短纤维增强材料能够改善橡胶性能,与其它粉状补强填料一样,短纤维可以直接混入橡胶基体中,但由于其特殊的表面结构,它比一般的粉体材料更加难以分散。短纤维-橡胶复合材料可以用密炼机混炼,与普通橡胶混炼相比,既要达到普通橡胶混炼的目的,又要使短纤维在弹性基体中得到均匀分散,这就给密炼机和混炼工艺提出了更高的要求。新型剪切啮合型转子密炼机正是针对这一需要而研制的。本文在系统分析了剪切型转子密炼机和啮合型转子密炼机各自混炼效果的基础上,提出了新型剪切啮合型转子的设计思路,研制出了适合短纤维-橡胶复合材料混炼的专用转子,从而开辟了适合短纤维-橡胶复合材料新型密炼机的发展思路。本文采用了扫描成型法对转子的三维模型进行造型,建立了转子的有限元网格模型,对转子进行了结构有限元静力分析,形成了一条全新的密炼机转子造型、分析和优化设计的路线。本文重点分析了剪切啮合型转子的混炼机理和混炼过程,并对胶料的流场进行了模拟。在柱坐标系下,建立了短纤维-橡胶复合材料在剪切啮合型转子密炼机中运动的物理和数学模型。在不同的工艺条件下,对剪切型、啮合型和剪切啮合型转子进行了全钢子午胎胎面胶混炼的对比实验,对新设计的转子的性能进行了分析和实验验证。本实验研究所取得的成果主要有:1、剪切啮合型转子提高了啮合型转子的填充系数,降低了对上顶栓压力的要求。因此使用剪切啮合型转子能够降低密炼机对辅助设备的要求,降低混炼成本。2、剪切啮合型转子密炼机传热效果好、排胶温度和单位耗能比其它类型转子略低,更适合于短纤维-橡胶复合材料等一些难分散胶料的混炼。在转速稍低时的性能更加优良,混炼胶综合机械性能更高,短纤维和炭黑的分散效果更好。3、此次转子设计是成功的,这种转子构型可对短纤维增强材料实现较好的分散作用,为密炼机的发展以及短纤维-橡胶复合材料的应用提供了重要的理论与实践依据。理论和实验研究表明,该新型剪切啮合型转子发挥了剪切型和啮合型转子各自的优点,具有良好的分散混炼和分布混炼能力,能够使得含短纤维胶料在密炼室内的流动更加复杂,混合更加均匀,使短纤维和其它配合剂都能实现均匀分散,大大改善了混炼效果,提高了生产效率。