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硫化是橡胶制品生产过程中必不可少的一步,橡胶硫化质量的优劣直接影响橡胶的机械性能,从而影响橡胶的使用性能。目前,对于轮胎等橡胶基厚制品的硫化而言,最常用的方法是加压硫化法,加压硫化法是将胎坯或胶料装入模内,在加压加热条件下进行硫化。但现行橡胶制品的硫化方法,热量都是由橡胶的外部向内部传递,由于橡胶是热的不良导体,热量传递到橡胶内部耗时较长,并且胶料内外存在较大的温度梯度,胶料内外硫化不同步,容易出现外部过硫化而内部欠硫化现象。加之,橡胶硫化耗能较大。所以,从提高橡胶制品的生产质量和生产效率,节能减排,保护环境等方面考虑,现行橡胶硫化方法己不能满足橡胶制品行业的要求,迫使生产厂家和科技工作者寻求更好的硫化方法。 微波加热是一种新型的加热技术,由于微波加热的速率快,耗时短,微波加热技术越来越受到人们的重视。本文制备了某型号混炼胶,在微波加热理论的基础上,选择了微波加热的波导模型,建立了橡胶微波加热的圆波导和同轴波导的物理模型和数学模型,最后对圆波导模型和同轴波导模型下的橡胶微波加热硫化过程进行了仿真,得到以下结论: (1)通过LFA447型激光导热分析仪和差示扫描量热仪对混炼胶的热物性参数进行测量得出,混炼胶的导热系数随温度基本呈线性趋势增加,其随温度变化的拟合公式为λ=0.000504T+0.1923。混炼胶胶料的比热随温度的变化而变化,除个别几个点外混炼胶的比热随温度的升高逐渐增大,比热随温度的变化关系可以拟合为:CP=-0.0395T2+12.537T+1303.6。 (2)传统的热量由外向内的加热方式,加热时间长,效率低,而微波加热耗时少,加热效率高。 (3)圆波导模式下,胶料经微波加热后,其内部的焦耳热密度大小随着微波功率的增大而增大,且胶料中间部位焦耳热密度具有最大值,并且随微波功率的增大,胶料中间部位具有较大焦耳热密度值的区域不断变大。 (4)胶料经微波加热后,其内部的温度分布的规律与相同微波功率下焦耳热密度分布规律相同,即胶料中间部位温度具有最大值,胶料的最低和最高温度大小都随着微波功率和加热时间的增大而增大,而且胶料最高温度增大的趋势较大。微波加热能够使胶料整体被加热,每一加热时间和微波功率下的胶料温度范围不同,随着加热时间的增加,胶料中间部位温度较高区域的范围不断变大。 (5)同导热系数和比热都随时间变化相比,胶料比热为定值情况下胶料中的最低和最高温度变化较大,即胶料比热数值的变化对其微波加热硫化过程升温效应影响较大。 (6)在传统热量由外向内传递和微波加热两种加热方式共同作用下,随着加热时间的增大,胶料中间部位不断被加热而且外部热量不断向内部传递,所以胶料内外温度不断上升,胶料内部低温区域不断减少,胶料的最高温度和最低温度随加热时间基本呈线性增长,胶料内部温度梯度较单一加热方式减小。 (7)施加外部压力时胶料的最高和最低温度数值低于只施加温度载荷情况下的胶料最低和最高温度数值,随着加热时间的增大,胶料中的最低和最高温度都呈增大的趋势,胶料中间部位最高温度增大的幅度较大。胶料的最低和最高温度随加热时间仍基本呈线性趋势增加。 (8)同轴波导模式下橡胶经微波加热后胶料的最低温度和最高温度随加热时间和微波功率的增加而增大,而且胶料的最低和最高温度随加热时间基本呈线性趋势增加。同轴波导模式下胶料的微波加热效率低于圆波导模式下胶料的微波加热效率,但同轴波导模式下胶料经微波加热后,胶料最低和最高温度的差值要小于圆波导模式下胶料的最低和最高温度差值,即同轴波导模式下胶料中的温度梯度小于圆波导模式下的胶料温度梯度。