門尼粘度儀

一. 　門尼適用規范：

門尼測試是根據以下規范實施：

ASTM D1646，JIS K6300，ISO 289，GB/T 1232， DIN 53525，BS 1673

二. 　測試功能：

門尼測試可得知高分子的分子量及分子量分布、分子的聚合度，相同的分子量由于分子分布的不同也會得到不同的門尼值。通常門尼測試的適用為下述三個過程中：

a. 生膠（Unmassed）：為控制好混煉的均一性，一般生膠都要先控制好粘度值，以避免在混煉過程造成困擾，因為不同的粘度膠體的剪切應力不同造成溫升不同，混煉質量不易控制，所以在生膠時有必要對門尼值給予適度的控制或處理，例如以開練機素練幾次以降低門尼值、將不同粘度值的生膠混在一起，調整門尼值、加入適當的加工助劑改變門尼值（如油脂類或其它的加工助劑）……等，讓后段加工得以受到控制。

b. 混煉膠（Compounded .or. Massed）：混煉膠的粘度值會影響到制品的質量，如制品表面粗度，制品尺寸控制。通常混煉膠門尼值高的話由于流動性較差，制品表面可能較為不平坦，可能會較粗糙或產生氣孔。而混煉膠的門尼值無法控制在一定范圍時，會造成口型膨脹率不同，制品尺寸將無法控制。在擠出機上，膠料經擠壓經過擠出口時由于擠出口較小，膠料在這個位置將受到某種程度的壓縮，而造成分子密度較高，而不同的門尼值，由于流動性的不同，流速會不一樣，所以膠料受壓縮的程度也不同，當膠料通過擠出口后，由于壓力釋放，所以會造成口型膨脹，當然不同的擠壓程度也會造成不同的口型膨脹率，所以為得到產品尺寸的一致性，對混煉膠的門尼粘度控制是很重要的。另外門尼值對產品的離模效果也會有影響，適度的調整門尼值對改善離模效果是有幫助的，理論上如果生膠控制的好，配方不變的話，混煉膠的門尼值應該是一樣的，但是由于混煉過程有時會因人、設備、操作過程、加工劑助劑質量的變異、環境變異（如環境溫度..等）都可能會有影響，所以為了保證制品的質量及減少不良品的產生，混煉膠的測試是有其必要性，另外于新配方的開發，為了確定加工性及制品的尺寸安定性，其必要性更是不容忽視的。

c. 焦燒測試可測得焦燒時間及硫化速率，在擠出成型及注射成型的加工方式，由于在料管內要將膠料送出是以螺旋桿旋轉方式將膠料送出，而螺旋桿在轉動時對膠料分子間會有拉扯剪切的作用，膠料容易因剪切應力而產生溫度，門尼測試由于轉子也是轉動狀態，對橡膠分子也會產生明顯剪切作用，比較接進生產時的狀況，所以在早期焦燒測試這種方式會比流變儀更理想，另外正確的控制早期焦燒時間也可以避免未硫化橡膠在貯存或混煉過程中焦燒而無法使用的風險，因為太短的焦燒時間本身焦燒的風險就大，另外也有可能會因操作人員的熟練度不夠延長了操作時間造成焦燒。

d. 未加硫化劑或促進劑的混煉膠：為避免不必要的浪費，于未加硫化劑及促進劑的混煉膠進行門尼測試是有其必要性，因為當門尼值不在預期范圍內時可以再重新混煉、再添加加工助劑底其它的改善手段，這尤其在早期焦燒時間很短的混煉膠特別重要，因為可以避免門尼值不對需再處理時，混煉膠在處理過程中焦燒，造成膠料無法處理的困擾。

應力松弛測試（MLR, Mooney Stress Relaxation）：應力松弛測試目的在于更明確的分析膠料的加工特性，可解析膠料的粘彈性，更清楚的表達出加工的特性，所以膠料具有相同的門尼值，其應力松弛的測試結果不同是不奇怪的，應力松弛測試主要用于分析得到幾個膠料特性：

①. 分子質量分布（MWD, Molecular Weight Distribution）

②. 聚合度（Chain branching）：含自由基的程度，也就是指分子的聚合度。

③. 分子量（Gel content）：

通常松弛速率較快的，從轉子停止到門尼值降至設定位置的時間較短，MWD分布值較大，反之松弛速率較慢的，從轉子停到止門尼值降至設定位置的時間較長，MWD分布值較小分子質量分布值較大的，表示其彈性較大，但是相對的剪切應力也會較大。助劑、填充劑混入也會因分子質量分布不同而使得混入難易度不同因而造成混煉均勻程度的不同，混煉時間也會不同。

三. 測試方法：

門尼粘度儀（Mooney Viscometer）測試方法：

門尼測試的方法為在密閉的模腔內有一支轉子（Rotor），測試溫度為100℃、125℃及135℃（此溫度用于焦燒（Scorch）測試），測試時先將溫度達到設定值，再以橡膠試片將轉子包覆于模腔正中位置（如圖1.示），以每分鐘2轉（2 rpm，0.21rad/s ±0.02 rpm）的速度轉動轉子，量測其扭力的變化，以其值定義為門尼粘度值             

門尼值的定義為100M(粘度值單位)等于73.5lb-in或8.3N-m，校正時也以100M為校正點，校正精度值為±0.5M。

試片分為上下兩片，總體積為25±3cm³，其中下面一片中間需打孔，孔的大小視轉子中心軸直徑大小而定，以方便轉子插入，試片要確保體積維持在許可的范圍內，須知不足的試樣無法充滿模腔，無法測得正確數據，試樣太大會造成合模的困難。

因為未硫化橡膠于測試后容易沾粘于模腔或轉子上，所以測試時可以高密度PE或玻璃紙放在轉子及模腔上（圖2.示），隔膜的厚度不得超過0.04mm（0.0015in），以免影響測試結果，有些操作者只放film A，有些操作者同時放film A及film B，這是因為轉子比較容易清潔，另外是可更精確的量測到膠料的門尼值，因為量測到的是膠料，中間沒有摻雜了薄膜紙在其中，但是不管如何，對同樣的膠進行測試時所用的方式要一致，以避免對比誤差的造成。

模腔內部花紋目前有二種，這兩種方式目前都有人使用，一種為格子狀（Serrated）一種為放射狀（Radial Grooved）（如圖3.示），格子狀日系設備用的比較多，但其它國家則是放射狀用的較多，一般而言花紋會影響扭力，由于模子結構也可能會有不同，模腔溫度也會有些許不同，對測試結果也會有所影響，所以要比對數據時也要注意到所使用的花紋的型式。

門尼粘度試驗機可做以下的測試：

1. 門尼粘度測試（Mooney test）：

門尼粘度測試有幾種型式分別為：

a. 小轉子：用于粘度值很高的生膠或混練膠，測試時間為預熱1分鍾，測試4或8分鐘（此時間根據測試膠種不同而不同），測試溫度為100℃或125℃，測試時間及溫度可以參考規范對各種不同膠料的試驗方法規定

b. 大轉子：用于一般的生膠或混練膠，測試時間為預熱1分鍾，測試4或8分鐘（此時間根據測試膠料不同而不同），測試溫度為100℃或125℃，測試時間及溫度可以參考規范對各種不同膠料的試驗方法規定

c. 在某些情況下可能會有些非標準的試驗方法，那可能是使用者自定的測試方法。

【注】：大小轉子的選擇是以門尼值的大小決定，門尼值很高的話建議用小轉子，避免超過機器的最高負荷，反之則用大轉子，使門尼值高一點，感度高一點，一般都是使用大轉子，除非是門尼值很高的情況才會使用小轉子。

2. 焦燒測試（Scorch test）：

焦燒測試一樣分二種型式試分別為：

a. 小轉子：用于粘度值很高的混練膠，測試溫度一般規范為135℃（或可由使用者依工廠加工特性另定），一樣是預熱1分鐘，測試至設定門尼值時自動停止，一般測試結果為T3、T18、△Ts（T18-T3）、SR。

b. 大轉子：用于一般的混練膠，測試溫度一般規范為135℃（或可由使用者依工廠加工特性另定），一樣是預熱1分鐘，測試至設定門尼值時自動停止，一般測試結果為T5、T35、△Tl（T35-T5）、SR。

3. 應力松弛試驗（Mooney relaxation test）：

應力松弛是指在固定形變下，應力隨時間衰減的值，在門尼粘度儀上的測試方法為于測試完成后立刻停止馬達，將轉子停住（剎車時間需小于0.1秒）使其形變量不再改變，門尼值會因松弛效應，應力會慢慢降低，逐漸回復至設定的門尼值或時間后停止測試，記錄門尼值隨時間的變化狀況，透過對數坐標方式呈現，使圖形的可讀性更高，然后計算其k值、a值、A值及r值。

目前市場上有些產品因為剎車時間錯誤而造成應力松弛試驗結果數據的錯誤，常造成用戶判斷上的困擾

四. 測試結果：

1. 門尼測試：

a. ML1+4：最后30秒ZD門尼值，也就是所謂的門尼值，通常會有：

① ML1+4：L表大轉子，1+4表預熱1分鐘，測試4分鐘。

② ML1+8：L表大轉子，1+8表預熱1分鐘，測試8分鐘。

③ MS1+4：S表小轉子，1+4表預熱1分鐘，測試4分鐘。

④ MS1+8：S表小轉子，1+8表預熱1分鐘，測試8分鐘。

當然也有可能是其它使用者自行定的時間的測試結果，雖然不是標準的測試方法，但可能是為了某種特殊需求所設定的測試條件，此結果也是被許可的。

b. MS（或MI）：初始的門尼值，馬達開始轉動時的最大門尼值，表示膠料投入后初始的最高門尼值。

c. MF：馬達停止轉動時的門尼值，早期是以這個值為門尼值，現在標準（規范）門尼值修正為最后30秒ZD門尼值，此值只是和舊標準的數據做比對用。 

【注】：標準對于各種不同的膠都有標準的測試時間及溫度，測試時請參照所依照的標準來決定。

2. 焦燒測試：

a. MS：初始的門尼值，馬達開始轉動時的最大門尼值，表示膠料投入后初始的最高門尼值。

b. MF：馬達停止轉動時的門尼值

c. T3 或T5：第一個早期硫化時間點，大轉子通常為T5，小轉子通常為T3，其定義為ZD門尼值加5個單位（或3個單位）（ML+5 .or. ML+3）值時所對應的時間。

d. T18 或T35：第二個早期硫化時間點，大轉子通常為T35，小轉子通常為T18，其定義為ZD門尼值加35個單位（或18個單位）（ML+35 .or. ML+18）值時所對應的時間。

e. △T：硫化指數，為第二硫化時間減去第一硫化時間，其值愈小表硫化愈快。

△T=T35-T5 .or. T18-t3。

f. ML：ZD門尼值，此值表膠料流動性最好時的門尼值，其值和門尼測試結果所得到的門尼值是成正比的，因此由此值預測門尼值是可行的。　

3. 應力松弛測試：

a. k：轉子停止轉動后斜率曲線延伸至第1秒時的門尼值。

b. a：應力松弛曲線斜率值

c. A：應力松弛面積（應力松弛時間的累積轉矩）。 

五. 測試時需注意事項：

1. 由于未硫化橡膠容易沾黏，需隨時注意轉子及模具保持干凈，當轉子或模腔表面有污染時，需注意不可用太硬的金屬去刮模腔及轉子表面，以免受損，可用銅刷、離型膠或置入可硫化的混練膠，然后將膠料加溫硫化將污染物粘掉。

2. 切勿為清模容易，而使用噴式離型劑（如硅油…等），以免影響溫度的穩定，如果一定要使用，使用后需等溫度穩定后再測試。

3. 測試時需注意溫度是否穩定。

4. 由于有二支轉子（大、小轉子），及轉子可取出，所以當更換轉子或轉子置放于機器外部時間較長時，于測試前需置入模內預熱，以免影響測試結果。

5. 當轉子花紋模糊時需予更換，以免影響測試結果。

6. 由于模腔較大，需有足夠的樣品可以充滿模腔。

7. 合模力需大于11.5kN，所以要注意壓縮空氣的供應是否足夠。

8. 密封圈需定期更新（沒損壞也建議更換），以確保膠料不滲入，及不影響測試結果，當密封圈損壞時則需即刻更新。

9. 轉子高度需調整于適當高度位置，即于正中間位置。

10. 設備需要定期校正，且需要定期的校驗，以確保測試結果的正確性。

11. 待測試樣需保存于標準規定環境中。

12. 剛混練出來，甚至還有高于常溫的溫度的混練膠不可直接測試。

13. 當試片太薄時可堆棧幾塊，直至達到要求厚度止。

14. 不同的模腔表面花紋會影響測試結果，故在做比對時需確定模腔表面花紋是否相同