Araç lastiği pişirme sürecinin modellenmesi
Modeling of tyre curing process
Yazar: BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
Danışman: PROF. DR. VELİ DENİZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Lastik üretimi sürecinde, lastik pişirme makinası içinde karkasa aktarılan ısı etkisiyle lastik karışımları pişerek, sağlam ve esnek birer malzemeye dönüşür. Bu çalışmada, farklı pişme özellikleri gösteren çok sayıda karışımın aynı anda istenen düzeyde pişirilebilmesi için, sürece ait etkenler uygun sayısal yöntemlerle modellenmiştir.Bu amaçla, bölgemizde faaliyet gösteren bir lastik fabrikası bünyesinde üretim miktarı oldukça yüksek olan bir ölçü seçilmiştir. Model lastikte yer alan karışımlar için çaprazbağlanma tepkimesinin ilerleyişi, Yapay Sinir Ağları (YSA) ile, farklı ağ mimarileri kullanılarak modellenmiştir. Aynı lastik karışımları için, eşdeğer pişme süresi yöntemi ile de enuygun pişme süreleri hesaplanarak, YSA'ndan elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır.Pişirme sürecinde, model lastik içindeki sıcaklık dağılımı sonlu elemanlar yöntemi ve ANSYS yazılımı kullanılarak elde edilmiştir. Bu amaçla, model lastik içinde yer alan tüm bileşenlerin fiziksel ve ısıl özellikleri belirlenmiştir. Lastik karışımları için çaprazbağlanma tepkimesinin pişme sürecinde ve değişen sıcaklık koşullarında ilerleyişi, literatürde kabul gören kinetik modeller uyarınca belirlenmiştir. Mevcut kinetik modellerde bazı değişiklikler yapılarak, başarımı daha yüksek olan yeni modeller geliştirilmiştir.Sonlu elemanlar ile çözümlemede, literatürdeki ve yeni geliştirilen kinetik modeller kullanılmıştır. Oluşturulan modellerin başarımları, lastik içerisinde kritik noktalar için ve belirli zaman aralıklarında, gerçekte ölçülen sıcaklıklar ile modelin tahmin ettiği sıcaklıklar karşılaştırılarak belirlenmiştir. Çaprazbağlanma sırasındaki ısı üretimi Yeni model 2'ye göre tanımlandığında, diğer modellere kıyasla, genel olarak gerçek durumun daha yüksek bir başarımla temsil edildiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca pişirme sürecindeki olası arıza durumlarının benzetimleri yapılarak, lastiğin pişmesine olan etkileri öngörülmeye çalışılmıştır. Böylelikle, süreçte ve/veya lastik bileşimindeki herhangi bir değişikliğin pişirmeye olan etkilerini kolay ve hızlı bir şekilde tahmin etmek olanaklı olabilecektir.

Abstract:
In tire curing process, green tire is converted to a strong and elastic material by internal and external heat treatment. In this study, curing process parameters were modelled with appropriate numerical techniques for crosslinking all the rubber compounds in a tire at the respective target level.A model tire that has a high production rate in a local tire factory was studied. Curing behaviour of rubber compounds in the model tire was modelled using various Artificial Neural Networks (ANN) architectures. Equivalent cure concept, that is traditionally used in rubber and tire industries, was also applied to calculate optimum cure times of the same compounds. The ability of ANN and equivalent cure concept for determining optimum cure times of the compounds were compared.Finite Element Method (FEM) and ANSYS software were used to obtain temperature distribution in the model tire during curing. Physical and thermal properties of all compounds in the model tire were measured. Curing kinetics of the rubber compounds at different temperature conditions were studied by using different methods given in literature. More efficient new kinetic models were suggested for improving the weakness of available models.Available and new kinetic models were used for Finite Element Analysis (FEA). The ability of models were determined by comparing the measured and predicted temperature data obtained from critical zones of the model tire for definite curing times. FEA that use New model 2 is more sucsessful for predicting the temperature profile when compared with other kinetic models. Various conditions that might take place in curing process and their conjectural effects on product were also studied. Using this information, it will be possible to estimate the effects of process and/or tire compound variations on the product quality.