一种橡胶支座胶种成分的快速识别方法与流程

1.本发明涉及橡胶材料检测技术领域，尤其涉及一种橡胶支座胶种成分的快速识别方法。


背景技术：

2.《公路桥梁板式橡胶支座》(jt/t4-2019)规定，“支座最小含胶量不应低于橡胶质量的55％，不得使用任何再生胶或粉碎的硫化橡胶，”《公路桥梁盆式支座》(jt/t391-2019)规定，“常温型支座橡胶板采用氯丁橡胶或天然橡胶，耐寒型支座橡胶板采用天然橡胶或三元乙丙橡胶，以上各种胶料均不应采用再生橡胶和硫化废弃物，其最小含胶量不应低于重量的55％”，但氯丁橡胶、天然橡胶价格较高，部分支座厂家为获取更高利润，添加再生胶或者粉碎的硫化橡胶等劣质橡胶，从而导致支座各项性能衰减过快，支座过早地出现病害，为保证胶料质量，上述两个行业规范对支座胶料提出了物理力学性能提出了要求，并且为防止掺入其他种类橡胶，规定了耐臭氧老化和热空气老化试验检测，但这两个试验检测周期长，一般橡胶支座送检后，需要一周左右的时间才出结果，因此，无法快速判别胶种情况。
3.因此，有必要提供一种橡胶支座胶种成分的快速识别方法以解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种具有检测效率高，准确性好，从制样到输出结果周期较短的橡胶支座胶种成分的快速识别方法。
5.本发明提供的橡胶支座胶种成分的快速识别方法包括以下步骤：
6.s1、仪器准备，首先将试验所用仪器进行挑选，同时采用反射分析法进行识别；
7.s2、特征峰的确定与标准图谱制备，将橡胶支座主要胶种的特征峰进行确认，且检查材料的共有特征峰，同时对标准样品进行红外测试，得到标准图谱；
8.s3、参数设置，对扫描波数范围以及扫描精度进行设置；
9.s4、待测样品制备，从橡胶支座上割取橡胶样品，选取各项性能指标检测合格的橡胶支座，从支座表面、侧面及底面各取一块样品；
10.s5、样品测试，针对处理过后的样品，用红外光谱仪进行测试，并得出测试数据。
11.为了达到方便通过红外光谱仪进行分析的效果，所述步骤s1中所采用的仪器设置为红外光谱仪，所述反射分析法可直接用于生胶、未硫化胶和硫化成品橡胶的分析。
12.为了达到方便进行测定的效果，所述步骤s1中所使用的材料设置为金刚石、硒化锌、锗和硅等，其中，所述锗适用的ph范围更宽，且折射率最高，适合于测定强吸收和折射率高的样品，如橡胶产品。
13.为了达到方便对特征峰进行确定的效果，所述步骤s2中橡胶支座的主要胶种包括氯丁橡胶与天然橡胶，同时，检测对比时可针对某个橡胶样品，若其红外光谱图含有与橡胶支座中特定的特征峰，则可说明橡胶支座含有该类橡胶。
14.为了达到方便通过共有特征峰进行判定的效果，所述步骤s2中检查材料的共有特
征峰包括用氯丁橡胶或天然橡胶的生胶，制备混炼胶及成品胶，对生胶、混炼胶以及成品胶进行红外光谱测试，检索三者图谱中共有特征峰，根据样品图谱中是否含有三者的共有特征峰来判定样品是否含有氯丁橡胶或天然橡胶。
15.为了达到方便通过标准图谱进行判定的效果，所述步骤s2中标准样品进行红外测试包括按照配方制备已知胶种及掺量的室内标准样品，对标准样品进行红外测试，得到标准图谱，再将待测样品的图谱进行相似度比对，若相似度大于98％，则表明该样品的胶种与标准样品一致。
16.为了达到方便对参数进行设置的效果，所述步骤s3中，扫描波数范围设置在4000cm
－1
～600cm
－1
，扫描精度设置在1cm
－1
～4cm
－1
，扫描次数设置为24～40次。
17.为了达到方便对样品进行制备和检测的效果，所述步骤s4中，可采用带锯齿的工具刀从橡胶支座上割取橡胶样品，其中样品可以切割成厚度5mm左右，宽度10mm左右的薄片。
18.为了达到方便进行样品测试的效果，所述步骤s4中，在测试前，采用无水乙醇对样品表面以及反射晶体进行清洗，并在测试前，应确保样品表面干燥，可扇动样品的方式加快乙醇挥发。
19.为了达到快速识别的效果，所述步骤s5中针对处理过后的样品，用红外光谱仪各测试三次，并以三次图谱的平均值与标准图谱进行相似度比对，若相似度阈值大于98％，则判定样品胶种与标准样品相同；若相似度低于98％，则判定样品的生产配方或者橡胶胶种发生了重大变化，同时可按分波段的方式进行比对。
20.与相关技术相比较，本发明提供的橡胶支座胶种成分的快速识别方法具有如下有益效果：
21.本发明通过根据物质红外光谱图中的特征吸收峰位置、数目、相对强度和形状等参数，从特定特征峰、共有特征峰以及标准样品比对相似度三个方向来快速推断出物质的组成，具有检测效率高，准确性好的优点，从制样到输出结果周期较短，同时相对于现有检测方法，本发明可通过三种检测方法进行同时测试对比，也可分开使用不同方法进行检测，另外采用限定波段的范围进行检测，提高了检测的效率和准确度，本发明将极大推动橡胶支座胶种快速检测技术的应用推广，实现对橡胶支座质量的快速、精确的监控与管理，对于提高桥梁建设质量具有极为重要的现实意义，解决了现有的试验检测周期长，一般橡胶支座送检后，需要一周左右的时间才出结果，无法快速判别胶种情况的问题；
附图说明
22.图1为本发明提供的橡胶支座胶种成分的快速识别方法的一种实施例的方法流程图；
23.图2为本发明提供的氯丁橡胶红外光谱图；
24.图3为本发明提供的生胶、混炼胶和成品胶共有特征峰情况图；
25.图4为本发明提供的样品图谱中共有特征峰情况图；
26.图5为本发明提供的氯丁橡胶样品与标准图谱比对结果图；
27.图6为本发明提供的不同扫描次数下氯丁橡胶图谱对比图；
28.图7为本发明提供的全波段对比图；
29.图8为本发明提供的分区间对比图；
具体实施方式
30.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
31.请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，其中，图1为本发明提供的橡胶支座胶种成分的快速识别方法的一种实施例的方法流程图；图2为本发明提供的氯丁橡胶红外光谱图；图3为本发明提供的生胶、混炼胶和成品胶共有特征峰情况图；图4为本发明提供的样品图谱中共有特征峰情况图；图5为本发明提供的氯丁橡胶样品与标准图谱比对结果图；图6为本发明提供的不同扫描次数下氯丁橡胶图谱对比图；图7为本发明提供的全波段对比图；图8为本发明提供的分区间对比图。橡胶支座胶种成分的快速识别方法包括以下步骤：
32.s1、仪器准备，首先将试验所用仪器进行挑选，同时采用反射分析法进行识别；
33.s2、特征峰的确定与标准图谱制备，将橡胶支座主要胶种的特征峰进行确认，且检查材料的共有特征峰，同时对标准样品进行红外测试，得到标准图谱；
34.s3、参数设置，对扫描波数范围以及扫描精度进行设置；
35.s4、待测样品制备，从橡胶支座上割取橡胶样品，选取各项性能指标检测合格的橡胶支座，从支座表面、侧面及底面各取一块样品；
36.s5、样品测试，针对处理过后的样品，用红外光谱仪进行测试，并得出测试数据。
37.实施例一
38.在具体实施过程中，如图1所示，步骤s1中所采用的仪器设置为红外光谱仪，反射分析法可直接用于生胶、未硫化胶和硫化成品橡胶的分析。
39.步骤s1中所使用的材料设置为金刚石、硒化锌、锗和硅等，其中，锗适用的ph范围更宽，且折射率最高，适合于测定强吸收和折射率高的样品，如橡胶产品。
40.需要说明的是：本发明采用反射分析法(atr)进行检测，反射分析法(atr)可直接用于生胶、未硫化胶和硫化成品橡胶的分析，过程更为简便快捷，其中，锗(ge)适用的ph范围更宽，在所有的晶体材料中，ge折射率最高，穿透深度可达1μm以上，适合于测定强吸收和折射率高的样品。
41.参考图1所示，步骤s2中橡胶支座的主要胶种包括氯丁橡胶与天然橡胶，同时，检测对比时可针对某个橡胶样品，若其红外光谱图含有与橡胶支座中特定的特征峰，则可说明橡胶支座含有该类橡胶。
42.步骤s2中检查材料的共有特征峰包括用氯丁橡胶或天然橡胶的生胶，制备混炼胶及成品胶，对生胶、混炼胶以及成品胶进行红外光谱测试，检索三者图谱中共有特征峰，根据样品图谱中是否含有三者的共有特征峰来判定样品是否含有氯丁橡胶或天然橡胶。
43.步骤s2中标准样品进行红外测试包括按照配方制备已知胶种及掺量的室内标准样品，对标准样品进行红外测试，得到标准图谱，再将待测样品的图谱进行相似度比对，若相似度大于98％，则表明该样品的胶种与标准样品一致。
44.需要说明的是：典型特征峰，橡胶支座主要胶种包括氯丁橡胶与天然橡胶，针对某个橡胶样品，若其红外光谱图含有与橡胶支座主要胶种中特定的特征峰，则可说明橡胶支座含有该类橡胶；共有特征峰，在用氯丁橡胶或天然橡胶的生胶，制备混炼胶及成品胶(不
加碳黑等助剂，只加必要的硫化剂)，对生胶、混炼胶以及成品胶进行红外光谱测试，检索三者图谱中共有特征峰，根据样品图谱中是否含有三者的共有特征峰来判定样品是否含有氯丁橡胶或天然橡胶；室内标准样品比对，由于每个橡胶支座厂家的橡胶配方及生产工艺相对固定，因此，可按照配方制备已知胶种及掺量的室内标准样品，对标准样品进行红外测试，得到标准图谱，再将待测样品的图谱进行相似度比对，若相似度大于98％，则表明该样品的胶种与标准样品一致。
45.参考图1所示，步骤s3中，扫描波数范围设置在4000cm
－1
～600cm
－1
，扫描精度设置在1cm
－1
～4cm
－1
，扫描次数设置为24～40次。
46.需要说明的是：扫描波数范围设置在4000cm
－1
～600cm
－1
，扫描精度设置在1cm
－1
～4cm
－1
，扫描次数设置为24～40次，其中，扫描次数越多，可有效提高信噪比，使得图像越平滑，但随着扫描次数的增加，每次测试耗时较长，一般可根据需要设置为24次、32次或40次。
47.参考图1所示，步骤s4中，可采用带锯齿的工具刀从橡胶支座上割取橡胶样品，其中样品可以切割成厚度5mm左右，宽度10mm左右的薄片。
48.步骤s4中，在测试前，采用无水乙醇对样品表面以及反射晶体进行清洗，并在测试前，应确保样品表面干燥，可采用扇动样品的方式加快乙醇挥发。
49.需要说明的是：由于成品橡胶支座硬度较大，可采用带锯齿的工具刀从橡胶支座上割取橡胶样品，选取各项性能指标检测合格的橡胶支座，从支座表面、侧面及底面各取1块样品，样品可以切割成厚度5mm左右，宽度10mm左右的薄片，在测试前，用无水乙醇对样品表面以及反射晶体进行清洗，测试前，应确保样品表面干燥，可扇动样品的方式加快乙醇挥发，注意不得用嘴吹气，以免水汽对试验造成影响。
50.参考图1所示，步骤s5中针对处理过后的样品，用红外光谱仪各测试三次，并以三次图谱的平均值与标准图谱进行相似度比对，若相似度阈值大于98％，则判定样品胶种与标准样品相同；若相似度低于98％，则判定样品的生产配方或者橡胶胶种发生了重大变化，同时可按分波段的方式进行比对。
51.需要说明的是：针对处理过后的样品，用红外光谱仪各测试3次，并以3次图谱的平均值与标准图谱进行相似度比对，若相似度阈值大于98％，则判定样品胶种与标准样品相同；若相似度低于98％，则判定样品的生产配方或者橡胶胶种发生了重大变化，从而快速鉴别出质量存疑的支座，此外，为提高比对精确度，可按分波段的方式进行比对，例如，某类橡胶的红外光谱特征峰位置分别为1600cm
－1
、1450cm
－1
、820cm
－1
和700cm
－1
，可选取[2000cm
－1
，600cm
－1
]的区间进行比对。
[0052]
实施例二
[0053]
本发明具体案例中，检测设备采用德国布鲁克alphaii检测仪，atr附件采用锗(ge)晶体。
[0054]
以某厂氯丁橡胶为例，进行红外光谱检测，图谱如附图2所示；
[0055]
本案例分别从特定特征峰、共有特征峰以及标准样品比对相似度三个方向来实现胶种的快速识别：
[0056]
①
特定特征峰；用反射分析法(atr)进行测试时，氯丁橡胶特征峰位于1658cm
－1
、1430cm
－1
、1119cm
－1
、823cm
－1
、668cm
－1
五个波数附近，其中，823cm
－1
为c－cl键的特征峰，从检索结果可以看出，图谱含有所有的特征峰，说明该橡胶支座中含有氯丁橡胶；
[0057]
②
共有特征峰；制备未加助剂的氯丁混炼胶以及未加其他助剂的氯丁成品胶，并对氯丁生胶、氯丁混炼胶以及氯丁成品胶进行红外光谱测试，从附图3中可以看出，在特征峰区域2000cm
－1
～600cm
－1
三者共有特征峰为1658cm
－1
、1430cm
－1
、1304cm
－1
、1120cm
－1
、1016cm
－1
和825cm
－1
，从样品检测来看，样品检测图谱中也有1658cm
－1
、1430cm
－1
、1304cm
－1
、1120cm
－1
、1016cm
－1
和825cm
－1
说明样品为氯丁橡胶支座，如附图4所示。
[0058]
③
标准样品比对相似度；按照厂家的生产配方，制备室内标准样品，氯丁橡胶用量在60％，对标准样品进行红外测试，得到标准图谱，再将待测样品的图谱进行相似度比对，比对结果如附图4所示，相似度为99.33％，大于98％，则表明该样品的胶种与标准样品，并且可知，样品中的氯丁橡胶掺量约为60％。
[0059]
实施例三(不同扫描次数)
[0060]
按照不同的扫描次数对氯丁橡胶进行扫描，扫描次数分别设置为1次、8次、16次、24次、32次、40次、48次及56次8种条件，扫描精度为4cm
－1
，每个样品在用酒精清洁并风干后进行扫描测试6次，扫描次数越高，所耗费的时间越长，具体见下表。
[0061]
表1不同扫描次数所耗费的时间(单位：s)
[0062][0063]
但扫描次数低时，图谱容易受噪声影响，根据附图6，可以明显看出，当扫描次数为一次时，噪声最为明显，随着扫描次数的增加，信号越来越强，曲线越来越平滑，扫描次数设置为24次以上时，曲线基本能够满足检测要求，考虑到检测耗时，选择24～40次的扫描次数最为合理。
[0064]
实施例四
[0065]
以上述某厂氯丁橡胶检测平均值为标准图谱，用第二个厂家的氯丁橡胶为样品进行对比检测，按照扫描范围4000cm
－1
～600cm
－1
进行全波段对比，相似度平均值为79.71％，若以氯丁橡胶特征峰为中心划分成[1708，1608]、[1480，1380]、[1169，1069]、[873，773]和[718，618]五个区间进行比对，则相似度有明显的下降，平均值为74.88％，即提高了不同橡胶之间比对的精确程度，部分相似度对比结果见附图7和附图8所示。
[0066]
表2不同区间相似度对比情况
[0067]
对比方式样品1样品2样品3平均值全波段79.4678.6481.0379.71分波段74.6073.6276.4374.88
[0068]
实施例五
[0069]
采用两个厂家的氯丁橡胶作为标准样品，以天然橡胶为检测样品，分别进行分波段区间的红外光谱比对，结果见表3所示，可以看出，不同种类橡胶之间的图谱相似度低，相似度平均值分别只有76.77％和78.36％，因此，针对不同种类的橡胶，利用红外光谱可实现橡胶胶种的快速识别。
[0070]
表3不同种类橡胶的图谱相似度对比(单位：％)
[0071]
天然橡胶产家样品1样品2样品3平均值厂一76.9176.8476.5676.77厂二76.1379.8879.0878.36
[0072]
本发明提供的橡胶支座胶种成分的快速识别方法的工作原理如下：
[0073]
通过采用反射分析法(atr)进行检测，反射分析法(atr)可直接用于生胶、未硫化胶和硫化成品橡胶的分析，过程更为简便快捷，其中，锗(ge)适用的ph范围更宽，在所有的晶体材料中，ge折射率最高，穿透深度可达1μm以上，适合于测定强吸收和折射率高的样品，再通过典型特征峰，橡胶支座主要胶种包括氯丁橡胶与天然橡胶，针对某个橡胶样品，若其红外光谱图含有与橡胶支座主要胶种中特定的特征峰，则可说明橡胶支座含有该类橡胶；共有特征峰，在用氯丁橡胶或天然橡胶的生胶，制备混炼胶及成品胶(不加碳黑等助剂，只加必要的硫化剂)，对生胶、混炼胶以及成品胶进行红外光谱测试，检索三者图谱中共有特征峰，根据样品图谱中是否含有三者的共有特征峰来判定样品是否含有氯丁橡胶或天然橡胶；室内标准样品比对，由于每个橡胶支座厂家的橡胶配方及生产工艺相对固定，因此，可按照配方制备已知胶种及掺量的室内标准样品，对标准样品进行红外测试，得到标准图谱，再将待测样品的图谱进行相似度比对，若相似度大于98％，则表明该样品的胶种与标准样品一致，由于成品橡胶支座硬度较大，可采用带锯齿的工具刀从橡胶支座上割取橡胶样品，选取各项性能指标检测合格的橡胶支座，从支座表面、侧面及底面各取1块样品，样品可以切割成厚度5mm左右，宽度10mm左右的薄片，在测试前，用无水乙醇对样品表面以及反射晶体进行清洗，测试前，应确保样品表面干燥，可扇动样品的方式加快乙醇挥发，注意不得用嘴吹气，以免水汽对试验造成影响，针对处理过后的样品，用红外光谱仪各测试3次，并以3次图谱的平均值与标准图谱进行相似度比对，若相似度阈值大于98％，则判定样品胶种与标准样品相同；若相似度低于98％，则判定样品的生产配方或者橡胶胶种发生了重大变化，从而快速鉴别出质量存疑的支座，此外，为提高比对精确度，可按分波段的方式进行比对，例如，某类橡胶的红外光谱特征峰位置分别为1600cm
－1
、1450cm
－1
、820cm
－1
和700cm
－1
，可选取[2000cm
－1
，600cm
－1
]的区间进行比对；根据物质红外光谱图中的特征吸收峰位置、数目、相对强度和形状等参数，从特定特征峰、共有特征峰以及标准样品比对相似度三个方向来快速推断出物质的组成，具有检测效率高，准确性好的优点，从制样到输出结果周期较短，同时相对于现有检测方法，本发明可通过三种检测方法进行同时测试对比，也可分开使用不同方法进行检测，另外采用限定波段的范围进行检测，提高了检测的效率和准确度，本发明将极大推动橡胶支座胶种快速检测技术的应用推广，实现对橡胶支座质量的快速、精确的监控与管理，对于提高桥梁建设质量具有极为重要的现实意义，解决了现有的试验检测周期长，一般橡胶支座送检后，需要一周左右的时间才出结果，无法快速判别胶种情况的问题。
[0074]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0075]
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说
明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。