢呋喃：AR纯，经G4微型砂芯漏斗过滤；聚苯乙烯（PS）标样：色谱纯。

1.1.3原料

巴陵石化合成橡胶事业部生产BR9000。

1.2试验测定

1.2.1顺丁橡胶平均分子量测定

将PS标样经色谱柱淋洗后，测出其GPC曲线上的峰位ti值，对lgMi与ti值进行线性回归处理，获得PS标样的普适校正曲线。将完全溶解好的原料样品溶液，经专用过滤器过滤后，取其滤液进入GPC柱，经柱淋洗后获得样品的GPC曲线。

1.2.2顺丁橡胶门尼粘度及应力松弛测定

通过门尼粘度计测得顺丁橡胶门尼粘度。把模腔和转子预热到试验温度，并使其达到稳定状态。打开模腔，将转子杆插入带孔胶片的中心孔内，并把转子放入下模，再把另一个胶片准确地放在转子上面，迅速关闭模腔预热试样。试样预热lmin，转子转动，测定门尼值和应力松弛。

2.结果与讨论

2.1门尼粘度与分子量的关联

2.1.1国内外对门尼与分子量关联的报道

顺丁橡胶的分子量及其分布、门尼粘度与生产工艺有关，门尼粘度值是顺丁橡胶的一个重要测试指标，可以比较直观的反应顺丁橡胶的聚合度与分子量分布。国内外有关文献[1]中指出，顺丁生胶的凝胶含量低于一定值时，ML100℃1+4与平均分子量间有一定的关系，即ML100℃1+4=f（Mn）。理论上讲聚合物浓溶液的粘度、浓度与分子量间的关系[2、3]为

η0=K0MαCβ……………（1）

2.1.2测定样品的分子量及门尼粘度进行拟合

根据（1）式及进样浓度对分子量的影响，统一配制浓度为5mg/mL的样品浓度。因为α、β均为常数，K0是与温度有关的聚合物-溶剂体系的特性常数，关系式简化为

η=KMА……………（2）

图1为测定的分子量与门尼粘度的拟合趋势图。根据图1可以得到下列关系式：

ML=29.196×Mw0.1204……………（3）

2.1.3对关联式进行验证

门尼粘度与顺丁橡胶分子量拟合关联式验证数据如下表：

2.2门尼粘度与应力松弛[4]的关联

2.2.1应力松弛的表述

用t80.0、X30.0表述顺丁橡胶的应力松弛，t80.0表示转子停止后的扭矩作为100%，从此开始衰减到80%扭矩所用时间，X30.0表示转子停止后的扭矩作为100%，转子停止后30.0秒扭矩衰减的百分率。

2.2.2测定样品的门尼粘度与应力松弛进行拟合

测定90批样品的门尼粘度与应力松弛的结果，用统计方法得到拟合趋势图2。

2.2.3对关联式进行验证

分析测试80个顺丁橡胶样品，通过实验数据和计算结果，如下表，验证关系式（4）、（5）。

3.结论

本文通过对顺丁橡胶的平均分子量、门尼粘度（ML）及应力松弛的测定，可以得到如下结论：

（1）根据测试数据及相关文献，得出平均分子量与门尼粘度相应的关联式：ML=29.196×Mw0.1204。

（2）门尼粘度与应力松弛[4]的关联，得到关系式：ML=2.9827×（t80.0）+38.586。

（3）作者认为在测试过程中应力松弛能快速反应混炼胶的门尼情况，对产品质量控制有很强的指导性。

【参考文献】

[1]史子瑾、童克锦.顺丁橡胶生产中胶液浓度、平均分子量及门尼粘度与胶液物性常数关联的探索研究[期刊论文].化工学报：1980（4）.

[2]Landel.R.E.，et al.j.Colliod.Sci.12 400（1957）.

[3]Van.Krevelen.D.W.，”Properties of Polymer Corretlation with ChemicalStructure” P251，Elsevier，Amsterdam，1972.

[4]ASTM D1646-2007 Standard Test Methods for Rubber Mooney viscosityiscosity，Stress Relaxation，and Pre-Vulcanization Characteristics（Mooney Viscometer）.