輪胎帶束層是由輪胎混煉膠通過四輥壓延技術(shù)對(duì)鋼絲簾線雙面敷膠而成的,是輪胎的主要承力結(jié)構(gòu)。壓延是聚合物材料的基本成型工藝之一,學(xué)術(shù)界與輪胎工業(yè)界已對(duì)其進(jìn)行了數(shù)十年的研究。然而對(duì)于輪胎帶束層壓延工藝,人們至今尚未全面理解其流變學(xué)行為;由于帶束層膠料具有復(fù)雜的非線性粘彈性能,偶爾會(huì)在高速壓延時(shí)出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象。為了提高帶束層生產(chǎn)效率,本文結(jié)合企業(yè)技術(shù)需求,采用實(shí)驗(yàn)研究和多尺度數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)輪胎帶束層高速壓延敷膠過程進(jìn)行相關(guān)研究。具體研究?jī)?nèi)容如下:1.利用四輥壓延機(jī)在不同壓延速度下對(duì)不同批次的輪胎混煉膠進(jìn)行了生產(chǎn)測(cè)試,然后通過輪胎混煉膠的一系列流變性能測(cè)試、分子結(jié)構(gòu)測(cè)試以及輥筒操作性能測(cè)試,綜合分析粘輥現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明:由不同產(chǎn)地、不同批次的生膠所制得的混煉膠的加工性能難以保持一致。采用門尼粘度儀與RPA2000橡膠加工分析儀測(cè)試分析了混煉膠的流變性能,較全面地揭示了混煉膠的彈性模量、粘性模量、損耗因子、復(fù)數(shù)粘度等隨振蕩頻率、剪切應(yīng)變和溫度的變化關(guān)系。在小振幅的動(dòng)態(tài)剪切流場(chǎng)下,輪胎混煉膠表現(xiàn)出明顯的粘彈性能,而且易粘輥混煉膠的彈性模量、粘性模量高于可以正常生產(chǎn)的混煉膠的彈性模量、粘性模量。在塑煉效果一致的前提下,天然生膠分子量越小,則粘性越高、越易粘輥;分子量分布越寬,在低剪切速率區(qū)粘度越高,越不易粘輥。2.膠料與輥筒之間的相互作用能是兩者之間粘附性的重要指標(biāo)。使用分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件Materials Studio搭建了天然橡膠模型,并利用溶度參數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度驗(yàn)證了天然橡膠模型的可靠性。然后建立了聚合物-金屬層模型,分別計(jì)算在不同壓力下聚合物層表面能、金屬層表面能、兩者總表面能,然后計(jì)算得到天然橡膠與輥筒之間的相互作用能。結(jié)果表明:壓力會(huì)影響天然橡膠與輥筒間的相互作用能;壓力值越大,兩者的相互作用能絕對(duì)值越高,宏觀表現(xiàn)為兩者的粘附力越大。3.利用仿真軟件Polyflow,數(shù)值模擬了在壓延成型過程中混煉膠在兩個(gè)輥筒間的流變過程,采用符合混料膠這一顆粒填充彈性體特點(diǎn)的Leonov粘彈性模型,對(duì)鋼絲簾線的敷膠過程進(jìn)行了二維剖面的數(shù)值模擬,詳細(xì)地分析了帶束層壓延敷膠過程中的流場(chǎng)、剪切速率場(chǎng)和粘性生熱效應(yīng)。結(jié)果表明:膠料在鋼絲簾線上下分別呈現(xiàn)出“超前速度分布”,膠料-輥筒接觸面以及膠料-簾線接觸面存在較高的剪切速率;由于高剪切速率的影響,粘性生熱效果明顯。本文還通過有限元模擬的壓力數(shù)據(jù),得到了壓延理論分析中的單位寬度輥筒分離力,分析了壓延速度、膠料溫度以及輥筒溫度等工藝參數(shù)對(duì)壓延敷膠的影響。此外,通過控制幾何模型在脫輥處的膠料厚度,數(shù)值模擬了帶束層壓延粘輥過程,分析了帶束層壓延粘輥機(jī)理,并提出了生產(chǎn)建議。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ336.1
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｏｕｒ－ｒｏｌｌ邋ｃａｌｅｎｄｅｒｉｎｇ邋ｏｆ邋ｔｉｒｅ邋ｂｅｌｔ逡逑人們對(duì)壓延問題己經(jīng)進(jìn)行了邋６０多年的研宄。Ｇａｓｋｄｌ［６］最早對(duì)二維壓延過程逡逑進(jìn)行了理論分析，分析了壓延過程并給出了控制方程。對(duì)于牛頓型流體流經(jīng)對(duì)稱逡逑兩輥筒間隙，取直角坐標(biāo)系如圖１．２所示，設(shè)輥距為２說，輥筒表面上各點(diǎn)的坐逡逑標(biāo)可以表示為ｘ的函數(shù)，輥筒半徑為見輥筒表面線速度為Ｖ。由于輥筒半徑及逡逑遠(yuǎn)大于執(zhí)，在輥筒中心不遠(yuǎn)的流道內(nèi)，流道寬度變化不大，；ｃ方向是流體流動(dòng)的逡逑主要方向，＞■方向是剪切應(yīng)力變化的主要方向。因此，就可以把原本物料在ｘ－ｙ逡逑平面的二維流動(dòng)簡(jiǎn)化為只沿ｘ方向的一維流動(dòng)。這種簡(jiǎn)化假定稱為潤(rùn)滑近似假逡逑定，在此假定下，忽略重力和慣性力，流體的運(yùn)動(dòng)方程為：逡逑Ｈ0邐（１－１）逡逑ｄｘ邋ｄｙ逡逑其中，為流體壓力，ｃｙ？為切向應(yīng)力分量。逡逑此，１．２脫處的的坐標(biāo)；Ｑ是一殊的坐標(biāo)值，這個(gè)位逡逑

／邋Ｂｏｔｔｏｍ邋＼逡逑＼邋ｏｆｆｓｅｔ邋ｒｏｌｌ邋Ｊ逡逑圖１．１輪胎帶束層的四輥壓延敷膠示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｆｏｕｒ－ｒｏｌｌ邋ｃａｌｅｎｄｅｒｉｎｇ邋ｏｆ邋ｔｉｒｅ邋ｂｅｌｔ逡逑人們對(duì)壓延問題己經(jīng)進(jìn)行了邋６０多年的研宄。Ｇａｓｋｄｌ［６］最早對(duì)二維壓延過程逡逑進(jìn)行了理論分析，分析了壓延過程并給出了控制方程。對(duì)于牛頓型流體流經(jīng)對(duì)稱逡逑兩輥筒間隙，取直角坐標(biāo)系如圖１．２所示，設(shè)輥距為２說，輥筒表面上各點(diǎn)的坐逡逑標(biāo)可以表示為ｘ的函數(shù)，輥筒半徑為見輥筒表面線速度為Ｖ。由于輥筒半徑及逡逑遠(yuǎn)大于執(zhí)，在輥筒中心不遠(yuǎn)的流道內(nèi)，流道寬度變化不大，；ｃ方向是流體流動(dòng)的逡逑主要方向，＞■方向是剪切應(yīng)力變化的主要方向。因此，就可以把原本物料在ｘ－ｙ逡逑平面的二維流動(dòng)簡(jiǎn)化為只沿ｘ方向的一維流動(dòng)。這種簡(jiǎn)化假定稱為潤(rùn)滑近似假逡逑定，在此假定下，忽略重力和慣性力，流體的運(yùn)動(dòng)方程為：逡逑Ｈ0邐（１－１）逡逑ｄｘ邋ｄｙ逡逑其中，為流體壓力，ｃｙ？為切向應(yīng)力分量。逡逑此外

Ｆｉｇ．２．１邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ邋ｏｆ邋Ｍｏｏｎｅｙ邋ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ邋ｏｆ邋ＮＲ邋ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ逡逑２．４．３膠料動(dòng)態(tài)粘彈性能對(duì)壓延生產(chǎn)性能的影響逡逑圖２．２為９＃、１０�；鞜捘z分別在７％和７０％應(yīng)變振幅條件下儲(chǔ)能模量的頻率逡逑掃描曲線。其中，７％應(yīng)變振幅與門尼粘度測(cè)試的應(yīng)變值相同，而在７０％應(yīng)變振逡逑幅下的頻率掃描結(jié)果能反應(yīng)膠料在高應(yīng)變條件下的動(dòng)態(tài)粘彈性能。由圖２．２可知，逡逑兩種混煉膠的儲(chǔ)能模量隨頻率升高而增大，ＲＰＡ２０００測(cè)試中頻率的高低對(duì)應(yīng)實(shí)逡逑際壓延生產(chǎn)中膠料發(fā)生形變的頻率，即加工速度的快慢，頻率越高對(duì)應(yīng)壓延速度逡逑越快。當(dāng)壓延速度升高時(shí)，ＮＲ混煉膠的儲(chǔ)能模量升高，膠料抵抗變形的能力增逡逑強(qiáng)。與應(yīng)變振幅為７％時(shí)兩種混煉膠的儲(chǔ)能模量相比，應(yīng)變振幅為７０％時(shí)混煉膠逡逑的儲(chǔ)能模量值較小，在高頻區(qū)域彈性模量增長(zhǎng)趨勢(shì)漸緩，這是由于Ｐａｙｎｅ效應(yīng)的逡逑影響

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