專利名稱：一種聚氨酯無空氣輪胎及其制造方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輪胎制造領(lǐng)域，具體涉及一種聚氨酯無空氣輪胎及其制造方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
聚氨酯是一種綜合性能優(yōu)異的材料，具有獨特的綜合性能:很寬的硬度、強度和模量范圍，高伸長率，寬的使用溫度范圍，并且還有很好的耐油、耐低溫、耐臭氧老化等特性，及首屈一指的耐磨性，俗稱“耐磨橡膠”，其耐磨性是天然橡膠的2-10倍，并且成型工藝和設(shè)備簡單，是一種比較理想的輪胎胎面材料。目前聚氨酯輪胎主要有兩大類型，一是聚氨酯胎面/橡膠胎體復(fù)合結(jié)構(gòu)輪胎，這種復(fù)合輪胎的制備包括橡膠胎體的制備、胎體的表面處理以及復(fù)合輪胎澆注三個主要步驟，工藝過程較復(fù)雜；另一種是聚氨酯實心輪胎，將聚氨酯直接澆注在金屬輪輞上，實心輪胎制造工藝簡單，但輪胎行駛中下沉量小，緩沖減震性能較差，噪音大、對車輛也有一定的損傷。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種能適應(yīng)各種負荷條件并且使用壽命長的聚氨酯無空氣輪胎。本發(fā)明的另一目的在于提供上述聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，該制造方法工藝簡單、容易工業(yè)化。本發(fā)明的再一目的在于提供上述聚氨酯無空氣輪胎的用途。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):—種聚氨酯無空氣輪胎，是由起支撐和傳遞力作用的金屬輪輞和直接澆注粘合在金屬輪輞上的聚氨酯層所組成；所述的金屬輪輞由鋼圈、加強板和安裝板組成，無空氣輪胎通過安裝板上的安裝孔裝配到車輛上。所述聚氨酯層的厚度200 500mm，為同規(guī)格橡膠輪胎總斷面厚度的30 150%;所述的聚氨酯層設(shè)計成鏤空結(jié)構(gòu)，以增加輪胎使用時的下沉量，起到緩沖和散熱的作用，鏤空部份的體積為聚氨酯胎面總體積的20-80% ；鏤空結(jié)構(gòu)單元在排列上可對稱排列，也可無規(guī)排列，可通透聚氨酯層，也可不通透；鏤空結(jié)構(gòu)單元可以是各種形狀，包括:圓柱形、橢圓形、圓錐形、弧形、菱形以及其它各種形狀的三角形、四邊形等，或上述各形狀混合組成的其它形狀。上述聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，包括以下步驟:(I)金屬輪輞的表面處理:將金屬輪輞表面進行噴砂、除油脫脂處理，清理干凈后均勻噴涂或刷涂膠粘劑，20-30°C停放0.5-1小時，烘干，即可用于澆注；(2)聚氨酯預(yù)聚體的制備:將100重量份的低聚物多元醇加熱至110_130°C，抽真空至余壓小于500Pa，保溫2小時，然后降溫至60-90°C，加入20-200重量份的異氰酸酯，升溫至73-97°C反應(yīng)2小時；再將反應(yīng)混合物進行短程蒸餾至混合物中游離異氰酸酯單體的百分含量低于0.5%，得到聚氨酯預(yù)聚體；所得到的聚氨酯與金屬粘結(jié)強度高、承載能力強、內(nèi)生熱小、力學(xué)性能高、耐曲撓、耐切表I]；(3)備料:將步驟(2)制備的聚氨酯預(yù)聚體移至澆注機A罐中，加熱至60_90°C，抽真空至余壓小于500Pa，脫泡15-30分鐘，將擴鏈劑移至澆注機B罐中，按擴鏈系數(shù)
0.85-0.95調(diào)整聚氨酯預(yù)聚體與擴鏈劑的比例；(4)澆注:將步驟(I)的金屬輪輞放在預(yù)熱的輪胎模具中，開動澆注機進行澆注，澆注完后保溫30-300分鐘，出模，烘干，即制得成品聚氨酯無空氣輪胎；步驟⑴所述烘干是在100°C下烘焙0.5-1小時；步驟(2)所述異氰酸酯是脂環(huán)族、芳脂族或芳香族的異氰酸酯；優(yōu)選平均官能度為2的芳香族異氰酸酯；特別優(yōu)選二苯基甲烷二異氰酸酯、聚合MD1、甲苯二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯或3，3' - 二甲基-4,4'-聯(lián)苯二異氰酸酯中的一種；步驟(2)所述低聚物多元醇是分子量500-8000的羥基封端的化合物；優(yōu)選分子量為500-4000的、平均官能度為2的低聚物多元醇；特別優(yōu)選分子量為1000-2000的聚四氫呋喃二醇、聚己內(nèi)酯二醇或聚酯二醇中的一種以上；步驟(2)中，合成體系還可以添加納米填料，即將納米填料先與低聚物多元醇混合再加熱，以增強聚氨酯的耐磨、耐撕裂、抗刺扎性能，減少聚氨酯材料的熱膨脹系數(shù)；所述納米填料為碳酸鈣、蒙脫土、白炭黑或硅微粉中的一種，添加量為合成體系總質(zhì)量的
0.5-10% ；步驟(3)所述的擴鏈劑為醇類擴鏈劑或胺類擴鏈劑；所述的醇類擴鏈劑為1,4-丁二醇、氫醌-雙(β -輕乙基)醚、Vibracure Α250或Caytur-31 (美國科聚亞公司)中的一種；所述的胺類擴鏈劑為3，5-二甲硫基甲苯二胺或3，3' 二氯_4，4' -二氨基二苯甲烷；步驟⑷所述預(yù)熱和保溫溫度均為110_130°C ;步驟⑷所述烘干是在110_130°C下烘焙10-30小時。上述的聚氨酯無空氣輪胎可以作為載重汽車輪胎、農(nóng)業(yè)車輛輪胎、工程機械輪胎、工業(yè)車輛輪胎等。與現(xiàn)有橡膠輪胎、聚氨酯/橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)輪胎、橡膠或聚氨酯實心輪胎相比，本發(fā)明的聚氨酯無空氣輪胎有如下優(yōu)點:1、本發(fā)明的聚氨酯無空氣輪胎其胎面耐切割、抗刺扎，使用壽命長。2、鏤空的聚氨酯胎面結(jié)構(gòu)，有利于行駛中胎面的散熱、胎面生熱低；同時聚氨酯與金屬輪輞直接結(jié)合形成的胎體散熱性能良好，輪胎行駛溫度低，可杜絕胎體爆破的質(zhì)量問題。3、鏤空的聚氨酯結(jié)構(gòu)大幅度提高輪胎的緩沖減震性能，減少噪音以及對車輛零部件的損傷。4、本發(fā)明制造工藝簡單，只有金屬輪輞處理和輪胎澆注兩道工序，減少了橡膠輪胎、聚氨酯/橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)輪胎生產(chǎn)的諸多工序，生產(chǎn)效率高，降低了生產(chǎn)成本和投資成本。5、本發(fā)明的聚氨酯無空氣輪胎載重量大。6、本發(fā)明制造工藝能耗小，廢氣、廢水的排放少，節(jié)能減排、綠色環(huán)保。


圖1是本發(fā)明的聚氨酯無空氣輪胎的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-聚氨酯，2-鋼圈，3-安裝板，4-安裝孔，5-鏤空結(jié)構(gòu)單元，6-加強板。圖2是圖1結(jié)構(gòu)的C-C剖視圖；其中，1-聚氨酯，2-鋼圈，3-安裝板，4-安裝孔，5-鏤空結(jié)構(gòu)單元，6-加強板。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1一種聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，包括以下步驟:(I)金屬輪輞的表面處理將金屬輪輞表面進行噴砂、除油脫脂，清理干凈后均勻噴涂膠粘劑開姆洛克218，30°C下停放30分鐘，再放入100°C烘箱中烘I小時，即可用于澆注；(2)聚氨酯預(yù)聚體的制備稱取平均分子量為1000的聚四氫呋喃二醇100重量份、納米白炭黑12重量份(8% )，將兩者混合并高速分散后投入反應(yīng)釜中，加熱至120±10°C，抽真空至余壓小于500Pa,脫除水分2小時，降溫至65±5°C后，投入二苯基甲烷二異氰酸酯200重量份，升溫至75±2°C反應(yīng)2小時。然后將反應(yīng)混合物轉(zhuǎn)移到短程蒸餾設(shè)備中，去除未反應(yīng)的二苯基甲烷二異氰酸酯單體，即得到聚氨酯預(yù)聚體，測得其中異氰酸根含量約為6.2%，游離二苯基甲烷二異氰酸酯單體百分含量小于0.5% ；(3)備料將步驟(2)制備的聚氨酯預(yù)聚體移至澆注機的A罐中，加熱至65±5°C，抽真空至余壓小于500pa，脫泡15分鐘后備用，將擴鏈劑Vibracure A250(美國科聚亞公司)放在B罐中；按擴鏈系數(shù)0.90調(diào)整聚氨酯預(yù)聚體與擴鏈劑的比例；每100重量份聚氨酯預(yù)聚體所需擴鏈劑的重量份數(shù)為:B = 0.062X1.08X0.90X100其中，0.062為聚氨酯預(yù)聚體中異氰酸根含量6.2 %，1.08為擴鏈劑采用Vibracure A250時的常數(shù)，0.90為擴鏈系數(shù)；(4)澆注將步驟(I)處理好的金屬輪輞放在預(yù)熱至110°C的輪胎模具中，開動澆注機進行澆注，澆注完后110°C保溫60分鐘，然后出模，將已脫模的輪胎放入110°C烘箱或烘道中后處理12小時，即制得聚氨酯無空氣載重汽車輪胎。所制得的聚氨酯無空氣載重汽車輪胎其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，其輪胎規(guī)格為11.00-20，由聚氨酯I和金屬輪輞組成，聚氨酯層厚度為214_，為11.00R20橡膠輪胎斷面總厚度的75%，聚氨酯中鏤空結(jié)構(gòu)單元5為通透的圓柱形結(jié)構(gòu)，鏤空部份體積占聚氨酯總體積的50%，鏤空結(jié)構(gòu)單元5沿輪胎周向?qū)ΨQ排列。其中的金屬輪輞由鋼圈2、加強板6和安裝板3組成，無空氣輪胎通過安裝板3上的安裝孔4裝配到車輛上。實施例2一種聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，包括以下步驟:(I)金屬輪輞的表面處理將金屬輪輞表面進行噴砂、除油脫脂，清理干凈后均勻噴涂膠粘劑CILBOND 48C，25°C下停放45分鐘，再放入100°C烘箱中烘45分鐘，即可用于澆注；(2)聚氨酯預(yù)聚體的制備稱取平均分子量為1000的聚己內(nèi)酯二醇50重量份、平均分子量為2000的聚己內(nèi)酯二醇50重量份、納米蒙脫土 6.9重量份(5% )，將三者混合并高速分散后投入反應(yīng)釜中，加熱至120± 10°C，抽真空至余壓小于500Pa，脫除水分2小時，降溫至85±5°C后，投入對苯二異氰酸酯24重量份，升溫至95±2°C，反應(yīng)2小時，即得到聚氨酯預(yù)聚體，其中氰酸根含量約為5.1 %，游離對苯二異氰酸酯單體的百分含量小于0.5% ;(3)備料將步驟(2)制備的聚氨酯預(yù)聚體移至澆注機的A罐中，加熱至85±5°C，抽真空至余壓小于500pa，脫泡25分鐘后備用，將擴鏈劑氫醌-雙(β-羥乙基)醚放在B罐中；按擴鏈系數(shù)0.85調(diào)整聚氨酯預(yù)聚體與擴鏈劑的比例；每100重量份聚氨酯預(yù)聚體所需擴鏈劑的重量份數(shù)為:B = 0.051X2.36X0.85X100其中，0.051為聚氨酯預(yù)聚體中異氰酸根含量5.1%，2.36為擴鏈劑采用氫醌-雙(β -羥乙基)醚時的常數(shù)，0.85為擴鏈系數(shù)；(4)澆注將步驟(I)處理好的金屬輪輞放在預(yù)熱至120°C的輪胎模具中，開動澆注機進行澆注，澆注完后在120°C保溫120分鐘，然后出模，將已脫模的輪胎放入120°C烘箱或烘道中后處理18小時，即制得聚氨酯無空氣工程機械輪胎。所制得的聚氨酯無空氣工程機械輪胎其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，其輪胎規(guī)格為23.5-25，由聚氨酯I和金屬輪輞組成，聚氨酯層厚度為500_，為23.5-25橡膠輪胎斷面總厚度的100%，聚氨酯胎面鏤空結(jié)構(gòu)單元5為不通透的橢圓形結(jié)構(gòu)，鏤空部份體積占聚氨酯總體積的40%，鏤空結(jié)構(gòu)單元5沿輪胎周向無規(guī)排列。其中的金屬輪輞由鋼圈2、加強板6和安裝板3組成，無空氣輪胎通過安裝板3上的安裝孔4裝配到車輛上。實施例3一種聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，包括以下步驟:(I)金屬輪輞的表面處理將金屬輪輞表面進行噴砂、除油脫脂，清理干凈后均勻噴涂膠粘劑Thixon422，20°C下停放60分鐘，再放入100°C烘箱中烘30分鐘，即可用于澆注；(2)聚氨酯預(yù)聚體的制備稱取平均分子量為1500的聚酯二醇100重量份，投入反應(yīng)釜中，加熱至120± 10°C，抽真空至余壓小于500Pa，脫除水分2小時，降溫至65±5°C后，投入MD1-50 ( 二苯基甲烷二異氰酸酯)34重量份，升溫至75±2°C，反應(yīng)2小時，即得到聚氨酯預(yù)聚體，其中氰酸根含量約為4.2%,游輯MD 1-50單體的百分含量小于0.5%。(3)備料將步驟(2)制備的聚氨酯預(yù)聚體移至澆注機的A罐中，加熱至80±5°C，抽真空至余壓小于500pa，脫泡30分鐘后備用，將擴鏈劑3，3^ 二氯_4，4' - 二氨基二苯甲烷放在B罐中；按擴鏈系數(shù)0.95調(diào)整聚氨酯預(yù)聚體與擴鏈劑的比例；每100重量份聚氨酯預(yù)聚體所需擴鏈劑的重量份數(shù)為:B = 0.042X3.18X0.95X100其中，0.042為聚氨酯預(yù)聚體中異氰酸根含量4.2%，3.18為擴鏈劑采用3，3' 二氯_4，4' - 二氨基二苯甲烷時的常數(shù)，0.95為擴鏈系數(shù)；(4)澆注將步驟(I)處理好的金屬輪輞放在預(yù)熱至125°C的輪胎模具中，開動澆注機進行澆注，澆注完后在125°C保溫40分鐘，然后出模，將已脫模的輪胎放入125°C烘箱或烘道中后處理8小時，即制得聚氨酯無空氣工業(yè)車輛輪胎。所制得的聚氨酯無空氣工業(yè)車輛輪胎其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，其輪胎規(guī)格為6.50-10，由聚氨酯I和金屬輪輞組成，聚氨酯層厚度為200mm，為6.50-10橡膠輪胎斷面總厚度的120%，聚氨酯胎面鏤空結(jié)構(gòu)單元5為不通透的類似四邊形結(jié)構(gòu)，鏤空部份體積占聚氨酯總體積的6 0%，鏤空結(jié)構(gòu)單元5沿輪胎周向?qū)ΨQ排列。其中的金屬輪輞由鋼圈2、加強板6和安裝板3組成，無空氣輪胎通過安裝板3上的安裝孔4裝配到車輛上。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種聚氨酯無空氣輪胎，其特征在于:是由金屬輪輞和直接澆注粘合在金屬輪輞上的聚氨酯層所組成； 所述的聚氨酯層為鏤空結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯無空氣輪胎，其特征在于:所述聚氨酯層的厚度為200 500mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯無空氣輪胎，其特征在于:所述鏤空部份的體積為聚氨酯胎面總體積的20-80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯無空氣輪胎，其特征在于: 所述鏤空結(jié)構(gòu)單元為對稱排列或無規(guī)排列； 所述鏤空結(jié)構(gòu)單元通透聚氨酯層或不通透聚氨酯層； 所述鏤空結(jié)構(gòu)單元為圓柱形、橢圓形、圓錐形、弧形、菱形、三角形、四邊形、類三角形、類四邊形，或為前述各種形狀的混合。
5.權(quán)利要求1-4任一項所述聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將金屬輪輞表面進行噴砂、除油脫脂處理，清理干凈后均勻噴涂或刷涂膠粘劑，20-30°C停放0.5-1小時，烘干，即可用于澆注； (2)將100重量份的低聚物多元醇加熱至110-130°C，抽真空至余壓小于500Pa，保溫2小時，然后降溫至60-90°C，加入20-200重量份的異氰酸酯，升溫至73-97°C反應(yīng)2小時；再將反應(yīng)混合物進行短程蒸餾至混合物中游離異氰酸酯單體的百分含量低于0.5%，得到聚氨酯預(yù)聚體； (3)將步驟(2)制備的聚氨酯預(yù)聚體移至澆注機A罐中，加熱至60-90°C，抽真空至余壓小于500Pa，脫泡15-30分鐘，將擴鏈劑移至澆注機B罐中，按擴鏈系數(shù)0.85-0.95調(diào)整聚氨酯預(yù)聚體與擴鏈劑的比例； (4)將步驟(I)的金屬輪輞放在預(yù)熱的輪胎模具中，開動澆注機進行澆注，澆注完后保溫30-300分鐘，出模，烘干，即制得聚氨酯無空氣輪胎。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，其特征在于:步驟(2)所述的異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯、聚合MD1、甲苯二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯或3，3' - 二甲基-4,4'-聯(lián)苯二異氰酸酯中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，其特征在于:步驟(2)所述的低聚物多元醇為分子量1000-2000的聚四氫呋喃二醇、聚己內(nèi)酯二醇或聚酯二醇中的一種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，其特征在于: 步驟(2)中，低聚物多元醇與納米填料混合后再加熱； 所述納米填料為碳酸鈣、蒙脫土、白炭黑或硅微粉中的一種，其添加量為合成體系總質(zhì)量的 0.5-10%。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述聚氨酯無空氣輪胎的制造方法，其特征在于: 步驟⑶所述的擴鏈劑為1，4_ 丁二醇、氫醌-雙(β-羥乙基)醚、Vibracure Α250、Caytur-31、3，5-二甲硫基甲苯二胺或3，3' 二氯_4，4' - 二氨基二苯甲烷中的一種； 步驟(4)所述預(yù)熱和保溫溫度均為110-130°C。
10.權(quán)利要求1-4任一項所述的聚氨酯無空氣輪胎用作載重汽車輪胎、農(nóng)業(yè)車輛輪胎、工程機械輪胎、工業(yè) 車輛輪胎。
全文摘要
本發(fā)明屬于輪胎制造領(lǐng)域，公開了一種聚氨酯無空氣輪胎及其制造方法與應(yīng)用。本發(fā)明的聚氨酯無空氣輪胎是由金屬輪輞和直接澆注粘合在金屬輪輞上的聚氨酯層所組成，所述的聚氨酯層為鏤空結(jié)構(gòu)；其制造方法包括金屬輪輞的表面處理、聚氨酯預(yù)聚體的制備、備料和澆注等步驟。本發(fā)明輪胎鏤空的聚氨酯胎面結(jié)構(gòu)，有利于行駛中胎面的散熱，輪胎行駛溫度低，可杜絕胎體爆破的質(zhì)量問題；鏤空的聚氨酯結(jié)構(gòu)大幅度提高輪胎的緩沖減震性能，減少噪音以及對車輛零部件的損傷。此外，本發(fā)明制造工藝簡單，只有金屬輪輞處理和輪胎澆注兩道工序，減少了橡膠輪胎、聚氨酯/橡膠復(fù)合結(jié)構(gòu)輪胎生產(chǎn)的諸多工序。本發(fā)明克服了現(xiàn)有同類產(chǎn)品制造工藝復(fù)雜、減震性能差等缺陷。
文檔編號C08G18/10GK103101399SQ20111035495
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者鄒明清, 易玉華, 歐陽倫煒, 謝雷 申請人:桂林悍馬百適輪胎科技有限公司