CN112223958B - 一种仿生机构防爆自行车轮胎及其制备方法 - Google Patents

一种仿生机构防爆自行车轮胎及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种仿生机构防爆自行车轮胎及其制备方法，属于轮胎制备技术领域。本发明针对现有免充气轮胎存在耐磨性能差、成本高、耐候性差的问题。本发明包括由外向内依次布置的外侧高耐磨橡胶层、轻质发泡橡胶层和内侧高耐磨橡胶层，外侧高耐磨橡胶层上分布有花纹，轻质发泡橡胶层的外侧延伸至所述花纹中；所述外侧高耐磨橡胶层、轻质发泡橡胶层和内侧高耐磨橡胶层同轴布置，轻质发泡橡胶层上均匀分布有若干内部中空的柱体结构，所述柱体结构的轴线与轮胎的轴线平行；本发明具有防爆、免充气、质量小、耐磨、低滚动阻力的优点。

Description

一种仿生机构防爆自行车轮胎及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶轮胎技术领域，特别是涉及一种仿生机构防爆自行车轮胎及其制备方法。
背景技术
自18世纪末法国人西夫拉克发明世界上最早的自行车至今，自行车已经走过了200多年的历史。自行车轮胎也经历了从无到有、从简单到复杂、从低级到高级的过程。在这200多年里，随着世界经济、科技的发展，自行车轮胎也发展到了免充气防爆轮胎，现有的免充气防爆轮胎主要有三种，第一种是实心胎，这种轮胎的缺点：材料消耗大，胎体沉重，成本高，易***。第二种是纤维实心胎，这种轮胎的缺点：生产工艺难度大，动力消耗高，胎体沉重，缓冲性能差，成本大。第三种是泡沫实心胎，这种轮胎的缺点是：其胎体为塑料发泡而成，故耐候性较差，老化速度快，易松弛脱胎，尤其是连续较高速度运行时胎心泡沫部分迅速软化，继而碎裂而无法使用。上面提到的三种免充气防爆轮胎因其具有的缺点限制了它的发展，使得防爆轮胎没有在自行车上进行大量的应用。随着仿生摩擦学的快速发展，仿生学设计作为一种独具特色的设计方法，被广泛运用于轮胎设计上。如何将仿生学与轮胎结合，提高轮胎的防爆安全性成为轮胎设计的难点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种仿生机构防爆自行车轮胎及其制备方法，具有防爆、免充气、质量小、耐磨、低滚动阻力的特点。
一种仿生机构防爆自行车轮胎，包括由外向内依次布置的外侧高耐磨橡胶层、轻质发泡橡胶层和内侧高耐磨橡胶层，外侧高耐磨橡胶层上分布有花纹，轻质发泡橡胶层的外侧延伸至所述花纹中；所述外侧高耐磨橡胶层、轻质发泡橡胶层和内侧高耐磨橡胶层同轴布置，轻质发泡橡胶层上均匀分布有若干内部中空的柱体结构，所述柱体结构的轴线与轮胎的轴线平行。
进一步的，所述柱体结构包括正六边形镂空柱体结构、拱形镂空柱体结构。
进一步的，所述轻质发泡橡胶层包括同轴布置且由外向内依次布置的第一柱体环和第二柱体环，第一柱体环由若干均匀环形阵列的正六边形镂空柱体结构构成，第二柱体环由交错布置的正六边形镂空柱体结构和拱形镂空柱体结构构成，所述第二柱体环中的正六边形镂空柱体结构和拱形镂空柱体结构位于第一柱体环中正六边形镂空柱体结构之间。
进一步的，所述第二柱体环中的正六边形镂空柱体结构内安装有压电感应灯。
进一步的，所述花纹包括一条主沟槽和若干辅沟槽，主沟槽位于轮胎胎面的中心线上，辅沟槽位于主沟槽的两侧，所述辅沟槽的延伸方向与主沟槽的延伸方向垂直，同一侧的相邻辅沟槽之间设有若干均匀布置的“中”字形花纹。
进一步的，所述“中”字形花纹由位于中间的圆形凹槽和位于圆形凹槽两侧的两条矩形凹槽构成，所述两条矩形凹槽分别连接两条平行的辅凹槽。位于相邻两层的“中”字形凹槽的数量有差别
本发明第二方面提供了一种仿生机构防爆自行车轮胎的制备方法，用以制备本发明第一方面所述仿生机构防爆自行车轮胎，包括如下步骤：
制备轻质发泡胶料生胶，包括如下重量份数的组分：发泡橡胶：100份；混合炭黑：40-60份；复合增塑剂：4-8份；复合发泡剂：4-8份；复合促进剂2-3份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-7份；尿素：4-8份；硫S：1.5-3份；
制备高耐磨胶料生胶，包括如下重量分数的组分：高耐磨橡胶：100份；炭黑白炭黑复合填充剂：40-80份；偶联剂Si-69：1-3份；复合促进剂：2-4份；耐磨补强剂：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-8份；硫S：1.5-3份；
将制备好的轻质发泡胶料生胶和高耐磨胶料生胶，按照各自的结构形状放入对应的模具中，然后合模加压，加压范围为5-20MP、以140-160度加热15-30分钟后，水冷30分钟后取模、制备完成。
进一步的，所述轻质发泡胶料生胶的制备方法包括：
将发泡橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度为60-80RPM，温度为140-150℃，加压30-50N/CM2；
升上顶栓加入除复合促进剂、硫S及复合发泡剂之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成厚度为1-10mm的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5后待用。
进一步的，所述高耐磨胶料生胶的制备方法包括：
耐磨补强剂处理，所述耐磨补强剂由芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维组成，其质量比为6：3：1，其中芳纶纤维的直径为0.5-1.5mm，长度为10-20mm，玻璃纤维中氧化钠含量为9％-11％，直径为0.09-0.1mm，长度为1-2mm，将耐磨补强剂中的芳纶纤维、玻璃纤维用硅烷偶联剂KH-550溶液(温度40-45℃)浸泡24小时后，烘干后待用；
将高耐磨橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度为60-80RPM，温度为140-150℃，加压30-50N/CM2；
升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成厚度为1-10mm的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5后待用。
进一步的，所述轻质发泡橡胶由天然橡胶、丁腈橡胶组成，其质量比为3：7，丁腈橡胶中丙烯腈含量为30％-65％；
高耐磨橡胶由天然橡胶和顺丁橡胶组成，其质量比为：2:8，其中顺丁橡胶的顺式-1,4-构型含量大于95％，1,2-构型含量小于2％。
如上所述，本发明提供的一种汽车用燃料电池高增益DC-DC变换器，具有如下效果：
1、本发明的橡胶轮胎内层和外层均为高耐磨橡胶层，两层高耐磨橡胶层之间为发泡橡胶层，两种橡胶层交错耦合布置且结构互补，两种橡胶胶料耐磨性差别较大，在轮胎运动磨损后花纹形状深度仍保持不变，保证轮胎具有良好的抓地力。
2、本申请的轮胎上开设有中空的柱状结构，在轮胎高速行驶过程中材料消耗小，胎体重量减轻，中空的柱状结构在轮胎运动过程中提高缓冲性能，防止轮胎胎心老化速度过快，影响轮胎的整体质量。
附图说明
图1为本发明具体实施例的仿生结构自行车防爆轮胎整体结构示意图；
图2为本发明具体实施例的仿生结构自行车防爆轮胎径向剖面结构示意图；
图3为本发明具体实施例的仿生结构自行车防爆轮胎花纹结构示意图；
图4为本发明具体实施例的仿生结构自行车防爆轮胎镂空结构示意图。
图中，A1.外侧高耐磨橡胶层，A2.内侧高耐磨橡胶层，B.轻质发泡橡胶层，C1.第一正六边形镂空柱体结构，C2.第二正六边形镂空柱体结构，D.拱形镂空柱体结构，E.压力感应灯，G1.主沟槽，G2.辅助沟槽，H.“中”字形花纹，X1.第一花纹单元，X2.第二花纹单元，k1.外侧高耐磨橡胶层的最大厚度，k2.轻质发泡橡胶层的厚度，k3.内侧高耐磨橡胶层的厚度，k4.花纹凹槽深度，k5.自行车轮胎的宽度，L1.外侧高耐磨橡胶层的弧长，L2.拱形镂空柱体结构的弧长，b1.第一正六边形镂空柱体结构的正六边形边长，b2.第二正六边形镂空柱体结构的正六边形边长，b3.拱形镂空柱体结构的拱形高度，b4.拱形镂空柱体结构的弦边长度，m1.两个第二正六边形镂空柱状结构的最近边的最短距离，m2.第二正六边形镂空柱状结构距离外侧高耐磨橡胶层的最短距离，m3.第一正六边形镂空柱状单元与内侧高耐磨橡胶层的最短距离，m4.拱形镂空柱状单元的拱形弦边与内侧高耐磨橡胶层的最短距离，c1.“中”字形花纹中第一矩形凹槽的长度，c2.“中”字形花纹中第二矩形凹槽的长度，c3.矩形凹槽的宽度，c4.主沟槽宽度，c5.辅沟槽宽度，Φ.“中”字形花纹中圆形凹坑的直径，r为内侧高耐磨橡胶层的半径，O.轮胎胎面的轴对称线。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本申请一种仿生机构防爆自行车轮胎，如图1所示，包括由外向内依次布置的外侧高耐磨橡胶层A1、轻质发泡橡胶层B和内侧高耐磨橡胶层A2，外侧高耐磨橡胶层A1上分布有花纹，轻质发泡橡胶层B1的外侧侧面部分延伸至所述花纹中，使外侧高耐磨橡胶层的花纹中留有一定深度；所述外侧高耐磨橡胶层A1、轻质发泡橡胶层B和内侧高耐磨橡胶层A2同轴布置；两种不同材质的橡胶层层叠布置，并且结构互补耦合形成复合材料，提高了轮胎的耐磨性能，并且使轮胎的整体结构更为稳定，在轮胎行驶过程中不会出现分层断裂的问题。
如图2所示，本申请的轮胎剖面结构示意图，外侧的高耐磨橡胶层A1为向外侧突出的弧形结构，弧长L1为20-70mm，外侧高耐磨橡胶层A1与发泡橡胶单元的最大厚度k1为5-15mm，内侧高耐磨橡胶层A2位于轮胎内侧，其厚度k3为5-15mm，其半径r为150-350mm；位于外侧高耐磨橡胶层A1和内侧高耐磨橡胶层A2的轻质发泡橡胶层的厚度k2为5-30mm，轮胎的宽度k5为15-60mm，外侧高耐磨橡胶层A1上的花纹深度k4相等为2-8mm。
在车轮行驶过程中，不同的花纹实现的轮胎与路面的抓地力不同，摩擦生热不同，使轮胎具有不同的耐磨性能和滚动阻力，如图3所示，本申请中的花纹包括一条主沟槽G1和若干辅沟槽G2，主沟槽G1的中心线与轮胎胎面的中心线O重合，辅沟槽G2位于主沟槽G1的两侧，并且辅沟槽G2的延伸方向与主沟槽G1的延伸方向垂直，主沟槽宽度c4为3-10mm，辅沟槽的宽度c5为1-6mm，同一侧的相邻辅沟G2槽之间设有若干均匀布置的“中”字形花纹H。
如图所示，所述“中”字形花纹由位于中间的圆形凹槽H1和位于圆形凹槽两侧的两条矩形凹槽构成，位于轮胎转动方向侧的矩形凹槽为第一矩形凹槽，与其相对侧的为第二矩形凹槽，第一矩形凹槽和第二矩形凹槽分别连接两条平行的辅凹槽，且第一矩形凹槽的延伸方向、第二矩形凹槽的延伸方向分别与其连接的辅凹槽的中心线垂直，第一矩形凹槽的长度c1与第二矩形凹槽的长度c2相同，为2-7mm，第一矩形凹槽的宽度c3和第二矩形凹槽的宽度相同，为1-6mm，圆形凹槽的直径Φ为2-8mm；
在轮胎转动方向上的相邻两个辅沟槽为一个花纹单元，在轮胎转动方向上的相邻两个花纹单元中的“中”字形花纹间隔布置，本实施例中，如图3所示，第一花纹单元X1中的“中”字形花纹数量为2个，第二花纹单元X2中的“中”字形花纹数量为3个，位于主沟槽G1两侧的花纹单元对称，即“中”字形花纹数量相同，第一花纹单元X1中，位于轮胎边缘侧的“中”字形花纹H与轮胎变换之间的距离为d1，两个“中”字形花纹之间的距离为d2，位于主沟槽侧的“中”字形花纹H与主沟槽之间的距离为d3，且d1＝d2＝d3为2-15mm，第二花纹单元X2中，位于轮胎边缘侧的“中”字形花纹H与轮胎边缘的距离为d4，相邻两“中”字形花纹之间的距离分别为d5和d6，位于主沟槽侧的“中”字形花纹与主沟槽之间的距离为d7，且有d4＝d5＝d6＝d7为1-12mm；本申请中的“中”字形花纹位于两个辅沟槽之间，主沟槽、“中”字形花纹中的两条矩形凹槽构成排水槽，并且提高了自行车的操控性能，横向槽可以提供良好的抓地性能，根据仿生学原理仿生凹坑结构能够有效提高胎面胶的耐磨性能，同时横向、纵向槽和“中”字形花纹中的圆形凹槽可以有效的破坏水膜，并有效导出水流，提高轮胎在湿滑路面的抓地性能。
为了减轻免充气轮胎的重量，提高缓冲性能，本申请的轻质发泡橡胶层B上均匀开设有若干内部中空的柱体结构，柱体结构的轴线与轮胎的轴线平行。
所述柱体结构包括正六边形镂空柱体结构、拱形镂空柱体结构，通过不同形状的柱体结构构成不同的柱体环，如图1所示，本申请的轻质发泡橡胶层包括同轴布置且由外向内依次布置的第一柱体环和第二柱体环，第一柱体环由若干均匀环形阵列的第一正六边形镂空柱体结构C1构成，第二柱体环由交错布置的第二正六边形镂空柱体结构C2和拱形镂空柱体结构D构成，所述第二柱体环中的第二正六边形镂空柱体结构C2和拱形镂空柱体结构D位于第一柱体环中第一正六边形镂空柱体结构C1之间，本申请中的第一正六边形镂空柱体结构C1的数量为16-32个，第二正六边形镂空柱体结构C2的数量为8-16个；相邻两个第一正六边形镂空柱体结构C1大小相等，其边长b2为2-10mm，两个第一正六边形口空结构C1的最近边的最短距离m1为4-40mm，距离A1的最短距离m2为2-8mm；第二正六边形镂空柱体结构C2位于两个第一正六边形镂空柱体结构C1的中心线上，边长b1为3-15，与A2的最短距离m3为2-8mm；拱形镂空柱体结构D均匀分散在第二正六边形镂空柱体结构C2中，相邻两个拱形镂空柱体结构D之间的距离相等，其数量与第二正六边形镂空柱体结构C2的数量相等也为8-16个；拱形镂空柱体结构的弦边长度b4为4-18mm，高b3为3-10mm，弧长6-25mm。
所述第二正六边形镂空柱体结构C2内安装有压电感应灯，上下两端嵌入到单元B中，可承受变形量为0.1-5mm，变形量大于0.1时发光。
本申请的一种仿生机构防爆自行车轮胎的制备方法，用以制备本发明所述仿生机构防爆自行车轮胎，包括如下步骤：
S1、制备轻质发泡胶料生胶，包括如下重量份数的组分：发泡橡胶：100份；混合炭黑：40-60份；复合增塑剂：4-8份；复合发泡剂：4-8份；复合促进剂2-3份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-7份；尿素：4-8份；硫S：1.5-3份；
本申请中的发泡橡胶由天然橡胶、丁腈橡胶组成，其质量比为3：7，丁腈橡胶中丙烯腈含量为30％-65％；
所述复合炭黑由N110和N330组成，其质量比为7：3。
所述的复合增塑剂由邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)组成，其质量比为3：4：3。
所述的复合发泡剂由发泡剂AC和发泡微球组成，其质量比为5：5，发泡微球采用佛山市欧希化工有限公司生产的，型号为EHM406，发泡温度为135-160℃，在160℃时发泡尺寸大于250um。
所述的复合促进剂由N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺CZ、二硫化四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM组成，其质量比为8：1：1。
具体制备过程包括：
S11、将发泡橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度为60-80RPM，温度为140-150℃，加压30-50N/CM2；
S12、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S及复合发泡剂之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S12、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成厚度为1-10mm的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5后待用。
S2、制备高耐磨胶料生胶，包括如下重量分数的组分：高耐磨橡胶：100份；炭黑白炭黑复合填充剂：40-80份；偶联剂Si-69：1-3份；复合促进剂：2-4份；耐磨补强剂：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-8份；硫S：1.5-3份；
所述的高耐磨橡胶由天然橡胶和顺丁橡胶组成，其质量比为：2:8，其中顺丁橡胶的顺式-1,4-构型含量大于95％，1,2-构型含量小于2％。
所述的炭黑白炭黑复合填充剂由N110，N660,N330和白炭黑(颗粒尺寸为300目-600目)组成，其质量比为4：2：1：3。
所述的复合促进剂由N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺CZ、二硫化四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM组成，其质量比为7：2：1。
所述的耐磨补强剂由芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维组成，其质量比为6：3：1，其中芳纶纤维的直径为0.5-1.5mm，长度为10-20mm，玻璃纤维中氧化钠含量为9％-11％，直径为0.09-0.1mm，长度为1-2mm。
具体制备过程包括：
S21、将耐磨补强剂中的芳纶纤维、玻璃纤维用硅烷偶联剂KH-550溶液(温度40-45℃)浸泡24小时后，烘干后待用；
S22、将高耐磨橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度为60-80RPM，温度为140-150℃，加压30-50N/CM2；
S23、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S24、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成厚度为1-10mm的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5后待用。
S3、将制备好的轻质发泡胶料生胶和高耐磨胶料生胶，按照各自的结构形状放入对应的模具中，然后合模加压，加压范围为5-20MP、以140-160度加热15-30分钟后，水冷30分钟后取模、制备完成。
为了更进一步详细说明本申请的具体技术方案，通过实施例和比较例对本申请进行进一步说明。
针对轮胎纹理和结构进行对比：
所述仿生结构防爆自行车轮胎制备方法采用如下参数和步骤：
S1、制备轻质发泡胶料生胶，包括如下重量份数的组分：发泡橡胶：100份；混合炭黑：45份；复合增塑剂：4份；复合发泡剂：5份；复合促进剂2份；硬脂酸：2份；防老化剂4020：3.2份；防焦剂CTP：0.15份；ZnO：3份；尿素：4份；硫S：1.5份；其中发泡橡胶由天然橡胶、丁腈橡胶组成，其质量比为3：7，丁腈橡胶中丙烯腈含量为30％；复合炭黑由N110和N330组成，其质量比为7：3。复合增塑剂由邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)组成，其质量比为3：4：3。所述的复合发泡剂由发泡剂AC和发泡微球组成，其质量比为5：5。所述的复合促进剂由N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺CZ、二硫化四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM组成，其质量比为8：1：1。
具体制备过程包括：
S11、将发泡橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼120秒，所述密炼机转子速度为60RPM，温度为140℃，加压30N/CM2；
S12、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S及复合发泡剂之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S12、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65℃，开练15次，制备成适宜厚度的生胶，室温放置8小时后待用。
S2、制备高耐磨胶料生胶，包括如下重量分数的组分：高耐磨橡胶：100份；炭黑白炭黑复合填充剂：50份；偶联剂Si-69：1份；复合促进剂：2份；耐磨补强剂：5份；硬脂酸：2份；防老化剂4020：3份；防焦剂CTP：0.15份；ZnO：3份；硫S：1.5份；所述的高耐磨橡胶由天然橡胶和顺丁橡胶组成，其质量比为：2:8，其中顺丁橡胶的顺式-1,4-构型含量大于95％，1,2-构型含量小于2％。所述的炭黑白炭黑复合填充剂由N110，N660,N330和白炭黑(颗粒尺寸为300目-600目)组成，其质量比为4：2：1：3。所述的复合促进剂由N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺CZ、二硫化四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM组成，其质量比为7：2：1。所述的耐磨补强剂由芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维组成，其质量比为6：3：1，其中芳纶纤维的直径为1.5mm，长度为10mm，玻璃纤维中氧化钠含量为9％，直径为0.09mm，长度为1-2mm。
具体制备过程包括：
S21、将耐磨补强剂中的芳纶纤维、玻璃纤维用硅烷偶联剂KH-550溶液(温度40-45℃)浸泡24小时后，烘干后待用；
S22、将高耐磨橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼120秒，所述密炼机转子速度为65RPM，温度为140-150℃，加压30N/CM2；
S23、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200秒；
S24、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65℃，开练15次，制备成事宜厚度的生胶，室温放置8-12小时或风冷5小时后待用。
S3、将制备好的轻质发泡胶料生胶和高耐磨胶料生胶，按照各自的结构形状放入对应的模具中，然后合模加压，加压范围为7MP、以150度加热20分钟后，水冷30分钟后取模、制备完成。
实施例1-5的高耐磨橡胶层和轻质发泡橡胶层的具体结构和纹理参数如表1所示，比较例1的轮胎表面没有纹理，比较例2的表面纹理采用常规纹理，比较例3的结构和纹理参数不在本申请的范围内，比较例4的轮胎上没有镂空柱体结构，根据上述制备过程分别制备实施例1-5和比较例1-3的轮胎样本，对其进行湿摩擦系数、干摩擦系数、拉伸强度、DIN磨耗量测量和变形量测量，如表1所示：
表1
Figure BDA0002743762370000091
Figure BDA0002743762370000101
针对轮胎材料进行对比：
实施例6-10中的高耐磨橡胶层和轻质发泡橡胶层的结构和纹理与实施例2相同，比较例5的胶料采用专利号201510818618.3的高耐磨胶料，花纹与实施例2相同，比较例6的胶料材料采用对比例5的高耐磨胶料，花纹采用对比例2的花纹，比较例7的胶料采用的配方不在本申请胶料配方范围内；实施例6-10和比较例5-7制备轮胎胶料样品，并对进行湿摩擦系数、干摩擦系数、拉伸强度、DIN磨耗量测量和变形量测量，如表2所示：
表2
Figure BDA0002743762370000102
通过表1可见本申请的防爆轮胎结构和花纹组合提高了轮胎的耐磨性能，在干地和湿地都有良好的抓地和耐磨效果，在轮胎上开设镂空结构，提高了轮胎的防爆性能；通过表2可见，本申请的轮胎胶料具有优异的拉伸强度和耐磨性能，本申请的胶料配以本申请的花纹结合，提高了自行车轮胎的耐磨性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种仿生机构防爆自行车轮胎，其特征在于，包括由外向内依次布置的外侧高耐磨橡胶层、轻质发泡橡胶层和内侧高耐磨橡胶层，外侧高耐磨橡胶层上分布有花纹，轻质发泡橡胶层的外侧延伸至所述花纹中；所述外侧高耐磨橡胶层、轻质发泡橡胶层和内侧高耐磨橡胶层同轴布置，轻质发泡橡胶层上均匀分布有若干内部中空的柱体结构，所述柱体结构的轴线与轮胎的轴线平行；
所述花纹包括一条主沟槽和若干辅沟槽，主沟槽位于轮胎胎面的中心线上，辅沟槽位于主沟槽的两侧，所述辅沟槽的延伸方向与主沟槽的延伸方向垂直，同一侧的相邻辅沟槽之间设有若干均匀布置的“中”字形花纹；
所述“中”字形花纹由位于中间的圆形凹槽和位于圆形凹槽两侧的矩形凹槽构成，所述两条矩形凹槽分别连接两条平行的辅凹槽，两条矩形凹槽的延伸方向分别与其连接的辅凹槽的中心线垂直，两条矩形凹槽的长度相同，宽度相同；在轮胎转动方向上的相邻两个辅沟槽为一个花纹单元，在轮胎转动方向上的相邻两个花纹单元中的“中”字形花纹间隔布置。
2.根据权利要求1所述一种仿生机构防爆自行车轮胎，其特征在于，所述柱体结构包括正六边形镂空柱体结构、拱形镂空柱体结构。
3.根据权利要求2所述一种仿生机构防爆自行车轮胎，其特征在于，所述轻质发泡橡胶层包括同轴布置且由外向内依次布置的第一柱体环和第二柱体环，第一柱体环由若干均匀环形阵列的正六边形镂空柱体结构构成，第二柱体环由交错布置的正六边形镂空柱体结构和拱形镂空柱体结构构成，所述第二柱体环中的正六边形镂空柱体结构和拱形镂空柱体结构位于第一柱体环中正六边形镂空柱体结构之间。
4.根据权利要求3所述一种仿生机构防爆自行车轮胎，其特征在于，所述第二柱体环中的正六边形镂空柱体结构内安装有压电感应灯。
5.一种仿生机构防爆自行车轮胎的制备方法，用以制备权利要求1-4任意权利要求所述仿生机构防爆自行车轮胎，其特征在于，包括如下步骤：
制备轻质发泡胶料生胶，包括如下重量份数的组分：发泡橡胶：100份；所述发泡橡胶由天然橡胶、丁腈橡胶组成，其质量比为3：7，丁腈橡胶中丙烯腈含量为30%-65%；混合炭黑：40-60份；复合增塑剂：4-8份；复合发泡剂：4-8份；复合促进剂2-3份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-7份；尿素：4-8份；硫S：1.5-3份；所述的复合增塑剂由邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)组成，其质量比为3：4：3；所述的复合发泡剂由发泡剂AC和发泡微球组成，其质量比为1：1；
制备高耐磨胶料生胶，包括如下重量分数的组分：高耐磨橡胶：100份；所述的高耐磨橡胶由天然橡胶和顺丁橡胶组成，其质量比为：2:8，其中顺丁橡胶的顺式-1,4-构型含量大于95%，1,2-构型含量小于2%；炭黑白炭黑复合填充剂：40-80份；偶联剂Si-69：1-3份；复合促进剂：2-4份；耐磨补强剂：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-8份；硫S：1.5-3份；
所述的耐磨补强剂由芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维组成，其质量比为6：3：1，其中芳纶纤维的直径为0.5-1.5mm，长度为10-20mm，玻璃纤维中氧化钠含量为9%-11%，直径为0.09-0.1mm，长度为1-2mm；耐磨补强剂处理方法包括：其中芳纶纤维的直径为0.5-1.5mm，长度为10-20mm，玻璃纤维中氧化钠含量为9%-11%，直径为0.09-0.1mm，长度为1-2mm，将耐磨补强剂中的芳纶纤维、玻璃纤维用硅烷偶联剂KH-550溶液浸泡24小时后，所述硅烷偶联剂KH-550溶液的温度范围为40-45℃，烘干后待用；
将制备好的轻质发泡胶料生胶和高耐磨胶料生胶，按照各自的结构形状放入对应的模具中，然后合模加压，加压范围为5-20MP、以140-160度加热15-30分钟后，水冷30分钟后取模、制备完成。
6.根据权利要求5所述一种仿生机构防爆自行车轮胎的制备方法，其特征在于，所述轻质发泡胶料生胶的制备方法包括：
将发泡橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度为60-80RPM，温度为140-150℃，加压30-50N/CM2；
升上顶栓加入除复合促进剂、硫S及复合发泡剂之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成厚度为1-10mm的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5小时后待用。
7.根据权利要求5所述一种仿生机构防爆自行车轮胎的制备方法，其特征在于，所述高耐磨胶料生胶的制备方法包括：
将高耐磨橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度为60-80RPM，温度为140-150℃，加压30-50N/CM2；
升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成厚度为1-10mm的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5小时后待用。
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