CN105643897A - 纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型方法及装置，含有短纤维的橡胶熔融体加入挤出机中，挤出后经过滤板使短纤维轴向取向，之后胶料被分成两流，调节两流流动间隙，使胶料在各自的流动过程中分别取向，经取向的两流胶料汇聚对冲共挤，一流的胶料将另一流的胶料推出挤出机机头，实现短纤维的径向取向。本发明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；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。

Description

纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型方法及装置

技术领域

本发明涉及纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型方法及装置，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。

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。

发明内容

为了改变传统的短纤维径向取向的方法及原理，本发明提供了一种新的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型方法，含有短纤维的橡胶熔融体加入挤出机中，挤出后经过滤板使短纤维轴向取向，之后胶料被分成两流，调节两流流动间隙，使胶料在各自的流动过程中分别取向，经取向的两流汇聚对冲共挤，一流的胶料将另一流的胶料推出挤出机机头，实现短纤维的径向取向。

该方法的第一种具体实现方式为：两流胶料沿径向取向；第一流胶料经过一节流装置限制，从而使第二流胶料先行填充取向，最大程度保证纤维沿垂直方向，同时第一流胶料经节流装置扩张后沿径向取向程度增大；第二流胶料不经过节流装置限制，短纤维径向取向；第二流胶料在挤出压力作用下强制通过一取向板，实现纤维的径向取向；同时，经取向的短纤维胶料在第一流胶料的带动下挤出口模。利用调节取向板滤板孔径大小和胶料水平流动两个方向的共挤效果实现短纤维在橡胶基体中的径向取向。

该方法的第二种具体实施方式为：两流胶料在胶料流动特性(壁面无滑移)作用下分别沿轴向取向，在成型段，通过改变挤出方向，最终在两流对冲共挤作用下，实现短纤维的径向取向，因此，本装置的口模位置在机头的侧面。

本发明还提供上述方法的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型装置，包括连接在一起的入口段、过渡段、取向段、定型段及口模板；入口段设置一沿挤出方向梳理短纤维的滤板，取向段内设置分流板，分流板将胶料分成两流。

本发明第一种具体实现方式的装置为：分流板在过渡段一端为锥形结构，分流板末端在下层胶料的区域内设置凸起的节流装置，定型段内设置供胶料通过、使短纤维径向取向的取向板，取向板的孔径为短纤维直径的2-4倍(优选3倍，2-3mm)，口模设置在下层胶料出口方向。取向段和定型段的流道由调节块和分流板形成，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。

本发明第二种具体实现方式的装置为：分流板从过渡段延伸到定型段，分流板在过渡段一端为锥形结构，分流板在定型段一端固定在挡板上，分流板在定型段上设置开槽，口模开设在机头侧面。定型段的流道由调节块和分流板形成，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。

本发明的短纤维取向方法及原理与现有技术不同，其短纤维取向原理及方法：两流胶料各自取向，在成型段两流汇聚共挤，在挤出压力的作用下，用一侧取向的胶料将另一侧取向的胶料推出挤出机机头，从而实现取向的短纤维胶料在两流共挤的作用下，实现再制造轮胎胎面胶中短纤维的径向取向，两流对冲后更有利于短纤维的径向取向，使纤维的取向程度更高。采用该发明所制得的短纤维径向取向胎面胶，其短纤维取向率可达70％。

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；然后经过轴向取向后的胶料在挤出压力及所设计的特殊装置作用下分为两流，由调节装置调节两流的流动间隙，在不同装置的要求下各层胶料需要不同的取向方向，两流分别取向的胶料(有的装置需要各层轴向取向，有的装置需要各层径向取向)，在成型段两流汇聚共挤，在挤出压力的作用下，用一侧取向的胶料将另一侧取向的胶料推出挤出机机头，取向的短纤维胶料在两流共挤的作用下，实现再制造轮胎胎面胶中短纤维的径向取向。

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。

附图说明

图1为本发明实施例1的主剖视图；

图2为本发明实施例1的结构原理示意图；

图3为本发明实施例2的主剖视图；

图4为本发明实施例2的结构原理示意图。

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调节块、9口模板、10螺柱、11螺母、12口模、13压板、15中间板、16固定板、17压力传感器、18流道板、19冷却水管、20挡板、8分流取向板、8-1取向板、8-2分流板。

具体实施方式

实施例1：

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，胶料先通过一个一定孔径的滤板，滤板孔径需小于短纤维长度，大于短纤维直径，以1.0—3.6mm为最佳，从而实现短纤维的轴向取向，即先将短纤维捋直。

3、通过调节溢胶阀螺栓调节机头内压力，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、然后胎面胶料经分流板分流，分流板下方有节流设计，可以保证分流板上部有充分的胶料流动，调节块可以调节间隙，控制胶料的流动间隙，其胶料流动间隙一般为3-8mm。

分流板上方胶料主要用于纤维径向取向，而下方胶料在流动过程中由于节流装置从而使上方胶料先行填充取向，然后下方胶料再向前运动，从而减缓破坏已有的纤维取向程度，最大程度保证纤维沿竖直方向，同时下方胶料经节流扩张后沿径向取向程度增大。

5、上方胶料在挤出压力作用下强制经过取向板，实现纤维的径向取向，同时，经取向的短纤维胶料在下方流动胶料的带动下挤出口模。

6、经分流板分流后，上方胶料主要实现纤维的径向取向，而下方胶料主要经过节流设计实现径向取向，最终在两流共挤的作用下实现再制造轮胎胎面胶的挤出成型。

本实例的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型方法所用的机头主要由滤板1、取向板8-1、分流板8-2及调节部分组成，其连接关系为法兰2前端与挤出机机头靠螺栓连接，后端与流道板18焊接在一起，流道板18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17固定于固定板16上，对取向装置内的温度和压力进行实时监测，胶料流经分流板14后被分成上下两流，上流胶料被强制经过取向板8-1后纤维实现径向取向，下方胶料经分流板下方节流装置后，由于高聚物的挤出胀大特性从而实现下方短纤维的径向取向，最后两流在共挤的作用下挤出口模12，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16、中间板15、口模板9最后由螺母11固定。口模12固定在口模板上。同时流道板18和口模板9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15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调节块7的上下运动。

实施例2：

1、将含有短纤维的混乱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，胶料先通过一个一定孔径的滤板，滤板孔径需小于短纤维长度，大于短纤维粒径，以1.0—3.6mm为最佳，从而实现短纤维的轴向取向，即先将短纤维捋直。

3、再制造轮胎胎面胶料经分流板分成左右两流，左右两流的胶料流动间隙由调节块调节，调节胶料的流动间隙，由于胶料流动特性(壁面无滑移)中间胶料向前移动，壁面处胶料不移动，从而使短纤维延轴向取向，其胶料流动间隙一般为3-8mm。

4、左右两侧胶料在胶料流动特性(壁面无滑移)作用下分别轴向取向，在成型部分中，左侧胶料在挤出压力的强制作用下将轴向取现的纤维胶料挤出口模，通过改变挤出方向，从而实现纤维的径向取向过程

5、经分流板分流后，左右两侧胶料分别轴向取向，最终在两流共挤的作用下实现再制造轮胎胎面胶的挤出成型。

本实例的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型方法所用的机头主要由滤板1、分流取向板8、调节部件组成。由其各部件的连接关系为法兰2与流道板18焊接固定，流道板18的另一侧开6个螺纹孔，在固定板16、口模板9、挡板20的相应部位开通孔，通过螺柱10依次固定，最后用螺母11将其固定。口模12靠螺栓固定在口模板9及挡板20上。流道板18上安装溢胶阀4，在机头压力较大时，可以通过调节溢胶阀调节螺栓3来降低机头压力，以保证胶料质量及保护机头其他部件。固定板16上安装温度传感器5和压力传感器17，可以实时监控机头内胶料的温度和压力，便于对胶料的质量监控。在成型部分中调节组件对间隙的调节对取向起关键作用，其中调节组件的工作原理为：调节柱6与中间板15为螺纹连接，通过螺纹连接可以实现调节柱6的上下运动，而调节柱6与调节块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调节块7的上下运动。在分流取向板8作用下，胶料被分为两流流动，在胶料流动特性(壁面无滑移)作用下实现轴向取向，通过改变挤出方向，两流胶料最终在两流共挤下，实现短纤维的径向取向。

Claims (10)

1.纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型方法，其特征在于：含有短纤维的橡胶熔融体加入挤出机中，挤出后经过滤板使短纤维轴向取向，之后胶料被分成两流，调节两流流动间隙，使胶料在各自的流动过程中分别取向，经取向的两流胶料汇聚对冲共挤，一流的胶料将另一流的胶料推出挤出机机头，实现短纤维的径向取向。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：两流胶料分别沿径向取向，第一流胶料经节流装置后遇到阻力，使第二流胶料先行填充，后经取向板孔隙实现径向取向，第一流胶料进过节流装置实现径向取向，两流汇聚对冲，挤出口模，实现短纤维的径向取向。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：两流胶料在胶料流动特性作用下，分别实现轴向取向，通过改变挤出方向，在两流汇聚对冲作用下挤出口模，实现短纤维的径向取向。

4.实现如权利要求1所述方法的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型装置，其特征在于：包括连接在一起的入口段、过渡段、取向段、定型段及口模板；入口段设置一沿挤出方向梳理短纤维的滤板，取向段内设置分流板，分流板将胶料分成两流。

5.如权利要求4所述的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型装置，其特征在于：分流板在过渡段一端为锥形结构，分流板末端在下层胶料的区域内设置凸起的节流装置，定型段内设置供胶料通过、使短纤维径向取向的取向板，取向板的孔径为短纤维直径的2-4倍，口模设置在下层胶料出口方向。

6.如权利要求4所述的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型装置，其特征在于：分流板从过渡段延伸到定型段，分流板在过渡段一端为锥形结构，分流板在定型段一端固定在挡板上，分流板在定型段上设置开槽，口模开设在机头侧面。

7.如权利要求5或6所述的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型装置，其特征在于：取向段和/或定型段的流道由调节块和分流板形成，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。

8.如权利要求4所述的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型装置，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，胶料入口通过滤板与过渡段的流道相通。

9.如权利要求4所述的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型装置，其特征在于：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。

10.如权利要求4所述的纤维增强再制造轮胎胎面径向取向挤出成型装置，其特征在于：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。