短纤维径向取向增强胎面胶挤出成型装置的制作方法

本发明涉及短纤维径向取向增强胎面胶挤出成型装置，特别是针对于短纤维径向取向应用于再制造轮胎胎面的挤出成型装置。

背景技术：

随着汽车工业的飞速发展，我国的废旧轮胎年产量也是全球最多。废旧轮胎作为固体废弃物，是一种“黑色污染”，如何清洁并高值化循环利用废旧轮胎成为一项重大问题，当前，对废旧轮胎进行循环利用主要有轮胎翻新、生产胶粉、生产再生胶、废轮胎裂解等途径。其中，轮胎翻新是废旧轮胎循环利用的首选方式，具有最环保、最节省资源等优点，已成为发达国家通常采用的废旧轮胎循环利用方式。通常每翻新一次，轮胎即可获得相当于新胎60％～90％的使用寿命，耐磨、安全等性能也不影响其正常使用。在原材料和能源消耗方面，翻新轮胎分别为制造同规格新胎的15％～30％和20％～30％，而价格却仅为20％～50％，经过大量的研究表明，短纤维增强橡胶复合材料是制备高性能翻新轮胎的理想材料之一。胶料中加入短纤维，并且使短纤维在胶料中适当取向，可使轮胎的滚动阻力明显降低，据报道，对于轿车胎，滚动阻力降低5％～7％，可节省燃料1％；对于载重胎，滚动阻力降低2％～4％，可节省燃料1％。而在轮胎的各部件中，胎面产生的滚动阻力占据了总滚动阻力的49％。因此，有效降低胎面的滚动阻力，将对节约能源、减少排放产生重要的影响，这对石油资源日益匮乏的我国来说具有非常重大的意义；胎面的抗撕裂性、耐磨性、抗崩花掉块性能提高，可使轮胎轻量化，并且还可使行驶噪音降低，提高了乘坐的舒适性，从而满足广大人民的消费需求以及符合国家节能、减排、环保的生产要求。

CN101352927A公开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。

CN101337435A公开一种短纤维增强橡胶复合材料径向取向挤出成型装置，其法兰正面上制有八个螺纹孔，用八根双头螺杆和螺母将法兰与过渡段、阻坝支撑板、定型板、机头压板按顺序依次联接在一起，法兰正上方装有溢胶阀，正下方钻一螺纹孔以安装压力传感器；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，阻坝调节螺栓控制阻坝间隙；定型板中间放置一对定型调节块来调节定型间隙，定型调节块夹在阻坝支撑板与机头压板之间并由螺钉将其固定。

CN102431145A公开一种轮胎胎面胶中短纤维径向取向成型装置，由机头压力调整螺栓、机头压力调整阀和滤胶板组成机头入口段，由取向间隙调节块、取向间隙调整螺钉、分流型块和取向间隙支撑板组成径向取向段，由定型间隙调整块、定型间隙调整螺钉和定型间隙支撑板组成定型段；法兰盘上均匀布置八个通孔，分别用八个螺栓将法兰盘与挤出机机身固连，机头入口段与法兰盘相连并用加强筋板固定，在机头入口段内制有加热冷却水循环通道，其入口端制有虑胶板，机头压力调节阀分别与机头压力调节螺栓和机头入口段相联。

在上述发明专利中短纤维径向取向的方法及原理都是利用橡胶挤出膨胀的特性，使胎面胶中的短纤维在胶料膨胀过程中沿着膨胀方向发生翻滚，呈现出倾斜的趋势，最终使短纤维径向取向，但是现有技术中没有公开取向段内连续阻坝为镜像对称不等高双波峰波浪结构时特定比例下短纤维胶料的压缩能，即胶料中短纤维在经过特定的尺寸和比例下的波峰和波谷，其挤出膨胀能力的强弱。

技术实现要素：

为了改变现有技术中上述问题，本发明提供了短纤维径向取向增强胎面胶挤出成型装置，包括连接在一起的入口段、过渡段、取向段及口模板，入口段设置一沿挤出方向梳理短纤维的滤板，取向段内设置连续阻坝结构，使得胶料中的短纤维随着胶料的压缩膨胀发生翻转，在口模段胶料得以定型，最终短纤维以径向方向即垂直于挤出方向在橡胶基体中取向。

优选的是：连续阻坝结构为镜面对称的不等高双波峰波浪结构，2段阻坝第一段长为30mm，第二段长为25mm，每段阻坝峰值逐级减小，镜像对称的两个峰值之间的最大距离分别为50mm和40mm，谷值逐级增大，镜像对称的两个谷值之间的最大距离分别为30mm、20mm和10mm，口模设置在中间的胶料出口方向，取向段的流道由镜面对称的连续阻坝结构形成，连续阻坝调节块外侧通过压板连接调节柱一端，调节柱另一端通过螺纹连接中间板，中间板、口模板和过渡段的固定板通过螺柱连接。

优选的是：入口段为一法兰，所述法兰中心位置为胶料入口，胶料入口通过滤板与过渡段的流道相通，滤板为一带孔板，孔径小于短纤维长度，大于短纤维粒径，优选1.0-3.6mm。

优选的是：入口段的流道逐渐收缩，入口段上方设置连通流道的溢胶装置，溢胶装置包括溢胶阀和与之配合的调节螺栓。

优选的是：过渡段包括固定板和由固定板内侧形成的流道，固定板外侧装有温度传感器和压力传感器。

本发明与现有技术相比具有以下优点：一是可以在现有的再制造轮胎胎面成型装备中实现纤维的径向取向过程，不改变成熟的再制造轮胎胎面成型工艺；二是发明装置体积小、结构简单、对操作人员技术水平要求较低，从而保证挤出胎面胶料的质量稳定性好；三是取向过程简单可行，利用短纤维悬浮体流变学分析，使橡胶在流动过程中收到速度梯度为负的拉伸流场作用使纤维沿径向取向，利用胶料在经过连续阻坝为镜像对称不等高双波峰波浪结构时特定比例下短纤维胶料的压缩能，即胶料中短纤维在经过特定的尺寸和比例下的波峰和波谷时增强其挤出膨胀能力，并利用最佳机头尺寸使短纤维更好地径向取向。

附图说明

图1为本发明的主剖视图；

图2为本发明的结构原理示意图；

图3为本发明的装置镜像对称的波峰波谷不同尺寸比例下混炼胶料平行于挤出方向横截面的电镜图片,镜像对称的两个谷值之间的距离分别为30mm、20mm和10mm时，a，b,c分别为镜像对称的两个峰值之间距离分别为50mm和40mm，50mm和30mm，50mm和50mm，40mm和50mm时的电镜图片；

1滤板、2法兰、3溢胶阀调节螺栓、4溢胶阀、5温度传感器、6调节柱、7连续阻坝调节块、8口模板、9螺母、10螺柱、11垫片、12口模、13压板、14中间板、15固定板、16压力传感器、17流道板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了短纤维径向取向增强胎面胶挤出成型装置，包括连接在一起的入口段、过渡段、取向段及口模板8，入口段设置一沿挤出方向梳理短纤维的滤板1，取向段内设置连续阻坝结构7，使得胶料中的短纤维随着胶料的压缩膨胀发生翻转，在口模段胶料得以定型，最终短纤维以径向方向即垂直于挤出方向在橡胶基体中取向。

连续阻坝结构为镜面对称不等高双波峰波浪结构，2段阻坝第一段长为30mm，第二段长为25mm，每段阻坝峰值逐级减小，镜像对称的两个峰值之间的最大距离分别为50mm和40mm，谷值逐级增大，镜像对称的两个谷值之间的最大距离分别为30mm、20mm和10mm，口模设置在中间的胶料出口方向，取向段的流道由镜面对称的连续阻坝结构形成，连续阻坝调节块外侧通过压板连接调节柱6一端，调节柱6另一端通过螺纹连接中间板14，中间板14、口模板8和过渡段的固定板15通过螺柱连接，如图3所示，由发明的装置镜像对称的波峰波谷不同尺寸比例下混炼胶料平行于挤出方向横截面的电镜图片可以看出，此距离最大不等高双波峰波浪结构比例下，短纤维挤出膨胀能力最大，挤出胶条短纤维径向取向程度最高。

入口段为一法兰2，所述法兰2中心位置为胶料入口，胶料入口通过滤板1与过渡段的流道相通，滤板1为一带孔板，孔径小于短纤维长度，大于短纤维粒径，优选1.0-3.6mm。

入口段的流道逐渐收缩，入口段上方设置连通流道的溢胶装置，溢胶装置包括溢胶阀4和与之配合的调节螺栓3。

过渡段包括固定板15和由固定板15内侧形成的流道，固定板15外侧装有温度传感器5和压力传感器16。

本实例的短纤维径向取向增强胎面胶挤出成型装置取向部件主要由滤板1、连续阻坝取向板8及调节部分组成，本装置的连接关系为法兰2前端与挤出机机头靠螺栓连接，后端与流道板17焊接在一起，流道板17上方有溢胶阀4及溢胶阀调节螺栓3，调节取向机头内的压力，压力过大时通过调节溢胶阀调节螺栓3来降低取向装置内的压力，温度传感器5、压力传感器16固定于固定板15上，对取向装置内的温度和压力进行实时监测，胶料流经连续阻坝取向板8后短纤维随胶料运动到波谷时势能增大，随后经过波峰段获得更大的拉伸应力，使短纤维流经多级阻坝后在剪切和拉伸流场的作用下翻转程度进一步加大，实现再制造轮胎胎面胶中纤维取向的成型过程。流道板另一侧有6个螺纹孔，与螺柱10连接，螺柱依次固定固定板15、中间板14、口模板8最后由螺母9固定。口模12固定在口模板上。同时流道板17和口模板8开有冷却水孔，在外接温控装置下实现取向装置的温度控制。调节部分的工作原理为：调节柱6与中间板14为螺纹连接，通过螺纹连接可以实现调节柱的上下运动，而调节柱6与连续阻坝调节块7之间是靠压板13实现连接，因此将螺纹的周向运动转换成连续阻坝调节块7的上下运动。

如图2所示，本发明装置取向原理：胶经料入口段带孔滤板，滤版孔径小于短纤维长度，大于短纤维粒径，使得短纤维沿着挤出方向取向，流入到取向段后，短纤维随胶料运动到波谷段势能增大，以便在经过波峰段时获得更大的拉伸应力，由于连续阻坝结构阻坝波峰逐级减小、谷值逐级增大，使短纤维流经多级阻坝后在剪切和拉伸流场的作用下翻转程度进一步加大，挤出口模，实现短纤维的径向取向。需要说明的是，该装置与的冷喂料销钉挤出机配套。

本发明纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型的具体步骤是先将含有短纤维的再制造轮胎胎面胶加入到挤出机中通过螺杆进行挤出塑化，在挤出机机筒内的螺杆末端，经过挤出加工后的再制造轮胎胎面胶被挤入滤板，实现短纤维在胶料中的轴向取向；胶料在挤出压力流经逐渐间隙缩小的连续阻坝，可以保证胶料的充分流动的同时，增大橡胶的势能，使短纤维流经多级阻坝后在剪切和拉伸流场的作用下翻转程度进一步加大，从而实现短纤维径向取向，经实验证明，在本发明的比例和尺寸条件下，其径向取向程度最高。

该短纤维径向取向增强再制造轮胎胎面挤出成型装置的挤出工艺流程如下：

1、将含有短纤维的再制造轮胎胎面胶加入冷喂料挤出机内，挤出机为XJW60-200，螺杆转速设置为15转/分钟，通过螺杆的旋转与剪切，实现再制造轮胎胎面胶料的挤出加工成型；

2、再制造轮胎胎面胶料经过螺杆的输送后进入发明装置，胶料通过一个一定孔径的滤板1，将短纤维捋直；

3、通过调节溢胶阀螺栓3调节机头内压力，使压力维持在3-10MPa，以保证胶料质量及设备的正常安全工作；

4、然后胎面胶料经过渡段到达取向段，连续阻坝调节块7的连续阻坝结构可以保证充分的胶料流动，胶料经连续阻坝调节块7后胶料经过压缩、挤出胀大，短纤维径向经口模12挤出机头；

以上实施方案仅用于说明而非限制本发明的技术方案，不脱离本发明精神的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。