短纤维径向取向增强环形胎面挤出成型预硫化一体装置的制作方法

本发明涉及纤维取向增强再制造轮胎胎面挤出成型预硫化一体装置，特别是针对于短纤维径向取向增强环形胎面挤出成型预硫化一体装置

背景技术：

随着汽车工业的飞速发展，我国的废旧轮胎年产量也是全球最多。废旧轮胎作为固体废弃物，是一种“黑色污染”。如何清洁并高值化循环利用废旧轮胎成为一项重大问题，当前，对废旧轮胎进行循环利用主要有轮胎翻新、生产胶粉、生产再生胶、废轮胎裂解等途径。其中，轮胎翻新是废旧轮胎循环利用的首选方式，具有最环保、最节省资源等优点，已成为发达国家通常采用的废旧轮胎循环利用方式。通常每翻新一次，轮胎即可获得相当于新胎60％～90％的使用寿命，耐磨、安全等性能也不影响其正常使用。在原材料和能源消耗方面，翻新轮胎分别为制造同规格新胎的15％～30％和20％～30％，而价格却仅为20％～50％，经过大量的研究表明，短纤维增强橡胶复合材料是制备高性能翻新轮胎的理想材料之一。胶料中加入短纤维，并且使短纤维在胶料中适当取向，可使轮胎的滚动阻力明显降低，据报道，对于轿车胎，滚动阻力降低5％～7％，可节省燃料1％；对于载重胎，滚动阻力降低2％～4％，可节省燃料1％。而在轮胎的各部件中，胎面产生的滚动阻力占据了总滚动阻力的49％。因此，有效降低胎面的滚动阻力，将对节约能源、减少排放产生重要的影响，这对石油资源日益匮乏的我国来说具有非常重大的意义；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，提高了乘坐的舒适性，从而满足广大人民的消费需求以及符合国家节能、减排、环保的生产要求。

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过渡段、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；但是即使能够使挤出胶料更好的径向取向，但是现有技术中一般的挤出胶条若要要进行硫化，挤出机需通过管道连接轮胎活络模具，挤出胶条经过轮胎活络模具模套或上下模，慢慢充满整个轮胎模具型腔，其胶料中的短纤维在轮胎活络模具运动方向发生改变，其取向状态发生改变，在实际生产中没有任何意义，并不能应用于大规模工业生产，并且原有的径向取向机头对加工精度要求较大，制造成本较高。

技术实现要素：

为了改变传统的短纤维径向取向的方法及原理，并克服现有技术中短纤维胶料在轮胎活络模具中硫化时短纤维运动方向发生改变的技术问题，本发明提供了一种短纤维径向取向增强环形胎面挤出成型预硫化一体装置，包括入口段、过渡段、分流段、定型段，其特征在于：过渡段末端与分流段相连，分流段内圆柱形流道先经过90度变形，变形后的分流段流道内设置有一横截面为六边形的分流柱，分流柱固定在定型段中心，定型段通过六角螺柱与分流段连接，分流柱与定型段中心部分圆滑过渡，分流柱的末端连接定型段，定型段共有六个等截面流道，流道口与六边形边相对，分流柱的横截面积为圆柱形结构横截面积的1/2，定型板外配合有分块轮胎花纹面的预硫化装置，预硫化装置与上定型板、下定型板嵌合；分流段内分流柱顶部为六棱锥，便于胶料被分流柱均匀引导至定型段各个流道内，过渡段末端与分流段相连，分流段内圆柱形流道先经过90度变形，由横向挤出平滑过渡到纵向挤出，防止橡胶在挤出过程中因积料而产生胶烧现象。

优选的是：所述一体装置包括翻新胎面下模具、翻新胎面上模具和档胶板，翻新胎面上模具分内外两层，所述档胶板嵌入翻新胎面上模具内外层之间，均布于定型段六个流道口延伸到翻新胎面的上模具内，翻新胎面上模具内层为六个流道，与定型段六个流道相连，档胶板向下可将六个流道封闭，外层为环形预硫化胎面型腔，翻新胎面上、下模具合模时的型腔高度为上、下定型板之间型腔的高度的9/10，预硫化胎面最后可以分块把胎面移出。

优选的是：入口段为一法兰，所述法兰中心位置为胶料入口，胶料入口与过渡段的流道相通。

优选的是：入口段为锥形结构，过渡段为圆柱形结构。

优选的是：定型段内流道以中心为起点，胶料沿着六条等横截面的流道挤出，每条流道中心的夹角为60度，上、下定型板之间型腔的高度为全充满分流段流道直径的1/4，此时，胶料从过渡段到定型段过渡时不会发生挤出膨胀现象，从而尽量使纤维方向保持一致。

优选的是：过渡段在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：过渡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：入口段、过渡段、分流段上开设冷却水孔。

优选的是：定型段由上、下定型板和板间模腔组成。

各部件之间的连接关系为法兰与挤出机相连，入口段、过渡段和分流段进口和出口的相应位置开设螺纹孔，在分流段的水平一端的螺纹孔通过螺柱与法兰连接,通过螺母拧紧。定型段上下两部分分别开设螺纹孔，分流段的底部对应位置开盲孔，用内六角螺栓将分流段与定型段连接拧紧。

本发明装置取向原理：将挤出机位于环形胎面预硫化装置的正上方，定型段插入与之匹配的与硫化装置的定型股内，胶料沿着挤出装置从定型段四周挤出，当短纤维胶料流经断面积均匀不变的流道时，其速度分布比较平缓，主要形成剪切流场，故短纤维为沿着挤出方向取向，当短纤维在环形预硫化装置的中心向四周挤出时，完成短纤维胎面胶的径向取向。

本发明与现有技术相比具有以下优点：一是短纤维取向原理简单，由最常见的从一端水平挤出改成从中心向四周均匀挤出，通过挤出方式的改变巧妙的运用到环形胎面预硫化装置中，提高纤维的取向度；克服了现有技术中短纤维胶料在轮胎活络模具中硫化时短纤维运动方向发生改变的技术问题，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；三是可以将定型段部分替换，可以根据环形胎面预硫化装置的大小和要求设计合适的定型段，满足不同的加工要求，并且结构简单，减少了高精度的加工成本，适合于工业化生产，经济，方便，实用。

附图说明

图1为本发明的主剖视图；

图2为本发明的分流柱和下定型板俯视图；

图3为本发明的结构原理示意图；

图4为本发明的分流柱和翻新胎面上模具俯视图；

1法兰、2溢胶阀调节螺栓、3溢胶阀、4温度传感器、5过渡段、6分流段、7螺母、8螺柱、9垫片、10上定型板、11翻新胎面下模具、12翻新胎面上模具、13档胶板、14下定型板、15分流柱、16内六角螺栓、17压力传感器、18入口段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了短纤维径向取向增强环形胎面挤出成型预硫化一体装置，包括入口段18、过渡段5、分流段6、定型段，过渡段5末端与分流段15相连，分流段6内圆柱形流道先经过90度变形，变形后的分流段流道内设置有一横截面为六边形的分流柱15，，分流柱15固定在定型段中心，定型段通过六角螺柱与分流段6连接，分流柱15与定型段中心部分圆滑过渡，分流柱15的末端连接定型段，定型段共有六个等截面流道，流道口与六边形边相对，分流柱的横截面积为圆柱形结构横截面积的1/2，由于胶料太厚会导致壁的剪切作用会下降，会导致取向程度降低，因此此比例下相应的分流柱15对应的多边形边(即定型流道宽度)短纤维胶料挤出径向取向效果最好，在胶料推力作用下，胶料从中心沿定型段流道向四周挤出。定型板外配合有分块轮胎花纹面的预硫化装置，预硫化装置与上定型板10、下定型板14嵌合；分流段内分流柱15顶部为六棱锥，便于胶料被分流柱均匀引导至定型段各个流道内，过渡段5末端与分流段6相连，分流段6内圆柱形流道先经过90度变形，由横向挤出平滑过渡到纵向挤出，防止橡胶在挤出过程中因积料而产生胶烧现象。

如图1，2，4所示，所述一体装置包括翻新胎面下模具11、翻新胎面上模具12和档胶板13，翻新胎面上模具12分内外两层，所述档胶板13嵌入翻新胎面上模具12内外层之间，均布于定型段六个流道口延伸到翻新胎面的上模具12内，翻新胎面上模具12内层为六个流道，与定型段六个流道相连，档胶板13向下可将六个流道封闭，外层为环形预硫化胎面型腔，翻新胎面上、下模具合模时的型腔高度为上、下定型板之间型腔的高度的9/10。由于受硫化工艺的限制，两者高度不可能一样，因此此高度比例下胶料在进入型腔时能够最大限度的保持挤出胎面短纤维径向取向，并且能最大程度的保持挤出量，需要说明的是，为进一步加强胶料径向取向的程度，定型段流道口可以为多个，分流柱15相应的截面也可为多边形截面，分流柱15为多边形棱锥，档胶板13也相应地增加。

入口段18的流道逐渐收缩，入口段18上方设置连通流道的溢胶装置，溢胶装置包括溢胶阀3和与之配合的调节螺栓8。

过渡段5在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。

入口段18和过渡段5，分流段6上开设冷却水孔,入口段为锥形结构，过渡段为圆柱形结构。

定型段由上、下定型板和板间模腔组成。

分流柱15与定型段中心部分圆滑过渡，防止橡胶在挤出过程中因积料而产生胶烧现象。

如图2所示，定型段内流道以中心为起点，胶料沿着六条等横截面的流道挤出，每条流道中心的夹角为60度，上、下定型板之间型腔的高度为全充满分流段流道直径的1/4，此时，胶料从过渡段到定型段过渡时不会发生挤出膨胀现象，从而尽量使纤维方向保持一致。

各部件之间的连接关系为法兰1与挤出机相连，入口段18、过渡段5和分流段15进口和出口的相应位置开设螺纹孔，在分流段15的水平一端的螺纹孔通过螺柱与法兰1连接,通过螺母拧紧。定型段上下两部分分别开设螺纹孔，分流段6的底部对应位置开盲孔，用内六角螺栓将分流段与定型段连接拧紧。

其连接关系为法兰1前端与挤出机机头靠螺栓连接，后端与入口段15连接在一起，入口段15上方开有溢胶阀,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。温度传感器4、压力传感器14固定于过渡段5上，对取向装置内的温度和压力进行实时监测，在入口段15、过渡段5和分流段6上开冷却水孔,通过外接温控装置控制胶料的流动温度。胶料进入到分流段后，挤出方向由水平变成竖直，经分流柱12流入定型段，挤出方向由竖直变成水平从定型段中间向四周挤出。

本发明利用现有技术中预硫化装置上的压力传感器传导到挤出机所连的升降机控制系统，升降机控制系统将挤出机沿竖直方向向上移动，用于工业化生产。

本发明装置取向原理：如图3所示，将挤出机位于环形胎面预硫化装置的正上方，定型段插入与之匹配的与硫化装置的定型段内，胶料沿着挤出装置从定型段四周挤出，当短纤维胶料流经断面积均匀不变的流道时，其速度分布比较平缓，主要形成剪切流场，故短纤维为沿着挤出方向取向，当短纤维在环形预硫化装置的中心向四周挤出时，完成短纤维延胎面胶的径向取向，当硫化过程完成后，机器移动挤出机，使其上升，翻新胎面上模具12的内层形成的纤维鲜味不取向硫化内层被带出，外层与里面的型腔形成短纤维径向取向的预硫化胎面胶。

为进一步说明本发明的技术效果，将本装置挤出预硫化的短纤维径向取向翻新胎和不加短纤维的硫化胎面进行磨耗测试，本测试由青岛某公司合作进行，对预硫化胎面进行加工，并制作成品胎，共制作出18R24.5和14R24两种短纤维取向的成品胎，与其对应的普通翻新胎进行动态测试；选用青岛某港口周边的集装箱吊车进行实际路面磨耗测试，在16平方公里路面上进行，最后测试其剩余预硫化胎面厚度：14R，轮胎初始花纹深度为16mm，吊车行驶442小时后普通翻新胎为8.1mm、短纤维取向翻新胎为12.7mm；18R轮胎初始花纹深度为18mm，吊车行驶570小时后：普通翻新胎为6.4mm、短纤维取向翻新胎为10.6mm。

该短纤维径向取向增强环形胎面挤出成型预硫化一体装置的挤出工艺流程如下：

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、通过调节溢胶阀螺栓2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；

3、胶料经过渡段后在挤出压力作用下进入分流段15，挤出由水平方向变成竖直方向，由分流段15进入定型段后经过分流段中心设置的固定在定型段中心的连接定型段一横截面为六边形的分流柱12，经过分流柱后胶料横截面积为圆柱形结构横截面积的1/2，由过渡段5到定型段挤出由竖直方向再变回水平方向，胶料经过定型段六个流道口实现由中间向四周挤出；

4、胶料由中间向四周挤出后，最后充满预硫化装置，当胶料充满压实后，预硫化装置上的压力传感器传导到挤出机所连的升降机控制系统，升降机控制系统将挤出机沿竖直方向向上移动，此时将档胶板13向下移动，将环形胶料密封，并进行环形胎面胶的预硫化工序；

5.预硫化装置控制系统控制预硫化装置开模，形成预硫化短纤维径向取向胎面胶。

本发明与现有技术相比具有以下优点：一是短纤维取向原理简单，由最常见的从一端水平挤出改成从中心向四周均匀挤出，通过挤出方式的改变巧妙的运用到环形胎面预硫化装置中，提高纤维的径向取向度，克服了现有技术中短纤维胶料在轮胎活络模具中硫化时短纤维运动方向发生改变，挤出成型径向取向起不到实际作用的技术问题，并且挤出成型硫化为一体，减少了工艺流程；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；三是可以将定型段部分替换，可以根据环形胎面预硫化装置的大小和要求设计合适的定型段，满足不同的加工要求。

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。