本文關(guān)鍵詞：橡膠微波硫化的傳熱特性研究　出處：《青島科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：與傳統(tǒng)硫化方式相比,微波硫化是從橡膠內(nèi)部開始,不需要熱量由外向內(nèi)傳導(dǎo)這一過程,因此,微波硫化克服了傳統(tǒng)硫化熱傳導(dǎo)所形成的表里溫差,有利于提高橡膠制品的硫化質(zhì)量,并可縮短硫化時間,特別對于厚壁制品的硫化,能減少1/3以上的硫化時間。文中以異戊橡膠及某型號輪胎胎面膠、胎側(cè)膠、內(nèi)襯層膠及簾布層膠為研究對象,實驗測量了各混煉膠的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、介電常數(shù)及介電損耗角正切值,實驗驗證了橡膠微波硫化方案的可行性,研究獲得了尺寸為40mm(長)×40mm(寬)×60mm(高)、40mm×40mm×40mm 及 40mm×40mm×20mm 異戊橡膠膠塊、胎面膠膠塊、胎側(cè)膠膠塊、內(nèi)襯層膠膠塊及簾布層膠膠塊微波硫化過程中的溫升及溫度分布規(guī)律,研究了橡膠旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、微波天線、介電常數(shù)及介電損耗角正切值對橡膠微波硫化溫度分布、溫升規(guī)律及微波加熱效率的影響規(guī)律;探索及研究了微波頻率及微波功率等因素對不同尺寸及不同形狀橡膠微波硫化溫度場及微波加熱效率的影響規(guī)律。得到以下結(jié)論:(1)混煉膠導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的關(guān)系可表示為λ=a+bt;混煉膠比熱與溫度之間的關(guān)系可表示為Cp =a+bt-ct2。(2)異戊橡膠、胎側(cè)膠、簾布層膠介電常數(shù)與頻率之間的關(guān)系可表示為ε' = a-bf + cf2-df3,胎面膠介電常數(shù)與頻率之間的關(guān)系可表示為ε'=a-bf-cf2-df3,內(nèi)襯層膠介電常數(shù)與頻率之間的關(guān)系可表示為ε' =a-bf--cf2+df3,胎側(cè)膠介電損耗角正切值與頻率之間的關(guān)系可表示為tanδ=a-bf-cf2+df3,異戊橡膠、胎面膠、內(nèi)襯層膠及簾布層膠介電損耗角正切值與頻率之間的關(guān)系可表示為=anδ-bf+ cf2-df3。(3)對于三種尺寸的五種膠塊,膠塊在靜止?fàn)顟B(tài)下經(jīng)微波加熱后溫度分布不均勻,熱點集中在膠塊的中心區(qū)域;在相同的微波硫化工藝中,膠塊中心層2#、5#及8#測溫點的溫度與加熱時間之間的關(guān)系可表示為t=ψ1+ψ2τ-ψ3τ2,除中心層之外測溫點溫度與加熱時間之間的關(guān)系可表示為t=ψ1 + ψ2τ+ ψ3τ2。(4)旋轉(zhuǎn)可以提高橡膠微波硫化溫度分布均勻性及微波加熱效率,溫差降低幅度最大可達(dá)72.47%,體平均溫度最大可提高25.19%。微波天線旋轉(zhuǎn)影響膠塊微波硫化熱點位置及熱點面積,同時,天線旋轉(zhuǎn)能夠降低橡膠塊微波硫化溫差,最大降低幅度達(dá)54.62%,提高其微波硫化溫度分布均勻性及微波加熱效率,體平均溫度最高可提高近一倍。微波天線旋轉(zhuǎn)方向?qū)ζ湮⒉蚧瘻囟确植�、溫差及微波加熱效率影響甚�?可以忽略。微波天線角度影響橡膠微波硫化熱點位置及面積,橡膠微波硫化溫差、體平均溫度及微波加熱效率與微波天線角度之間的關(guān)系可分別表示為Δt=β1-β2α+β3α 2-β4α3,t =β1-β2α +β3α2-β4α3 及η = β1-β2α + β3α2-β4α3。(5)逆時針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下橡膠微波硫化溫差較小,微波加熱較均勻,獲得微波硫化最優(yōu)溫度分布均勻性的最佳轉(zhuǎn)速是逆時針300r/min。橡膠膠塊逆時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與膠塊溫差之間的關(guān)系可表示為Δt=ζ1-ζ2r + ζ3r2,旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與膠塊體平均溫度之間的關(guān)系可表示為t = ζ1 +ζ2r。橡膠微波加熱體平均溫度及微波加熱效率隨ε'×tanδ值的增加逐漸增大,橡膠的ε'×tanδ值越大,橡膠微波硫化溫度分布越不均勻。橡膠微波硫化溫差、體平均溫度及微波加熱效率與ε'×tnδ之間的關(guān)系可分別表示為Δt=χ1+ 2 '×tanδ,t ×1+ 2 × tanδ 及η=χ1+χ2ε× tanδ。(6)橡膠最高及最低溫度隨著頻率的增加基本呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢,當(dāng)微波頻率為2450MHz時,微波加熱效率最高,但加熱不均勻性嚴(yán)重,其他頻率下,橡膠塊微波加熱均勻性好,但加熱效率低。對于長方體及圓柱體橡膠塊,小尺寸小體積橡膠塊微波硫化溫度分布均勻性優(yōu)于大尺寸大體積橡膠塊溫度分布均勻性,但大尺寸大體積橡膠塊可更多的吸收微波能轉(zhuǎn)化為熱能,具有較高微波加熱效率。對于圓環(huán)柱橡膠塊,大尺寸大體積及小尺寸小體積橡膠塊微波硫化溫度分布均勻性優(yōu)于中等尺寸中等體積橡膠塊溫度分布均勻性,但中等尺寸中等體積橡膠可更多的吸收微波能轉(zhuǎn)化為熱能,具有較高微波加熱效率。(7)微波功率越小,微波加熱越均勻,微波功率對橡膠微波加熱效率的影響不大,可以忽略。對于60mm高橡膠塊,長方體膠塊和圓環(huán)柱膠塊微波硫化溫度分布均勻性優(yōu)于圓柱體橡膠塊溫度分布均勻性,實心的長方體及圓柱體橡膠塊微波加熱效率高于空心圓環(huán)柱橡膠塊的微波加熱效率。對于40mm高膠塊和20mm高膠塊,圓環(huán)柱橡膠塊微波硫化溫度分布不均勻性嚴(yán)重,但圓環(huán)柱橡膠塊微波加熱效率高。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ330.13

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1319827