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)和硫化動力學(xué)建模理論，并進(jìn)行了輪胎硫化過程的數(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)對其產(chǎn)生的影響規(guī)律，開發(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，通過橡膠簾線賦值模型和混合定律賦值模型對比分析表明該模型是正確性的。
　　通過硫化動力學(xué)試驗(yàn)測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;選取無量綱參數(shù)模型描述焦燒過程，采用K-R模型和修正K-S模型描述熱硫化階段過程中硫化程度的變化歷程，并通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可知這兩種模型均不能精確的描述橡膠的硫化動力學(xué)特性;為此，采用分段函數(shù)形式建立了一種能涵蓋現(xiàn)有硫化動力學(xué)模型且適用于數(shù)值計(jì)算的混合動力學(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程的多場耦合數(shù)學(xué)模型及其求解策略和實(shí)現(xiàn)途徑，針對后硫化階段中

4、的輪胎與空氣對流換熱問題，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)迭代法對其進(jìn)行求解，兩種方法所得的對流換熱系數(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)硫化到后硫化過程中溫度場和硫化場的強(qiáng)聯(lián)合仿真，并通過開展輪胎硫化測溫試驗(yàn)，對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、硫化動力學(xué)對

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)行蒸汽和過熱水溫度設(shè)計(jì)，即通過建立硫化特性參數(shù)分布區(qū)塊，合理匹配蒸汽和過熱水的溫度;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，硫化動力學(xué)特性對輪胎硫化均勻性影響較大。