輪胎帶束層是由輪胎混煉膠通過四輥壓延技術對鋼絲簾線雙面敷膠而成的,是輪胎的主要承力結構。壓延是聚合物材料的基本成型工藝之一,學術界與輪胎工業(yè)界已對其進行了數(shù)十年的研究。然而對于輪胎帶束層壓延工藝,人們至今尚未全面理解其流變學行為;由于帶束層膠料具有復雜的非線性粘彈性能,偶爾會在高速壓延時出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象。為了提高帶束層生產效率,本文結合企業(yè)技術需求,采用實驗研究和多尺度數(shù)值模擬相結合的方法,對輪胎帶束層高速壓延敷膠過程進行相關研究。具體研究內容如下:1.利用四輥壓延機在不同壓延速度下對不同批次的輪胎混煉膠進行了生產測試,然后通過輪胎混煉膠的一系列流變性能測試、分子結構測試以及輥筒操作性能測試,綜合分析粘輥現(xiàn)象產生的原因。結果表明:由不同產地、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、復數(shù)粘度等隨振蕩頻率、剪切應變和溫度的變化關系。在小振幅的動態(tài)剪切流場下,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。使用分子動力學模擬軟件Materials Studio搭建了天然橡膠模型,并利用溶度參數(shù)、玻璃化轉變溫度驗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,然后計算得到天然橡膠與輥筒之間的相互作用能。結果表明:壓力會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的Leonov粘彈性模型,對鋼絲簾線的敷膠過程進行了二維剖面的數(shù)值模擬,詳細地分析了帶束層壓延敷膠過程中的流場、剪切速率場和粘性生熱效應。結果表明: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理,并提出了生產建議。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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逡逑人們對壓延問題己經(jīng)進行了邋６０多年的研宄。Ｇａｓｋｄｌ［６］最早對二維壓延過程逡逑進行了理論分析，分析了壓延過程并給出了控制方程。對于牛頓型流體流經(jīng)對稱逡逑兩輥筒間隙，取直角坐標系如圖１．２所示，設輥距為２說，輥筒表面上各點的坐逡逑標可以表示為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大于執(zhí)，在輥筒中心不遠的流道內，流道寬度變化不大，；ｃ方向是流體流動的逡逑主要方向，＞■方向是剪切應力變化的主要方向。因此，就可以把原本物料在ｘ－ｙ逡逑平面的二維流動簡化為只沿ｘ方向的一維流動。這種簡化假定稱為潤滑近似假逡逑定，在此假定下，忽略重力和慣性力，流體的運動方程為：逡逑Ｈ0邐（１－１）逡逑ｄｘ邋ｄｙ逡逑其中，為流體壓力，ｃｙ？為切向應力分量。逡逑此，１．２脫處的的坐標；Ｑ是一殊的坐標值，這個位逡逑

／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逡逑人們對壓延問題己經(jīng)進行了邋６０多年的研宄。Ｇａｓｋｄｌ［６］最早對二維壓延過程逡逑進行了理論分析，分析了壓延過程并給出了控制方程。對于牛頓型流體流經(jīng)對稱逡逑兩輥筒間隙，取直角坐標系如圖１．２所示，設輥距為２說，輥筒表面上各點的坐逡逑標可以表示為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大于執(zhí)，在輥筒中心不遠的流道內，流道寬度變化不大，；ｃ方向是流體流動的逡逑主要方向，＞■方向是剪切應力變化的主要方向。因此，就可以把原本物料在ｘ－ｙ逡逑平面的二維流動簡化為只沿ｘ方向的一維流動。這種簡化假定稱為潤滑近似假逡逑定，在此假定下，忽略重力和慣性力，流體的運動方程為：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膠料動態(tài)粘彈性能對壓延生產性能的影響逡逑圖２．２為９＃、１０�；鞜捘z分別在７％和７０％應變振幅條件下儲能模量的頻率逡逑掃描曲線。其中，７％應變振幅與門尼粘度測試的應變值相同，而在７０％應變振逡逑幅下的頻率掃描結果能反應膠料在高應變條件下的動態(tài)粘彈性能。由圖２．２可知，逡逑兩種混煉膠的儲能模量隨頻率升高而增大，ＲＰＡ２０００測試中頻率的高低對應實逡逑際壓延生產中膠料發(fā)生形變的頻率，即加工速度的快慢，頻率越高對應壓延速度逡逑越快。當壓延速度升高時，ＮＲ混煉膠的儲能模量升高，膠料抵抗變形的能力增逡逑強。與應變振幅為７％時兩種混煉膠的儲能模量相比，應變振幅為７０％時混煉膠逡逑的儲能模量值較小，在高頻區(qū)域彈性模量增長趨勢漸緩，這是由于Ｐａｙｎｅ效應的逡逑影響

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