采用紅外熱像儀的氟橡膠混料識別實驗研究

李明煒　陶媛　劉海生　王中任

【摘 要】外表相同的各種氟橡膠原材料，在使用過程中很容易混淆，需要采用非接觸方法進行辨識。由于氟橡膠的導熱系數不同，在同一熱源上進行加熱，不同氟橡膠的升溫曲線也會不同。本文以氟橡膠FX-2和FX-4為樣品進行研究，用紅外熱像儀對兩者的加熱過程進行實時監測，通過比較紅外圖像，發現氟橡膠FX-2的升溫曲線總是高于氟橡膠FX-4的升溫曲線。在可加熱的溫度范圍內，加熱溫度越高，兩者的溫度差越明顯。研究結果表明，在不破壞原材料的情況下，通過紅外熱像儀可以方便快捷地識別氟橡膠的混料問題。研究結果對其它非金屬材料的混料檢測有重要應用價值。

【關鍵詞】紅外熱像儀；氟橡膠；混料；識別

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

氟橡膠主要用于制作耐高溫、耐油、耐介質的橡膠制品，如各種密封件、隔膜、膠管等，在航空、汽車、石油化工等領域得到了廣泛的應用[1]。但是一些外表相同的氟橡膠在實際生產、加工和使用過程中，很容易混淆。一旦混合在一起，則很難通過外表、氣味等直接的方法來識別。特別是在航空領域，對零件的安全性要求非常嚴格，不允許出錯，否則會出現安全隱患。

氟橡膠為非金屬材料，不能像金屬材料一樣通過電測法實現混料的檢測。對于氟橡膠的識別，常用的方法有：差示掃描量熱法[2]，超聲法[3]，紅外分析和氣相/質譜分析[4]等方法。但這些方法會對樣品進行加熱，裂解或者是用溶劑溶解，破壞了樣品的化學與物理性能，不能廣泛地運用于實際的生產和使用過程中。還有一個不損壞樣品的方法，為X射線“顯微CT”[5]方法。由于這種方法所用儀器價格昂貴，操作不簡便，也不便于廣泛地使用。文獻[6]采用激光導熱儀來對氟橡膠的導熱系數進行間接測量。其基本方法是：發射一束激光脈沖，照射在樣品的下表面，使用紅外探測器和計算機獲得樣品上表面的升溫曲線，然后用所得升溫曲線和相應公式計算出樣品的熱擴散系數α，最后利用樣品的熱擴散系數、比熱、密度計算出樣品的導熱系數λ。但此方法過程較繁瑣，并不方便使用，而且不一定要測量出樣品的實際導熱系數才能識別不同材質。二者的導熱系數不同，用相同的溫度源對二者同時進行加熱，并用紅外熱像儀進行實時監測，最終可以通過所拍攝的圖片和所得的升溫曲線來識別二者。本文針對航空行業中容易混淆的氟橡膠FX-2和FX-4為對象，在不損壞樣品的前提下，用紅外熱像儀進行了識別。

1 實驗原理及過程

從原理上講，紅外熱像儀包括兩部分：光學部件和探測器。光學部件使目標的紅外輻射集中到探測器上，探測器對其進行補償，并將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進行計算。公式（1）為紅外熱像儀的通用測量公式：

，？著為物體表面發射率，α為物體表面吸收率，Tobj為物體表面溫度，Tatm為大氣溫度，Trefl為反射環境溫度。設置好有關參數，紅外熱像儀就可以根據此測量公式，自動在計算機上顯示出所測物體實時的熱圖像和溫度值。

氟橡膠FX-2和FX-4都是低壓縮永久變形氟橡膠，但它們是用不同的生膠混煉而成，所用的硫化體系也不同，相比較而言，氟橡膠FX-4的耐壓縮永久變形比FX-2有所改善[7-9]。氟橡膠FX-2和FX-4的外表幾乎相同，但是目前并沒有簡便且不易出錯的方法來識別二者。提供樣品的工廠建議實驗時所用溫度源的溫度最好不超過80℃。因此，本實驗利用可調溫的恒溫加熱器AZY2020作為加熱源，設置了三種不同溫度來進行實驗，分別為：50℃、60℃、70℃。

實驗樣品和現場如圖1所示。把恒溫加熱器調到所需溫度，等其升溫到恒定不變的溫度時，把兩個樣品豎直放在加熱器的同一水平線上，然后把紅外熱像儀連接上計算機。打開FLIR/Tools軟件，設置參數如下：發射率：0.75、反射溫度：29.6℃、距離：0.7m，即可清晰地顯示出兩塊氟橡膠的實時紅外圖像。在所顯示圖像上設置5個不同的高度，左邊為氟橡膠FX-2，用水平線Li1、Li3、Li5、Li7、Li9代表其5個不同的高度；右邊為氟橡膠FX-4，用水平線Li2、Li4、Li6、Li8、Li10代表其5個不同的高度。Li1與Li2、Li3與Li4、Li5與Li6、Li7與Li8、Li9與Li10都處在同一高度。每一條水平線，可以顯示出樣品在此水平線的高度上的最高溫度。從加熱開始，每隔30秒拍攝一張圖片，每種溫度的溫度源下拍攝10次，最終通過比較在連續、不同的時間里所拍攝的圖片，可以得出樣品在不同溫度下的不同升溫曲線和溫度差。圖2（1）至圖2（3）分別為加熱到50℃、60℃、70℃時的紅外圖像。

2 結果及分析

如圖3所示，加熱源溫度分別為50℃、60℃、70℃時，兩個樣品的不同高度的升溫曲線。

（1）

（2）

（3）

以圖3（1）為例，每條曲線上的10個點代表每次拍攝時，相應水平線上的最高溫度。分析此圖可以發現，在每一拍攝時刻，代表氟橡膠FX-2的5個高度的水平線上的最高溫度都比相應的代表氟橡膠FX-4的5個高度的水平線上的最高溫度要高，即氟橡膠FX-2的升溫曲線總是高于氟橡膠FX-4的升溫曲線。

由每條曲線上的10個點的溫度的平均值，可以算出不同溫度時，兩個樣品的5個相應高度之間的溫度差，如表1所示。

由表1可知：同一溫度時，高度越高，溫度差越小；同一高度時，加熱溫度越高，溫度差越大。綜上所述：加熱源的溫度越高，兩個樣品同一高度間的溫度差越大。即加熱源溫度越高，兩個樣品的升溫曲線的差別越大，越容易辨認二者。所以在實際情況中，對于混料的氟橡膠，就可以在氟橡膠可以接受的溫度范圍內，通過熱像儀拍攝它們的升溫圖片來識別它們。而且溫度越高，區別越明顯。

3 結語

對于氟橡膠混料的識別，進行了一系列的探索與實驗研究后，發現：用適合的溫度對樣品進行加熱，通過紅外熱像儀所拍攝的升溫圖片和獲得的數據，可以在非接觸且不損壞樣品的前提下，快捷地辨認出氟橡膠FX-2與FX-4，而且此方法操作簡單，成本較低。同時此方法具有較強的普遍性和實用性，可以廣泛地應用于氟橡膠混料的識別，對其他的非金屬材料的識別也有一定的指導意義。

【參考文獻】

[1]金棟，崔小明.氟橡膠的生產改性及加工技術進展[J].有機氟工業，2009（3）：48-51.

[2]劉英姿.差示掃描量熱法在汽車輪胎橡膠鑒別中的應用[J].中國人民公安大學學報，2013，36（4）：16-19.

[3]程麗華，王克儉，劉力，張立群.超聲法表征天然橡膠的PVT特性[J].高分子材料科學與工程，2014，30（12）：100-102.

[4]朱楓，朱勤，林華.紅外及氣相/質譜在橡膠定性分析中的應用[J].橡膠工業，2000，47（7）：432-433.

[5]邱云亮.X射線“顯微CT”在象牙與仿制品鑒定中的應用[J].森林公安，2015（3）：24-26.

[6]項燕，馬連相.用激光導熱儀測定炭黑填充橡膠的導熱系數[J].合成橡膠工業，2008，31（4）：255-258.

[7]張洪雁.新的耐高溫彈性體密封材料—FX-2氟橡膠[J].航空材料，1978.

[8]張洪雁，路普春，譚光志.三種硬度等級的氟橡膠——介紹FX-4、FX-5、FX-6膠料[J].航空材料，1984.

[9]邊俊峰，王珍，譚光志，張洪雁.高性能系列氟橡膠[J].橡膠工業，2003，50（1）：21-23.

[責任編輯：田吉捷]