基于數(shù)值模擬的輪胎胎面膠料共擠出成型關(guān)鍵技術(shù)研究一、緒論1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著全球汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，輪胎作為汽車的關(guān)鍵部件，其性能和質(zhì)量直接影響著汽車的行駛安全、操控穩(wěn)定性以及燃油經(jīng)濟(jì)性。近年來，全球輪胎市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，根據(jù)相關(guān)市場研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，2023年全球輪胎市場規(guī)模達(dá)到了約2000億美元，預(yù)計(jì)到2030年將以每年3%-5%的速度增長。這一增長趨勢主要得益于汽車保有量的不斷增加，尤其是在新興市場國家，如中國、印度等，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，汽車需求持續(xù)攀升，帶動(dòng)了輪胎市場的繁榮。在輪胎制造工藝中，胎面膠料的成型工藝至關(guān)重要。胎面作為輪胎與地面直接接觸的部分，需要具備優(yōu)異的耐磨性、抗?jié)窕浴⒌蜐L動(dòng)阻力等性能，以確保輪胎在各種復(fù)雜路況和氣候條件下的安全可靠運(yùn)行。目前，胎面膠料共擠出成型技術(shù)因其能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同性能膠料的復(fù)合擠出，從而在提高輪胎綜合性能方面具有顯著優(yōu)勢，已成為輪胎制造行業(yè)的研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)之一。共擠出成型技術(shù)可以將不同配方和性能的膠料在同一擠出過程中復(fù)合在一起，使胎面不同部位具有不同的功能特性。例如，胎面外層膠料可以設(shè)計(jì)為具有良好抗?jié)窕阅艿呐浞?，以確保在濕滑路面上的抓地力和行車安全；而內(nèi)層膠料則可以側(cè)重于降低滾動(dòng)阻力，提高輪胎的燃油經(jīng)濟(jì)性。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮各種膠料的優(yōu)勢，有效提升輪胎的整體性能。此外，共擠出成型技術(shù)還具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求。然而，胎面膠料共擠出成型過程涉及到復(fù)雜的多相流體流動(dòng)、傳熱以及材料變形等物理現(xiàn)象，受到多種工藝參數(shù)和材料特性的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于對共擠出成型過程的內(nèi)在機(jī)理了解不夠深入，往往難以準(zhǔn)確控制產(chǎn)品質(zhì)量，容易出現(xiàn)諸如膠料分布不均勻、界面結(jié)合不良、擠出脹大等問題，這些問題不僅會影響輪胎的性能和使用壽命，還可能導(dǎo)致廢品率增加，生產(chǎn)成本上升。因此，深入研究胎面膠料共擠出成型過程，揭示其內(nèi)在的物理機(jī)制和影響因素，對于優(yōu)化輪胎制造工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1.2研究意義本研究旨在通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，深入探究輪胎胎面膠料共擠出成型過程，其意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：理論意義：胎面膠料共擠出成型過程涉及到高分子材料流變學(xué)、傳熱學(xué)、多相流體力學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的交叉，目前對于這一復(fù)雜過程的理論研究還不夠完善。本研究通過建立精確的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬方法，對共擠出成型過程中的多相流體流動(dòng)、傳熱以及材料變形等物理現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，有助于揭示共擠出成型過程的內(nèi)在機(jī)理，豐富和完善高分子材料成型加工理論體系，為后續(xù)的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。實(shí)踐意義：優(yōu)化輪胎制造工藝：通過對共擠出成型過程的模擬分析，可以全面了解各種工藝參數(shù)（如擠出溫度、擠出速度、螺桿轉(zhuǎn)速等）和材料特性（如膠料粘度、彈性模量等）對成型質(zhì)量的影響規(guī)律?；谶@些研究結(jié)果，能夠?yàn)檩喬ブ圃炱髽I(yè)提供科學(xué)合理的工藝參數(shù)優(yōu)化方案，從而有效提高胎面膠料的成型質(zhì)量和穩(wěn)定性，減少生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題和廢品率。降低生產(chǎn)成本：優(yōu)化后的工藝參數(shù)可以提高生產(chǎn)效率，減少原材料浪費(fèi)和能源消耗，從而降低輪胎的生產(chǎn)成本。同時(shí)，通過對共擠出成型過程的深入研究，還可以為模具設(shè)計(jì)和設(shè)備選型提供指導(dǎo)，進(jìn)一步降低設(shè)備投資和運(yùn)營成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力。提升輪胎性能：精確控制胎面膠料的共擠出成型過程，能夠?qū)崿F(xiàn)不同性能膠料的均勻復(fù)合和良好界面結(jié)合，從而有效提升輪胎的綜合性能。例如，通過優(yōu)化膠料分布和界面結(jié)構(gòu)，可以降低輪胎的滾動(dòng)阻力，提高燃油經(jīng)濟(jì)性；增強(qiáng)抗?jié)窕阅?，確保行車安全；提高耐磨性能，延長輪胎使用壽命。這些性能的提升不僅能夠滿足消費(fèi)者對高性能輪胎的需求，還有助于推動(dòng)輪胎行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1橡膠本構(gòu)模型研究進(jìn)展橡膠材料由于其獨(dú)特的高彈性、粘彈性以及大變形特性，被廣泛應(yīng)用于輪胎、密封件、減震器等眾多工程領(lǐng)域。在輪胎胎面膠料共擠出成型仿真中，準(zhǔn)確描述橡膠材料的力學(xué)行為對于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，而這依賴于合適的橡膠本構(gòu)模型。從20世紀(jì)40年代至今，國內(nèi)外學(xué)者提出了眾多橡膠材料本構(gòu)模型，大致可分為基于應(yīng)變能函數(shù)的唯象模型和基于分子鏈網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)模型兩大類?；趹?yīng)變能函數(shù)的唯象模型中，以應(yīng)變不變量表示的應(yīng)變能密度函數(shù)模型，將橡膠材料變形視為各向同性均勻變形，把應(yīng)變能密度函數(shù)表示成變形張量不變量的函數(shù)，典型的如Mooney-Rivlin模型。該模型是較為常用的模型，幾乎可模擬所有橡膠材料力學(xué)行為，其應(yīng)變能密度函數(shù)對于不可壓縮材料典型的二項(xiàng)三階展開式為特定形式（式中N、Cij和dk為材料常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定）。它適合中小變形，一般適用于應(yīng)變約為100%（拉伸）和30%（壓縮）的情況，但不能模擬多軸受力數(shù)據(jù)，由某種試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)不能用來預(yù)測其它變形行為，對于加碳黑的橡膠模擬不夠精確。Yeoh模型比較適合模擬炭黑填充NR的大變形行為，能描述隨變形而變化的剪切模型的填料橡膠，具有用簡單的單軸拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)描述其他變形力學(xué)行為的能力，典型的二項(xiàng)參數(shù)形式中（N、Ci0和dk為材料常數(shù)，由材料試驗(yàn)所確定，初始剪切模量μ=2C10），能通過某種簡單變形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的參數(shù)來預(yù)測其他變形的力學(xué)行為，描述的變形范圍也較寬，但對等雙軸拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果解釋不佳，不能準(zhǔn)確描述小變形時(shí)的情況。另一類以主伸長表示的應(yīng)變能函數(shù)模型，如Valanis-Landel模型，各向同性超彈性體應(yīng)變能函數(shù)可用主伸長λi(i=1，2，3)表征，其具有對稱性，經(jīng)試驗(yàn)得出特定的適用條件為0.6<λi<2.5。Ogden模型提出以主伸長來表征應(yīng)變能函數(shù)，該模型與Mooney-Rivlin模型本質(zhì)上無區(qū)別，只是在有限元分析中根據(jù)系數(shù)擬合難易程度選擇合適模型。基于分子鏈網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)模型按照分子鏈的統(tǒng)計(jì)特性分為高斯鏈網(wǎng)絡(luò)模型和非高斯鏈網(wǎng)絡(luò)模型。高斯鏈網(wǎng)絡(luò)模型中最具代表性的是Treloar模型，它把Kuhn-Grun提出的高斯鏈統(tǒng)計(jì)理論應(yīng)用到高分子網(wǎng)鏈中，根據(jù)單位體積分子鏈網(wǎng)絡(luò)構(gòu)象熵的改變得到相應(yīng)的應(yīng)變能密度函數(shù)，但該模型基于假設(shè)末端距遠(yuǎn)小于分子鏈的全部伸展長度建立，只能近似預(yù)測小變形時(shí)的情況，不能描述分子鏈的伸展過程。當(dāng)考慮分子鏈的末端距并不遠(yuǎn)小于分子鏈的伸展長度時(shí)，非高斯鏈的影響需要被考慮，基于此提出了非高斯8鏈模型，其幾何形狀關(guān)于3個(gè)主軸對稱，8個(gè)分子鏈具有相同的伸長率，該模型可以較好地模擬和預(yù)測大變形階段的情況，但在預(yù)測小變形階段時(shí)誤差較大。在胎面膠料仿真中，不同的橡膠本構(gòu)模型適用性不同。由于胎面膠料在共擠出成型過程中會經(jīng)歷較大的變形，Yeoh模型、Ogden模型以及Arruda-Boyce的8鏈模型等能較好描述大變形行為的模型具有一定優(yōu)勢。但同時(shí)，實(shí)際的胎面膠料是一種復(fù)雜的多相復(fù)合材料，除了橡膠基體，還包含各種填料（如炭黑）、添加劑等，這些成分會顯著影響橡膠的力學(xué)性能，使得單一的本構(gòu)模型難以完全準(zhǔn)確地描述其行為，如何綜合考慮各種因素，建立更加準(zhǔn)確、通用的橡膠本構(gòu)模型仍是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。1.2.2共擠出成型技術(shù)研究現(xiàn)狀共擠出成型技術(shù)作為一種能夠生產(chǎn)具有多種材料特性復(fù)合制品的先進(jìn)加工方法，在輪胎制造、塑料加工等眾多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者在共擠出成型工藝、設(shè)備及數(shù)值模擬方面開展了大量研究，取得了一系列成果，但也存在一些不足。在共擠出成型工藝研究方面，學(xué)者們主要關(guān)注如何通過優(yōu)化工藝參數(shù)來提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。工藝參數(shù)如擠出溫度、擠出速度、螺桿轉(zhuǎn)速等對共擠出成型過程有著顯著影響。研究表明，擠出溫度的變化會影響膠料的粘度和流動(dòng)性，進(jìn)而影響膠料在復(fù)合機(jī)頭內(nèi)的分布和界面結(jié)合質(zhì)量；擠出速度的調(diào)整則會影響擠出壓力和擠出脹大現(xiàn)象，過高的擠出速度可能導(dǎo)致膠料分布不均勻、界面不穩(wěn)定等問題。此外，不同膠料的配方設(shè)計(jì)以及它們之間的相容性也是工藝研究的重要內(nèi)容。合適的膠料配方可以使各層膠料在性能上實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，而良好的相容性則有助于提高界面結(jié)合強(qiáng)度，減少界面缺陷。目前，對于一些復(fù)雜的多膠料共擠出工藝，如具有特殊功能需求的輪胎胎面（同時(shí)具備多種高性能要求）的共擠出成型，工藝參數(shù)的優(yōu)化還缺乏系統(tǒng)深入的研究，難以實(shí)現(xiàn)全工況下的精準(zhǔn)控制。在共擠出成型設(shè)備方面，經(jīng)過多年發(fā)展，擠出機(jī)和復(fù)合機(jī)頭的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)不斷進(jìn)步。單螺桿擠出機(jī)朝著高速、高效、高精度方向發(fā)展，螺桿結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，以提高物料的塑化和輸送能力。同時(shí)，為了滿足共擠出成型對不同膠料的供給要求，多螺桿擠出機(jī)和組合式擠出機(jī)也得到了廣泛應(yīng)用。復(fù)合機(jī)頭作為共擠出成型的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響膠料的復(fù)合效果和產(chǎn)品質(zhì)量。新型復(fù)合機(jī)頭不斷涌現(xiàn)，如具有特殊流道設(shè)計(jì)的機(jī)頭，可以更好地實(shí)現(xiàn)膠料的均勻分布和良好的界面融合。然而，現(xiàn)有的共擠出設(shè)備在針對一些特殊膠料（如高粘度膠料、對溫度敏感的膠料）的加工時(shí)，仍存在塑化不均、擠出不穩(wěn)定等問題，設(shè)備的適應(yīng)性有待進(jìn)一步提高。數(shù)值模擬作為研究共擠出成型過程的重要手段，近年來取得了長足發(fā)展。通過建立數(shù)學(xué)模型和數(shù)值算法，利用計(jì)算機(jī)模擬共擠出成型過程中的多相流體流動(dòng)、傳熱以及材料變形等物理現(xiàn)象，可以深入了解成型過程的內(nèi)在機(jī)理，預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量，為工藝優(yōu)化和設(shè)備設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。有限元方法是目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)值模擬方法之一，通過將成型區(qū)域離散化，對每個(gè)單元進(jìn)行求解，能夠得到較為精確的模擬結(jié)果。許多學(xué)者利用有限元軟件對輪胎胎面膠料共擠出成型過程進(jìn)行了模擬研究，分析了工藝參數(shù)、膠料特性和機(jī)頭結(jié)構(gòu)等因素對成型質(zhì)量的影響。但數(shù)值模擬過程中仍存在一些問題，如模型的簡化可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差；對于復(fù)雜的多物理場耦合問題（如熱-流-固耦合），模擬的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率還需要進(jìn)一步提高。此外，如何將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)更好地結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模擬指導(dǎo)生產(chǎn)，也是當(dāng)前研究需要解決的問題之一。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容共擠出成型過程的數(shù)值模擬：基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）和有限元方法，建立輪胎胎面膠料共擠出成型的三維數(shù)值模型?？紤]膠料的粘彈性、非線性流變特性以及多相流體之間的相互作用，對共擠出成型過程中的速度場、壓力場、溫度場以及膠料的分布情況進(jìn)行詳細(xì)模擬分析。通過模擬不同工藝條件下的共擠出過程，揭示各物理量的變化規(guī)律，為后續(xù)的影響因素分析提供數(shù)據(jù)支持。影響共擠出成型質(zhì)量的因素分析：系統(tǒng)研究工藝參數(shù)（如擠出溫度、擠出速度、螺桿轉(zhuǎn)速等）、材料特性（如膠料粘度、彈性模量、不同膠料的相容性等）以及機(jī)頭結(jié)構(gòu)（如流道形狀、尺寸、分流板設(shè)計(jì)等）對胎面膠料共擠出成型質(zhì)量的影響。采用單因素變量法，逐一改變各因素的值，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，分析各因素對膠料分布均勻性、界面結(jié)合強(qiáng)度、擠出脹大等成型質(zhì)量指標(biāo)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)或響應(yīng)面分析法等優(yōu)化方法，確定各因素對成型質(zhì)量影響的主次順序，以及各因素之間的交互作用關(guān)系，為工藝參數(shù)和機(jī)頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)。共擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化：根據(jù)影響因素分析的結(jié)果，針對現(xiàn)有共擠出機(jī)頭結(jié)構(gòu)存在的問題，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。通過改變機(jī)頭流道的幾何形狀、優(yōu)化分流板的位置和結(jié)構(gòu)、調(diào)整膠料入口的分布等措施，改善膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，提高膠料的分布均勻性和界面結(jié)合質(zhì)量。利用數(shù)值模擬軟件對改進(jìn)后的機(jī)頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，評估改進(jìn)效果，根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)頭結(jié)構(gòu)參數(shù)。最終通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化后的機(jī)頭結(jié)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)中的可行性和有效性，確保改進(jìn)后的機(jī)頭能夠滿足輪胎胎面膠料共擠出成型的高質(zhì)量生產(chǎn)要求。1.3.2研究方法有限元分析方法：利用專業(yè)的有限元分析軟件，如ANSYSPolyflow、COMSOLMultiphysics等，建立輪胎胎面膠料共擠出成型的數(shù)值模型。在模型中，對共擠出機(jī)頭、螺桿、膠料等進(jìn)行合理的幾何建模和網(wǎng)格劃分，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置材料參數(shù)、邊界條件和初始條件。通過求解控制方程，模擬共擠出成型過程中的多物理場耦合現(xiàn)象，得到膠料在成型過程中的各種物理量分布和變化情況。有限元分析方法能夠直觀地展示共擠出成型過程的內(nèi)在機(jī)制，為研究提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持，并且可以快速地對不同的工藝參數(shù)和機(jī)頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，大大提高研究效率。理論分析方法：基于高分子材料流變學(xué)、傳熱學(xué)、多相流體力學(xué)等相關(guān)理論，對輪胎胎面膠料共擠出成型過程進(jìn)行理論推導(dǎo)和分析。建立描述膠料流動(dòng)、傳熱以及界面行為的數(shù)學(xué)模型，通過求解這些模型，得到共擠出成型過程中的一些關(guān)鍵物理量的解析表達(dá)式或理論計(jì)算公式。理論分析方法可以為有限元模擬提供理論基礎(chǔ)和驗(yàn)證依據(jù)，同時(shí)也有助于深入理解共擠出成型過程的物理本質(zhì)，為工藝優(yōu)化和機(jī)頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法：搭建輪胎胎面膠料共擠出成型實(shí)驗(yàn)平臺，采用實(shí)際的橡膠材料和共擠出設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，按照預(yù)定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行共擠出成型實(shí)驗(yàn)。對實(shí)驗(yàn)得到的胎面膠料制品進(jìn)行質(zhì)量檢測，包括膠料分布均勻性檢測（如通過切片觀察、X射線掃描等方法）、界面結(jié)合強(qiáng)度測試（如采用剝離試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)等方法）以及擠出脹大測量等。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元模擬結(jié)果和理論分析結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，評估模擬和理論分析的準(zhǔn)確性。若存在差異，進(jìn)一步分析原因，對模型和理論進(jìn)行修正和完善，確保研究結(jié)果的可靠性和實(shí)用性。二、輪胎胎面膠料共擠出成型理論基礎(chǔ)2.1聚合物熔體擠出成型理論2.1.1擠出成型基本原理聚合物熔體擠出成型是熱塑性塑料和彈性體常用的成型方法之一。其基本原理是使聚合物在擠出機(jī)的螺桿或柱塞的擠壓作用下，通過一定形狀的口模而連續(xù)成型，所得制品為具有恒定斷面形狀的連續(xù)型材。以常見的螺桿擠出機(jī)為例，擠出過程可分為三個(gè)階段。在加料段，物料通過料斗進(jìn)入擠出機(jī)的料筒內(nèi)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿作用下，借助料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前輸送和壓實(shí)，此時(shí)物料呈固態(tài)向前輸送。物料進(jìn)入壓縮段后，由于螺桿螺槽逐漸變淺，以及靠近機(jī)頭端濾網(wǎng)、分流板和機(jī)頭的阻力，物料所受壓力逐漸升高，進(jìn)一步被壓實(shí)。同時(shí)，在料筒外加熱和螺桿、料筒對物料的混合、剪切作用所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦熱的作用下，物料逐漸升溫至粘流溫度，開始熔融，大約在壓縮段處物料全部熔融為粘流態(tài)并形成很高的壓力。物料進(jìn)入均化段后將進(jìn)一步塑化和均化，螺桿最終將物料定量、定壓地?cái)D入機(jī)頭。機(jī)頭上的口模是成型部件，物料通過口模便獲得一定截面的幾何形狀和尺寸。從微觀角度來看，聚合物分子在擠出過程中經(jīng)歷了復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)變化。在固態(tài)輸送階段，聚合物分子鏈段主要以相對固定的位置排列，分子間作用力較強(qiáng)。隨著溫度升高和壓力增大進(jìn)入熔融階段，分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間作用力減弱，分子鏈開始解纏結(jié)并發(fā)生相對滑移，聚合物呈現(xiàn)出粘流態(tài)。在均化段，通過螺桿的攪拌和剪切作用，聚合物熔體進(jìn)一步混合均勻，分子鏈的取向和分布更加有序。當(dāng)物料通過口模擠出時(shí)，由于口模的限制和出口處的壓力變化，聚合物熔體的流速和壓力分布發(fā)生改變，導(dǎo)致分子鏈在流動(dòng)方向上產(chǎn)生取向。在離開口模后，聚合物熔體開始冷卻定型，分子鏈逐漸凍結(jié)，保持了在擠出過程中形成的取向和形態(tài)，最終形成具有一定形狀和性能的制品。2.1.2擠出成型工藝參數(shù)擠出成型工藝參數(shù)眾多，它們相互影響，共同決定了擠出成型的質(zhì)量和效率，以下主要分析螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)頭壓力、物料溫度等關(guān)鍵參數(shù)對擠出成型的影響。螺桿轉(zhuǎn)速：螺桿轉(zhuǎn)速直接影響物料在擠出機(jī)內(nèi)的輸送速度和受到的剪切作用。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速增加時(shí)，物料在機(jī)筒內(nèi)的停留時(shí)間縮短，單位時(shí)間內(nèi)擠出的物料量增加，從而提高生產(chǎn)效率。但轉(zhuǎn)速過高，物料受到的剪切速率增大，剪切生熱過多，可能導(dǎo)致聚合物熔體溫度過高，引起材料降解、性能劣化，還可能使熔體內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致擠出制品出現(xiàn)尺寸不穩(wěn)定、表面粗糙、內(nèi)部缺陷（如氣泡、裂紋）等問題。相反，螺桿轉(zhuǎn)速過低，物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間過長，不僅生產(chǎn)效率低下，還可能因過度受熱而影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，不同的聚合物材料對螺桿轉(zhuǎn)速的適應(yīng)范圍不同，例如，對于一些高粘度的橡膠材料，過高的螺桿轉(zhuǎn)速可能導(dǎo)致物料難以輸送，而對于低粘度的塑料材料，螺桿轉(zhuǎn)速可適當(dāng)提高。機(jī)頭壓力：機(jī)頭壓力是保證物料在擠出機(jī)內(nèi)均勻塑化、壓實(shí)，并順利通過口模成型的重要條件。適當(dāng)增加機(jī)頭壓力，可以提高擠出熔體的混合均勻性和穩(wěn)定性，使制品更加致密。較高的機(jī)頭壓力有助于克服口模阻力，使物料更好地填充口模，從而改善制品的尺寸精度和表面質(zhì)量。然而，機(jī)頭壓力過大，會增加擠出機(jī)的負(fù)荷，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，同時(shí)也會使擠出能耗增加。而且過大的壓力還可能導(dǎo)致物料在口模出口處產(chǎn)生較大的擠出脹大現(xiàn)象，使制品尺寸難以控制。此外，機(jī)頭壓力的波動(dòng)會導(dǎo)致擠出制品的質(zhì)量不穩(wěn)定，如出現(xiàn)厚度不均勻、密度不一致等問題。因此，在生產(chǎn)過程中，需要合理控制機(jī)頭壓力，并保持其穩(wěn)定。物料溫度：溫度是擠出成型得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素之一。擠出成型溫度主要包括料筒溫度和機(jī)頭溫度。料筒溫度的設(shè)定需要根據(jù)聚合物的特性來確定，一般從料斗端到機(jī)頭方向逐漸升高，以確保物料能夠逐步熔融塑化。合適的料筒溫度可以使物料在擠出機(jī)內(nèi)充分熔融、均勻混合，降低熔體粘度，便于物料的輸送和成型。若料筒溫度過低，物料熔融不充分，會導(dǎo)致擠出困難，制品表面粗糙，內(nèi)部可能存在未熔融的顆粒，影響制品性能；而溫度過高，聚合物可能發(fā)生降解、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)，使材料性能變差，同時(shí)也會增加能耗。機(jī)頭溫度對制品的成型質(zhì)量也有重要影響，機(jī)頭溫度必須控制在聚合物熱分解溫度以下，口模處的溫度可比機(jī)頭溫度稍微低一些，但應(yīng)保證塑料熔體具有良好的流動(dòng)性。溫度波動(dòng)和溫差會使塑件產(chǎn)生殘余應(yīng)力、各點(diǎn)強(qiáng)度不均勻和表面灰暗無光澤等缺陷。2.2橡膠材料特性與本構(gòu)模型2.2.1橡膠材料的粘彈性橡膠材料是一種典型的粘彈性材料，其力學(xué)行為既具有彈性固體的特性，又具有粘性流體的特性。這種獨(dú)特的粘彈性使得橡膠在輪胎胎面膠料共擠出成型過程中表現(xiàn)出復(fù)雜的力學(xué)響應(yīng)。從微觀角度來看，橡膠的粘彈性源于其大分子鏈的長鏈結(jié)構(gòu)和分子間作用力。橡膠大分子鏈由大量的重復(fù)單元組成，分子鏈之間通過范德華力、氫鍵等相互作用結(jié)合在一起。當(dāng)橡膠受到外力作用時(shí)，分子鏈會發(fā)生拉伸、卷曲和取向等變形。在彈性階段，外力去除后，分子鏈能夠依靠自身的彈性恢復(fù)到原來的狀態(tài)，這是由于分子鏈之間的相互作用力使得分子鏈保持相對穩(wěn)定的位置。然而，橡膠分子鏈的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)逐步的過程，需要克服分子間的阻力。因此，在加載和卸載過程中，橡膠的形變會受到時(shí)間的影響，表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象。例如，在動(dòng)態(tài)載荷作用下，橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線會形成一個(gè)滯后回線，回線所包圍的面積表示橡膠在一個(gè)加載-卸載循環(huán)中由于內(nèi)摩擦而消耗的能量，即滯后損失。在擠出成型過程中，橡膠材料的粘彈性對成型質(zhì)量有著重要影響。由于橡膠的粘性，在擠出機(jī)螺桿的推動(dòng)下，膠料在機(jī)筒內(nèi)流動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生剪切應(yīng)力和剪切速率。剪切應(yīng)力會使橡膠分子鏈發(fā)生取向，從而改變膠料的流變性能。同時(shí)，粘性還會導(dǎo)致膠料在流動(dòng)過程中產(chǎn)生能量損耗，轉(zhuǎn)化為熱能，使膠料溫度升高。如果溫度升高過高，可能會引起橡膠的降解、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)，影響膠料的性能。而橡膠的彈性則會使膠料在擠出過程中產(chǎn)生彈性記憶效應(yīng)。當(dāng)膠料通過口模擠出時(shí)，由于口模處的壓力和速度分布不均勻，膠料內(nèi)部會產(chǎn)生彈性應(yīng)力。在離開口模后，這些彈性應(yīng)力會逐漸釋放，導(dǎo)致膠料發(fā)生擠出脹大現(xiàn)象。擠出脹大不僅會影響制品的尺寸精度，還可能導(dǎo)致制品表面質(zhì)量下降。此外，橡膠的粘彈性還會影響膠料在復(fù)合機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)和分布，進(jìn)而影響不同膠料之間的界面結(jié)合質(zhì)量。如果膠料的粘彈性差異較大，可能會導(dǎo)致在復(fù)合過程中出現(xiàn)界面不穩(wěn)定、分層等問題。2.2.2橡膠本構(gòu)模型選擇在輪胎胎面膠料共擠出成型仿真中，選擇合適的橡膠本構(gòu)模型是準(zhǔn)確模擬膠料力學(xué)行為的關(guān)鍵。目前，橡膠本構(gòu)模型種類繁多，不同的模型基于不同的假設(shè)和理論，適用于不同的應(yīng)用場景?；趹?yīng)變能函數(shù)的唯象模型是應(yīng)用較為廣泛的一類橡膠本構(gòu)模型。其中，Mooney-Rivlin模型是最經(jīng)典的唯象模型之一。它將橡膠材料視為各向同性的均勻連續(xù)介質(zhì)，通過應(yīng)變能密度函數(shù)來描述橡膠的力學(xué)行為。Mooney-Rivlin模型的應(yīng)變能密度函數(shù)可以表示為關(guān)于第一和第二應(yīng)變不變量的多項(xiàng)式，其參數(shù)可以通過簡單的拉伸、壓縮等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行擬合確定。該模型在描述橡膠的小變形行為時(shí)具有較高的精度，能夠較好地預(yù)測橡膠在低應(yīng)變范圍內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。然而，在大變形情況下，Mooney-Rivlin模型的預(yù)測精度會有所下降，因?yàn)樗鼪]有考慮到橡膠分子鏈的拉伸硬化等非線性效應(yīng)。Yeoh模型也是一種基于應(yīng)變能函數(shù)的唯象模型，它在Mooney-Rivlin模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，能夠更好地描述橡膠在大變形下的力學(xué)行為。Yeoh模型的應(yīng)變能密度函數(shù)只包含第一應(yīng)變不變量的多項(xiàng)式，通過對參數(shù)的合理選擇，可以有效地模擬橡膠在拉伸、壓縮和剪切等復(fù)雜載荷下的大變形響應(yīng)。特別是對于炭黑填充的天然橡膠等常用的輪胎胎面膠料，Yeoh模型能夠較好地捕捉到其在大變形過程中的非線性力學(xué)特性?；诜肿渔溇W(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)模型則從橡膠分子鏈的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法來建立橡膠的本構(gòu)關(guān)系。例如，Treloar模型基于高斯鏈網(wǎng)絡(luò)假設(shè)，認(rèn)為橡膠分子鏈在變形過程中遵循高斯分布。該模型能夠較好地解釋橡膠在小變形下的彈性行為，但其在描述大變形時(shí)存在局限性，因?yàn)樗鼪]有考慮到分子鏈的有限可伸長性。為了克服這一缺點(diǎn)，非高斯鏈網(wǎng)絡(luò)模型如Arruda-Boyce的8鏈模型被提出。8鏈模型考慮了分子鏈的有限可伸長性，通過引入一個(gè)與分子鏈伸長相關(guān)的函數(shù)來修正應(yīng)變能密度函數(shù)。該模型在預(yù)測橡膠的大變形行為方面具有較好的表現(xiàn)，能夠準(zhǔn)確地模擬橡膠在高應(yīng)變下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，特別是在拉伸硬化階段。在輪胎胎面膠料共擠出成型仿真中，由于膠料在擠出過程中會經(jīng)歷較大的變形，同時(shí)考慮到計(jì)算效率和模型的準(zhǔn)確性，本文選擇Yeoh模型作為描述橡膠材料力學(xué)行為的本構(gòu)模型。Yeoh模型能夠較好地描述輪胎胎面膠料在大變形下的非線性力學(xué)特性，同時(shí)其參數(shù)擬合相對簡單，通過少量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可確定模型參數(shù)。此外，Yeoh模型在商業(yè)有限元軟件中具有較好的兼容性，便于進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。對于共擠出成型過程中不同膠料之間的界面行為，雖然Yeoh模型本身不能直接描述，但可以通過在界面處設(shè)置合適的接觸條件和粘結(jié)模型來考慮界面的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)對共擠出成型過程的全面模擬。2.3共擠出成型數(shù)值模擬方法2.3.1有限元方法基本原理有限元方法（FiniteElementMethod，F(xiàn)EM）是一種用于求解偏微分方程邊值問題的數(shù)值計(jì)算方法，在輪胎胎面膠料共擠出成型仿真中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其基本原理基于變分原理和加權(quán)余量法，核心思想是將一個(gè)連續(xù)的求解域離散為有限個(gè)相互連接的單元，通過對每個(gè)單元進(jìn)行分析，近似求解整個(gè)求解域的物理場分布。從數(shù)學(xué)角度來看，對于一個(gè)在連續(xù)求解域\Omega上的物理問題，其控制方程通?？梢员硎緸槠⒎址匠痰男问?。例如，對于描述共擠出成型過程中粘性不可壓縮流體流動(dòng)的Navier-Stokes方程，在笛卡爾坐標(biāo)系下可表示為：\begin{cases}\frac{\partialu_i}{\partialx_i}=0\\\rho(u_j\frac{\partialu_i}{\partialx_j})=-\frac{\partialp}{\partialx_i}+\frac{\partial}{\partialx_j}(\mu(\frac{\partialu_i}{\partialx_j}+\frac{\partialu_j}{\partialx_i}))\end{cases}其中，u_i是速度分量，x_i是空間坐標(biāo)，\rho是流體密度，p是壓力，\mu是動(dòng)力粘度。在有限元方法中，首先將求解域\Omega離散為n個(gè)互不重疊的單元，每個(gè)單元內(nèi)選取若干個(gè)節(jié)點(diǎn)。假設(shè)在每個(gè)單元內(nèi)，待求解的物理量（如速度、壓力等）可以用節(jié)點(diǎn)值和插值函數(shù)的線性組合來近似表示。例如，對于速度分量u_i，在單元內(nèi)可表示為：u_i(x,y,z)\approx\sum_{j=1}^{m}N_j(x,y,z)u_{ij}其中，N_j(x,y,z)是插值函數(shù)，u_{ij}是節(jié)點(diǎn)j處的速度值，m是單元內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。通過變分原理或加權(quán)余量法，可以將偏微分方程轉(zhuǎn)化為一組關(guān)于節(jié)點(diǎn)值的代數(shù)方程組。以加權(quán)余量法為例，將近似解代入控制方程，得到的余量在求解域上與一組權(quán)函數(shù)進(jìn)行積分，使其滿足一定的條件（如余量在加權(quán)意義下為零），從而得到代數(shù)方程組。對于Navier-Stokes方程，經(jīng)過離散化處理后得到的代數(shù)方程組可表示為：K\mathbf{U}=\mathbf{F}其中，K是系數(shù)矩陣，\mathbf{U}是節(jié)點(diǎn)未知量向量（包含速度和壓力等），\mathbf{F}是載荷向量。通過求解這個(gè)代數(shù)方程組，就可以得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的物理量數(shù)值解，進(jìn)而得到整個(gè)求解域內(nèi)的物理場分布。在輪胎胎面膠料共擠出成型過程中，涉及到復(fù)雜的多相流體流動(dòng)、傳熱以及材料變形等物理現(xiàn)象。有限元方法能夠?qū)⑦@些復(fù)雜的物理過程離散化，通過對每個(gè)單元的分析，準(zhǔn)確地模擬膠料在擠出機(jī)和機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)行為、溫度分布以及應(yīng)力應(yīng)變情況。例如，在模擬共擠出機(jī)頭內(nèi)不同膠料的流動(dòng)時(shí)，通過有限元網(wǎng)格劃分，可以清晰地描述膠料的界面位置和形狀變化，分析膠料的分布均勻性和界面結(jié)合情況。同時(shí)，利用有限元方法還可以考慮橡膠材料的粘彈性、非線性流變特性等因素，通過合適的本構(gòu)模型和材料參數(shù)，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。2.3.2數(shù)值模擬流程與關(guān)鍵技術(shù)輪胎胎面膠料共擠出成型的數(shù)值模擬是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及多個(gè)關(guān)鍵步驟和技術(shù)，主要流程如下：建立幾何模型：根據(jù)實(shí)際的共擠出設(shè)備（如擠出機(jī)、共擠出機(jī)頭）和胎面膠料的形狀，利用三維建模軟件（如SolidWorks、UG等）建立精確的幾何模型。在建模過程中，需要詳細(xì)考慮擠出機(jī)螺桿的結(jié)構(gòu)（如螺距、螺紋形狀）、機(jī)頭流道的幾何形狀（包括入口、分流區(qū)域、出口等）以及不同膠料的分布區(qū)域等。對于復(fù)雜的機(jī)頭結(jié)構(gòu)，可能需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，但要確保簡化后的模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際的流動(dòng)和成型過程。例如，對于一些微小的圓角或倒角，如果對整體流動(dòng)影響不大，可以忽略不計(jì)，以減少計(jì)算量。同時(shí)，為了便于后續(xù)的網(wǎng)格劃分和數(shù)值計(jì)算，模型的幾何形狀應(yīng)盡量規(guī)則，避免出現(xiàn)過多的尖銳邊角和復(fù)雜曲面。劃分網(wǎng)格：將建立好的幾何模型導(dǎo)入到有限元分析軟件（如ANSYSPolyflow、COMSOLMultiphysics等）中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分的質(zhì)量直接影響數(shù)值模擬的精度和計(jì)算效率。對于共擠出成型問題，由于涉及到復(fù)雜的流道結(jié)構(gòu)和多相流體流動(dòng)，通常采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，如四面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格（四面體與六面體混合）。在劃分網(wǎng)格時(shí)，需要根據(jù)幾何模型的特點(diǎn)和流動(dòng)的復(fù)雜程度，合理控制網(wǎng)格的密度。在流道變化劇烈、膠料流動(dòng)速度梯度較大的區(qū)域（如機(jī)頭的分流區(qū)域、口模出口處），應(yīng)加密網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度；而在流動(dòng)相對平穩(wěn)的區(qū)域，可以適當(dāng)降低網(wǎng)格密度，以減少計(jì)算量。例如，在機(jī)頭的分流板附近，膠料的流動(dòng)方向和速度會發(fā)生急劇變化，此處的網(wǎng)格尺寸應(yīng)設(shè)置得較小，以準(zhǔn)確捕捉流動(dòng)細(xì)節(jié)；而在擠出機(jī)的料筒部分，膠料流動(dòng)相對穩(wěn)定，網(wǎng)格尺寸可以適當(dāng)增大。同時(shí)，還需要注意網(wǎng)格的質(zhì)量指標(biāo)，如網(wǎng)格的縱橫比、雅克比行列式等，確保網(wǎng)格的質(zhì)量滿足計(jì)算要求，避免出現(xiàn)畸形網(wǎng)格導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確甚至計(jì)算失敗。設(shè)置材料參數(shù)：根據(jù)實(shí)際使用的橡膠材料，確定其相關(guān)的材料參數(shù)，如密度、粘度、彈性模量、熱導(dǎo)率、比熱容等。對于橡膠材料的粘度，由于其具有粘彈性和非線性流變特性，通常采用合適的流變模型（如Carreau-Yasuda模型、Cross模型等）來描述其粘度與剪切速率、溫度之間的關(guān)系。同時(shí)，根據(jù)前面章節(jié)對橡膠本構(gòu)模型的選擇，設(shè)置相應(yīng)的本構(gòu)模型參數(shù)。例如，若選擇Yeoh模型作為橡膠本構(gòu)模型，需要通過實(shí)驗(yàn)測試獲取模型中的材料常數(shù)C_{i0}和d_k。此外，對于共擠出成型中的不同膠料，還需要考慮它們之間的相容性和界面特性，通過設(shè)置合適的界面參數(shù)（如界面張力、界面粘結(jié)強(qiáng)度等）來模擬膠料之間的相互作用。定義邊界條件：邊界條件的正確定義對于數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在共擠出成型模擬中，常見的邊界條件包括：速度入口邊界條件：在擠出機(jī)料斗處，給定膠料的入口速度。入口速度的大小根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的擠出速度確定，通?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)測量或工藝要求來設(shè)定。同時(shí)，還需要考慮膠料在入口處的速度分布情況，一般假設(shè)為均勻分布或根據(jù)實(shí)際情況采用合適的速度分布函數(shù)。壓力出口邊界條件：在機(jī)頭口模出口處，通常設(shè)置為大氣壓或根據(jù)實(shí)際情況給定一個(gè)出口壓力。出口壓力的設(shè)定會影響膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)阻力和擠出脹大現(xiàn)象。壁面邊界條件：對于擠出機(jī)機(jī)筒、螺桿表面以及機(jī)頭流道壁面，通常采用無滑移邊界條件，即膠料在壁面處的速度為零。同時(shí)，還需要考慮壁面與膠料之間的傳熱情況，根據(jù)實(shí)際的冷卻或加熱條件，設(shè)置壁面的溫度邊界條件（如恒溫邊界、對流換熱邊界等）。界面邊界條件：在不同膠料的界面處，需要滿足速度和壓力的連續(xù)性條件。同時(shí)，根據(jù)膠料之間的相容性和粘結(jié)情況，設(shè)置界面的摩擦系數(shù)、粘結(jié)強(qiáng)度等參數(shù)，以模擬界面的相互作用。選擇求解器和計(jì)算參數(shù)：根據(jù)模擬問題的特點(diǎn)和要求，選擇合適的求解器。例如，對于粘性不可壓縮流體流動(dòng)問題，常用的求解器有基于有限元方法的Galerkin求解器、基于有限體積法的SIMPLE算法等。同時(shí)，還需要設(shè)置計(jì)算參數(shù)，如迭代收斂精度、時(shí)間步長（對于瞬態(tài)模擬）等。迭代收斂精度決定了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般設(shè)置為一個(gè)較小的值（如10^{-6}或10^{-8}），以確保計(jì)算結(jié)果的收斂性。時(shí)間步長的選擇則需要根據(jù)流動(dòng)的特征時(shí)間和計(jì)算效率進(jìn)行權(quán)衡，對于快速變化的流動(dòng)過程，時(shí)間步長應(yīng)設(shè)置得較小，以準(zhǔn)確捕捉流動(dòng)的瞬態(tài)變化；而對于相對穩(wěn)定的流動(dòng)過程，可以適當(dāng)增大時(shí)間步長，提高計(jì)算效率。數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析：完成上述設(shè)置后，啟動(dòng)數(shù)值計(jì)算。計(jì)算過程中，求解器會根據(jù)設(shè)定的模型、參數(shù)和邊界條件，迭代求解控制方程，得到每個(gè)時(shí)間步或穩(wěn)態(tài)下的物理場分布（如速度場、壓力場、溫度場等）。計(jì)算完成后，對模擬結(jié)果進(jìn)行分析。通過后處理模塊，可以繪制各種物理量的云圖、矢量圖，提取關(guān)鍵位置的物理量數(shù)據(jù)（如速度、壓力、溫度等），分析膠料在共擠出成型過程中的流動(dòng)特性、分布均勻性、界面結(jié)合情況以及擠出脹大等現(xiàn)象。例如，通過速度云圖可以直觀地觀察膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)路徑和速度分布情況，判斷是否存在流動(dòng)死區(qū)或速度不均勻的區(qū)域；通過壓力云圖可以了解機(jī)頭內(nèi)的壓力分布，分析壓力對膠料流動(dòng)和成型質(zhì)量的影響；通過分析不同膠料的界面位置和形狀變化，可以評估膠料的分布均勻性和界面結(jié)合質(zhì)量。根據(jù)結(jié)果分析，可以進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)和機(jī)頭結(jié)構(gòu)，為實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。三、輪胎胎面膠料共擠出成型數(shù)值模擬3.1建立共擠出成型仿真模型3.1.1模型簡化與假設(shè)為了便于對輪胎胎面膠料共擠出成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬，在不影響關(guān)鍵物理現(xiàn)象和模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下，對實(shí)際過程進(jìn)行了以下簡化和假設(shè)：忽略設(shè)備的微小結(jié)構(gòu)特征：在實(shí)際的共擠出設(shè)備中，擠出機(jī)螺桿、機(jī)頭流道等部件存在一些微小的結(jié)構(gòu)特征，如螺桿上的螺紋倒角、機(jī)頭內(nèi)的微小圓角等。這些微小結(jié)構(gòu)雖然在實(shí)際生產(chǎn)中可能對流動(dòng)產(chǎn)生一定影響，但考慮到數(shù)值模擬的計(jì)算成本和效率，將其忽略不計(jì)。例如，對于螺桿螺紋上的微小倒角，在建模時(shí)將螺紋簡化為理想的矩形形狀，這樣可以大大簡化幾何模型的構(gòu)建和網(wǎng)格劃分過程，同時(shí)對整體的膠料流動(dòng)趨勢和主要物理量分布影響較小。假設(shè)膠料為連續(xù)介質(zhì)：橡膠膠料是一種多相復(fù)合材料，內(nèi)部包含橡膠基體、各種填料（如炭黑）以及添加劑等。在模擬過程中，假設(shè)膠料為連續(xù)均勻的介質(zhì)，不考慮其微觀的多相結(jié)構(gòu)。這一假設(shè)基于宏觀尺度下膠料的力學(xué)和流變行為可以用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)來描述，且在大多數(shù)情況下能夠滿足工程應(yīng)用的精度要求。例如，在研究膠料在擠出機(jī)和機(jī)頭內(nèi)的整體流動(dòng)時(shí)，將膠料視為連續(xù)介質(zhì)可以簡化數(shù)學(xué)模型和計(jì)算過程，通過合理選擇材料參數(shù)來反映膠料的宏觀性能。忽略重力和慣性力的影響：在輪胎胎面膠料共擠出成型過程中，膠料的流動(dòng)主要是由螺桿的推動(dòng)和機(jī)頭的阻力引起的。與粘性力和壓力相比，重力和慣性力對膠料流動(dòng)的影響相對較小。因此，在模擬中忽略重力和慣性力的作用，將控制方程簡化為不可壓縮粘性流體的Navier-Stokes方程。這一假設(shè)在膠料流速較低、設(shè)備尺寸相對較小的情況下是合理的，能夠減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。例如，對于常見的輪胎胎面膠料共擠出生產(chǎn)線，膠料在擠出機(jī)和機(jī)頭內(nèi)的流速一般在0.1-1m/s的范圍內(nèi)，重力和慣性力對膠料流動(dòng)的影響可以忽略不計(jì)。假定共擠出過程為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：在實(shí)際生產(chǎn)中，輪胎胎面膠料共擠出成型過程在達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)后，各物理量（如速度、壓力、溫度等）隨時(shí)間的變化較小。因此，假定共擠出過程為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，即各物理量不隨時(shí)間變化。這一假設(shè)可以大大簡化數(shù)值模擬的過程，將瞬態(tài)問題轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)問題進(jìn)行求解。例如，在模擬時(shí)，不需要考慮時(shí)間步長的設(shè)置和瞬態(tài)項(xiàng)的計(jì)算，只需關(guān)注膠料在穩(wěn)定狀態(tài)下的流動(dòng)和分布情況。然而，需要注意的是，在實(shí)際生產(chǎn)的啟動(dòng)和停機(jī)階段，共擠出過程并非穩(wěn)態(tài)，對于這些階段的研究，需要采用瞬態(tài)模擬方法。3.1.2幾何模型構(gòu)建輪胎胎面膠料共擠出成型的幾何模型主要包括擠出機(jī)、機(jī)頭和口模等部件，其構(gòu)建過程如下：擠出機(jī)建模：擠出機(jī)是提供膠料輸送動(dòng)力和塑化功能的關(guān)鍵設(shè)備，主要由料筒和螺桿組成。在建模時(shí)，首先根據(jù)實(shí)際擠出機(jī)的規(guī)格參數(shù)，確定料筒的內(nèi)徑、長度以及螺桿的直徑、螺距、螺紋頭數(shù)等尺寸。利用三維建模軟件（如SolidWorks），創(chuàng)建料筒的圓柱體模型和螺桿的螺旋結(jié)構(gòu)模型。對于螺桿的建模，可以通過在圓柱面上繪制螺旋線，然后沿螺旋線掃描拉伸一定厚度的實(shí)體來實(shí)現(xiàn)。在創(chuàng)建過程中，要確保螺桿與料筒的配合精度，保證兩者之間的間隙均勻，以準(zhǔn)確模擬膠料在擠出機(jī)內(nèi)的流動(dòng)。例如，對于常見的單螺桿擠出機(jī)，若料筒內(nèi)徑為100mm，長度為1000mm，螺桿直徑為90mm，螺距為50mm，采用上述方法即可構(gòu)建出準(zhǔn)確的擠出機(jī)幾何模型。機(jī)頭建模：共擠出機(jī)頭是實(shí)現(xiàn)不同膠料復(fù)合的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流道設(shè)計(jì)對膠料的復(fù)合效果和成型質(zhì)量有著重要影響。根據(jù)實(shí)際的共擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)方案，在三維建模軟件中，首先創(chuàng)建機(jī)頭的外殼模型，確定其外形尺寸和形狀。然后，根據(jù)機(jī)頭內(nèi)的流道布局，創(chuàng)建不同膠料的進(jìn)料流道、分流區(qū)域、混合流道以及出口流道等。在創(chuàng)建流道模型時(shí)，要精確繪制流道的截面形狀和中心線走向，確保流道的幾何形狀與實(shí)際設(shè)計(jì)一致。例如，對于具有多層膠料共擠出的機(jī)頭，不同膠料的進(jìn)料流道可能具有不同的截面形狀和位置，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確建模。同時(shí)，對于機(jī)頭內(nèi)的一些特殊結(jié)構(gòu)，如分流板、擾流元件等，也需要在模型中準(zhǔn)確體現(xiàn)，以模擬其對膠料流動(dòng)的影響?？谀＝＃嚎谀Ｊ菦Q定胎面膠料最終截面形狀的部件，其建模相對較為簡單。根據(jù)輪胎胎面的設(shè)計(jì)要求，確定口模的出口截面形狀和尺寸。例如，對于常見的輪胎胎面，口模出口截面可能為矩形、梯形或其他復(fù)雜形狀。在三維建模軟件中，通過創(chuàng)建相應(yīng)形狀的二維輪廓，并沿?cái)D出方向拉伸一定長度，即可得到口模的幾何模型。在建模過程中，要注意口模與機(jī)頭出口的連接方式，確保兩者之間的過渡平滑，避免出現(xiàn)流動(dòng)死角和壓力突變。裝配模型：將構(gòu)建好的擠出機(jī)、機(jī)頭和口模模型導(dǎo)入到裝配模塊中，按照實(shí)際的裝配關(guān)系進(jìn)行組裝。確保各部件之間的位置準(zhǔn)確，連接緊密，膠料能夠在各部件之間順利流動(dòng)。在裝配過程中，要檢查模型的干涉情況，如有干涉，及時(shí)調(diào)整模型尺寸或位置。例如，在組裝擠出機(jī)和機(jī)頭時(shí)，要保證螺桿與機(jī)頭進(jìn)料口的同心度，以及機(jī)頭與口模的對接精度。完成裝配后，得到完整的輪胎胎面膠料共擠出成型幾何模型，為后續(xù)的網(wǎng)格劃分和數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)。3.1.3材料參數(shù)設(shè)定在輪胎胎面膠料共擠出成型數(shù)值模擬中，準(zhǔn)確設(shè)定橡膠材料的參數(shù)對于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，主要包括以下參數(shù)的確定：密度：橡膠材料的密度與橡膠的種類、配方以及填料的含量等因素有關(guān)。對于常見的輪胎胎面用橡膠材料，如天然橡膠（NR）和丁苯橡膠（SBR）等，其密度一般在1.1-1.2g/cm3之間。在模擬中，可以通過查閱相關(guān)的橡膠材料手冊或?qū)嶒?yàn)測量獲取準(zhǔn)確的密度值。例如，對于某特定配方的輪胎胎面膠料，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量其密度為1.15g/cm3，將該值輸入到數(shù)值模擬軟件中作為密度參數(shù)。彈性模量：彈性模量是衡量橡膠材料抵抗彈性變形能力的重要參數(shù)，它反映了橡膠材料的剛度。橡膠材料的彈性模量具有明顯的非線性特征，隨應(yīng)變的變化而變化。對于輪胎胎面膠料，由于其在共擠出成型過程中會經(jīng)歷較大的變形，通常采用非線性彈性模型（如Yeoh模型）來描述其力學(xué)行為。Yeoh模型中的彈性模量參數(shù)通過實(shí)驗(yàn)測試獲取，一般通過單軸拉伸試驗(yàn)、等雙軸拉伸試驗(yàn)或平面剪切試驗(yàn)等，得到橡膠材料在不同應(yīng)變下的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，然后利用非線性最小二乘法等擬合方法，確定Yeoh模型中的材料常數(shù)，進(jìn)而得到彈性模量與應(yīng)變的關(guān)系。例如，對于某炭黑填充的天然橡膠胎面膠料，通過實(shí)驗(yàn)擬合得到Y(jié)eoh模型的材料常數(shù)，計(jì)算得到在小應(yīng)變下其初始彈性模量約為0.5MPa，隨著應(yīng)變的增大，彈性模量逐漸增大。泊松比：泊松比是橡膠材料橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，反映了材料在受力時(shí)橫向變形與縱向變形的關(guān)系。橡膠材料的泊松比一般在0.45-0.5之間，接近理想不可壓縮材料的泊松比0.5。對于輪胎胎面膠料，在模擬中通常可以根據(jù)橡膠的種類和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，取值在0.48-0.5之間。例如，對于大多數(shù)天然橡膠和合成橡膠制成的輪胎胎面膠料，泊松比可以設(shè)定為0.49。粘度：橡膠材料的粘度是其流變性能的重要指標(biāo)，對膠料在共擠出成型過程中的流動(dòng)行為有著關(guān)鍵影響。由于橡膠具有粘彈性和非線性流變特性，其粘度與剪切速率、溫度等因素密切相關(guān)。在模擬中，通常采用合適的流變模型（如Carreau-Yasuda模型、Cross模型等）來描述橡膠材料的粘度。以Carreau-Yasuda模型為例，其表達(dá)式為：\eta=\eta_{\infty}+(\eta_0-\eta_{\infty})\left[1+(\lambda\dot{\gamma})^{a}\right]^{\frac{n-1}{a}}其中，\eta是粘度，\eta_0是零剪切粘度，\eta_{\infty}是無窮剪切粘度，\lambda是特征時(shí)間，\dot{\gamma}是剪切速率，n是冪律指數(shù)，a是Carreau-Yasuda指數(shù)。這些參數(shù)需要通過實(shí)驗(yàn)測量，如利用旋轉(zhuǎn)流變儀測量橡膠材料在不同溫度和剪切速率下的粘度數(shù)據(jù)，然后通過擬合得到流變模型中的參數(shù)。例如，對于某輪胎胎面膠料，通過實(shí)驗(yàn)擬合得到Carreau-Yasuda模型的參數(shù)，從而確定其粘度與剪切速率和溫度的關(guān)系。在共擠出成型過程中，不同區(qū)域的剪切速率和溫度不同，根據(jù)該關(guān)系可以計(jì)算得到膠料在各位置的粘度，準(zhǔn)確模擬其流動(dòng)行為。熱導(dǎo)率和比熱容：熱導(dǎo)率和比熱容是描述橡膠材料熱傳遞性能的參數(shù)，在共擠出成型過程中，膠料的溫度變化會影響其粘度和流變性能，進(jìn)而影響成型質(zhì)量。橡膠材料的熱導(dǎo)率一般較低，在0.1-0.2W/(m?K)之間，比熱容在1500-2000J/(kg?K)之間。這些參數(shù)同樣可以通過查閱材料手冊或?qū)嶒?yàn)測量獲取。例如，對于某橡膠材料，實(shí)驗(yàn)測得其熱導(dǎo)率為0.15W/(m?K)，比熱容為1800J/(kg?K)，將這些值輸入到數(shù)值模擬軟件中，用于計(jì)算膠料在擠出過程中的溫度分布和熱傳遞情況。3.2網(wǎng)格劃分與邊界條件設(shè)置3.2.1網(wǎng)格劃分策略在對輪胎胎面膠料共擠出成型模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，考慮到模型幾何形狀的復(fù)雜性以及共擠出過程中膠料流動(dòng)的特點(diǎn)，采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格劃分方法。這種方法具有較高的靈活性，能夠較好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀，尤其是對于共擠出機(jī)頭內(nèi)部不規(guī)則的流道結(jié)構(gòu)，非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格能夠更加準(zhǔn)確地進(jìn)行離散。為了提高計(jì)算精度，在網(wǎng)格劃分過程中采用了局部加密的策略。在膠料流動(dòng)變化劇烈的區(qū)域，如機(jī)頭的分流區(qū)域、口模出口處以及不同膠料的界面附近，適當(dāng)減小網(wǎng)格尺寸，增加網(wǎng)格密度。這些區(qū)域膠料的速度梯度和壓力梯度較大，對共擠出成型質(zhì)量有著關(guān)鍵影響。通過加密網(wǎng)格，可以更精確地捕捉膠料在這些區(qū)域的流動(dòng)細(xì)節(jié)，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，在機(jī)頭的分流板附近，膠料會發(fā)生分流和匯聚，流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜，將該區(qū)域的網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.5mm，相比其他流動(dòng)相對平穩(wěn)區(qū)域（網(wǎng)格尺寸為2mm），能夠更好地反映膠料的流動(dòng)行為。同時(shí)，為了確保網(wǎng)格質(zhì)量，對網(wǎng)格的縱橫比、雅克比行列式等質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制。縱橫比是衡量網(wǎng)格單元形狀偏離理想形狀程度的指標(biāo)，縱橫比過大可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。在本模擬中，將縱橫比的最大值限制在10以內(nèi)，以保證網(wǎng)格單元的形狀不至于過度畸變。雅克比行列式用于判斷網(wǎng)格單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是否合理，要求其值大于0.1，以確保網(wǎng)格的有效性和計(jì)算的穩(wěn)定性。此外，在網(wǎng)格劃分完成后，對整個(gè)模型的網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢查和統(tǒng)計(jì)，確保滿足計(jì)算要求。如果發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量較差的網(wǎng)格，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，如采用網(wǎng)格平滑、局部重劃分等方法，提高網(wǎng)格的整體質(zhì)量。3.2.2邊界條件確定在輪胎胎面膠料共擠出成型數(shù)值模擬中，準(zhǔn)確設(shè)定邊界條件是保證模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，主要邊界條件如下：速度入口邊界條件：在擠出機(jī)料斗處設(shè)置速度入口邊界條件。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的工藝參數(shù)，確定膠料的入口速度。假設(shè)膠料在入口處為層流流動(dòng)，速度分布呈拋物線形狀。對于不同的膠料，根據(jù)其配方和特性的差異，可能具有不同的入口速度。例如，對于外層抗?jié)窕阅芤筝^高的膠料，其入口速度設(shè)定為0.05m/s；而對于內(nèi)層側(cè)重于降低滾動(dòng)阻力的膠料，入口速度設(shè)定為0.04m/s。通過準(zhǔn)確設(shè)定入口速度，能夠模擬膠料在擠出機(jī)內(nèi)的初始流動(dòng)狀態(tài)，為后續(xù)的共擠出過程模擬提供準(zhǔn)確的初始條件。壓力出口邊界條件：在機(jī)頭口模出口處設(shè)置壓力出口邊界條件，一般將出口壓力設(shè)定為大氣壓，即0Pa。這是因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中，胎面膠料擠出后直接暴露在大氣環(huán)境中。出口壓力的設(shè)定會影響膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)阻力和擠出脹大現(xiàn)象。如果出口壓力設(shè)置過高，會增加膠料的流動(dòng)阻力，導(dǎo)致擠出困難；而出口壓力設(shè)置過低，可能會使擠出脹大現(xiàn)象過于明顯，影響胎面膠料的尺寸精度。通過將出口壓力設(shè)定為大氣壓，能夠較為真實(shí)地模擬膠料在出口處的流動(dòng)和成型情況。壁面邊界條件：對于擠出機(jī)機(jī)筒、螺桿表面以及機(jī)頭流道壁面，采用無滑移邊界條件，即膠料在壁面處的速度為零。這是基于實(shí)際情況中膠料與壁面之間存在較強(qiáng)的粘附力，使得膠料在壁面處無法發(fā)生相對滑動(dòng)。同時(shí)，考慮到壁面與膠料之間的傳熱情況，根據(jù)實(shí)際的冷卻或加熱條件，設(shè)置壁面的溫度邊界條件。若擠出機(jī)采用水冷卻系統(tǒng)，將機(jī)筒壁面溫度設(shè)定為30℃，通過對流換熱系數(shù)來描述壁面與冷卻液之間的熱交換。而對于機(jī)頭部分，為了保證膠料的流動(dòng)性，可能需要對機(jī)頭進(jìn)行加熱，將機(jī)頭壁面溫度設(shè)定為80℃。合理設(shè)置壁面邊界條件，能夠準(zhǔn)確模擬膠料在壁面附近的流動(dòng)和傳熱行為，對共擠出成型過程的模擬具有重要意義。界面邊界條件：在不同膠料的界面處，滿足速度和壓力的連續(xù)性條件。這意味著在界面兩側(cè)，膠料的速度和壓力值相等，以保證膠料在界面處的連續(xù)流動(dòng)。同時(shí)，根據(jù)膠料之間的相容性和粘結(jié)情況，設(shè)置界面的摩擦系數(shù)和粘結(jié)強(qiáng)度等參數(shù)。如果兩種膠料之間的相容性較好，界面粘結(jié)強(qiáng)度較高，將界面摩擦系數(shù)設(shè)置為0.1，粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)置為1000N/m2，以模擬膠料之間的良好結(jié)合。相反，如果膠料之間的相容性較差，可能需要適當(dāng)調(diào)整這些參數(shù)，以反映界面可能出現(xiàn)的分離或不穩(wěn)定現(xiàn)象。準(zhǔn)確設(shè)置界面邊界條件，對于研究共擠出成型過程中不同膠料之間的相互作用和界面質(zhì)量具有重要作用。3.3模擬結(jié)果與分析3.3.1壓力場分布通過數(shù)值模擬，得到了輪胎胎面膠料共擠出成型過程中機(jī)頭和口模內(nèi)的壓力場分布情況，結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，在擠出機(jī)螺桿的推動(dòng)下，膠料在機(jī)頭內(nèi)的壓力逐漸升高，在靠近口模處達(dá)到最大值。在機(jī)頭的進(jìn)料區(qū)域，由于膠料剛開始進(jìn)入機(jī)頭，流速相對較低，壓力分布較為均勻。隨著膠料向機(jī)頭內(nèi)部流動(dòng)，受到機(jī)頭流道的約束和分流板等部件的影響，流速逐漸增大，壓力也隨之升高。在分流區(qū)域，膠料被分成不同的流道，各流道內(nèi)的壓力分布出現(xiàn)差異。例如，對于多層膠料共擠出的機(jī)頭，外層膠料流道和內(nèi)層膠料流道的壓力可能不同，這是由于不同膠料的粘度、流速以及流道的幾何形狀等因素導(dǎo)致的。在機(jī)頭的混合區(qū)域，膠料進(jìn)一步混合均勻，壓力分布逐漸趨于穩(wěn)定，但仍存在一定的壓力梯度。在口模處，由于流道截面突然減小，膠料流速急劇增大，壓力達(dá)到峰值?？谀Ｌ幍母邏毫κ潜ＷC膠料能夠順利擠出并獲得所需形狀的關(guān)鍵。然而，過高的壓力可能會導(dǎo)致膠料在擠出過程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而引起擠出脹大現(xiàn)象加劇、膠料內(nèi)部出現(xiàn)缺陷等問題。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，需要合理控制口模處的壓力，通過調(diào)整擠出速度、螺桿轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)，使壓力保持在合適的范圍內(nèi)。此外，從壓力場分布還可以看出，在機(jī)頭和口模的壁面附近，由于膠料與壁面之間的摩擦力作用，壓力存在一定的梯度變化。壁面附近的壓力變化會影響膠料在壁面處的流動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而影響成型質(zhì)量。如果壁面附近的壓力過高，可能會導(dǎo)致膠料在壁面處出現(xiàn)滯留或堆積，影響膠料的均勻分布和界面結(jié)合質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)頭和口模時(shí)，需要考慮壁面的粗糙度和潤滑性，以減小壁面與膠料之間的摩擦力，優(yōu)化壓力分布。3.3.2速度場分布圖2展示了輪胎胎面膠料在共擠出成型過程中流道內(nèi)的速度場分布情況。在擠出機(jī)料筒內(nèi)，膠料在螺桿的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)下，呈現(xiàn)出螺旋狀的流動(dòng)形態(tài)?？拷輻U表面的膠料速度較高，而靠近料筒壁面的膠料速度較低，這是由于螺桿表面的摩擦力帶動(dòng)膠料前進(jìn)，而料筒壁面的無滑移邊界條件使得膠料在壁面處的速度為零。在螺桿的螺紋間隙處，膠料的速度分布也不均勻，存在一定的速度梯度。當(dāng)膠料進(jìn)入機(jī)頭后，由于機(jī)頭流道的形狀和尺寸發(fā)生變化，膠料的流動(dòng)形態(tài)也發(fā)生了改變。在機(jī)頭的進(jìn)料口處，膠料的速度相對較低，隨著向機(jī)頭內(nèi)部流動(dòng)，速度逐漸增大。在分流區(qū)域，膠料根據(jù)流道的分布被分流，不同流道內(nèi)的膠料速度可能存在差異。例如，對于一些具有特殊功能的胎面膠料，如外層抗?jié)窕z料和內(nèi)層低滾動(dòng)阻力膠料，由于它們的配方和性能不同，在共擠出過程中可能需要控制不同的流速，以保證各層膠料的分布均勻性和界面結(jié)合質(zhì)量。在機(jī)頭的混合區(qū)域，膠料通過相互混合和擴(kuò)散，速度分布逐漸趨于均勻，但仍存在一定的局部速度變化。在口模出口處，膠料的速度達(dá)到最大值?？谀３隹谔幍母咚俣仁菍?shí)現(xiàn)胎面膠料快速擠出成型的關(guān)鍵。然而，過高的出口速度可能會導(dǎo)致擠出脹大現(xiàn)象明顯，使胎面膠料的尺寸精度難以控制。擠出脹大是由于膠料在擠出過程中受到彈性恢復(fù)力的作用，離開口模后發(fā)生膨脹。出口速度越大，膠料在口模內(nèi)受到的剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力越大，彈性變形也越大，擠出脹大現(xiàn)象就越嚴(yán)重。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，需要根據(jù)胎面膠料的特性和產(chǎn)品要求，合理控制口模出口速度，以減小擠出脹大對成型質(zhì)量的影響。此外，速度場分布還會影響膠料在流道內(nèi)的停留時(shí)間。如果膠料在流道內(nèi)的速度分布不均勻，停留時(shí)間也會不同，這可能導(dǎo)致膠料的塑化程度不一致，影響產(chǎn)品質(zhì)量。例如，在速度較低的區(qū)域，膠料停留時(shí)間較長，可能會過度受熱，導(dǎo)致性能下降；而在速度較高的區(qū)域，膠料停留時(shí)間較短，可能塑化不充分。因此，通過優(yōu)化流道設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)，使膠料在流道內(nèi)的速度分布更加均勻，可以有效提高膠料的塑化質(zhì)量和成型穩(wěn)定性。3.3.3剪切速率場分布輪胎胎面膠料共擠出成型過程中的剪切速率場分布對膠料性能和成型質(zhì)量有著重要影響。從模擬結(jié)果（圖3）可以看出，在擠出機(jī)螺桿與料筒之間的間隙以及機(jī)頭流道的狹窄部位，如分流板附近、口模入口處等，剪切速率較高。在擠出機(jī)中，螺桿的旋轉(zhuǎn)使膠料受到強(qiáng)烈的剪切作用?？拷輻U表面的膠料由于與螺桿的相對運(yùn)動(dòng)速度較大，受到的剪切速率較高。這種高剪切速率能夠使膠料充分混合和塑化，提高膠料的均勻性。同時(shí)，剪切作用還會使橡膠分子鏈發(fā)生取向，改變膠料的流變性能。適度的分子鏈取向可以提高膠料在擠出方向上的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，但如果剪切速率過高，分子鏈取向過度，可能會導(dǎo)致膠料在擠出后出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性和性能。在機(jī)頭流道中，分流板附近是膠料流動(dòng)狀態(tài)變化劇烈的區(qū)域。膠料在分流板處被分成不同的流道，流速和流動(dòng)方向發(fā)生突變，導(dǎo)致剪切速率顯著升高。高剪切速率在一定程度上有助于不同膠料之間的混合和界面融合，提高界面結(jié)合強(qiáng)度。然而，如果剪切速率過高，可能會引起膠料的降解和性能劣化。特別是對于一些對剪切敏感的橡膠材料，過高的剪切速率會導(dǎo)致分子鏈斷裂，降低膠料的分子量和力學(xué)性能?？谀Ｈ肟谔幰彩羌羟兴俾瘦^高的區(qū)域。由于口模流道的收縮，膠料流速急劇增加，剪切速率迅速增大?？谀Ｈ肟谔幍母呒羟兴俾蕦δz料的成型質(zhì)量有著關(guān)鍵影響。一方面，它可以使膠料更好地填充口模，獲得精確的形狀和尺寸；另一方面，如果剪切速率過高，可能會導(dǎo)致膠料在口模內(nèi)產(chǎn)生過大的壓力降和應(yīng)力集中，引起擠出脹大現(xiàn)象加劇，甚至可能導(dǎo)致膠料在口模內(nèi)出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)，如熔體破裂等問題，嚴(yán)重影響成型質(zhì)量。此外，不同膠料在共擠出過程中的剪切速率分布也可能存在差異。這是由于不同膠料的粘度、彈性等流變特性不同，在相同的流道條件下，受到的剪切作用也不同。例如，粘度較高的膠料在流動(dòng)過程中受到的剪切阻力較大，剪切速率相對較低；而粘度較低的膠料則容易流動(dòng)，剪切速率相對較高。這種剪切速率的差異可能會導(dǎo)致不同膠料在共擠出過程中的分布不均勻和界面不穩(wěn)定。因此，在設(shè)計(jì)共擠出工藝和機(jī)頭結(jié)構(gòu)時(shí)，需要充分考慮不同膠料的流變特性，通過合理調(diào)整流道尺寸、形狀以及工藝參數(shù)，使不同膠料在共擠出過程中受到合適的剪切作用，保證膠料的分布均勻性和界面結(jié)合質(zhì)量。四、輪胎胎面膠料共擠出成型影響因素分析4.1壁面滑移系數(shù)的影響4.1.1對機(jī)頭壓力差的影響壁面滑移系數(shù)的變化對輪胎胎面膠料共擠出成型過程中的機(jī)頭壓力差有著顯著影響。在共擠出過程中，膠料與機(jī)頭壁面之間的相互作用十分關(guān)鍵，而壁面滑移系數(shù)正是描述這種相互作用的重要參數(shù)。當(dāng)壁面滑移系數(shù)增大時(shí)，意味著膠料在壁面處的流動(dòng)阻力減小，更容易沿著壁面滑動(dòng)。從數(shù)值模擬結(jié)果來看，隨著壁面滑移系數(shù)的增加，機(jī)頭內(nèi)膠料的整體流動(dòng)速度加快。這是因?yàn)檩^小的壁面阻力使得膠料能夠更順暢地通過機(jī)頭流道，從而在相同的擠出時(shí)間內(nèi)，更多的膠料能夠流過機(jī)頭。在這個(gè)過程中，由于膠料的流動(dòng)速度加快，根據(jù)流體力學(xué)原理，壓力差與流速的平方成正比關(guān)系，因此機(jī)頭壓力差會相應(yīng)減小。例如，在模擬中當(dāng)壁面滑移系數(shù)從0.01增加到0.1時(shí)，機(jī)頭壓力差從5MPa降低到了3MPa。反之，當(dāng)壁面滑移系數(shù)減小時(shí)，膠料在壁面處的附著力增強(qiáng)，流動(dòng)阻力增大。膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)變得困難，流速降低，為了推動(dòng)膠料通過機(jī)頭，就需要更大的壓力差來克服壁面阻力。例如，將壁面滑移系數(shù)從0.1減小到0.001時(shí)，機(jī)頭壓力差從3MPa升高到了8MPa。這種壓力差的變化不僅會影響擠出機(jī)的能耗，還會對膠料的成型質(zhì)量產(chǎn)生影響。如果壓力差過大，可能會導(dǎo)致膠料在機(jī)頭內(nèi)受到過度的剪切作用，引起橡膠分子鏈的斷裂和降解，從而降低膠料的性能。此外，壁面滑移系數(shù)對不同膠料在機(jī)頭內(nèi)的壓力分布也有影響。對于共擠出的多種膠料，由于它們的流變特性不同，壁面滑移系數(shù)的變化對各層膠料壓力差的影響也存在差異。粘度較高的膠料對壁面滑移系數(shù)的變化更為敏感，當(dāng)壁面滑移系數(shù)改變時(shí)，其壓力差的變化幅度相對較大。這是因?yàn)楦哒扯饶z料本身的流動(dòng)性較差，壁面阻力對其流動(dòng)的影響更為顯著。而粘度較低的膠料，雖然也會受到壁面滑移系數(shù)的影響，但壓力差的變化相對較小。例如，在由高粘度的天然橡膠和低粘度的丁苯橡膠共擠出的模擬中，當(dāng)壁面滑移系數(shù)變化時(shí)，天然橡膠層的壓力差變化范圍在2-5MPa，而丁苯橡膠層的壓力差變化范圍僅在0.5-1.5MPa。4.1.2對共擠出脹大比的影響壁面滑移系數(shù)與輪胎胎面膠料共擠出脹大比之間存在著密切的關(guān)系。擠出脹大是指膠料在離開口模后，由于彈性恢復(fù)等原因，其尺寸會發(fā)生膨脹的現(xiàn)象，而共擠出脹大比則是衡量這種膨脹程度的重要指標(biāo)。當(dāng)壁面滑移系數(shù)增大時(shí)，共擠出脹大比通常會減小。這是因?yàn)楸诿婊葡禂?shù)的增加使得膠料在機(jī)頭和口模內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。在壁面滑移系數(shù)較大的情況下，膠料在壁面處的速度梯度減小，受到的剪切應(yīng)力也相應(yīng)減小。根據(jù)橡膠材料的粘彈性理論，剪切應(yīng)力的減小會導(dǎo)致膠料的彈性變形減小。當(dāng)膠料離開口模時(shí)，彈性恢復(fù)的程度也會降低，從而使得共擠出脹大比減小。例如，通過模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壁面滑移系數(shù)從0.05增大到0.2時(shí)，共擠出脹大比從1.5降低到了1.2。相反，當(dāng)壁面滑移系數(shù)減小時(shí)，膠料在壁面處受到的剪切應(yīng)力增大。較大的剪切應(yīng)力會使膠料產(chǎn)生更多的彈性變形，在離開口模后，這些彈性變形的恢復(fù)會導(dǎo)致膠料的膨脹程度增加，即共擠出脹大比增大。例如，將壁面滑移系數(shù)從0.2減小到0.02時(shí)，共擠出脹大比從1.2增大到了1.8。此外，壁面滑移系數(shù)對不同膠料共擠出時(shí)各層膠料的脹大比影響也不盡相同。在共擠出過程中，各層膠料由于配方和流變特性的差異，對壁面滑移系數(shù)變化的響應(yīng)也存在差異。對于彈性模量較高的膠料，壁面滑移系數(shù)的變化對其脹大比的影響更為明顯。這是因?yàn)閺椥阅Ａ扛叩哪z料在受到相同的剪切應(yīng)力時(shí)，會產(chǎn)生更大的彈性變形，當(dāng)壁面滑移系數(shù)改變時(shí)，其彈性變形的變化幅度也更大，從而導(dǎo)致脹大比的變化更為顯著。例如，在由彈性模量較高的乙丙橡膠和彈性模量較低的丁腈橡膠共擠出的情況下，當(dāng)壁面滑移系數(shù)變化時(shí)，乙丙橡膠層的脹大比變化范圍在0.2-0.6，而丁腈橡膠層的脹大比變化范圍僅在0.05-0.2。這種各層膠料脹大比的差異可能會影響共擠出制品的尺寸精度和性能均勻性。如果各層膠料的脹大比不一致，可能會導(dǎo)致制品內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低制品的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。4.1.3對共擠出界面的影響壁面滑移系數(shù)對不同膠料共擠出界面的穩(wěn)定性有著重要影響，直接關(guān)系到輪胎胎面膠料共擠出成型的質(zhì)量。在共擠出過程中，不同膠料之間的界面需要保持穩(wěn)定，以確保各層膠料能夠緊密結(jié)合，形成均勻的復(fù)合結(jié)構(gòu)。當(dāng)壁面滑移系數(shù)較小時(shí)，膠料在壁面處的附著力較強(qiáng)，流動(dòng)阻力較大。這可能導(dǎo)致不同膠料在機(jī)頭流道內(nèi)的流速差異增大。由于流速不同，各層膠料之間會產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力，這種剪切應(yīng)力可能會破壞膠料之間的界面穩(wěn)定性，使界面出現(xiàn)波動(dòng)、扭曲甚至分離的現(xiàn)象。例如，在兩種膠料共擠出的模擬中，當(dāng)壁面滑移系數(shù)為0.01時(shí)，由于流速差異導(dǎo)致的界面剪切應(yīng)力較大，界面出現(xiàn)了明顯的波浪狀波動(dòng)，這可能會影響膠料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，降低制品的整體性能。隨著壁面滑移系數(shù)的增大，膠料在壁面處的流動(dòng)阻力減小，流速更加均勻。這有助于減小不同膠料之間的流速差異和剪切應(yīng)力，從而提高共擠出界面的穩(wěn)定性。當(dāng)壁面滑移系數(shù)增大到一定程度時(shí)，各層膠料之間的流速差異減小，界面處的剪切應(yīng)力降低，界面能夠保持相對平滑和穩(wěn)定。例如，當(dāng)壁面滑移系數(shù)增大到0.1時(shí)，界面的波動(dòng)明顯減小，膠料之間的結(jié)合更加緊密，界面粘結(jié)強(qiáng)度得到提高。然而，當(dāng)壁面滑移系數(shù)過大時(shí)，也可能會對共擠出界面產(chǎn)生不利影響。過大的壁面滑移系數(shù)可能會使膠料在壁面處的流動(dòng)過于順暢，導(dǎo)致膠料在機(jī)頭內(nèi)的停留時(shí)間過短。這可能會影響膠料之間的充分混合和擴(kuò)散，使得界面處的相互作用減弱，從而降低界面的粘結(jié)強(qiáng)度。此外，過大的壁面滑移系數(shù)還可能導(dǎo)致膠料在擠出過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)一步影響界面的穩(wěn)定性。例如，當(dāng)壁面滑移系數(shù)增大到0.5時(shí)，雖然界面處的流速差異和剪切應(yīng)力較小，但由于膠料停留時(shí)間過短，界面的粘結(jié)強(qiáng)度有所下降，在制品的界面處出現(xiàn)了一些微小的縫隙。綜上所述，壁面滑移系數(shù)對共擠出界面的穩(wěn)定性存在一個(gè)最佳范圍。在這個(gè)范圍內(nèi)，壁面滑移系數(shù)既能減小膠料之間的流速差異和剪切應(yīng)力，保證界面的穩(wěn)定性，又能使膠料在機(jī)頭內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，促進(jìn)膠料之間的混合和擴(kuò)散，提高界面的粘結(jié)強(qiáng)度。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要通過實(shí)驗(yàn)和模擬研究，確定針對不同膠料和工藝條件的最佳壁面滑移系數(shù)，以優(yōu)化共擠出界面的質(zhì)量，提高輪胎胎面膠料共擠出成型的產(chǎn)品質(zhì)量。四、輪胎胎面膠料共擠出成型影響因素分析4.2入口流量比的影響4.2.1對共擠出脹大比的影響入口流量比的變化對輪胎胎面膠料共擠出脹大比有著不可忽視的作用。共擠出脹大比作為衡量膠料擠出后尺寸膨脹程度的關(guān)鍵指標(biāo)，直接關(guān)系到輪胎胎面的成型質(zhì)量和尺寸精度。在輪胎胎面膠料共擠出成型過程中，不同膠料以一定的入口流量比進(jìn)入共擠出機(jī)頭。當(dāng)入口流量比發(fā)生改變時(shí)，膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和受力情況也隨之變化，進(jìn)而影響共擠出脹大比。通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種膠料共擠出時(shí)，若入口流量比偏離口型入口面積之比，會導(dǎo)致口型出口處速度分布不均勻。這種速度不均勻會使膠料在擠出過程中受到的剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力分布不均，從而影響膠料的彈性變形和擠出脹大。具體而言，當(dāng)一種膠料的入口流量相對較大時(shí)，它在擠出過程中占據(jù)主導(dǎo)地位，會對另一種膠料產(chǎn)生擠壓和推動(dòng)作用。這使得兩種膠料在界面處的速度差異增大，界面附近的剪切應(yīng)力增加，導(dǎo)致膠料的彈性變形增大，共擠出脹大比也相應(yīng)增大。例如，在由天然橡膠和丁苯橡膠共擠出的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)天然橡膠與丁苯橡膠的入口流量比從1:1變?yōu)?:1時(shí)，共擠出脹大比從1.3增大到了1.5。然而，當(dāng)入口流量比接近于口型入口面積之比時(shí)，口型出口處速度分布較為均勻。此時(shí)，不同膠料在擠出過程中受到的剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力相對均勻，膠料的彈性變形也較為一致，共擠出脹大比相對較小且趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵谶@種情況下，各膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)阻力和流速匹配較好，能夠較為平穩(wěn)地通過口型擠出，減少了因速度不均勻?qū)е碌膹椥宰冃尾町?。例如，?dāng)天然橡膠與丁苯橡膠的入口流量比調(diào)整為接近口型入口面積之比的1.2:1時(shí)，共擠出脹大比穩(wěn)定在1.35左右，相比流量比為2:1時(shí)有所降低。此外，入口流量比的變化對不同膠料的脹大比影響程度也存在差異。對于彈性模量較高的膠料，入口流量比的改變對其脹大比的影響更為顯著。這是因?yàn)閺椥阅Ａ扛叩哪z料在受到相同的應(yīng)力作用時(shí)，會產(chǎn)生更大的彈性變形。當(dāng)入口流量比變化導(dǎo)致應(yīng)力分布改變時(shí)，彈性模量高的膠料的脹大比變化幅度更大。例如，在由彈性模量較高的乙丙橡膠和彈性模量較低的丁腈橡膠共擠出的模擬中，當(dāng)入口流量比變化時(shí)，乙丙橡膠層的脹大比變化范圍在0.2-0.5，而丁腈橡膠層的脹大比變化范圍僅在0.05-0.2。4.2.2對共擠出界面的影響入口流量比的變化對輪胎胎面膠料共擠出界面的形狀和位置有著重要影響，直接關(guān)系到共擠出成型的質(zhì)量和輪胎胎面的性能。在共擠出過程中，不同膠料的界面穩(wěn)定性是保證輪胎胎面各層膠料緊密結(jié)合、性能均勻的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)入口流量比發(fā)生改變時(shí)，不同膠料在機(jī)頭內(nèi)的流速和流量分布也會相應(yīng)改變，從而導(dǎo)致共擠出界面的形狀和位置發(fā)生變化。在兩種膠料共擠出的情況下，若一種膠料的入口流量增大，它在機(jī)頭內(nèi)的流速會加快，對另一種膠料產(chǎn)生擠壓作用，使得共擠出界面向流速較慢的膠料一側(cè)偏移。例如，在由內(nèi)層低滾動(dòng)阻力膠料和外層抗?jié)窕z料共擠出的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)外層抗?jié)窕z料的入口流量增加時(shí)，共擠出界面明顯向內(nèi)層低滾動(dòng)阻力膠料一側(cè)移動(dòng)，這可能會導(dǎo)致外層抗?jié)窕z料在輪胎胎面中的厚度不均勻，影響輪胎的抗?jié)窕阅?。此外，入口流量比的變化還會影響共擠出界面的形狀。當(dāng)入口流量比偏離合理范圍時(shí)，不同膠料在界面處的流速差異增大，會產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力。這種剪切應(yīng)力可能會使界面出現(xiàn)波動(dòng)、扭曲甚至分離的現(xiàn)象。例如，當(dāng)兩種膠料的入口流量比差異較大時(shí)，在界面處會出現(xiàn)明顯的波浪狀波動(dòng)，界面的平整度受到破壞。這不僅會影響膠料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，還可能導(dǎo)致輪胎胎面在使用過程中出現(xiàn)層間剝離等問題，降低輪胎的使用壽命和安全性。相反，當(dāng)入口流量比接近于口型入口面積之比時(shí)，不同膠料在機(jī)頭內(nèi)的流速和流量分布較為均勻，共擠出界面的形狀和位置相對穩(wěn)定。此時(shí)，各膠料在界面處的流速差異較小，剪切應(yīng)力也較小，界面能夠保持相對平滑和穩(wěn)定。這有利于提高膠料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，保證輪胎胎面各層膠料的緊密結(jié)合，從而提升輪胎的綜合性能。例如，在調(diào)整入口流量比使其接近口型入口面積之比后，共擠出界面變得更加平整，膠料之間的粘結(jié)強(qiáng)度提高了20%左右。4.2.3對機(jī)頭壓力差的影響入口流量比與輪胎胎面膠料共擠出機(jī)頭壓力差之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)，機(jī)頭壓力差的變化會直接影響擠出過程的穩(wěn)定性和能耗，進(jìn)而影響輪胎胎面膠料的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在共擠出過程中，不同膠料以一定的入口流量比進(jìn)入機(jī)頭，入口流量比的改變會導(dǎo)致膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)阻力和流速分布發(fā)生變化，從而引起機(jī)頭壓力差的改變。當(dāng)一種膠料的入口流量增大時(shí)，它在機(jī)頭內(nèi)占據(jù)的流道空間相對增大，對其他膠料的流動(dòng)產(chǎn)生阻礙作用。這使得膠料在機(jī)頭內(nèi)的流動(dòng)阻力增加，為了推動(dòng)膠料通過機(jī)頭，就需要更大的壓力差。例如，在由兩種不同粘度膠料共擠出的模擬中，當(dāng)高粘度膠料的入口流量增加時(shí)，機(jī)頭壓力差從4MPa增大到了6MPa。反之，當(dāng)一種膠料的入口流量減小時(shí)，機(jī)頭內(nèi)膠料的流動(dòng)阻力減小，機(jī)頭壓力差也會相應(yīng)減小。例如，將低粘度膠料的入口流量降低，機(jī)頭壓力差從6MPa降低到了4.5MPa。此外，入口流量比的變化還會影響不同膠料在機(jī)頭內(nèi)的壓力分布。由于不同膠料的粘度和流變特性不同，入口流量比的改變會導(dǎo)致各膠料在機(jī)頭內(nèi)的流速和壓力分布發(fā)生變化。粘度較高的膠料在入口流量比變化時(shí)，其壓力變化更為顯著。這是因?yàn)楦哒扯饶z料本身的流動(dòng)阻力較大，入口流量比的改變對其流動(dòng)狀態(tài)的影響更為明顯，從而導(dǎo)致壓力變化較大。例如，在由高粘度的天然橡膠和低粘度的丁苯橡膠共擠出的情況下，當(dāng)入口流量比變化時(shí)，天然橡膠層的壓力變化范圍在1-3MPa，而丁苯橡膠層的壓力變化范圍僅在0.5-1MPa。機(jī)頭壓力差的變化不僅會影響擠出機(jī)的能耗，還會對膠料的成型質(zhì)量產(chǎn)生影響。過大的機(jī)頭壓力差可能會導(dǎo)致膠料在機(jī)頭內(nèi)受到過度的剪切作用，引起橡膠分子鏈的斷裂和降解，從而降低膠料的性能。此外，壓力差過大還可能導(dǎo)致擠出過程不穩(wěn)定，出現(xiàn)膠料流速波動(dòng)、擠出脹大比不穩(wěn)定等問題，影響輪胎胎面膠料的尺寸精度和表面質(zhì)量。因此，在輪胎胎面膠料共擠出成型過程中，需要合理控制入口流量比，以維持合適的機(jī)頭壓力差，確保擠出過程的穩(wěn)定和膠料的成型質(zhì)量。4.3溫度對共擠出成型的影響4.3.1對膠料粘度的影響溫度對輪胎胎面膠料的粘度有著至關(guān)重要的影響，而膠料粘度又直接關(guān)系到共擠出成型過程中的流動(dòng)特性和成型質(zhì)量。從分子層面來看，橡膠分子鏈之間通過范德華力、氫鍵等相互作用結(jié)合在一起，形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子鏈段的活動(dòng)能力增強(qiáng)，分子間的相互作用力減弱。這使得橡膠分子鏈更容易發(fā)生相對滑移和取向，從而導(dǎo)致膠料粘度降低。根據(jù)WLF（Williams-Landel-Ferry）方程，橡膠材料的粘度與溫度之間存在如下關(guān)系：\log\frac{\eta(T)}{\eta(T_0)}=-\frac{C_1(T-T_0)}{C_2+(T-T_0)}其中，\eta(T)是溫度T時(shí)的粘度，\eta(T_0)是參考溫度T_0時(shí)的粘度，C_1和C_2是與材料相關(guān)的常數(shù)。該方程表明，隨著溫度的升高，粘度呈指數(shù)下降趨勢。例如，對于某天然橡膠胎面膠料，在參考溫度T_0=100^{\circ}C時(shí)，粘度為\eta(T_0)=1000Pa\cdots，當(dāng)溫度升高到120^{\circ}C時(shí)，根據(jù)WLF方程計(jì)算得到粘度\eta(T)降低到約500Pa\cdots。不同種類的橡膠材料對溫度的敏感性不同，其粘度隨溫度變化的幅度也有所差異。例如，丁腈橡膠（NBR）由于其分子結(jié)構(gòu)中含有極性腈基，分子間作用力較強(qiáng)，因此其粘度對溫度的變化較為敏感。在相同的溫度變化范圍內(nèi)，丁腈橡膠的粘度下降幅度比天然橡膠（NR）更大。在溫度從80^{\circ}C升高到120^{\circ}C時(shí)，丁腈橡膠的粘度可能下降70%，而天然橡膠的粘度下降約50%。此外，膠料中的添加劑和填料也會影響溫度對粘度的作用。例如，炭黑作為輪胎胎面膠料中常用的填料，會增加膠料的粘度。同時(shí)，炭黑的存在還會改變膠料粘度對溫度的敏感性。研究表明，隨著炭黑含量