采用红外热像仪的氟橡胶混料识别实验研究

李明炜　陶媛　刘海生　王中任

【摘 要】外表相同的各种氟橡胶原材料，在使用过程中很容易混淆，需要采用非接触方法进行辨识。由于氟橡胶的导热系数不同，在同一热源上进行加热，不同氟橡胶的升温曲线也会不同。本文以氟橡胶FX-2和FX-4为样品进行研究，用红外热像仪对两者的加热过程进行实时监测，通过比较红外图像，發现氟橡胶FX-2的升温曲线总是高于氟橡胶FX-4的升温曲线。在可加热的温度范围内，加热温度越高，两者的温度差越明显。研究结果表明，在不破坏原材料的情况下，通过红外热像仪可以方便快捷地识别氟橡胶的混料问题。研究结果对其它非金属材料的混料检测有重要应用价值。

【关键词】红外热像仪；氟橡胶；混料；识别

Experimental Study on Mixed Material Identifying of Fluororubber Using Infrared Imager

LI Ming-wei TAO Yuan LIU Hai-sheng WANG Zhong-ren

（School of Mechanical and Automotive Engineering，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441053，China）

【Abstract】For those fluororubber products which have the same appearance，it is easy to be confused in employing.It needs to adopt non-contact method for identification.Due to different thermal conductivity of fluororubber，when they are heated by the same temperature source，the temperature curves will be different.In this paper， two kinds of viton samples named FX-2 and FX-4 were studied with infrared thermal imager for real-time monitoring heating process.The infrared images were compared.It is found that heating curve of viton FX-2 is higher than that heating curve of viton of FX-4.In the appropriate range of heating temperature，the higher the heating temperature，the more significant the temperature difference.The research results show that under the condition of undestroying the raw material，it is quick and convenient to identify mixing problem of the fluororubber using the infrared thermal imager.The research findings have great application value for the detection of other non-metallic mixed materials.

【Key words】Infrared thermal imager；Fluororubber；Mixed material；Identify

0 引言

氟橡胶主要用于制作耐高温、耐油、耐介质的橡胶制品，如各种密封件、隔膜、胶管等，在航空、汽车、石油化工等领域得到了广泛的应用[1]。但是一些外表相同的氟橡胶在实际生产、加工和使用过程中，很容易混淆。一旦混合在一起，则很难通过外表、气味等直接的方法来识别。特别是在航空领域，对零件的安全性要求非常严格，不允许出错，否则会出现安全隐患。

氟橡胶为非金属材料，不能像金属材料一样通过电测法实现混料的检测。对于氟橡胶的识别，常用的方法有：差示扫描量热法[2]，超声法[3]，红外分析和气相/质谱分析[4]等方法。但这些方法会对样品进行加热，裂解或者是用溶剂溶解，破坏了样品的化学与物理性能，不能广泛地运用于实际的生产和使用过程中。还有一个不损坏样品的方法，为X射线“显微CT”[5]方法。由于这种方法所用仪器价格昂贵，操作不简便，也不便于广泛地使用。文献[6]采用激光导热仪来对氟橡胶的导热系数进行间接测量。其基本方法是：发射一束激光脉冲，照射在样品的下表面，使用红外探测器和计算机获得样品上表面的升温曲线，然后用所得升温曲线和相应公式计算出样品的热扩散系数α，最后利用样品的热扩散系数、比热、密度计算出样品的导热系数λ。但此方法过程较繁琐，并不方便使用，而且不一定要测量出样品的实际导热系数才能识别不同材质。二者的导热系数不同，用相同的温度源对二者同时进行加热，并用红外热像仪进行实时监测，最终可以通过所拍摄的图片和所得的升温曲线来识别二者。本文针对航空行业中容易混淆的氟橡胶FX-2和FX-4为对象，在不损坏样品的前提下，用红外热像仪进行了识别。

1 实验原理及过程

从原理上讲，红外热像仪包括两部分：光学部件和探测器。光学部件使目标的红外辐射集中到探测器上，探测器对其进行补偿，并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并可以对温度值进行计算。公式（1）为红外热像仪的通用测量公式：

，？着为物体表面发射率，α为物体表面吸收率，Tobj为物体表面温度，Tatm为大气温度，Trefl为反射环境温度。设置好有关参数，红外热像仪就可以根据此测量公式，自动在计算机上显示出所测物体实时的热图像和温度值。

氟橡胶FX-2和FX-4都是低压缩永久变形氟橡胶，但它们是用不同的生胶混炼而成，所用的硫化体系也不同，相比较而言，氟橡胶FX-4的耐压缩永久变形比FX-2有所改善[7-9]。氟橡胶FX-2和FX-4的外表几乎相同，但是目前并没有简便且不易出错的方法来识别二者。提供样品的工厂建议实验时所用温度源的温度最好不超过80℃。因此，本实验利用可调温的恒温加热器AZY2020作为加热源，设置了三种不同温度来进行实验，分别为：50℃、60℃、70℃。

实验样品和现场如图1所示。把恒温加热器调到所需温度，等其升温到恒定不变的温度时，把两个样品竖直放在加热器的同一水平线上，然后把红外热像仪连接上计算机。打开FLIR/Tools软件，设置参数如下：发射率：0.75、反射温度：29.6℃、距离：0.7m，即可清晰地显示出两块氟橡胶的实时红外图像。在所显示图像上设置5个不同的高度，左边为氟橡胶FX-2，用水平线Li1、Li3、Li5、Li7、Li9代表其5个不同的高度；右边为氟橡胶FX-4，用水平线Li2、Li4、Li6、Li8、Li10代表其5个不同的高度。Li1与Li2、Li3与Li4、Li5与Li6、Li7与Li8、Li9与Li10都处在同一高度。每一条水平线，可以显示出样品在此水平线的高度上的最高温度。从加热开始，每隔30秒拍摄一张图片，每种温度的温度源下拍摄10次，最终通过比较在连续、不同的时间里所拍摄的图片，可以得出样品在不同温度下的不同升温曲线和温度差。图2（1）至图2（3）分别为加热到50℃、60℃、70℃时的红外图像。

2 结果及分析

如图3所示，加热源温度分别为50℃、60℃、70℃时，两个样品的不同高度的升温曲线。

（1）

（2）

（3）

以图3（1）为例，每条曲线上的10个点代表每次拍摄时，相应水平线上的最高温度。分析此图可以发现，在每一拍摄时刻，代表氟橡胶FX-2的5个高度的水平线上的最高温度都比相应的代表氟橡胶FX-4的5个高度的水平线上的最高温度要高，即氟橡胶FX-2的升温曲线总是高于氟橡胶FX-4的升温曲线。

由每条曲线上的10个点的温度的平均值，可以算出不同温度时，两个样品的5个相应高度之间的温度差，如表1所示。

由表1可知：同一温度时，高度越高，温度差越小；同一高度时，加热温度越高，温度差越大。综上所述：加热源的温度越高，两个样品同一高度间的温度差越大。即加热源温度越高，两个样品的升温曲线的差别越大，越容易辨认二者。所以在实际情况中，对于混料的氟橡胶，就可以在氟橡胶可以接受的温度范围内，通过热像仪拍摄它们的升温图片来识别它们。而且温度越高，区别越明显。

3 结语

对于氟橡胶混料的识别，进行了一系列的探索与实验研究后，发现：用适合的温度对样品进行加热，通过红外热像仪所拍摄的升温图片和获得的数据，可以在非接触且不损坏样品的前提下，快捷地辨认出氟橡胶FX-2与FX-4，而且此方法操作简单，成本较低。同时此方法具有较强的普遍性和实用性，可以广泛地应用于氟橡胶混料的识别，對其他的非金属材料的识别也有一定的指导意义。

【参考文献】

[1]金栋，崔小明.氟橡胶的生产改性及加工技术进展[J].有机氟工业，2009（3）：48-51.

[2]刘英姿.差示扫描量热法在汽车轮胎橡胶鉴别中的应用[J].中国人民公安大学学报，2013，36（4）：16-19.

[3]程丽华，王克俭，刘力，张立群.超声法表征天然橡胶的PVT特性[J].高分子材料科学与工程，2014，30（12）：100-102.

[4]朱枫，朱勤，林华.红外及气相/质谱在橡胶定性分析中的应用[J].橡胶工业，2000，47（7）：432-433.

[5]邱云亮.X射线“显微CT”在象牙与仿制品鉴定中的应用[J].森林公安，2015（3）：24-26.

[6]项燕，马连相.用激光导热仪测定炭黑填充橡胶的导热系数[J].合成橡胶工业，2008，31（4）：255-258.

[7]张洪雁.新的耐高温弹性体密封材料—FX-2氟橡胶[J].航空材料，1978.

[8]张洪雁，路普春，谭光志.三种硬度等级的氟橡胶——介绍FX-4、FX-5、FX-6胶料[J].航空材料，1984.

[9]边俊峰，王珍，谭光志，张洪雁.高性能系列氟橡胶[J].橡胶工业，2003，50（1）：21-23.

[责任编辑：田吉捷]