专利名称：短纤维增强橡胶复合材料径向取向挤出成型方法
技术领域：
本发明涉及一种短纤维增强橡胶复合材料径向取向挤出成型方 法，特别是一种短纤维增强橡胶连续挤出成型且在挤出过程中实现短 纤维在胶料中径向取向挤出成型的方法。
背景技术：
短纤维-橡胶复合材料是制备高性能轮胎理想的材料之一。研究 发现，胶料中加入短纤维，可使轮胎的滚动阻力、抗湿滑性和滞后损 失明显降低，胎面抗撕裂性、抗崩花掉块性提高，可以实现轮胎的轻 量化并使行驶噪音降低。如果短纤维在胶料中径向取向，更能提高轮 胎的整体刚性，使汽车的平衡操纵性、乘坐舒适性及轮胎耐磨性均得 以提高。如何使短纤维沿径向取向，国内外许多研究者进行了广泛的 研究，目前主要解决的方法有 一是先采用普通机头挤出的短纤维沿 周向取向的胶料，冲切成胎面断面形状，再一块块拼接到所需的胎面 长度，这种方法效率非常低下，只适用于实验研究，目前还无法应用
到实际生产中；二是采取改变机头和口型结构的方法直接挤出短纤维
径向取向的胶筒，再纵向剖开，然后沿挤出方向按部件要求的宽度进 行裁切，该方法虽然在挤出短纤维径向取向胶管上有应用，但该方法 要用到轮胎生产上，却存在着很多困难。因为轮胎胎面是一个有一定 形状和规格的产品，若挤出胶筒，必须进行二次剖开和再裁切拼接， 操作繁琐，生产效率低，还会影响轮胎成型工艺。如果直接挤出胎面， 其口型尺寸必须和轮胎的外直径相当，口型庞大，挤出机的规格巨大， 给机械制造带来很大困难，几乎难以实现，另外，对复合胎面的生产 更不可能实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求提供一种新 型挤出成型方法，在短纤维增强橡胶复合材料挤出过程中，实现短纤
维在胶料中径向取向。
为了实现上述目的，本发明短纤维增强橡胶复合材料径向取向挤 出成型的具体步骤是先将含有短纤维的橡胶熔融体加入到挤出机中
通过螺杆进行挤出加工；在挤出机筒内的螺杆末端，经过挤出加工后 的橡胶被挤入挤出机头的轴向取向流道，利用短纤维随胶料流动方向 取向，在机头的轴向取向流道内实现短纤维轴向方向取向；然后将经 过轴向取向后的胶料在挤出压力作用下通过由收縮流道的厚度而形 成的阻坝，利用橡胶挤出膨胀的特点，胶料中的短纤维在胶料通过阻 坝后迅速膨胀的过程中发生翻滚，呈现出倾斜的趋势；最后将膨胀后 的胶料沿流道继续流动，胶料在流道的中间和边缘部分由于存在速度 梯度，使短纤维倾斜程度加剧，短纤维径向取向的程度增大，经过流 动一段距离并在被机头挤出之前，短纤维在胶料中实现径向取向。
本发明所使用的机头装置主体由法兰、流道板、阻坝支撑板、定 型板和机头压板所组成，机头的入口端设计为锥形结构，中间部分为 矩形截面结构，出口端通过縮小流道厚度形成坝状结构；法兰与流道 板相联，流道板与阻坝支撑板相联，阻坝支撑板与定型板相联，定型 板与机头压板相联；法兰的正面上制有八个不同位置对称分布的螺纹 孔，用八根双头螺杆将法兰与流道板、阻坝支撑板、定型板、机头压 板按顺序依次联接在一起，双头螺杆另一端用螺母固定；法兰的边缘 上制有八个孔，通过螺栓连接将法兰与挤出机固定连接，法兰入口端 放置滤胶板，法兰前端正上方设有一个溢胶阀并与溢胶调节螺栓相 联，溢胶阀侧面制有溢胶孔，当机头压力过大时溢胶孔溢胶降压，溢 胶孔的开关通过溢胶调节螺栓控制；法兰内部制有加热水通道，进、 出两个加热水孔位于法兰前端右侧；阻坝支撑板中间放置一对阻坝调 节块，阻坝调节螺栓一端与阻坝调节块固定，另一端通过螺纹连接与 阻坝支撑板相联，通过阻坝调节螺栓可以控制阻坝间隙厚度；定型板 中间放置一对定型调节块来调节定型间隙厚度，定型调节块夹在阻坝 支撑板与机头压板之间，通过机头压板正面的一对对称放置的螺钉将 其固定；机头压板内部制有加热水通道，进、出两个加热水孔位于机
头压板右侧；机头压板与法兰、法兰的出水口与机头压板的进水口通 过高温高压水管相联，实现热水的循环流动对机头进行加热。
本发明与现有技术相比具有以下优点 一是可应用于各种通用的 橡胶挤出机上，应用范围广泛；二是可实现短纤维-橡胶复合材料连 续挤出成型，并使制品均匀、密实；三是可实现短纤维-橡胶复合材 料的挤出成型过程中短纤维在胶料中的径向取向；四是所使用的装置 体积小、结构简单、流道顺畅、易于操作，对于操作人员的技术水平 要求较低，产品质量提高，产品的生产成本低。
图1为本发明所使用装置的主视剖面装配结构原理示意图。
图2为本发明所用装置的俯视剖面装配结构原理示意图。
具体实施例方式
下面通过实施例并结合附图作进一步说明。 实施例
本实施例的挤出成型径向取向的具体步骤如下
a) 将含有短纤维的混炼胶加入冷喂料挤出机内，选取挤出机为 XJW60-200，其螺杆转速在15-60转/分钟之间，通过螺杆的旋转与剪
切作用进行挤出加工成型，适用不同橡胶制品的要求；
b) 橡胶经过螺杆输送加压后进入挤出机机头，在机头的轴向取 向流道内进行第一次取向，在此过程中主要是利用短纤维随胶料流动 的特性进行取向，实现在轴向取向流道内短纤维可以大部分发生取 向，这一段的机头压力在2-6Mpa之间，压力可通过溢胶阀调节；流 道的长度可通过拆装式流道板调节，在10-50mm之间，以适用不同长 度的短纤维的取向；流道的高度和宽度也可通过更换不同的流道板调 节，适用产品不同宽度和高度的要求；
c) 经过轴向取向后，胶料通过由收縮流道体的厚度而形成的阻 坝，胶料经过阻坝的小间隙后，进入间隙相对较大的定型区域，这时 的胶料有了与挤出方向相垂直，也就是径向方向的速度分量，且速度 分量的大小可以通过调节机头的压力、流量和阻坝的间隙、长度和收縮角来调节，从而调节短纤维的径向取向程度和角度，机头压力在
2-5Mpa之间，阻坝间隙在3-15mm之间，长度在2-20mm之间，收縮 角在45° -75° ;
d)进入定型区域后，胶料在流道的中间和边缘部分由于具有速 度梯度，使短纤维取向程度进一步增大，经过一段定型的距离后，胶 料的高度趋于稳定，胶料被挤出口型，短纤维在成型产品中实现径向 取向，定型区域的长度在10-40腿之间，高度在5-30mm之间，可根
据不同橡胶制品的要求来调节。
本实施例所使用的装置主体结构包括机头压板1、定型板2、阻 坝支撑板3、流道板4、溢胶阀5、溢胶调节螺栓6、法兰7、滤胶 板8、阻坝调节螺栓9、阻坝调节块10、定型调节块il和高温高压 水管12。
本实施例的短纤维增强橡胶复合材料径向取向挤出成型方法所 使用的机头主要由法兰7、流道板4、阻坝支撑板3、定型板2和机
头压板1组合而成；法兰7的正面上制有八个不同位置对称分布的螺 纹孔，用八根双头螺杆将法兰7与流道板4、阻坝支撑板3、定型板 2、机头压板1按顺序依次联接在一起，双头螺杆另一端用螺母固定； 法兰7正上方位置安装有溢胶阀5，法兰7正下方钻一螺纹孔，以备 用来安装压力传感器；阻坝支撑板3中间放置一对阻坝调节块10，阻 坝调节螺栓9 一端与阻坝调节块10固定，另一端通过螺纹连接与阻 坝支撑板3相联，通过阻坝调节螺栓9可以控制阻坝间隙厚度；定型 板2中间放置一对定型调节块11来调节定型间隙厚度，定型调节块 11夹在阻坝支撑板3与机头压板1之间，通过机头压板1正面的一 对对称放置的螺钉将其固定。、
本实施例的结果经测定完全符合发明目的的要求，各项指标均优 于现有技术产品。
权利要求
1.一种短纤维增强橡胶复合材料径向取向挤出成型方法，其特征在于先将含有短纤维的橡胶熔融体加入到挤出机中通过螺杆进行挤出加工；在挤出机筒内的螺杆末端，经过挤出加工后的橡胶被挤入挤出机头的轴向取向流道，利用短纤维随胶料流动方向取向，在机头的轴向取向流道内实现短纤维轴向方向取向；然后将经过轴向取向后的胶料在挤出压力作用下通过由收缩流道的厚度而形成的阻坝，利用橡胶挤出膨胀的特点，胶料中的短纤维在胶料通过阻坝后迅速膨胀的过程中发生翻滚，呈现出倾斜趋势；最后将膨胀后的胶料沿流道继续流动，胶料在流道的中间和边缘部分由于存在速度梯度，使短纤维倾斜程度加剧，短纤维径向取向的程度增大，经过流动一段距离并在被机头挤出之前，短纤维在胶料中实现径向取向。
2. 根据权利要求1所述的短纤维增强橡胶复合材料径向取向挤 出成型方法，其特征在于挤出机螺杆转速为15-60转/分钟；机头压 力为2-6Mpa;流道长度为10-50mm;阻坝间隙为3_15腿，长度为 2-20腿；收縮角为45。 -75° 。
全文摘要
本发明涉及一种短纤维增强橡胶复合材料径向取向挤出成型方法，先将含有短纤维的橡胶熔融体在挤出机中进行挤出加工；在挤出机筒内的螺杆末端，橡胶被挤入轴向取向流道，利用胶料流动方向取向，在机头的轴向取向流道内实现短纤维轴向方向取向；经过轴向取向后的胶料在挤出压力作用下通过由收缩流道的厚度而形成的阻坝，利用橡胶挤出膨胀的特点，胶料中的短纤维在胶料通过阻坝后迅速膨胀的过程中发生翻滚而倾斜；膨胀后的胶料沿流道继续流动，在流道的中间和边缘部分因速度梯度使倾斜加剧，短纤维径向取向增大，并进而实现径向取向，本发明工艺步骤简单易控，应用范围广，产品径向取向质量好，成本低。
文档编号B29K21/00GK101352927SQ200810140160
公开日2009年1月28日 申请日期2008年8月17日 优先权日2008年8月17日
发明者刘彩军, 吴明生, 曾宪奎, 利 李, 汪传生 申请人:青岛科技大学