CN105643896B - 短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，包括入口段、流道板、取向段以及定型部分，流道板从入口段延伸至取向段，取向段包括阻坝板和口模流道块，定型部分包括两个相互配合的滚筒及其支撑固定部分，口模流道块固定在阻坝板后端，滚筒设置在口模流道块后端，口模流道块和滚筒沿流道板的中心线对称设置。本发明装置具有以下优点：1)避免了胶料在流动过程中由于壁面无滑移而破坏(纤维取向方向的问题)。2)胎面胶料靠旋转的滚筒而不是固定的口模来确定胎面尺寸，其尺寸更加精准。3)结构紧凑，设计简单，便于工业化的连续推广。

Description

短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置

技术领域

本发明涉及短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，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

废旧轮胎的处理是当今人们面临的严重问题之一。中国汽车市场的快速发展，使得轮胎生产的规模持续扩大，废旧轮胎也在源源不断地产生。国内每年的废旧轮胎达到2亿多条，折合橡胶资源约300多万吨。据计算，这么巨大数量的废旧轮胎，如果能够100％地得到回收再利用，可相当于中国5年的天然橡胶产量。为了满足不断提高的制品性能要求，橡胶朝着高强度、耐磨、稳定和耐老化的方向发展，但是同时造成了废弃后的橡胶长时期不能自然降解的问题，大量的废旧橡胶造成了比塑料污染(白色污染)更难处理的黑色污染，另一方面浪费了宝贵的橡胶资源。

旧轮胎循环利用已成为资源节约环境友好型的朝阳行业，旧轮胎再制造是国际公认的轮胎减量化、再利用和资源化的首选方式，与新胎成型过程相比，再制造轮胎的胎面是单独成型，其在硫化过程中施加的压力可以比新胎硫化时大的多，保证了再制造轮胎胎面胶料更加致密，从而使再制造轮胎的耐磨性比新胎更好，寿命更长。胶料更加致密虽然保证了耐磨性更好，但是同时其胎面的耐冲击性大大降低，因此在路况恶劣的条件下，再制造轮胎更容易崩花掉块。

在再制造轮胎胎面胶料中加入短纤维，并使短纤维在胶料中径向取向，可使轮胎的滚动阻力明显降低，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。

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，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。

上述技术方案中短纤维取向后要经定型部分后挤出机头，在定型部分中，由于胶料流动特性，在壁面处存在壁面无滑移现象，而中间部件胶料向前移动，最终会破坏纤维的径向取向，使纤维逐渐趋向于轴向取向，导致所制得的再制造轮胎胎面胶耐冲击性及耐磨性降低，从而导致再制造轮胎的使用寿命降低。

发明内容

为克服现有技术中由于胶料流动特性壁面无滑移导致的已经径向取向的短纤维在成型部分纤维取向方向遭到破坏，本发明提供了一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，包括入口段、流道板、取向段以及定型部分，流道板从入口段延伸至取向段，与现有技术不同的是：本发明取向段包括阻坝板和口模流道块，定型部分包括两个相互配合的滚筒及其支撑固定部分，口模流道块固定在阻坝板后端，滚筒设置在口模流道块后端，口模流道块和滚筒沿流道板的中心线对称设置；口模流道块为通过阻坝板的短纤维胶料提供取向的空间，同时为已经径向取向的短纤维流动到滚筒间隙提供过渡流道，取向完成的胶料由口模流道块的流道进入滚筒间隙，推动滚筒旋转，减弱壁面无滑移现象，实现最大程度的纤维径向取向。

本发明的目的在于避免由于胶料流动特性壁面无滑移现象，破坏已经取向的纤维方向。，使已经径向取向的短纤维，在定型部分维持其径向取向状态，直至胶料脱离机头，制得我们所需的含有短纤维径向取向的再制造轮胎胎面。

本发明的技术原理如下：口模流道块为已经径向取向的短纤维流动到滚筒间隙提供一个过渡流道，流道优选设计为圆弧曲面，利于胶料经阻坝后的扩张，从而实现由于高聚物挤出胀大特性使纤维取向的原理，胶料在经过阻坝后扩张从而使短纤维倾斜，靠近壁面处向前倾斜，通过阻坝后的短纤维在过渡流道的壁面逐渐取向，最终完全径向取向，因此胶料流动长度设计要满足挤出胀大纤维取向的最短要求，同时不能太长，由于壁面无滑移而破坏纤维的取向方向，此流道长度设计5-10mm最佳；取向完成的胶料正好流出流道进入滚筒间隙，推动滚筒旋转，减弱壁面无滑移的影响，实现最大程度的纤维径向取向；两滚筒间隙根据翻新胎面厚度要求进行设计，滚筒直径尺寸应根据取向段以及口模流道板长度尺寸合理设计。取向完成的短纤维胶料进入滚筒间隙，推动滚筒旋转，减弱壁面无滑移的影响，实现最大程度的纤维径向取向，保证再制造轮胎胎面胶质量，保证再制造轮胎的使用寿命更长。

优选的是：滚筒的支撑固定部分包括轴承、轴承座和滚筒固定板，滚筒通过轴承和轴承座定位在滚筒固定板上。优选的是：

入口段为一法兰，所述法兰中心位置为胶料入口，胶料入口与流道板的流道入口相通。

优选的是：法兰、流道板、阻坝板和滚筒固定板固定在一起。

优选的是：口模流道块的流道为圆弧曲面，口模流道块左右两边固定限定胎面胶宽度的定型块。口模流道块为通过阻坝板的短纤维胶料提供取向的空间，同时为已经径向取向的短纤维流动到滚筒间隙提供过渡流道，因此口模流道块的长度设计应满足完成短纤维径向取向所需长度的最短要求一般5-10mm；定型块的作用是确定挤出的胎面的尺寸，胎面的厚度是靠滚筒的间隙控制的，而胎面胶的宽度是靠左右定型块之间的距离来固定的，一般来说，在设计之前就会确定胎面胶的尺寸，所以滚筒的间隙及左右定型块之间的距离，在设计的时候予以固定。

优选的是：流道板的流道在入口段处为逐渐缩小的锥形，在取向段处为矩形；锥形的长度为流道板流道的1/3-2/3；矩形的长度为流道板流道的1/3-2/3。

优选的是：流道板上方设置连通流道的溢胶装置，溢胶装置包括溢胶阀和与溢胶阀配合的调节螺栓。

优选的是：流道板上装有温度传感器和压力传感器。

优选的是：温度传感器和压力传感器设置在流道板的流道后端。

优选的是：流道板上开设冷却水孔。

再制造轮胎胎面胶短纤维径向取向的过程为：

1、将含有短纤维的的混炼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，短纤维随胶料进入锥形流道，通过调节溢胶阀调节螺栓使其压力达到4-8MPa，为通过阻坝胶料扩张使纤维取向积蓄能量。

3、再制造轮胎胎面胶料中短纤维流经过阻坝后胶料迅速膨胀过程中纤维发生翻滚倾斜，经过阻坝后纤维在定型流道块中继续取向，直到胶料进入滚筒间隙，完成径向取向过程。其定型流道块长度一般在5-10mm左右。

4、再制造轮胎胎面胶料进入滚筒间隙后推动滚筒旋转，使胶料与滚筒同时运动，从而减弱壁面无滑移的影响，实现最大程度的纤维径向取向。其滚筒间隙及定型板间距离应根据再制造轮胎胎面胶料尺寸要求设计，定型板间距离一般为10-40mm，滚筒之间间隙一般为5-30mm。

附图说明

图1为本发明的主剖视图；

图2为本发明的纵剖视图；

图3为本发明的结构原理示意图。

具体实施方式

一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，包括连接法兰1、流道板4、溢胶阀3、溢胶阀调节螺栓2、温度传感器5、压力传感器12、阻坝板6、口模流道块7、滚筒10、滚筒固定板8、螺柱9、螺母11、轴承座14、轴承15、定型块13。连接法兰1前与挤出机连接，后与流道板4连接。流道板4入口处为锥形设计，出口处为满足胎面胶尺寸要求以及减少对径向取向的短纤维的破坏程度，因此出口为矩形设计，此种流动设计形式易于胶料流动及胎面胶尺寸的保证；锥形的长度为流道板流道的1/2；矩形的长度为流道板流道的1/2。流道板4上方开有溢胶阀3，在机头压力较大时可以通过调节溢胶阀调节螺栓2调节机头内压力，以保证胶料质量和维护设备正常工作。同时在流道板4上装有温度传感器5和压力传感器12，可以实时监控发明装置内胶料的温度和压力，温度传感器和压力传感器设置在流道后端。阻坝板6为形成阻坝而收缩流道，其流道设计要适合胶料流动及短纤维取向。

本发明装置针对已经径向取向的短纤维在成型部分会由于壁面无滑移现象，即壁面胶料不流动，而中心胶料向前流动，从而破坏纤维的径向取向，重点设计特殊的定型部分。定型部分包括口模流道块7、滚筒10、定型块13、及滚筒固定板8。口模流道块7为已经径向取向的短纤维流动到滚筒10间隙提供一个过渡流道，流道设计为圆弧曲面，利于胶料经阻坝后的扩张，从而实现由于高聚物挤出胀大特性使纤维径向取向的原理，胶料在经过阻坝后扩张从而使短纤维倾斜，靠近壁面处向前倾斜，通过阻坝后的短纤维在过渡流道的壁面逐渐取向，最终完全径向取向，因此胶料流动长度设计要满足挤出胀大纤维取向的最短要求，同时不能太长由于壁面无滑移而破坏纤维的取向方向，此流道长度设计5-10mm最佳。两滚筒间隙根据翻新胎面厚度要求进行设计，滚筒直径尺寸应根据取向段以及口模流道板长度尺寸合理设计，本发明的取向段间隙为3mm，口模流道板长度为9mm，滚筒直径设计为35mm，其短纤维取向程度较好。取向完成的胶料正好流出流道进入滚筒10间隙，推动滚筒旋转，减弱壁面无滑移的影响，实现最大程度的纤维径向取向。在口模流道块7旁固定定型块13，其宽度及滚筒间隙根据胎面胶料要求进行设计。

各部件的连接关系为流道板4与法兰1通过螺栓连接，在流道板4另一侧开4个螺纹孔，其与螺柱9连接，后依次固定阻坝板6，滚筒固定板8，最后经螺母拧紧。口模流道块7与阻坝板6通过螺栓固定一起，口模流道块7侧面通过螺栓与定型块13固定在一起。滚筒10通过轴承15、轴承座14定位到滚筒固定板8上，最后靠螺栓将上下两板固定。在流道板4上开冷却水孔，通过外接温控装置控制胶料的流动温度。其具体结构如图示。

本发明装置与现有纤维径向取向挤出成型装置相比具有以下优点：1)避免了胶料在流动过程中由于壁面无滑移而破坏(纤维取向方向的问题)。2)胎面胶料靠旋转的滚筒而不是固定的口模来确定胎面尺寸，其尺寸更加精准。3)结构紧凑，设计简单，便于工业化的连续推广。

再制造轮胎胎面胶短纤维径向取向的过程为：

1、将含有短纤维的的混炼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，短纤维随胶料进入锥形流道，通过调节溢胶阀调节螺栓使其压力达到4-8MPa，为通过阻坝胶料扩张使纤维取向积蓄能量。

3、再制造轮胎胎面胶料中短纤维流经过阻坝后胶料迅速膨胀过程中纤维发生翻滚倾斜，经过阻坝后纤维在定型流道块中继续取向，直到胶料进入滚筒间隙，完成径向取向过程。其定型流道块长度一般在5-10mm左右。

4、再制造轮胎胎面胶料进入滚筒间隙后推动滚筒旋转，使胶料与滚筒同时运动，从而减弱壁面无滑移的影响，实现最大程度的纤维径向取向。其滚筒间隙及定型板间距离应根据再制造轮胎胎面胶料尺寸要求设计，定型板间距离一般为10-40mm，滚筒之间间隙一般为5-30mm。

Claims (10)

1.一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，包括入口段、流道板、取向段以及定型部分，流道板从入口段延伸至取向段，其特征在于：取向段包括阻坝板和口模流道块，定型部分包括两个相互配合的滚筒及其支撑固定部分，口模流道块固定在阻坝板后端，滚筒设置在口模流道块后端，口模流道块和滚筒沿流道板的中心线对称设置；阻坝板具有收缩流道以适合胶料流动及短纤维取向，口模流道块的流道为圆弧曲面，口模流道块的长度为5-10mm。

2.如权利要求1所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：滚筒的支撑固定部分包括轴承、轴承座和滚筒固定板，滚筒通过轴承和轴承座定位在滚筒固定板上。

3.如权利要求2所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：入口段为一法兰，所述法兰中心位置为胶料入口，胶料入口与流道板的流道入口相通。

4.如权利要求3所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：法兰、流道板、阻坝板和滚筒固定板固定在一起。

5.如权利要求1所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：口模流道块左右两边固定限定胎面宽度的定型块。

6.如权利要求1所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：流道板的流道在入口段处为逐渐缩小的锥形，在流道板后端为矩形；锥形的长度为流道板流道的1/3-2/3；矩形的长度为流道板流道的1/3-2/3。

7.如权利要求1所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：流道板上方设置连通流道的溢胶装置，溢胶装置包括溢胶阀和与溢胶阀配合的调节螺栓。

8.如权利要求1所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：流道板上装有温度传感器和压力传感器。

9.如权利要求8所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：温度传感器和压力传感器设置在流道板的流道后端。

10.如权利要求1所述的一种短纤维增强再制造轮胎胎面挤出成型装置，其特征在于：流道板上开设冷却水孔。