[发明专利]一种聚氨酯无空气轮胎及其制造方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于轮胎制造领域，具体涉及一种聚氨酯无空气轮胎及其制造方法与应用。

背景技术

聚氨酯是一种综合性能优异的材料，具有独特的综合性能：很宽的硬度、强度和模量范围，高伸长率，宽的使用温度范围，并且还有很好的耐油、耐低温、耐臭氧老化等特性，及首屈一指的耐磨性，俗称“耐磨橡胶”，其耐磨性是天然橡胶的2-10倍，并且成型工艺和设备简单，是一种比较理想的轮胎胎面材料。目前聚氨酯轮胎主要有两大类型，一是聚氨酯胎面/橡胶胎体复合结构轮胎，这种复合轮胎的制备包括橡胶胎体的制备、胎体的表面处理以及复合轮胎浇注三个主要步骤，工艺过程较复杂；另一种是聚氨酯实心轮胎，将聚氨酯直接浇注在金属轮辋上，实心轮胎制造工艺简单，但轮胎行驶中下沉量小，缓冲减震性能较差，噪音大、对车辆也有一定的损伤。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种能适应各种负荷条件并且使用寿命长的聚氨酯无空气轮胎。

本发明的另一目的在于提供上述聚氨酯无空气轮胎的制造方法，该制造方法工艺简单、容易工业化。

本发明的再一目的在于提供上述聚氨酯无空气轮胎的用途。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种聚氨酯无空气轮胎，是由起支撑和传递力作用的金属轮辋和直接浇注粘合在金属轮辋上的聚氨酯层所组成；

所述的金属轮辋由钢圈、加强板和安装板组成，无空气轮胎通过安装板上的安装孔装配到车辆上。

所述聚氨酯层的厚度200～500mm，为同规格橡胶轮胎总断面厚度的30～150％；

所述的聚氨酯层设计成镂空结构，以增加轮胎使用时的下沉量，起到缓冲和散热的作用，镂空部份的体积为聚氨酯胎面总体积的20-80％；

镂空结构单元在排列上可对称排列，也可无规排列，可通透聚氨酯层，也可不通透；

镂空结构单元可以是各种形状，包括：圆柱形、椭圆形、圆锥形、弧形、菱形以及其它各种形状的三角形、四边形等，或上述各形状混合组成的其它形状。

上述聚氨酯无空气轮胎的制造方法，包括以下步骤：

(1)金属轮辋的表面处理：将金属轮辋表面进行喷砂、除油脱脂处理，清理干净后均匀喷涂或刷涂胶粘剂，20-30℃停放0.5-1小时，烘干，即可用于浇注；

(2)聚氨酯预聚体的制备：将100重量份的低聚物多元醇加热至110-130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，然后降温至60-90℃，加入20-200重量份的异氰酸酯，升温至73-97℃反应2小时；再将反应混合物进行短程蒸馏至混合物中游离异氰酸酯单体的百分含量低于0.5％，得到聚氨酯预聚体；

所得到的聚氨酯与金属粘结强度高、承载能力强、内生热小、力学性能高、耐曲挠、耐切割；

(3)备料：将步骤(2)制备的聚氨酯预聚体移至浇注机A罐中，加热至60-90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15-30分钟，将扩链剂移至浇注机B罐中，按扩链系数0.85-0.95调整聚氨酯预聚体与扩链剂的比例；

(4)浇注：将步骤(1)的金属轮辋放在预热的轮胎模具中，开动浇注机进行浇注，浇注完后保温30-300分钟，出模，烘干，即制得成品聚氨酯无空气轮胎；

步骤(1)所述烘干是在100℃下烘焙0.5-1小时；

步骤(2)所述异氰酸酯是脂环族、芳脂族或芳香族的异氰酸酯；优选平均官能度为2的芳香族异氰酸酯；特别优选二苯基甲烷二异氰酸酯、聚合MDI、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯或3，3′-二甲基-4，4′-联苯二异氰酸酯中的一种；

步骤(2)所述低聚物多元醇是分子量500-8000的羟基封端的化合物；优选分子量为500-4000的、平均官能度为2的低聚物多元醇；特别优选分子量为1000-2000的聚四氢呋喃二醇、聚己内酯二醇或聚酯二醇中的一种以上；

步骤(2)中，合成体系还可以添加纳米填料，即将纳米填料先与低聚物多元醇混合再加热，以增强聚氨酯的耐磨、耐撕裂、抗刺扎性能，减少聚氨酯材料的热膨胀系数；所述纳米填料为碳酸钙、蒙脱土、白炭黑或硅微粉中的一种，添加量为合成体系总质量的0.5-10％；

步骤(3)所述的扩链剂为醇类扩链剂或胺类扩链剂；

所述的醇类扩链剂为1，4-丁二醇、氢醌-双(β-羟乙基)醚、Vibracure A250或Caytur-31(美国科聚亚公司)中的一种；

所述的胺类扩链剂为3，5-二甲硫基甲苯二胺或3，3′二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷；