CN105729751A - 短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，包括入口段、流道板、定型段，在流道板后端设置一滚筒，流道板的流道末端与滚筒的下半部分共同形成定型段，滚筒的直径为流道板出口宽度的5倍以上；滚筒轴心与流道板出口壁面在同一平面，在胶料推动作用下，滚筒逆时针旋转将胶料挤出口模。本发明装置具有以下优点：1)利用胶料的流动特性(壁面无滑移)而导致纤维轴向取向的特性，使胶料通过滚筒壁面移动使纤维取向，取向原理简单，操作可行，纤维取向度高。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
技术领域
本发明涉及短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，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。
上述方案的短纤维取向原理为依靠高聚物的特性挤出胀大，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、倾斜，从而实现短纤维径向取向，该取向方法复杂，取向的短纤维胶料在定型部分由于胶料流动特性(壁面无滑移现象)会破坏纤维的径向取向程度，使纤维趋于轴向取向，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
为改变传统短纤维径向取向的方法，本发明利用新的短纤维径向取向原理提供了一种新型短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，包括入口段、流道板、定型段，在流道板后端设置一滚筒，流道板的流道末端与滚筒的下半部分共同形成定型段，滚筒的直径为流道板出口宽度的5倍以上，以保证胶料的尺寸定型及短纤维的取向程度，滚筒轴心与流道板出口壁面在同一平面，在胶料推动作用下，滚筒逆时针旋转将胶料挤出口模。
本发明利用直径较大的滚筒改变胶料的挤出方向，从而得到我们所需的径向取向的短纤维，大滚筒的旋转可以减弱壁面无滑移特性，从而同时减少对取向的短纤维破坏程度。滚筒直径一定要尽可能的设计为最大，在改变胶料挤出方向的同时实现短纤维径向取向，同时通过矩形流道出口的含有短纤维的胶料类似于在一个平面上推动滚筒旋转，在旋转滚筒的作用下实现壁面处胶料的流动，保证纤维的径向取向，从而减弱壁面无滑移对径向取向短纤维的破坏程度，最后胶料剥离滚筒，得到所需尺寸的径向取向的纤维胎面。其滚筒与上下流道板之间的距离应根据翻新胎面厚度要求进行设计。
优选的是：流道板的流道在入口处为锥形，在出口处为矩形；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。流道板入口处为锥形设计，出口处为满足胎面胶尺寸要求以及防止在成型部件中胶料形状改变对已经径向取向的短纤维的造成破坏，因此出口为矩形设计，此种形状易于胶料流动及胎面胶尺寸的保证。
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之配合的调节螺栓。在机头压力较大时可以通过调节溢胶阀调节螺栓调节机头内压力，以保证胶料质量和维护设备正常工作。
优选的是：流道板在矩形流道区域上装有温度传感器和压力传感器，可以实时监控发明装置内胶料的温度和压力。
优选的是：流道板上开设冷却水孔。
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相通。
优选的是：滚筒通过滚筒固定板固定，滚筒固定板与流道板和法兰连接。
本发明装置的短纤维取向原理为：通过普通流道的短纤维由于壁面无滑移特性必将轴向取向，我们通过保持纤维的轴向方向(靠滚筒)，而改变胶料的挤出方向，即可获得我们所需短纤维的径向取向的胶料，同时胶料的挤出靠滚筒的旋转，可以减弱壁面无滑移对径向取向纤维的破坏程度。
各部件之间的连接关系为法兰与挤出机相连，在上下流道板进口和出口的相应位置开设螺纹孔，从而使上下流道板通过螺栓与法兰连接，在出口位置的螺纹孔通过螺柱将上下滚筒固定板连接，最后通过螺母拧紧。
本发明的工作原理为：含有短纤维的胶料经挤出机挤入该发明装置，先通过狭长的锥形流道，出口处为满足胎面胶尺寸要求以及为提高后续的短纤维取向程度特将出口设计为矩形，该锥形流道入口大，出口小，在挤出压力的作用下将胶料压实，同时在挤出压力作用下，使位于流道中心位置的胶料流动速度快，而流道壁面处的胶料由于壁面无滑移现象胶料不流动，从而导致经过流道的胶料中的纤维几乎都是轴向取向，轴向取向的短纤维胶料经过一个直径很大的滚筒壁面，一方面改变了胶料的挤出方向，从而实现纤维的径向取向，同时胶料在挤出过程中推动滚筒移动，在旋转滚筒的作用下实现壁面处胶料的流动，保证纤维的径向取向，从而减弱壁面无滑移对径向取向短纤维的破坏程度，最后胶料剥离滚筒，得到所需尺寸的径向取向的纤维胎面。
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)、短纤维取向原理简单。利用胶料的流动特性(壁面无滑移)而导致纤维轴向取向的特性，使胶料通过滚筒壁面改变胶料流动方向移动使纤维取向，取向原理简单，操作可行，纤维取向度高。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。
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
本实例的主体结构包括法兰1、溢胶阀2、溢胶阀调节螺栓3、上流道板4、温度传感器5、上滚筒固定板6、螺母7、螺柱8、下滚筒固定板9、定型板10、压力传感器11、下流道板12、滚筒13、轴承14、轴承座15。法兰1前与挤出机连接，后于上流道板4以及下流道板12连接。上下流道板入口处为锥形设计，出口处为满足胎面胶尺寸要求以及为提高后续的短纤维取向程度特将出口设计为矩形，此种形状易于胶料流动及胎面胶尺寸的保证。上流道板4上方开有溢胶阀2，在机头压力较大时可以通过调节溢胶阀调节螺栓3调节机头内压力，以保证胶料质量和维护设备正常工作。在流道板上开冷却水孔，通过外接温控装置控制胶料的流动温度。同时在流道板上装有温度传感器5和压力传感器11，可以实时监控胶料的温度和压力。胶料在流动过程中，由于壁面处无滑移的流动特性，经狭长流道后短纤维必会沿轴向取向。轴向取向的短纤维胶料经过一个直径很大的滚筒壁面，一方面改变了胶料的挤出方向，从而实现纤维的径向取向，同时胶料在挤出过程中推动滚筒移动，在旋转滚筒的作用下实现壁面处胶料的流动，保证纤维的径向取向，从而减弱壁面无滑移对径向取向短纤维的破坏程度，最后胶料剥离滚筒，得到所需尺寸的径向取向的纤维胎面。本发明装置的矩形流道口宽度为14mm,滚筒直径为90mm,经该发明装置挤出的翻新胎面胶中短纤维取向率达60％——70％。
翻新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,使胶料在挤出压力及流动特性(壁面无滑移)的作用下实现短纤维的轴向取向。
3、轴向取向的短纤维胶料经过一个直径很大的滚筒壁面，一方面改变了胶料的挤出方向，从而实现纤维的径向取向，同时胶料在挤出过程中推动滚筒移动，在旋转滚筒的作用下实现壁面处胶料的流动，保证纤维的径向取向，从而减弱壁面无滑移对径向取向短纤维的破坏程度。
4、本发明装置的矩形流道口宽度为14mm,滚筒直径为90mm,纤维取向度可达60％——70％，滚筒与流道板之间的距离需要根据所需的翻新胎面胶规定的厚度进行设计。矩形流道宽度、滚筒直径已及滚筒与流道板之间的距离会影响短纤维取向度，其最佳值可通过实验进行确定。最终取向的短纤维胶料剥离滚筒，从而得到我们所需尺寸的翻新胎面胶。
Claims (7)
1.短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，包括入口段、流道板、定型段，其特征在于：在流道板后端设置一滚筒，流道板的流道末端与滚筒的下半部分共同形成定型段，滚筒的直径为流道板出口宽度的5倍以上；滚筒轴心与流道板出口壁面在同一平面，在胶料推动作用下，滚筒逆时针旋转将胶料挤出口模。
2.如权利要求1所述的短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，其特征在于：流道板的流道在入口处为锥形，在出口处为矩形；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。
3.如权利要求2所述的短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，其特征在于：流道板在矩形流道区域上装有温度传感器和压力传感器。
4.如权利要求1所述的短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，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之配合的调节螺栓。
5.如权利要求1所述的短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，其特征在于：流道板上开设冷却水孔。
6.如权利要求1所述的短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，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相通。
7.如权利要求6所述的短纤维径向取向增强翻新胎面挤出成型装置，其特征在于：滚筒通过滚筒固定板固定，滚筒固定板与流道板和法兰连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN106827438A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-06-13 | 青岛科技大学 | 轮胎胎面胶中短纤维径向取向成型方法 |
| CN106827438B (zh) * | 2016-12-16 | 2019-04-05 | 青岛科技大学 | 轮胎胎面胶中短纤维径向取向成型方法 |
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