轮胎硫化传热特性研究及工艺条件优化
本文以11.00 R20 S815型全钢载重子午线轮胎作为研究对象，从橡胶的热物性、力学性能以及硫化工艺条件对轮胎硫化程度影响等方面着手，通过实验与数值模拟计算相结合的方法，对该类型轮胎的整个硫化过程进行了全面的分析与研究，并在此基础上对现有的硫化工艺进行了改进，在保证硫化质量的同时，提高了该类型轮胎的硫化效率。 (1)利用硫化仪测量了11.00 R20 S815型子午线轮胎相关橡胶的正硫化时间、正硫化区间及最佳正硫化区间，结果显示不同部位的橡胶其正硫化时间及区间不同，外表面的胶料平坦期要比内部胶料的持续时间长。 (2)利用LFA447型激光导热分析仪测量了相关胶料的热扩散系数，橡胶的热扩散系数随温度的升高而降低，其中外表面橡胶的热扩散系数要比其他橡胶的热扩散系数高;利用DSC差示扫描量热仪测量了相关胶料的比热，橡胶的比热随温度的升高而升高，各橡胶比热之间差距较小;根据公式计算得到了相关橡胶的导热系数，橡胶的导热系数随温度的升高而升高。根据橡胶热物性参数与温度的关系曲线拟合了相应关系式。 (3)测得了相关橡胶在加压2.5MPa后的热扩散系数、比热以及导热系数，结果发现，加压后橡胶的热扩散系数要高于常压下橡胶的热扩散系数，但比热与导热系数均低于常压橡胶，表明硫化压力对橡胶热物性存在一定程度的影响，根据加压后测得的橡胶热物性与温度的关系曲线拟合得到了相应关系式。 (4)利用平板硫化机在不同的压力下对相关混炼胶进行硫化处理，并使用拉伸试验机以及阿克隆磨耗试验机测量了不同压力下橡胶的力学性能，结果表明，各硫化橡胶的拉伸强度和300％定伸应力随硫化压力的增大而逐渐提高，拉断伸长率、拉伸永久变形以及撕裂强度则随硫化压力的增大而降低，胎面胶的耐磨性随硫化压力的增大而提高。 (5)建立了11.00 R20 S815型子午线轮胎的物理模型与数学模型，对该类型轮胎在一定工艺条件下的硫化过程进行了数值模拟计算，分别加载了常压下橡胶热物性数据以及2.5MPa下橡胶热物性数据，通过与硫化测温结果对比发现，加载常压下参数得到的温度曲线要比加载2.5MPa参数的结果更接近实验测温结果，说明2.5MPa下热物性测量实验可能存在一定误差，但不可否认压力对橡胶热物性存在一定程度的影响。 (6)在现有的11.00 R20 S815全钢子午线轮胎硫化工艺的基础上，使用数值模拟的方法对边界温度对轮胎各部位的硫化程度的影响进行了分析，其中过热水温度对6#、16#、23#、10#以及18#测温部位的硫化程度影响较大;模套温度对24#、18#以及16#测温部位的硫化程度影响较大;热板温度对8#、6#及23#测温部位的硫化程度影响较大。同时通过计算得到了各边界温度变化与加热时间的相互关系，并根据分析结果提出了调整方案:模套温度提高4K，过热水温度提高3K，热板温度提高2K，机内加热硫化时间从50分钟缩短至45分钟，结果表明该调整方案能够在保证硫化质量的同时提高轮胎硫化生产的效率。
轮胎;硫化工艺;力学性能;数值模拟
青岛科技大学
硕士
化工过程机械
李庆领
2013
中文
TQ330.13;TQ336.1
96
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）