專利名稱：一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有支撐及緩沖結(jié)構(gòu)的免充氣不爆胎聚氨酯輪胎的制造技術(shù)，普遍適用多領(lǐng)域輪式車輛使用。
背景技術(shù)：
本實用新型申請是已經(jīng)授予中國專利的于2009年11月四日提交的專利號為ZL200920274370. 9的部分繼續(xù)申請。輪胎是重要的交通配件之一，對于目前傳統(tǒng)橡膠充氣輪胎本身來說，因其動態(tài)性能好、使用中生熱低、彈性優(yōu)良、乘坐舒適等特性在其不斷改進的一百多年來在輪式車輛上得到了廣泛的應(yīng)用，但它的缺陷卻一直得不到很好的解決。首先是橡膠輪胎的耐磨性低，特別是國際上所謂的綠色輪胎，是低滾動阻力輪胎，而滾動阻力的降低，是以犧牲部分耐磨性為代價的；其次是橡膠輪胎所加的補強劑炭黑所致的“黑色”污染、重金屬污染及芳烴油所致的致癌污染；其三是生產(chǎn)過程中工藝工序復(fù)雜，且有三廢排放，加之近年橡膠原料的持續(xù)上漲，成本增大。除此之外，尤為重要的一點是，充氣輪胎在誕生后的一百多年來，在給人類帶來高效與便捷的同時，其爆胎的發(fā)生所造成的人身及財產(chǎn)的損害也隨著車輛的保有量及使用量的增長而同步增長。美國汽車工程師協(xié)會統(tǒng)計，美國每年約有26萬起交通事故，其中75%是由于汽車爆胎引起的。據(jù)中國公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，十多年來，中國交通事故死亡人數(shù)一直位居全球首位，國內(nèi)高速公路70%的意外交通事故是由爆胎引起，而時速在140km高速行駛的情況下，發(fā)生爆胎事故死亡率接近90%，而時速在160km以上，發(fā)生爆胎的死亡率是100%。鑒于此，國內(nèi)外的研究者們就充氣輪胎的防爆問題進行了大量的卓有成效的工作，但總的來說，不論胎體材料如何改進，或使用的高分子輪胎內(nèi)涂層材料如何防扎防漏，包括胎壓胎溫監(jiān)測、甚至BMBS(爆胎監(jiān)測與制動系統(tǒng))的成功研發(fā)應(yīng)用，但是從本質(zhì)上來說，輪胎充氣這一根本性的前提沒有得到逆轉(zhuǎn)。只要是充氣輪胎，其胎體就存在老化、鼓包、開裂等安全隱患，同時其內(nèi)部數(shù)倍甚至數(shù)十倍于標準大氣壓強的強大壓力，在極限情況下，都不可避免的存在著漏氣甚至爆胎的可能。對照而言，聚氨酯輪胎具有高強度、高抗撕裂、高穩(wěn)定性和抗疲勞強度、抗切口增長及耐刺扎性，不需添加污染性助劑和補強劑，環(huán)保性好，其聚氨酯胎面的耐磨性大大增強(阿克隆磨耗實驗證實聚氨酯的耐磨性是橡膠的5 10倍)，使用壽命長，同時聚氨酯輪胎其硬度及彈性等動力學(xué)指標由配方可調(diào)，且調(diào)節(jié)范圍大，工藝工序簡單，成本相對低廉，其彈性模量可比普通橡膠高，同時具有抗壓扁系數(shù)低，負載能力高等特點。經(jīng)過科學(xué)設(shè)計聚氨酯輪胎的支撐及緩沖結(jié)構(gòu)，可大幅減輕聚氨酯輪胎的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，有利于減輕汽車的輪下負荷，提高操控性。并且，澆注型聚氨酯的粘度低，流動性好，因而用其制作輪胎的加工工藝要簡單得多，可用其生產(chǎn)免充氣不爆胎聚氨酯輪胎。目前，生產(chǎn)的免充氣不爆胎聚氨酯輪胎主要為實心輪胎，例如中國200610033348. 6號發(fā)明專利公布了一種聚氨酯實心輪胎及其制造方法，它是由金屬輪輞和直接粘合在金屬輪輞上的聚氨酯實心胎體所組成。但存在如下不足聚氨酯實心輪胎使用中內(nèi)生熱大，質(zhì)量重，滾動阻力大，油耗多，動態(tài)力學(xué)性能欠佳，
3原料使用多，制造成本高，因此只能適合于礦山、港口、工廠、倉庫等速度慢負荷高的工業(yè)車輛使用，不能用于高速汽車輪胎。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有車輛輪胎技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種新的輪胎選擇，即利用具有彈性緩沖性質(zhì)的材料，在車輛輪輞及主要成分為聚氨酯或橡膠的接地面之間，建立一個緩沖及支撐帶，通過對現(xiàn)有充氣輪胎的承載和緩沖結(jié)構(gòu)的改變和合理的聚氨酯配方，達成保留現(xiàn)有充氣輪胎的優(yōu)點，克服現(xiàn)有充氣輪胎缺陷的目的，同時大幅改善和提高輪胎性能，大幅提高輪胎使用壽命和應(yīng)對復(fù)雜路面的能力，同時大幅簡化輪胎的生產(chǎn)工藝及降低輪胎的生產(chǎn)成本。本實用新型所述的“免充氣不爆胎聚氨酯開式結(jié)構(gòu)輪胎”(簡稱“不爆胎輪胎”或“開式結(jié)構(gòu)輪胎”或“開式輪胎”)，其輪胎的彈性緩沖材料采用橡膠或聚氨酯，本發(fā)明制作采用聚氨酯制作不爆胎輪胎主體——彈性體，其胎面采用另一配方的聚氨酯或橡膠。所述不爆胎輪胎結(jié)構(gòu)由包裹著輪輞的較小的聚氨酯內(nèi)圈部分和與地面接觸的聚氨酯或橡膠胎面結(jié)合在一起的較大的聚氨酯外圈部分所組成，聚氨酯內(nèi)圈的軸徑小于聚氨酯外圈的軸徑，其間由位于聚氨酯內(nèi)、外圈之間并平行于軸徑其軸向側(cè)視呈倒“V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板所組成。不爆胎輪胎的徑向橫截面呈梯形，內(nèi)圈部分較小，內(nèi)外圈部分分別與輪輞和與地面接觸的聚氨酯或橡膠胎面粘合。位于兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側(cè)視呈倒“V”形的支撐板每側(cè)外緣與半徑平面呈10° -30°的夾角，其“V”形夾角在10° -60°之間；位于環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板每側(cè)外緣與半徑平面呈10° -30°的夾角，同時位于環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板每側(cè)與內(nèi)圈結(jié)合點與穿過此點的半徑延長線所作的平面夾角呈10° -40°。不爆胎輪胎中，位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板呈平面狀，它垂直于該輪胎的轉(zhuǎn)動軸線，并位于所述內(nèi)外圈圓筒形構(gòu)件的軸向端面的中間，每一條環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板構(gòu)件從所述環(huán)狀輻板構(gòu)件的相對側(cè)面沿軸向伸出，并且支撐板相對于半徑平面以10° -30°角伸出，同時支撐板沿相對的方向傾斜。不爆胎輪胎中，位于兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側(cè)視呈倒“V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板，其支撐板構(gòu)件的兩側(cè)從所述內(nèi)圈圓筒形構(gòu)件到外圈圓筒形構(gòu)件不斷張開，以至在一個軸向平面中呈現(xiàn)為一個梯形的橫截面。在研究中，發(fā)現(xiàn)充氣輪胎的另一個缺陷在于橫向加速時，隨著車速的增加和彎道的急劇變化，在向心力的作用下，充氣輪胎沿向心力方向外側(cè)的輪胎載荷瞬時增大，胎肩部及靠近胎肩部的胎壁與地面接觸的部分也隨之增大，極端情況下，會磨損掉胎壁部分的凸字。因此，在惡劣路面的條件下(如凹凸不平及布滿礫石砂土路面)，在增大橫向加速時因胎壁與路面的摩擦及異物的刺扎增加了爆胎的可能性，爆胎的可能性同時也包括斜面(指路面軸向傾斜)行駛時，尤以充氣輪胎虧氣行駛時情況為甚。而不爆胎輪胎因為梯形結(jié)構(gòu)的截面能很好地分配所承受的力，尤其在車輛橫向加速及斜面上行駛時，本實用新型的胎面與地面的接觸面積隨著其彈性緩沖材料的立向拉伸或壓縮而盡量保持最大化，增加了此類工況下的車輛穩(wěn)定性及抓地力，避免了目前充氣輪胎的胎面與地面接觸面積在此類工況下的減小趨勢及胎壁接觸地面的增大趨勢，也進一步加強了車輛的操控性和安全性。在目前充氣輪胎的行駛過程中，因傳統(tǒng)橡膠輪胎的胎側(cè)回位較慢，這樣在高速行駛時易產(chǎn)生所謂的“駐波”現(xiàn)象，導(dǎo)致輪胎短時快速升溫，產(chǎn)生爆胎。而本實用新型所使用的彈性材質(zhì)為固體，彈性固體回位比氣體快，同時因其良好的開式結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的散熱特性，而在制作過程中，引入了適當(dāng)?shù)脑希频玫木郯滨椥泽w耐高溫性也非常好，除不存在爆胎的風(fēng)險，也避免了短時在胎體積聚大量熱能引發(fā)其他的機械故障，有利于車輛高速長時間行駛。同時，不爆胎輪胎能有效避免目前充氣輪胎在虧氣時對兩側(cè)胎肩磨損加大，而在多氣時造成胎冠中間部位磨損加劇的情況出現(xiàn)，也能避免車輛輪胎在各種不同的溫度環(huán)境中因熱脹冷縮而造成的輪胎氣壓變化，這些情況不僅影響操控，同時留下了極大的安全隱
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)Qi、O在本實用新型與ZL200920274370.9的實施過程中，目前車輛上所攜帶的必不可少的備胎、千斤頂及輪胎安裝拆卸工具均可除去。事實上，使用本實用新型及ZL200920274370. 9，即使在胎面嚴重損壞磨損甚至缺失的情況下，因彈性支撐體同樣具有相同的行駛功能，或者是整個輪胎(包括輪輞部分及彈性材料緩沖區(qū)部分)嚴重損壞甚至部分破爛缺失，因輪胎的整體高度差不會產(chǎn)生嚴重的變化，即沒有現(xiàn)有汽車充氣輪胎的爆胎危險發(fā)生，在降低車速的情況下，仍可安全行駛抵達就近的輪胎維修場所。這樣，不僅本實用新型的實施將最危險的爆胎風(fēng)險所導(dǎo)致的人身財產(chǎn)損失降至為零，同時因為不必攜帶備胎、千斤頂及輪胎安裝拆卸工具，整車的重量將大為減輕，油耗也隨之顯著下降，在能源日益枯竭日漸緊張的今天，其節(jié)能減排、順應(yīng)節(jié)約型社會趨勢的意義十分重大。不爆胎輪胎中，所述彈性材料聚氨基甲酸酯預(yù)聚體的合成由以下原料制得1、低聚物多元醇包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烴多元醇等，分子量500-6000 之間。2、二異氰酸酯及多異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯(TDI)，二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、萘二異氰酸酯(NDI)、四甲基苯亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)中的任一種，或至少兩種的組合，優(yōu)選MDI和NDI。多異氰酸酯包括TDI、MDI、HDI、IPDI的三聚體。3、擴鏈劑包括二元胺和二元醇兩類，二元胺擴鏈劑包括3，3' -二氯-4，4' -二苯基甲烷二胺(MOCA)、而已基甲苯二胺(DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)等，二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、1，4-二(2-羥乙基)對苯二酚，2-甲基-1，3-丙二醇、N，N-二(2-羥丙基)苯胺等，其中二元醇擴鏈劑僅添加很少量或不適用，優(yōu)選M0CA。4、交聯(lián)劑包括三羥甲基丙烷、三異丙醇胺和丙三醇、三聚異氰酸酯等。5、其它助劑包括填料、水解穩(wěn)定劑等。不爆胎輪胎的合成包括預(yù)聚體的生產(chǎn)、澆筑及后熟化三個過程。預(yù)聚體合成生產(chǎn)步驟①聚酯多元醇脫水(在脫水釜中進行)[0026]將聚酯二元醇或聚醚二元醇加熱熔化后，在帶攪拌的不銹鋼或搪瓷釜中脫水，脫水溫度控制在100 140°C (聚醚100 110°C )，余壓下(0. 67kPa)脫水30 60min，使其含水質(zhì)量分數(shù)<0.05% (從視鏡可觀察脫水情況)。為使罐內(nèi)液體充分脫氣，可間歇開停攪拌裝置，抽一段時間真空后，可停止反應(yīng)罐加熱，使料溫降至70 80°C。②預(yù)聚體合成(在反應(yīng)釜中進行)制品性能取決于所用的原材料及其配比和加工工藝。先按照性能要求如溫度、受力情況和接觸介質(zhì)及使用壽命等選擇合適的原材料。再按硬度要求選定合適配比及工藝條件(如混合溫度、澆注和脫模時間及熟化條件等)。為保證預(yù)聚體質(zhì)量，聚酯脫水及預(yù)聚體合成最好不在同一釜中進行，預(yù)聚體合成反應(yīng)在干燥氮氣保護下進行。為防止反應(yīng)劇烈、溫升過快，須備有冷卻裝置。加料順序為先加異氰酸酯，后加低分子量多元醇。如反應(yīng)劇烈，低分子量多元醇可分次加入，使反應(yīng)過程平穩(wěn)，反應(yīng)溫度易控制，合成的預(yù)聚體中游離異氰酸酯單體含量較低，結(jié)構(gòu)較規(guī)整。溫度保持在80 士 5°C，反應(yīng)1 池后分析異氰酸酯基含量。控制預(yù)聚體中異氰酸根含量在3. 5-6. 5%之間。③預(yù)聚體脫氣可在預(yù)聚體合成反應(yīng)釜或澆注機的A料罐(存放聚氨酯預(yù)聚體的物料罐)中進行，于85 士 5°C及余壓0. 67kPa下脫泡30 60min。澆筑步驟在B料罐(存放交聯(lián)劑等的物料罐)中加入交聯(lián)劑、擴鏈劑及其它助劑，啟動各組分的加熱系統(tǒng)，使A、B料均達到要求溫度并各自循環(huán)，A料如需要可先進行真空脫氣，達到預(yù)聚體中無氣泡。按配方要求通過調(diào)節(jié)計量泵的轉(zhuǎn)速和排量，使A、B料達到要求的混合比。啟動澆注按鈕，則A、B料在澆注頭的混合腔中通過高速的混合使之混合均勻，當(dāng)排出的混合料在透明軟管中不含氣泡時即可往模具中澆注。當(dāng)澆注停止時，A、B原液即自動轉(zhuǎn)為各自循環(huán)狀態(tài)，回到各自料罐中。澆筑時首先澆筑支撐體系，再澆筑胎面體系。熟化及后處理成型熟化開式結(jié)構(gòu)輪胎脫模前在模具中應(yīng)進行熟化處理，熟化溫度可選擇在其化學(xué)結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞的前提下盡可能高一些，以加快擴鏈交聯(lián)反應(yīng)，縮短脫模時間，提高模具和設(shè)備利用率，常以100 120°C，12 24h為宜。具體制備操作支撐體系預(yù)聚體的合成體系按照常規(guī)方法合成，其中，低聚物二元醇為分子量在3000-4000的聚酯二元醇，采用的異氰酸酯為MDI或TDI或二者的混合物，異氰酸酯占總量的5-8%之間，保證預(yù)聚體的異氰酸根的含量為3. 5-4. 5之間。胎面體系預(yù)聚體的合成體系按照常規(guī)方法合成，其中，低聚物二元醇為分子量在1000-2000的聚酯二元醇或聚醚二元醇，采用的異氰酸酯為NDI，異氰酸酯占總量的10-30%之間，保證預(yù)聚體的異氰酸根的含量為4. 5-6. 5之間。開式結(jié)構(gòu)輪胎的制備將兩種預(yù)聚體分別移至聚氨酯彈性體澆注機A罐中，加熱至80 90°C，抽真空至余壓0. 67kPa下脫泡30 60min。將擴鏈劑、交聯(lián)劑等移至B罐中，按常規(guī)方法測定預(yù)聚體中異氰酸根含量和按設(shè)定的擴鏈系數(shù)計算預(yù)聚體和擴鏈劑用量的比例，并按比例調(diào)節(jié)好澆注機A、B兩罐的計量泵。將輪胎的輪轂放在預(yù)熱至110 130°C的輪胎模具中，首先開動支撐體系的澆注機進行澆注，澆注完成后進行開動胎面體系澆注機進行澆注。澆注完成后保溫90-120min后出模，再將澆注好的輪胎放置110 130°C的烘箱中熟化Mh，即制得聚氨酯開式結(jié)構(gòu)輪胎。支撐體系與胎面體系的材料性物性表
權(quán)利要求1.一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎，其輪胎的彈性緩沖材料采用橡膠或聚氨酯，由包裹著輪輞的較小的內(nèi)圈部分和與地面接觸的聚氨酯或橡膠胎面結(jié)合在一起的較大的外圈部分所組成，內(nèi)圈的軸徑小于外圈的軸徑，其間由位于內(nèi)、外圈之間并平行于軸徑其軸向側(cè)視呈倒“V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板所組成，其特征是利用具有彈性緩沖性質(zhì)的材料，在車輛輪輞及主要成分為聚氨酯或橡膠的接地面之間，建立一個緩沖及支撐帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎，其特征是所述輪胎的徑向橫截面呈梯形，所述內(nèi)圈部分較小，所述內(nèi)外圈部分分別與輪輞和與地面接觸的聚氨酯或橡膠胎面粘合；位于所述兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側(cè)視呈倒“V”形的支撐板每側(cè)外緣與半徑平面呈10° -30°的夾角，其“V”形夾角在10° -60°之間；位于環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板每側(cè)外緣與半徑平面呈10° -30°的夾角，同時位于環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板每側(cè)與內(nèi)圈結(jié)合點與穿過此點的半徑延長線所作的平面夾角呈10° -40° ；一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎中，位于所述兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板呈平面狀，它垂直于該輪胎的轉(zhuǎn)動軸線，并位于所述內(nèi)外圈圓筒形構(gòu)件的軸向端面的中間，每一條環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板構(gòu)件從所述環(huán)狀輻板構(gòu)件的相對側(cè)面沿軸向伸出，并且支撐板相對于半徑平面以10° -30°角伸出，同時支撐板沿相對的方向傾斜；一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎中，位于所述兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側(cè)視呈倒 “V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板，其支撐板構(gòu)件的兩側(cè)從所述內(nèi)圈圓筒形構(gòu)件到外圈圓筒形構(gòu)件不斷張開，以至在一個軸向平面中呈現(xiàn)為一個梯形的橫截面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎，其特征是所述輪胎的輪輞外表面可呈現(xiàn)多種凹凸面并使之粗糙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎，其特征是所述輪胎在位于輪輞外表面的兩側(cè)外緣且高于輪輞外表面之處設(shè)計有凸緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎，其特征是所述輪胎在輪輞的外表面上，設(shè)置有多個圓孔或槽狀孔同時并不僅限于圓孔或槽狀孔，其位于輪輞外表面并貫穿或不貫穿輪輞金屬圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎，其特征是所述輪胎由兩種不同的聚氨酯材料組成，其中分別為支撐聚氨酯體系和胎面聚氨酯體系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎，其特征是所述輪胎的制造技術(shù)為兩種聚氨酯原料直接澆注而成。
專利摘要一種不會爆胎的開式結(jié)構(gòu)輪胎。其輪胎的彈性緩沖材料采用橡膠或聚氨酯，由包裹著輪輞的較小的內(nèi)圈部分和與地面接觸的聚氨酯或橡膠胎面結(jié)合在一起的較大的外圈部分所組成，內(nèi)圈的軸徑小于外圈的軸徑，其間由位于內(nèi)、外圈之間并平行于軸徑其軸向側(cè)視呈倒“V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側(cè)呈“X”形交叉的支撐板所組成，利用具有彈性緩沖性質(zhì)的材料，在車輛輪輞及主要成分為聚氨酯或橡膠的接地面之間，建立一個緩沖及支撐帶。本實用新型改善和提高了輪胎性能，提高了輪胎使用壽命和應(yīng)對復(fù)雜路面的能力，并簡化了輪胎的生產(chǎn)工藝及降低了輪胎的生產(chǎn)成本。
文檔編號C08G18/65GK202319746SQ20112025608
公開日2012年7月11日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者余前孫, 王冰, 鄺銀歡 申請人:深圳市道爾輪胎科技有限公司