В безроторных реометрах поведение резиновой смеси в процессе вулканизации оценивается в колеблющейся полуформе. Крутящий момент, передаваемый через образец, измеряют датчиками в другой полуформе, а непосредственное использование нагретых полуформ сокращает продолжительность испытания. Другими преимуществами безроторных моделей являются: меньшие потери тепла в камере из-за отсутствия необогреваемого ротора; более узкое температурное поле в образце; сокращение продолжительности прогрева до заданной температуры благодаря использованию образцов меньшего-объема. Кроме того, некоторые современные модели безроторных реометров позволяют записывать, помимо интегральной кривой кинетики вулканизации, дифференциальную кривую, а также кривую тангенса угла механических потерь.

В ряду безроторных приборов можно выделить: Автоматический реометр MDR-100 фирмы "Монсанто" для изучения кинетики вулканизации резиновых смесей, используется в резиновой промышленности с 1971 г. Испытательная камера прибора состоит из двух параллельных полуформ в виде кольцевых цилиндров с нагревателями, обеспечивающих однородный сдвиг в образце. Кольцевые цилиндры верхней полуформы, на которой установлен датчик крутящего момента, входят в зазор, образованный цилиндрами нижней полуформы, колеблющейся с различной частотой и под различными углами. Прибор MDR-100 чувствителен к изменению состава смеси и оснащен датчиком давления, позволяющим измерять влияние порообразующих ингредиентов в губчатых резинах при их вулканизации. Его более высокая производительность по сравнению с роторным реометром обусловлена наличием специальной герметизирующей системы, благодаря которой образец постоянно находится под давлением, автоматической загрузкой и выгрузкой образца, системой обнаружения неполадок в машине.

Новой разработкой фирмы "Монсанто" стал прибор MDR-200, в котором испытуемый объект имеет меньший объем, используется более совершенная терморегулирующая системой и нагреватели, что способствует более стабильному поддержанию температуры испытаний. Наличие микропроцессора позволяет с повышенной разрешающей способностью определять крутящий момент, а также дополнительные показатели резиновых смесей в любой точке реограммы, повышая тем самым информативность прибора.

Кон-реометр фирмы "Монсанто предназначен для определения вулканизационных характеристик и изменения давления в испытательной камере. Важная особенность прибора - возможность испытания не только традиционных резиновых, но и губчатых смесей, маловязких, жидких термореактивных и гранулированных полимеров. Конструктивно неподвижная часть основного рабочего узла выполнена в виде конусного выпуклого элемента.

Кюрометрмодели VIIфирмы "Уоллес" (Великобритания) определяет кинетику вулканизации резиновых смесей в изотермических условиях. Образец помещают между плитами, одна из которых смещается на определенный угол. Преимущество такой конструкции заключается в отсутствии пористости в образце, поскольку он находится под давлением, а также возможности использования образцов меньшего размера, что сокращает время прогрева.

Геометрический механический спектрометр типа RMS-605 фирмы "Реометрик" (США) используется для оценки и контроля вязкоупругих свойств резиновых смесей и их изменений в процессе вулканизации. Образец испытуемого материала помещается между двумя параллельными полуформами (верхней и нижней) с эксцентрично расположенными дисками (оси дисков смещены на некоторое расстояние), которые вращаются в одном направлении с одинаковой скоростью. При этом образец испытывает синусоидальное колебание; измеряя силы, действующие вдоль трех основных осей, можно рассчитать действительную и мнимую компоненты модуля упругости при сдвиге и определить эффекты нормального напряжения. Измерения на приборе могут проводиться в широком диапазоне амплитуд деформации, частот и температур на образцах малых размеров. Оператору требуется несколько минут для загрузки образца и задания условий испытаний, далее процесс полностью автоматизирован.

Особое место занимает эластограф Геттферта, предназначенный для определения вулканизационных характеристик резиновых смесей и ячеистых материалов. Прибор наряду с реометрическои кривой регистрирует и скорость структурирования резиновой смеси, полезную при изучении различных вулканизующих систем. Так, в отличие от реометрическои кривой, не отражающей действие различных вулканизующих систем, на кривой скорости структурирования появляются два максимума, четко выявляющие действие вулканизующей системы. Кроме того, эластограф имеет следующие преимущества:о однородный профиль температур по всей камере и чрезвычайно высокая мощность нагревателя, дающая возможность достичь стационарных условий менее чем за 20 с;
Эластограф комплектуется компьютером для оценки данных о процессе вулканизации. После окончания испытания печатаются величины минимального и максимального крутящих моментов, времени начала Ti0 и оптимальной Т90 вулканизации, максимальной скорости вулканизации Vmax, статистическая оценка данных. Дополнительно для каждого параметра испытания могут храниться нормы контроля с минимальным и максимальным значениями. Компьютер регистрирует любое отклонение температуры от заданных пределов её измерения; автоматически даёт предупреждающий сигнал, и прибор прекращает работу.

Эластограф обычно используют в комплекте с реовулкаметром для определения характеристик смесей в процессе литья под давлением и для контроля их качества.

Кюрэластометр фирмы "Japan Synthetic Rubber Company" (Япония) предназначен для определения кинетики вулканизации резиновых смесей, а также модуля упругости и тангенса угла механических потерь. Испытательная камера прибора состоит из четырех полуформ; нижняя полуформа колеблется с частотой 100 циклов в минуту и имеет диаметр несколько меньше, чем верхняя. Поэтому при колебании нижней полуформы распределение напряжения в образце неравномерно и уменьшается в направлении от периферии к центру образца. При заполнении камеры избыток смеси вытекает в полость нижней неподвижной полуформы. Образец можно нагревать от комнатной температуры до 199,9 °С, датчик крутящего момента опреде­ляет тангенциальную силу, передаваемую через образец на поверхность верхней полуформы.Омским СКБ "Нефтехимавтоматика" разработаны [8J безроторные вибрационные реометры РВС и РВМ, предназначенные как для оперативного, так и для лабораторного контроля пластоэластиче-ских и вулканизационных характеристик приготовления резиновых смесей и соответствующие стандарту ISO 6502-83.

Новый безроторный реометр [9] позволяет осуществлять автоматический контроль реакции вулканизации путем измерения энергии активации процесса.

Реологическое поведение резиновых смесей, изученное [10] на приборе Rheomat 30, описывается кривой с начальным участком, характеризующим резкое увеличение вязкости и далее переходящим в область ее постоянного значения, и второй ступенью нарастания вязкости, что связано с увеличением молекулярной массы каучука и появлением гель-фракции. Начиная со второго, горизонтального участка реокинетической кривой наблюдается корреляция полученных данных с результатами исследования на реовулкаметре Монсанто 100.

Реометр с контролируемым напряжением сдвига в колебательном режиме типа CSL500 фирмы "Карри-Мед" с рабочим узлом типа "конус-плоскость" рекомендован [11] для изучения растворов полимеров, обладающих сеткой. Исследования проводят при 25 °С в режиме установившегося течения. Ассоциированные полимеры в растворе легко разрушаются иод действием постоянного напряжения сдвига, но при действии малых осциллирующих напряжений удается определить времена релаксации для ассоциированного полимера, которые на 4 порядка выше, чем при установившемся течении.

МС ISO 3417. Резиновая смесь. Измерение вулканизационных характеристик на кюрометре с колеблющимся диском.

МС ISO 6502. Резиновая смесь. Определение вулканизационных характеристик с помощью безроторных кюрометров.

В нашей стране стандартизован соответствующий МС ISO 3417 метод определения вулканизационных характеристик на вулка-метре по ГОСТ 12535-84. Отечественный стандарт на метод определения вулканизационных характеристик резиновых смесей на безроторном виброреометре отсутствует.

В результате изучения вулканизационных характеристик с помощью вулкаметров можно сделать выводы только относительно общей кинетики процесса вулканизации. Однако на основе этих характеристик невозможен прямой расчёт времени т90, необходимого для достижения 90% степени вулканизации резины в изделии. Соотношение между временами достижения 90% и степенью вулканизации определяется либо с помощью вулкаметра, либо по величине остаточного сжатия на прессованных (или литых под давлением) кольцах круглого сечения диаметром профиля 5 мм.

Подход к определению необходимой продолжительности вулканизации зависит от применяемой технологии и соответствующего количества переменных параметров, а также от имеющихся опытных данных о резиновой смеси и изделии [12J. Если такие данные отсутствуют, как, например, при новой разработке, необходимо определить с помощью математико-статистического планирования эксперимента влияние параметров и произвести оптимизацию. Но в любом случае осуществляется ступенчатая вулканизация, чтобы определить время достижения 90% степени вулканизации. Важен выбор пределов продолжительности вулканизации, которая затем приближенно разбивается на ступени.

С помощью номограмм, рассчитанных по приведенному уравнению, можно определить для каждой температуры и толщины стенки пресс-формы требуемое время вулканизации изделия. Из-за различия теплопроводности и теплоёмкости различных резиновых смесей необходимо эмпирически получить подобную номограмму для каждой рецептуры.Минимальная продолжительность процесса сшивания до достижения оптимальной густоты пространственной сетки, определяемая различными способами, в значительной мере отличается от времени практического проведения технологического процесса вулканизации. Чем массивнее изделие, тем больше разница между технологическим и, к примеру, реометрическим оптимумами вулканизации, и эта разница достигает 5-6-кратной величины реометрического оптимума вулканизации. Предварительный вывод об изменении свойств вулканизованных резин чаще всего делается по наличию или отсутствию реверсии на реометрических кривых; на его основе и вносятся соответствующие изменения в рецептуру. Между тем сегодняшние пред­ставления об эластомерах позволяют рассматривать вулканизацию как сложный физико-химический процесс, включающий целую гамму структурных превращений, происходящих в эластомерах при высокотемпературном воздействии. При этом протекающие химические и физические процессы оказывают взаимное влияние, а завершающая стадия формирования сетки поперечных химических связей достаточно стабильно фиксирует возникшее состояние.

Сегодня можно более или менее уверенно регулировать и продолжительность индукционного периода, и общую продолжительность процесса сшивания, и в значительной степени регулировать характер реверсии [13].