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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2001.tde-25082003-090611
Document
Author
Full name
Eduardo Gonçalves Pinheiro
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2001
Supervisor
Committee
Padovese, Linilson Rodrigues (President)
Demarquette, Nicole Raymonde
Krieger Filho, Guenther Carlos
Title in Portuguese
Modelos numéricos aplicados à vulcanização de pneus.
Keywords in Portuguese
método dos elementos finitos
pneu
vulcanização
Abstract in Portuguese
A vulcanização é um processo termo-químico aplicado aos polímeros elastoméricos, também chamados de borrachas. Devido à vulcanização, as borrachas adquirem propriedades físicas que as tornam adequadas a várias aplicações mecânicas, entre estas, se destaca aquela desempenhada pelo componente automotivo pneu. Durante a vulcanização as moléculas do elastômero são unidas em vários pontos através de ligações cruzadas. Isso ocorre através do aquecimento da borracha adicionada de enxofre. O correto dimensionamento do tempo que o calor deve ser transferido ao composto de borracha a ser vulcanizado é crucial para definir as características finais deste composto. Em condições extremas, se o tempo de exposição ao calor for insuficiente, o composto continuará com comportamento de baixa resistência às deformações. Por outro lado se o tempo de exposição ao calor for excessivo, além do desperdício energético e econômico, o composto de borracha entra numa fase de reversão, que significa diminuição das propriedades já alcançadas. O dimensionamento da vulcanização de um pneu necessita basicamente de dois suportes fundamentais de engenharia: a) um modelo numérico para a reação termo-química que leve em conta a cinética de cura de cada composto de borracha do pneu; b) um modelo numérico de transmissão de calor, capaz de calcular para qualquer ponto do pneu a sua evolução térmica durante a vulcanização. Esta dissertação apresenta uma revisão da literatura sobre vulcanização de pneus, os modelos utilizados, e um modelo proposto pelo autor. Nesse, questões como reologia da borracha em regime de temperatura variável e reversão do composto recebem um tratamento numérico específico. Através da validação experimental verifica-se que o modelo proposto é altamente eficaz para aplicações industriais.
Title in English
Numerical models applied to tire vulcanization.
Keywords in English
finite element method
tire
vulcanization
Abstract in English
Vulcanization is a thermochemical process applied to the elastomeric polymers also called rubbers. Due to the vulcanization, rubbers acquire physical properties that make them capable to support mechanical applications, such as pneumatic tire. During the vulcanization, the elastomer molecules are tied together in many points due to the crosslinking process. This process is made possible due to the heating of the mixing of rubber and sulfur. It is very important to define the right time under the heat a rubber requires to be vulcanized. This vulcanizing period will define the future rubber characteristics. If an insufficient curing time is used for vulcanization, the rubber compound will maintain the poor characteristics of a raw rubber. In the other extreme, if a very extensive cure time is used, besides the energetic and economic losses, it will provoke reversion on the rubber, that means the reduction of the desired cured rubber properties. In order to produce a precise dimensioning of the cure cycle two fundamental engineering supports are necessary: a) a numerical model for the thermochemical reaction, dealing with the curing kinetics of each rubber compound involved in a tire; b) a numerical model for the heat transfer process, capable to determine during the vulcanization period, the temperature evolution in any point of a single tire. This work presents a discussion of previous literature on the tire vulcanization area, their cure models, and a new model proposed by the author. This model treats questions like the rubber rheology in non isothermal condition, and the compound reversion, applying to them specific numerical treatments. The use of experimental validation showed the model to be very efficient for industrial applications.
 
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Dissert_Pinheiro.pdf (1.35 Mbytes)
Publishing Date
2003-08-28
 
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