在胎面胶混炼过程中加入短纤维,并在挤出过程中使短纤维有效的径向取向,可使轮胎胎面具有很多优异的性能。因此,研究短纤维在胎面中的径向取向机理,设计出在胎面连续挤出过程中使短纤维径向取向的挤出机头和有关部件,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文结合Jeffery方程和欧拉刚体定点运动力学模型,对短纤维在胎面挤出过程中的取向机理、方法和运动特点进行了系统的研究,分析了流道中拉伸流场和剪切流场对短纤维取向的影响,得出截面积扩张比和扩张角是决定短纤维径向取向的关键因素,首次建立了短纤维径向取向的数学模型,并设计出适合短纤维径向取向胎面的阻坝式挤出机头。通过对该机头流道进行的流场分析和模拟,得出了压力场、速度场的变化对短纤维取向的影响结果。因为混炼是橡胶制品加工的第一步,并且短纤维-橡胶复合材料的混炼有着独特的要求,所以本文还研究了短纤维-橡胶复合材料的混炼机理,通过短纤维-橡胶复合材料混合和分散的物理模型,设计出适合短纤维混炼的新型转子,并对转子的混炼过程进行了模拟分析。最后通过混炼实验,验证了新型转子的实用性,并确定了最佳的混炼工艺;通过不同参数的挤出实验,验证了短纤维径向取向机理的可行性和数学模型的正确性,找出了影响短纤维径向取向的关键因素,并且对其它能够影响短纤维取向的因素进行了探讨,补充了取向模型在实际应用中的不足。其中,混炼实验采用常规实验方案,挤出实验采用正交实验方案。本文对短纤维混炼机理的分析和建立的短纤维径向取向模型,经实验验证,可以对短纤维在胎面中的工业化应用起到一定的指导作用。