本發(fā)明涉及纖維取向增強再制造輪胎胎面擠出成型預硫化一體裝置，特別是在此裝置中實現(xiàn)的輪胎胎面膠中短纖維徑向取向成型方法。

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；但是即使能夠使擠出膠料更好的徑向取向，但是現(xiàn)有技術(shù)中一般的擠出膠條若要要進行硫化，擠出機需通過管道連接輪胎活絡(luò)模具，擠出膠條經(jīng)過輪胎活絡(luò)模具模套或上下模，慢慢充滿整個輪胎模具型腔，其膠料中的短纖維在輪胎活絡(luò)模具運動方向發(fā)生改變，其取向狀態(tài)發(fā)生改變，在實際生產(chǎn)中沒有任何意義，并不能應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并且原有的徑向取向機頭對加工精度要求較大，制造成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了改變傳統(tǒng)的短纖維徑向取向的方法及原理，并克服現(xiàn)有技術(shù)中短纖維膠料在輪胎活絡(luò)模具中硫化時短纖維運動方向發(fā)生改變的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種短纖維徑向取向增強環(huán)形胎面擠出成型預硫化一體裝置和在此裝置中實現(xiàn)的輪胎胎面膠中短纖維徑向取向的成型方法，該裝置包括入口段、過渡段、分流段、定型段，過渡段末端與分流段相連，分流段內(nèi)圓柱形流道先經(jīng)過90度變形，變形后的分流段流道內(nèi)設(shè)置有一橫截面為六邊形的分流柱，分流柱固定在定型段中心，定型段通過六角螺柱與分流段連接，分流柱與定型段中心部分圓滑過渡，分流柱的末端連接定型段，定型段共有六個等截面流道，流道口與六邊形邊相對，分流柱的橫截面積為圓柱形結(jié)構(gòu)橫截面積的1/2，定型板外配合有分塊輪胎花紋面的預硫化裝置，預硫化裝置與上定型板、下定型板嵌合；分流段內(nèi)分流柱頂部為六棱錐，便于膠料被分流柱均勻引導至定型段各個流道內(nèi)，過渡段末端與分流段相連，分流段內(nèi)圓柱形流道先經(jīng)過90度變形，由橫向擠出平滑過渡到縱向擠出，防止橡膠在擠出過程中因積料而產(chǎn)生膠燒現(xiàn)象。

優(yōu)選的是：所述一體裝置包括翻新胎面下模具、翻新胎面上模具和檔膠板，翻新胎面上模具分內(nèi)外兩層，所述檔膠板嵌入翻新胎面上模具內(nèi)外層之間，均布于定型段六個流道口延伸到翻新胎面的上模具內(nèi)，翻新胎面上模具內(nèi)層為六個流道，與定型段六個流道相連，檔膠板向下可將六個流道封閉，外層為環(huán)形預硫化胎面型腔，翻新胎面上、下模具合模時的型腔高度為上、下定型板之間型腔的高度的9/10，預硫化胎面最后可以分塊把胎面移出。

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，膠料入口與過渡段的流道相通。

優(yōu)選的是：入口段為錐形結(jié)構(gòu)，過渡段為圓柱形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的是：定型段內(nèi)流道以中心為起點，膠料沿著六條等橫截面的流道擠出，每條流道中心的夾角為60度，上、下定型板之間型腔的高度為全充滿分流段流道直徑的1/4，此時，膠料從過渡段到定型段過渡時不會發(fā)生擠出膨脹現(xiàn)象，從而盡量使纖維方向保持一致。

優(yōu)選的是：過渡段在流道區(qū)域上裝有溫度傳感器和壓力傳感器,可以實時監(jiān)控發(fā)明裝置內(nèi)膠料的溫度和壓力。

優(yōu)選的是：過渡段上方設(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：入口段、過渡段、分流段上開設(shè)冷卻水孔。

優(yōu)選的是：定型段由上、下定型板和板間模腔組成。

各部件之間的連接關(guān)系為法蘭與擠出機相連，入口段、過渡段和分流段進口和出口的相應(yīng)位置開設(shè)螺紋孔，在分流段的水平一端的螺紋孔通過螺柱與法蘭連接,通過螺母擰緊。定型段上下兩部分分別開設(shè)螺紋孔，分流段的底部對應(yīng)位置開盲孔，用內(nèi)六角螺栓將分流段與定型段連接擰緊。

該短纖維徑向取向增強環(huán)形胎面擠出成型預硫化一體裝置的工藝流程如下：

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、通過調(diào)節(jié)溢膠閥螺栓調(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；

3、膠料經(jīng)過渡段后在擠出壓力作用下進入分流段，擠出由水平方向變成豎直方向，由分流段進入定型段后經(jīng)過分流段中心設(shè)置的固定在定型段中心的連接定型段一橫截面為六邊形的分流柱，經(jīng)過分流柱后膠料橫截面積為圓柱形結(jié)構(gòu)橫截面積的1/2，由過渡段到定型段擠出由豎直方向再變回水平方向，膠料經(jīng)過定型段六個流道口實現(xiàn)由中間向四周擠出；

4、膠料由中間向四周擠出后，最后充滿預硫化裝置，當膠料充滿壓實后，預硫化裝置上的壓力傳感器傳導到擠出機所連的升降機控制系統(tǒng)，升降機控制系統(tǒng)將擠出機沿豎直方向向上移動，此時將檔膠板向下移動，將環(huán)形膠料密封，并進行環(huán)形胎面膠的預硫化工序；

5.預硫化裝置控制系統(tǒng)控制預硫化裝置開模，形成預硫化短纖維徑向取向胎面膠。

本發(fā)明裝置取向原理：將擠出機位于環(huán)形胎面預硫化裝置的正上方，定型段插入與之匹配的與硫化裝置的定型股內(nèi)，膠料沿著擠出裝置從定型段四周擠出，當短纖維膠料流經(jīng)斷面積均勻不變的流道時，其速度分布比較平緩，主要形成剪切流場，故短纖維為沿著擠出方向取向，當短纖維在環(huán)形預硫化裝置的中心向四周擠出時，完成短纖維胎面膠的徑向取向。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：一是短纖維取向原理簡單，由最常見的從一端水平擠出改成從中心向四周均勻擠出，通過擠出方式的改變巧妙的運用到環(huán)形胎面預硫化裝置中，提高纖維的取向度；克服了現(xiàn)有技術(shù)中短纖維膠料在輪胎活絡(luò)模具中硫化時短纖維運動方向發(fā)生改變的技術(shù)問題，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；三是可以將定型段部分替換，可以根據(jù)環(huán)形胎面預硫化裝置的大小和要求設(shè)計合適的定型段，滿足不同的加工要求，并且結(jié)構(gòu)簡單，減少了高精度的加工成本，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，經(jīng)濟，方便，實用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的裝置主剖視圖；

圖2為本發(fā)明的裝置分流柱和下定型板俯視圖；

圖3為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖4為本發(fā)明的裝置分流柱和翻新胎面上模具俯視圖；

1法蘭、2溢膠閥調(diào)節(jié)螺栓、3溢膠閥、4溫度傳感器、5過渡段、6分流段、7螺母、8螺柱、9墊片、10上定型板、11翻新胎面下模具、12翻新胎面上模具、13檔膠板、14下定型板、15分流柱、16內(nèi)六角螺栓、17壓力傳感器、18入口段。

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環(huán)形胎面擠出成型預硫化一體裝置，包括入口段18、過渡段5、分流段6、定型段，過渡段5末端與分流段15相連，分流段6內(nèi)圓柱形流道先經(jīng)過90度變形，變形后的分流段流道內(nèi)設(shè)置有一橫截面為六邊形的分流柱15，，分流柱15固定在定型段中心，定型段通過六角螺柱與分流段6連接，分流柱15與定型段中心部分圓滑過渡，分流柱15的末端連接定型段，定型段共有六個等截面流道，流道口與六邊形邊相對，分流柱的橫截面積為圓柱形結(jié)構(gòu)橫截面積的1/2，由于膠料太厚會導致壁的剪切作用會下降，會導致取向程度降低，因此此比例下相應(yīng)的分流柱15對應(yīng)的多邊形邊(即定型流道寬度)短纖維膠料擠出徑向取向效果最好，在膠料推力作用下，膠料從中心沿定型段流道向四周擠出。定型板外配合有分塊輪胎花紋面的預硫化裝置，預硫化裝置與上定型板10、下定型板14嵌合；分流段內(nèi)分流柱15頂部為六棱錐，便于膠料被分流柱均勻引導至定型段各個流道內(nèi)，過渡段5末端與分流段6相連，分流段6內(nèi)圓柱形流道先經(jīng)過90度變形，由橫向擠出平滑過渡到縱向擠出，防止橡膠在擠出過程中因積料而產(chǎn)生膠燒現(xiàn)象。

如圖1，2，4所示，所述一體裝置包括翻新胎面下模具11、翻新胎面上模具12和檔膠板13，翻新胎面上模具12分內(nèi)外兩層，所述檔膠板13嵌入翻新胎面上模具12內(nèi)外層之間，均布于定型段六個流道口延伸到翻新胎面的上模具12內(nèi)，翻新胎面上模具12內(nèi)層為六個流道，與定型段六個流道相連，檔膠板13向下可將六個流道封閉，外層為環(huán)形預硫化胎面型腔，翻新胎面上、下模具合模時的型腔高度為上、下定型板之間型腔的高度的9/10。由于受硫化工藝的限制，兩者高度不可能一樣，因此此高度比例下膠料在進入型腔時能夠最大限度的保持擠出胎面短纖維徑向取向，并且能最大程度的保持擠出量，需要說明的是，為進一步加強膠料徑向取向的程度，定型段流道口可以為多個，分流柱15相應(yīng)的截面也可為多邊形截面，分流柱15為多邊形棱錐，檔膠板13也相應(yīng)地增加。

入口段18的流道逐漸收縮，入口段18上方設(shè)置連通流道的溢膠裝置，溢膠裝置包括溢膠閥3和與之配合的調(diào)節(jié)螺栓8。

過渡段5在流道區(qū)域上裝有溫度傳感器和壓力傳感器,可以實時監(jiān)控發(fā)明裝置內(nèi)膠料的溫度和壓力。

入口段18和過渡段5，分流段6上開設(shè)冷卻水孔,入口段為錐形結(jié)構(gòu)，過渡段為圓柱形結(jié)構(gòu)。

定型段由上、下定型板和板間模腔組成。

分流柱15與定型段中心部分圓滑過渡，防止橡膠在擠出過程中因積料而產(chǎn)生膠燒現(xiàn)象。

如圖2所示，定型段內(nèi)流道以中心為起點，膠料沿著六條等橫截面的流道擠出，每條流道中心的夾角為60度，上、下定型板之間型腔的高度為全充滿分流段流道直徑的1/4，此時，膠料從過渡段到定型段過渡時不會發(fā)生擠出膨脹現(xiàn)象，從而盡量使纖維方向保持一致。

各部件之間的連接關(guān)系為法蘭1與擠出機相連，入口段18、過渡段5和分流段15進口和出口的相應(yīng)位置開設(shè)螺紋孔，在分流段15的水平一端的螺紋孔通過螺柱與法蘭1連接,通過螺母擰緊。定型段上下兩部分分別開設(shè)螺紋孔，分流段6的底部對應(yīng)位置開盲孔，用內(nèi)六角螺栓將分流段與定型段連接擰緊。

其連接關(guān)系為法蘭1前端與擠出機機頭靠螺栓連接，后端與入口段15連接在一起，入口段15上方開有溢膠閥,在機頭壓力較大時可以通過調(diào)節(jié)溢膠閥調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)機頭內(nèi)壓力,以保證膠料質(zhì)量和維護設(shè)備正常工作。溫度傳感器4、壓力傳感器14固定于過渡段5上，對取向裝置內(nèi)的溫度和壓力進行實時監(jiān)測，在入口段15、過渡段5和分流段6上開冷卻水孔,通過外接溫控裝置控制膠料的流動溫度。膠料進入到分流段后，擠出方向由水平變成豎直，經(jīng)分流柱12流入定型段，擠出方向由豎直變成水平從定型段中間向四周擠出。

本發(fā)明利用現(xiàn)有技術(shù)中預硫化裝置上的壓力傳感器傳導到擠出機所連的升降機控制系統(tǒng)，升降機控制系統(tǒng)將擠出機沿豎直方向向上移動，用于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明裝置取向原理：如圖3所示，將擠出機位于環(huán)形胎面預硫化裝置的正上方，定型段插入與之匹配的與硫化裝置的定型段內(nèi)，膠料沿著擠出裝置從定型段四周擠出，當短纖維膠料流經(jīng)斷面積均勻不變的流道時，其速度分布比較平緩，主要形成剪切流場，故短纖維為沿著擠出方向取向，當短纖維在環(huán)形預硫化裝置的中心向四周擠出時，完成短纖維延胎面膠的徑向取向，當硫化過程完成后，機器移動擠出機，使其上升，翻新胎面上模具12的內(nèi)層形成的纖維鮮味不取向硫化內(nèi)層被帶出，外層與里面的型腔形成短纖維徑向取向的預硫化胎面膠。

為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)效果，將本裝置擠出預硫化的短纖維徑向取向翻新胎和不加短纖維的硫化胎面進行磨耗測試，本測試由青島某公司合作進行，對預硫化胎面進行加工，并制作成品胎，共制作出18R24.5和14R24兩種短纖維取向的成品胎，與其對應(yīng)的普通翻新胎進行動態(tài)測試；選用青島某港口周邊的集裝箱吊車進行實際路面磨耗測試，在16平方公里路面上進行，最后測試其剩余預硫化胎面厚度：14R，輪胎初始花紋深度為16mm，吊車行駛442小時后普通翻新胎為8.1mm、短纖維取向翻新胎為12.7mm；18R輪胎初始花紋深度為18mm，吊車行駛570小時后：普通翻新胎為6.4mm、短纖維取向翻新胎為10.6mm。

此輪胎胎面膠中短纖維徑向取向的成型方法，在短纖維徑向取向增強環(huán)形胎面擠出成型預硫化一體裝置中實現(xiàn)，其工藝流程如下：

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、通過調(diào)節(jié)溢膠閥螺栓2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；

3、膠料經(jīng)過渡段后在擠出壓力作用下進入分流段15，擠出由水平方向變成豎直方向，由分流段15進入定型段后經(jīng)過分流段中心設(shè)置的固定在定型段中心的連接定型段一橫截面為六邊形的分流柱12，經(jīng)過分流柱后膠料橫截面積為圓柱形結(jié)構(gòu)橫截面積的1/2，由過渡段5到定型段擠出由豎直方向再變回水平方向，膠料經(jīng)過定型段六個流道口實現(xiàn)由中間向四周擠出；

4、膠料由中間向四周擠出后，最后充滿預硫化裝置，當膠料充滿壓實后，預硫化裝置上的壓力傳感器傳導到擠出機所連的升降機控制系統(tǒng)，升降機控制系統(tǒng)將擠出機沿豎直方向向上移動，此時將檔膠板13向下移動，將環(huán)形膠料密封，并進行環(huán)形胎面膠的預硫化工序；

5.預硫化裝置控制系統(tǒng)控制預硫化裝置開模，形成預硫化短纖維徑向取向胎面膠。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：一是短纖維取向原理簡單，由最常見的從一端水平擠出改成從中心向四周均勻擠出，通過擠出方式的改變巧妙的運用到環(huán)形胎面預硫化裝置中，提高纖維的徑向取向度，克服了現(xiàn)有技術(shù)中短纖維膠料在輪胎活絡(luò)模具中硫化時短纖維運動方向發(fā)生改變，擠出成型徑向取向起不到實際作用的技術(shù)問題，并且擠出成型硫化為一體，減少了工藝流程；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；三是可以將定型段部分替換，可以根據(jù)環(huán)形胎面預硫化裝置的大小和要求設(shè)計合適的定型段，滿足不同的加工要求。

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。