随着高分子材料需求的日益增加,不同功能的高分子复合材料及其制品得到了充分发展,并广泛地应用在各个行业中。而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。如果在胶料中添加短纤维,并利用各种方法使短纤维沿径向方向取向,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,还能提高轮胎的整体刚性,使汽车的平衡操纵性、乘坐舒适性及轮胎耐磨性均得以提高,已引起人们的高度重视。本文设计出一种分流式共挤取向机头,意在使短纤维增强橡胶制品挤出过程中将下取向定型流道段与上取向定型流道段的胶料共挤挤出,进而使上方胶料中的短纤维通过滤板孔竖直“注射”在下取向定型流道段胶料中,从而使短纤维沿径向取向。本文完成了以下工作:第一,查阅了国内外与短纤维增强橡胶复合材料相关的文献;研究探讨了短纤维增强橡胶制品在注射成型挤出过程中短纤维的取向机理,研制出了分流式共挤取向机头,该机头能通过对胶料进行共挤注射来实现短纤维的径向取向。第二,用ADINA有限元分析软件对流道构型的主要因素和分流式共挤取向机头流道结构参数进行了分析;对全充满流道的压力场、速度场、速度矢量进行了模拟,通过模拟结果分析机头流道构型和取向机头流道结构参数对胶料中短纤维径向取向的影响,同时也更形象更直观地表达了流道的构型和分流式共挤取向机头流道结构参数对物料在流道内流动的影响。第三,本文对短纤维径向取向进行了系统的实验研究;在相同实验条件下利用所设计的分流式共挤取向机头与普通挤出机头进行对比实验,并进行了DMA测试。实验结果表明,分流式共挤取向机头挤出的复合胶料质量更高;对分流式共挤取向机头进行正交参数实验,对实验结果进行了极差分析;通过对分流式共挤取向机头进行挤出工艺和机头流道结构参数对比实验,得到了分流式共挤取向机头的最佳工艺和机头流道结构参数。第四,通过高精度X射线三维显微镜,对胶料中的聚酯纤维进行三维重构,并结合MATLAB数学方法对胶料中聚酯短纤维的取向角和取向度做了定量表征,解决了聚酯纤维难以三维重构的技术问题,填补了短纤维径向取向技术中聚酯纤维取向角与取向度表征的空白。最后,对不加短纤维胶料和不同挤出机头挤出的短纤维胶料,在不同磨耗角度、不同转速、不同负荷条件下利用自主设计的短纤维胎面胶磨耗测试设备进行对比实验;实验结果表明:分流式共挤取向机头挤出的短纤维增强橡胶制品磨耗性能更高,并实现了对短纤维径向取向增强胎面胶磨耗测试的仿真模拟。