RU2451602C1 - Optimising curing rod material - Google Patents
Optimising curing rod material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451602C1 RU2451602C1 RU2010152360/11A RU2010152360A RU2451602C1 RU 2451602 C1 RU2451602 C1 RU 2451602C1 RU 2010152360/11 A RU2010152360/11 A RU 2010152360/11A RU 2010152360 A RU2010152360 A RU 2010152360A RU 2451602 C1 RU2451602 C1 RU 2451602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pins
- mold
- tire
- vulcanization
- tread
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области вулканизации резиновых изделий и, в частности, к области вулканизации неоднородных резиновых изделий, таких как шины и протекторы для шин.The present invention relates to the field of vulcanization of rubber products and, in particular, to the field of vulcanization of heterogeneous rubber products, such as tires and tire treads.
Уровень техники State of the art
Резиновые изделия, такие как шины, в течение многих лет подвергали вулканизации или отверждению в прессе, при этом тепло подводили снаружи через пресс-форму для шин и внутри посредством вулканизационной диафрагмы или другого устройства в течение определенного промежутка времени для осуществления вулканизации изделия. Прессы для шин хорошо известны в данной области техники и в них, как правило, используются полуформы или части разъемной пресс-формы (включающие сегментированные части пресс-формы) с механизмами формования и вулканизации и используются диафрагмы, в которые вводят жидкости или текучие среды для вулканизации шин. Управление вулканизационными прессами, как правило, осуществляется посредством механического таймера или программируемого контроллера (ПК), который обеспечивает циклическую работу прессов с различными стадиями, во время которых шину формуют, нагревают и на некоторых процессах охлаждают перед выгрузкой из пресса. Во время процесса вулканизации шину подвергают воздействию высокого давления и высокой температуры в течение заданного промежутка времени, который задают так, чтобы обеспечить достаточную вулканизацию наиболее неоднородной(-ых) части(-ей) шины. Процесс вулканизации обычно продолжается до завершения вне пресса.Rubber products, such as tires, have been vulcanized or cured in the press for many years, with heat being supplied externally through the tire mold and internally by means of a vulcanizing diaphragm or other device for a certain period of time to effect the vulcanization of the product. Tire presses are well known in the art and typically use half-molds or parts of a releasable mold (including segmented mold parts) with molding and vulcanization mechanisms and diaphragms into which liquids or fluids are introduced for vulcanization tires. Vulcanizing presses are usually controlled by means of a mechanical timer or programmable controller (PC), which provides cyclic operation of the presses with various stages, during which the tire is molded, heated and cooled in some processes before unloading from the press. During the vulcanization process, the tire is subjected to high pressure and high temperature for a predetermined period of time, which is set so as to ensure sufficient vulcanization of the most heterogeneous (s) part (s) of the tire. The vulcanization process usually continues until completion outside the press.
Перед химиками, специализирующимися в области резиновых материалов, стоит проблема прогнозирования промежутка времени, в течение которого каждая часть резинового изделия будет вулканизована удовлетворительно, и после установления такого промежутка времени изделие подвергают нагреву в течение данного промежутка. Это относительно простой процесс в случае вулканизации резинового изделия, которое является сравнительно тонким и имеет однородные геометрические характеристики и/или аналогичный состав по всему объему. Процесс является значительно более сложным, когда имеет место такая ситуация, как вулканизация сложного изделия, подобного шине. Это в особенности справедливо в случае вулканизации шин большого размера, таких как шины для грузовых автомобилей, шины для автомобилей повышенной проходимости, шины для сельскохозяйственной техники, шины для авиационной техники и шины для землеройных машин. На состояние и степень вулканизации данных типов шин влияют не только изменчивость геометрических характеристик от части к части в шине, но также изменения состава и структуры ламината. Несмотря на то, что способ регулирования по времени использовался для вулканизации миллионов шин, вследствие варьирования состава и геометрических характеристик шин некоторые части шин имеют тенденцию вулканизироваться в большей степени, чем другие части. При задании промежутка времени так, чтобы обеспечить вулканизацию части(-ей), наиболее трудно поддающейся(-ихся) вулканизации, может иметь место перевулканизацияChemists specializing in the field of rubber materials are faced with the problem of predicting the period of time during which each part of the rubber product will be vulcanized satisfactorily, and after setting such a period of time, the product is heated for this period. This is a relatively simple process in the case of vulcanization of a rubber product, which is relatively thin and has uniform geometric characteristics and / or a similar composition throughout the volume. The process is much more complex when a situation such as vulcanization of a complex product like a tire takes place. This is especially true in the case of vulcanization of large tires, such as truck tires, tires for cross-country vehicles, tires for agricultural machinery, tires for aircraft and tires for earthmoving machines. The condition and degree of vulcanization of these tire types is affected not only by the variability of the geometric characteristics from part to part in the tire, but also by changes in the composition and structure of the laminate. Although a time control method has been used to cure millions of tires, due to varying tire composition and geometrical characteristics, some parts of the tires tend to cure more than other parts. When setting the time interval so as to ensure vulcanization of the part (s) that are most difficult to vulcanize, vulcanization may take place
некоторой(-ых) части(-ей), непроизводительные потери времени для оборудования для вулканизации, и эффективность производства снижается.some (s) of the part (s), unproductive loss of time for equipment for vulcanization, and production efficiency is reduced.
Были предложены различные конструкции для вулканизационных прессов и различные способы вулканизации для обеспечения более равномерной вулканизации для толстых резиновых изделий. В некоторых способах используются отличающиеся материалы для создания пресс-форм, изоляционные материалы, отличающиеся составы для частей шины, множество зон вулканизации, так что тепло может подводиться в течение более продолжительного времени, или применяются способы направления большего количества тепла к самой толстой или наиболее сложной части резинового изделия. Тем не менее, ни один из вышеуказанных способов и ни одно из вышеуказанных устройств не оказался/оказалось полностью удовлетворительным, и регулирование по времени остается типовым способом вулканизации неоднородных толстых резиновых изделий. Таким образом, шинная промышленность сталкивается с проблемой изготовления равномерно вулканизованной шины за более короткий промежуток времени.Various designs for vulcanizing presses and various vulcanization methods have been proposed to provide more uniform vulcanization for thick rubber products. Some methods use different materials to create the molds, insulation materials, different compositions for the parts of the tire, many vulcanization zones, so that heat can be supplied for a longer time, or methods are used to direct more heat to the thickest or most complex part rubber products. However, none of the above methods and none of the above devices was / turned out to be completely satisfactory, and time control remains the typical method of vulcanization of heterogeneous thick rubber products. Thus, the tire industry is faced with the problem of making uniformly vulcanized tires in a shorter period of time.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Изобретение направлено на усовершенствованный способ вулканизации резинового изделия, в особенности неоднородного резинового изделия, такого как шина или протектор для шины. В способе используется, по меньшей мере, один штырь с высокой температуропроводностью, который размещают в пресс-форме в некотором месте для передачи тепла в изделие в части изделия, лимитирующей с точки зрения вулканизации. Способ не только обеспечивает в результате значительно более короткую продолжительность вулканизации для изделия, но и также обеспечивает в результате более однородное состояние вулканизации для резинового изделия. Использование штырей приводит к образованию малых отверстий, в основном заметных в виде точечных отверстий в изделии в тех местах, где штыри входили в изделие. Поскольку данные отверстия являются малыми, они не вызывают изменения сравнительной функциональности и эксплуатационных характеристик изделия.The invention is directed to an improved method for vulcanizing a rubber product, in particular a heterogeneous rubber product, such as a tire or tire tread. The method uses at least one pin with high thermal diffusivity, which is placed in the mold in some place to transfer heat to the product in the part of the product, limiting from the point of view of vulcanization. The method not only provides a significantly shorter cure time for the product, but also provides a more uniform cure state for the rubber product. The use of pins leads to the formation of small holes, mainly visible in the form of pinholes in the product in those places where the pins entered the product. Since these holes are small, they do not cause changes in the comparative functionality and operational characteristics of the product.
Могут быть использованы обычные вулканизационные пресс-формы и прессы. Обычную пресс-форму приспосабливают или новую пресс-форму изготавливают посредством добавления, по меньшей мере, одного штыря с высокой температуропроводностью, расположенного в, по меньшей мере, одном месте в пресс-форме, размещенного с возможностью направления тепла в лимитирующую с точки зрения вулканизации часть резинового изделия. Пресс-форма и устройство для вулканизации в целом только незначительно изменяются, и не происходит изменения или регулирования составов резинового изделия. Обеспечивается сокращение продолжительности вулканизации в пресс-форме на 20% или более, в результате чего производительность повышается без добавления дорогостоящих пресс-форм и вулканизационных прессов.Conventional vulcanizing molds and presses may be used. A conventional mold is adapted or a new mold is made by adding at least one pin with a high thermal diffusivity located in at least one place in the mold, placed with the possibility of directing heat to the limiting part from the point of view of vulcanization rubber products. The mold and the vulcanization device as a whole only slightly change, and there is no change or regulation of the composition of the rubber product. EFFECT: reduction of the duration of vulcanization in the mold by 20% or more, as a result of which the productivity is increased without adding expensive molds and vulcanization presses.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг.1 показывает алюминиевую пресс-форму (14, 16), используемую для испытания конструкционных материалов штырей. Места (12а, 12b, 12с) расположения штырей находятся в верхней части пресс-формы (14).Figure 1 shows an aluminum mold (14, 16) used to test the structural materials of the pins. The locations (12a, 12b, 12c) of the pins are located in the upper part of the mold (14).
Фиг.2 показывает местоположение штырей (12а, 12b, 12с) в резиновом блоке (15) и местоположение термопар (5-11) в резиновом блоке (15) для регистрации температур в разных местах в блоке.Figure 2 shows the location of the pins (12a, 12b, 12c) in the rubber block (15) and the location of the thermocouples (5-11) in the rubber block (15) for recording temperatures at different places in the block.
Фиг.3 показывает время, необходимое для достижения некоторой температуры в резиновом блоке на заданном расстоянии от штыря при использовании штырей, изготовленных из разных материалов.Figure 3 shows the time required to reach a certain temperature in the rubber block at a predetermined distance from the pin when using pins made of different materials.
Фиг.4 показывает сокращение времени, требуемого для достижения состояния вулканизации с параметром альфа=0,9 в резиновом блоке при использовании штырей, изготовленных из разных материалов, на разных расстояниях от штыря.Figure 4 shows the reduction in the time required to reach the vulcanization state with the parameter alpha = 0.9 in the rubber block when using pins made of different materials at different distances from the pin.
Фиг.5 представляет собой частичный профиль плечевой зоны типовой шины для грузового автомобиля, показывающий неоднородность шины.5 is a partial profile of the shoulder region of a typical truck tire, showing tire heterogeneity.
Фиг.6 показывает профиль температур в плечевой зоне профиля шины для грузового автомобиля по фиг.5, когда шина вулканизована посредством использования обычных способов регулирования по времени.FIG. 6 shows the temperature profile in the shoulder region of the tire profile for the truck of FIG. 5 when the tire is vulcanized by using conventional time control methods.
Фиг.7А показывает секцию пресс-формы, предназначенную для плечевой зоны шины, которая была модифицирована с включением в нее множества штырей (1000), которые имеют высоту, составляющую приблизительно 22 мм. Секция пресс-формы, которая образует боковую канавку в плечевой зоне, имеет высоту, составляющую приблизительно 24 мм (610).Fig. 7A shows a mold section for the shoulder region of a tire that has been modified to include a plurality of pins (1000) that have a height of approximately 22 mm. The mold section that forms the lateral groove in the shoulder region has a height of approximately 24 mm (610).
Фиг.7В показывает сечение штыря, имеющего сердечник (1020) из материала с высокой температуропроводностью, окруженный с его боковых сторон оболочкой (1010) из материала с высоким пределом текучести и низкой температуропроводностью.Fig. 7B shows a cross-section of a pin having a core (1020) of a material with high thermal diffusivity, surrounded on its sides by a sheath (1010) of a material with a high yield strength and low thermal diffusivity.
Фиг.8А показывает внешний вид протектора шины для грузового автомобиля в случае вулканизации ее с использованием штырей. Точечные отверстия (50) легко видны в блоках (70) плечевой зоны.Fig. 8A shows the appearance of a tire tread for a truck in the event of vulcanization using pins. Point holes (50) are easily visible in the blocks (70) of the shoulder region.
Фиг.8В показывает сечение канавки (60) и точечное отверстие (50) и иллюстрирует относительные глубины каждого элемента.Fig. 8B shows a cross section of a groove (60) and a pinhole (50) and illustrates the relative depths of each element.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
В процессе вулканизации резинового изделия, в особенности неоднородного резинового изделия, такого как шина или протектор для шины, сложная задача состоит в разработке способа вулканизации, который обеспечивает подвод достаточного количества тепловой энергии к лимитирующей(-им) с точки зрения вулканизации части(-ям) резинового изделия для осуществления реальной вулканизации указанной(-ых) части(-ей) без перевулканизации других частей изделия, и в осуществлении этого с обеспечением высокой производительности и эффективности с точки зрения затрат времени.In the process of vulcanizing a rubber product, especially a heterogeneous rubber product, such as a tire or tire tread, the challenge is to develop a vulcanization method that provides a sufficient amount of thermal energy to the limiting part (s) from the point of view of vulcanization rubber products for real vulcanization of the specified (s) of the part (s) without resulcanization of other parts of the product, and in the implementation of this with high performance and efficiency from the point of view niya time expenditures.
В способе по изобретению используются один или несколько штырей, изготовленных из материалов с высокой температуропроводностью, которые выступают от поверхности пресс-формы и входят в лимитирующие с точки зрения вулканизации части резинового изделия для обеспечения сокращения продолжительности вулканизации в пресс-форме на 20% или более.The method according to the invention uses one or more pins made of materials with high thermal diffusivity, which protrude from the surface of the mold and are included in limiting from the point of view of vulcanization parts of the rubber product to provide a reduction in the duration of vulcanization in the mold by 20% or more.
Штыри изготовлены из материалов с высокой температуропроводностью. Показатель температуропроводности материала определяется как «удельная теплопроводность: (плотность x удельная теплоемкость)». Показатель температуропроводности (теплового рассеяния) материала штырей составляет 4×10-5 м2/с (квадратных метров в секунду) или выше. Примерами материалов, имеющих высокие показатели температуропроводности, являются серебро, золото, медь, магний, алюминий, вольфрам, молибден, бериллий и цинк. Сплавы данных материалов также могут быть использованы при условии, что показатель температуропроводности сплава составляет 4×10-5 м2/с или выше.The pins are made of materials with high thermal diffusivity. The thermal diffusivity index of a material is defined as “specific heat conductivity: (density x specific heat)”. The thermal diffusivity (thermal dissipation) of the material of the pins is 4 × 10 −5 m 2 / s (square meters per second) or higher. Examples of materials having high thermal diffusivity are silver, gold, copper, magnesium, aluminum, tungsten, molybdenum, beryllium and zinc. Alloys of these materials can also be used provided that the thermal diffusivity of the alloy is 4 × 10 −5 m 2 / s or higher.
Поскольку штыри используются в пресс-формах для резиновых изделий и подвергаются воздействию высокого давления, нагрева и влаги, штыри должны быть выбраны такими, чтобы они не вступали в реакцию с материалом пресс-формы или резинового изделия и его составных частей, особенно во время вулканизации. Это означает, что материал штыря (а) должен быть совместимым с материалом пресс-формы и не должен вызывать окислительной или электрохимической коррозии на поверхности контакта штыря и пресс-формы и (b) не должен вступать в реакцию с резиной и ее компонентами, в особенности в горячей влажной среде, присутствующей в пресс-формах для шин. Следовательно, в некоторых ситуациях материалы с высокой температуропроводностью, такие как по существу чистая медь, магний и цинк, могут представлять собой не лучший выбор в качестве материалов для штырей, поскольку данные материалы могут вступать в реакцию с материалами невулканизованного резинового изделия и его составных частей. Однако даже если материал с высокой температуропроводностью может вступать в реакцию с материалами резинового изделия и его составных частей, реакционно-способный материал, тем не менее, может быть использован в виде штырей, если материал полностью заключен в оболочку из инертного материала, такого как нержавеющая сталь. Инертная оболочка защищает сердечник из реакционно-способного материала с высокой температуропроводностью от резинового изделия и его составных частей, но, тем не менее, обеспечивает возможность сокращения продолжительности вулканизации.Since the pins are used in molds for rubber products and are exposed to high pressure, heat and moisture, the pins should be selected so that they do not react with the material of the mold or rubber product and its components, especially during vulcanization. This means that the material of the pin (a) must be compatible with the material of the mold and must not cause oxidative or electrochemical corrosion on the contact surface of the pin and the mold and (b) must not react with rubber and its components, in particular in the hot humid environment present in tire molds. Therefore, in some situations, materials with high thermal diffusivity, such as essentially pure copper, magnesium and zinc, may not be the best choice as materials for the pins, since these materials can react with the materials of the unvulcanized rubber product and its components. However, even if a material with high thermal diffusivity can react with the materials of the rubber product and its components, the reactive material can nevertheless be used in the form of pins if the material is completely enclosed in an inert material such as stainless steel . The inert shell protects the core of the reactive material with high thermal diffusivity from the rubber product and its components, but, nevertheless, provides the possibility of reducing the duration of vulcanization.
Кроме того, в некоторых ситуациях материалы с высокой температуропроводностью, такие как серебро, золото, магний, молибден и бериллий, могут быть не лучшим выбором в качестве материалов для штырей, поскольку штыри, изготовленные из данных материалов, могут не выдержать воздействия давлений при формовании и извлечении из формы вследствие низкого предела текучести или хрупкости материала с высокой температуропроводностью. Тем не менее, имеющие низкий предел текучести или хрупкие материалы с высокой температуропроводностью могут быть использованы в качестве штырей, если материал полностью заключен или заключен с его боковых сторон в оболочку из имеющего высокий предел текучести, механически упругого материала, такого как сталь. Оболочка обеспечивает опору для сердечника из материала с высокой температуропроводностью и позволяет ему выдерживать усилия, возникающие при формовании и извлечении из формы.In addition, in some situations, materials with high thermal diffusivity, such as silver, gold, magnesium, molybdenum and beryllium, may not be the best choice as materials for pins, since pins made from these materials may not withstand the pressure during molding and removal from the mold due to the low yield strength or brittleness of a material with high thermal diffusivity. However, having a low yield strength or brittle materials with high thermal diffusivity can be used as pins if the material is completely enclosed or enclosed from its sides in a sheath of a high yield strength, mechanically elastic material such as steel. The shell provides support for the core of a material with high thermal diffusivity and allows it to withstand the forces arising from molding and removal from the mold.
Кроме того, независимо от химических и механических свойств материала с высокой температуропроводностью, заключение материала с высокой температуропроводностью в оболочку из материала, имеющего низкую температуропроводность, то есть составляющую менее 7×10-6 м2/с, может быть предпочтительным. К примерам подобных материалов относятся титан, хромистая сталь (с содержанием Cr 20%), никелехромовые сплавы и нержавеющая сталь. Неметаллы, такие как керамические материалы, также могут быть пригодными. При данном подходе предпочтительно иметь оболочку только на боковых сторонах штыря, а не на кончике. Оболочка с низкой температуропроводностью служит в качестве изоляционного материала, обеспечивая уменьшение потерь тепла из боковых сторон штыря и улучшение теплопередачи на кончике штыря и в лимитирующие с точки зрения вулканизации части изделия. Фиг.7В показывает штырь с сердечником, выполненным из материала с высокой температуропроводностью, такого как алюминиевый сплав, и окруженным с его боковых сторон материалом с высоким пределом текучести и низкой температуропроводностью, таким как нержавеющая сталь.In addition, regardless of the chemical and mechanical properties of a material with high thermal diffusivity, the conclusion of a material with high thermal diffusivity in a shell of a material having a low thermal diffusivity, that is, a component of less than 7 × 10 -6 m 2 / s, may be preferable. Examples of such materials include titanium, chromium steel (with a Cr content of 20%), nickel-chromium alloys and stainless steel. Non-metals, such as ceramic materials, may also be suitable. With this approach, it is preferable to have a sheath only on the sides of the pin, and not on the tip. A shell with low thermal diffusivity serves as an insulating material, providing a reduction in heat loss from the sides of the pin and improving heat transfer at the tip of the pin and to parts of the product that are limiting from the point of view of vulcanization. Fig. 7B shows a pin with a core made of a material with high thermal diffusivity, such as aluminum alloy, and surrounded on its sides by a material with high yield strength and low thermal diffusivity, such as stainless steel.
Штыри, имеющие сердечник, выполненный из материала с высокой температуропроводностью, окруженного оболочкой, могут быть изготовлены посредством сверления отверстия в материале, используемом в качестве оболочки, и заполнения отверстия материалом с высокой температуропроводностью. Кроме того, сердечник с высокой температуропроводностью может быть получен посредством механической обработки или образован иным способом и затем запрессован в трубки из материала оболочки для образования штырей. Кроме того, штыри могут быть изготовлены посредством нанесения на сердечник из материала с высокой температуропроводностью покрытия из материала оболочки посредством электроосаждения или других средств.Pins having a core made of a material with high thermal diffusivity surrounded by a shell can be made by drilling a hole in the material used as a shell and filling the hole with a material with high thermal diffusivity. In addition, a core with high thermal diffusivity can be obtained by machining or otherwise formed and then pressed into tubes of sheath material to form the pins. In addition, the pins can be made by coating the core with a material with a high thermal diffusivity of the coating from the sheath material by electrodeposition or other means.
Из-за проблем, связанных с химически активными компонентами в резиновом изделии и с механическими усилиями в пресс-форме, более предпочтительными материалами с высокой температуропроводностью являются вольфрам и алюминиевые сплавы. Более предпочтительным материалом оболочки является нержавеющая сталь вследствие присущего ей сочетания высокого предела текучести, инертности и низкой температуропроводности.Due to problems associated with chemically active components in the rubber product and mechanical forces in the mold, tungsten and aluminum alloys are more preferred materials with high thermal diffusivity. The preferred shell material is stainless steel due to its inherent combination of high yield strength, inertness and low thermal diffusivity.
Один или несколько штырей с высокой температуропроводностью могут быть добавлены к пресс-форме известными способами, например посредством приваривания штыря(-ей) к внутренней поверхности пресс-формы, посредством сверления сквозных отверстий в пресс-форме и вставки штыря(-ей) через пресс-форму так, чтобы они выступали наружу от поверхности пресс-формы, или штыри могут быть выполнены как часть новой пресс-формы. Штырь(-и) также может (могут) быть установлен(-ы) в отверстие(-я), выполненное(-ые) в пресс-форме, и удерживаться в месте, где кончик штыря расположен рядом с внутренней поверхностью пресс-формы, и после закрытия пресс-формы штырь(-и) может (могут) быть вставлен(-ы) в резиновое изделие под действием давления или механических средств, таких как поршень.One or more high thermal diffuser pins can be added to the mold by known methods, for example, by welding the pin (s) to the inner surface of the mold, by drilling through holes in the mold and inserting the pin (s) through the press mold so that they protrude outward from the surface of the mold, or the pins can be made as part of a new mold. The pin (s) can also (can) be installed (s) in the hole (s) made (s) in the mold and held in place where the tip of the pin is located next to the inner surface of the mold, and after closing the mold, the pin (s) can (can) be inserted (s) into the rubber product by pressure or mechanical means such as a piston.
Штыри могут иметь любую форму поперечного сечения, такую как круглая, квадратная, треугольная, шестиугольная, восьмиугольная, прямоугольная или эллиптическая. Штыри могут рассматриваться с точки зрения их номинальных геометрических характеристик в плоскости «x-y» (то есть формы штыря в двумерных плоскостях «x и y»). Если размеры в горизонтальной плоскости «x и y» по существу симметричны (то есть размеры «x и y» приблизительно равны), штырь является по существу круглым, квадратным, шестиугольным, восьмиугольным и т.д. Если штырь имеет асимметричную форму (то есть размеры «x и y» существенно отличаются), то он является по существу прямоугольным, эллиптическим и т.д.The pins can be of any cross-sectional shape, such as round, square, triangular, hexagonal, octagonal, rectangular or elliptical. The pins can be considered in terms of their nominal geometric characteristics in the x-y plane (that is, the shape of the pin in the two-dimensional x and y planes). If the dimensions in the horizontal plane “x and y” are substantially symmetrical (that is, the dimensions “x and y” are approximately equal), the pin is substantially round, square, hexagonal, octagonal, etc. If the pin has an asymmetric shape (that is, the dimensions “x and y” differ significantly), then it is essentially rectangular, elliptical, etc.
Площадь поперечного сечения штыря у внутренней поверхности пресс-формы находится в пределах от приблизительно 0,1% до приблизительно 1,0% от площади поверхности части, на которую он воздействует, такой как блок или ребро шины. При извлечении штыря(-ей) из изделия на поверхности изделия образуется небольшое отверстие, которое совпадает с размером штыря. В случае использования более одного штыря суммарная площадь поперечного сечения всех штырей по-прежнему будет находиться в пределах от приблизительно 0,1% до приблизительно 1,0% от общей площади поверхности части, на которую осуществляется воздействие, такой как блок или ребро шины.The cross-sectional area of the pin at the inner surface of the mold is in the range from about 0.1% to about 1.0% of the surface area of the part on which it acts, such as a block or rib of the tire. When removing the pin (s) from the product, a small hole is formed on the surface of the product that matches the size of the pin. In the case of using more than one pin, the total cross-sectional area of all the pins will still be in the range from about 0.1% to about 1.0% of the total surface area of the part that is exposed, such as a block or rib of the tire.
Для иллюстрации примера вышеуказанных ограничений на площадь поперечного сечения штыря(-ей) используются шины для грузовых автомобилей, имеющие рисунок протектора блочного типа и имеющие типовую номинальную площадь поверхности блоков протектора в диапазоне от приблизительно 900 мм2 (то есть приблизительно 30 мм на 30 мм) до приблизительно 5625 мм2 (то есть 75 мм на 75 мм). В данном случае один штырь, который имеет площадь поперечного сечения, составляющую от приблизительно 0,1% до приблизительно 1,0% от площади поверхности блока протектора, может иметь размеры «x и/или y» для штыря, находящиеся в интервале от приблизительно 1 мм до приблизительно 7 мм. Если используется множество штырей, общая суммарная площадь поперечных сечений штырей по-прежнему должна составлять от приблизительно 0,1% до приблизительно 1% от площади поверхности блока протектора, на который осуществляется воздействие. Следовательно, если используются шесть штырей для одного блока, размеры «x и/или y» для каждого штыря будут находиться в пределах от приблизительно 1 мм до приблизительно 3 мм.To illustrate an example of the aforementioned restrictions on the cross-sectional area of the pin (s), truck tires are used having a tread pattern of block type and having a typical nominal tread surface of tread blocks ranging from about 900 mm 2 (i.e., about 30 mm to 30 mm) up to approximately 5625 mm 2 (i.e. 75 mm to 75 mm). In this case, a single pin that has a cross-sectional area of from about 0.1% to about 1.0% of the surface area of the tread block may have dimensions “x and / or y” for the pin, ranging from about 1 mm to about 7 mm. If multiple pins are used, the total total cross-sectional area of the pins should still be from about 0.1% to about 1% of the surface area of the tread block being exposed. Therefore, if six pins are used for one block, the dimensions “x and / or y” for each pin will be in the range of about 1 mm to about 3 mm.
Длина штырей в вертикальном направлении «z» (то есть в направлении, в котором осуществляется воздействие на часть резинового изделия) такова, что они входят в изделия на длину, составляющую от приблизительно 25% до приблизительно 60% от общей толщины части изделия, на которую осуществляется воздействие.The length of the pins in the vertical direction "z" (that is, in the direction in which the part of the rubber product is impacted) is such that they enter the product to a length of about 25% to about 60% of the total thickness of the part of the product that effected.
Для протекторов для шин целесообразно использовать один или несколько штырей, имеющих такой размер «z», чтобы они входили в блок протектора на длину, составляющую от приблизительно 25% до приблизительно 50% от общей толщины протектора. Следовательно, для типового бегового слоя протектора, имеющего общую толщину, составляющую 28 мм, штыри будут иметь размер «z» (длину), составляющую от приблизительно 7 мм до приблизительно 14 мм.For tire treads, it is advisable to use one or more pins having a size “z” such that they extend into the tread block for a length of from about 25% to about 50% of the total tread thickness. Therefore, for a typical running tread layer having a total thickness of 28 mm, the pins will have a size “z” (length) of about 7 mm to about 14 mm.
Для шин целесообразно использовать один или несколько штырей, имеющих размер «z», который составляет от приблизительно 25% до приблизительно 110% от толщины, соответствующей глубине рисунка протектора, и более предпочтительно - от приблизительно 50% до приблизительно 90% от глубины рисунка протектора. Например, для типовой шины для грузового автомобиля, которая имеет номинальную толщину, соответствующую глубине рисунка протектора и составляющую 26 мм, размер «z» (длина) штырей находится в пределах от приблизительно 5 мм до приблизительно 28 мм и предпочтительно от приблизительно 13 мм до приблизительно 24 мм.For tires, it is advisable to use one or more pins having a size of "z", which is from about 25% to about 110% of the thickness corresponding to the depth of the tread pattern, and more preferably from about 50% to about 90% of the tread depth. For example, for a typical truck tire that has a nominal thickness corresponding to a tread depth of 26 mm, the size “z” (length) of the pins is in the range of from about 5 mm to about 28 mm and preferably from about 13 mm to about 24 mm.
Размер «z» штыря может «входить» в изделие перпендикулярно размерам «x и y» или может быть «наклонным». Штыри также могут быть конусообразно заостренными в верхней или нижней части или иметь такую форму в направлении «z», что они будут иметь ступенчатую форму или скругленную «головку» в нижней части, подобную форме гриба.The size "z" of the pin may "fit" into the product perpendicular to the dimensions "x and y" or may be "inclined". The pins can also be conically pointed in the upper or lower part or have such a shape in the z direction that they will have a stepped shape or a rounded “head” in the lower part, similar to the shape of a mushroom.
Иногда предпочтительно использовать более одного штыря, каждый из которых имеет меньшую площадь поперечного сечения у внутренней поверхности пресс-формы (то есть каждая указанная площадь находится в пределах от приблизительно 0,1% до приблизительно 0,4% от площади поверхности части, на которую осуществляется воздействие), чем использовать один штырь, который имеет большую площадь поперечного сечения у внутренней поверхности пресс-формы (то есть находящуюся в пределах от приблизительно 0,5% до приблизительно 1,0% от площади поверхности части, на которую осуществляется воздействие). Это может иметь место в том случае, когда существует озабоченность, связанная с тем, что использование штыря с большей площадью поперечного сечения приведет к образованию отверстия, остающегося на поверхности блока и достаточно большого, чтобы вызывать накопление мусора, или в случае вулканизации шины, имеющей конструкцию с ребрами в отличие от конструкции с блоками. В случае использования более одного штыря для воздействия на часть предпочтительно, чтобы штыри были расположены на расстоянии друг от друга, приблизительно в пять раз превышающем средний размер штыря. Следовательно для блока протектора типовой шины для грузового автомобиля расстояние между штырями с размером 3 мм будет составлять приблизительно 15 мм. При вулканизации очень большой шины, такой как шина для землеройной машины, может быть целесообразным использовать более одного штыря с большими размерами.Sometimes it is preferable to use more than one pin, each of which has a smaller cross-sectional area at the inner surface of the mold (i.e., each indicated area is in the range from about 0.1% to about 0.4% of the surface area of the part on which exposure) than using one pin that has a large cross-sectional area at the inner surface of the mold (i.e., in the range of from about 0.5% to about 1.0% of the surface area of the part, which is impacted). This may be the case when there is a concern that using a pin with a larger cross-sectional area will result in a hole remaining on the surface of the unit and large enough to cause debris to accumulate, or in the case of vulcanization of a tire having a structure with ribs in contrast to the construction with blocks. In the case of using more than one pin to act on the part, it is preferable that the pins are located at a distance from each other, approximately five times the average size of the pin. Therefore, for a tread block of a typical truck tire, the distance between the 3 mm pins will be approximately 15 mm. When vulcanizing a very large tire, such as a tire for an earth moving machine, it may be advisable to use more than one large pin.
Влияние использования штырей на площадь поверхности и жесткость блоков шины Influence of the use of pins on the surface area and stiffness of tire blocks
Как было упомянуто, ввод штырей в ребро шины или блок протектора вызывает образование отверстия на поверхности ребра или блока. Для минимизации влияния использования штырей на функциональность и эксплуатационные характеристики шины, уменьшение общей площади поверхности ребра шины или блока протектора, на которое (-ый) воздействует штырь или множество штырей, составляет от приблизительно 0,1% до приблизительно 1% и предпочтительно от приблизительно 0,1% до приблизительно 0,5% от площади поверхности блока протектора или ребра, на который/которое осуществляется воздействие.As mentioned, the insertion of pins into a tire rib or tread block causes a hole to form on the surface of the rib or block. To minimize the effect of the use of the pins on the functionality and performance of the tire, reducing the total surface area of the tire rib or tread block affected by the pin or the plurality of pins is from about 0.1% to about 1% and preferably from about 0 , 1% to about 0.5% of the surface area of the tread block or rib on which / is exposed.
Кроме того, чтобы шина функционировала предусмотренным для нее образом, жесткость блока или ребра протектора шины не должна значительно снижаться из-за отверстий, образованных штырем (штырями). Для протекторов шин это означает, что блок протектора должен сохранять свою жесткость после использования штырей, аналогичную той, которую он бы имел, если бы штыри не использовались. Изменение жесткости связано с выраженным в процентах уменьшением объема части, на которую осуществляется воздействие, при этом данное уменьшение объема обусловлено использованием штыря(-ей). Для данного изобретения использование одного или нескольких штырей должно приводить к общему уменьшению расчетной жесткости блока протектора на 6% или менее и предпочтительно на 2% или менее.In addition, in order for the tire to function in the manner intended for it, the stiffness of the block or rib of the tire tread should not be significantly reduced due to the holes formed by the pin (s). For tire treads, this means that the tread block must retain its rigidity after using the pins, similar to the one it would have if the pins had not been used. The change in stiffness is associated with a percentage reduction in the volume of the part that is exposed to, and this decrease in volume is due to the use of the pin (s). For this invention, the use of one or more pins should result in a general decrease in the design stiffness of the tread block by 6% or less, and preferably by 2% or less.
Уменьшение жесткости, вызванное штырем(-ями), рассчитывают по формуле «объем отверстия(-ий), созданного(-ых) штырем (штырями)», деленный на «полный объем части изделия, на которую воздействовал(-и) штырь(-и)».The stiffness reduction caused by the pin (s) is calculated using the formula “volume of the hole (s) created by the pin (s)” divided by “the total volume of the part of the product that the pin (s) acted on (- and)".
При применении расчета жесткости для блока протектора шины был использован коэффициент. Значение коэффициента составляло «1» для первого шага, соответствующего глубине 1-5 мм; значение коэффициента составляло «2» для второго шага, соответствующего глубине с величиной свыше 5 до 10 мм; значение коэффициента составляло «4» для третьего шага, соответствующего глубине с величиной свыше 10 до 15 мм, и значение коэффициента составляло «8» для любого другого шага, соответствующего глубине с величиной свыше 15 мм или более.When applying stiffness calculation for a tire tread block, a coefficient was used. The coefficient value was “1” for the first step, corresponding to a depth of 1-5 mm; the coefficient value was “2” for the second step, corresponding to a depth with a value of more than 5 to 10 mm; the coefficient value was “4” for the third step corresponding to a depth with a magnitude in excess of 10 to 15 mm, and the coefficient value was “8” for any other step corresponding to a depth with a magnitude in excess of 15 mm or more.
Если предусмотрено более одного шага приращения (что имеет место для более длинных штырей), жесткость рассчитывают для каждого шага, и полученные величины складывают для получения общего уменьшения жесткости. Например, в случае использования цилиндрического штыря, который входит в блок протектора на 14 мм, данный штырь оставляет цилиндрическое отверстие в блоке, которое соответствует диаметру и длине штыря. Таким образом, расчет жесткости будет выполнен для объема отверстия на первом шаге по глубине, соответствующем пяти миллиметрам, и коэффициент составляет «1». Для второго шага, соответствующего пяти миллиметрам, другой расчет жесткости выполняют для объема отверстия на втором шаге, и коэффициент составляет «2». Для шага, соответствующего последним четырем миллиметрам, еще один расчет жесткости выполняют для данного шага, и коэффициент составляет «4». После этого три результата вычислений складывают вместе для получения суммарного уменьшения жесткости, вызванного штырем. В случае использования более одного штыря расчет жесткости выполняют для каждого штыря. Затем результаты вычислений складывают вместе для получения суммарной величины снижения жесткости. Такой же процесс используют для всех форм штырей.If more than one increment is provided (which is the case for longer pins), the stiffness is calculated for each step, and the obtained values are added up to obtain an overall decrease in stiffness. For example, in the case of a cylindrical pin, which enters the tread block by 14 mm, this pin leaves a cylindrical hole in the block, which corresponds to the diameter and length of the pin. Thus, the stiffness calculation will be performed for the volume of the hole in the first step in depth corresponding to five millimeters, and the coefficient is “1”. For the second step, corresponding to five millimeters, another stiffness calculation is performed for the hole volume in the second step, and the coefficient is “2”. For the step corresponding to the last four millimeters, another stiffness calculation is performed for this step, and the coefficient is “4”. After that, the three results of the calculations are added together to obtain the total reduction in stiffness caused by the pin. If more than one pin is used, stiffness calculations are performed for each pin. Then the results of the calculations are added together to obtain the total value of the decrease in stiffness. The same process is used for all forms of pins.
Штыри, используемые для типовой шины для грузового автомобиля (см. фиг.5), могут иметь разные длины от приблизительно 14 мм до приблизительно 29 мм (от 50% до приблизительно 110% от глубины рисунка протектора) и различные диаметры от приблизительно 2 мм до приблизительно 4 мм.The pins used for a typical truck tire (see FIG. 5) may have different lengths from about 14 mm to about 29 mm (50% to about 110% of the tread depth) and various diameters from about 2 mm to approximately 4 mm.
Номинальная площадь поверхности блока протектора в типовой шине для грузового автомобиля составляет приблизительно 4200 мм2. Следовательно, рассчитанное уменьшение площади поверхности блока протектора, вызванное штырями, находится в пределах от приблизительно 0,1% до приблизительно 0,7%, и рассчитанное уменьшение жесткости блока протектора, вызванное штырями, находится в пределах от приблизительно 0,2% до приблизительно 6,0%. Результаты расчетов для различных размеров штырей приведены ниже. The nominal surface area of the tread block in a typical truck tire is approximately 4200 mm 2 . Therefore, the calculated decrease in the surface area of the tread block caused by the pins is in the range from about 0.1% to about 0.7%, and the calculated decrease in the stiffness of the block of the tread caused by the pins is in the range from about 0.2% to about 6 , 0%. The calculation results for various pin sizes are given below.
Результаты расчетов жесткости и площади поверхности при использовании штырей с разными размерамиTable 1
Results of stiffness and surface area calculations using pins with different sizes
Без штырей A) Basic example
Without pins
длина 26 мм C) One pin with a diameter of 4 mm
length 26 mm
Задача состоит в сокращении продолжительности вулканизации в прессе без значительного ухудшения эксплуатационных характеристик или функциональности шины. Следовательно, размеры штырей выбраны такими, чтобы поддерживать уменьшение площади поверхности на уровне менее 1% и рассчитанное уменьшение жесткости на уровне менее 6%.The challenge is to reduce the duration of vulcanization in the press without significantly degrading the performance or functionality of the tire. Therefore, the pin sizes are selected so as to maintain a decrease in surface area of less than 1% and a calculated decrease in stiffness of less than 6%.
Штыри с высокой температуропроводностью могут быть нагреты независимо. Это означает, что штыри могут быть нагреты сами по себе помимо тепла, переданного штырям посредством теплопередачи от пресс-формы. Независимый нагрев штыря(-ей) может обеспечить дополнительное сокращение продолжительности вулканизации в пресс-форме. Практически целесообразный способ независимого нагрева штырей предусматривает использование электрического сопротивления. Нагрев штырей может продолжаться во время вулканизации изделия. Штыри могут быть независимо нагреты до температуры, составляющей до приблизительно 110% от температуры пресс-формы, выбранной для вулканизации. Для шин и протекторов шин штыри обычно нагревают до температуры, составляющей от приблизительно 110 градусов Цельсия до приблизительно 170 градусов Цельсия, в зависимости от температуры вулканизации шины или протектора.High thermal diffuser pins can be heated independently. This means that the pins can be heated on their own in addition to the heat transferred to the pins through heat transfer from the mold. Independent heating of the pin (s) can provide an additional reduction in the duration of vulcanization in the mold. A practical method for independently heating the pins involves the use of electrical resistance. The heating of the pins may continue during vulcanization of the product. The pins can be independently heated to a temperature of up to about 110% of the mold temperature selected for vulcanization. For tires and tire treads, the pins are usually heated to a temperature of about 110 degrees Celsius to about 170 degrees Celsius, depending on the vulcanization temperature of the tire or tread.
Следовательно, можно легко понять, что способ по данному изобретению позволяет специалисту-практику гибким образом выбирать размеры «x», «y» и «z» штырей с высокой температуропроводностью и форму и количество штырей для оптимизации заданных результатов вулканизации.Therefore, it can be easily understood that the method according to this invention allows the practitioner to flexibly select the sizes "x", "y" and "z" of the pins with high thermal diffusivity and the shape and number of pins to optimize the desired vulcanization results.
Определение части(-ей) резинового изделия, «лимитирующей(-их) с точки зрения вулканизации»Definition of a part (s) of a rubber product “limiting (s) in terms of vulcanization”
В способе вулканизации, в котором используется обычная пресс-форма, может быть выполнен анализ интенсивности теплопередачи, происходящей во всех частях резинового изделия. Тем не менее, даже зная это, общую продолжительность вулканизации для вулканизации изделия традиционно определяют исходя из времени, которое необходимо для вулканизации части(-ей) резинового изделия, «лимитирующей(-их) с точки зрения вулканизации». Под «лимитирующей(-ими) с точки зрения вулканизации» частью(-ями) понимают часть(-и) изделия, вулканизация которых требует наиболее продолжительного времени. Следовательно, при использовании традиционных способов полный промежуток времени вулканизации в пресс-форме задают так, чтобы обеспечить вулканизацию частей, лимитирующих с точки зрения вулканизации, что приводит к большей продолжительности вулканизации и неэффективному использованию вулканизационного устройства. Кроме того, необходимо проявлять осторожность, чтобы не допустить перевулканизации других частей изделия, которая может привести к потере эксплуатационных характеристик изделия в данных частях, подвергшихся перевулканизации.In a vulcanization method that uses a conventional mold, an analysis of the heat transfer rate occurring in all parts of the rubber product can be performed. Nevertheless, even knowing this, the total duration of vulcanization for the vulcanization of the product is traditionally determined on the basis of the time required to vulcanize part (s) of the rubber product, "limiting (s) from the point of view of vulcanization". By “limiting (s) from the point of view of vulcanization” part (s) is understood to mean part (s) of the product, the vulcanization of which requires the longest time. Therefore, using conventional methods, the full cure time for the mold is set to cure parts that are limited in terms of cure, resulting in a longer cure time and inefficient use of the cure device. In addition, care must be taken to prevent over-vulcanization of other parts of the product, which can lead to loss of performance of the product in these parts that underwent re-vulcanization.
Один способ определения теплопередачи, которая происходит во время вулканизации, заключается в создании/сборке резинового изделия, размещении термопар внутри изделия и регистрации профилей температур во время процесса вулканизации. Это позволит идентифицировать более холодные части изделия, то есть части, «лимитирующие с точки зрения вулканизации». Зная профиль температур, можно использовать кинетику реакции для определения состояния вулканизации по всему изделию.One way to determine the heat transfer that occurs during vulcanization is to create / assemble a rubber product, place thermocouples inside the product, and record temperature profiles during the vulcanization process. This will allow the identification of colder parts of the product, that is, parts that "limit from the point of view of vulcanization." Knowing the temperature profile, you can use the reaction kinetics to determine the state of vulcanization throughout the product.
Другой способ идентификации части(-ей) резинового изделия, лимитирующей(-их) с точки зрения вулканизации, состоит в использовании анализа методом конечных элементов, который предусматривает использование компьютерной модели изделия, которое подвергается воздействию внешних нагрузок (то есть тепловых), и анализ результатов. При анализе теплопередачи моделируют термодинамические характеристики изделий. Пример использования анализа методом конечных элементов можно найти в работе Jain Tong и др. “Finite Element Analysis of Tire Curing Process”, Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol.22, No. 11/2003, страницы 983-1002.Another way to identify the part (s) of the rubber product that limits (s) from the point of view of vulcanization is to use finite element analysis, which involves the use of a computer model of the product that is exposed to external loads (i.e. thermal), and analysis of the results . In the analysis of heat transfer simulate the thermodynamic characteristics of products. An example of the use of finite element analysis can be found in Jain Tong et al. “Finite Element Analysis of Tire Curing Process”, Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol.22, No. 11/2003, pages 983-1002.
Состояние вулканизации Vulcanization state
Альфа представляет собой показатель состояния вулканизации для резиновой смеси. Данный показатель задан следующим выражением: Alpha is an indicator of the state of vulcanization for a rubber compound. This indicator is given by the following expression:
альфа=(продолжительность вулканизации)/t99 alpha = (duration of vulcanization) / t99
где t99 - время, требуемое для завершения 99% вулканизации, измеренное посредством крутящего момента, показанного с помощью кривой, полученной при использовании вискозиметра/пластометра. Стандарты ASTM D2084 (Американского общества по испытанию материалов) и ИСО 3417 описывают, как измерить продолжительности вулканизации (время t0 для начала вулканизации и время t99 для завершения вулканизации на 99%) для резиновых смесей посредством использования вибрационного вискозиметра. Данные стандарты включены в данное описание путем ссылки.where t99 is the time required to complete 99% of the vulcanization, measured by the torque shown by the curve obtained using a viscometer / plastometer. ASTM D2084 (ISO) and ISO 3417 describe how to measure vulcanization times (time t0 to start vulcanization and time t99 to complete vulcanization 99%) for rubber compounds using a vibrating viscometer. These standards are incorporated herein by reference.
Способ по изобретению в особенности применим для вулканизации неоднородных резиновых изделий, поскольку данные резиновые изделия, как правило, имеют части, лимитирующие с точки зрения вулканизации. Под «неоднородностью» понимается (а) неодинаковая толщина изделия, в частности варьирование геометрической толщины в изделии, (b) различающийся состав материалов в изделии, (с) наличие ламинированной структуры в изделии и/или (d) все из вышеперечисленного. Типовая шина большого размера, такая как шина для грузового автомобиля, шина для автомобиля повышенной проходимости, шина для сельскохозяйственной техники, шина для авиационной техники и шина для землеройной машины, представляет собой хороший пример неоднородного резинового изделия. Тем не менее, любое неоднородное резиновое изделие, такое как шланги, ремни, виброизоляторы, буферы и т.д., может быть эффективно вулканизовано посредством использования способа по данному изобретению.The method according to the invention is particularly applicable for the vulcanization of heterogeneous rubber products, since these rubber products, as a rule, have parts that limit from the point of view of vulcanization. By “heterogeneity” is meant (a) the uneven thickness of the product, in particular the variation of the geometric thickness in the product, (b) the different composition of materials in the product, (c) the presence of the laminated structure in the product and / or (d) all of the above. A typical large tire, such as a truck tire, an off-road tire, an agricultural tire, an aeronautical tire, and an earthmoving tire, is a good example of a heterogeneous rubber product. However, any heterogeneous rubber product, such as hoses, belts, vibration isolators, buffers, etc., can be effectively cured by using the method of this invention.
Предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является способ вулканизации протектора для шины. Способ включает в себя (а) размещение невулканизованного протектора внутри пресс-формы; (b) вставку одного или нескольких штырей с высокой температуропроводностью в одну или несколько лимитирующих с точки зрения вулканизации частей протектора на глубину, составляющую от приблизительно 25% до приблизительно 60% от общей толщины протектора; (с) подвод тепла к пресс-форме и к штырю(-ям) до тех пор, пока протектор не достигнет заданного состояния вулканизации; и (d) извлечение одного или нескольких штырей из протектора и извлечение вулканизованного протектора из пресс-формы. Один или несколько штырей имеют суммарную площадь поперечного сечения у внутренней поверхности пресс-формы, составляющую от приблизительно 0,1% до приблизительно 1,0% от общей площади поверхности части протектора, в которую были вставлены один или несколько штырей.A preferred embodiment of the present invention is a method for vulcanizing a tread for a tire. The method includes (a) placing an unvulcanized tread inside the mold; (b) inserting one or more high thermal diffuser pins into one or more tread-limiting parts of the tread to a depth of from about 25% to about 60% of the total tread thickness; (c) supplying heat to the mold and to the pin (s) until the tread reaches a predetermined vulcanization state; and (d) removing one or more pins from the tread and removing the vulcanized tread from the mold. One or more pins have a total cross-sectional area at the inner surface of the mold, comprising from about 0.1% to about 1.0% of the total surface area of the tread portion into which one or more pins were inserted.
Другой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения в особенности применим в качестве способа вулканизации шины. Способ включает в себя (а) размещение невулканизованной шины внутри пресс-формы; (b) вставку одного или нескольких штырей с высокой температуропроводностью в один или несколько - лимитирующих с точки зрения вулканизации - блоков или ребер протектора шины на глубину, составляющую от приблизительно 50% до приблизительно 110% от глубины рисунка протектора в зоне блока или ребра; (с) подвод тепла к пресс-форме и к штырю (штырям) до тех пор, пока шина не достигнет заданного состояния вулканизации; и (d) извлечение одного или нескольких штырей из шины и извлечение вулканизованной шины из пресс-формы. Один или несколько штырей имеют суммарную площадь поперечного сечения у внутренней поверхности пресс-формы, составляющую от приблизительно 0,1% до приблизительно 1,0% от суммарной площади поверхности одного или нескольких блоков или ребер протектора шины, лимитирующих с точки зрения вулканизации, в которые были вставлены один или несколько штырей.Another preferred embodiment of the present invention is particularly applicable as a method of vulcanizing a tire. The method includes (a) placing an unvulcanized tire inside the mold; (b) the insertion of one or more high thermal diffuser pins into one or more - vulcanization-limiting - tread blocks or ribs of a tire to a depth of from about 50% to about 110% of the tread depth in the area of the block or rib; (c) supplying heat to the mold and to the pin (s) until the tire reaches a predetermined vulcanization state; and (d) removing one or more pins from the tire and removing the vulcanized tire from the mold. One or more pins have a total cross-sectional area at the inner surface of the mold, comprising from about 0.1% to about 1.0% of the total surface area of one or more blocks or ribs of the tire tread, limiting from the point of view of vulcanization, in which one or more pins were inserted.
Дополнительное сокращение продолжительности вулканизации в пресс-форме может быть обеспечено при независимом нагреве штырей пресс-формы, обладающих высокой температуропроводностью, то есть при нагреве их посредством источника, отличного от передачи тепла через пресс-форму.An additional reduction in the duration of vulcanization in the mold can be achieved by independently heating the pins of the mold having high thermal diffusivity, that is, by heating them by a source other than heat transfer through the mold.
Пример 1. Испытание различных конструкционных материалов для штырей Example 1. Testing of various structural materials for pins
Устройство с пресс-формой было создано для испытания различных материалов, которые могут быть использованы для изготовления штырей. Алюминиевая пресс-форма была изготовлена со съемной верхней частью. Полость пресс-формы имела длину 170 мм при ширине 190 мм и глубине 40 мм. Обычная поддающаяся вулканизации резиновая смесь была размещена в пресс-форме. Пресс с паровым обогревом плит был использован для нагрева пресс-формы до 150°С. Штыри, изготовленные из разных материалов, были прикреплены к внутренней поверхности верхней части пресс-формы, и была выполнена оценка их эффективности при сокращении продолжительности вулканизации резинового блока. Пресс-форма обеспечивала возможность размещения термопар внутри пресс-формы и вставки их в резиновый блок на выбранных глубинах и выбранных расстояниях от штыря(-ей). Во время вулканизации на пресс-форму действовало закрывающее усилие, составляющее 10 тонн.A mold device was created to test various materials that can be used to make the pins. The aluminum mold was made with a removable top. The cavity of the mold had a length of 170 mm with a width of 190 mm and a depth of 40 mm. The usual vulcanizable rubber compound was placed in the mold. A steam-heated plate press was used to heat the mold to 150 ° C. Pins made of different materials were attached to the inner surface of the upper part of the mold, and their effectiveness was evaluated while reducing the duration of vulcanization of the rubber block. The mold provided the ability to place thermocouples inside the mold and insert them into the rubber block at selected depths and selected distances from the pin (s). During vulcanization, a closing force of 10 tons acted on the mold.
Фиг.1 показывает пресс-форму (14, 16), резиновый блок (15) и места расположения 3 штырей (12а, 12b, 12с) в верхней части пресс-формы (14).Figure 1 shows the mold (14, 16), the rubber block (15) and the location of the 3 pins (12a, 12b, 12c) in the upper part of the mold (14).
Каждый штырь был круглым и имел диаметр 3 мм и длину 20 мм. Штыри входили в резиновый блок на глубину, составляющую приблизительно половину расстояния (50%) от верхней поверхности. Термопары также были установлены на глубине, составляющей приблизительно 20 мм, то есть на глубине штырей, на разных расстояниях от штырей. Фиг.2 показывает места расположения штырей (12а, 12b, 12с) и термопар (5-11) в резиновом блоке (15) в пресс-форме.Each pin was round and had a diameter of 3 mm and a length of 20 mm. The pins entered the rubber block to a depth of approximately half the distance (50%) from the top surface. Thermocouples were also installed at a depth of approximately 20 mm, that is, at the depth of the pins, at different distances from the pins. Figure 2 shows the locations of the pins (12a, 12b, 12c) and thermocouples (5-11) in the rubber block (15) in the mold.
Пресс-форму и резиновый блок подвергали нагреву. Выделение тепла (зависимость температуры от времени) регистрировали для каждой термопары. После этого рассчитывали время, необходимое для того, чтобы резиновый блок достиг состояния вулканизации, соответствующего показателю альфа=0,9. Фиг.3 показывает кривые вулканизации, полученные при использовании штырей, в месте 6 расположения термопары. Были полученные нижеприведенные результаты.The mold and the rubber block were heated. Heat evolution (temperature versus time) was recorded for each thermocouple. After that, the time required for the rubber block to reach the vulcanization state corresponding to alpha = 0.9 was calculated. Figure 3 shows the vulcanization curves obtained using the pins at
Итоговые результаты, полученные для продолжительности вулканизации при использовании штырей, изготовленных из разных материалов (измеренной посредством использования термопары 6 на расстоянии 5,1 мм от штыря)table 2
The final results obtained for the duration of vulcanization using pins made of different materials (measured by using a
Результаты показывают, что штыри, изготовленные из материалов с высокой температуропроводностью, то есть из алюминия (AL) и вольфрама (TU), обеспечивали сокращение продолжительности вулканизации, составляющее более 20%, в месте расположения термопары. Штырь из углеродистой стали (CS) и штыри из нержавеющей стали (SS) изготовлены из материалов с низкой температуропроводностью. Фиг.3 показывает кривые вулканизации, полученные в данном испытании в месте 6 расположения термопары.The results show that the pins made of materials with high thermal diffusivity, that is, aluminum (AL) and tungsten (TU), provided a reduction in curing time of more than 20% at the location of the thermocouple. The carbon steel (CS) pin and stainless steel (SS) pins are made of materials with low thermal diffusivity. Figure 3 shows the vulcanization curves obtained in this test at
Штырь из алюминиевого сплава был закрыт с его боковых сторон оболочкой из нержавеющей стали. Фиг.7В показывает данную конструкцию, в которой сердечник (1020), имеющий высокую температуропроводность и изготовленный из алюминия 6061, закрыт с его боковых сторон оболочкой (1010) из высокопрочного материала с низкой температуропроводностью, представляющего собой нержавеющую сталь 316. Оболочка предотвращала повреждение алюминиевого штыря в прессе, а также служила для передачи тепла к кончику штыря.The aluminum alloy pin was sealed on its sides with a stainless steel sheath. Fig. 7B shows this construction in which a core (1020) having high thermal diffusivity and made of aluminum 6061 is closed on its sides by a sheath (1010) of high-strength material with low thermal diffusivity, which is stainless steel 316. The shell prevented damage to the aluminum pin in the press, and also served to transfer heat to the tip of the pin.
Та же самая картина сокращения продолжительности вулканизации была отмечена в других местах расположения термопар. Фиг.4 показывает время, требуемое для достижения состояния вулканизации, соответствующего показателю альфа=0,9, для штыря из вольфрама (TU), штыря из алюминиевого сплава (AL), штыря из углеродистой стали (CS) и штыря из нержавеющей стали (SS) в разных местах расположения термопар в резиновом блоке. Фигура показывает, что штыри, изготовленные из вольфрама (TU) и алюминиевого сплава (AL), представляющих собой материалы с высокой температуропроводностью, обеспечивали сокращение времени, необходимого для достижения температур вулканизации, в каждом месте расположения термопары.The same picture of a reduction in the duration of vulcanization was noted at other locations of thermocouples. 4 shows the time required to reach a cure state corresponding to alpha = 0.9 for a tungsten pin (TU), an aluminum alloy pin (AL), a carbon steel pin (CS), and a stainless steel pin (SS ) at different locations of the thermocouples in the rubber block. The figure shows that the pins made of tungsten (TU) and aluminum alloy (AL), which are materials with high thermal diffusivity, provided a reduction in the time required to reach the vulcanization temperatures at each location of the thermocouple.
Независимый нагрев штырей Independent pin heating
Когда шину извлекают из пресс-формы, нагрев пресс-формы прекращают и пресс-форма остается открытой в течение некоторого промежутка времени. Пресс-форма охлаждается и в том случае, если в пресс-форме имеются штыри, штыри охлаждаются. После размещения другой шины в пресс-форме и закрытия пресс-формы начинается нагрев пресс-формы и штыри нагреваются посредством передачи тепла через пресс-форму. Однако для получения более коротких продолжительностей вулканизации штыри могут быть нагреты независимо посредством использования независимого источника тепла, такого как электрическое сопротивление. Штыри могут быть независимо нагреты до температуры, составляющей до приблизительно 110% от температуры пресс-формы, выбранной для вулканизации изделия. Для шины или протектора данная температура обычно находится в интервале от приблизительно 110 градусов Цельсия до приблизительно 170 градусов Цельсия.When the tire is removed from the mold, the heating of the mold is stopped and the mold remains open for a period of time. The mold is cooled and if there are pins in the mold, the pins are cooled. After placing another tire in the mold and closing the mold, heating of the mold begins and the pins are heated by transferring heat through the mold. However, to obtain shorter cure times, the pins can be heated independently by using an independent heat source, such as electrical resistance. The pins can be independently heated to a temperature of up to about 110% of the mold temperature selected for vulcanizing the product. For a tire or tread, this temperature is usually in the range of about 110 degrees Celsius to about 170 degrees Celsius.
Пример 2. Влияние штырей на блоки типовой шины для грузового автомобиля Example 2. The influence of the pins on the blocks of a typical tire for a truck
Способ по изобретению может быть применен для шин для грузовых автомобилей. Сокращение продолжительности вулканизации в пресс-форме может быть обеспечено посредством размещения штырей в блоках протектора плечевой зоны для типовой пневматической шины для грузового автомобиля (фиг.5 показывает плечевую зону подобной шины). Глубина рисунка протектора в зоне блока составляет 28 мм и общая толщина составляет 50 мм. Вулканизация данной шины лимитируется той частью в плечевой зоне, которая является лимитирующей с точки зрения вулканизации. Например, расчетная продолжительность вулканизации для типовой шины для грузового автомобиля при использовании обычного способа составляет приблизительно 56 минут, в то время как обычное время, необходимое для того, чтобы борт достиг состояния вулканизации, соответствующего показателю альфа=0,9, составляет приблизительно 39 минут, и обычное время, необходимое для того, чтобы боковина достигла состояния вулканизации, соответствующего показателю альфа=0,9, составляет приблизительно 22 минуты. Следовательно, часть шины, представляющая собой борт, имеет приблизительно 17 минут дополнительного нагрева, и часть шины, представляющая собой боковину, имеет приблизительно 34 минуты дополнительного нагрева.The method according to the invention can be applied to truck tires. Reducing the duration of vulcanization in the mold can be achieved by placing the pins in the tread blocks of the shoulder region for a typical pneumatic tire for a truck (Fig. 5 shows the shoulder region of a similar tire). The tread depth in the block zone is 28 mm and the total thickness is 50 mm. The vulcanization of this tire is limited to that part in the shoulder region that is limiting in terms of vulcanization. For example, the estimated cure time for a typical truck tire using the conventional method is approximately 56 minutes, while the usual time required for the board to reach a vulcanization state corresponding to alpha = 0.9 is approximately 39 minutes. and the usual time required for the sidewall to reach a vulcanization state corresponding to alpha = 0.9 is approximately 22 minutes. Therefore, the tire portion representing the bead has approximately 17 minutes of supplementary heating, and the tire portion representing the sidewall has approximately 34 minutes of supplementary heating.
Фиг.6 показывает профиль температур, который создается в плечевой зоне шины, показанной на фиг.5, при вулканизации шины обычным способом. Видно, что в конце вулканизации температура в центре блока протектора в плечевой зоне приблизительно на 15°С меньше температуры на поверхности блока протектора. Следовательно, внутренняя часть блока протектора в плечевой зоне представляет собой часть данной шины, лимитирующую с точки зрения вулканизации.6 shows a temperature profile that is created in the shoulder region of the tire shown in FIG. 5 when vulcanizing the tire in a conventional manner. It is seen that at the end of vulcanization, the temperature in the center of the tread block in the shoulder region is approximately 15 ° C lower than the temperature on the surface of the tread block. Therefore, the inner part of the tread block in the shoulder region is a part of the tire, limiting from the point of view of vulcanization.
Фиг.7А показывает пример пресс-формы, модифицированной за счет использования штырей (1000), предназначенных для подачи тепла в лимитирующие с точки зрения вулканизации блоки протектора шины в плечевой зоне. Фиг.7В показывает пример штыря, образованного из сердечника (1020) с высокой температуропроводностью, окруженного оболочкой (1010) из материала с высоким пределом текучести и низкой температуропроводностью.Fig. 7A shows an example of a mold modified by using pins (1000) for supplying heat to tire tread blocks limiting from the point of view of vulcanization in the shoulder region. Fig. 7B shows an example of a pin formed from a core (1020) with high thermal diffusivity, surrounded by a sheath (1010) of material with a high yield strength and low thermal diffusivity.
Фиг.8А показывает внешний вид протектора шины для грузового автомобиля, в котором штыри были использованы для сокращения продолжительности вулканизации в блоках плечевой зоны. Точечные отверстия (50) легко можно увидеть в блоках (70) протектора в плечевой зоне. Фиг.8В показывает относительные глубины канавки (60) шины и точечных отверстий (50). В данном случае штыри входят в блок протектора на глубину, составляющую приблизительно 90% от глубины канавки.Fig. 8A shows the appearance of a tire tread for a truck in which the pins were used to shorten the vulcanization time in the shoulder blocks. Point holes (50) can be easily seen in the tread blocks (70) in the shoulder region. Fig. 8B shows the relative depths of the groove (60) of the tire and the pinholes (50). In this case, the pins enter the tread block to a depth of approximately 90% of the groove depth.
Способ по изобретению был описан в связи с его применением при вулканизации шин и протекторов шин. Однако следует понимать, что способ может быть применен для других неоднородных резиновых изделий.The method according to the invention has been described in connection with its use in the vulcanization of tires and tire treads. However, it should be understood that the method can be applied to other heterogeneous rubber products.
Claims (15)
(a) размещения невулканизованной шины внутри пресс-формы;
(b) введения одного или более штырей с высокой температуропроводностью в шину в одном или более лимитирующих с точки зрения вулканизации блоках или ребрах протектора шины на глубину, составляющую от приблизительно 50% до приблизительно 110% от глубины рисунка протектора в зоне блока или ребра;
(c) подвода тепла к пресс-форме и к одному или более штырям до тех пор, пока шина не достигнет заданного состояния вулканизации; и
(d) извлечения одного или более штырей из шины и извлечения вулканизованной шины из пресс-формы.1. A method of vulcanizing a tire, comprising the steps of:
(a) placing an unvulcanized tire inside the mold;
(b) inserting one or more high thermal diffuser pins into the tire in one or more tire tread blocks or ribs that limit the tread to a depth of about 50% to about 110% of the tread depth in the area of the block or rib;
(c) supplying heat to the mold and to one or more pins until the tire reaches a predetermined vulcanization state; and
(d) removing one or more pins from the tire and removing the vulcanized tire from the mold.
(a) размещения невулканизованного изделия внутри пресс-формы;
(b) введения одного или более штырей с высокой температуропроводностью в лимитирующие с точки зрения вулканизации части изделия на глубину, составляющую от приблизительно 25% до приблизительно 60% от общей толщины изделия;
(c) подвода тепла к пресс-форме и к штырям до тех пор, пока изделие не достигнет заданного состояния вулканизации; и
(d) извлечения одного или более штырей из изделия и извлечения вулканизованного изделия из пресс-формы.8. A method of curing a heterogeneous rubber product, comprising the steps of:
(a) placing the unvulcanized product inside the mold;
(b) introducing one or more high thermal diffuser pins into parts limiting from the point of view of vulcanization to a depth of from about 25% to about 60% of the total thickness of the product;
(c) supplying heat to the mold and to the pins until the product reaches a predetermined vulcanization state; and
(d) removing one or more pins from the product and removing the vulcanized product from the mold.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010152360/11A RU2451602C1 (en) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | Optimising curing rod material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010152360/11A RU2451602C1 (en) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | Optimising curing rod material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2451602C1 true RU2451602C1 (en) | 2012-05-27 |
Family
ID=46231631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010152360/11A RU2451602C1 (en) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | Optimising curing rod material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2451602C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109109236A (en) * | 2018-08-21 | 2019-01-01 | 青岛双星橡塑机械有限公司 | Rubber product vulcanizing equipment and vulcanization process |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5435363A (en) * | 1993-02-19 | 1995-07-25 | Pender; David R. | Run-flat pneumatic tires including plural separate inserts |
-
2008
- 2008-05-22 RU RU2010152360/11A patent/RU2451602C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5435363A (en) * | 1993-02-19 | 1995-07-25 | Pender; David R. | Run-flat pneumatic tires including plural separate inserts |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109109236A (en) * | 2018-08-21 | 2019-01-01 | 青岛双星橡塑机械有限公司 | Rubber product vulcanizing equipment and vulcanization process |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2010513099A (en) | Improved curing method for non-uniform rubber products such as tires | |
| Tang et al. | Design and thermal analysis of plastic injection mould | |
| US7744789B2 (en) | Method for curing a thick, non-uniform rubber article | |
| US7690163B2 (en) | Polymeric door facing with textured interior surface, and method of forming same | |
| CN1079046C (en) | Method for non-resin fluid-assisted injection molding of a resin | |
| WO2003011550A3 (en) | Method for molding a product and a mold used therein | |
| Nian et al. | Warpage control of headlight lampshades fabricated using external gas-assisted injection molding | |
| CN104626469B (en) | A kind of Intelligent temperature control type thin wall type injection mold | |
| RU2451602C1 (en) | Optimising curing rod material | |
| Demirer et al. | An experimental investigation of the effects of hot runner system on injection moulding process in comparison with conventional runner system | |
| US20110062631A1 (en) | Curing Pin Material Optimization | |
| BR0210647A (en) | Method and apparatus for shaping and curing a vehicle wheel tire | |
| KR100890905B1 (en) | Mold device | |
| CA1061972A (en) | Method of and apparatus for moulding shaped objects | |
| Vezzetti | Spin casting characterization: An experimental approach for the definition of runners design guidelines | |
| KR20070106966A (en) | Improved method for curing a thick, non-uniform, rubber article | |
| Beheshtian Mesgaran et al. | Experimental and Numerical Analysis of Burn Marks and Shrinkage Effect on Injection Molding | |
| CN220720012U (en) | Sectional vulcanizing device | |
| KR200407159Y1 (en) | Press machine having die cooling device | |
| Dobránsky et al. | Heat transfer monitoring of injection mold | |
| CN219006814U (en) | High-precision injection mold with ejection structure | |
| Martins et al. | Thermomechanical Evaluation of Thermoplastics Injection Cycle Effects in Aluminium Moulds Using the Finite Element Method | |
| CN106799474A (en) | Block mold shaped device | |
| KR20090005419U (en) | Apparatus for injection molding dimished in the thermal expansion difference | |
| CN1827344A (en) | Mold pin for mold of working plastic material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20121220 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160523 |