專利名稱：：硬化厚的、不均勻的橡膠物品的改進(jìn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及硬化厚的、不均勻的橡膠物品的領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及硬化諸如卡車輪胎一類的輪胎的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：多年來(lái)，橡膠物品-例如氣壓輪胎在壓力機(jī)進(jìn)行硫化或硬化，其中熱量是通過(guò)輪胎模型從外部、及通過(guò)硬化囊狀物從內(nèi)部施加一定的時(shí)間，進(jìn)行輪胎的硫化。技術(shù)上眾所周知的這些壓力機(jī)一般使用可分開(kāi)的帶有成形和硬化機(jī)構(gòu)的半個(gè)模型或零件(包括分割的模型零件)，并利用其內(nèi)裝有用于成形、加熱和冷卻流體或介質(zhì)的囊狀物進(jìn)行物品的硬化。一般上述的硬化壓力機(jī)由機(jī)械的定時(shí)器或可編程的邏輯控制器(PLC)控制，PLC使壓力機(jī)通過(guò)各個(gè)步驟循環(huán)，在些步驟過(guò)程中，在從壓力機(jī)卸下物品前，使物品成形，加熱和在一些過(guò)程中冷卻。在硬化過(guò)程中，物品在預(yù)先設(shè)定的一段時(shí)間內(nèi)受高壓和高溫作用，這段時(shí)間的設(shè)定成使物品的最厚部分能充分的硬化。該硬化過(guò)程通常在壓力機(jī)外繼續(xù)以至完成。橡膠化學(xué)家面臨預(yù)測(cè)橡膠物品的每一部分被滿意地硬化的時(shí)間段，并且一旦確定這種時(shí)間段，則物品在該時(shí)間段內(nèi)被加熱。對(duì)于較薄，幾何形狀均勻和成分相同的橡膠物品，這是較直接的分析。當(dāng)不是這種情況，例如諸如輪胎，特別是大的輪胎，例如卡車輪胎，不在公路上行駛的輪胎，農(nóng)場(chǎng)、飛機(jī)和大型挖土機(jī)輪胎一類的復(fù)雜物品時(shí)，分析要困難得多。這些形式輪胎的硬化程度不但受輪胎各部分的幾何形狀變化的影響，而且受成分改變和層疊體結(jié)構(gòu)的影響。雖然己利用時(shí)間控制方法硬化數(shù)百萬(wàn)個(gè)輪胎，但因?yàn)檩喬コ煞趾蛶缀涡螤畹淖兓?，輪胎的一些部分比其他部分硬化得多。通過(guò)設(shè)定硬化最難硬化部分的時(shí)間段，但仍產(chǎn)生一些部分的過(guò)度硬化，這樣硫化機(jī)上的生產(chǎn)時(shí)間浪費(fèi)，生產(chǎn)效率也降低。5己經(jīng)提出了硬化壓力機(jī)的各種設(shè)計(jì)和各種硬化方法，以更均勻地硬化厚的橡膠物品。一些方法使用模型結(jié)構(gòu)的不同材料、絕緣材料、輪胎各部的不同成分、多個(gè)硬化區(qū)域，或使用這樣的方法，使熱量可以較長(zhǎng)的時(shí)間施加或采用，可將更多的熱引導(dǎo)至橡膠物品的最厚或最復(fù)雜的部分。說(shuō)明各種硬化方法和裝置的專利如下美國(guó)專利3，718，721、3，819，915、4，371，483、4,044，600、4，861，253、5，055，245、5，481，319、6，413，068和6，478,991號(hào)；EP0專利申i青0485127Al、0578105A2和1172198A2;和日本專利JP62037107、JP07195370、JP2002172622A。然而，上述方法和裝置沒(méi)有一個(gè)證明是完全令人滿意的，時(shí)間控制仍然是硬化不均勻、厚的橡膠物品的典型方法。這樣，輪胎工業(yè)面臨用更快的時(shí)間生產(chǎn)均勻硬化的輪胎的問(wèn)題。本發(fā)明涉及硬化不均勻、厚的橡膠物品-例如卡車輪胎或輪胎的外胎面的改進(jìn)的方法。該方法使用傳熱元件，該元件是經(jīng)特別選擇的和被特別放置在模型中，以便在物品的硬化限制部分上將熱量傳遞給該物品。這在物品上產(chǎn)生使傳熱元件突出至該物品中的小孔。由于這些孔很小，它們不改變物品的相對(duì)作用和性能。該孔基本上可看作為針孔或微小的刀槽花紋(sipe)。為了具有諸如牽引，排水等功能的優(yōu)點(diǎn)，作刀槽花紋(siping)在輪胎技術(shù)中是眾所周知的。美國(guó)專利6,196，298、4,298，046、5,289,862和5，896，905號(hào)說(shuō)明了在輪胎作刀槽花紋的各種作用。在先前技術(shù)中使用刀槽花紋和本發(fā)明的使用微小刀槽花紋之間的區(qū)別為，在先前技術(shù)中，刀槽花紋用于引起或產(chǎn)生輪胎的功能改變，而選擇本發(fā)明的微小刀槽花紋是不改變輪胎或被硬化的外胎面的相對(duì)功能性能，而改善硬化。如對(duì)針孔一樣，在先前技術(shù)和本發(fā)明之間有同樣的區(qū)別。在輪胎的先前技術(shù)中已知，外胎面中的針孔在磨損，牽引，排水等性能方面產(chǎn)生功能性改變(參見(jiàn)美國(guó)專利2，504，090、3，409，064、3，637，001、3，645,313、3，749，145、3，998，256、4，266，592、4，305，445、4，723，584、5,027,876和6，374，886號(hào)；美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)2003/0089439和2002/0100527號(hào)；英國(guó)專利546，975號(hào))。另一些專利說(shuō)明在輪胎的外胎面的側(cè)面上引入側(cè)面針孔可使輪胎性能發(fā)生功能性改變(參見(jiàn)美國(guó)專利1，408，100、1，509，259、1，733，064、1，778，071、1，877，988、3，848，651和4，979，549號(hào)，日本專利公報(bào)P2002-307442A號(hào)和日本申請(qǐng)3-355071號(hào))。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及使用通常的硬化模型和壓力機(jī)、硬化不均勻的厚的橡膠物品的改進(jìn)方法，其通過(guò)采用在模型中的特定位置處帶有的傳熱元件來(lái)改善模型進(jìn)行的，上述特定位置被預(yù)先確定為能將熱量引導(dǎo)至橡膠物品的硬化限制部分。本發(fā)明不但可使物品較快地硬化，而且可使橡膠物品的硬化狀態(tài)更均勻。傳熱元件的選擇、定位和使用不會(huì)顯著地改變橡膠物品的功能或性能。應(yīng)特別注意，只是模型改變，硬化裝置作為一個(gè)整體和橡膠物品的成分不需要改變或調(diào)節(jié)。上述硬化的改進(jìn)是通過(guò)減小在模型中的總的硬化時(shí)間達(dá)到的，從而可提高生產(chǎn)率。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例為制造模型的方法，該模型用于硬化不均勻的、厚的物品-例如卡車輪胎或輪胎的外胎面，該方法包括下列步驟(a)確定在硬化過(guò)程中，要接受附加的熱量的物品的那些部分，以便在硬化時(shí)間內(nèi)加速這些部分的硬化；(b)將傳熱元件固定在模型中，以便在所述輪胎硬化過(guò)程中將需要附加的熱量引入物品的這些部分中。本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例為通過(guò)將傳熱元件加在所述模型中，重新加工輪胎模型的方法。所述傳熱元件互相隔開(kāi)，并使要插入所述模型中的輪胎的所有部分硬化更均勻。圖1表示為了翻新輪胎面，制造硬化的外胎面的平坦的外胎面模型的頂部部分。該頂部部分形成外胎面的雕刻花紋。代號(hào)(10)表示在外胎面圖形中形成大的"全深度"槽的模型部分，該槽形成外胎面塊(20)。圖2表示為了翻新輪胎用的外胎面的硬化外胎面圖形，該外胎面圖形是用通常方法硬化的。圖中表示大的側(cè)向槽(10)和外胎面塊(20)。該外胎面從其底部表面至外胎面塊的頂部表面的厚度約為25mm(30)。側(cè)向槽的深度大約為22mm(40)。圖3表示用于翻新輪胎用的外胎面的硬化外胎面圖形，該外胎面圖形是用本發(fā)明方法硬化的圖2所示的硬化的外胎面圖形和圖3所示的外胎面圖形的唯一區(qū)別為有"針孔"(50)。該針孔離外胎面塊的頂部表面的深度大約為14腿。圖4表示圖2和圖3所示的硬化輪胎面的硬化速率，其為位于在外胎面中的熱電偶探針的各種位置與時(shí)間的函數(shù)。第一個(gè)探針安裝在離外胎面塊的頂面lmm深度的位置，第二個(gè)探針安裝離相同的外胎面塊的頂面8mm深度的位置，第三個(gè)探針安裝在離相同的外胎面塊的頂面14ram深度的位置。圖中表示在l誦深度，8mm深度和14mm深度，對(duì)于使用沒(méi)有針的通常硬化方法時(shí)，如圖4中位置100、110和120所示的硬化的外胎面，和使用帶有針的本發(fā)明方法時(shí)，如圖4中的位置200、210和220所示的硬化的外胎面的硬化速率。圖5表示對(duì)于圖2和圖3所示的硬化的外胎面，在熱電偶探針離外胎面塊頂部表面深度為l鵬、6mm、IO腿、14mm、18臓禾tl22腿處，在26分鐘固定的壓力機(jī)硬化時(shí)間后的硬化狀態(tài)(a)。圖中表示在上述深度處，對(duì)于使用沒(méi)有針的通常硬化方法，如圖4中的位置300、310、320、330、340和350所示的硬化的外胎面，和使用有針的本發(fā)明方法，如圖5中的位置400、410、420、430、440和450所示硬化的外胎面的硬化狀態(tài)。圖6表示對(duì)于圖2和圖3所示的硬化的外胎面，在圖5給出的相同熱電偶在外胎面中的深度下，在壓力機(jī)中達(dá)到a^0.9的硬化狀態(tài)所需的硬化時(shí)間(秒)。對(duì)于使用通常的硬化方法硬化的外胎面，在每一個(gè)深度達(dá)到a^.9的時(shí)間用線(500)表示；對(duì)于使用本發(fā)明的方法硬化的外胎面，在每一個(gè)深度的達(dá)到a4.9的時(shí)間用線(510)表示。圖7為典型的卡車輪胎肩部區(qū)域的輪廓，它表示該輪胎的復(fù)雜性和不均勻的幾何形狀。圖8表示當(dāng)將輪胎從壓力機(jī)上取下，并利用通常的時(shí)間控制方法硬化時(shí)，圖7所示的卡車輪胎的肩部中的熱分布。圖9表示在大約22mm高度處，帶有添加的刀槽花紋(600)的車輪胎的肩部的模型部分。生產(chǎn)在肩部的側(cè)向槽的該模型部分的高度大約為24mm(610)。圖10表示帶有添加的肩部槽(700)的圖7所示的卡車輪胎的肩部的輪廓。該肩部槽的平均深度大約為27mm，并且寬度大約為8mm，橫向延伸大約14mm進(jìn)入肩部外胎面塊中。圖11表示帶有高度大約為3mm的微小的刀槽花紋(800)的卡車輪胎的模型部分。生產(chǎn)肩部側(cè)向槽的該模型部分的高度大約為24擺(610)。圖12表示帶有高度大約為22mm，基底為22mm的添加楔形刀槽花紋(900)的卡車輪胎肩部的模型部分。生產(chǎn)肩部側(cè)向槽的該模型部分的高度大約為24mm(610)。圖13表示帶有高度大約為22腿的多個(gè)針(1000)的卡車輪胎的模型部分。生產(chǎn)肩部側(cè)向槽的該模型部分的高度大約為24mm(610)。圖14(a)表示利用本發(fā)明的針式傳熱元件和微小刀槽花紋傳熱元件硬化的輪胎外胎面。側(cè)向槽(10)離外胎面塊(20)的頂面的深度大約為24腿。在離外胎面塊的頂面的深度大約為14mm處有針孔(50)(圖14(b))。在離外胎面塊(20)的頂面深度大約為3醒處有微小的刀槽花紋(1100)，且在每一個(gè)微小刀槽花紋中具有深度大約為14mm的三個(gè)針孔(1110)(圖14(c))。具體實(shí)施例方式在硬化不均勻的、厚的橡膠物品一例如氣壓輪胎的過(guò)程中，工業(yè)的挑戰(zhàn)是要提供一種硬化處理，其可將充足的熱能量供給物品的不均勻的、厚的部分，使所述部分很好地硬化，不會(huì)使該物品的較薄部分過(guò)度硬化，并且生產(chǎn)率高。在使用本發(fā)明的方法時(shí)，必需首先確定，不均勻的、厚的橡膠物品的哪些部分需要附加的熱能，以有效和充分硬化所述部分。這可以使用已知的技術(shù)進(jìn)行，例如利用有限元分析(FEA)或熱電偶探針以確定物品的每一個(gè)區(qū)域的硬化狀態(tài)。從對(duì)這些區(qū)域和成分的硬化速率的了解中，可以辨識(shí)接收加強(qiáng)傳熱的物品的不同部分，以便硬化時(shí)間較快和硬化更均勻。本發(fā)明使用傳熱元件作為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)的有效的和實(shí)際的裝置。本發(fā)明還提出了使輪胎或外胎面的所有區(qū)域的硬化狀態(tài)更均勻的特殊的傳熱元件，并減小在壓力機(jī)上的硬化時(shí)間?？蓪⒃趬毫C(jī)上硬化時(shí)間減小到10%或更多。另夕卜，使用這種改進(jìn)的硬化方法要根據(jù)基本的輪胎性能參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)，以表示使用特殊的傳熱元件對(duì)輪胎的性能沒(méi)有重大影響。本發(fā)明的硬化不均勻的、厚的橡膠物品的方法包括下列步驟(a)預(yù)先確定物品各部分的硬化速率，以確定硬化限制部分；(b)通過(guò)將至少一個(gè)傳熱元件放置在模型中，從該模型的內(nèi)表面向外突出，且在物品的硬化限制點(diǎn)突出入該物品中，改造該物品的模型；(C)將物品放置在該模型內(nèi)部；(d)將熱加在物品上和傳熱元件上，直至物品達(dá)到確定的硬化狀態(tài)；禾卩(e)從該模型中取出該物品。這樣，改造的模型具有至少一個(gè)與該物品接觸的內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有至少一個(gè)從該模型的內(nèi)表面向外突出的傳熱元件，從而在硬化過(guò)程中，熱量可從傳熱元件傳遞至物品的硬化限制部分。本發(fā)明特別適用于作為硬化輪胎的外胎面的方法。該方法包括下列步驟(a)預(yù)先確定要插入模型中的外胎面的基本上所有部分的硬化速率，以確定硬化限制部分；(b)將沒(méi)有硬化的外胎面放置在通常的模型中，該模型包括至少一個(gè)突入到該外胎面的硬化限制部分中的傳熱元件。(C)通過(guò)該模型和該傳熱元件，將熱量施加在外胎面上；和(d)將該傳熱元件從該外胎面取下，同時(shí)從模型中取出該外胎面。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例為制造或采用通常的模型，來(lái)硬化不均勻的、厚的橡膠物品的方法。該方法包括下列步驟(a)確定要插入的物品的基本上所有部分的加熱速率；(b)確定物品的哪些部分為硬化限制部分，使它們?cè)谟不鑫锲返倪^(guò)程中接收附加的熱量；和(c)將至少一個(gè)傳熱元件固定在模型上，使得在硬化所述物品的過(guò)程中，該傳熱元件從模型的內(nèi)表面向外突出，并突入物品的這些硬化限制部分中。本發(fā)明特別可適用于形成輪胎的模型，該模型包括與輪胎接觸的內(nèi)表面。該形成包括下列步驟(a)確定要插入該模型中的輪胎的基本上所有部分的加熱速率；(b)確定輪胎的哪些部分為需要硬化限制、且需要硬化所述輪胎的過(guò)程中附加的熱量；禾口(C)將至少一個(gè)傳熱元件固定在輪胎模型上，使得在硬化所述輪胎過(guò)程中，使該傳熱元件從該模型的內(nèi)表面向外突出和突入需要附加熱量的輪胎的那些部分中。有限元分析根據(jù)本發(fā)明在利用通常方法的硬化過(guò)程中，對(duì)物品(例如輪胎或外胎面)各部分產(chǎn)生的傳熱進(jìn)行評(píng)價(jià)。確定傳熱的一個(gè)已知的方法為制造一個(gè)輪胎，將熱電偶放在該輪胎內(nèi)，并記錄在硬化過(guò)程中的熱的分布。知道熱分布，可以利用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)確定整個(gè)輪胎的硬化狀態(tài)。另一個(gè)已知的方法為利用有限元分析(FEA)。該方法由承受外界負(fù)荷(即熱負(fù)荷)的物品的計(jì)算機(jī)模型組成，并分析得出結(jié)果。傳熱分析建立該物品的導(dǎo)熱率或熱動(dòng)力學(xué)模型?？蓞⒁?jiàn)JainTong等人在雜志JournalofReinforcedPlasticsandComposites,第22巻11/2003號(hào)第983-1002頁(yè)的文章"輪胎硬化過(guò)程的有限元分析(FiniteElementAnalysisofTireCuringProcess)，，。硬化狀態(tài)和aa為硬化狀態(tài)的量度，由下式給出a=(在輪胎模型中的硬化時(shí)間)A99式中t99為完成99。/。硬化的時(shí)間，如流變儀曲線所示，由扭矩測(cè)量。ASTMD2084和IS03417說(shuō)明了如何利用振蕩流變儀測(cè)量橡膠化合物的硬化時(shí)間(時(shí)間to為硬化開(kāi)始，時(shí)間t99為99%完成硬化)。這里介紹這些標(biāo)準(zhǔn)供參考?，F(xiàn)在說(shuō)明本發(fā)明的過(guò)程，以表示它與通常的硬化過(guò)程和模型不同。本發(fā)明的過(guò)程涉及不均勻的、厚的橡膠物品。不均勻意味著(a)物品的幾何厚變化，(b)物品的材料成分變化，(c)在物品中有層疊體，和/或(d)以上全部。一般的大型輪胎-例如卡車輪胎、不在公路上行駛的輪胎、農(nóng)場(chǎng)輪胎或大型挖土機(jī)輪胎為不均勻的、厚的橡膠物品。然而，例如軟管、橡膠帶、振動(dòng)支架、保險(xiǎn)杠等任何不均勻的、厚的橡膠物品都可以利用本發(fā)明方法有效地硬化。在使用通常模型的通常的硬化方法中，可對(duì)橡膠物品的所有部分進(jìn)行加熱速率的分析。然而，結(jié)果是，即使在模型的各個(gè)部分中使用較高的溫度或較長(zhǎng)的時(shí)間，總的硬化時(shí)間由基本上硬化橡膠物品的"硬化限制"部分所需要的時(shí)間決定。"硬化限制"是表示由于成分的傳熱特性和物品的厚度和/或復(fù)雜性，難以硬化或需要最長(zhǎng)時(shí)間硬化的部分。這造成壓力機(jī)中的硬化時(shí)間較長(zhǎng)和硬化裝置使用效率低。本發(fā)明的方法可達(dá)到(a)減小在壓力機(jī)中的硬化時(shí)間，和(b)更均勻的硬化狀態(tài)，而不改變物品的相對(duì)性能。如同在通常的硬化過(guò)程中一樣，本發(fā)明的方法利用已知的FEA分析，熱電偶分析或其他方法，以確定不均勻物品各部分的各種硬化速率和狀態(tài)。然而，發(fā)明者的研究還可確定哪些形式和結(jié)構(gòu)的傳熱元件，在減小硬化時(shí)間和達(dá)到更均勻的硬化狀態(tài)，而基本上不影響橡膠物品的性能方面有效。發(fā)明者試驗(yàn)了各種形狀和尺寸的、用于輪胎和輪胎外胎面的傳熱元件，包括肩部槽、刀槽花紋(直的，彎曲的和楔形的)和針。他們發(fā)現(xiàn)，所有這些形式的傳熱元件都可減小輪胎或外胎面的總的硬化時(shí)間，但使用大部分這些元件會(huì)明顯改變外胎面塊的剛度，這將影響輪胎的性能。只有使用所述的針和微小刀槽花紋，可減小硬化時(shí)間和改善硬化的均勻性，而基本上不影響外胎面塊的剛度和輪胎的性能。模型的針和微小刀槽花紋可用任何與該模型兼容的材料制成。對(duì)于輪胎模型，材料一般為鋼或鋁。針和微小刀槽花紋可用任何通常的方法(例如焊接)加在或粘接在模型上，或可以設(shè)計(jì)成新的模型。硬化裝置的其余部分-例如壓力機(jī)等，保持不改變。該微小刀槽花紋可以為任何形狀，例如直的、彎曲的、圓的、橢園的或楔形的。該微小刀槽花紋的寬度為13mm，其長(zhǎng)度使得它可伸入物品中大約物體的厚度大約5%大約20%。對(duì)于卡車輪胎，這一般為大約2大約6mm。該微小刀槽花紋可以橫向延伸物品的全部表面，例如外胎面塊或更小些。對(duì)于卡車輪胎，在外胎面塊邊界內(nèi)的微小刀12槽花紋圖形證明是有用的。該針可以為圓形、方形、矩形或橢圓形。如果為圓形，其直徑為大約13mm。如果為方形，其邊長(zhǎng)約為12mm。如果為其他形狀，則較小的尺寸長(zhǎng)度為大約12mm，較大的尺寸長(zhǎng)度大約為13腿。由于針比微小刀槽花紋較少突入，其長(zhǎng)度使它們可伸入物品大約5%大約80%的物品厚度，但最好伸入大約25%大約50%的物品厚度。對(duì)于卡車輪胎，這個(gè)范圍為大約325mm，最好為伸入外胎面塊大約10大約15mm。該針可以作成與表面垂直，與表面傾斜或在物品表面的橫向突入物品中。傳熱元件突入物品(例如輪胎或外胎面)中，在物品的表面上造成一個(gè)凹痕。由凹痕造成的物品總表面-例如在外胎面塊上的接觸面積的減小小于8%，最好小于5%。為了使物品按其預(yù)期的方式起作用，物品的剛度應(yīng)基本上不被由傳熱元件造成的凹痕改變。對(duì)于輪胎外胎面，這表示在使用本發(fā)明的方法后，與不使用傳熱元件同樣，外胎面塊應(yīng)保持剛度。剛度的改變與使用傳熱元件引起的體積的減小百分?jǐn)?shù)有關(guān)。對(duì)于本發(fā)明，包括使用可減小剛度4%或更小，最好為2%或更小的傳熱元件。剛度減小由下列的式計(jì)算"由傳熱元件形成的孔的體積"/"物品的總體積(或者受該傳熱元件作用的物品的分割部分)"。當(dāng)對(duì)輪胎的外胎面塊進(jìn)行剛度計(jì)算時(shí)，要使用乘法器。對(duì)于深度第一次增加l5mm，該乘法器值為"l"，對(duì)于深度第二次增加大于510mm，該乘法器值為"2",對(duì)于深度第三次增加大于1015mm，該乘法器值為"4"，對(duì)于深度的任何其他的增加大于15腿或更大，則該乘法器值為"8"。如果包括多于一次的增加(經(jīng)常有這種情況)，則對(duì)于每一個(gè)增加計(jì)算剛度，并且將得到的值相加，給出剛度總的減小。例如，如果使用突入外胎面塊14mm的"針"式傳熱元件，則在該塊上留下與針的直徑和長(zhǎng)度相應(yīng)的一個(gè)"孔"。因此，對(duì)于孔的體積的第一次5mm增加計(jì)算剛度，并且乘法器值為"1"。對(duì)于第二個(gè)5mm的增加，則對(duì)于孔體積第二次的增加計(jì)算另一剛度，并且乘法器為"2"。對(duì)于最后4ram的增加，對(duì)此增加計(jì)算另一個(gè)剛度，乘法器為"4"。然后，將三次計(jì)算加在一起，得到由"針"式傳熱元件造成的剛度的總的減小。對(duì)于所有形狀和各形式的傳熱元件使用相同的處理。下列的非限制性例子表示本發(fā)明的方法。例l:翻新輪胎胎面的外胎面的硬化將本方法用于翻新輪胎胎面的外胎面的硬化。圖1表示一種通常的平的外胎面雕刻的模型的一部分，其用于預(yù)先硬化的輪胎外胎面。圖2表示使用圖1所示的模型和使用通常的模制過(guò)程得到的外胎面的雕刻的外胎面圖形。圖3表示由將針式傳熱元件加在圖1的模型上得到的雕刻的外胎面圖形。在確定傳熱元件(針)的相對(duì)位置時(shí)，首先在外胎面圖形的X-Y平面上辨識(shí)最小硬化狀態(tài)位置。然后，利用這個(gè)位置作為在z-方向(或通過(guò)外胎面塊的厚度)的比較的基礎(chǔ)。本發(fā)明的處理可以用于均勻成分的外胎面或雙外胎面。雙外胎面是指在第二個(gè)外胎面層上使用的第一個(gè)外胎面層。在商業(yè)壓板預(yù)硬化翻新輪胎壓力機(jī)中，頂部和底部壓板利用循環(huán)熱油系統(tǒng)加熱。制造帶有內(nèi)部油管的壓板，以提供均勻的能量分布。利用適當(dāng)?shù)臒峤粨Q系統(tǒng)和油溫調(diào)節(jié)，可將壓板溫度控制在目標(biāo)范圍+/-3。C內(nèi)。從這個(gè)例子得到的外胎面圖形表示在圖2中。由于肩部塊大，在壓板壓力機(jī)中使用通常的硬化條件，在壓力機(jī)中需要的硬化時(shí)間為25分鐘。為了在外胎面的所有部分中，用數(shù)量表示硬化的狀態(tài)，將探針?lè)湃胪馓ッ嬷?。第一個(gè)探針?lè)旁谕馓ッ骓斆嬉韵麓蠹slmm處。第二個(gè)探針?lè)旁谕馓ッ骓斆嬉韵麓蠹s8mm處，第三個(gè)探針?lè)旁谕馓ッ骓斆嬉韵麓蠹s14mm處，靠近外胎面的中心。對(duì)于三個(gè)點(diǎn)(見(jiàn)圖4)形成溫度分布圖。對(duì)外胎面所有部分的硬化狀態(tài)應(yīng)為a《.90。橡膠是非常不良的熱導(dǎo)體和經(jīng)常不可避免地得到硬化的不均勻狀態(tài)的事實(shí)，是硬化過(guò)程固有的。對(duì)于這個(gè)例子，使用通常的硬化方法，在lmm處外胎面塊的表面在大約800秒(100)內(nèi)可達(dá)到充分的硬化狀態(tài)，而在壓力機(jī)中(120)，塊的中心在14mm處需要大約1800秒的硬化時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將2mm直徑的鋼傳熱針的組合加在選擇的外胎面塊中，來(lái)改造該模型。針的位置和深度通過(guò)FEA模型得到。使用鋼針的優(yōu)點(diǎn)是能夠改造現(xiàn)有的模型。因?yàn)樵撃Ｐ陀善降匿X塊制成，因此容易從該模型的背面，向外胎面的模制表面定位和鉆出精確的孔。然后，可將這些針?lè)旁谠摽字?，并用許多方法固定就位。為這種外胎面設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的方案表示在圖3中。將該針?lè)旁谀Ｐ椭校顾鼈円?針圖形的形式突入大的肩部塊中，并與外胎面塊的表面垂直。這些針突入該外胎面塊中至深度約為14mm。這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為在減小硬化時(shí)間，同時(shí)不損害輪胎性能之間的良好的平衡。圖4表示硬化速率，其為在外胎面中熱電偶探針的各種位置與時(shí)間的函數(shù)。第一個(gè)探針安裝在離外胎面塊的頂面大約lmm深度處，第二個(gè)探針安裝在離同一個(gè)外胎面塊的頂面大約8mm的深度處，第三個(gè)探針安裝在離同一個(gè)外胎面塊的頂面大約14mm深度處。在lmm深度、8腿深度和14mm深度處，利用通常沒(méi)有針(100)(110)禾B(120)的硬化方法硬化的外胎面，與利用本發(fā)明帶有針(200)(210)和(220)的方法硬化的外胎面，兩者的硬化速率在圖4中表示出來(lái)。顯然，靠近底部和頂部壓板的塊中的外胎面橡膠硬化得最快，而靠近中間的橡膠硬化得最慢。對(duì)于在標(biāo)準(zhǔn)模型中硬化的外胎面和在帶有針的模型中硬化的外胎面，比較在14腿處的中間位置，(120)和(220)處的硬化速率，可看出，加入針式傳熱元件可將在壓力機(jī)中的硬化外胎面的時(shí)間減小大約3分鐘，即硬化時(shí)間減小12%。圖5表示在硬化結(jié)束時(shí)，通過(guò)外胎面塊厚度的硬化狀態(tài)。曲線越平坦，則通過(guò)外胎面塊的硬化狀態(tài)越均勻。該圖表明，加入針式傳熱元件大大提高了通過(guò)外胎面塊的硬化的均勻性(比較400、410、420、430、440和450與300、310、320、330、340和350)。圖6同樣表示對(duì)于在外胎面塊中的不同深度達(dá)到<!=0.90的確定的硬化狀態(tài)所需的時(shí)間?？煽闯?，加入傳熱針將a=0.90的總的硬化時(shí)間減小大約3分鐘(參見(jiàn)在l(km位置的510與500)。由使用5針形式引起的外胎面塊的表面積減小的百分?jǐn)?shù)大約為1%，計(jì)算由使用14mm的針引起的外胎面塊剛度的減小只為大約2%。例2使用各種傳熱元件的建模這個(gè)例子使用FEA建模來(lái)表示硬化時(shí)間的減小，它是通過(guò)使用放置在典型的氣壓卡車輪胎(圖7表示這種輪胎的肩部區(qū)域)的外胎面中的各種形狀和形式的傳熱元件可以實(shí)現(xiàn)的。外胎面塊深度為28mm，側(cè)向槽的深度為24mm。對(duì)參考情況(即不使用任何傳熱元件)，計(jì)算硬化時(shí)間為57分鐘。這個(gè)輪胎的硬化受肩部區(qū)域硬化的限制。例如胎邊需要39分鐘以得到ci二0.90，而側(cè)壁需要22分鐘。因此，胎邊有18分鐘的附加加熱，和側(cè)壁具有35分鐘的附加加熱。圖8表示在圖7的輪胎的肩部區(qū)域中得出的熱"分布"。可以看出，在壓力機(jī)硬化結(jié)束時(shí)，外胎面肩部塊的中心內(nèi)的溫度為15°C，比在外胎面塊的表面上的溫度冷。圖9、圖11、12和13表示利用不同結(jié)構(gòu)的傳熱元件改造的模型的例子，所述傳熱元件可以用于將熱量引入輪胎的肩部的外胎面塊中。圖IO表示加入大的肩部槽的肩部外胎面輪廓。這里的目的是表示，雖然可以使用不同形狀和形式的傳熱元件，將熱能傳至硬化限制區(qū)域中并減小總的硬化時(shí)間，但輪胎外胎面的剛度基本上不改變。該例子表示，雖然可達(dá)到較快的硬化時(shí)間，但外胎面塊的剛度受使用一些元件的影響大。表1總結(jié)了結(jié)果。A"全深度"刀槽花紋將一個(gè)大的鋁制"全深度"刀槽花紋(600)加在參考輪胎模型上，將熱量傳遞至輪胎的肩部中。2mm寬的刀槽花紋大約突出22mm至外胎面塊(圖9)中。從這個(gè)模型得出的結(jié)果表示，使用一個(gè)全深度刀槽花紋，硬化時(shí)間為53.5分鐘，或者減小3.5分鐘；而使用三個(gè)全深度刀槽花紋，硬化時(shí)間為50分鐘，減小7分鐘。然而，使用"全深度"刀槽花紋分別將外胎面塊的計(jì)算剛度減小4%和12%。B、大的肩部槽將一個(gè)大的肩部槽作為一個(gè)傳熱元件來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)(圖10)。為了將熱加在肩部塊上，將肩部槽傳熱件加在模型上。在肩部(700)處的槽的平均深度是27mm。槽寬為8mm并橫向穿入肩部塊中14ram。使用該肩部槽將硬化時(shí)間減小至54分鐘(減小3分鐘)，但也使外胎面塊的計(jì)算剛度減小6%。C、微小刀槽花紋使用微小刀槽花紋(800)，即將2腿寬和伸入外胎面深度中3畫深度的刀槽花紋作為傳熱元件(圖11)進(jìn)行評(píng)價(jià)?？梢钥闯觯痰奈⑿〉恫刍y基本上不干擾外胎面塊的剛度。這點(diǎn)是真實(shí)的，因?yàn)橛?jì)算剛度只減小大約1%。使用三個(gè)微小刀槽花紋使硬化時(shí)間為56.5分鐘，總時(shí)間減小0.5分鐘。D、楔形刀槽花紋還研究了楔形的傳熱元件(900)(圖12)。該楔為2mm寬和其基部的長(zhǎng)度為20腿，并放置在模型上，突入該塊中大約22mm。當(dāng)使用一個(gè)楔時(shí)，硬化時(shí)間減小至54.5分鐘(減小2.5分鐘或大約4%)。使用三個(gè)楔將硬化時(shí)間減小至52分鐘(減小5分鐘或大約9%)。塊的計(jì)算剛度分別減小1%和4%。E、傳熱針評(píng)價(jià)二組4個(gè)變化長(zhǎng)度為7、10、14、17、19和22mm的傳熱針(1000)。這些針與以上C點(diǎn)所述的淺的微小刀槽花紋綜合使用(見(jiàn)圖13)。使用二種形式的傳熱元件可改善審美，因?yàn)獒樋妆浑[藏在微小刀槽花紋中。與微小刀槽花紋綜合使用針可使硬化時(shí)間減小對(duì)7mm長(zhǎng)的針減小2分鐘，對(duì)10mm長(zhǎng)的針減小3分鐘，對(duì)14mm長(zhǎng)的針減小4.5分鐘，對(duì)17腿長(zhǎng)的針減小5.5分鐘，對(duì)19mm長(zhǎng)的針減小7.5分鐘，對(duì)22mm長(zhǎng)的針減小9分鐘。每一個(gè)針長(zhǎng)的外胎面塊的計(jì)算剛度減小1%3%。表1為對(duì)不同的傳熱元件的FEA建模的結(jié)果的總結(jié)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>本發(fā)明的目的是減小在壓力機(jī)中的硬化時(shí)間，同時(shí)基本上不改變外胎面塊的剛度。因此，選擇傳熱元件，以保持剛度的計(jì)算減小為4°/0或以下，最好為2%或更小。例3卡車輪胎這個(gè)例子表明使用本發(fā)明可減小真實(shí)的"驅(qū)動(dòng)軸"卡車輪胎在壓力機(jī)上的硬化時(shí)間。因?yàn)樾枰L(zhǎng)硬化時(shí)間來(lái)充分硬化輪胎的所有部分，因此選擇一個(gè)現(xiàn)有的卡車輪胎設(shè)計(jì)。在正常的壓力硬化條件下，這種尺寸的輪胎需要52分鐘。利用FEA模型評(píng)價(jià)該輪胎。已確定，在該輪胎的肩部上的大的外胎面塊為硬化限制區(qū)域。使用FEA模型，將傳熱元件的結(jié)構(gòu)被引入該輪胎模型中。對(duì)于肩部外胎面塊選擇8個(gè)傳熱針的結(jié)構(gòu)，而對(duì)于內(nèi)部外胎面塊，選擇包括3個(gè)針的一個(gè)微小刀槽花紋(1100)。采用傳熱元件和圖形的形式，以減小硬化時(shí)間，并基本上不改變外胎面塊的剛度。本發(fā)明目的是基本上不改變輪胎的性能。圖14(a)表示在外胎面塊中放置硬化針和微小刀槽花紋。這些針直徑為2mm，并突出14ram至外胎面塊中(28mm外胎面深度的50%)(圖14(b))。這些針用鋼制成，可以容易地放入現(xiàn)有模型中或直接制造在新的模型中。在圖14中可看出，在肩部塊中使用8個(gè)針的圖形，對(duì)于內(nèi)部外胎面塊使用具有3個(gè)針的微小刀槽花紋圖形。該微小刀槽花紋為2mm寬，突入在塊中3mm深度和包含在外胎面塊的邊界中(圖14(C))。使用本發(fā)明的方法，在壓力機(jī)中的硬化時(shí)間為47.5分鐘，需要減小8%的時(shí)間來(lái)得到硬化至a=0.9的確定的狀態(tài)。利用8個(gè)針結(jié)構(gòu)，肩部外胎面塊的剛度的計(jì)算降低大約為2%，和表面積減小小于1%。使用微小刀槽花紋和3個(gè)針的組合，內(nèi)部外胎面塊的剛度的計(jì)算減小大約為2%，表面積的減小小于2%。圖14(a)表示硬化的輪胎的雕刻花紋。測(cè)試這些輪胎，評(píng)估磨損速率和塊的耐久性。磨損結(jié)果表明，該輪胎的性能保持。該輪胎在SilverSpringsNV的有腐蝕性路程上/不在該路程上行駛。在3600英里后，參考輪胎(沒(méi)有傳熱元件)的重量損失和磨損速率分別為46.53克/100英里和10.36mm/10k英里，而本發(fā)明的輪胎的重量損失和磨損速率分別為48.75克/100英里和10.51mm/10k英里。因此，本發(fā)明輪胎的磨速率只比參考輪胎的磨損速率減小1%。因此，輪胎的麿損速率基本不改變。在另外的場(chǎng)地測(cè)試中，將參考輪胎與本發(fā)明的輪胎對(duì)比，本發(fā)明輪胎表明了在外胎面撕裂，剝落，碎裂和一般的外胎面耐久性方面與參考輪胎有等價(jià)的性能?？傊?，利用FEA建模技術(shù)，確定傳熱針的配置，建立原型模型和硬化并接著測(cè)試卡車輪胎。與通常的處理比較，本發(fā)明方法在壓力機(jī)上的硬化時(shí)間為4.5分鐘或減小8%。這種減小被熱電偶測(cè)量證實(shí)，利用這種測(cè)量設(shè)定滿足a=0.9的目標(biāo)硬化狀態(tài)需要的硬化時(shí)間。輪胎測(cè)試表明，本發(fā)明的方法可大大減小在壓力機(jī)上的硬化時(shí)間，不會(huì)顯著地惡化原始輪胎設(shè)計(jì)的性能。權(quán)利要求1、一種硬化不均勻的、厚的橡膠物品的方法，它包括下列步驟(f)預(yù)先確定物品各部分的硬化速率，以確定硬化限制部分；(g)通過(guò)將至少一個(gè)傳熱元件放置在模型中，從該模型的內(nèi)表面向外突出并在物品的硬化限制點(diǎn)突入該物品中，改造該物品的模型；(h)將物品放置在該模型內(nèi)部；(i)將熱量施加在物品上和傳熱元件上，直至物品達(dá)到確定的硬化狀態(tài)；和(j)從該模型中取出該物品。2、如權(quán)利要求l所述的方法，其中，該物品為大型輪胎。3、如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該輪胎為卡車輪胎。4、如權(quán)利要求l所述的方法，其中，該物品為輪胎的外胎面。5、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征為，該物品或采用本方法的物品一部分的剛度的計(jì)算減小的百分?jǐn)?shù)為4%或更小。6、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征為，該物品或采用本方法的物品一部分的剛度的計(jì)算減小的百分?jǐn)?shù)為2%或更小。7、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征為，該物品的表面積或采用本方法的物品部分的表面積減小的百分?jǐn)?shù)為8%或更小。8、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征為，該物品的表面積或采用本方法的物品部分的表面積減小的百分?jǐn)?shù)為5%或更小。9、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征為，所述元件從由針、微小刀槽花紋和其組合組成的組中選擇。10、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征為，所述元件從由針、微小刀槽花紋和其組合組成的組中選擇。11、如權(quán)利要求4所述的方法，其特征為，所述元件從由針、微小刀槽花紋和其組合組成的組中選擇。12、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，所述元件為針，其長(zhǎng)度可突入該物品的硬化限制部分中該所述部分厚度的大約5%大約80%。13、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征為，所述元件為針，其長(zhǎng)度可突入輪胎的硬化限制外胎面塊中該外胎面塊厚度的大約5%大約80%。14、如權(quán)利要求4所述的方法，其特征為，所述元件為針，其長(zhǎng)度可突入外胎面的硬化限制外胎面塊中該外胎面塊的厚度的大約5%大約80%。15、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，所述元件為微小刀槽花紋，其寬度為大約13mm，且長(zhǎng)度可突入該物品的硬化限制部分的該物品所述部分厚度的大約5%大約20%。16、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征為，所述元件為微小刀槽花紋，其寬度為大約13mm，且長(zhǎng)度可突入該輪胎的硬化限制外胎面塊的該所述外胎面塊的厚度的大約5%大約20%。17、如權(quán)利要求4所述的方法，其特征為，所述元件為微小刀槽花紋，其寬度為大約13mm，且長(zhǎng)度可突入該外胎面的硬化限制外胎面塊的該所述外胎面塊的厚度的大約5%大約20%。18、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，所述元件從由直徑為大約1大約3mra的圓形針、邊長(zhǎng)為大約12mm的方形針、較小尺寸為大約12mm和較大尺寸為大約2大約3mm的橢園形針及其組合構(gòu)成的組中選擇。19、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征為，所述元件從由直徑為大約1大約3mm的圓形針、邊長(zhǎng)為大約12mm的方形針、較小尺寸為大約12mm和較大尺寸為大約2大約3mm的橢園形針及其組合構(gòu)成的組中選擇。20、如權(quán)利要求4所述的方法，其特征為，所述元件從由直徑為大約1大約3mm的圓形針、邊長(zhǎng)為大約12腿的方形針、較小尺寸為大約12mrn和較大尺寸為大約2大約3mra的橢園形針及其組合構(gòu)成的組中選擇。21、如權(quán)利要求12所述的方法，其特征為，所述元件為圓形針，其直徑約為2mm，長(zhǎng)度可突入該物品的硬化限制部分的該物品所述部分厚度的大約25%大約50%。22、如權(quán)利要求13所述的方法，其特征為，所述元件為圓形針，其直徑約為2mm，長(zhǎng)度可突入該輪胎的外胎面塊的硬化限制部分的該所述外胎面塊厚度的大約25%大約50%。23、如權(quán)利要求14所述的方法，其特征為，所述元件為圓形針，其直徑約為2mra，長(zhǎng)度可突入該外胎面的外胎面塊的硬化限制部分的該所述外胎面塊厚度的大約25%大約50%。24、如權(quán)利要求22所述的方法，其特征為，使用寬度為大約13mm、長(zhǎng)度可突入輪胎的硬化限制的外胎面塊大約5%大約20%的所述外胎面塊的厚度的微小刀槽花紋與針的組合。25、如權(quán)利要求23所述的方法，其特征為，使用寬度為大約13mm、長(zhǎng)度可突入外胎面的硬化限制的外胎面塊大約5%大約20%的所述外胎面塊的厚度的微小刀槽花紋與針的組合。26、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，利用有限元分析確定該物品的硬化限制部分。27、一種制造硬化不均勻的、厚的橡膠物品的模型的方法，它包括下列歩驟(a)預(yù)先確定要插入該模型中該物品的基本上所有部分的硬化速"(b)將至少一個(gè)傳熱元件固定在該模型上，使得當(dāng)將物品放置在模型中時(shí)，該傳熱元件從該模型的內(nèi)表面突出，并在該物品的硬化限制部分處突入該物品中。28、一種制造硬化大型輪胎的模型的方法，它包括下列步驟(c)預(yù)先確定要插入該模型中該輪胎的基本上所有部分的硬化速率；(d)將至少一個(gè)傳熱元件固定在該模型上，使得當(dāng)將輪胎放置在模型中時(shí)，該傳熱元件從該模型的內(nèi)表面突出，并在該輪胎的硬化限制部分處突入該輪胎中。29、如權(quán)利要求28所述的方法，其特征為，利用有限元分析確定輪胎的硬化限制部分。全文摘要利用有限元分析或熱電偶探針確定不均勻的、厚的橡膠物品(例如大型輪胎或輪胎的外胎面)的每一個(gè)區(qū)域的硬化狀態(tài)。根據(jù)這些硬化限制區(qū)域的知識(shí)，將傳熱元件加在模型上，以加強(qiáng)熱量轉(zhuǎn)換到這些硬化限制區(qū)域中，和提供最優(yōu)的硬化。利用傳熱針和/或微小刀槽花紋是減小在壓力機(jī)上的總硬化時(shí)間和使硬化狀態(tài)最優(yōu)的有效和實(shí)際的方法，而并基本不影響該物品(例如輪胎)的性能。本發(fā)明表明可減小硬化時(shí)間10％或更多。文檔編號(hào)B29C43/02GK101432115SQ200580029694公開(kāi)日2009年5月13日申請(qǐng)日期2005年9月2日優(yōu)先權(quán)日2004年9月3日發(fā)明者D·?？藘?nèi),I·D·格林韋爾,M·J·呂諾申請(qǐng)人:米其林研究和技術(shù)股份有限公司;米其林技術(shù)公司