CN111633942B - 一种基于挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，其特征在于：包括设置在短纤维复合取向机头装置内的分流导向块，所述挤出机包括单螺杆挤出机和双螺杆挤出机；所述胶料能通过分流导向块挤出短纤维复合取向增强胶片。具体包括上机头体、下机头体、过渡连接法兰、分流导向块、条形阻滞块、复合取向流道上板、复合取向流道下板和取向球体；上机头体和下机头体之间设有流道，流道为由中间呈流线型向外两侧延展的锥形结构；本发明解决了现有技术中生产成本较高，胶料沿轴线垂直方向扩展，使进入复合取向流道的胶料各点速度不均匀，宽幅胶片的质量较差，难以实现宽幅胶片的连续性生产的技术问题。

Description

一种基于挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置

技术领域

本发明属于橡胶工业生产设备技术领域，具体涉及一种基于挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置。

背景技术

目前，宽幅胶片挤出机是采用挤出压延法生产宽幅胶片的主要设备，采用挤出压延法生产宽幅胶片可大幅提高胶片的产品质量，能够克服传统生产工艺的不足，并可大幅提高胶片的生产效率。

宽幅胶片挤出机主要由销钉冷喂料挤出机和宽幅胶片机头组成，挤出机决定了设备的最大产能，机头决定了设备所能生产的制品规格。目前国内最大规格的销钉冷喂料挤出机的最大产能约为4000kg/h，宽幅胶片常规的宽度规格约为600—2500mm。

短纤维/橡胶复合材料(简称SFRC)是一种新型高分子材料，具有短纤维的刚性和橡胶的高弹性。其应用行业几乎涵盖了所有橡胶制品。

短纤维在橡胶基体中产生取向不仅能够提高复合材料的物理机械性能，而且还赋予了复合材料优异的各向异性，使得短纤维橡胶复合材料的橡胶制品具有广泛的应用范围和重要的工业应用价值。

中国专利CN200810140160.0具体涉及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，本发明工艺步骤简单易控，应用范围广，产品径向取向质量好，成本低。

CN206374171U涉及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，所述取向段内置有连续阻坝，取向段的流道由调节块和镜面对称的连续阻坝结构形成，其结构为镜像对称不等高双波峰波浪结构，取向段内连续阻坝结构阻坝波峰逐级减小、谷值逐级增大，最后挤出口模，实现短纤维的径向取向，本实用新型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，利用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，和最佳机头尺寸使短纤维更好地径向取向。但现有技术生产成本较高，胶料沿轴线垂直方向扩展，使进入复合取向流道的胶料各点速度不均匀，宽幅胶片的质量较差，难以实现宽幅胶片的连续性生产。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述问题，提出研发设计基于挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，实现宽幅胶片中短纤维的复合取向。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案实现：

一种基于挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，包括设置在短纤维复合取向机头装置内的分流导向块，所述挤出机包括单螺杆挤出机和双螺杆挤出机；所述胶料能通过分流导向块挤出短纤维复合取向增强胶片；

优选的，所述的一种基于单螺杆挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，包括上机头体1、下机头体2、过渡连接法兰3、分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6、分流导向块d7、分流导向块e8、分流导向块f9、条形阻滞块10、复合取向流道上板11、复合取向流道下板12和取向球体13；

优选的，上机头体1和下机头体2之间设有流道，流道为由中间呈流线型向外两侧延展的锥形结构；

流道中设有分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6、分流导向块d7、分流导向块e8、分流导向块f9，共有六个分流导向块，以轴线为中心呈对称分布。

分流导向块a4的形状可以看作由一个等腰直角三角形和一个半圆形组成。分流导向块b5、分流导向块c6和分流导向块e8的形状可以看作由一个等边三角形和一个半圆形组成。分流导向块d7和分流导向块f9的迎胶角为60°，两者呈对称分布。

优选的，过渡连接法兰3一端与单螺杆挤出机连接，另一端与机头连接；机头包括上机头体1和下机头体2；

进一步的，上机头体1和下机头体2通过螺栓固定在一起，过渡连接法兰3右接单螺杆挤出机，向左连接上机头体1和下机头体2组成的右侧面；

过渡连接法兰3内部流道形状为由圆形向矩形呈锥形过渡。取向球体13为顶部为球体的螺栓结构，分别安装于复合取向流道上板11和复合取向流道下板12中，取向球体13以轴线为中心呈对称分布。

复合取向流道上板11与上机头体1采用螺栓连接方式；复合取向流道下板12与下机头体2采用螺栓连接方式；取向球体13与复合取向流道上板11和复合取向流道下板12采用螺栓连接。

优选的，取向球体13分两排，上排通过螺栓或现有技术中其他的连接方式中的一种或多种的组合连接复合取向流道上板11，下排通过螺栓或现有技术中其他的连接方式中的一种或多种的组合连接复合取向流道下板12；

优选的，流道中从左到右，分三列，第一列从上到下依次设有分流导向块分流导向块e8、分流导向块f9，第二列从上到下依次设有分流导向块b5、分流导向块c6，第三列设有分流导向块a4；分流导向块之间交错分布；

进一步的，分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6、分流导向块d7、分流导向块e8、分流导向块f9的圆弧面朝向胶料挤出方向即水平方向；

本发明还涉及一种基于单螺杆挤出机的短纤维复合取向宽幅胶片的挤出方法，包括以下步骤：

1)胶料在单螺杆挤出机的增压作用下经由过渡连接法兰3从机头中部进入流道，在通过分流导向块a4时被强制分流，胶料向两侧呈流线型扩展；

2)分流导向块然后经由分流导向块b5和分流导向块c6再次被分流导向，胶料进一步向两侧扩展，后经由分流导向块d7、分流导向块e8、分流导向块f9的再次分流导向作用，胶料进一步向两侧扩展，速度相对较快的胶料提前到达条形阻滞块10，速度相对较慢的胶料陆续到达条形阻滞块10；

3)当胶料高度到达一致时，胶料越过条形阻滞块10进入复合取向流道中，复合取向流道中设有取向球体13，胶料流经取向球体13之间时，流道横截面积先由大变小，到达中间时横截面积到达最小值，此过程胶料收到挤压、拉伸作用，然后横截面积再由小变大，由于胶料具有挤出胀大的特性，利用流道的扩张能使添加短纤维的胶料受剪切、拉伸流动沿横向和径向方向取向。

优选的，所述的一种基于双螺杆挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，包括上机头体1、下机头体2、过渡连接法兰3、分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6、条形阻滞块7、复合取向流道上板8、复合取向流道下板9和取向球体10；

优选的，上机头体1和下机头体2之间设有流道，流道为由中间呈流线型向外两侧延展的锥形结构。流道中设有分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6，共有三个分流导向块，以轴线为中心呈对称分布；优选的，分流导向块a4的形状可以看作由一个等边三角形和一个半圆形组成。分流导向块b5、分流导向块c6的迎胶角为60°，两者呈对称分布。

优选的，流道中从左到右，分两列，第一列从上到下依次设有两个呈轴对称分布的分流导向块分流导向块c6、分流导向块b5，第二列设有分流导向块a4；

优选的，过渡连接法兰3一端与双螺杆挤出机连接，另一端与机头连接；过渡连接法兰3内部流道形状为由圆形向矩形呈锥形过渡。

取向球体10为顶部为球体的螺栓结构，分别安装于复合取向流道上下板中，取向球体10以轴线为中心呈对称分布。复合取向流道上板8与上机头体采用螺栓连接方式；复合取向流道下板9与下机头体采用螺栓连接方式；

取向球体10与复合取向流道上下板采用螺栓连接；上机头体与下机头体采用螺栓连接方式；机头与双螺杆挤出机采用法兰连接方式；

机头、复合取向流道、过渡连接法兰3和双螺杆挤出机的中心轴线均位于同一条直线上。

进一步的，分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6的圆弧面朝向胶料挤出方向即水平方向；

本发明还涉及一种基于双螺杆挤出机的短纤维复合取向宽幅胶片的挤出方法，包括以下步骤：

1)胶料在双螺杆挤出机的增压作用下经由过渡连接法兰从机头中部进入流道，在通过分流导向块a4时被强制分流，胶料向两侧呈流线型扩展，然后经由分流导向块b5和分流导向块c6再次被分流导向，胶料进一步向两侧扩展，速度相对较快的胶料提前到达条形阻滞块，速度相对较慢的胶料陆续到达条形阻滞块；

2)当胶料高度到达一致时，胶料越过条形阻滞块7进入复合取向流道中，复合取向流道中设有取向球体10，胶料流经取向球体10之间时，流道横截面积先由大变小，到达中间时横截面积到达最小值，此过程胶料收到挤压、拉伸作用，然后横截面积再由小变大，由于胶料具有挤出胀大的特性，利用流道的扩张能使添加短纤维的胶料受剪切、拉伸流动沿横向和径向方向取向。

本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明的基于挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，添加短纤维的胶料经过过渡连接法兰进入机头流道，胶料在不同形状的分流导向块的作用下被多次分流导向，使胶料沿轴线垂直方向扩展，使进入复合取向流道的胶料各点速度均匀一致，通过在复合取向流道内设置取向球体，利用胶料的扩张能最终实现胶料中短纤维的复合取向；其结构简单，能够对添加短纤维的胶料进行有效的复合取向，同时实现均匀挤出，有效提高宽幅胶片的质量，实现宽幅胶片的连续性生产，提高生产效率，使用环境友好，显著降低生产成本。

附图说明

图1为本发明方案一结构右视图；

图2为本发明方案一结构主视图；

图3为本发明方案一结构剖视图；

图4为本发明方案一机头部分过渡连接法兰结构轮廓图；

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

1上机头体、2下机头体、3过渡连接法兰、4分流导向块a、5分流导向块b、6分流导向块c、7分流导向块d、8分流导向块e、9分流导向块f、10条形阻滞块、11复合取向流道上板、12复合取向流道下板、13取向球体。

图5为本发明方案二结构右视图；

图6为本发明方案二结构主视图；

图7为本发明方案二结构剖视图；

图8为本发明方案二机头部分过渡连接法兰结构轮廓图；

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

1上机头体、2下机头体、3过渡连接法兰、4分流导向块a、5分流导向块b、6分流导向块c、7条形阻滞块、8复合取向流道上板、9复合取向流道下板、10取向球体。

注：图中箭头为短纤维随胶料流动方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系。这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

【方案一】

如图1-4所示，一种基于单螺杆挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，包括上机头体1、下机头体2、过渡连接法兰3、分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6、分流导向块d7、分流导向块e8、分流导向块f9、条形阻滞块10、复合取向流道上板11、复合取向流道下板12和取向球体13；

作为本发明一个优选的实施例，上机头体1和下机头体2之间设有流道，流道为由中间呈流线型向外两侧延展的锥形结构；

流道中设有分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6、分流导向块d7、分流导向块e8、分流导向块f9，共有六个分流导向块，以轴线为中心呈对称分布。

分流导向块a4的形状可以看作由一个等腰直角三角形和一个半圆形组成。分流导向块b5、分流导向块c6和分流导向块e8的形状可以看作由一个等边三角形和一个半圆形组成。分流导向块d7和分流导向块f9的迎胶角为60°，两者呈对称分布。

作为本发明一个优选的实施例，过渡连接法兰3一端与单螺杆挤出机连接，另一端与机头连接；机头包括上机头体1和下机头体2；

进一步的，上机头体1和下机头体2通过螺栓固定在一起，过渡连接法兰3右接单螺杆挤出机，向左连接上机头体1和下机头体2组成的右侧面；

过渡连接法兰3内部流道形状为由圆形向矩形呈锥形过渡。取向球体13为顶部为球体的螺栓结构，分别安装于复合取向流道上板11和复合取向流道下板12中，取向球体13以轴线为中心呈对称分布。

复合取向流道上板11与上机头体1采用螺栓连接方式；复合取向流道下板12与下机头体2采用螺栓连接方式；取向球体13与复合取向流道上板11和复合取向流道下板12采用螺栓连接；上机头体1与下机头体2采用螺栓连接方式。

作为本发明一个优选的实施例，取向球体13分两排，上排通过螺栓或现有技术中其他的连接方式中的一种或多种的组合连接复合取向流道上板11，下排通过螺栓或现有技术中其他的连接方式中的一种或多种的组合连接复合取向流道下板12；

作为本发明一个优选的实施例，流道中从左到右，分三列，第一列从上到下依次设有分流导向块分流导向块e8、分流导向块f9，第二列从上到下依次设有分流导向块b5、分流导向块c6，第三列设有分流导向块a4；分流导向块之间交错分布；

进一步的，分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6、分流导向块d7、分流导向块e8、分流导向块f9的圆弧面朝向胶料挤出方向即水平方向；

本发明还涉及一种基于单螺杆挤出机的短纤维复合取向宽幅胶片的挤出方法，包括以下步骤：

1)胶料在单螺杆挤出机的增压作用下经由过渡连接法兰3从机头中部进入流道，在通过分流导向块a4时被强制分流，胶料向两侧呈流线型扩展；

2)胶料然后经由分流导向块b5和分流导向块c6再次被分流导向，胶料进一步向两侧扩展，后经由分流导向块d7、分流导向块e8、分流导向块f9的再次分流导向作用，胶料进一步向两侧扩展，速度相对较快的胶料提前到达条形阻滞块10，速度相对较慢的胶料陆续到达条形阻滞块10；

3)当胶料高度到达一致时，胶料越过条形阻滞块10进入复合取向流道中，复合取向流道中设有取向球体13，胶料流经取向球体13之间时，流道横截面积先由大变小，到达中间时横截面积到达最小值，此过程胶料收到挤压、拉伸作用，然后横截面积再由小变大，由于胶料具有挤出胀大的特性，利用流道的扩张能使添加短纤维的胶料受剪切、拉伸流动沿横向和径向方向取向。

【方案二】

本发明涉及的基于双螺杆挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，包括上机头体1、下机头体2、过渡连接法兰3、分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6、条形阻滞块7、复合取向流道上板8、复合取向流道下板9和取向球体10；

作为本发明一个优选的实施例，上机头体1和下机头体2之间设有流道，流道为由中间呈流线型向外两侧延展的锥形结构。流道中设有分流导向块a4,分流导向块b5,分流导向块c6，共有三个分流导向块，以轴线为中心呈对称分布；

作为本发明一个优选的实施例，分流导向块a4的形状可以看作由一个等边三角形和一个半圆形组成。分流导向块b5、分流导向块c6的迎胶角为60°，两者呈对称分布。

作为本发明一个优选的实施例，流道中从左到右，分两列，第一列从上到下依次设有两个呈轴对称分布的分流导向块分流导向块c6、分流导向块b5，第二列设有分流导向块a4；

作为本发明一个优选的实施例，过渡连接法兰3一端与双螺杆挤出机连接，另一端与机头连接；过渡连接法兰3内部流道形状为由圆形向矩形呈锥形过渡。

取向球体10为顶部为球体的螺栓结构，分别安装于复合取向流道上下板中，取向球体10以轴线为中心呈对称分布。复合取向流道上板8与上机头体1采用螺栓连接方式；复合取向流道下板9与下机头体采用螺栓连接方式；

取向球体10与复合取向流道上下板采用螺栓连接；上机头体1与下机头体2采用螺栓连接方式；机头与双螺杆挤出机采用法兰连接方式；

机头、复合取向流道、过渡连接法兰和双螺杆挤出机的中心轴线均位于同一条直线上。

进一步的，分流导向块a4、分流导向块b5、分流导向块c6的圆弧面朝向胶料挤出方向即水平方向；

本发明还涉及一种基于双螺杆挤出机的短纤维复合取向宽幅胶片的挤出方法，包括以下步骤：

1)胶料在双螺杆挤出机的增压作用下经由过渡连接法兰从机头中部进入流道，在通过分流导向块a4时被强制分流，胶料向两侧呈流线型扩展，然后经由分流导向块b5和分流导向块c6再次被分流导向，胶料进一步向两侧扩展，速度相对较快的胶料提前到达条形阻滞块，速度相对较慢的胶料陆续到达条形阻滞块；

2)当胶料高度到达一致时，胶料越过条形阻滞块7进入复合取向流道中，复合取向流道中设有取向球体10，胶料流经取向球体10之间时，流道横截面积先由大变小，到达中间时横截面积到达最小值，此过程胶料收到挤压、拉伸作用，然后横截面积再由小变大，由于胶料具有挤出胀大的特性，利用流道的扩张能使添加短纤维的胶料受剪切、拉伸流动沿横向和径向方向取向。

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。

Claims (1)

1.一种基于单螺杆挤出机的宽幅胶片中短纤维复合取向机头装置，其特征在于：包括上机头体(1)、下机头体(2)、过渡连接法兰(3)、分流导向块a(4)、分流导向块b(5)、分流导向块c(6)、分流导向块d(7)、分流导向块e(8)、分流导向块f(9)、条形阻滞块(10)、复合取向流道上板(11)、复合取向流道下板(12)和取向球体(13)；

上机头体(1)和下机头体(2)之间设有流道，流道为由中间呈流线型向外两侧延展的锥形结构；

分流导向块a(4)的形状可以看作由一个等腰直角三角形和一个半圆形组成；分流导向块b(5)、分流导向块c(6)和分流导向块e(8)的形状可以看作由一个等边三角形和一个半圆形组成；分流导向块d(7)和分流导向块f(9)的迎胶角为60°，两者呈对称分布；

过渡连接法兰(3)一端与单螺杆挤出机连接，另一端与机头连接；机头包括上机头体(1)和下机头体(2)；

上机头体(1)和下机头体(2)通过螺栓固定在一起，过渡连接法兰(3)右接单螺杆挤出机，向左连接上机头体(1)和下机头体(2)组成的右侧面；

过渡连接法兰(3)内部流道形状为由圆形向矩形呈锥形过渡；

取向球体(13)为顶部为球体的螺栓结构，分别安装于复合取向流道上板(11)和复合取向流道下板(12)中，取向球体(13)以轴线为中心呈对称分布；

复合取向流道上板(11)与上机头体(1)采用螺栓连接方式；复合取向流道下板(12)与下机头体(2)采用螺栓连接方式；取向球体(13)与复合取向流道上板(11)和复合取向流道下板(12)采用螺栓连接；

取向球体(13)分两排，上排通过螺栓连接复合取向流道上板(11)，下排通过螺栓连接复合取向流道下板(12)；

流道中从左到右，分三列，第一列从上到下依次设有分流导向块d(7) 、分流导向块e(8)、分流导向块f(9)，第二列从上到下依次设有分流导向块b(5)、分流导向块c(6)，第三列设有分流导向块a(4)；分流导向块之间交错分布；

分流导向块a(4)、分流导向块b(5)、分流导向块c(6)、分流导向块d(7)、分流导向块e(8)、分流导向块f(9)的圆弧面朝向胶料挤出方向即水平方向 ；

基于单螺杆挤出机的短纤维复合取向宽幅胶片的挤出方法，包括以下步骤：

1)胶料在单螺杆挤出机的增压作用下经由过渡连接法兰(3)从机头中部进入流道，在通过分流导向块a(4)时被强制分流，胶料向两侧呈流线型扩展；

2)胶料后经由分流导向块b(5)和分流导向块c(6)再次被分流导向，胶料进一步向两侧扩展，后经由分流导向块d(7)、分流导向块e(8)、分流导向块f(9)的再次分流导向作用，胶料进一步向两侧扩展，速度相对较快的胶料提前到达条形阻滞块(10)，速度相对较慢的胶料陆续到达条形阻滞块(10)；

3)当胶料高度到达一致时，胶料越过条形阻滞块(10)进入复合取向流道中，复合取向流道中设有取向球体(13)，胶料流经取向球体(13)之间时，流道横截面积先由大变小，到达中间时横截面积到达最小值，此过程胶料受到挤压、拉伸作用，然后横截面积再由小变大，由于胶料具有挤出胀大的特性，利用流道的扩张能使添加短纤维的胶料受剪切、拉伸流动沿横向和径向方向取向。