CN102431145A - 一种轮胎胎面胶中短纤维径向取向成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于橡胶产品制备技术领域，涉及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、机头压力调整阀和虑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；其体积小，结构简单，更换部件方便，成本低，效率高，产品质量好，易于操作。

Description

一种轮胎胎面胶中短纤维径向取向成型装置

技术领域：

本发明属于橡胶产品制备技术领域，涉及一种使轮胎胎面胶中短纤维径向取向成型装置，特别是一种在轮胎胎面胶中加入短纤维且在胎面胶挤出成型过程中实现胶料中短纤维径向取向的连续挤出成型装置。

背景技术：

利用短纤维增强轮胎胎面胶性能是制备高性能轮胎的理想的材料和技术手段。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，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和采用的装置有：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，这种方法效率低下，只适用于实验研究，至今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装置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，该方法和装置虽然在挤出短纤维径向取向胶管上有应用，但该方法和装置要用到轮胎生产上，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。综上所述，现有的设备装置存在结构复杂，生产工艺过程繁琐，整机设备成本高，其生产的产品质量难以达到理想的物理和化学性能等突出缺点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有挤出设备和技术存在的缺点，寻求设计一种新型的短纤维径向取向成型装置，实现利用短纤维增强轮胎胎面胶中的短纤维径向取向的连续挤出成型，并制备成一种可以在工业生产中应用的设备装置。

为了实现上述目的，本发明的整体结构包括机头压板、定型间隙调节块、定型间隙调节螺栓、取向间隙调节块、取向间隙调节螺栓、过渡流道段、压力传感器、机头入口段、机头压力调节螺栓、机头压力调节阀、法兰盘、纤维状态调节板、温度传感器、分流型块、取向间隙支撑板、定型间隙支撑板、下定型流道、上定型流道、双头螺柱、螺母、加强筋板、上出料口、下出料口和高温高压水管；由机头压力调节螺栓、机头压力调节阀和纤维状态调节板组成机头入口段，由取向间隙调节块、取向间隙调节螺栓、分流型块和取向间隙支撑板组成径向取向段，由定型间隙调节块、定型间隙调节螺栓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，其入口端制有纤维状态调节板，用于调节胎面胶胶料中短纤维的状态，使之平行于胶料的流动方向；在机头入口段的上方，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，当机头压力过大时，旋转机头压力调节螺栓使机头压力调节阀流道打开，溢胶，从而泄压；当机头压力较小时，旋转机头压力调节螺栓使机头压力调节阀流道关闭，提高机头压力；在机头入口段的正面制有八个螺纹孔，分别用八个双头螺柱将过渡流道段、径向取向段、定型段、机头压板按顺序依次固连，并用螺母固定；过渡流道段上安装有压力传感器和温度传感器，对挤出过程的压力和温度实施实时监测；径向取向段的中心位置处制有分流型块，使胶料分别进入上下两个取向间隙，加强胶料中间层短纤维的取向，取向间隙通过取向间隙调节螺栓调节取向间隙调节块与取向间隙支撑板的相对位置进而调节取向间隙；定型段流道与径向取向段相对应，定型段流道上制有上、下定型流道，下定型流道和上定型流道的结构尺寸不同，以满足同时生产不同尺寸规格半成品的需要，或相同以提高生产效率，定型间隙由定型间隙调节螺栓调节定型间隙调节块与定型间隙支撑板的相对位置进而调节定型间隙，定型间隙和取向间隙的调节需要同步进行；机头压板内制有加热冷却水循环通道，上出料口和下出料口与定型段流道相对应，结构相同或不同；高压加热冷却水从机头压板的下端进入，从机头入口段的上段流出，用高温高压水管将机头压板和机头入口段相连通，使加热冷却水在成型装置内呈S型循环流动，并对成型装置进行加热或冷却。

本发明装置实现增强轮胎胎面胶中的短纤维径向取向挤出成型的具体步骤是先将含有短纤维的轮胎胎面混炼胶加入到挤出机中进行挤出加工，经过挤出加工的胎面胶通过机筒末端进入机头到成型装置中，通过纤维状态调节板调节胎面胶中的短纤维的状态，使之平行于胶料的流动方向并进入到机头入口段，在机头入口段和过渡流道段利用胶料的流动实现短纤维沿着胶料的流动方向取向即轴向取向；然后，经过轴向取向的含短纤维的胎面胶在挤出压力的作用下经过由流道收敛和扩张以及分流型块形成的上下两个取向间隙，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，分流型块弥补了流道中胶料过厚导致中间层的短纤维不能完全翻滚倾斜的缺陷；最后在定型段膨胀后的胶料沿着上下两个定型流道继续流动，由于胶料流动过程中的中间和边缘部分存在速度梯度，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，并在被挤出之前，短纤维在胎面胶中实现径向取向。

本发明装置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；二是可实现含短纤维的轮胎胎面胶中短纤维径向取向的连续挤出成型；三是分流型块结构改变了流道内的流场结构，弥补了流道中间层短纤维取向不均匀的缺陷；四是定型段有上下两个定型流道，其结构尺寸可以不同，因而可同时实现不同尺寸规格的半成品挤出；五是装置自动化程度高，可实时监测挤出成型过程中的挤出压力和挤出温度，进而可有效地调节挤出的各种挤出参数及挤出工艺；六是其整体装置体积小，结构简单，拆卸更换部件方便，生产成本低，效率高，产品质量好，易于操作，对于操作人员的技术水平要求较低。

附图说明：

图1为本发明的主视剖面结构原理示意图。

图2为本发明的左视结构原理示意图。

图3为本发明的A-A方向的剖视结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

本实施例的整体结构包括机头压板1、定型间隙调节块2、定型间隙调节螺栓3、取向间隙调节块4、取向间隙调节螺栓5、过渡流道段6、压力传感器7、机头入口段8、机头压力调节螺栓9、机头压力调节阀10、法兰盘11、纤维状态调节板12、温度传感器13、分流型块14、取向间隙支撑板15、定型间隙支撑板16、下定型流道17、上定型流道18、双头螺柱19、螺母20、加强筋板21、上出料口22、下出料口23和高温高压水管24；包括法兰盘11，由机头压力调整螺栓9、机头压力调节阀10和纤维状态调节板12组成的机头入口段8，过渡流道段6，由取向间隙调节块4、取向间隙调节螺栓5、分流型块14和取向间隙支撑板15组成的径向取向段，由定型间隙调节块2、定型间隙调节螺栓3和定型间隙支撑板16组成的定型段，机头压板11和高温高压水管24七个功能部分；法兰盘11上均匀布置八个通孔，用八个螺栓将其与挤出机机身固连，机头入口段8与法兰盘11相连并用加强筋板21固定，在机头入口段8内制有加热冷却水循环通道，其入口端制有纤维状态调节板12，用于调节胎面胶胶料中短纤维的状态，使之平行于胶料的流动方向；在机头入口段8的上方，机头压力调节阀10分别与机头压力调节螺栓9和机头入口段8相联，当机头压力过大时，旋转机头压力调节螺栓9使机头压力调节阀10流道打开，溢胶，从而泄压；当机头压力较小时，旋转机头压力调节螺栓9使机头压力调节阀10流道关闭，提高机头压力；在机头入口段8的正面制有八个螺纹孔，分别用八个双头螺柱19将过渡流道段6、径向取向段、定型段、机头压板1按顺序依次固连，并用螺母20固定；过渡流道段6上安装有压力传感器7和温度传感器13，对挤出过程的压力和温度实施实时监测；径向取向段的中心位置处制有分流型块14，使胶料分别进入上下两个取向间隙，加强胶料中间层短纤维的取向，取向间隙通过取向间隙调节螺栓5调节取向间隙调节块4与取向间隙支撑板15的相对位置进而调节取向间隙；定型段流道与径向取向段相对应，定型段流道上制有上、下定型流道18、17，下定型流道17和上定型流道18的结构尺寸不同，以满足同时生产不同尺寸规格半成品的需要，或相同以提高生产效率，定型间隙由定型间隙调节螺栓3调节定型间隙调节块2与定型间隙支撑板16的相对位置进而调节定型间隙，定型间隙和取向间隙的调整需要同步进行；机头压板1内制有加热冷却水循环通道，上出料口22和下出料口23与定型段流道相对应，结构相同或不同；高压加热冷却水从机头压板1的下端进入，从机头入口段8的上段流出，用高温高压水管24将机头压板1和机头入口段8相连通，使加热冷却水在成型装置内呈S型循环流动，并对成型装置进行加热或冷却。

本实施例实现增强轮胎胎面胶中短纤维径向取向的具体步骤如下：

1)该发明装置适用于各种不同类型规格的橡胶挤出机，以XJW60-200型销钉冷喂料挤出机为例，将混炼均匀的含有短纤维的胎面胶混炼胶加入到挤出机中，螺杆转速为15～60rpm，利用螺杆的旋转以及螺杆表面与机筒内壁、销钉之间的剪切作用对胶料进行挤出加工，适用不同配方、不同工艺的橡胶制品的加工；

2)含短纤维的胎面胶经过挤出机的螺杆推进压出后，在挤出段内先经过机头入口段8的纤维状态调节板12，使胶料中的短纤维的方向平行于胶料的流动方向，然后在机头入口段8和过渡流道段6内利用短纤维随胶料流道方向取向的特性实现短纤维的轴向取向，过渡流道段6内的机头压力为2～6MPa，通过机头压力调节螺栓9调节机头压力为3～5MPa，过渡流道的长度调节通过更换过渡流道段6实现，长度为15～55mm，以满足不同配方、不同挤出工艺、挤出参数的加工要求；

3)胎面胶的短纤维经过轴向取向后，由径向取向段中心的分流型块14将胶料分流到上下两个由流道收缩和扩张形成的取向间隙，利用橡胶挤出膨胀的特性，使胶料在受压膨胀后，其中的短纤维随着胶料的膨胀方向发生流动，流动方向与轴向流动方向垂直，即径向方向，其流动速度通过取向间隙、机头压力、分流型块的收敛角和扩张角调节，进而调整短纤维的径向取向程度，取向间隙为5～10mm，机头压力为3～5MPa，分流型块收敛角为45°～90°，扩张角为105°～150°，从而满足不同长度短纤维的取向；

4)经过径向取向段后，胶料进入到定型段，在定型段的流道内，由于挤出压力和摩擦力作用导致胶料在流道中间和边缘部分存在速度梯度，使短纤维的径向取向程度进一步增大，定型段流道分为上下两个定型流道，其结构尺寸相同或不同，以满足同时生产不同规格尺寸的半成品的需要，经过定型段后，胶料的形状尺寸趋于稳定，通过机头压板1的出料口被挤出，实现短纤维在胎面胶胶料中的径向取向，定型段流道长度为15～45mm，高度为10～25mm，宽度为20～60mm，满足不同橡胶制品的挤出成型需要。

Claims (2)

1.一种轮胎胎面胶中短纤维径向取向成型装置，包括机头压板、定型间隙调节块、定型间隙调节螺钉、取向间隙调节块、取向间隙调节螺钉、过渡流道段、压力传感器、机头入口段、机头压力调节螺栓、机头压力调节阀、法兰盘、纤维状态调节板、温度传感器、分流型块、取向间隙支撑板、定型间隙支撑板、下定型流道、上定型流道、双头螺柱、螺母、加强筋板、上出料口、下出料口和高温高压水管，其特征在于由机头压力调整螺栓、机头压力调整阀和纤维状态调节板组成机头入口段，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，其入口端制有纤维状态调节板，用于调节胎面胶胶料中短纤维的状态，使短纤维平行于胶料的流动方向；在机头入口段的上方，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，旋转机头压力调节螺栓能够使机头压力调节阀流道打开，溢胶，从而泄压；旋转机头压力调节螺栓也能够使机头压力调节阀流道关闭，提高机头压力；在机头入口段的正面制有八个螺纹孔，分别用八个双头螺柱将过渡流道段、径向取向段、定型段、机头压板按顺序依次固连，并用螺母固定；过渡流道段上安装有压力传感器和温度传感器，对挤出过程的压力和温度实施实时监测；径向取向段的中心位置处制有分流型块，使胶料分别进入上下两个取向间隙，加强胶料中间层短纤维的取向，取向间隙通过取向间隙调节螺钉调节取向间隙调节块与取向间隙支撑板的相对位置进而调整取向间隙；定型段流道与径向取向段相对应，定型段流道上制有上、下定型流道，下定型流道和上定型流道的结构尺寸不同，以满足同时生产不同尺寸规格半成品的需要，或相同以提高生产效率，定型间隙由定型间隙调节螺钉调节定型间隙调节块与定型间隙支撑板的相对位置进而调整定型间隙，定型间隙和取向间隙的调整需要同步进行；机头压板内制有加热冷却水循环通道，上出料口和下出料口与定型段流道相对应，结构相同或不同；高压加热冷却水从机头压板的下端进入，从机头入口段的上段流出，用高温高压水管将机头压板和机头入口段相连通，使加热冷却水在成型装置内呈S型循环流动，并对成型装置进行加热或冷却。

2.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶中短纤维径向取向成型装置，其特征在于实现增强轮胎胎面胶中短纤维径向取向挤出成型的具体步骤是先将含有短纤维的轮胎胎面胶的混炼胶加入到挤出机中进行挤出加工，经过挤出加工的胎面胶通过机筒末端进入到成型装置中，通过纤维状态调节板调节胎面胶中的短纤维的状态，使之平行于胶料的流动方向并进入到机头入口段，在机头入口段和过渡流道段利用胶料的流动实现短纤维沿着胶料的流动方向取向即轴向取向；然后，经过轴向取向的含短纤维的胎面胶在挤出压力的作用下经过由流道收敛和扩张以及分流型块形成的上下两个取向间隙，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，分流型块弥补了流道中胶料过厚导致中间层的短纤维不能完全翻滚倾斜的缺陷；最后在定型段膨胀后的胶料沿着上下两个定型流道继续流动，由于胶料流动过程中的中间和边缘部分存在速度梯度，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，并在被挤出之前，短纤维在胎面胶中实现径向取向。

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