輪胎硫化特性及影響規(guī)律研究.pdf

1、硫化是輪胎制造的最后一道工序，決定其最終性能。輪胎內(nèi)部復(fù)雜的硫化反應(yīng)使得硫化特性參數(shù)分布具有明顯的不均勻性和時(shí)變性，而且影響輪胎硫化的因素眾多，導(dǎo)致硫化工藝設(shè)計(jì)和控制的盲目性。為此，本文研究了材料熱物性參數(shù)和硫化動(dòng)力學(xué)建模理論，并進(jìn)行了輪胎硫化過(guò)程的數(shù)值建模和試驗(yàn)，討論了輪胎硫化特性變化規(guī)律，以及工藝和材料參數(shù)對(duì)其產(chǎn)生的影響規(guī)律，開(kāi)發(fā)了一套輪胎硫化仿真系統(tǒng)。
　　采用LFA447型激光擴(kuò)散法導(dǎo)熱儀對(duì)未硫化、部分硫化及完全硫化三種狀

2、態(tài)的橡膠進(jìn)行了比熱容和熱擴(kuò)散系數(shù)等熱物性參數(shù)測(cè)量，分析討論了現(xiàn)有橡膠熱物性參數(shù)模型與試驗(yàn)結(jié)果的差異，建立了橡膠導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容多維模型，與試驗(yàn)吻合良好;此外，綜合考慮橡膠熱物性參數(shù)、簾線熱物性參數(shù)和簾線體積分?jǐn)?shù)等因素，建立了橡膠-簾線熱物性參數(shù)混合定律模型，通過(guò)橡膠簾線賦值模型和混合定律賦值模型對(duì)比分析表明該模型是正確性的。
　　通過(guò)硫化動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)測(cè)得三種溫度下橡膠硫化轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化關(guān)系，由此得出焦燒時(shí)間-溫度關(guān)系曲線、不同溫度

3、下的硫化程度-時(shí)間曲線和硫化反應(yīng)速率-硫化程度曲線;選取無(wú)量綱參數(shù)模型描述焦燒過(guò)程，采用K-R模型和修正K-S模型描述熱硫化階段過(guò)程中硫化程度的變化歷程，并通過(guò)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可知這兩種模型均不能精確的描述橡膠的硫化動(dòng)力學(xué)特性;為此，采用分段函數(shù)形式建立了一種能涵蓋現(xiàn)有硫化動(dòng)力學(xué)模型且適用于數(shù)值計(jì)算的混合動(dòng)力學(xué)模型，與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　討論并建立了輪胎硫化過(guò)程的多場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型及其求解策略和實(shí)現(xiàn)途徑，針對(duì)后硫化階段中

4、的輪胎與空氣對(duì)流換熱問(wèn)題，分別使用基于CFD技術(shù)的數(shù)值計(jì)算法和基于可行方向優(yōu)化的分區(qū)迭代法對(duì)其進(jìn)行求解，兩種方法所得的對(duì)流換熱系數(shù)接近，結(jié)果表明CFD法更為實(shí)用;采用ABAQUS軟件及其子程序UMATHT實(shí)現(xiàn)了從機(jī)內(nèi)硫化到后硫化過(guò)程中溫度場(chǎng)和硫化場(chǎng)的強(qiáng)聯(lián)合仿真，并通過(guò)開(kāi)展輪胎硫化測(cè)溫試驗(yàn)，對(duì)比和分析了理論與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明二者具有良好一致性，證明了模型的正確性。
　　探討了輪胎硫化特性參數(shù)變化規(guī)律。其中，在機(jī)內(nèi)硫化階段，輪胎內(nèi)外

5、表面溫度首先升高，溫升最快的地方是尺寸較薄的胎側(cè)區(qū)，其次是胎圈區(qū)，然后為胎冠區(qū)，溫升最慢的地方是胎肩，后硫化階段的溫度變化趨勢(shì)大致相反;與平板硫化機(jī)接觸的輪胎內(nèi)外表面最先完成硫化反應(yīng)，其次是溫升較快的胎側(cè)，而后是胎圈和胎冠，最后完成硫化反應(yīng)的是尺寸最厚的胎肩，可以把該處工程正硫化時(shí)間作為評(píng)價(jià)輪胎硫化性能的指標(biāo);現(xiàn)有工藝條件的機(jī)內(nèi)硫化時(shí)間可調(diào)整為2907s，生產(chǎn)率提高6.8％。
　　此外，分析了硫化工藝參數(shù)、橡膠熱物性、硫化動(dòng)力學(xué)對(duì)

6、輪胎硫化特性的影響，并建立硫化介質(zhì)溫度的匹配方法。結(jié)果表明，無(wú)囊硫化、水囊減半的工程正硫化時(shí)間分別減小了21.9％、10.8％;初始溫度為50℃、40℃的工程正硫化時(shí)間分別減小了2.7％、1.3％;采用分布區(qū)塊法可有效進(jìn)行蒸汽和過(guò)熱水溫度設(shè)計(jì)，即通過(guò)建立硫化特性參數(shù)分布區(qū)塊，合理匹配蒸汽和過(guò)熱水的溫度;提高胎面膠導(dǎo)熱系數(shù)、降低胎面膠比熱容、降低胎肩橡膠活化能，是減少工程正硫化時(shí)間的有效途徑，硫化動(dòng)力學(xué)特性對(duì)輪胎硫化均勻性影響較大。