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- 桂 春雷,
挑戰:
無論控製還是數據處理，國內目前沒有可參靠的方案供借鑒。隻能依賴自己對國外設備的認知和10餘年的工作經驗積累，進行相關設計工作。
解決方案:
基於USB 6343 數據采集卡，利用NI LabVIEW 開發一套控製“直接驅動旋轉電動機”DDR (Direct-driverotarymotors)按照預先設定的方式運行，然後采集扭力傳感器輸出的扭矩信號，運用離散傅裏葉變換DFT，進行數據處理的橡膠加工分析儀係統設計方案。
1、引言：
橡膠是粘彈性體,其粘彈特性影響著膠料的加工性能、硫(liu)化(hua)膠(jiao)的(de)物(wu)理(li)性(xing)能(neng)以(yi)及(ji)橡(xiang)膠(jiao)製(zhi)品(pin)的(de)使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)。例(li)如(ru)，作(zuo)為(wei)非(fei)牛(niu)頓(dun)流(liu)體(ti)的(de)橡(xiang)膠(jiao)，其(qi)粘(zhan)性(xing)隨(sui)著(zhe)剪(jian)切(qie)力(li)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)降(jiang)低(di)的(de)特(te)性(xing)，不(bu)僅(jin)對(dui)測(ce)試(shi)膠(jiao)料(liao)的(de)粘(zhan)性(xing)很(hen)重(zhong)要(yao)，而(er)且(qie)對(dui)了(le)解(jie)粘(zhan)性(xing)如(ru)何(he)隨(sui)著(zhe)剪(jian)切(qie)速(su)率(lv)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)降(jiang)低(di)，這(zhe)些(xie)性(xing)質(zhi)對(dui)於(yu)膠(jiao)料(liao)在(zai)製(zhi)作(zuo)過(guo)程(cheng)的(de)不(bu)同(tong)階(jie)段(duan)的(de)品(pin)質(zhi)控(kong)製(zhi)也(ye)很(hen)重(zhong)要(yao)。目(mu)前(qian)行(xing)業(ye)依(yi)據(ju)ASTM D6601和ASTM D6204等標準，使用進口的橡膠加工分析儀等設備進行此類性能的檢測。本文介紹了使用labview編程，使用NI數據采集卡，配合其它硬體，完成橡膠加工分析儀的設計。
2 、原理說明
本係統包括以下子係統：
1) 數據采集係統；
2) 動力控製係統
3) 溫度控製係統
4) 數據分析運算係統
5) 模具係統
其結構示意圖如圖1所示：
圖1
下麵重點介紹動力控製係統、數據采集係統、數據分析運算係統
2.1、 動力控製係統
按照ASTM D 6601/ASTM D6204標準，從USB6343的AO端，使用Voltage Continuous Output.VI輸出一個正弦模擬量型號，控製DDR驅動器的動作，如下圖2
圖2
2.2、 數據采集係統
扭力傳感器安裝在下圖3所示的上模具部分。
圖3
DDR電機按照預先設定的頻率和幅值，帶動圖3suoshidexiamoju，jinxingjianqieyundong。zaishangxiamojuzhijiandebeiceshiyangpin，suizhexiamojudejianqieyundongchanshengbianxing，jiangniulichuandigeishangmojudeniulichuanganqi。niulichuanganqihuodedeniulixinhaozhuanhuanweidianxinhao，tongguoxianxingfangdahou，jinruUSB6343的AI端口。 進行普通的橡膠交聯測試，獲得的原始扭力曲線，局部截取的扭力曲線如下圖4所示。
圖4
2.3、 數據分析係統
運用labview的Flat Sequence 程序結構結合麵板，輕鬆完成前期的測試動作的設定。而使用labview內置的FFT計算VI，wanchengdanxinghezhanxingdefenjie。yinwei，fuliyebianhuanyunsuan，bujinkeyijinxingyouxiaodezhandanfenjie，haikeyilvbo。lvboshiyizhongxinhaochuliguocheng，gaiguochengqudiaohuoyizhixinhaozhongdemouxiebufen，tongshibaoliuhuofangdalingwaidebufen，keyiyouxiaoyizhixitongzaosheng（參考文獻3）。
2.4、部分電路外觀圖
3、實驗認證
運用上述組合，不僅可以完成普通的橡膠硫化測試，還可以完成橡膠加工分析中常用的溫度掃描、頻率掃描、應變掃描。例如：ceshizhongwendudetigaokeyidadajiangdigangxingjiaodadegaojuwurongtidezhandu。danshi，rouxingjiaodadadexiangjiaozhandushouwendudeyingxiangjiaoxiao，jiangdixiangjiaodezhandu，guanjianzaiyujiangdifenziliang。ruxiatusuoshi，ceshideTan Delta呈現隨著溫度的升高並沒有呈現明顯線性變化的趨勢。
分fen子zi量liang相xiang同tong，分fen子zi量liang分fen布bu不bu同tong的de高gao聚ju物wu，它ta們men的de粘zhan度du隨sui著zhe剪jian切qie速su率lv變bian化hua的de幅fu度du是shi不bu相xiang同tong的de。當dang剪jian切qie速su率lv小xiao時shi，分fen子zi量liang分fen布bu寬kuan的de試shi樣yang的de粘zhan度du比bi分fen子zi量liang分fen布bu窄zhai的de高gao；在zai剪jian切qie速su率lv高gao時shi，分fen子zi量liang分fen布bu寬kuan的de，反fan而er比bi分fen子zi量liang窄zhai的de小xiao。更geng確que切qie說shuo，分fen子zi量liang分fen布bu寬kuan的de膠jiao料liao，對dui剪jian切qie速su率lv變bian化hua比bi較jiao敏min感gan，在zai剪jian切qie速su率lv下xia粘zhan度du降jiang低di的de多duo，加jia工gong就jiu比bi較jiao容rong易yi。下xia圖tu是shi使shi用yong頻pin率lv掃sao描miao測ce試shi的deTan Delta呈現隨著頻率的升高，呈現明顯線性下降趨勢的圖像。對不同的材料獲得不同的Tan Delta曲線，可以獲得不同材料的粘度隨著剪切速率變化的趨勢圖，分析材料的加工性。
橡xiang膠jiao製zhi品pin添tian加jia炭tan黑hei後hou，拉la伸shen強qiang度du可ke以yi提ti高gao幾ji倍bei甚shen至zhi幾ji十shi倍bei。是shi橡xiang膠jiao工gong業ye中zhong大da量liang使shi用yong的de補bu強qiang材cai料liao。但dan是shi，炭tan黑hei的de增zeng加jia也ye對dui橡xiang膠jiao材cai料liao的de流liu動dong性xing產chan生sheng顯xian著zhe的de影ying響xiang。單dan純chun從cong炭tan黑hei的de角jiao度du看kan，影ying響xiang體ti係xi流liu動dong性xing的de因yin素su有you炭tan黑hei的de用yong量liang，粒li徑jing，結jie構gou性xing及ji表biao麵mian性xing質zhi，其qi中zhong用yong量liang和he粒li徑jing影ying響xiang最zui大da。例li如ru，我wo們men利li用yong小xiao應ying變bian來lai測ce量liang炭tan黑hei顆ke粒li大da小xiao。如ru下xia圖tu中zhong動dong態tai模mo量liangG’在不同應變的數據，如果G’數據大的材料，其使用的炭黑顆粒一般小；G’數據小的材料，其使用的炭黑顆粒一般大。
4、結論
綜合上述，使用labview可以快速地實現橡膠加工分析儀的控製、數shu據ju分fen析xi以yi及ji後hou期qi的de數shu據ju處chu理li工gong作zuo，從cong而er為wei橡xiang膠jiao加jia工gong性xing分fen析xi設she備bei提ti供gong有you效xiao的de技ji術shu支zhi持chi。如ru果guo修xiu改gai現xian有you的de模mo具ju，還hai能neng拓tuo展zhan適shi用yong範fan圍wei，應ying用yong到dao塑su料liao加jia工gong中zhong。
參考書目：
1、ASTM D 6601 – 02 Standard Test Method for Rubber Properties—Measurement of Cure and After-Cure Dynamic Properties Using a Rotorless Shear Rheometer
2、 ASTM D 6204 – 01 Standard Test Method for Rubber—Measurement of Unvulcanized Rheological Properties Using Rotorless Shear Rheometers
3、《數字濾波與快速傅裏葉變換》清華大學出版社 程佩青
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