层叠式取向机头的挤出机理及实验研究

摘要

随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车轮胎提出了全面高性能化的要求。近些年以来，高分子材料科学不断地发展，人类社会对高分子材料的需求日益增加，许多新型高分子材料应运而生，短纤维增强橡胶复合材料便是其中之一，它是比较理想的具有特殊用途的轮胎胎面胶材料。在胶料中添加短纤维，并利用各种方法使短纤维沿适当方向取向，能明显地提高轮胎的整体性能，使其具有高抗撕裂、低磨耗与低滚动摩擦等特性，但是如何使短纤维沿适当方向取向又是一个亟需解决的困难。
　　本文设计出一种层叠式取向挤出机头，意在短纤维增强橡胶复合材料挤出过程中将挤出胶料分层并使短纤维沿适当方向取向。机头设计所采用的层叠法是一种新型微纳叠层共挤出技术，即通过对复合胶料熔体进行分层-扭转-合并来增加复合材料层数的技术。
　　首先，查阅了国内外与短纤维增强橡胶复合材料相关的文章、专利以及文献，研究探讨了短纤维增强橡胶复合材料在挤出过程中短纤维的取向机理，研制出了层叠式取向挤出机头，该机头能通过对胶料进行分层-扭转-汇合来增加复合材料的层数，并实现短纤维的径向取向。
　　其次，为了更形象更直接地表示流道的构型对物料在流道内流动的影响，选择了有限元分析软件POLYFLOW对流道构型的主要因素进行了分析，对全充满流道的压力场、速度场、剪切速率场和粘度场进行了模拟，通过模拟结果分析机头流道构型对胶料分层及短纤维取向的影响。
　　最后，进行了系统的实验研究，在相同实验条件下利用所设计的层叠式取向机头与普通挤出机头进行对比实验，由实验结果可知，层叠式取向机头挤出的复合胶料质量更高，同时对层叠式取向机头进行了挤出工艺参数实验，得到了层叠式取向机头的最佳工艺参数。

目录

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 短纤维增强橡胶复合材料的研究概况

1．1．1 短纤维增强橡胶复合材料的研究背景

1．1．2 短纤维增强橡胶复合材料在轮胎中的应用研究

1．1．3 短纤维增强橡胶复合材料在其他方面的应用研究

1．1．4 短纤维增强橡胶复合材料在我国的应用研究情况

1．2 短纤维的种类及预处理

1．2．1 短纤维的种类

1．2．2 短纤维的预处理

1．3 短纤维取向的概念及方法

1．3．1 短纤维取向的概念

1．3．2 短纤维取向的方法

1．3．3 短纤维取向的检测方法

1．4 挤出机及机头的概况与种类

1．4．1 挤出机的概况与种类

1．4．2 机头的概况与种类

1．5 层叠法在挤出过程中的应用

1．5．1 微纳层叠共挤出技术

1．5．2 新型层叠挤出技术

1．6 本文研究目的、内容与意义

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

1．6．3 研究意义

2 短纤维在挤出过程中的取向机理

2．1 短纤维取向状态的表征

2．1．1 短纤维取向角

2．1．2 短纤维取向分布函数

2．2 短纤维的取向运动及方程

2．2．1 短纤维的取向运动

2．2．2 短纤维的取向方程

2．3 本章小结

3 层叠式取向机头的设计

3．1 机头的设计概述

3．1．1 挤出机头一般组成

3．1．2 流道结构设计原则

3．1．3 机头设计原则

3．2 层叠式取向机头

3．2．1 层叠式取向机头总体结构

3．2．2 层叠式取向机头结构部件

3．2．3 层叠式取向寿几头的加工

3．3 本章小结

4 层叠式取向机头的有限元模拟

4．1 有限元技术

4．1．1 有限元技术的发展

4．1．2 有限元技术的应用

4．2 Polyflow软件简介

4．2．1 Ployflow软件的特点

4．2．2 Ployflow软件的分析流程

4．3 机头挤出成型的模拟过程

4．3．1 物理模型及有限元模型的建立

4．3．2 数学模型的建立

4．3．3 边界条件的设定

4．4 机头构型模拟结果的对比与分析

4．4．1 压力场的对比与分析

4．4．2 速度场的对比与分析

4．4．3 剪切速率场的对比与分析

4．4．4 粘度场的对比与分析

4．5 本章小结

5 层叠式取向机头的实验研究

5．1 实验目的与方案

5．1．1 实验的目的

5．1．2 实验的方案

5．2 实验装备及仪器

5．2．1 挤出机

5．2．2 密炼机

5．2．3 硫化机

5．2．4 其它辅助设备

5．3 实验配方及条件

5．3．1 原材料及配方

5．3．2 实验条件

5．4 性能测试

5．4．1 门尼粘度测试

5．4．2 硫化特性测试

5．4．3 物理机械性能测试

5．5 实验过程

5．5．1 密炼机实验过程

5．5．2 挤出机实验过程

5．5．3 硫化机实验过程

5．5．4 光学显微测试过程

5．5．5 性能测试过程

5．6 本章小结

6 层叠式取向机头的实验结果与分析

6．1 机头构型的对比实验

6．1．1 光学显微测试结果及分析

6．1．2 性能测试结果及分析

6．2 层叠式取向机头的工艺条件参数实验

6．2．1 机头压力实验

6．2．2 机头温度实验

6．2．3 螺杆转速实验

6．3 本章小结

总结与展望

1．本文所做工作

2．本文所得结论

3．本文所做贡献

4．展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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