利用控制图准确测定丁二烯橡胶的凝胶含量

2017-07-10李淑萍黄世英陈婧刘俊保

当代化工 2017年7期

李淑萍　黄世英　陈婧　刘俊保

摘要：对性能稳定质量优良的国产丁二烯橡胶（BR ）9000样品，进行凝胶含量测定，根据测定结果各统计量绘制凝胶含量测定的X-R（或S）控制图。根据X图、R图和S图，可以综合判断出实验室丁二烯橡胶样品凝含量的测定结果处于良好的受控状态，实验室具有较高的系统和随机控制的能力，测定结果准确可靠。在测定丁二烯橡胶凝胶含量时，系统误差控制在±0.02%范围内，随机误差应小于0.05%，标准偏差应小于0.05。

关键词：控制图；测定；丁二烯橡胶；凝胶

中图分类号：TQ 333.2 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1491-03

Determination of Gel Content in Butadiene Rubber by Control Chart

LI Shu-ping， HUANG Shi-ying， CHEN Jing，LIUJun-bao

（PetroChina Lanzhou Petrochemical Research Center，

National Quality Supervision and Inspection Center of Synthetic Rubber， Gansu Lanzhou 730060， China）

Abstract： The gel contents of domestic butadiene rubber （BR） 9000 samples with good performance and good quality were determined， the X-R （or S） control chart of gel content determination was drawn based on determined results. The X， R and S control charts show that the determined results of gel content in butadiene rubber are in a well controlled state. The laboratory has the ability of high system and random control， and the determination result is accurate and reliable. During determination of gel content in butadiene rubber， the system error can be controlled in the range of ± 0.02%， the random error is less than 0.05%， the standard deviation is less than 0.05.

Key words： Control charts；Determination；Butadiene rubber；Gel content

丁二烯橡膠通常以1，3-丁二烯单体通过聚合制备的橡胶，美国早在1956年率先制备高顺式丁二烯橡胶，然而，1967年我国才实现丁二烯橡胶的生产。据统计合成橡胶中，丁二烯橡胶的产能和使用量次于苯乙烯-丁二烯橡胶位居第二。根据聚合工艺条件，丁二烯橡胶的聚合可分为溶聚、乳聚、本体聚合三种。丁二烯橡胶按照聚合分子排列及结构，可以分为顺式和反式聚丁二烯橡胶。通常顺式 1，4- 结构的聚丁二烯橡胶在室温下的聚集态结构属于非晶形态，其基本单元是链结相当于～C170 链段卷曲而成的圆粒，直径为 20～30 ? 。由这些链结可组成直径为 100～10 000 ?的链球，其大小具有一定的分布。由于顺式 1，4- 聚丁二烯的分子规整性好，因此在适当的低温下极易结晶。当其被冷至-30 ℃，30 min 后形成大量球晶，其直径为 40μm 左右。生长速率为0.7μm/min。丁二烯橡胶是生产高抗冲聚苯乙烯塑料的原料，由于丁二烯橡胶分子结构主要为顺式1，4结构，分子排列规整，所以弹性比天然橡胶还好。丁二烯橡胶的玻璃化转变温度Tg=-105 ℃，故它的耐低温物理性能很好，耐寒温度低于-55 ℃，弹性是通用橡胶中最好的一种[1，2]；其耐磨性能优异；丁二烯橡胶耐摩擦且生热低，滞后损失量小并具有优异的耐屈挠性能，与其他橡胶共混相容性好；同时，丁二烯橡胶所的制品具有较高的弹性、优异的耐低温性能以及损耗因子小耐磨性能优良。因此，丁二烯橡胶被广泛的用于轮胎行业、制鞋行业、胶带行业等橡胶制品行业。丁二烯橡胶的主要缺点是抗湿滑性差，撕裂强度和拉伸强度较低，冷流性大，加工性能稍差，必需和其他胶种并用。

橡胶的凝胶被称为特殊的一种分散体系，通常颗粒胶体以及高聚物的分子相互之间紧密连接，构成了一种空间网状的结构，网状结构的空隙中填充液体或气体。这种特殊结构的分散体介于固体和液体之间，从表观来看，表现为半固体状和固体状，并具有一定的弹性；但与固体又不完全一样，它网状结构的强度易于被破坏。凝胶既有在炼胶时可以破坏的松散凝胶，也有炼胶不能破坏的紧密凝胶，紧密凝胶约120 nm左右，分布在固体胶中，紧密凝胶对合成橡胶的强度，特别是未硫化胶的强度有贡献。因此，准确的测定合成橡胶的凝胶含量对橡胶加工行业有及其重要的作用。

实验室选取中国石油独山子石化公司生产的优级丁二烯橡胶（BR ）9000样品，依据SH/T 1050-2014《合成生胶凝胶含量测定》[3]，测试时将放有一定试样的过滤器悬置于甲苯溶液中，在规定的试验条件下充分溶解样品，到规定的时间后取出样品，并对样品进行洗涤，洗涤后的样品烘干盒恒重后，按照公式计算出橡胶的凝胶含量。按照相同的条件进行12个月凝胶含量的检验，统计绘制X-R（或S）控制图，考察丁二烯橡胶凝胶含量的变化，对丁二烯橡胶凝胶含量的检验质量控制将具有一定的指导作用。

1 实验部分

1.1 仪器与材料

丁二烯橡胶（BR）9000：优级品，中国石油独山子石化分公司；甲苯：分析纯，北京化学试剂公司产；过滤器：用孔径为125μm的不锈钢网制成，其体积为45 mm×45 mm×20 mm；电子天平：XS105型，最小分度0.000 1 g，瑞士梅特勒-托利多仪器公司；干燥箱： SC202，上海仪器总厂；其他玻璃仪器：干燥器、称量瓶、滴瓶、量筒等。

1.2 检验方法

按照SH/T 1050-2014测定凝胶含量。

1.3 取样和制样

按照GB/T 15340-2008[4]规定取样；从样品中多点割取试样，剪成1 m×1 m×3 m细条。

2 结果与讨论

2.1 控制图的绘制原理

控制的图的绘制，一般可根据检验对象的平均值、极差和标准偏差统计结果，可以绘制质量控制图分为图、R图和S图。

繪制控制图必须确定测量对象，并对相关参数进行测量，将样品分为12组，每月进行一次测量，每次按照相同条件重复测量3次。计算出平均值j，极差Rj或标准差Sj。控制图涉及的过程参数中心线、上限值、下限值可以通过表1公式计算，中心线的值可以通过公式（1）、（2）和（3）计算。

表1中计算控制图中心线值所涉及的系数A2、 A3 、D4 、B3[5]可以控制图用系数表中查的。

2.2 检验结果与数据统计

丁二烯橡胶凝胶含量的测定按照SH/T 1050-2014进行。每月对丁二烯橡胶样品在相同条件下由同一人员对其重复测定3次，将12次的检验结果统计计算平均值、极差和标准偏差，丁二烯橡胶凝胶含量测定结果与统计结果见表2。

由图3可知，S值曲线在控制图上、下限之内，S图处于稳定状态，说明实验室在橡胶凝胶含量的检测中具有较高的随机控制能力。