本發(fā)明涉及短纖維徑向取向增強胎面膠擠出成型裝置，特別是針對于短纖維徑向取向應(yīng)用于再制造輪胎胎面的擠出成型裝置。

背景技術(shù)：

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，我國的廢舊輪胎年產(chǎn)量也是全球最多。廢舊輪胎作為固體廢棄物，是一種“黑色污染”，如何清潔并高值化循環(huán)利用廢舊輪胎成為一項重大問題，當前，對廢舊輪胎進行循環(huán)利用主要有輪胎翻新、生產(chǎn)膠粉、生產(chǎn)再生膠、廢輪胎裂解等途徑。其中，輪胎翻新是廢舊輪胎循環(huán)利用的首選方式，具有最環(huán)保、最節(jié)省資源等優(yōu)點，已成為發(fā)達國家通常采用的廢舊輪胎循環(huán)利用方式。通常每翻新一次，輪胎即可獲得相當于新胎60％～90％的使用壽命，耐磨、安全等性能也不影響其正常使用。在原材料和能源消耗方面，翻新輪胎分別為制造同規(guī)格新胎的15％～30％和20％～30％，而價格卻僅為20％～50％，經(jīng)過大量的研究表明，短纖維增強橡膠復(fù)合材料是制備高性能翻新輪胎的理想材料之一。膠料中加入短纖維，并且使短纖維在膠料中適當取向，可使輪胎的滾動阻力明顯降低，據(jù)報道，對于轎車胎，滾動阻力降低5％～7％，可節(jié)省燃料1％；對于載重胎，滾動阻力降低2％～4％，可節(jié)省燃料1％。而在輪胎的各部件中，胎面產(chǎn)生的滾動阻力占據(jù)了總滾動阻力的49％。因此，有效降低胎面的滾動阻力，將對節(jié)約能源、減少排放產(chǎn)生重要的影響，這對石油資源日益匱乏的我國來說具有非常重大的意義；胎面的抗撕裂性、耐磨性、抗崩花掉塊性能提高，可使輪胎輕量化，并且還可使行駛噪音降低，提高了乘坐的舒適性，從而滿足廣大人民的消費需求以及符合國家節(jié)能、減排、環(huán)保的生產(chǎn)要求。

CN101352927A公開一種短纖維增強橡膠復(fù)合材料徑向取向擠出成型方法，先將含有短纖維的橡膠熔融體在擠出機中進行擠出加工；在擠出機筒內(nèi)的螺桿末端，橡膠被擠入軸向取向流道，利用膠料流動方向取向，在機頭的軸向取向流道內(nèi)實現(xiàn)短纖維軸向方向取向；經(jīng)過軸向取向后的膠料在擠出壓力作用下通過由收縮流道的厚度而形成的阻壩，利用橡膠擠出膨脹的特點，膠料中的短纖維在膠料通過阻壩后迅速膨脹的過程中發(fā)生翻滾而傾斜；膨脹后的膠料沿流道繼續(xù)流動，在流道的中間和邊緣部分因速度梯度使傾斜加劇，短纖維徑向取向增大，并進而實現(xiàn)徑向取向。

CN101337435A公開一種短纖維增強橡膠復(fù)合材料徑向取向擠出成型裝置，其法蘭正面上制有八個螺紋孔，用八根雙頭螺桿和螺母將法蘭與過渡段、阻壩支撐板、定型板、機頭壓板按順序依次聯(lián)接在一起，法蘭正上方裝有溢膠閥，正下方鉆一螺紋孔以安裝壓力傳感器；阻壩支撐板中間放置一對阻壩調(diào)節(jié)塊，阻壩調(diào)節(jié)螺栓一端與阻壩調(diào)節(jié)塊固定，另一端通過螺紋連接與阻壩支撐板相聯(lián)，阻壩調(diào)節(jié)螺栓控制阻壩間隙；定型板中間放置一對定型調(diào)節(jié)塊來調(diào)節(jié)定型間隙，定型調(diào)節(jié)塊夾在阻壩支撐板與機頭壓板之間并由螺釘將其固定。

CN102431145A公開一種輪胎胎面膠中短纖維徑向取向成型裝置，由機頭壓力調(diào)整螺栓、機頭壓力調(diào)整閥和濾膠板組成機頭入口段，由取向間隙調(diào)節(jié)塊、取向間隙調(diào)整螺釘、分流型塊和取向間隙支撐板組成徑向取向段，由定型間隙調(diào)整塊、定型間隙調(diào)整螺釘和定型間隙支撐板組成定型段；法蘭盤上均勻布置八個通孔，分別用八個螺栓將法蘭盤與擠出機機身固連，機頭入口段與法蘭盤相連并用加強筋板固定，在機頭入口段內(nèi)制有加熱冷卻水循環(huán)通道，其入口端制有慮膠板，機頭壓力調(diào)節(jié)閥分別與機頭壓力調(diào)節(jié)螺栓和機頭入口段相聯(lián)。

在上述發(fā)明專利中短纖維徑向取向的方法及原理都是利用橡膠擠出膨脹的特性，使胎面膠中的短纖維在膠料膨脹過程中沿著膨脹方向發(fā)生翻滾，呈現(xiàn)出傾斜的趨勢，最終使短纖維徑向取向，但是現(xiàn)有技術(shù)中沒有公開取向段內(nèi)連續(xù)阻壩為鏡像對稱不等高雙波峰波浪結(jié)構(gòu)時特定比例下短纖維膠料的壓縮能，即膠料中短纖維在經(jīng)過特定的尺寸和比例下的波峰和波谷，其擠出膨脹能力的強弱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了改變現(xiàn)有技術(shù)中上述問題，本發(fā)明提供了短纖維徑向取向增強胎面膠擠出成型裝置，包括連接在一起的入口段、過渡段、取向段及口模板，入口段設(shè)置一沿擠出方向梳理短纖維的濾板，取向段內(nèi)設(shè)置連續(xù)阻壩結(jié)構(gòu)，使得膠料中的短纖維隨著膠料的壓縮膨脹發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在口模段膠料得以定型，最終短纖維以徑向方向即垂直于擠出方向在橡膠基體中取向。

優(yōu)選的是：連續(xù)阻壩結(jié)構(gòu)為鏡面對稱的不等高雙波峰波浪結(jié)構(gòu)，2段阻壩第一段長為30mm，第二段長為25mm，每段阻壩峰值逐級減小，鏡像對稱的兩個峰值之間的最大距離分別為50mm和40mm，谷值逐級增大，鏡像對稱的兩個谷值之間的最大距離分別為30mm、20mm和10mm，口模設(shè)置在中間的膠料出口方向，取向段的流道由鏡面對稱的連續(xù)阻壩結(jié)構(gòu)形成，連續(xù)阻壩調(diào)節(jié)塊外側(cè)通過壓板連接調(diào)節(jié)柱一端，調(diào)節(jié)柱另一端通過螺紋連接中間板，中間板、口模板和過渡段的固定板通過螺柱連接。

優(yōu)選的是：入口段為一法蘭，所述法蘭中心位置為膠料入口，膠料入口通過濾板與過渡段的流道相通，濾板為一帶孔板，孔徑小于短纖維長度，大于短纖維粒徑，優(yōu)選1.0-3.6mm。

優(yōu)選的是：入口段的流道逐漸收縮，入口段上方設(shè)置連通流道的溢膠裝置，溢膠裝置包括溢膠閥和與之配合的調(diào)節(jié)螺栓。

優(yōu)選的是：過渡段包括固定板和由固定板內(nèi)側(cè)形成的流道，固定板外側(cè)裝有溫度傳感器和壓力傳感器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：一是可以在現(xiàn)有的再制造輪胎胎面成型裝備中實現(xiàn)纖維的徑向取向過程，不改變成熟的再制造輪胎胎面成型工藝；二是發(fā)明裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡單、對操作人員技術(shù)水平要求較低，從而保證擠出胎面膠料的質(zhì)量穩(wěn)定性好；三是取向過程簡單可行，利用短纖維懸浮體流變學(xué)分析，使橡膠在流動過程中收到速度梯度為負的拉伸流場作用使纖維沿徑向取向，利用膠料在經(jīng)過連續(xù)阻壩為鏡像對稱不等高雙波峰波浪結(jié)構(gòu)時特定比例下短纖維膠料的壓縮能，即膠料中短纖維在經(jīng)過特定的尺寸和比例下的波峰和波谷時增強其擠出膨脹能力，并利用最佳機頭尺寸使短纖維更好地徑向取向。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主剖視圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖3為本發(fā)明的裝置鏡像對稱的波峰波谷不同尺寸比例下混煉膠料平行于擠出方向橫截面的電鏡圖片,鏡像對稱的兩個谷值之間的距離分別為30mm、20mm和10mm時，a，b,c分別為鏡像對稱的兩個峰值之間距離分別為50mm和40mm，50mm和30mm，50mm和50mm，40mm和50mm時的電鏡圖片；

1濾板、2法蘭、3溢膠閥調(diào)節(jié)螺栓、4溢膠閥、5溫度傳感器、6調(diào)節(jié)柱、7連續(xù)阻壩調(diào)節(jié)塊、8口模板、9螺母、10螺柱、11墊片、12口模、13壓板、14中間板、15固定板、16壓力傳感器、17流道板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了短纖維徑向取向增強胎面膠擠出成型裝置，包括連接在一起的入口段、過渡段、取向段及口模板8，入口段設(shè)置一沿擠出方向梳理短纖維的濾板1，取向段內(nèi)設(shè)置連續(xù)阻壩結(jié)構(gòu)7，使得膠料中的短纖維隨著膠料的壓縮膨脹發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在口模段膠料得以定型，最終短纖維以徑向方向即垂直于擠出方向在橡膠基體中取向。

連續(xù)阻壩結(jié)構(gòu)為鏡面對稱不等高雙波峰波浪結(jié)構(gòu)，2段阻壩第一段長為30mm，第二段長為25mm，每段阻壩峰值逐級減小，鏡像對稱的兩個峰值之間的最大距離分別為50mm和40mm，谷值逐級增大，鏡像對稱的兩個谷值之間的最大距離分別為30mm、20mm和10mm，口模設(shè)置在中間的膠料出口方向，取向段的流道由鏡面對稱的連續(xù)阻壩結(jié)構(gòu)形成，連續(xù)阻壩調(diào)節(jié)塊外側(cè)通過壓板連接調(diào)節(jié)柱6一端，調(diào)節(jié)柱6另一端通過螺紋連接中間板14，中間板14、口模板8和過渡段的固定板15通過螺柱連接，如圖3所示，由發(fā)明的裝置鏡像對稱的波峰波谷不同尺寸比例下混煉膠料平行于擠出方向橫截面的電鏡圖片可以看出，此距離最大不等高雙波峰波浪結(jié)構(gòu)比例下，短纖維擠出膨脹能力最大，擠出膠條短纖維徑向取向程度最高。

入口段為一法蘭2，所述法蘭2中心位置為膠料入口，膠料入口通過濾板1與過渡段的流道相通，濾板1為一帶孔板，孔徑小于短纖維長度，大于短纖維粒徑，優(yōu)選1.0-3.6mm。

入口段的流道逐漸收縮，入口段上方設(shè)置連通流道的溢膠裝置，溢膠裝置包括溢膠閥4和與之配合的調(diào)節(jié)螺栓3。

過渡段包括固定板15和由固定板15內(nèi)側(cè)形成的流道，固定板15外側(cè)裝有溫度傳感器5和壓力傳感器16。

本實例的短纖維徑向取向增強胎面膠擠出成型裝置取向部件主要由濾板1、連續(xù)阻壩取向板8及調(diào)節(jié)部分組成，本裝置的連接關(guān)系為法蘭2前端與擠出機機頭靠螺栓連接，后端與流道板17焊接在一起，流道板17上方有溢膠閥4及溢膠閥調(diào)節(jié)螺栓3，調(diào)節(jié)取向機頭內(nèi)的壓力，壓力過大時通過調(diào)節(jié)溢膠閥調(diào)節(jié)螺栓3來降低取向裝置內(nèi)的壓力，溫度傳感器5、壓力傳感器16固定于固定板15上，對取向裝置內(nèi)的溫度和壓力進行實時監(jiān)測，膠料流經(jīng)連續(xù)阻壩取向板8后短纖維隨膠料運動到波谷時勢能增大，隨后經(jīng)過波峰段獲得更大的拉伸應(yīng)力，使短纖維流經(jīng)多級阻壩后在剪切和拉伸流場的作用下翻轉(zhuǎn)程度進一步加大，實現(xiàn)再制造輪胎胎面膠中纖維取向的成型過程。流道板另一側(cè)有6個螺紋孔，與螺柱10連接，螺柱依次固定固定板15、中間板14、口模板8最后由螺母9固定?？谀?2固定在口模板上。同時流道板17和口模板8開有冷卻水孔，在外接溫控裝置下實現(xiàn)取向裝置的溫度控制。調(diào)節(jié)部分的工作原理為：調(diào)節(jié)柱6與中間板14為螺紋連接，通過螺紋連接可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)柱的上下運動，而調(diào)節(jié)柱6與連續(xù)阻壩調(diào)節(jié)塊7之間是靠壓板13實現(xiàn)連接，因此將螺紋的周向運動轉(zhuǎn)換成連續(xù)阻壩調(diào)節(jié)塊7的上下運動。

如圖2所示，本發(fā)明裝置取向原理：膠經(jīng)料入口段帶孔濾板，濾版孔徑小于短纖維長度，大于短纖維粒徑，使得短纖維沿著擠出方向取向，流入到取向段后，短纖維隨膠料運動到波谷段勢能增大，以便在經(jīng)過波峰段時獲得更大的拉伸應(yīng)力，由于連續(xù)阻壩結(jié)構(gòu)阻壩波峰逐級減小、谷值逐級增大，使短纖維流經(jīng)多級阻壩后在剪切和拉伸流場的作用下翻轉(zhuǎn)程度進一步加大，擠出口模，實現(xiàn)短纖維的徑向取向。需要說明的是，該裝置與的冷喂料銷釘擠出機配套。

本發(fā)明纖維增強再制造輪胎胎面徑向取向擠出成型的具體步驟是先將含有短纖維的再制造輪胎胎面膠加入到擠出機中通過螺桿進行擠出塑化，在擠出機機筒內(nèi)的螺桿末端，經(jīng)過擠出加工后的再制造輪胎胎面膠被擠入濾板，實現(xiàn)短纖維在膠料中的軸向取向；膠料在擠出壓力流經(jīng)逐漸間隙縮小的連續(xù)阻壩，可以保證膠料的充分流動的同時，增大橡膠的勢能，使短纖維流經(jīng)多級阻壩后在剪切和拉伸流場的作用下翻轉(zhuǎn)程度進一步加大，從而實現(xiàn)短纖維徑向取向，經(jīng)實驗證明，在本發(fā)明的比例和尺寸條件下，其徑向取向程度最高。

該短纖維徑向取向增強再制造輪胎胎面擠出成型裝置的擠出工藝流程如下：

1、將含有短纖維的再制造輪胎胎面膠加入冷喂料擠出機內(nèi)，擠出機為XJW60-200，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為15轉(zhuǎn)/分鐘，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)與剪切，實現(xiàn)再制造輪胎胎面膠料的擠出加工成型；

2、再制造輪胎胎面膠料經(jīng)過螺桿的輸送后進入發(fā)明裝置，膠料通過一個一定孔徑的濾板1，將短纖維捋直；

3、通過調(diào)節(jié)溢膠閥螺栓3調(diào)節(jié)機頭內(nèi)壓力，使壓力維持在3-10MPa，以保證膠料質(zhì)量及設(shè)備的正常安全工作；

4、然后胎面膠料經(jīng)過渡段到達取向段，連續(xù)阻壩調(diào)節(jié)塊7的連續(xù)阻壩結(jié)構(gòu)可以保證充分的膠料流動，膠料經(jīng)連續(xù)阻壩調(diào)節(jié)塊7后膠料經(jīng)過壓縮、擠出脹大，短纖維徑向經(jīng)口模12擠出機頭；

以上實施方案僅用于說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，不脫離本發(fā)明精神的任何修改或局部替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。