CN109334351B - 聚氨酯实心轮胎及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚氨酯实心轮胎，并公开了对应的制作方法。它包括轮辋、轮毂和聚氨酯橡胶层，其中，聚氨酯橡胶层通过粘结式工艺附着在轮辋的外表面，其特征在于，还包括内置于聚氨酯橡胶层内部的导热构件，且所述导热构件至少部分位于聚氨酯橡胶层生热区域中心部位，至少部分与所述轮辋表面贴合，在制造工艺中增加了导热构件添加工艺，本发明具有更加优异的散热性能。

Description

聚氨酯实心轮胎及其制作方法

技术领域

该发明涉及实心轮胎技术领域，尤其是用于工矿场合中，工程车辆上使用的实心轮胎。

背景技术

以工程叉车为例，在工厂、矿山等场合中，通常使用聚氨酯实心轮胎，实心轮胎可以更好的满足：耐刺、耐撕、无需充气、高使用率、低维护率等特殊要求。

其中，聚氨酯实心轮胎，根据与轮辋的结合方式，又可以细分为：黏结式和非黏结式，其中，黏结式结构是指，直接将聚氨酯浇注并硫化在轮辋上形成一体结构。非黏结式结构是指，采用机械套装的方式将聚氨酯弹性体固定在轮辋上。无论哪种形式，都存在聚氨酯弹性体内部生热的问题。

关于实心轮胎中弹性体内部生热的问题，申请人结合工作实际，并做了大量研究，进一步结合现有的技术文献、示例等资料，用于解决下列方案中存在的技术问题。

在《轮胎工业》杂质，2004 年第24 卷中公开的技术，文献资料《聚氨酯实心轮胎内生热试验研究》（作者侯春敏，张英 ，贾林才，北京理工大学机械与车辆工程学院）一文中公开的信息，“浇注型聚氨酯弹性体(CPUE)在物理性能方面优于橡胶材料, 但内生热大是影响聚氨酯轮胎实用化的主要因素”。并在文献中公开了针对聚氨酯实心轮胎内部生热机理的研究过程，并给出了影响内部生热的因素包括：

A、聚氨酯本身的配方组分构成；

B、负重与荷载；模型负重轮最高温度随载荷的增大而升高, 当温度达到最高值后逐渐趋于平稳, 750 kg 载荷下的最高温度为96 ℃。

C、车轮的工作转速；聚氨酯实心轮胎模型负重轮最高温度随转速的增大而升高,并在温度达到最大值后逐渐趋于平稳, 440r·min-1转速下的最高温度为92 ℃。也就是说，载荷的增导致模型负重轮整体温度升高，但温度分情况不变；转速的增大不但导致模型负重轮整体温度的升高， 而且由于转鼓与轮胎表面的摩擦加剧， 产生大量热量，致使胎体接近表面部位的温度升高。

D、环境温度；影响轮胎表面的气流对流散热效果。

E、轮缘厚度（聚氨酯的厚度）；即，轮缘厚度越厚，内部生热越严重，散热性越差。这是因为，外点距表面的距离减小， 因此散热快，温度低；中点温度略有下降， 而内点和中点的温差也减小了, 表明在轮缘内部形成了稳态温度场，温升较平稳；各点最高温度均有所下降， 说明轮缘厚度减小可降低轮胎的温升。

上述五个指标中，在矿山车辆中，负重与载荷比较大，并结合车轮的转速是聚氨酯实心轮胎内部产生热量的主要来源。

避免内部生热的技术路线主要包括两个，第一，通过改变、优化组成配方，改变硫化后的实心轮胎内部的组织机理，但是，由于聚氨酯是一种由软段和硬段组成的嵌段高分子聚合物， 该种材料本身的存在的分子键，在高速重载情况下容易生热，即使进行工艺优化，对于其本身的生热性能影响不大。第二个方法是改善聚氨酯弹性体内部热量的散热路径，也就是说，将内部生热及时的散发出去，及早的达到生热和散热的热平衡，例如，将散热和生热的热平衡点达到60摄氏度左右（现有技术中散热和生热的热平衡点在100摄氏度甚至以上）。

针对这一散热问题，目前国内外研究中，使用的技术手段中，最常见的是，在聚氨酯弹性体上预设散热孔和散热纹路，也就是说，通过增加散热表面的方法，使得轮胎表面与附近的空间进行气流交换，增加散热量，这一技术手段通常可以实现5至10摄氏度的降温目的，也就是说，是可以降低平衡点的，但是降低的幅度不是很明显，且存在明显的负面效应，该负面效应，结合专利文献，例如日本釜山橡胶工业株式会社2001年申请的公开号CN1369386A的实心轮胎，其对于该问题的解决方案是：

将轮胎断面高度与宽度之比设计为15-80%，也就是通过扁平化的方案减短散热路径，同时，在左右两侧的侧面上设置有多个、间断的孔000，在胎面设置胎面槽002，通过孔（盲孔）和胎面槽的面积实现快速散热，实现散热和生热的热平衡点下移的问题。但是，孔的设置，虽然可以带来散热的增加，在运行的过程中，轮胎受到反复碾压、变形，存在受力应力点，容易产生撕裂裂纹003，参考图1中所示的样式，撕裂裂纹的产生造成使用寿命的降低。

再如， 中国台湾省顺进橡胶工业股份有限公司于2003年申请的公告号为CN2639036Y中公开并分析的，散热孔（通孔或者盲孔）存在的撕裂问题，申请人通过优化为圆弧过渡，可以降低撕裂的可能性，但是依然存在撕裂的问题，也就是说，并没有实现问题的真正解决。

任何散热孔和散热凹槽的设置，都会从强度上削弱聚氨酯橡胶的耐用性，也就是说，散热的改善是以牺牲强度和耐用性为前提的。本发明旨在通过改进，提供一种散热和强度兼顾的实心轮胎。

关于散热孔的设置可供参考的专利文献更多，限于篇幅不再一一分析其优缺点，读者可自行研究分析。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种聚氨酯实心轮胎，用于解决现有实心轮胎制造工艺中，为了增加散热效果，普遍使用散热孔/槽，同时散热孔/槽的存在会降低轮胎整体强度，降低整体使用寿命的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

聚氨酯实心轮胎，包括轮辋、轮毂和聚氨酯橡胶层，其中，聚氨酯橡胶层通过粘结式工艺附着在轮辋的外表面，其特征在于，还包括内置于聚氨酯橡胶层内部的导热构件，且所述导热构件至少部分位于聚氨酯橡胶层生热区域中心部位，至少部分与所述轮辋表面贴合。

进一步地，在聚氨酯橡胶层的胎面部分设置胎面槽或者侧面设置侧面浅槽。

进一步地，导热构件为导热橡胶和石墨烯纤维丝的复合结构。

进一步地，所述石墨烯纤维丝可以全部位于导热橡胶基体内，或者所述石墨烯纤维丝局部部分位于导热橡胶基体内，部分外露，二者择其一。

进一步地，所述导热构件包括同心设置的第一环状体和第二环状体，以及连接在两个环状体之间的过渡连接体，其中，第一环状体与轮毂进行贴合，第二环状体大致位于聚氨酯橡胶层中心部位。

进一步地，在第二环状体上向两侧延伸有散热体，且其中的一端散热体上设置有膨大状。

进一步地，所述散热体上套置有钢丝网筒。

进一步地，在轮辋的表面设置有复合强化层，在该强化层内设置有帘线。

聚氨酯实心轮胎的制作方法，

步骤一，导热构件的制备：采用导热构件所用组方配比采用以下的方式：按质量百分数计：聚氨酯树脂45-55％，导热粉40-20％、阻燃剂10-20％，以及剩余的采用发泡剂和石墨烯纤维丝，充分混合搅拌均匀后倒入到模具中，再高温热压成型，待用；

步骤二，轮辋钢圈的制备，在圆环状的钢坯外表面通过戗刺的工艺形成若干倒刺，并通过热处理的工艺使得倒刺结构硬化， 焊接轮毂部分后，待用；

步骤三，将导热构件整体套装在轮辋上，期中导热构件居中设置，并将钢圈整体的放置在模具中，然后向轮胎制作模具内倒入或者注入聚氨酯原粉材料，再高温热压成型，即制得实心轮胎。

进一步地，所述倒刺的刺尖非垂直于轮胎碾压面。

本发明的有益效果是：本发明具有更加优异的散热性能，优异的散热性能是如何实现的，以下通过具体的实施例部分进行详细的说明。

附图说明

图1现有技术中的散热凹槽构造。

图2为本发明的散热通道。

图3为导热构件的构造图。

图4为导热构件的局部剖视图。

图5为导热构件的另一种样式。

图6为实施例二的结构图。

图7为实施例三的结构图。

图中：100轮辋，110倒刺，

200轮毂，

300聚氨酯橡胶层，310胎面槽，

400导热构件，410纤维丝，420导热橡胶基体，430第一环状体，440第二环状体，450过渡连接体，460散热体，470膨大状，480钢丝网筒，

500复合强化层。

具体实施方式

本发明的本质在于大幅度的提高聚氨酯实心轮胎的散热性能，且使得本轮胎的寿命得到有效的保证，最基本的，与传统的无开孔的聚氨酯实心轮胎相比，其整体强度，尤其是抗撕裂强度不降低。

包括轮辋100、轮毂200和聚氨酯橡胶层300，其中，聚氨酯橡胶层300附着在轮辋的外表面，本实施例中，采用黏结式结构进行附着，根据需要在聚氨酯橡胶层的胎面部分或者侧面部分设置胎面槽310或者侧面浅槽。

本实施例中，创新点在于，创造性的引入导热橡胶的方式，使得聚氨酯橡胶内部的热量快速散发，提高散热效率。且从结构上进行二次优化，并弥补该改进带来的强度降低的问题。

实施例一，参考图2，优选的方式之一，包括并不限于图2中的嵌入方式，在聚氨酯橡胶层的内部，镶嵌有导热构件400，该导热构件优选导热橡胶和石墨烯纤维丝的复合结构，亦或者选用导热橡胶和钢丝网筒的复合，关于复合的结构和样式，下面详细的介绍。

结合图3和图4，通过该导热构件的制作工艺对本发明的结构进行更详细的了解。

该导热构件采用导向橡胶和石墨烯纤维丝进行复合而成，导热橡胶的组方配比采用以下的方式：按质量百分数计的如下原料：聚氨酯树脂45-55％，导热粉40-20％、阻燃剂10-20％，以及剩余的采用发泡剂和石墨烯纤维丝，其中，经过测算，该导热橡胶的强度和耐疲劳性比单一组分的聚氨酯橡胶的性能下降至少30%，也就是说，整体的强度是下降的。石墨烯纤维丝，通常的，选用长度为厘米级的，例如5厘米、3厘米等长度的石墨烯纤维丝，纤维丝的存在，可以进一步地提高导热构件整体的强度，以及整体的导热性能，使得整体的导热性能得到有效的改观。

通常的，上述的纤维丝410可以全部位于导热橡胶基体420内，或者局部部分位于导热橡胶基体内，部分外露，形成毛毛虫状的绒毛结构。

从整体轮廓上上，该导热构件400包括同心设置的第一环状体430和第二环状体440，以及连接在两个环状体之间的过渡连接体450，其中，第一环状体430与轮毂进行贴合，第二环状体大致位于聚氨酯橡胶层中心部位，也就是发热累计最严重的部分。在第二环状体440上，向两侧延伸有散热体460，且其中的一端散热体上设置有膨大状470。也就是说，散热体460是沿着车轴的轴向设置的，以最大的散热路径进行散热。

导热构件400采用注胶模具成型的方式制造，首先，将聚氨酯树脂，导热粉、阻燃剂、发泡剂和石墨烯纤维丝按比例充分混合搅拌均匀后倒入到模具中，再高温热压成型，即制得导热构件，其中，得到的导热构件从断面特性上看，导热构件为导热性能均匀的材质。

进一步地改进方式，参考图5，在聚氨酯橡胶体的散热体上预先套置有钢丝网筒480，通常，该钢丝网筒的是不锈钢钢丝材质。也就是说，通过在散热体上套置钢丝网筒的方式进行局部强化，同时筒状的钢丝网筒本身具有一定的弹性，结合聚氨酯橡胶体本身的弹性，可以得到基本等同于聚氨酯橡胶层的弹性特性、耐用性，避免与弹性构件接触部位的聚氨酯橡胶层处发生撕裂、裂纹，使得实心轮胎的整体强度得到有效的保证。

轮胎的制作方法，首先制备上述的导热构件，待用，同时焊接轮毂和轮辋部分形成一个整体的钢圈。

关于钢圈的制作，首先，在圆环状的轮辋100部分外表面通过戗刺的工艺形成若干倒刺状的凸起，并通过热处理的工艺使得倒刺结构硬化，最佳的方式，倒刺110的刺尖不垂直于轮胎碾压面，也就是说，倒刺的刺尖优先朝向倾斜方向。

轮毂部分是一个立体构造，是由多个环形钢坯和强化肋板组成的，其中的一个钢坯上设置有预留螺栓孔，用于和车轴进行螺栓连接。

第二步，将导热构件整体套装在轮辋上，居中设置，并将钢圈整体的放置在模具中，然后向轮胎制作模具内倒入或者注入聚氨酯原粉材料，再高温热压成型，即制得实心轮胎，制得的实心轮胎中有导热构件，导热构件连通生热部和轮辋、以及外侧的空气，通过导热构件，可以及时的将内部的生热导入到附近的空气和轮辋，由于轮辋是金属零件，是热的良导体，所以可以更好的将热量进行散发，有利于聚氨酯内部生热的快速散发。事实上，强化肋板与轮辋相连，进一步地增加了散热效果。

通常在实心轮胎的胎面处设置有花纹凹槽，可以防滑，兼有散热作用，本处不再赘述。

实施例二

参考图6，在轮辋的表面设置有复合强化层500，在该强化层内设置有帘线，该帘线可以为非金属帘线，也可以为不锈钢钢丝网帘线，具有同等的效果。

实施例三

参考图7，在本实施例中，导热构件中没有设置散热体和膨大状，也就是说，散热路径仅仅存在于生热严重部位和轮辋之间，借助轮辋的散热性能进行散热，也能起到部分散热的效果。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.聚氨酯实心轮胎，包括轮辋、轮毂和聚氨酯橡胶层，其中，聚氨酯橡胶层通过粘结式工艺附着在轮辋的外表面，还包括内置于聚氨酯橡胶层内部的导热构件，且所述导热构件至少部分位于聚氨酯橡胶层生热区域中心部位，至少部分与所述轮辋表面贴合，其特征在于，

所述导热构件为导热橡胶和石墨烯纤维丝的复合结构，所述导热构件包括同心设置的第一环状体和第二环状体，以及连接在两个环状体之间的过渡连接体，其中，第一环状体与轮毂进行贴合，第二环状体大致位于聚氨酯橡胶层中心部位；在第二环状体上向两侧延伸有散热体，且其中的一端散热体上设置有膨大状；所述散热体上套置有钢丝网筒。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯实心轮胎，其特征在于，在聚氨酯橡胶层的胎面部分设置胎面槽或者侧面设置侧面浅槽。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯实心轮胎，其特征在于，所述石墨烯纤维丝可以全部位于导热橡胶基体内，或者所述石墨烯纤维丝局部部分位于导热橡胶基体内，部分外露，二者择其一。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯实心轮胎，其特征在于，在轮辋的表面设置有复合强化层，在该强化层内设置有帘线。

5.聚氨酯实心轮胎的制作方法，

步骤一，导热构件的制备：采用导热构件所用组方配比采用以下的方式：按质量百分数计：聚氨酯树脂45-55％，导热粉40-20％、阻燃剂10-20％，以及剩余的采用发泡剂和石墨烯纤维丝，充分混合搅拌均匀后倒入到模具中，再高温热压成型，待用；

步骤二，轮辋钢圈的制备，在圆环状的钢坯外表面通过戗刺的工艺形成若干倒刺，并通过热处理的工艺使得倒刺结构硬化，焊接轮毂部分后，待用；

步骤三，将导热构件整体套装在轮辋上，期中导热构件居中设置，并将钢圈整体的放置在模具中，然后向轮胎制作模具内倒入或者注入聚氨酯原粉材料，再高温热压成型，即制得实心轮胎。

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述倒刺的刺尖非垂直于轮胎碾压面。

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