橡膠微波加熱硫化的理論分析及數(shù)值模擬研究.pdf

1、硫化是橡膠制品生產(chǎn)過程中必不可少的一步,橡膠硫化質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響橡膠的機(jī)械性能,從而影響橡膠的使用性能。目前,對(duì)于輪胎等橡膠基厚制品的硫化而言,最常用的方法是加壓硫化法,加壓硫化法是將胎坯或膠料裝入模內(nèi),在加壓加熱條件下進(jìn)行硫化。但現(xiàn)行橡膠制品的硫化方法,熱量都是由橡膠的外部向內(nèi)部傳遞,由于橡膠是熱的不良導(dǎo)體,熱量傳遞到橡膠內(nèi)部耗時(shí)較長(zhǎng),并且膠料內(nèi)外存在較大的溫度梯度,膠料內(nèi)外硫化不同步,容易出現(xiàn)外部過硫化而內(nèi)部欠硫化現(xiàn)象。加之,橡膠

2、硫化耗能較大。所以,從提高橡膠制品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率,節(jié)能減排,保護(hù)環(huán)境等方面考慮,現(xiàn)行橡膠硫化方法己不能滿足橡膠制品行業(yè)的要求,迫使生產(chǎn)廠家和科技工作者尋求更好的硫化方法。
　　微波加熱是一種新型的加熱技術(shù),由于微波加熱的速率快,耗時(shí)短,微波加熱技術(shù)越來越受到人們的重視。本文制備了某型號(hào)混煉膠,在微波加熱理論的基礎(chǔ)上,選擇了微波加熱的波導(dǎo)模型,建立了橡膠微波加熱的圓波導(dǎo)和同軸波導(dǎo)的物理模型和數(shù)學(xué)模型,最后對(duì)圓波導(dǎo)模型和同軸波導(dǎo)

3、模型下的橡膠微波加熱硫化過程進(jìn)行了仿真,得到以下結(jié)論:
　　(1)通過LFA447型激光導(dǎo)熱分析儀和差示掃描量熱儀對(duì)混煉膠的熱物性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量得出,混煉膠的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度基本呈線性趨勢(shì)增加,其隨溫度變化的擬合公式為λ=0.000504T+0.1923?；鞜捘z膠料的比熱隨溫度的變化而變化,除個(gè)別幾個(gè)點(diǎn)外混煉膠的比熱隨溫度的升高逐漸增大,比熱隨溫度的變化關(guān)系可以擬合為:CP=-0.0395T2+12.537T+1303.6。
　

4、　(2)傳統(tǒng)的熱量由外向內(nèi)的加熱方式,加熱時(shí)間長(zhǎng),效率低,而微波加熱耗時(shí)少,加熱效率高。
　　(3)圓波導(dǎo)模式下,膠料經(jīng)微波加熱后,其內(nèi)部的焦耳熱密度大小隨著微波功率的增大而增大,且膠料中間部位焦耳熱密度具有最大值,并且隨微波功率的增大,膠料中間部位具有較大焦耳熱密度值的區(qū)域不斷變大。
　　(4)膠料經(jīng)微波加熱后,其內(nèi)部的溫度分布的規(guī)律與相同微波功率下焦耳熱密度分布規(guī)律相同,即膠料中間部位溫度具有最大值,膠料的最低和最高溫度

5、大小都隨著微波功率和加熱時(shí)間的增大而增大,而且膠料最高溫度增大的趨勢(shì)較大。微波加熱能夠使膠料整體被加熱,每一加熱時(shí)間和微波功率下的膠料溫度范圍不同,隨著加熱時(shí)間的增加,膠料中間部位溫度較高區(qū)域的范圍不斷變大。
　　(5)同導(dǎo)熱系數(shù)和比熱都隨時(shí)間變化相比,膠料比熱為定值情況下膠料中的最低和最高溫度變化較大,即膠料比熱數(shù)值的變化對(duì)其微波加熱硫化過程升溫效應(yīng)影響較大。
　　(6)在傳統(tǒng)熱量由外向內(nèi)傳遞和微波加熱兩種加熱方式共同作用

6、下,隨著加熱時(shí)間的增大,膠料中間部位不斷被加熱而且外部熱量不斷向內(nèi)部傳遞,所以膠料內(nèi)外溫度不斷上升,膠料內(nèi)部低溫區(qū)域不斷減少,膠料的最高溫度和最低溫度隨加熱時(shí)間基本呈線性增長(zhǎng),膠料內(nèi)部溫度梯度較單一加熱方式減小。
　　(7)施加外部壓力時(shí)膠料的最高和最低溫度數(shù)值低于只施加溫度載荷情況下的膠料最低和最高溫度數(shù)值,隨著加熱時(shí)間的增大,膠料中的最低和最高溫度都呈增大的趨勢(shì),膠料中間部位最高溫度增大的幅度較大。膠料的最低和最高溫度隨加熱時(shí)