[发明专利]一种轮胎胶料硫化体系的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮胎胶料硫化体系的设计方法。

背景技术

轮胎是由多层橡胶、橡胶帘线复合材料组成的圆环形弹性制品，各层作用不同，其胶料配方硫化体系也不同。为了提高轮胎硫化效率，需要合理匹配轮胎中不同胶料的硫化体系。橡胶硫化体系包括硫化剂、促进剂、活性剂和防焦剂等，通过硫化体系的调整其可以在一定范围内相对独立地控制橡胶密度、比热容、导热系数、活化能和频率因子等参数。

硫化是轮胎制造的最后一道工序，决定其最终性能。轮胎内部复杂的硫化反应使得硫化特性参数分布具有明显的不均匀性和时变性，而且影响轮胎硫化的因素众多，导致轮胎胶料硫化体系设计具有盲目性。尤其是在面对多层厚断面子午线轮胎等复杂硫化对象时，很难合理匹配内部不同胶料之间的硫化体系。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种轮胎胶料硫化体系的设计方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种轮胎胶料硫化体系的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，统计轮胎中常用橡胶材料的热物性参数、硫化动力学参数，确定热物性参数、硫化动力学参数的变化范围；

第二步，建立轮胎硫化过程数值模型，其中温度场与硫化反应场之间为顺序耦合关系，靠近钢模一侧的橡胶均定义为同一种材料M1、靠近水囊一侧的橡胶定义为另一种材料M2；

第三步，分别对热物性参数、硫化动力学参数进行正交试验，所述热物性参数、硫化动力学参数取其变化范围的最大值、最小值和中间值，响应指标为轮胎工程正硫化时间；

第四步，根据第三步的实验结果确定工程正硫化时间与热物性参数、硫化动力学参数的关系图，计算热物性参数、硫化动力学参数的极差，并根据实验结果确定热物性参数、硫化动力学参数对正硫化时间的影响主次顺序；

第五步，根据热物性参数、硫化动力学参数对正硫化时间的影响主次顺序，选取主要影响因素，根据工程正硫化时间与该主要影响因素的关系图，调整该主要因素的数值来设计硫化体系。

优选地，所述热物性参数包括导热系数λ、比热容c、密度ρ，所述硫化动力学参数包括频率因子A₂和活化能E₁或活化能与气体常数比值E₁/R。

优选地，所述第一步中所述导热系数λ的变化范围为0.2～0.35W/(m*℃)，比热容c的变化范围为1～2.5kJ/kg，密度ρ的变化范围为1078～1266kg/m³。

优选地，所述第四步中，所述热物性参数对正硫化时间的影响主次顺序为：材料M1的导热系数λ₁>材料M1的比热容c₁>材料M1的密度ρ₁>材料M2的比热容c₂>材料M2的导热系数λ₂>材料M2的密度ρ₂。

优选地，所述第四步中，所述硫化动力学参数对正硫化时间的影响主次顺序为：材料M2的E₁’/R>材料M1的E₁/R>材料M1的A₂>材料M2的A₂’。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)减小轮胎胶料硫化体系设计盲目性，实现轮胎中不同胶料间硫化体系之间的合理匹配，提高轮胎硫化效率；

(2)采用现代设计理论与方法，进行轮胎胶料硫化体系的匹配设计，减少开发费用、缩短研发周期。

(3)轮胎断面越厚、胶料层数越多，本发明所述的方法越有效。

附图说明

图1为11.00R20子午线轮胎硫化系统示意图。

图2为工程正硫化时间与热物性六因素之间的关系图。

图3为工程正硫化时间与硫化动力学四因素之间的关系图。

附图标记说明如下：

1-硫化系统，2-第一金属模具，3-轮胎，4-第二金属模具，5-水囊，6-耐磨层，7-钢丝圈，8-加强层，9-垫胶，10-过渡胶，11-胎体层，12-内衬层，13-胎侧，14-肩部垫胶，15-胎冠，16-带束层，17-胎冠基部胶。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。