CN101219631B - 聚氨酯复合材料轮胎及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型载重轮胎，特别公开了一种大型载重聚氨酯复合材料轮胎及其生产方法。该聚氨酯复合材料轮胎，包括轮毂、轮毂板、胎面、内胎以及位于胎面、内胎之间的填充物，其特殊之处在于：胎面及胎侧采用浇注型聚氨酯弹性体，带束层为四层，由三层钢丝帘线和一层芳纶通过胶粘剂复合而成；胎体帘布层有钢丝帘线及芳纶复合而成，内衬层由氯化丁基胶及钢丝帘布层复合；填充物采用以下两种中的至少一种：一种是硬度为邵A45的聚氨酯弹性体，另一种为自结皮聚氨酯发泡弹性体。本发明专利的优点在于：耐磨、低温性能及高硬度下的弹性更好，全自动浇注工艺使得胶体均匀性更好，性能更稳定，抗撕裂、抗剥离能力强，制造过程中无三废污染，属绿色制造工艺。

Description

聚氨酯复合材料轮胎及其生产方法

(一)技术领域

本发明涉及一种大型载重轮胎，特别涉及一种大型载重聚氨酯复合材料轮胎及其生产方法。

(二)背景技术

近年来，我们对使用大型重载轮胎的单位进行了细致的调研，如神东集团、平朔煤电、晋城矿业集团、大同矿业集团、兖矿集团、小松山推股份公司、徐工集团、天津港运公司等，发现他们使用的大型重载轮胎一般都是进口，主要分两类，一类是实心胎，二类是填充胎，采用的材料主要为橡胶(如天然胶、丁苯胶、丁二烯胶等)，因其抗负载能力低、抗磨性小、撕裂强度低和耐刺扎性能差等，而表现为寿命短、安全性能差等缺点。如用于煤矿井下的大型载重运输车轮胎，采用的普通橡胶轮胎，使用寿命一般为2～3个月，甚至有的更短，再加上进口轮胎进货周期长、价格又高，严重影响矿山的安全性及工作效率，因此，对于工况十分恶劣的矿山等场合，迫切希望使用耐磨性能好、抗撕裂能力强、寿命较长的大型重载轮胎。

(三)发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种具有大载荷、高耐磨、抗撕裂、耐刺扎、生产工艺高效、清洁化等优异性能的大型载重聚氨酯复合材料轮胎及其生产方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种聚氨酯复合材料轮胎，包括轮毂、轮毂板、胎面、内胎以及位于胎面、内胎之间的填充物，其特殊之处在于：胎面及胎侧采用浇注型聚氨酯弹性体，带束层为四层，由三层钢丝帘线和一层芳纶通过胶粘剂复合而成；胎体帘布层有钢丝帘线及芳纶复合而成，内衬层由氯化丁基胶及钢丝帘布层复合；填充物采用以下两种中的至少一种：一种是硬度为邵A45的聚氨酯弹性体，另一种为自结皮聚氨酯发泡弹性体。

本发明的聚氨酯复合材料轮胎的制备方法：其特殊之处在于：包括如下步骤：

(1)、对轮辋表面进行清理：用二氯甲烷对金属轮辋表面进行处理，清理干净后进行除油脱脂，喷砂；

(2)聚氨酯预聚体的配制：将一定量导电炭黑、三氧化二锑、十溴苯醚经烘干、粉碎处理后，与聚多元醇混合，40～50℃温度下用剪切机以3000～4000r/min速度热剪切10～15min成均匀相，然后在90～120℃，0.096～0.097MPa真空度条件下搅拌脱水4h，冷却至60℃，快速与计量的二异氰酸酯混合，在氮气保护下于75～80％下反应2h，抽真空脱气10min后取样分析NCO含量；

(3)轮胎的制造：先经过聚氨酯备料、预聚体合成、芳纶纤维缠绕成型、填充物成型准备，然后浇注、一次硫化、修边、二次硫化，最后检验、包装；其中聚氨酯材料合成参数：真空度-0.98Mpa，反应温度85±3℃，反应时间4h；产品生产过程参数：预热温度80℃，固化温度100℃，固化时间40min，后硫化温度80℃，后硫化时间8h。

本发明通过不同原料、不同配方优化的设计，筛选配方原料组分。通过配方设计、聚氨酯弹性体物理力学性、工艺性能和轮胎应用性能，建立三者之间相关关系，从而最终确定配方组分及其比例；确定弹性体物理力学和工艺性能指标及其测试方法，确定轮胎应用性能指标及其测试方法。本发明引进先进的制造设备，自行设计模具与轮辋，进行制造工艺条件和流程试验，最终确定工艺流程工艺参数；在底涂剂及轮辋表面处理技术采用法国BAULE公司技术，保证轮胎与轮辋不脱粘，提高轮胎使用寿命。

本发明的技术要点：

a.以聚氨酯弹性体浇注工程轮胎(填充型)(规格636、630、40T进口车填充胎)。

b.胎体及胎面胶料性能：胎体胶料抗撕裂强度达到90kN/m；胎面胶料耐磨性(阿克隆磨耗)达到0.03cm³/1.61km。

c.采用聚氨酯弹性体与芳纶纤维复合增强，多个工位多次浇注工艺。

d.聚氨酯弹性体凝胶填充，弹性好，载重量大。

本发明的聚氨酯弹性体胎面材料的力学性能指标已达：

聚氨酯材料硬度(邵A)75±5；扯断强度≥20MPa；

扯断伸长率300～450％；回弹性≥25％；

拉伸永久变形≤20％；阿克隆磨耗≤0.08cm³/1.61km)；

撕裂强度≥75kN/m。

本发明是集新材料、新技术、新工艺于一体的项目，该项目的开展可以充分地研究聚氨酯材料的结构与性能之间的规律性，控制并强化其高力学性能、耐磨、耐刺扎，降低滚动阻力，将聚氨酯弹性体材料开创性的应用于工程机械轮胎的研发中，可显著提高轮胎的综合性能提高大型工程装备的功能性，扩大其应用领域，对我国山西、新疆、内蒙古、兖矿等地的大型油田、煤矿、金属矿、水力工程建设做出巨大贡献，同时为我省的煤矿、港口、油田、矿山等大型工程建设又快、又好的进行提供强有力的技术及产品保障。目前，国内外还没有成功的该项研发技术产品商品化生产。本项目研制的大型重载聚氨酯弹性体工程轮胎(填充型)，具有大载荷、高耐磨、抗撕裂、耐刺扎，生产工艺高效、清洁化等优异性能，由于聚氨酯弹性体浇注工程轮胎(填充型)具有高强度、高耐磨性、高抗撕裂性、高硬度下的高弹性，优异的耐刺扎、耐辐射、耐候性，广泛应用于工矿企业中大型输送、牵引、装载等机械设备在极端复杂恶劣的工况下移动、行走车辆。是煤矿、金属矿山、油田开发、沙漠湿地等松软地面路况施工现场大型机械的不可或缺的重要配件。可为我国的大型、特大型工程建设做出重大贡献，可打破国外的技术垄断，替代进口，具有重大的经济意义。在现代化工业生产过程中具有广阔的应用前景。

本发明专利的优点在于：耐磨、低温性能及高硬度下的弹性更好，全自动浇注工艺使得胶体均匀性更好，性能更稳定，抗撕裂、抗剥离能力强，制造过程中无三废污染，属绿色制造工艺。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示A-A向剖面示意图。

图中，1、胎面，2、填充物，3、内胎，4、加强筋，5、轮毂，6、轮毂板。

(五)具体实施方式

实施例1：

附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括轮毂5、轮毂板6、加强筋4、胎面1、内胎3以及位于胎面1、内胎3之间的填充物2，胎面1、内胎3采用浇注型聚氨酯弹性体，带束层为四层，由三层钢丝帘线和一层芳纶通过胶粘剂复合而成，胎体帘布层有钢丝帘线及芳纶复合而成，内衬层由氯化丁基胶及钢丝帘布层复合；填充物采用以下两种聚氨酯复合：一种是硬度为邵A45的聚氨酯弹性体，另一种为自结皮聚氨酯发泡弹性体。

该产品的制造工艺如下：

1、对轮辋表面进行清理：

1)金属轮辋的表面处理，喷砂；不仅轮辋表面而且圈边10mm处也要喷砂。

2)轮辋表面处理工艺：用二氯甲烷对表面进行处理，清理干净后进行除油脱脂。

2、聚氨酯预聚体的配制：

将一定量导电炭黑、三氧化二锑、十溴苯醚经烘干、粉碎处理后，与聚多元醇混合，40～50℃温度下用剪切机以3000～4000r/min速度热剪切10～15min成均匀相，然后在90～120℃，0.096～0.097MPa真空度条件下搅拌脱水4h，冷却至60℃，快速与计量的二异氰酸酯混合，在氮气保护下于75～80％下反应2h，抽真空脱气10min后取样分析NCO含量。

3、轮胎的制造：

1)聚氨酯备料，预聚体合成，纤维缠绕成型，填充物成型准备；

2)浇注、一次硫化、修边、二次硫化；

3)检验、包装。

轮胎制造过程的主要技术参数：

(1)、聚氨酯材料合成参数：真空度-0.98MPa；反应温度85±3℃；反应时间4h。

(2)、产品生产过程参数：预热温度80℃；固化温度100℃；固化时间40min；后硫化温度80℃；后硫化时间8h。

实施例2：

所述胎面1、内胎3采用浇注型聚氨酯弹性体，带束层为四层，由三层钢丝帘线和一层芳纶通过胶粘剂复合而成；胎体帘布层有钢丝帘线及芳纶复合而成，内衬层由氯化丁基胶及钢丝帘布层复合，填充物采用硬度为邵A45的聚氨酯弹性体。其它与实施例1相同。

实施例3：

所述胎面1、内胎3采用浇注型聚氨酯弹性体，带束层为四层，由三层钢丝帘线和一层芳纶通过胶粘剂复合而成；胎体帘布层有钢丝帘线及芳纶复合而成，内衬层由氯化丁基胶及钢丝帘布层复合；填充物采用自结皮聚氨酯发泡弹性体。其它与实施例1相同。

Claims (2)

1. 一种聚氨酯复合材料轮胎，包括轮毂、轮毂板、胎面、内胎以及位于胎面、内胎之间的填充物，其特征在于：胎面及胎侧采用浇注型聚氨酯弹性体，带束层为四层，由三层钢丝帘线和一层芳纶通过胶粘剂复合而成；胎体帘布层有钢丝帘线及芳纶复合而成，内衬层由氯化丁基胶及钢丝帘布层复合；填充物采用以下两种中的至少一种：一种是硬度为邵A45的聚氨酯弹性体，另一种为自结皮聚氨酯发泡弹性体。

2. 根据权利要求1所述的聚氨酯复合材料轮胎的制备方法：其特征在于：包括如下步骤：

(1)、对轮辋表面进行清理：用二氯甲烷对金属轮辋表面进行处理，清理干净后进行除油脱脂，喷砂；

(2)聚氨酯预聚体的配制：将一定量导电炭黑、三氧化二锑、十溴苯醚经烘干、粉碎处理后，与聚多元醇混合，40～50℃温度下用剪切机以3000～4000r/min速度热剪切10～15min成均匀相，然后在90～120℃，0.096～0.097MPa真空度条件下搅拌脱水4h，冷却至60℃，快速与计量的二异氰酸酯混合，在氮气保护下于75～80％下反应2h，抽真空脱气10min后取样分析NCO含量；

(3)轮胎的制造：先经过聚氨酯备料、预聚体合成、芳纶纤维缠绕成型、填充物成型准备，然后浇注、一次硫化、修边、二次硫化，最后检验、包装；其中聚氨酯材料合成参数：真空度-0.98Mpa，反应温度85±3℃，反应时间4h；产品生产过程参数：预热温度80℃，固化温度100℃，固化时间40min，后硫化温度80℃，后硫化时间8h。

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