CN101648496B - 一种复合弹性体填充内腔的轮胎及其制备方法 - Google Patents

一种复合弹性体填充内腔的轮胎及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合弹性体材料填充轮胎及其制造方法。该方法包括步骤：把预处理过的橡胶填充轮胎内腔，安装轮辋，再把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分混合后用加压设备通过气嘴注入轮胎内腔，填补橡胶颗粒间的空隙，充满并使压力达到轮胎规定要求，密封气嘴保压，聚氨酯材料固化，得到产品。本发明采用复合弹性体材料填充的轮胎具有较好的缓冲性能和较长使用寿命，同时又具有普通实心轮胎的抗爆、抗刺扎、免充气、免维护和承载能力高等特点，特别适合在矿山和码头等特殊条件下使用。

Description

一种复合弹性体填充内腔的轮胎及其制备方法
技术领域
本发明属于轮胎技术领域，特别涉及一种复合弹性体填充内腔的轮胎的制备方法。
背景技术
随着工业的发展，工业车辆和其它各种特殊用途车辆对轮胎性能的要求也不断提高。传统的充气轮胎具有非常好的舒适性、缓冲性，适宜高速行驶，但存在在高负荷下易刺伤顶爆、慢漏气需及时充气等缺点，尤其在矿山、码头等特殊条件下使用更易出现质量问题；传统的实心轮胎由于质量大，可以承受更高的负荷，耐刺扎、不会出现顶爆现象，但缓冲性能差，对车辆的损害大，会加大车辆的维修保养工作量，在一定程度上制约了它的应用；填充聚氨酯微孔弹性体的实心轮胎解决了缓冲性和舒适性问题，但承载性差，一定负荷后会导致轮胎变形大，目前只适用于负荷小的轮胎；填充聚氨酯弹性体的实心轮胎，其缓冲性和舒适性均较好，也可以承受橡胶实心胎的负荷，但材料成本和制造成本高，应用也受到一定限制。
专利申请号200510020937.9“微充气填充式轮胎”和专利申请号02134060.9“润滑复合弹性球丸填充式轮胎”是由润滑复合弹性球丸或再进行微量充气扩散制成内胎和外胎构成；但润滑复合弹性球丸需采用冷冻复合成型法，制作方法复杂、制造成本高，不同规格轮胎需填充不同大小的润滑复合弹性球丸且不能保证分布均匀。
专利申请号99109990.7“填充式轮胎”是用软体胶质填充圈充满外胎部分内腔，其余充满压缩空气，此专利仍需充气，随着气体泄漏轮胎寿命缩短。
专利申请号92102360.X“发泡填充轮胎及其制法”是置入一环形的高压发泡体，再注入高压高温气体进行成型，工艺复杂，注入高温气体会促进外胎橡胶老化。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种复合弹性体填充内腔的轮胎，这种轮胎具有抗爆、抗刺扎、免充气、缓冲性能较好、承载能力高和使用寿命长的特点。
本发明的又一目的在于提供一种上述轮胎的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种复合弹性体填充内腔的轮胎，其特征在于：所述复合弹性体由重量比为(90～5)∶(10～95)的橡胶和聚氨酯弹性体混合而成。
所述聚氨酯弹性体是由重量比为(30～70)∶(70～30)的聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分固化而成；所述橡胶为硬度为邵A 20～80度，密度1.0～1.5g/cm3的橡胶颗粒或橡胶片。所述橡胶颗粒的尺寸为1mm～可填充轮胎内腔的、与轮胎宽高相当的尺寸。
所述聚氨酯预聚体A组分为低聚物多元醇和异氰酸酯体系；所述助剂B组分为扩链剂和交联剂中的一种以上，还可以加入催化剂或增塑剂。
所述低聚物多元醇优选聚酯多元醇、聚醚多元醇或聚己内酯多元醇；所述异氰酸酯优选甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯、液化二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯；所述催化剂是有机金属类催化剂或有机胺类催化剂；所述扩链剂优选1，4-丁二醇、1，6-己二醇、3，3′-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺、3，5-二甲硫基甲苯二胺或2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯；所述增塑剂优选邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛酯或磷酸乙基己基二苯基酯；所述交联剂优选三羟甲基丙烷或三乙醇胺。
所述有机金属类催化剂优选二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡，所述有机胺类催化剂优选三亚乙基二胺或四甲基乙二胺。
所述橡胶为废旧橡胶、新硫化的橡胶或其它填充到轮胎内腔后可自然硫化的橡胶。
上述的一种复合弹性体填充内腔的轮胎的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)橡胶的预处理：将橡胶浸入表面处理剂中0.5～10分钟，取出后风干；
(2)填充轮胎的制作：把步骤(1)所得经预处理的橡胶填充到轮胎内腔，安装轮辋；把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分混合均匀，用加压设备通过轮胎气门嘴灌注到轮胎内腔中，填补橡胶间的空隙，充满轮胎内腔并使压力达到0.05～1.2MPa，密封气门嘴保压；在常温至70℃下，聚氨酯固化1小时～20天，得到复合弹性体填充内腔的轮胎；所述橡胶的填充量为轮胎内腔体积的20～80％。
步骤(1)所述表面处理剂按以下操作步骤：在每100重量份混合溶剂中，加入1～10重量份三氯异氰尿酸，搅拌至完全溶解，制得表面处理剂；所述混合溶剂的配方为：醋酸乙酯60～80重量份、甲乙酮10～30重量份，二甲苯10～20重量份。
步骤(2)所述压力优选达到0.6～1.0Mpa；所述固化优选在常温至50℃，固化15小时～15天。
步骤(1)所述预处理的橡胶的存放时间不超过8小时，优选不超过4小时。
本发明的原理：聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分充入轮胎内腔固化生成聚氨酯弹性体，所述聚氨酯弹性体主要为浇注型聚氨酯弹性体；聚氨酯弹性体与橡胶颗粒在界面上通过表面处理剂混为一体，形成复合弹性体材料。
本发明相对现有技术具有如下的优点及有益效果：(1)本发明填充物为复合弹性体材料，具有较好的形变和变形恢复性能，复合弹性体材料填充的轮胎具有较好的缓冲性能和较长使用寿命，同时又具有普通实心轮胎的抗爆、抗刺扎、免充气、免维护和承载能力高等特点，特别适合在矿山和码头等特殊条件下使用；(2)本发明复合弹性体材料中可选用弹性较好的废旧橡胶颗粒，即可废物循环利用又可降低材料成本，生产工艺简单，具有很好的经济和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)表面处理剂的制备：在每100重量份混合溶剂中，加入3重量份三氯异氰尿酸，搅拌至完全溶解，制得表面处理剂；所述混合溶剂的配方为：醋酸乙酯80重量份、甲乙酮10重量份，二甲苯20重量份。
(2)聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分的制备：取分子量为3000的聚氧化丙烯三元醇100份，甲苯二异氰酸酯(TDI)22份，在70～80℃反应2.5h，得到聚氨酯预聚体A组分。取二甲硫基甲苯二胺(Ethacure 300)5份、分子量为3000的聚氧化丙烯三元醇90份、己二酸二辛酯26.8份和二月桂酸二丁基锡0.2份混合均匀，得到助剂B组分。
(3)橡胶的预处理：将硬度为邵A 80度，密度1.5g/cm3的废旧橡胶颗粒浸入表面处理剂中5分钟，取出后风干；
(4)填充轮胎的制作：把步骤(1)所得经预处理的橡胶颗粒填充到轮胎内腔，安装轮辋；把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分以1∶1的重量比混合均匀，用加压设备通过轮胎气门嘴灌注到轮胎内腔中，填补橡胶间的空隙，充满轮胎内腔并使压力达到1.2MPa，密封气门嘴保压；在常温下，聚氨酯固化15天，得到复合弹性体填充内腔的轮胎；所述橡胶颗粒的填充量为轮胎内腔体积的20％，所述橡胶颗粒与聚氨酯预聚体A组分+助剂B组分的重量比为30∶70。
实施例2
(1)表面处理剂的制备：在每100重量份混合溶剂中，加入8重量份三氯异氰尿酸，搅拌至完全溶解，制得表面处理剂；所述混合溶剂的配方为：醋酸乙酯60重量份、甲乙酮30重量份，二甲苯10重量份。
(2)聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分的制备：取分子量为2000的聚氧化丙烯二醇100份，液化MDI 150份，在70～80℃反应2.5h，得到聚氨酯预聚体A组分。取1，4-丁二醇(1，4-BDO)13份、分子量为4800的聚氧化丙烯三醇120份、邻苯二甲酸二异辛酯36.7份和二月桂酸二丁基锡0.3份混合均匀，得到助剂B组分。
(3)橡胶的预处理：将硬度为邵A 60度，密度1.0g/cm3的新硫化的橡胶颗粒浸入表面处理剂中1分钟，取出后风干；
(4)填充轮胎的制作：把步骤(1)所得经预处理的橡胶颗粒填充到轮胎内腔，安装轮辋；把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分以3∶7的重量比混合均匀，用加压设备通过轮胎气门嘴灌注到轮胎内腔中，填补橡胶间的空隙，充满轮胎内腔并使压力达到0.05MPa，密封气门嘴保压；在70℃下，聚氨酯固化1小时，得到复合弹性体填充内腔的轮胎；所述橡胶颗粒的填充量为轮胎内腔体积的80％，所述橡胶颗粒与聚氨酯预聚体A组分+助剂B组分的重量比为80∶20。
实施例3
(1)表面处理剂的制备：在每100重量份混合溶剂中，加入10重量份三氯异氰尿酸，搅拌至完全溶解，制得表面处理剂；所述混合溶剂的配方为：醋酸乙酯50重量份、甲乙酮15重量份，二甲苯15重量份。
(2)聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分的制备：取分子量为4000的聚氧化丙烯二醇100份，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50)30份，在70～80℃反应2.5h，得到聚氨酯预聚体A组分。取二甲硫基甲苯二胺(Ethacure300)10份、1，4-丁二醇(1，4-BDO)4份、磷酸乙基己基二苯基酯41.4份和二月桂酸二丁基锡0.3份混合均匀，得到助剂B组分。
(3)橡胶的预处理：将硬度为邵A20度，密度1.2g/cm3的橡胶片浸入表面处理剂中3分钟，取出后风干；所述橡胶片为填充轮胎内腔后可自然硫化的橡胶。
(4)填充轮胎的制作：把步骤(1)所得经预处理的橡胶颗粒填充到轮胎内腔，安装轮辋；把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分以7∶3的重量比混合均匀，用加压设备通过轮胎气门嘴灌注到轮胎内腔中，填补橡胶间的空隙，充满轮胎内腔并使压力达到1.0MPa，密封气门嘴保压；在60℃下，聚氨酯固化16小时，常温下放置4天，得到复合弹性体填充内腔的轮胎；所述橡胶颗粒的填充量为轮胎内腔体积的60％，所述橡胶颗粒与聚氨酯预聚体A组分+助剂B组分的重量比为70∶30。
实施例4
(1)表面处理剂的制备：在每100重量份混合溶剂中，加入5重量份三氯异氰尿酸，搅拌至完全溶解，制得表面处理剂；所述混合溶剂的配方为：醋酸乙酯70重量份、甲乙酮20重量份，二甲苯20重量份。
(2)聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分的制备：取分子量为3000的聚氧化丙烯三元醇100份，异佛尔酮二异氰酸酯22份，在80～90℃反应2.5h，得到聚氨酯预聚体A组分。取二甲硫基甲苯二胺(Ethacure 300)5份、1，6-己二醇2份、分子量为3000的聚氧化丙烯三醇20份、己二酸二辛酯26.8份和辛酸亚锡0.2份混合均匀，得到助剂B组分。
(3)橡胶的预处理：将硬度为邵A 60度，密度1.0g/cm3的新硫化的橡胶颗粒浸入表面处理剂中1分钟，取出后风干；
(4)填充轮胎的制作：把步骤(1)所得经预处理的橡胶颗粒填充到轮胎内腔，安装轮辋；把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分以7∶3的重量比混合均匀，用加压设备通过轮胎气门嘴灌注到轮胎内腔中，填补橡胶间的空隙，充满轮胎内腔并使压力达到0.05MPa，密封气门嘴保压；在70℃下，聚氨酯固化1小时，得到复合弹性体填充内腔的轮胎；所述橡胶颗粒的填充量为轮胎内腔体积的80％，所述橡胶颗粒与聚氨酯预聚体A组分+助剂B组分的重量比为80∶20。
实施例5
(1)表面处理剂的制备：在每100重量份混合溶剂中，加入4重量份三氯异氰尿酸，搅拌至完全溶解，制得表面处理剂；所述混合溶剂的配方为：醋酸乙酯65重量份、甲乙酮25重量份，二甲苯18重量份。
(2)聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分的制备：取分子量为2000的聚氧化丙烯二醇100份，二苯基甲烷二异氰酸酯80份，在70～80℃反应2.5h，得到聚氨酯预聚体A组分。取1，4-BDO 8份、三羟甲基丙烷5份、分子量为3000的聚氧化丙烯三醇223份、邻苯二甲酸二异辛酯78.8份和辛酸亚锡0.2份混合均匀，得到助剂B组分。
(3)橡胶的预处理：将硬度为邵A 3度，密度1.30g/cm3的废旧橡胶片浸入表面处理剂中3分钟，取出后风干；
(4)填充轮胎的制作：把步骤(1)所得经预处理的橡胶片填充到轮胎内腔，安装轮辋；把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分以4∶7的重量比混合均匀，用加压设备通过轮胎气门嘴灌注到轮胎内腔中，填补橡胶间的空隙，充满轮胎内腔并使压力达到0.90MPa，密封气门嘴保压；在70℃下，聚氨酯固化20小时，得到复合弹性体填充内腔的轮胎；所述橡胶颗粒的填充量为轮胎内腔体积的60％，所述橡胶片与聚氨酯预聚体A组分+助剂B组分的重量比为75∶25。
实施例6
(1)表面处理剂的制备：在每100重量份混合溶剂中，加入5重量份三氯异氰尿酸，搅拌至完全溶解，制得表面处理剂；所述混合溶剂的配方为：醋酸乙酯70重量份、甲乙酮20重量份，二甲苯20重量份。
(2)聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分的制备：取分子量为3000的聚氧化丙烯三醇100份，甲苯二异氰酸酯22份，在70～80℃反应2.5h，得到聚氨酯预聚体A组分。取2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯8份、分子量为4800的聚氧化丙烯三醇135份、邻苯二甲酸二异辛酯27.8份和二月桂酸二丁基锡0.2份混合均匀，得到助剂B组分。
(3)橡胶的预处理：将硬度为邵A40度，密度1.4g/cm3的新硫化的橡胶片浸入表面处理剂中4分钟，取出后风干；
(4)填充轮胎的制作：把步骤(1)所得经预处理的橡胶片填充到轮胎内腔，安装轮辋；把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分以5∶7的重量比混合均匀，用加压设备通过轮胎气门嘴灌注到轮胎内腔中，填补橡胶间的空隙，充满轮胎内腔并使压力达到0.50MPa，密封气门嘴保压；在40℃下，聚氨酯固化10天，得到复合弹性体填充内腔的轮胎；所述橡胶颗粒的填充量为轮胎内腔体积的50％，所述橡胶片与聚氨酯预聚体A组分+助剂B组分的重量比为65∶35。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合弹性体填充内腔的轮胎的制备方法，所述复合弹性体由重量比为(90～5)∶(10～95)的橡胶和聚氨酯弹性体混合而成，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)橡胶的预处理：将橡胶浸入表面处理剂中0.5～10分钟，取出后风干；
(2)填充轮胎的制作：把步骤(1)所得经预处理的橡胶填充到轮胎内腔，安装轮辋；把聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分混合均匀，用加压设备通过轮胎气门嘴灌注到轮胎内腔中，填补橡胶间的空隙，充满轮胎内腔并使压力达到0.05～1.2MPa，密封气门嘴保压；在常温至70℃下，聚氨酯固化1小时～20天，得到复合弹性体填充内腔的轮胎；所述橡胶的填充量为轮胎内腔体积的20～80％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述表面处理剂按以下操作步骤：在每100重量份混合溶剂中，加入1～10重量份三氯异氰尿酸，搅拌至完全溶解，制得表面处理剂；所述混合溶剂的配方为：醋酸乙酯60～80重量份、甲乙酮10～30重量份，二甲苯10～20重量份；
步骤(2)所述压力达到0.6～1.0Mpa；所述固化是在常温至50℃，固化15小时～15天。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述橡胶为废旧橡胶、新硫化的橡胶或其它填充到轮胎内腔后可自然硫化的橡胶；所述橡胶为硬度为邵A20～80度，密度1.0～1.5g/cm3的橡胶颗粒或橡胶片。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分的重量比为(30～70)∶(70～30)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述聚氨酯预聚体A组分为低聚物多元醇和异氰酸酯体系；所述助剂B组分为扩链剂和交联剂中的一种以上。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述助剂B组分中加入催化剂或增塑剂。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述低聚物多元醇是聚酯多元醇、聚醚多元醇或聚己内酯多元醇；所述异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯、液化二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯；所述扩链剂是1，4-丁二醇、1，6-己二醇、3，3′-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺、3，5-二甲硫基甲苯二胺或2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯；所述交联剂是三羟甲基丙烷或三乙醇胺。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述催化剂为有机金属类催化剂或有机胺类催化剂；所述增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛酯或磷酸乙基己基二苯基酯。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述有机金属类催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡，所述有机胺类催化剂为三亚乙基二胺或四甲基乙二胺。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述聚氨酯预聚体A组分和助剂B组分混合后的总重量与经预处理的橡胶的重量比为(10～95)∶(90～5)。
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