[发明专利]一种轮胎硫化程度的表征方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表征方法，具体涉及轮胎硫化程度的表征方法。

背景技术

图1给出了橡胶各种性能随时间的变化曲线。随着硫化时间的增加，橡胶的拉伸长度、定伸应力和弹性先增加后降低；硬度逐渐增加并趋于一定值；伸长率先降低后增加；永久变形逐渐减少也趋于一定值。因此必须根据橡胶的用途，综合考虑胶料对各种性能的要求来确定硫化时间。一般来说，当胶料处于正硫化状态时，其各种性能都处于最佳状态，因此在硫化过中应尽量使各部位胶料都处于正硫化状态。硫化程度是用来表示橡胶制品在硫化过程中，胶料的主要性能(综合性能)与最佳性能的比较。工程上目前将硫化程度简单的分为正硫化、欠硫和过硫三种状态。随着有限元技术被用于硫化温度场的模拟，仅仅定性地对胶料硫化状态进行评价无法完成硫化程度场的优化，因此必须对硫化程度进行定量描述。

正硫化又称最宜硫化，是指橡胶制品的主要性能(综合性能)达到或者接近最佳状态值的硫化状态。欠硫是指处于正硫化前期的硫化状态。过硫是指处于正硫化后期的硫化状态。处于后两种状态的硫化胶物理性能都较差，工业上应尽可能避免出现这两种状态。正硫化时间是指橡胶制品达到正硫化状态所需的时间，从硫化曲线(如图2所示)可以看出，正硫化时间是一个范围，而不是一个点。对于过硫化的定义，各个企业各不相同。通过对典型橡胶料的各种性能变化趋势的研究，大多数性能在t_REV97后会出现明显地下降，因此可以选择t_REV97作为平坦期的结束点。其中t_REV97为硫化仪测定的转矩下降至最大转矩的97％时所对应的硫化时间。

硫化仪是近年出现的专用于测试橡胶硫化特性的试验仪器。硫化仪测定正硫化的原理为剪切模量G′与交联密度G成正比，硫化仪记录仪绘出的曲线实质就是剪切模量G′(转矩)与硫化时间成正向的转矩变化曲线，如图2所示。利用硫化仪可以直接确定起始硫化时间(焦烧时间、诱导期)、理论正硫化时间(t_H)、工艺正硫化时间(t₉₀)、反转97硫化时间(t_REV97)及硫化速度指数100/(t₉₀-t_s)。目前许多单位焦烧时间采用t₁₀，亦即转矩达到M_L+10％(M_H-M_L)所对应的硫化时间，最大正硫化时间采用反转97硫化时间，即转矩从最大值下降到M_L+97％(M_H-M_L)所对应的硫化时间。从而可以得出三种硫化程度所对应硫化时间的区间。当硫化时间t′＜t₉₀时为欠硫化状态，当硫化时间t′＞t_REV97时为过硫化状态，否则为正硫化状态。

根据硫化理论，硫化胶的性能取决于G，亦即交联密度。因此在不同硫化条件下，要制得具有相同力学性能的硫化胶，就应使各种硫化胶的交联密度G相同，常采用等效硫化时间(t′)和等效硫化效应来表征G，定义交联程度等于等效硫化时间与工艺正硫化时间的商来表征G。下面详细介绍一下现有的三种表征方法。

1)等效硫化时间表征方法

等效硫化时间是指硫化过程中，橡胶制品在不同温度下达到相同硫化效果的硫化时间。在轮胎的硫化过程中，由于轮胎的几何非线性和胶料的热不良导体的特性使得各部位的硫化温度是随时间变化的。为了便于衡量胶料在不同温度下的硫化程度，引入了等效硫化时间。恒温硫化状态下的硫化时间与胶料性能具有一一对应关系，因此把制品的在不同温度下的硫化时间采用阿累尼乌斯方程(Arrhenius equation)或者范特霍夫公式(Van’t Hoff equation)换算成某一标准温度下的等效硫化时间。

阿累尼乌斯方程(Arrhenius equation)的表达形式：