硬化厚的、不均匀的橡胶物品的改进的方法

摘要

利用有限元分析或热电偶探针确定不均匀的、厚的橡胶物品(例如大型轮胎或轮胎的外胎面)的每一个区域的硬化状态。根据这些硬化限制区域的知识，将传热元件加在模型上，以加强热量转换到这些硬化限制区域中，和提供最优的硬化。利用传热针和/或微小刀槽花纹是减小在压力机上的总硬化时间和使硬化状态最优的有效和实际的方法，而并基本不影响该物品(例如轮胎)的性能。本发明表明可减小硬化时间10％或更多。

权利要求

1.一种硬化不均匀的、厚的橡胶物品的方法，它包括下列步骤：(f)预先确定物品各部分的硬化速率，以确定硬化限制部分；

(g)通过将至少一个传热元件放置在模型中，从该模型的内表面向外突出并在物品的硬化限制点突入该物品中，改造该物品的模型；

(h)将物品放置在该模型内部；

(i)将热量施加在物品上和传热元件上，直至物品达到确定的硬化状态；和(j)从该模型中取出该物品。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该物品为大型轮胎。

3.如权利要求2所述的方法，其中，该轮胎为卡车轮胎。

4.如权利要求1所述的方法，其中，该物品为轮胎的外胎面。

5.如权利要求1所述的方法，其特征为，该物品或采用本方法的物品一部分的刚度的计算减小的百分数为4％或更小。

6.如权利要求1所述的方法，其特征为，该物品或采用本方法的物品一部分的刚度的计算减小的百分数为2％或更小。

7.如权利要求1所述的方法，其特征为，该物品的表面积或采用本方法的物品部分的表面积减小的百分数为8％或更小。

8.如权利要求1所述的方法，其特征为，该物品的表面积或采用本方法的物品部分的表面积减小的百分数为5％或更小。

9.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述元件从由针、微小刀槽花纹和其组合组成的组中选择。

10.如权利要求3所述的方法，其特征为，所述元件从由针、微小刀槽花纹和其组合组成的组中选择。

11.如权利要求4所述的方法，其特征为，所述元件从由针、微小刀槽花纹和其组合组成的组中选择。

12.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述元件为针，其长度可突入该物品的硬化限制部分中该所述部分厚度的5％～80％。

13.如权利要求3所述的方法，其特征为，所述元件为针，其长度可突入轮胎的硬化限制外胎面块中该外胎面块厚度的5％～80％。

14.如权利要求4所述的方法，其特征为，所述元件为针，其长度可突入外胎面的硬化限制外胎面块中该外胎面块的厚度的5％～80％。

15.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述元件为微小刀槽花纹，其宽度为1～

3mm，且长度可突入该物品的硬化限制部分的该物品所述部分厚度的5％～20％。

16.如权利要求3所述的方法，其特征为，所述元件为微小刀槽花纹，其宽度为1～

3mm，且长度可突入该轮胎的硬化限制外胎面块的该所述外胎面块的厚度的5％～20％。

17.如权利要求4所述的方法，其特征为，所述元件为微小刀槽花纹，其宽度为1～

3mm，且长度可突入该外胎面的硬化限制外胎面块的该所述外胎面块的厚度的5％～20％。

18.如权利要求1所述的方法，其特征为，所述元件从由直径为1～3mm的圆形针、边长为1～2mm的方形针、较小尺寸为1～2mm和较大尺寸为2～3mm的椭圆形针及其组合构成的组中选择。

19.如权利要求3所述的方法，其特征为，所述元件从由直径为1～3mm的圆形针、边长为1～2mm的方形针、较小尺寸为1～2mm和较大尺寸为2～3mm的椭圆形针及其组合构成的组中选择。

20.如权利要求4所述的方法，其特征为，所述元件从由直径为1～3mm的圆形针、边长为1～2mm的方形针、较小尺寸为1～2mm和较大尺寸为2～3mm的椭圆形针及其组合构成的组中选择。

21.如权利要求12所述的方法，其特征为，所述元件为圆形针，其直径为2mm，长度可突入该物品的硬化限制部分的该物品所述部分厚度的25％～50％。

22.如权利要求13所述的方法，其特征为，所述元件为圆形针，其直径为2mm，长度可突入该轮胎的外胎面块的硬化限制部分的该所述外胎面块厚度的25％～50％。

23.如权利要求14所述的方法，其特征为，所述元件为圆形针，其直径为2mm，长度可突入该外胎面的外胎面块的硬化限制部分的该所述外胎面块厚度的25％～50％。

24.如权利要求22所述的方法，其特征为，使用宽度为1～3mm、长度可突入轮胎的硬化限制的外胎面块5％～20％的所述外胎面块的厚度的微小刀槽花纹与针的组合。

25.如权利要求23所述的方法，其特征为，使用宽度为1～3mm、长度可突入外胎面的硬化限制的外胎面块5％～20％的所述外胎面块的厚度的微小刀槽花纹与针的组合。

26.如权利要求1所述的方法，其特征为，利用有限元分析确定该物品的硬化限制部分。

27.一种制造硬化不均匀的、厚的橡胶物品的模型的方法，它包括下列步骤：(a)预先确定要插入该模型中该物品的基本上所有部分的硬化速率；

(b)将至少一个传热元件固定在该模型上，使得当将物品放置在模型中时，该传热元件从该模型的内表面突出，并在该物品的硬化限制部分处突入该物品中。

28.一种制造硬化大型轮胎的模型的方法，它包括下列步骤：(c)预先确定要插入该模型中该轮胎的基本上所有部分的硬化速率；

(d)将至少一个传热元件固定在该模型上，使得当将轮胎放置在模型中时，该传热元件从该模型的内表面突出，并在该轮胎的硬化限制部分处突入该轮胎中。

29.如权利要求28所述的方法，其特征为，利用有限元分析确定轮胎的硬化限制部分。

说明书

硬化厚的、不均匀的橡胶物品的改进的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及硬化厚的、不均匀的橡胶物品的领域，更具体地说，涉及硬化诸如卡车轮胎一类的轮胎的领域。

背景技术

[0002] 多年来，橡胶物品-例如气压轮胎在压力机进行硫化或硬化，其中热量是通过轮胎模型从外部、及通过硬化囊状物从内部施加一定的时间，进行轮胎的硫化。技术上众所周知的这些压力机一般使用可分开的带有成形和硬化机构的半个模型或零件(包括分割的模型零件)，并利用其内装有用于成形、加热和冷却流体或介质的囊状物进行物品的硬化。一般上述的硬化压力机由机械的定时器或可编程的逻辑控制器(PLC)控制，PLC使压力机通过各个步骤循环，在些步骤过程中，在从压力机卸下物品前，使物品成形，加热和在一些过程中冷却。在硬化过程中，物品在预先设定的一段时间内受高压和高温作用，这段时间的设定成使物品的最厚部分能充分的硬化。该硬化过程通常在压力机外继续以至完成。

[0003] 橡胶化学家面临预测橡胶物品的每一部分被满意地硬化的时间段，并且一旦确定这种时间段，则物品在该时间段内被加热。对于较薄，几何形状均匀和成分相同的橡胶物品，这是较直接的分析。当不是这种情况，例如诸如轮胎，特别是大的轮胎，例如卡车轮胎，不在公路上行驶的轮胎，农场、飞机和大型挖土机轮胎一类的复杂物品时，分析要困难得多。这些形式轮胎的硬化程度不但受轮胎各部分的几何形状变化的影响，而且受成分改变和层叠体结构的影响。虽然已利用时间控制方法硬化数百万个轮胎，但因为轮胎成分和几何形状的变化，轮胎的一些部分比其他部分硬化得多。通过设定硬化最难硬化部分的时间段，但仍产生一些部分的过度硬化，这样硫化机上的生产时间浪费，生产效率也降低。

[0004] 已经提出了硬化压力机的各种设计和各种硬化方法，以更均匀地硬化厚的橡胶物品。一些方法使用模型结构的不同材料、绝缘材料、轮胎各部的不同成分、多个硬化区域，或使用这样的方法，使热量可以较长的时间施加或采用，可将更多的热引导至橡胶物品的最厚或最复杂的部分。说明各种硬化方法和装置的专利如下：美国专利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号；EPO专利申请0485127A1、0578105A2和1172198A2；和日本专利JP62037107、JP07195370、JP2002172622A。然而，上述方法和装置没有一个证明是完全令人满意的，时间控制仍然是硬化不均匀、厚的橡胶物品的典型方法。这样，轮胎工业面临用更快的时间生产均匀硬化的轮胎的问题。

[0005] 本发明涉及硬化不均匀、厚的橡胶物品-例如卡车轮胎或轮胎的外胎面的改进的方法。该方法使用传热元件，该元件是经特别选择的和被特别放置在模型中，以便在物品的硬化限制部分上将热量传递给该物品。这在物品上产生使传热元件突出至该物品中的小孔。由于这些孔很小，它们不改变物品的相对作用和性能。该孔基本上可看作为针孔或微小的刀槽花纹(sipe)。

[0006] 为了具有诸如牵引，排水等功能的优点，作刀槽花纹(siping)在轮胎技术中是众所周知的。美国专利6,196,298、4,298,046、5,289,862和5,896,905号说明了在轮胎作刀槽花纹的各种作用。在先前技术中使用刀槽花纹和本发明的使用微小刀槽花纹之间的区别为，在先前技术中，刀槽花纹用于引起或产生轮胎的功能改变，而选择本发明的微小刀槽花纹是不改变轮胎或被硬化的外胎面的相对功能性能，而改善硬化。

[0007] 如对针孔一样，在先前技术和本发明之间有同样的区别。在轮胎的先前技术中已知，外胎面中的针孔在磨损，牵引，排水等性能方面产生功能性改变(参见美国专利 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号；美国专利公开号2003/0089439和
2002/0100527号；英国专利546,975号)。另一些专利说明在轮胎的外胎面的侧面上引入侧面针孔可使轮胎性能发生功能性改变(参见美国专利1,408,100、1,509,259、1,733,064、
1,778,071、1,877,988、3,848,651和4,979,549号，日本专利公报P2002-307442A号和日本申请3-355071号)。

发明内容

[0008] 本发明涉及使用通常的硬化模型和压力机、硬化不均匀的厚的橡胶物品的改进方法，其通过采用在模型中的特定位置处带有的传热元件来改善模型进行的，上述特定位置被预先确定为能将热量引导至橡胶物品的硬化限制部分。本发明不但可使物品较快地硬化，而且可使橡胶物品的硬化状态更均匀。传热元件的选择、定位和使用不会显著地改变橡胶物品的功能或性能。应特别注意，只是模型改变，硬化装置作为一个整体和橡胶物品的成分不需要改变或调节。上述硬化的改进是通过减小在模型中的总的硬化时间达到的，从而可提高生产率。

[0009] 本发明的另一个实施例为制造模型的方法，该模型用于硬化不均匀的、厚的物品-例如卡车轮胎或轮胎的外胎面，该方法包括下列步骤：(a)确定在硬化过程中，要接受附加的热量的物品的那些部分，以便在硬化时间内加速这些部分的硬化；(b)将传热元件固定在模型中，以便在所述轮胎硬化过程中将需要附加的热量引入物品的这些部分中。

[0010] 本发明的再一个实施例为通过将传热元件加在所述模型中，重新加工轮胎模型的方法。所述传热元件互相隔开，并使要插入所述模型中的轮胎的所有部分硬化更均匀。

附图说明

[0011] 图1表示为了翻新轮胎面，制造硬化的外胎面的平坦的外胎面模型的顶部部分。该顶部部分形成外胎面的雕刻花纹。代号(10)表示在外胎面图形中形成大的“全深度”槽的模型部分，该槽形成外胎面块(20)。

[0012] 图2表示为了翻新轮胎用的外胎面的硬化外胎面图形，该外胎面图形是用通常方法硬化的。图中表示大的侧向槽(10)和外胎面块(20)。该外胎面从其底部表面至外胎面块的顶部表面的厚度约为25mm(30)。侧向槽的深度大约为22mm(40)。

[0013] 图3表示用于翻新轮胎用的外胎面的硬化外胎面图形，该外胎面图形是用本发明方法硬化的图2所示的硬化的外胎面图形和图3所示的外胎面图形的唯一区别为有“针孔”(50)。该针孔离外胎面块的顶部表面的深度大约为14mm。

[0014] 图4表示图2和图3所示的硬化轮胎面的硬化速率，其为位于在外胎面中的热电偶探针的各种位置与时间的函数。第一个探针安装在离外胎面块的顶面1mm深度的位置，第二个探针安装离相同的外胎面块的顶面8mm深度的位置，第三个探针安装在离相同的外胎面块的顶面14mm深度的位置。图中表示在1mm深度，8mm深度和14mm深度，对于使用没有针的通常硬化方法时，如图4中位置100、110和120所示的硬化的外胎面，和使用带有针的本发明方法时，如图4中的位置200、210和220所示的硬化的外胎面的硬化速率。

[0015] 图5表示对于图2和图3所示的硬化的外胎面，在热电偶探针离外胎面块顶部表面深度为1mm、6mm、10mm、14mm、18mm和22mm处，在26分钟固定的压力机硬化时间后的硬化状态(α)。图中表示在上述深度处，对于使用没有针的通常硬化方法，如图4中的位置300、310、320、330、340和350所示的硬化的外胎面，和使用有针的本发明方法，如图5中的位置
400、410、420、430、440和450所示硬化的外胎面的硬化状态。

[0016] 图6表示对于图2和图3所示的硬化的外胎面，在图5给出的相同热电偶在外胎面中的深度下，在压力机中达到α＝0.9的硬化状态所需的硬化时间(秒)。对于使用通常的硬化方法硬化的外胎面，在每一个深度达到α＝0.9的时间用线(500)表示；对于使用本发明的方法硬化的外胎面，在每一个深度的达到α＝0.9的时间用线(510)表示。

[0017] 图7为典型的卡车轮胎肩部区域的轮廓，它表示该轮胎的复杂性和不均匀的几何形状。

[0018] 图8表示当将轮胎从压力机上取下，并利用通常的时间控制方法硬化时，图7所示的卡车轮胎的肩部中的热分布。

[0019] 图9表示在大约22mm高度处，带有添加的刀槽花纹(600)的车轮胎的肩部的模型部分。生产在肩部的侧向槽的该模型部分的高度大约为24mm(610)。

[0020] 图10表示带有添加的肩部槽(700)的图7所示的卡车轮胎的肩部的轮廓。该肩部槽的平均深度大约为27mm，并且宽度大约为8mm，横向延伸大约14mm进入肩部外胎面块中。

[0021] 图11表示带有高度大约为3mm的微小的刀槽花纹(800)的卡车轮胎的模型部分。生产肩部侧向槽的该模型部分的高度大约为24mm(610)。

[0022] 图12表示带有高度大约为22mm，基底为22mm的添加楔形刀槽花纹(900)的卡车轮胎肩部的模型部分。生产肩部侧向槽的该模型部分的高度大约为24mm(610)。

[0023] 图13表示带有高度大约为22mm的多个针(1000)的卡车轮胎的模型部分。生产肩部侧向槽的该模型部分的高度大约为24mm(610)。

[0024] 图14(a)表示利用本发明的针式传热元件和微小刀槽花纹传热元件硬化的轮胎外胎面。侧向槽(10)离外胎面块(20)的顶面的深度大约为24mm。在离外胎面块的顶面的深度大约为14mm处有针孔(50)(图14(b))。在离外胎面块(20)的顶面深度大约为3mm处有微小的刀槽花纹(1100)，且在每一个微小刀槽花纹中具有深度大约为14mm的三个针孔(1110)(图14(c))。

具体实施方式

[0025] 在硬化不均匀的、厚的橡胶物品—例如气压轮胎的过程中，工业的挑战是要提供一种硬化处理，其可将充足的热能量供给物品的不均匀的、厚的部分，使所述部分很好地硬化，不会使该物品的较薄部分过度硬化，并且生产率高。

[0026] 在使用本发明的方法时，必需首先确定，不均匀的、厚的橡胶物品的哪些部分需要附加的热能，以有效和充分硬化所述部分。这可以使用已知的技术进行，例如利用有限元分析(FEA)或热电偶探针以确定物品的每一个区域的硬化状态。从对这些区域和成分的硬化速率的了解中，可以辨识接收加强传热的物品的不同部分，以便硬化时间较快和硬化更均匀。本发明使用传热元件作为达到这个目标的有效的和实际的装置。本发明还提出了使轮胎或外胎面的所有区域的硬化状态更均匀的特殊的传热元件，并减小在压力机上的硬化时间。可将在压力机上硬化时间减小到10％或更多。另外，使用这种改进的硬化方法要根据基本的轮胎性能参数来评价，以表示使用特殊的传热元件对轮胎的性能没有重大影响。

[0027] 本发明的硬化不均匀的、厚的橡胶物品的方法包括下列步骤：

[0028] (a)预先确定物品各部分的硬化速率，以确定硬化限制部分；

[0029] (b)通过将至少一个传热元件放置在模型中，从该模型的内表面向外突出，且在物品的硬化限制点突出入该物品中，改造该物品的模型；

[0030] (c)将物品放置在该模型内部；

[0031] (d)将热加在物品上和传热元件上，直至物品达到确定的硬化状态；和[0032] (e)从该模型中取出该物品。

[0033] 这样，改造的模型具有至少一个与该物品接触的内表面，该内表面具有至少一个从该模型的内表面向外突出的传热元件，从而在硬化过程中，热量可从传热元件传递至物品的硬化限制部分。

[0034] 本发明特别适用于作为硬化轮胎的外胎面的方法。该方法包括下列步骤：

[0035] (a)预先确定要插入模型中的外胎面的基本上所有部分的硬化速率，以确定硬化限制部分；

[0036] (b)将没有硬化的外胎面放置在通常的模型中，该模型包括至少一个突入到该外胎面的硬化限制部分中的传热元件。

[0037] (c)通过该模型和该传热元件，将热量施加在外胎面上；和

[0038] (d)将该传热元件从该外胎面取下，同时从模型中取出该外胎面。

[0039] 本发明的另一个实施例为制造或采用通常的模型，来硬化不均匀的、厚的橡胶物品的方法。该方法包括下列步骤：

[0040] (a)确定要插入的物品的基本上所有部分的加热速率；

[0041] (b)确定物品的哪些部分为硬化限制部分，使它们在硬化所述物品的过程中接收附加的热量；和

[0042] (c)将至少一个传热元件固定在模型上，使得在硬化所述物品的过程中，该传热元件从模型的内表面向外突出，并突入物品的这些硬化限制部分中。

[0043] 本发明特别可适用于形成轮胎的模型，该模型包括与轮胎接触的内表面。该形成包括下列步骤：

[0044] (a)确定要插入该模型中的轮胎的基本上所有部分的加热速率；

[0045] (b)确定轮胎的哪些部分为需要硬化限制、且需要硬化所述轮胎的过程中附加的热量；和

[0046] (c)将至少一个传热元件固定在轮胎模型上，使得在硬化所述轮胎过程中，使该传热元件从该模型的内表面向外突出和突入需要附加热量的轮胎的那些部分中。

[0047] 有限元分析

[0048] 根据本发明在利用通常方法的硬化过程中，对物品(例如轮胎或外胎面)各部分产生的传热进行评价。确定传热的一个已知的方法为制造一个轮胎，将热电偶放在该轮胎内，并记录在硬化过程中的热的分布。知道热分布，可以利用反应动力学确定整个轮胎的硬化状态。

[0049] 另一个已知的方法为利用有限元分析(FEA)。该方法由承受外界负荷(即热负荷)的物品的计算机模型组成，并分析得出结果。传热分析建立该物品的导热率或热动力学模型。可参见：Jain Tong等人在杂志Journal of Reinforced Plastics and Composites，第22卷11/2003号第983-1002页的文章“轮胎硬化过程的有限元分析(Finite Element Analysis of Tire Curing Process)”。

[0050] 硬化状态和α

[0051] α为硬化状态的量度，由下式给出：

[0052] α＝(在轮胎模型中的硬化时间)/t99

[0053] 式中：t99为完成99％硬化的时间，如流变仪曲线所示，由扭矩测量。ASTM D2084和IS03417说明了如何利用振荡流变仪测量橡胶化合物的硬化时间(时间to为硬化开始，时间t99为99％完成硬化)。这里介绍这些标准供参考。

[0054] 现在说明本发明的过程，以表示它与通常的硬化过程和模型不同。本发明的过程涉及不均匀的、厚的橡胶物品。不均匀意味着(a)物品的几何厚变化，(b)物品的材料成分变化，(c)在物品中有层叠体，和/或(d)以上全部。一般的大型轮胎-例如卡车轮胎、不在公路上行驶的轮胎、农场轮胎或大型挖土机轮胎为不均匀的、厚的橡胶物品。然而，例如软管、橡胶带、振动支架、保险杠等任何不均匀的、厚的橡胶物品都可以利用本发明方法有效地硬化。

[0055] 在使用通常模型的通常的硬化方法中，可对橡胶物品的所有部分进行加热速率的分析。然而，结果是，即使在模型的各个部分中使用较高的温度或较长的时间，总的硬化时间由基本上硬化橡胶物品的“硬化限制”部分所需要的时间决定。“硬化限制”是表示由于成分的传热特性和物品的厚度和/或复杂性，难以硬化或需要最长时间硬化的部分。这造成压力机中的硬化时间较长和硬化装置使用效率低。本发明的方法可达到(a)减小在压力机中的硬化时间，和(b)更均匀的硬化状态，而不改变物品的相对性能。

[0056] 如同在通常的硬化过程中一样，本发明的方法利用已知的FEA分析，热电偶分析或其他方法，以确定不均匀物品各部分的各种硬化速率和状态。然而，发明者的研究还可确定哪些形式和结构的传热元件，在减小硬化时间和达到更均匀的硬化状态，而基本上不影响橡胶物品的性能方面有效。

[0057] 发明者试验了各种形状和尺寸的、用于轮胎和轮胎外胎面的传热元件，包括肩部槽、刀槽花纹(直的，弯曲的和楔形的)和针。他们发现，所有这些形式的传热元件都可减小轮胎或外胎面的总的硬化时间，但使用大部分这些元件会明显改变外胎面块的刚度，这将影响轮胎的性能。只有使用所述的针和微小刀槽花纹，可减小硬化时间和改善硬化的均匀性，而基本上不影响外胎面块的刚度和轮胎的性能。

[0058] 模型的针和微小刀槽花纹可用任何与该模型兼容的材料制成。对于轮胎模型，材料一般为钢或铝。针和微小刀槽花纹可用任何通常的方法(例如焊接)加在或粘接在模型上，或可以设计成新的模型。硬化装置的其余部分-例如压力机等，保持不改变。

[0059] 该微小刀槽花纹可以为任何形状，例如直的、弯曲的、圆的、椭园的或楔形的。该微小刀槽花纹的宽度为1～3mm，其长度使得它可伸入物品中大约物体的厚度大约5％～大约20％。对于卡车轮胎，这一般为大约2～大约6mm。该微小刀槽花纹可以横向延伸物品的全部表面，例如外胎面块或更小些。对于卡车轮胎，在外胎面块边界内的微小刀槽花纹图形证明是有用的。

[0060] 该针可以为圆形、方形、矩形或椭圆形。如果为圆形，其直径为大约1～3mm。如果为方形，其边长约为1～2mm。如果为其他形状，则较小的尺寸长度为大约1～2mm，较大的尺寸长度大约为1～3mm。由于针比微小刀槽花纹较少突入，其长度使它们可伸入物品大约5％～大约80％的物品厚度，但最好伸入大约25％～大约50％的物品厚度。对于卡车轮胎，这个范围为大约3～25mm，最好为伸入外胎面块大约10～大约15mm。该针可以作成与表面垂直，与表面倾斜或在物品表面的横向突入物品中。

[0061] 传热元件突入物品(例如轮胎或外胎面)中，在物品的表面上造成一个凹痕。由凹痕造成的物品总表面-例如在外胎面块上的接触面积的减小小于8％，最好小于5％。

[0062] 为了使物品按其预期的方式起作用，物品的刚度应基本上不被由传热元件造成的凹痕改变。对于轮胎外胎面，这表示在使用本发明的方法后，与不使用传热元件同样，外胎面块应保持刚度。刚度的改变与使用传热元件引起的体积的减小百分数有关。对于本发明，包括使用可减小刚度4％或更小，最好为2％或更小的传热元件。

[0063] 刚度减小由下列的式计算：“由传热元件形成的孔的体积”/“物品的总体积(或者受该传热元件作用的物品的分割部分)”。

[0064] 当对轮胎的外胎面块进行刚度计算时，要使用乘法器。对于深度第一次增加1～5mm，该乘法器值为“1”，对于深度第二次增加大于5～10mm，该乘法器值为“2”，对于深度第三次增加大于10～15mm，该乘法器值为“4”，对于深度的任何其他的增加大于15mm或更大，则该乘法器值为“8”。

[0065] 如果包括多于一次的增加(经常有这种情况)，则对于每一个增加计算刚度，并且将得到的值相加，给出刚度总的减小。例如，如果使用突入外胎面块14mm的“针”式传热元件，则在该块上留下与针的直径和长度相应的一个“孔”。因此，对于孔的体积的第一次5mm增加计算刚度，并且乘法器值为“1”。对于第二个5mm的增加，则对于孔体积第二次的增加计算另一刚度，并且乘法器为“2”。对于最后4mm的增加，对此增加计算另一个刚度，乘法器为“4”。然后，将三次计算加在一起，得到由“针”式传热元件造成的刚度的总的减小。对于所有形状和各形式的传热元件使用相同的处理。

[0066] 下列的非限制性例子表示本发明的方法。

[0067] 例1：翻新轮胎胎面的外胎面的硬化

[0068] 将本方法用于翻新轮胎胎面的外胎面的硬化。

[0069] 图1表示一种通常的平的外胎面雕刻的模型的一部分，其用于预先硬化的轮胎外胎面。图2表示使用图1所示的模型和使用通常的模制过程得到的外胎面的雕刻的外胎面图形。图3表示由将针式传热元件加在图1的模型上得到的雕刻的外胎面图形。在确定传热元件(针)的相对位置时，首先在外胎面图形的X-Y平面上辨识最小硬化状态位置。然后，利用这个位置作为在Z-方向(或通过外胎面块的厚度)的比较的基础。本发明的处理可以用于均匀成分的外胎面或双外胎面。双外胎面是指在第二个外胎面层上使用的第一个外胎面层。

[0070] 在商业压板预硬化翻新轮胎压力机中，顶部和底部压板利用循环热油系统加热。制造带有内部油管的压板，以提供均匀的能量分布。利用适当的热交换系统和油温调节，可将压板温度控制在目标范围+/-3℃内。

[0071] 从这个例子得到的外胎面图形表示在图2中。由于肩部块大，在压板压力机中使用通常的硬化条件，在压力机中需要的硬化时间为25分钟。

[0072] 为了在外胎面的所有部分中，用数量表示硬化的状态，将探针放入外胎面中。第一个探针放在外胎面顶面以下大约1mm处。第二个探针放在外胎面顶面以下大约8mm处，第三个探针放在外胎面顶面以下大约14mm处，靠近外胎面的中心。对于三个点(见图4)形成温度分布图。对外胎面所有部分的硬化状态应为α＝0.90。

[0073] 橡胶是非常不良的热导体和经常不可避免地得到硬化的不均匀状态的事实，是硬化过程固有的。对于这个例子，使用通常的硬化方法，在1mm处外胎面块的表面在大约800秒(100)内可达到充分的硬化状态，而在压力机中(120)，块的中心在14mm处需要大约
1800秒的硬化时间。

[0074] 根据本发明，通过将2mm直径的钢传热针的组合加在选择的外胎面块中，来改造该模型。针的位置和深度通过FEA模型得到。使用钢针的优点是能够改造现有的模型。因为该模型由平的铝块制成，因此容易从该模型的背面，向外胎面的模制表面定位和钻出精确的孔。然后，可将这些针放在该孔中，并用许多方法固定就位。

[0075] 为这种外胎面设计开发的方案表示在图3中。将该针放在模型中，使它们以5针图形的形式突入大的肩部块中，并与外胎面块的表面垂直。这些针突入该外胎面块中至深度约为14mm。这种结构被认为在减小硬化时间，同时不损害轮胎性能之间的良好的平衡。

[0076] 图4表示硬化速率，其为在外胎面中热电偶探针的各种位置与时间的函数。第一个探针安装在离外胎面块的顶面大约1mm深度处，第二个探针安装在离同一个外胎面块的顶面大约8mm的深度处，第三个探针安装在离同一个外胎面块的顶面大约14mm深度处。在1mm深度、8mm深度和14mm深度处，利用通常没有针(100)(110)和(120)的硬化方法硬化的外胎面，与利用本发明带有针(200)(210)和(220)的方法硬化的外胎面，两者的硬化速率在图4中表示出来。显然，靠近底部和顶部压板的块中的外胎面橡胶硬化得最快，而靠近中间的橡胶硬化得最慢。

[0077] 对于在标准模型中硬化的外胎面和在带有针的模型中硬化的外胎面，比较在14mm处的中间位置，(120)和(220)处的硬化速率，可看出，加入针式传热元件可将在压力机中的硬化外胎面的时间减小大约3分钟，即硬化时间减小12％。

[0078] 图5表示在硬化结束时，通过外胎面块厚度的硬化状态。曲线越平坦，则通过外胎面块的硬化状态越均匀。该图表明，加入针式传热元件大大提高了通过外胎面块的硬化的均匀性(比较400、410、420、430、440和450与300、310、320、330、340和350)。

[0079] 图6同样表示对于在外胎面块中的不同深度达到α＝0.90的确定的硬化状态所需的时间。可看出，加入传热针将α＝0.90的总的硬化时间减小大约3分钟(参见在10mm位置的510与500)。

[0080] 由使用5针形式引起的外胎面块的表面积减小的百分数大约为1％，计算由使用14mm的针引起的外胎面块刚度的减小只为大约2％。

[0081] 例2使用各种传热元件的建模

[0082] 这个例子使用FEA建模来表示硬化时间的减小，它是通过使用放置在典型的气压卡车轮胎(图7表示这种轮胎的肩部区域)的外胎面中的各种形状和形式的传热元件可以实现的。外胎面块深度为28mm，侧向槽的深度为24mm。对参考情况(即不使用任何传热元件)，计算硬化时间为57分钟。这个轮胎的硬化受肩部区域硬化的限制。例如胎边需要39分钟以得到α＝0.90，而侧壁需要22分钟。因此，胎边有18分钟的附加加热，和侧壁具有35分钟的附加加热。

[0083] 图8表示在图7的轮胎的肩部区域中得出的热“分布“。可以看出，在压力机硬化结束时，外胎面肩部块的中心内的温度为15℃，比在外胎面块的表面上的温度冷。

[0084] 图9、图11、12和13表示利用不同结构的传热元件改造的模型的例子，所述传热元件可以用于将热量引入轮胎的肩部的外胎面块中。图10表示加入大的肩部槽的肩部外胎面轮廓。

[0085] 这里的目的是表示，虽然可以使用不同形状和形式的传热元件，将热能传至硬化限制区域中并减小总的硬化时间，但轮胎外胎面的刚度基本上不改变。该例子表示，虽然可达到较快的硬化时间，但外胎面块的刚度受使用一些元件的影响大。表1总结了结果。

[0086] A“全深度”刀槽花纹

[0087] 将一个大的铝制“全深度”刀槽花纹(600)加在参考轮胎模型上，将热量传递至轮胎的肩部中。2mm宽的刀槽花纹大约突出22mm至外胎面块(图9)中。从这个模型得出的结果表示，使用一个全深度刀槽花纹，硬化时间为53.5分钟，或者减小3.5分钟；而使用三个全深度刀槽花纹，硬化时间为50分钟，减小7分钟。然而，使用“全深度”刀槽花纹分别将外胎面块的计算刚度减小4％和12％。

[0088] B、大的肩部槽

[0089] 将一个大的肩部槽作为一个传热元件来进行评价(图10)。为了将热加在肩部块上，将肩部槽传热件加在模型上。在肩部(700)处的槽的平均深度是27mm。槽宽为8mm并横向穿入肩部块中14mm。使用该肩部槽将硬化时间减小至54分钟(减小3分钟)，但也使外胎面块的计算刚度减小6％。

[0090] C、微小刀槽花纹

[0091] 使用微小刀槽花纹(800)，即将2mm宽和伸入外胎面深度中3mm深度的刀槽花纹作为传热元件(图11)进行评价。可以看出，短的微小刀槽花纹基本上不干扰外胎面块的刚度。这点是真实的，因为计算刚度只减小大约1％。使用三个微小刀槽花纹使硬化时间为56.5分钟，总时间减小0.5分钟。

[0092] D、楔形刀槽花纹

[0093] 还研究了楔形的传热元件(900)(图12)。该楔为2mm宽和其基部的长度为20mm，并放置在模型上，突入该块中大约22mm。当使用一个楔时，硬化时间减小至54.5分钟(减小2.5分钟或大约4％)。使用三个楔将硬化时间减小至52分钟(减小5分钟或大约9％)。
块的计算刚度分别减小1％和4％。

[0094] E、传热针

[0095] 评价二组4个变化长度为7、10、14、17、19和22mm的传热针(1000)。这些针与以上C点所述的浅的微小刀槽花纹综合使用(见图13)。使用二种形式的传热元件可改善审美，因为针孔被隐藏在微小刀槽花纹中。

[0096] 与微小刀槽花纹综合使用针可使硬化时间减小：对7mm长的针减小2分钟，对10mm长的针减小3分钟，对14mm长的针减小4.5分钟，对17mm长的针减小5.5分钟，对19mm长的针减小7.5分钟，对22mm长的针减小9分钟。每一个针长的外胎面块的计算刚度减小
1％～3％。

[0097] 表1为对不同的传热元件的FEA建模的结果的总结

[0098]硬化时间 硬化时间 刚度的 表面积
情况
(分钟) 减小％ 计算减小％ 减小％
基础情况 57 0％ -- --
一个全深度
53.5 6％ 4％ 1.7％
刀槽花纹
三个全深度
50 12％ 12％ 5.2％
刀槽花纹
肩部槽 54 5％ 6％ 1.9％
三个微小
56.5 1％ 1％ 5.2％
刀槽花纹
一个楔 54.5 4％ 1％ 1.2％
三个楔 52 9％ 4％ 3.7％
微小刀槽花
纹(M.S)和 55 4％ 1％ 0.8％
7mm针
M.S&10mm针 54 5％ 1％ 0.8％
M.S&14mm针 52.5 8％ 2％ 0.8％
M.S&17mm针 51.5 10％ 2％ 0.8％
M.S&19mm针 49.5 13％ 3％ 0.8％
M.S&22mm针 48 16％ 3％ 0.8％

[0099] 本发明的目的是减小在压力机中的硬化时间，同时基本上不改变外胎面块的刚度。因此，选择传热元件，以保持刚度的计算减小为4％或以下，最好为2％或更小。

[0100] 例3卡车轮胎

[0101] 这个例子表明使用本发明可减小真实的“驱动轴”卡车轮胎在压力机上的硬化时间。因为需要长硬化时间来充分硬化轮胎的所有部分，因此选择一个现有的卡车轮胎设计。在正常的压力硬化条件下，这种尺寸的轮胎需要52分钟。利用FEA模型评价该轮胎。已确定，在该轮胎的肩部上的大的外胎面块为硬化限制区域。使用FEA模型，将传热元件的结构被引入该轮胎模型中。

[0102] 对于肩部外胎面块选择8个传热针的结构，而对于内部外胎面块，选择包括3个针的一个微小刀槽花纹(1100)。采用传热元件和图形的形式，以减小硬化时间，并基本上不改变外胎面块的刚度。本发明目的是基本上不改变轮胎的性能。图14(a)表示在外胎面块中放置硬化针和微小刀槽花纹。这些针直径为2mm，并突出14mm至外胎面块中(28mm外胎面深度的50％)(图14(b))。这些针用钢制成，可以容易地放入现有模型中或直接制造在新的模型中。

[0103] 在图14中可看出，在肩部块中使用8个针的图形，对于内部外胎面块使用具有3个针的微小刀槽花纹图形。该微小刀槽花纹为2mm宽，突入在块中3mm深度和包含在外胎面块的边界中(图14(C))。

[0104] 使用本发明的方法，在压力机中的硬化时间为47.5分钟，需要减小8％的时间来得到硬化至α＝0.9的确定的状态。

[0105] 利用8个针结构，肩部外胎面块的刚度的计算降低大约为2％，和表面积减小小于1％。使用微小刀槽花纹和3个针的组合，内部外胎面块的刚度的计算减小大约为2％，表面积的减小小于2％。

[0106] 图14(a)表示硬化的轮胎的雕刻花纹。测试这些轮胎，评估磨损速率和块的耐久性。磨损结果表明，该轮胎的性能保持。该轮胎在Silver SpringsNV的有腐蚀性路程上/不在该路程上行驶。在3600英里后，参考轮胎(没有传热元件)的重量损失和磨损速率分别为46.53克/100英里和10.36mm/10k英里，而本发明的轮胎的重量损失和磨损速率分别为48.75克/100英里和10.51mm/10k英里。因此，本发明轮胎的磨速率只比参考轮胎的磨损速率减小1％。因此，轮胎的磨损速率基本不改变。在另外的场地测试中，将参考轮胎与本发明的轮胎对比，本发明轮胎表明了在外胎面撕裂，剥落，碎裂和一般的外胎面耐久性方面与参考轮胎有等价的性能。

[0107] 总之，利用FEA建模技术，确定传热针的配置，建立原型模型和硬化并接着测试卡车轮胎。与通常的处理比较，本发明方法在压力机上的硬化时间为4.5分钟或减小8％。这种减小被热电偶测量证实，利用这种测量设定满足α＝0.9的目标硬化状态需要的硬化时间。轮胎测试表明，本发明的方法可大大减小在压力机上的硬化时间，不会显著地恶化原始轮胎设计的性能。