CN208438694U - 橡胶复合材料成型高均质挤出装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了橡胶复合材料成型高均质挤出装置,包括挤出装置、锁紧装置和开合装置，挤出装置包括固定板、流道板、均质板、上口模、和下口模，固定板的中部设置有圆形流道，流道板的中部设置有第一流道，第一流道的一端与圆形流道连接，第一流道的另一端为缩口的椭圆形流道，均质板置于椭圆形流道的中部，且均质板上设置有细孔，均质板的一侧设置有由上口模和下口模构成的第二流道，第二流道的一端与第一流道连接，第二流道的另一端为细扁矩形，且圆形流道、第一流道和第二流道组成成型流道，挤出装置的外侧分别设置有锁紧装置和开合装置，本实用新型实现填料的二次分散，效果良好，且装置拆卸方便，更换口模时方便省力。

Description

橡胶复合材料成型高均质挤出装置

技术领域

本实用新型涉及橡胶复合材料挤出成型技术领域，尤其涉及橡胶复合材料成型高均质挤出装置。

背景技术

挤出成型是橡胶成型加工的重要成型方法。与其他成型方法相比，挤出成型有以下特点：生产过程是连续的，因而生产效率高；应用范围广，能挤出各种胎面、内胎、胶管、胶条、中空制品及异型橡胶制品等；投资少，收效快。用挤出成型生产的橡胶制品广泛应用于农业、建筑业、石油化工、机械工业、汽车工艺以及国防等工业。

挤出成型主要是在挤出机上进行，螺杆挤出机是聚合物挤出成型最基本的装备之一，是一种低能耗、低成本、多用途的橡塑机械，在国内制造数量最大、技术最成熟。挤出机机头及口型是挤出机的重要部件，位于机身前端，是挤出机的稳流和造型部分，在高聚物挤出成型过程中需要根据不同的制品尺寸要求更换不同的挤出机机头及口型。而目前常用的机头结构是与口型统一的专用机头，并且机头仅仅起胶料的成型作用，对于填料再次分散并没有作用，如中国实用新型 CN104339617B(电缆挤出机头)、CN104494100B(一种挤出机头)、 CN102814965B(橡胶挤出机机头)等等，实用新型中涉及的机头都仅仅起到了挤出成型的作用，对于填料的再次分散并有起到任何效果，对于橡胶复合材料的质量也没有起到任何作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的机头功能单一，规格固定的缺点，而提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

橡胶复合材料成型高均质挤出装置，包括挤出装置、锁紧装置和开合装置，所述挤出装置包括固定板、流道板、均质板、上口模、和下口模，所述固定板的中部设置有圆形流道，所述流道板的中部设置有第一流道，所述第一流道的一端与所述圆形流道连接，所述第一流道的另一端为缩口的椭圆形流道，所述均质板置于所述椭圆形流道的中部，且所述均质板上设置有细孔，所述均质板的一侧设置有由上口模和下口模构成的第二流道，所述第二流道的一端与所述第一流道连接，第二流道的另一端为细扁矩形，且所述圆形流道、第一流道和第二流道组成成型流道，所述挤出装置的外侧分别设置有锁紧装置和开合装置。

优选的，所述成型流道采用流线型曲面结构。

优选的，所述上口模和下口模通过螺栓固定连接，且所述上口模和下口模嵌套于口模固定板内。

优选的，所述开合装置由支架、圆柱和衔接块组成，所述支架的一端通过螺栓分别与流道板和口模固定板固定，支架的另一端通过圆柱与衔接块连接。

优选的，所述锁紧装置用于连接固定所述口模固定板和流道板，锁紧装置由右锁紧、左锁紧、压板、底板和垫片组成，所述底板通过螺栓固定于所述流道板的底端，所述左锁紧和右锁紧均通过压板和挡环固定于所述底板上，所述左锁紧和右锁紧的中部设置有连杆，连杆的外侧通过螺纹与第二螺母连接，且第一螺母的一侧设置有垫片。

优选的，所述挤出装置的内部设置有温度传感器。

优选的，所述细孔的孔径范围为3至6mm，细孔的厚度范围为5 至10mm。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型研发了一种能够实现橡胶复合材料在挤出成型段填料二次分散的方法及装置。在橡胶复合材料挤出成型段，通过特殊的流道设计，再一次打破填料聚集体结构，实现填料的二次分散，同时担负橡胶复合材料的成型功能，该方法具有理论支撑，并且效果良好；装置拆卸方便，能够快速更换口模流道，实现不同制品挤出过程中的不同均质的要求，并且结构简单，更换口模时方便省力。

附图说明

图1为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的流道结构剖视图；

图2为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的成型流道结构三维曲线图；

图3为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的成型流道流线型流动模型；

图4为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的口型整体图；

图5为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的高均质挤出机机头整体图；

图6为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的高均质挤出机机头剖视图；

图7为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的挤出机整体图；

图8为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的计算机模拟挤出过程中胶料压力变化图；

图9为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的计算机模拟挤出过程中胶料流速变化图；

图10为本实用新型提出的橡胶复合材料成型高均质挤出装置的计算机模拟挤出过程中胶料粘度变化图。

图中：1固定板、2流道板、3温度传感器、4均质板、5口模固定板、6上口模、7下口模、8右锁紧、9柱销、10压板、11挡环、 12第一螺母、13底板、14水管、15垫片、16第二螺母、17连杆、 18左锁紧、19支架、20圆柱、21衔接块、22出水口、23进水口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-10，橡胶复合材料成型高均质挤出装置，包括挤出装置、锁紧装置和开合装置，所述挤出装置包括固定板1、流道板2、均质板4、上口模6、和下口模7，所述固定板1的中部设置有圆形流道，所述流道板2的中部设置有第一流道，所述第一流道的一端与所述圆形流道连接，所述第一流道的另一端为缩口的椭圆形流道，所述均质板4置于所述椭圆形流道的中部，且所述均质板4上设置有细孔，所述均质板4的一侧设置有由上口模6和下口模7构成的第二流道，所述第二流道的一端与所述第一流道连接，第二流道的另一端为细扁矩形，且所述圆形流道、第一流道和第二流道组成成型流道，所述挤出装置的外侧分别设置有锁紧装置和开合装置。

进一步的，所述成型流道采用流线型曲面结构，所述流线型曲面结构采用参数化设置，且设置方法如下：

S1、将成型流道曲面的出入口切矢方向设计成与挤出流动的方向保持一致，在参数化设计过程中，保证在：当z＝0和z＝L时，有dr(z) /dz＝0，0≤z≤L，0≤r(z)≤1.

S2、对于型腔内的曲面结构，采用分段直线、样条曲线、双曲线以及多项式函数来形成流道型腔曲面，通过控制函数控制轮廓曲面结构，且多项式控制函数为：r(z)＝az³+bz²+CZ+d，a，b，C和 d可由初始边界条件求出，

S3、流道内的曲面方程为：

流道内的任意一点P(x,y,z)的坐标为：

X＝x0*r(z)+x1*(1-r(z))

Y＝y0*r(z)+y1*(1-r(z))

Z＝z3；

进一步的，所述上口模6和下口模7通过螺栓固定连接，且所述上口模6和下口模7嵌套于口模固定板5内。

进一步的，所述开合装置由支架19、圆柱20和衔接块21组成，所述支架19的一端通过螺栓分别与流道板2和口模固定板5固定，支架19的另一端通过圆柱20与衔接块21连接。

进一步的，所述锁紧装置用于连接固定所述口模固定板5和流道板2，锁紧装置由右锁紧8、左锁紧18、压板10、底板13和垫片15 组成，所述底板13通过螺栓固定于所述流道板2的底端，所述左锁紧18和右锁紧8均通过压板10和挡环11固定于所述底板13上，所述左锁紧18和右锁紧8的中部设置有连杆17，连杆17的外侧通过螺纹与第二螺母16连接，且第一螺母12的一侧设置有垫片15。

进一步的，所述挤出装置的内部设置有温度传感器3。

进一步的，所述细孔的孔径范围为3至6mm，细孔的厚度范围为 5至10mm。

应用了该实用新型专利的挤出方法与常规挤出工艺相同，胶料经过挤出机吃料部分进入挤出机中，经过螺杆与机筒之间的强剪切效果实现填料的分布与分散过程，然后到达挤出机机头；

在机头部分胶料经过固定板1的圆形流道，该部分流道与挤出机机筒相同，进入流道板2内的流道，该部分流道一端与固定板1流道形状相同，另一端为缩口的椭圆形流道，从整体看流道入口较大，出口较小，实现了混合胶料的汇聚；然混合胶料经过均质板4，均质板4上开有与椭圆流道相对用的一系列细孔，使混合物料分流细化，在分流细化过程中，由于细孔边缘对填料与胶料强大的剪切效果，进一步打破了填料聚集体，使填料在胶料中进一分散，通过均质板4后的胶料流入由上口模6下口模7构成的流道结构一段为椭圆形，另一端为细扁矩形，从整体看，该部分流道又由小变大，使刚刚进一步分散的胶料迅速膨胀，更加有利于填料在胶料中的分散，从而使该机头挤出的胶料质量较好，这也是称为高均质挤出机机头的原因。

同时成型流道为流线型曲面结构，曲面由参数化曲面方程控制曲面曲率，使曲面顺滑，减少了胶料在流动过程中的能量损失，积聚的能量大部分都可以应用到填料分散，从而橡胶复合材料的质量。

在整个机头挤出过程中，通过温度传感器3实时监控机头内胶料的温度，在温度较高时通过温控装置进行循环，其中进水口23为温控进水口23，通过水管14实现在机头内的循环，最后经过出水口22 流出。

上述方法的实现是在挤出机成型机头装置的基础上实现的，该装置的主体结构为：固定板1流道板2温度传感器3均质板4口模固定板5上口模6下口模7，锁紧装置及开合装置，其中锁紧装置主要由开口销滚柱压板10挡环11第一螺母12底板13螺栓右锁紧8柱销9垫片15第二螺母16连杆17左锁紧18组成，开合装置主要由支架 19圆柱20衔接块21组成；其各自的连接关系为：

固定板1与挤出机机身通过螺栓连接，流道板2通过螺栓与固定板1连接，上口模6与下口模7通过螺栓固定在一起，然后嵌套在口模固定板5上，口模固定板5通过锁紧装置与流道板2连接。

锁紧装置则通过底板13通过固定螺栓固定在流道板2上，左锁紧18、右锁紧8通过压板10及挡环11固定在底板13上，左锁紧 18与右锁紧8通过连杆17、螺母、垫片15实现锁紧。其中，连杆 17通过柱销9固定在右锁紧8上。

开合装置的支架19一端通过螺栓分别固定在流道板2、口模固定板5上，另一端通过柱销9与衔接块21连接。

对于同一机头生产不同尺寸制品时，通过松开螺母将左锁紧18、右锁紧8分开，通过开合装置中支架19将口模固定板5打开，从而根据不同制品的要求更换上下口模7组件即可，从而实现同一个机头适合多个口型结构，并且可以实现口型的快速更换。

为了验证该方法对胶料的挤出质量的影响，我们做了不同挤出转速下，传统机头与该实用新型方法中提及机头的对比实验，具体实验过程如下所述：

(1)实验过程

实验先通过传统的密炼机将橡胶、填料及一些添加剂预混，然后将初步预混好的胶料进入挤出机，分别进行传统挤出机机头及该实用新型方法中提及机头，不同转速下的对比实验。其中密炼机混炼工艺为：胶+小料(30秒)提栓加入一半白炭黑(1分钟)提栓加入剩下的白炭黑(1分30秒)提栓加入炭黑及油(温度120度)提栓清扫 (混炼1分钟)提栓排气(混炼1分钟)排胶。

(2)实验用配方

(3)相关实验数据

随着转速的增加，橡胶复合材料在挤出机中受到的剪切力逐渐增大，在剪切力的作用下，实现填料的均匀分散，转速一旦超过25rpm 后，由于转速太快，橡胶复合材料在挤出机中作用时间较短，填料没有分散完全，导致胶料性能变差。

实验通过不同转速下，传统挤出方法与该实用新型专利提供的方法进行实验对比，对比结果表明：该实用新型可以明显提高填料的分散效果，对于橡胶复合材料的质量有很好的保证。

为了进一步验证该实用新型方法及装置对胶料挤出成型过程高均质挤出的效果，利用FLUENT对胶料挤出成型过程进行模拟。模拟条件为：出口压力设定为标准大气压，入口压力根据机头处实际压力设定，通过实验测得为25MPa，机头避免设置为无滑移壁面，网格划分为自由网格。模拟整个胶料填充过程及流动过程，具体结论如下：

(1)整个挤出过程的压力变化，参照图8，

通过模拟过程可以发现，通过该方法挤出使，在挤出末端可以实现等压力挤出，使胶料出口处压力相同，实现在同一位置出胶料的挤出胀大效果相同，可以保证制品的成型质量。并且在流道板2内压力急剧增大，聚集胶料内能，通过均质板4后压力迅速释放，通过胶料本身的内能实现填料的二次分散过程

(2)整个挤出过程中胶料的流速变化，参照图9，

由模拟结果可以发现，在整个挤出过成中胶料可以填充满型腔，流动过程并无死角。

(3)整个挤出过程中胶料的粘度变化，参照图10，

由模拟结果可以发现，在挤出成型后段胶料粘度迅速降低，表明在流道板(2)阶段受到了强大的剪切效果，使胶料粘度迅速下降，胶料粘度下降也有利于胶料的挤出成型。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.橡胶复合材料成型高均质挤出装置，包括挤出装置、锁紧装置和开合装置，其特征在于，所述挤出装置包括固定板（1）、流道板（2）、均质板（4）、上口模（6）、和下口模（7），所述固定板（1）的中部设置有圆形流道，所述流道板（2）的中部设置有第一流道，所述第一流道的一端与所述圆形流道连接，所述第一流道的另一端为缩口的椭圆形流道，所述均质板（4）置于所述椭圆形流道的中部，且所述均质板（4）上设置有细孔，所述均质板（4）的一侧设置有由上口模（6）和下口模（7）构成的第二流道，所述第二流道的一端与所述第一流道连接，第二流道的另一端为细扁矩形，且所述圆形流道、第一流道和第二流道组成成型流道，所述挤出装置的外侧分别设置有锁紧装置和开合装置。

2.根据权利要求1所述的橡胶复合材料成型高均质挤出装置，其特征在于，所述成型流道采用流线型曲面结构。

3.根据权利要求1所述的橡胶复合材料成型高均质挤出装置，其特征在于，所述上口模（6）和下口模（7）通过螺栓固定连接，且所述上口模（6）和下口模（7）嵌套于口模固定板（5）内。

4.根据权利要求3所述的橡胶复合材料成型高均质挤出装置，其特征在于，所述开合装置由支架（19）、圆柱（20）和衔接块（21）组成，所述支架（19）的一端通过螺栓分别与流道板（2）和口模固定板（5）固定，支架（19）的另一端通过圆柱（20）与衔接块（21）连接。

5.根据权利要求3所述的橡胶复合材料成型高均质挤出装置，其特征在于，所述锁紧装置用于连接固定所述口模固定板（5）和流道板（2），锁紧装置由右锁紧（8）、左锁紧（18）、压板（10）、底板（13）和垫片（15）组成，所述底板（13）通过螺栓固定于所述流道板（2）的底端，所述左锁紧（18）和右锁紧（8）均通过压板（10）和挡环（11）固定于所述底板（13）上，所述左锁紧（18）和右锁紧（8）的中部设置有连杆（17），连杆（17）的外侧通过螺纹与第二螺母（16）连接，且第一螺母（12）的一侧设置有垫片（15）。

6.根据权利要求1、3至5中任意一条所述的橡胶复合材料成型高均质挤出装置，其特征在于，所述挤出装置的内部设置有温度传感器（3）。

7.根据权利要求1、3至5中任意一项所述的橡胶复合材料成型高均质挤出装置，其特征在于，所述细孔的孔径范围为3至6mm，细孔的厚度范围为5至10mm。