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。