[发明专利]一种高分子材料动态离心取向挤出方法及装置

说明书

技术领域：

本发明属于橡胶塑料加工机械领域，特别是一种高分子材料动态离心取向挤出方法及装置。

背景技术：

近年来，随着高分子材料科学的迅猛发展以及人类生产生活对高分子材料日益增加的社会需求，功能性高分子复合材料及其制品开始得到越来越深入的研究及应用，已经被广泛地应用于社会的各个领域。其中，以橡胶为基体的高分子类复合材料则成为高分子材料中用量较大和用途较广的一种，原因是橡胶不仅具有其他大部分材料不具备的高弹性，而且还有高度的电气绝缘性、低导热性、水密性、优良的气密性，某些特种橡胶还具有耐化学腐蚀、耐高温、耐低温等特殊性能。为进一步提高橡胶类复合材料的性能，人们将短纤维、纳米纤维与橡胶、塑料等高分子材料混合，形成新型的增强复合材料，比如短纤维增强橡胶复合材料。短纤维增强橡胶复合材料作为一种新型的橡胶复合材料，将短纤维的刚性和橡胶的柔性结合在一起，使材料不仅保持了橡胶原有的高弹性，而且显著提高了橡胶制品的模量，并赋予制品以高硬度、高模量、耐刺穿、耐撕裂、耐切割、耐负荷疲劳、低压缩形变、低生热、抗溶胀和抗蠕变等一系列的优良性能，具体来说，短纤维增强橡胶复合材料具有小变形下的高定伸强度，明显的各向异性以及较低的橡塑加工设备要求。

基于这些特性，短纤维增强橡胶复合材料的应用范围已经覆盖了几乎所有的橡胶制品，如轮胎、胶带、胶管、密封件以及坦克履带挂胶等。尤其是近年来，短纤维增强橡胶复合材料在轮胎中的应用研究备受重视，其应用已经涉及到各种不同类型的轮胎，如工程越野轮胎、载重轮胎以及高性能子午线轮胎等，其增强部位也几乎包括了轮胎的所有部位，如胎面、胎侧、胎体层、内衬层等。目前，在短纤维增强橡胶复合材料的制备过程中，仍采用传统的加工工艺，即混炼、挤出成型、硫化定型三大关键性工艺。在挤出成型过程中，不仅要实现普通挤出的要求，而且更重要的是实现短纤维在橡胶基体中的规则取向，这就对挤出成型设备——挤出机尤其是机头部分提出了特殊的要求。

目前的挤出成型设备及方法仅能实现短纤维在橡胶基体中的周向和轴向取向，而且仅仅局限在胶管等橡胶管材的生产中，对实现短纤维在橡胶基体中的径向取向，却仍处于理论研究阶段。

目前，纤维取向的方法主要是采取独特的挤出口型使短纤维按设计方向取向排列成型，达到所需的物理机械性能。美国孟山都公司开发的Santoweb系列预处理纤维素短纤维，最先应用于中低压胶管的，并取得了专利，其挤出口型取名为可调心轴口型，这种口型能够使短纤维优先顺着圆周方向取向，从而使胶管具备较高的耐内压强度，并在轴向上具有良好的柔性。对于其他取向方法，比如采用扩张型、阻流型和扩阻综合型及其它类型的挤出口型，可以实现胶料中的短纤维沿管壁周向取向、径向取向及三维综合分布。Goettler等在这一方向做了大量的研究，并先后开发了耐热管、耐油管、辐射管等系列管材。目前，短纤维取向在胶管中的应用已经成为国外极力开发研究的重要领域，现在已逐渐趋于大规模商业化，而中国国内对于纤维取向这方面的研究相对滞后。

发明内容：

本设计使高分子材料挤出过程中短纤维更规则的分布于制品中并且在其中离心取向，使得复合材料具有高硬度、耐刺穿、耐切割、耐撕裂、耐负荷疲劳等性能。该设计部件主要有机头体、蜗轮套、型芯套、型芯、环流冷却口、隔离套筒、蜗杆轴及电机等组成。

本发明所提供的挤出装置机头体、蜗轮套、型芯套、型芯、环流冷却口、隔离套筒、蜗杆轴及电机等组成，通过外侧电机驱动蜗轮-蜗杆以及离心取向机头，机头体通过法兰与挤出机机筒固定。

一种高分子材料动态离心取向挤出方法，用于在高分子材料挤出成型过程中实现短纤维等填料径向取向，其特征在于，高分子材料在挤出过程中通过机头高速旋转产生离心力，在离心力的作用下使短纤维或纳米蒙脱土产生径向取向。

如前述的挤出方法，其特征在于，高分子材料经过流道在离心力和挤出压力的共同作用下挤出成型。

如前述的挤出方法，其特征在于，所述的取向是对高分子分子链及包括短纤维、纳米蒙脱土在内的填料进行取向。

如前述的挤出方法，其特征在于，用于挤出的挤出装置部件包括机头体、蜗轮套、型芯套、型芯、蜗杆轴及电机，机头体通过螺栓将法兰与挤出机机筒固定连接，蜗轮套由安装在机头体的轴承支撑，蜗轮套由蜗杆驱动，蜗杆轴在与机头体接触的两端安装有轴承，电机驱动蜗杆旋转，型芯安装在蜗轮套内并在一侧卡紧，型芯套通过螺钉固定在蜗轮套的一侧端面，型芯套与型芯之间形成流道。