挤压聚合材料的方法及所用的挤压头的制作方法

专利名称：挤压聚合材料的方法及所用的挤压头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种挤压聚合材料的方法。具体地，本发明涉及一种挤压轮胎制造工艺中所用的橡胶材料的 方法。本发明还涉及一种用于挤压聚合材料的挤压头以及一种包括所述 挤压头的挤压装置。
技术背景本发明的优选应用领域是轮胎制造工艺，其中，使用可能由金属 或人造的线状元件增强的橡胶片材或条状元件来制造轮胎的构成元 件，例如胎体帘片层、带层、侧壁、胎圏芯。轮胎通常包括包括至少一个胎体帘片层的胎体结构，其末端向 回折叠或固定到两个环形加强元件上，该环形加强元件即所谓的"胎圏 芯，，；胎面带(band);置于胎体结构和胎面带之间的带结构；以及在 轴向相对的位置作用于胎体结构上的一对侧壁。包括胎圏芯的轮胎部分称之为"胎圏"，其完成将轮胎固定到各个 安装轮辋的功能。一般地，在所述胎圏芯的径向外部位置，该胎圏包括一个橡胶条， 通常称为"胎圏填充条，，或者"三角胶带"，其具有基本为三角形的横截 面，并从各个胎圈芯径向向外延伸。在传统制造工艺中，轮胎构成元件是通过采用在轮胎装配操作之 前使用分别大量独立地制备的半成品而制成的，所述半成品为橡胶材 料连续片，其中可能例如结合有钢或织物帘线。根据所迷的传统工艺，对于每个轮胎构成元件来说，制造工艺包 括以下步骤将预定的橡胶片材缠绕在构建鼓(building drum )上， 将所述片材切割(或者有时预切割)成约等于鼓周长的长度，并将所
述片材长度的周向相反两端直接连接到构建鼓上。近来，特别关注消除或者至少明显地减少所述半成品的预生产的制造方法。例如，相同申请人的欧洲专利N.928680，公开了通过一种 连续地生成轮胎构成元件并将它们在环形支撑上组装在一起的半成品 轮胎(green tyre)的制造方法。具体地，轮胎是通过在环形支撑上轴 向重叠和/或径向叠加多圏(巻)条状元件而制成，所述条状元件是纯 橡胶材料条，或者是其中嵌入了增强元件的橡胶材料条，所述增强元 件典型的是织物或金属丝，或者涂胶的金属线或金属丝。根据所述另外的方法，环形支撑优选地通过自动化系统在多个工 作位置之间移动，在每个工作位置，通过自动的顺序，完成特定的构 建步骤。该制造工艺还包括继后的模制半成品轮胎以赋予后者所需的胎面 花紋的步骤，以及硫化(curing)半成品轮胎以赋予后者所需的几何 构造的步骤，所述构造通过硫化形成轮胎的橡胶材料而达到。半成品轮胎的模制和硫化步骤，通过将半成品轮胎置于在硫化模 具内限定的模制腔中，以及通过将带压的流体引入到位于半成品轮胎 内圆周表面和环形支撑之间的扩散空隙(或扩散间隙)而完成，模制 腔的形状与要获得的轮胎的外表面的形状相匹配。例如在同一申请人 的欧洲专利EP-976533中描述了这样的轮胎制造工艺。在以下描述中，术语"挤出元件"用于表示条状元件或者片材。特 别地，术语"挤出元件"用于表示由聚合材料制成的或者由至少一种线 状元件增强的条状元件或片材。术语"线状元件"用于表示纵向尺寸远 大于其横向尺寸的元件，线状元件包括一个或多个增强元件，每个增 强元件由织物或者金属细丝或线组成。如果条状元件或片材由聚合材 料制成，该条状元件或片材优选地通过挤压得到。如果条状元件或片 材由至少一个线状元件增强，该条状元件或片材优选地通过将聚合材 料挤压到向前通过挤压装置的至少一个线状元件上而得到。一般地，挤压装置包括挤压头，挤压头包括凸模；相对于所述 凸模同轴设置的凹模；以及用于将挤压材料均匀地分配到位于所述凸 模和所述凹模之间的输送通道的分配器元件。如果挤出元件由至少一个线状元件增强，则凸模通常设置有相对 于挤压头的纵轴线同轴地延伸的内腔，所述腔适于接收沿着基本平行 于所述纵轴的方向前进的所述至少一个线状元件。这样，流入输送通 道的聚合材料沉积在向前通过挤压装置的所述至少一个线状元件上。文献US-3752614公开了 一种用于形成绝缘丝的挤压头，其包括 一个固定的螺紋空心心轴和一个设置在心轴内并与心轴相配合的螺紋 空心针，心轴用于支撑与安装在挤压头内的凹模元件轴向对准的凸模 元件。心轴和针的螺紋部分的配合，使得针在心轴内的旋转相对于凹 模元件推进或收回凸模元件，同时保持它们之间的对准。挤压头工作 过程中，该装置能够补偿挤压的塑料材料、绝缘厚度或者系统压力或 温度的变化。凸模元件和凹模元件之间的相对移动，可以由操作者通 过手动控制实现。文献US-3583033公开了 一种用于在线挤压粘弹性和粘性的热塑 性材料的模具，其包括一个相对于锥形座前进或缩回的锥形凸起的阀 元件，以改变材料通过环状的锥形通道时承受的剪切和背压的程度。 锥形凸起的阀元件的移动，通过转动环形螺母而实现，并由操作者手 动地实现和控制。文献GB-2060473公开了 一种用于挤压吹塑管的挤压头，其包括 由一个部分支撑的心轴，另一部分包括至少一个锥形壁部分，其与相 应的心轴壁部分一起形成一个通流截面可根据两个伸缩配合零件的相 对移动而变化的锥形流动空间部分。该相对移动由操作者通过与心轴 的一部分相结合并与形成在心轴的另一部分上的适当的螺紋相配合的 调节螺杆而手动实现。其中说明，各种能想到的遥控伺服装置都能用 于代替调节螺杆。文献US-3402427公开了 一种包括用于挤压和成形热塑性材料的 成形模具的十字头模型主体装置，热塑性材料包括聚偏二氟乙烯树脂， 其中，十字头模型主体具有至少两个外部可调节的在内部轴向定位的 截头圆锥形阀装置以及至少一个轴向地位于所述阀装置之间、具有固
定一致的环形宽度和基本固定但可调节的可变长度的环形孔部分，由 此，挤压机出口和成形模具之间的压力下降和剪切应力可以渐进及精 确地进行控制。在涂敷过程的开始阶段，机器的操作人员观察压出物 的表面和主体的特性，并通过操作阀装置进行修改，直到获得最佳的 压出物的特性。然后，通过连续地观察和对阀装置的操作，通过手动 或自动控制，操作者可以在挤压和成形操作的整个过程中保持最佳的 特性，而不会达到或超过树脂的屈服点。申请人注意到，如果挤压聚合材料以获得挤出元件的步骤是一个 复杂工艺例如轮胎制造工艺的一部分，通常，所述材料的挤压速度需 要根据挤压步骤之后的工艺步骤进行调节，同时，要连续地向挤压装 置供给要挤压的聚合材料。特别地，在近来的轮胎制造工艺中，例如上面提到的欧洲专利N.928680中所公开的，其中在轮胎制造过程中，轮胎构成元件在环形 支撑上形成和连续地组装，使得半成品的储存基本上可以避免，申请 人注意到，当必须获得用于形成特定的轮胎构件的挤出元件并将其施 加到正在制造的轮胎上时，挤压速度需要提高，相反，当挤出元件不 必沉积时，挤压速度需要降低，从而使得原材料的浪费得以避免或者 至少显著减少。申请人注意到，在确保获得所需质量的挤出元件的同时，必须对 挤压速度进行调节。实际上，申请人注意到，挤出元件的质量显著地影响着包括所述 挤出元件的轮胎增强结构的质量。因此，需要对挤出元件的生产进行 更多的关注和注意，如果后者是用线状元件增强的话。特别地，需要小心地控制挤出元件生产过程中的挤压材料的均匀 性和同质性，并且要确保基本一致的厚度，以使轮胎的均匀性有保证。 此外，如果挤出元件由线状元件增强，则要对此给予更多的关注和注 意，以获得聚合物包覆层均匀地附着在线状元件的挤出元件，从而使 包覆层的厚度沿着挤出元件的纵向长度基本一致。申请人注意到，挤出元件的质量取决于挤压头的几何结构，以及
在几何结构确定时，取决于挤压材料的物理化学特性以及挤压过程的 工艺参数。举例来说，当采用对温度敏感的聚合材料时，需要特别注意。实 际上，如果挤压头内出现长的留存期，会发生高温时的焦化和/或低温 时的凝结。焦化和凝结需要避免，因为它们对挤出元件以及包括所述 挤出元件的轮胎增强结构的均匀性和同质性有负面影响。此外，所述 缺陷将导致挤压过程停止，以便从挤压头清除凝结和/或焦化的材料。 另外，申请人注意到，挤压头内会出现聚合材料的停滞区，特别 是当聚合材料的小流量值出现时，例如，挤压过程的输出减小。结果 是，聚合材料在挤压头内的留存期增加，如上所述，会发生所述材料 的焦化或过热。此外，申请人注意到，在挤出元件的挤压速度预定及不变的情况 下，流经挤压头的聚合材料的流量的显著减小，能导致形成非常薄的 挤出元件，而且有时甚至导致其断裂。如果挤出元件用线状元件增强 的话，其外表面区域甚至会缺乏挤压材料。相反，在挤出元件的挤压 速度预定及不变的情况下，流经挤压头的聚合材料的流量的显著增大， 能导致形成过厚的挤出元件。申请人注意到，根据挤压步骤之后的工艺步骤选择的挤压速度的 变化导致挤压聚合材料的流量变化，并因此导致挤压头内的压力变化。在本说明书和随后的权利要求中，术语"挤压速度"用于表示聚合 物挤出元件从挤压头中出来的线速度。如果挤出元件只包括聚合材料 (即挤出元件没有嵌入任何增强元件)，挤压速度可以通过改变挤压机 螺杆的转动速度而变化。如果挤出元件包括至少 一个嵌入到聚合材料 中的线状元件，挤压速度通常可以通过改变所述至少一个线状元件的 线速度而变化。特别地，申请人注意到，挤压速度的增加需要增加被挤压的聚合 材料的流量，这样导致挤压头内的压力升高。因此，为了不机械地压 迫挤压头以及不焦化聚合材料，聚合材料的流量需要保持在低于预定 的最大值，该预定的最大值不可避免地限定了最大挤压速度。另一方
面，挤压速度的减小需要减小被挤压的聚合材料的流量，这样导致挤 压头内的压力降低。结果是，聚合材料在挤压头内的留存期增加，如 上所述，会发生聚合材料的焦化以及形成停滞区。因此，聚合材料的 流量需要保持在高于预定的最小值，该预定的最小值不可避免地限定 了最小挤压速度。申请人觉察到需要增大要挤压的聚合材料的流量的操作范围，以使挤压速度的变化范围可以显著增大，以及适于符合挤压步骤之后的 工艺步骤的工作状况。特别地，申请人觉察到，上述目标可以通过在挤压过程中改变挤压头的几何结构而实现，挤压头几何结构的改变可以根据挤压步骤之后的工艺步骤的工作状况而进行。详细地，申请人发现， 一旦根据挤压步骤之后的工艺步骤的工作状况选定所需的挤压速度变化范围，可以通过根据流经挤压头的实际流量从而根据挤压过程的特定阶段所需的实际挤压速度，调节输送通道的横截面积，在要挤压的聚合材料的相应流量操作范围内操作挤压头。发明内容第一方面，本发明涉及一种挤压聚合材料的方法，所述方法包括以下步骤-将所述聚合材料供给到包括挤压头的挤压装置，所述挤压头包括-凸模；-凹模，其相对于所述凸模同轴设置； -输送通道，其至少一部分限定在所述凸模和所述凹模之间； -根据所述聚合材料的挤压速度变化，通过相对于所述凸模往复移 动所述凹模，调整输送通道的所述至少一部分的横截面积。根据本发明，由于输送通道的横截面积可以根据挤压速度的变化 进行调节，因此可以避免临界流动状态，这样，聚合材料的焦化和过 热以及在挤压头内形成停滞区或者机械损害可以避免或者至少明显减少。换句话说，根据本发明，输送通道的几何结构(即横截面积)通 过相对于所述凸模往复移动所述凹模，可以自动地适应聚合材料的不 同流动状态。事实上，根据本发明，挤压速度的增加需要相应地增加要挤压的 聚合材料的流量，这样导致挤压头内的压力相应升高。所导致的压力 升高具有使凹模远离凸模轴向移动的效果，使得输送通道的横截面积 增大，并且输送通道内的压力损失减小。作为输送通道横截面积变化 的结果，挤压头内的压力升高受到限制，并能保证所需的聚合材料的 流量值。相反地，挤压速度的减小需要相应地减小要挤压的聚合材料 的流量，这样导致相应的压力降低以及聚合材料在挤压头中留存期的 增加。所导致的压力降低具有使凹模向着凸模轴向移动的效果，使得 输送通道的横截面积减小，并且输送通道内的压力损失增加。作为输 送通道横截面积变化的结果，聚合材料在挤压头内的留存期可以适当 地控制，并能保证所需的聚合材料的流量值。根据本发明的方法，通过相对于所述凸模相互调节所述凹模的位 置而调整输送通道的所述至少一部分的横截面积的步骤，包括部分地 抵消由输送通道中流动的聚合材料施加到至少 一 个模具上的力的步 骤。优选地，调整步骤包括部分地抵消由输送通道中流动的聚合材料 施加到凹模上的力的步骤。优选地，抵消力基本上平行于挤压头的纵轴线。根据本发明的 一个实施例，部分地抵消施加到至少 一个模具上的 力的步骤，通过沿着所述纵轴线作用在所述至少一个模具上的弹性元 件来实施。优选地，所述弹性元件与能够轴向移动的至少一个模具结合。优选地，所述弹性元件是弹簧，其弹性常数K根据预定的挤压速 度变化范围选定。本发明的方法还包括挤压聚合材料的步骤。 本发明的方法还包括根据挤压步骤之后的工艺步骤的工作状态来 选择聚合材料的挤压速度变化的步骤。根据另一个实施例，本发明的方法还包括以下步骤 -检测指示聚合材料流动状态的至少一个参数的变化，该至少一个参数的变化与所述聚合材料的挤压速度变化相联系，以及-根据检测到的至少一个参数的变化，调整输送通道的至少一部分的横截面积。优选地，指示聚合材料流动状态的至少一个参数是压力。优选地， 压力在挤压头内进行检测。优选地，指示聚合材料流动状态的至少一个参数以预定的频率进 行检测。可选择地，所述至少一个参数连续地检测。优选地，检测指示聚合材料流动状态的至少 一个参数的变化的步 骤，包括通过作用在流经挤压头的聚合材料上的传感器产生一个表示 所述变化的信号的步骤。优选地，调整输送通道横截面积的步骤包括以下步骤-根据发生在第一位置的所述挤压速度的变化，计算出至少一个模 具的第二位置，以及-将所述至少一个模具移动到所述第二位置。优选地，计算步骤包括计算凹模的第二位置的步骤，移动步骤包 括将凹模移动到第二位置的步骤。优选地，将所述至少一个模具移动到所述新位置的步骤通过致动 器装置实施。优选地，该致动器装置结合到所述至少一个模具和所述 传感器。优选地，本发明的方法适于挤压交联材料，后者对温度变化特别。第二方面，本发明涉及一种挤压聚合材料的装置，所述装置包括 挤压头，所述挤压头包括 -凸模；-凹模，其相对于所述凸模同轴设置； -输送通道，其至少一部分限定在所述凸模和所述凹模之间； -根据所述聚合材料的挤压速度变化，通过相对于所述凸模往复移动所述凹模来调整所述输送通道的所述至少一部分的横截面积的装置。优选地，凸模具有相对于挤压头的纵轴线同轴地延伸的内腔，所 述腔适于接收用于增强挤出元件的至少一个线状元件。在本发明的挤压装置的第一实施例中，调整所述输送通道的横截 面积的装置，包括一个作用在至少一个模具上并部分地抵消由输送通 道中流动的聚合材料施加到所述至少 一个模具上的力的弹性元件。优选地，所述弹性元件与凹模结合。优选地，所述弹性元件是弹簧，其弹性常数K根据所需的挤压速 度变化范围选定。根据本发明的挤压装置的另一实施例，调整所述输送通道的横截 面积的装置是一个伺服装置，其用于检测指示聚合材料流动状态的至 少一个参数的变化，并根据检测到的所述至少一个参数的变化来调整 所述横截面积。优选地，所述伺服装置包括一个作用在所述聚合材料上并产生表示所迷至少一个参数变化的信号的传感器。优选地，所述传感器检测流经挤压头的聚合材料的压力变化。 优选地，所述伺服装置还包括一个用于计算至少一个模具的新位置的装置和一个用于将所述至少一个模具移动到新位置的装置。优选地，用于将所述至少一个模具移动到所述新位置的装置是致动器装置。优选地，所述致动器装置与所述至少一个模具和位置传感器相结合。该位置传感器具有检测所述至少一个模具的位置的功能。 根据一个优选实施例，所述致动器装置包括一个液压系统。 根据另一个实施例，所述致动器装置包括一个气压系统。 根据另一个实施例，所述致动器装置包括一个齿轮机电装置。 根据另一个实施例，所述致动器装置包括一个线性致动器。 第三方面，本发明涉及一种制造轮胎的方法，所述方法包括以下 步骤-在支撑装置上形成原始轮胎(crude tyre);-模制所述原始轮胎；-硫化所述原始轮胎；其中，形成原始轮胎的步骤包括挤压至少一种橡胶材料的步骤， 所述挤压步骤包括以下步骤-将所述橡胶材料供给到包括挤压头的挤压装置，所述挤压头包括-凸模；-凹模，其相对于所述凸模同轴设置；-输送通道，其至少一部分限定在所述凸模和所述凹模之间；-根据所述橡胶材料的挤压速度变化，通过相对于所述凸模往复移 动所述凹模来调整输送通道的所述至少一部分的横截面积。优选地，形成半成品轮胎的步骤包括挤压至少一种要沉积在正在 制造的半成品轮胎上的呈条状元件形式的橡胶材料。这种情况下，优 选的支撑装置是环形支撑。可选择地，形成半成品轮胎的步骤包括挤压至少一种要沉积在正 在制造的半成品轮胎上的呈薄片状的橡胶材料。这种情况下，优选的 支撑装置是构建鼓。在本说明书和所附权利要求的全文中，术语"橡胶材料"用于表示 包含至少一种橡胶聚合物和至少一种增强填料的合成物。优选地，该 合成物还包括添加剂，例如交联剂和/或增塑剂。本发明的方法可以有利地用于挤压传统轮胎制造工艺中所用的半 成品(呈薄片状)，也可以用于挤压如上所述的近来轮胎制造工艺中所 用的条状元件。然而，本发明也可以用于与轮胎制造工艺不同的领域。特别地， 本发明可以用于需要挤压聚合材料以获得挤出元件的任何技术领域。


由下面参照附图的说明，本发明的其它特征和优点将变得更加清
楚，其中，为了示例而不是限定的目的，示出了实施本发明的方法的挤压头的四个实施例。图中图l是根据本发明的第一实施例的挤压头的示意性剖面图 图2是根据本发明的第二实施例的挤压头的示意性剖面图 图3是根据本发明的第三实施例的挤压头的示意性剖面图 图4是根据本发明的第四实施例的挤压头的示意性剖面图 图5是显示根据本发明的聚合材料的压力变化作为流经挤压头的 的函数与具有不变几何结构的输送通道的传统挤压头相比的曲线流图；流:图；图6是显示根据本发明的聚合材料的温度变化作为流经挤压头的 '的函数与具有不变几何结构的输送通道的传统挤压头相比的曲线图7是显示根据本发明的聚合材料的留存期作为流经挤压头的流具体实施方式
图l示意性地示出了一个由附图标记i表示的挤压头，用于挤压 位于细长元件3的径向外表面的由聚合材料2形成的包覆层100，细 长元件3沿着箭头A所指的方向向前通过挤压头1。挤压头1具有纵轴线X-X，并且是挤压装置的一部分，由于挤压 装置本身是传统的，所以没有详细示出。如上所述，本发明的挤压头1可以用于轮胎制造工艺。这种情况 下，细长元件3可以是金属或人造的线状元件，其被挤压的橡胶材料 覆盖，以形成用于制造轮胎增强结构所用的挤出元件，所述轮胎增强 结构例如是胎体结构、带结构、"胎圏芯"。根据图l所示的实施例，挤压头1包括分配器元件11、凸模12、 凹模13和环形本体10。环形本体10相对于分配器元件11、凸模12 和凹模13同轴设置，并位于径向外侧。特别地，环形本体10具有一个相对于纵轴线X-X同轴延伸的内 腔14,适于容纳分配器元件ll、凸模12和凹模13。环形本体10还具有用于供给聚合材料2的入口管15。入口管15 在形成于环形本体10中的进料管16处连接到环形本体10，在所示的 实施例中，进料管16沿着基本垂直于轴线X-X的方向延伸。在本身公知的方法中，例如通过未示出的管，入口管15和进料管 16与具有至少一个挤压机螺杆(其本身是传统的，所以未示出)的挤 压机桶(barrel)流体连通。分配器元件11包括一个管状体17，其外表面上具有至少一对分 配通道18,图1中只以虚线示出了其中一条。与环形本体IO相似，分配器元件11的管状体17具有一个相对于 纵轴线X-X同轴延伸的内腔19，适于接收沿着方向A前进的细长元 件3。在运行中，细长元件3的前进方向A优选地基本平行于挤压头1 的纵轴线X-X。挤压头1还包括环形输送通道20。所述输送通道的第一部分20' (即位于接近进料管16的输送通道部分)同轴地限定在环形本体10 的径向内表面和分配器元件11的管状体17的径向外表面之间。所述 输送通道的第二部分20"(即位于接近挤压头出口的输送通道部分) 限定在凸模12和凹模13之间。输送通道20用于输送要沉积在细长元件3外表面上的聚合材料 2。为了这个目的，输送通道20限定一个与纵轴线X-X同轴的基本为 环形且连续的通道。分配通道18形成在管状体17的外表面，每一通道都与进料管16 流体连通。在图l所示的实施例中，分配通道18具有曲线型，优选是螺旋型 的延伸线并相对于纵轴线X-X在径向相反两端延伸。每一分配通道18 执行将进入入口管15的聚合材料尽可能均匀地分配到输送通道20的 功能，以均匀制造所需的包覆层100。与环形本体IO和分配器元件11的管状体17相似，凸模12和凹
模13也具有内腔21，允许细长元件13从其通过，同时，在输送通道 20中流动的聚合材料2沉积在细长元件13的外表面。根据本发明，凹模13可滑动地与环形本体10相结合，以相对于 凸模12轴向移动。根据本发明，可相对于凸模12移动的凹模13的设置，使得输送 通道20的第二部分20"的横截面积在操作过程中可以根据聚合材料2 的挤压速度变化而改变。为此，挤压头1包括一个用于根据所述挤压速度变化而调整输送 通道20的第二部分20〃的横截面积的调整装置。具体地，所述调整装 置作用在凹模13上，根据挤压速度变化，相对于凸模12沿着纵轴线 X-X调整凹模13的位置。根据可选择的实施例(未示出)，通过提供一个作用在相对于静止 的凹模(即处于固定位置的凹模)沿纵轴移动的凸模上、用于调整输 送通道20的第二部分20"的横截面积的装置，也能达到相似的效果。在图1所示的实施例中，用于相对于凸模12沿着纵轴线X-X调 整凹模13的位置的调整装置，包括设置在凹模13和支撑元件23之间 的弹性元件22，该支撑元件23通过任何常规的固定方式(未示出) 至少部分地固定在环形本体10上。图1中所示的弹性元件22是弹簧。 支撑元件23容纳弹簧22，在其自由端具有通道24，使得包覆了聚合 材料2的细长元件3沿着方向A向前，并从挤压头l出来。弹性元件22的弹性常数K的值通过这样的方式计算，即无论所 述材料的挤压速度(流量)是多少，其刚性至少能部分地抵消由流经 输送通道20的聚合材料2施加到凹模13上的力，而所述的挤压速度 包括在所需的挤压速度变化范围内。参照上面揭述及图1中所示的挤压头的实施例，根据本发明的用 于通过在沿方向A向前穿过挤压头1的细长元件3上挤压沉积聚合材 料2而得到包覆层100的方法，包括以下步骤第一步，在将细长元件3输送到挤压头1的纵向腔19中之后，将 聚合材料2通过入口管15供给到挤压头的进料管16。使聚合材料2
通过分配通道18流入输送通道20。第二步，由聚合材料2施加在凹模13上的力至少部分地由弹簧 22所施加的弹力抵消，弹簧22使得能够调整输送通道20的第二部分 20"的横截面积。因此，根据本发明，通过根据所需的挤压速度(以及 所形成的流经输送通道20的聚合材料2的流量)的实际值调整凹才莫 13相对于凸模12的位置，输送通道20的第二部分20"的横截面积能 够自动地调节。因此，操作中，增大流经挤压头1的聚合材料2的流量是有利的， 例如为了增大挤出元件的生产率，同时保证压力、温度和留存期 (period of permanency )不对挤压头1产生机械损害，以及不发生聚 合材料的焦化或者过热。这一方面详细地显示在图5和6的曲线图中，其中，示出了根据 本发明的聚合材料的压力和温度变化分别作为流经挤压头的流量的函 数与具有不变几何结构的输送通道的传统挤压头的对比。参照图5所示的曲线图，示出了凹模13的沿着纵轴线X-X的三 个不同位置(Xn X2， X3)处的作为流量的函数的压力变化。详细地， 考虑到凹模沿着方向A轴向移动，即轴向远离凸模，位置&的值小 于位置X2的值，位置X2的值小于位置X3的值(即X^X^X3 )，使得 输送通道的第二部分20"的横截面积增大。对于凹模的每一位置来说，作为流量的函数的压力变化(即分别 由标记a、 b、 c表示的压力/流量曲线)，通过改变聚合材料的流量值 和通过压力传感器测量挤压头入口管处的相应压力值而得到。如果考 虑传统的挤压头(其具有不变几何结构的输送通道，即凹模和凸模不 能往复移动)，静止的凹模位于位置X"聚合材料的流量从Qi增大到 Q2，导致压力相应地从Pt增大到P2。实际上，由于凹模在位置Xt静 止，从Qi到Ch的唯一可能路径是沿着曲线a。相反地，在本发明的挤压头中，流量从Qi增大到Q2，导致凹模 的位置从&移动到X3，使得能在小于P2 (当沿着曲线a移动时，压 力值P2相应于流量值Ch，即传统挤压头中出现的压力)的压力值P'2
下获得流量Q2，因为，根据本发明，从Qi到Q2的路径是沿着曲线S。 曲线S的端值(extreme)用于计算弹性元件22的弹性常数K。相似地，参照图6所示的曲线图，示出了凹模13的沿着纵轴线 X-X的三个不同位置(Xn X2， X3)处的作为流量的函数的温度变化。 凹模沿着方向A轴向移动，即轴向远离凸模，使得输送通道的第二部 分20〃的横截面积增大。对于凹模的每一位置来说，作为流量的函数的温度变化(即分别 由标记d、 e、 f表示的温度/流量曲线)，通过改变聚合材料的流量值 和通过温度传感器测量挤压头入口管处的相应温度值而得到。如果考 虑传统的挤压头(其具有不变几何结构的输送通道，即凹模和凸模不 能相应移动)，静止的凹模位于位置X"聚合材料的流量从Qi增大到 Q2，导致温度相应地从1\增大到T2。实际上，由于凹模在位置&处 静止，从Qi到Q2的唯一可能路径是沿着曲线d。相反地，在本发明的挤压头中，流量从(^增大到Q2，导致凹模 的位置从Xi移到X3，使得能在小于T2 (当沿着曲线d移动时，温度 值T2相应于流量值Q2,即传统挤压头中出现的温度)的温度值T2 下获得流量Q2，因此，根据本发明，从Qi到Q2的路径是沿着曲线 S'。曲线S'的端值(extreme)用于计算弹性元件22的弹性常数K。这样，参照上述挤压头1的实施例，本发明能够增大流经挤压头 1的聚合材料2的流量，同时确保压力和温度值保持在可接受的范围 内，从而避免在挤压头内出现临界流动状态。另一方面，本发明能够有利地减小挤压头内的聚合材料的流量， 同时确保聚合材料的压力和温度值保持在各自可接受的范围内，从而 避免形成停滞区以及被挤压的材料的焦化或过热。这一方面显示在图7的曲线图中，其中，示出了凹模13的沿着纵 轴线X-X的三个不同位置(-Xn -X2， -X3)处的作为流量的函数的聚 合材料留存期。三个不同位置用负值表示，因为这种情况下，凹模相 对于凸模的移动与箭头A的方向相反；实际上，导致输送通道的第二 部分20"的横截面积减小。
对于凹模的每一位置来说，作为流量的函数的留存期的变化(即 分别由标记g、 h、 i表示的留存期/流量曲线)，通过改变聚合材料的 流量值和计算挤压头内的相应留存期而得到。如果考虑传统的挤压头 (其具有不变几何结构的输送通道，即凹模和凸模不能相应移动)，静止的凹模位于位置-X"聚合材料的流量从QJ咸小到Q2，导致留存期相应地从^增大到t2。但是，值t2非常接近临界值t焦化，2， t焦化，2 表示聚合材料发生焦化的留存期(其由曲线t焦化表示)。实际上，由于凹模在位置-Xi静止，从Qj'J Q2的唯一可能路径是沿着曲线g。相反地，在本发明的挤压头中，流量从Ch减小到Q2，导致凹模 的位置从-Xi移到-X3，使得能在小于t2 (当沿着曲线g移动时，留存期t2相应于流量值Q2，即传统挤压头中出现的留存期)的留存期t'2获得流量Ch，因此，根据本发明，从Ch到Q2的路径是沿着曲线S"。 曲线S"的端值(extreme )用于计算弹性元件22的弹性常数K。因此，根据本发明，留存期从12增大到t'2，后者小于t2，并远离临界值t焦化，2。在图2至4中，示出了根据本发明的挤压头的其它实施例。 与那些在前面参照附图l说明过的在结构上和/或功能上相同的挤 压头的元件，用相同的附图标记表示。图2至4所示的实施例与图1的不同在于，用于相对于凸模12 沿着纵轴线X-X调整凹模13的位置的调整装置，包括代替弹性元件 22的祠服装置32，其检测挤压速度的变化(以及聚合材料流量和压力 变化)，并根据检测到的变化，相对于凸模12沿着纵轴线X-X调整凹 模13的位置。特别地，在图2至4所示的实施例中，伺服装置32包括在入口管 15处结合到挤压头1的压力传感器33。伺服装置32还包括一个可操作地结合到传感器33的处理装置 34。该处理装置34根据由压力传感器33检测到的变化，计算凹模13 沿着纵轴线X-X的新位置。伺服装置32还包括一个用于将凹模13移动到计算出的新位置的 装置35，所述装置35可操作地结合到处理装置34。
在图2所示的实施例中，用于将凹模13移动到由处理装置34计 算出的新位置的装置35，包括液压致动器，所述液压致动器包括通过 连接管41相互连接的泵40和液压缸45。泵40可操作地结合到处理装置34，而液压缸45包括一个通过插 入一个曲轴齿轮47连接到凹模的杆46。根据该实施例，位置传感器48与液压缸45的杆46和处理装置 34相结合，以检测杆46的位置(该位置相应于凹模13的各个位置)， 并将相应的电信号传送到处理装置34，以使后者计算杆46的可能的 新位置。根据本发明的另一个实施例(未示出)，用气压致动器代替液压致 动器。具体地，泵40由压力流体的容器代替，液压缸45由气压缸代 替。图3示出了本发明的挤压头1的另一个实施例。与那些在前面参照附图l和2说明过的在结构上和/或功能上相同 的挤压头的元件，用相同的附图标记表示。图3所示的实施例与图2的不同在于，用于将凹模13移动到处理 装置34计算出的新位置的装置35包括一个线性致动器55。该线性致 动器55具有由处理器50操作和调节的驱动装置(未示出)。根据该实施例，位置传感器58与线性致动器55和处理装置34 相结合，以检测凹模13的位置，并将相应的电信号传送到处理装置 34，以使后者计算凹模13的任何可能的新位置。图4示出了本发明的挤压头1的另一个实施例。与那些在前面参照附图1、 2和3说明过的在结构上和/或功能上 相同的挤压头的元件，用相同的附图标记表示。图4所示的实施例与图2和3的不同在于，用于将凹模13移动到 处理装置34计算出的新位置的装置35包括一个齿轮机电装置，该齿 轮机电装置包括由电机66驱动并与凹模13耦合的齿轮机构65。与凹 模13耦合的齿轮机构65容纳在图1中示例和公开的类型的支撑元件 23中。该齿轮机电装置还包括一个处理器67，处理器67操作和调节
电机66。处理器67与电机66和处理装置34相结合。根据该实施例，位置传感器68与电机66和处理装置34相结合，以检测凹模13的位置，并将相应的电信号传送到处理装置34，以使后者计算凹模13的可能的新位置。参照上面描述及图2至4中所示的挤压头1的优选实施例，本发明的用于通过挤压在沿方向A向前穿过挤压头1的细长元件3上沉积聚合材料2的方法，包括以下步骤第一步，与上面参照图l所示的挤压头l进行描述的方法相似，在将细长元件3输送到挤压头1的纵向腔19中后，由一个或多个挤压机螺杆(其本身是公知的，图中未示出)将聚合材料2通过入口管15供给到挤压头的进料管16。使聚合材料2通过分配通道18流入输送通道20。第二步，压力传感器33检测-优选地以预定的频率-挤压头入口 管处的压力(所述压力值与流量值相互关联，而后者与挤压速度值相 关联)，并产生一个相应的电信号，电信号被传送到处理装置34。一旦检测到压力变化，在本发明的方法的第三步中，处理装置34 根据检测到的压力变化计算凹模13沿着纵轴线X-X的新位置，并将 相应的信号传送到致动器35，致动器35将凹模13移动到计算出的新 位置，这样调整输送通道20的第二部分20"的横截面积。如上所述， 由于该横截面积与流经挤压头的聚合材料的压力(以及流量)相关联， 调整该面积的可能性能够扩展挤压头的工作领域。换句话说，本发明 能够增大流经挤压头的聚合物材料的流量变化范围，同时确保其它工 艺参数(具体指温度和留存期)保持在可接受的范围内，以使临界流 动状态(聚合材料的焦化、过热、停滞以及挤压头的机械损害)基本 上不会出现。上文给出的有关图5、 6和7中的曲线图，也可用于图2至4所示 的实施例，唯一不同的是，凹模13从位置l&l移动到位置IX3l的曲线 S'和S"的端值用于计算致动器装置35的校准(calibration),而不是 图1中的弹性元件22的弹性常数。
权利要求
1.一种挤压聚合材料(2)的方法，所述方法包括以下步骤-将所述聚合材料供给到包括挤压头(1)的挤压装置，所述挤压头包括-凸模(12)；-凹模(13)，其相对于所述凸模(12)同轴设置；-输送通道(20)，其至少一部分(20″)限定在所述凸模和所述凹模之间；-根据所述聚合材料的挤压速度变化，通过相对于所述凸模往复移动所述凹模，调整输送通道的所述至少一部分的横截面积。
2. 根据权利要求l的方法，其特征在于所述调整输送通道的所 述至少一部分的横截面积的步骤，包括部分地抵消由输送通道中流动 的聚合材料施加到至少 一个模具上的力的步骤。
3. 根据权利要求2的方法，其特征在于所述的力是由聚合材料 施加到凹模上的。
4. 根据权利要求2的方法，其特征在于所述的力基本上平行于 挤压头的纵轴线(X-X)。
5. 根据权利要求2的方法，其特征在于所述部分地抵消施加到 至少一个模具上的力的步骤，通过作用在所述至少一个模具上的弹性 元件(22)来实施。
6. 根据权利要求2的方法，其特征在于所述部分地抵消施加到 至少一个模具上的力的步骤，通过致动器装置(45， 55， 65)来实施。
7. 根据权利要求5的方法，其特征在于所述弹性元件与能够轴 向移动的所述至少一个模具结合。
8. 根据权利要求6的方法，其特征在于所述致动器装置与能够 轴向移动的所述至少一个模具结合。
9. 根据权利要求l的方法，还包括挤压所述聚合材料的步骤。
10. 根据权利要求9的方法，还包括根据挤压步骤之后的工艺步骤的工作状态来选择所述聚合材料的挤压速度变化的步骤。
11. 根据权利要求l的方法，还包括以下步骤 -检测指示聚合材料流动状态的至少一个参数的变化，所述至少一个参数的变化与所述聚合材料的挤压速度变化相联系，以及-根据检测到的所述至少一个参数的变化，调整输送通道的所述至 少一部分的横截面积。
12. 根据权利要求ll的方法，其特征在于所述指示聚合材料流 动状态的至少一个参数是压力。
13. 根据权利要求12的方法，其特征在于所述压力在挤压头内 进行检测。
14. 根据权利要求ll的方法，其特征在于指示聚合材料流动状 态的所述至少一个参数以预定的频率进行检测。
15. 根据权利要求ll的方法，其特征在于指示聚合材料流动状 态的所述至少 一个参数连续地检测。
16. 根据权利要求ll的方法，其特征在于所述检测指示聚合材 料流动状态的至少一个参数的变化的步骤，包括产生一个表示所述变 化的信号的步骤。
17. 根据权利要求16的方法，其特征在于所述信号由作用在流 经挤压头的所述聚合材料上的传感器产生。
18. 根据权利要求l的方法，其特征在于调整步骤包括以下步骤-根据发生在第一位置的所述挤压速度的变化，计算出至少一个模 具的第二位置，以及-将所述至少 一个模具移动到所述第二位置。
19. 根据权利要求18的方法，其特征在于所述计算步骤包括计 算凹模的第二位置的步骤，所述移动步骤包括将凹模移动到所述第二 位置的步骤。
20. —种挤压聚合材料的装置，所述装置包括挤压头(1)，所述 挤压头包括-凸模(12);-凹模(13)，其相对于所述凸模同轴设置；-输送通道(20)，其至少一部分(20")限定在所述凸模和所述凹 模之间；以及-根据所述聚合材料的挤压速度变化，通过相对于所述凸模往复移 动所述凹模来调整所述输送通道的所述至少一部分的横截面积的装置 (22; 32)。
21. 根据权利要求20的装置，其特征在于凸模具有相对于挤压 头的纵轴线(X-X)同轴地延伸的内腔(21)。
22. 根据权利要求20的装置，其特征在于调整所述输送通道的 至少一部分(20")的横截面积的装置，包括作用在至少一个模具上的 弹性元件(22 )。
23. 根据权利要求22的装置，其特征在于所述弹性元件与凹模 结合。
24. 根据权利要求22的装置，其特征在于所述弹性元件是弹簧， 其弹性常数K根据挤压速度的变化范围选定。
25. 根据权利要求20的装置，其特征在于调整输送通道的至少 一部分(20")的横截面积的装置是一个伺服装置(32),其检测指示 聚合材料流动状态的至少一个参数的变化，并根据检测到的所述至少 一个参数的变化来调整所述横截面积。
26. 根据权利要求25的装置，其特征在于所述伺服装置包括作 用在所述聚合材料上并产生表示所述至少一个参数变化的信号的传感 器(33 )。
27. 根据权利要求26的装置，其特征在于所述传感器检测流经 挤压头的聚合材料的压力变化。
28. 根据权利要求25的装置，其特征在于所述伺服装置包括用 于计算至少一个模具的新位置的处理装置(34)。
29. 根据权利要求25的装置，其特征在于所述伺服装置包括用 于将所述至少一个模具移动到新位置的装置(35)。
30. 根据权利要求29的装置，其特征在于用于将所迷至少一个 模具移动到所述新位置的所述装置包括致动器装置(45, 55， 65)。
31. 根据权利要求30的装置，其特征在于所述致动器装置与所 述至少一个模具和位置传感器(48; 58; 68)相结合。
32. 根据权利要求30的装置，其特征在于所述致动器装置包括 液压系统(45 )。
33. 根据权利要求30的装置，其特征在于所述致动器装置包括 气压系统。
34. 根据权利要求30的装置，其特征在于所述致动器装置包括 齿轮机电装置(55)。
35. 根据权利要求30的装置，其特征在于所述致动器装置包括 线性致动器(65)。
36. —种制造轮胎的方法，所述方法包括以下步骤 -在支撑装置上形成原始轮胎； -模制所述原始轮胎；-硫化所述原始轮胎；其中，形成原始轮胎的步骤包括挤压至少一种橡胶材料的步骤， 所述挤压步骤包括以下步骤-将所述橡胶材料供给到包括挤压头(1)的挤压装置，所述挤压 头包括-凸模(12);-凹模(13)，其相对于所述凸模同轴设置； -输送通道(20)，其至少一部分(20")限定在所述凸模和所 迷凹4莫之间；-根据所述橡胶材料的挤压速度变化，通过相对于所述凸模往复移 动所述凹模，来调整输送通道的所述至少一部分的横截面积。
全文摘要
本发明涉及一种挤压聚合材料的方法。所述方法包括以下步骤a)将聚合材料供给到包括挤压头(1)的挤压装置，挤压头(1)包括凸模(12)；凹模(13)，其相对于所述凸模(12)同轴设置；输送通道(20)，其至少一部分限定在所述凸模(12)和所述凹模(13)之间；b)根据所述聚合材料的挤压速度变化，通过相对于所述凸模(12)往复移动所述凹模(13)，调整输送通道(20)的所述至少一部分的横截面积。本发明还涉及一种挤压装置以及一种利用所述挤压装置制造轮胎的方法。
文档编号B29C47/28GK101166617SQ200580049626
公开日2008年4月23日 申请日期2005年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者F·多里亚, S·泰斯蒂, T·蓬塔 申请人:倍耐力轮胎股份公司