CN102390142A - 一种轮胎气密层复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮胎气密层复合材料及其制备方法，该复合材料由阻隔层聚乙烯醇PVOH和基层橡胶组成的交替多层结构，橡胶层厚度大于PVOH层厚度，结构形式为橡胶/PVOH/橡胶…橡胶/PVOH/橡胶，上下表层均为橡胶层；其制备方法为先制备PVOH溶液和混炼胶片，将混炼胶片单面涂覆PVOH溶液，待PVOH涂层中的水分蒸干后，将胶片对折并将其压成一定厚度的单层阻隔薄片，将单层阻隔薄片进行多次折叠并压薄，最终得到具有层状结构的交替多层片材，将交替多层片材进行裁剪，并放置到硫化机中进行硫化，得到轮胎气密层复合材料。本发明气密层具有交替多层复合结构，由于混炼胶有很好的力学性能，PVOH有很好的阻隔性，因此在满足力学性能的同时也提高了阻隔性能。
Description
本发明属于高分子复合材料领域，涉及一种轮胎气密层专用复合材料，特别是涉及一种采用交替多层的方式制备轮胎气密层复合材料的方法。
背景技术
随着我国汽车工业的飞速发展，对橡胶轮胎的需求越来越大。由于真空胎在安全性、可靠性上都较普通轮胎更胜一筹，而且还具有重量轻、散热好的特点，综合费用也低些，因此获得越来越多人的认可。真空胎，其胎体内层有气密性良好的橡胶层，利用轮胎内壁和胎圈的气密层保证轮胎与轮辋间良好的气密性，从而代替了传统内胎的作用，外胎兼起内胎的作用。
轮胎气密层的主要功能是防止气体泄漏。由于丁基橡胶(IIR)的透气系数小，具有良好的空气和湿气密性，与胎体胶料有良好的粘合性、耐屈挠疲劳性和耐久性等，因此轮胎气密层中最常用的生胶是卤化丁基橡胶。自从溴化丁基橡胶问世以来，轮胎气密层胶料的组成及其形式都未发生大的变化。虽然丁基橡胶具有气密性好等诸多优点，但缺点也很明显，比如价格昂贵，流动性差，粘结性不好，而且丁基橡胶的卤化工艺也非常复杂。随着轮胎其他构件性能的改进，对气密层的要求也越来越高。例如，一些轮胎需要在低温条件下使用，那么需要气密层胶料采用高配比的丁基橡胶等的胶料，而在低温条件下采用高配比丁基橡胶等玻璃化温度高的气密层胶料，则气密层容易产生龟裂。
如果能找到一种价格便宜且阻隔性能优于丁基橡胶的复合材料，取代丁基橡胶作为轮胎的气密层材料，就可以改善轮胎的一些性能。比如：提高气密性可以改善轮胎的保压性，改善胎体帘布层的压力；减小气密层厚度可以减轻轮胎重量并降低轮胎行驶。目前虽然有普利司通和埃克森美孚等公司开发出新的轮胎气密层，但都没从根本上改变卤化丁基橡胶的使用状况，无法降低成本。
发明内容
针对现有轮胎气密层复合材料存在的缺点，本发明提出一种轮胎气密层复合材料，这种气密层复合材料不仅可满足轮胎对气密层气密性和力学性能的要求，而且具有成本低，生产效率高，能耗低等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种轮胎气密层复合材料，其呈现由聚乙烯醇(PVOH)和橡胶组成的交替多层结构，PVOH为阻隔层，橡胶为基层，总层数与各层的厚度根据气密层的气密性能与机械性能来确定。交替方式可以是PVOH与橡胶平面尺寸相同的连续层交替，或者是PVOH断开层间交错相叠而橡胶为连续层的交叠，PVOH层主要用来保证复合材料的气密性，而橡胶层主要用来保证复合材料的机械强度，橡胶层可用各种机 械性能良好、价格低廉的胶料，例如天然橡胶NR、丁苯橡胶、乙丙橡胶等，从成本最低上考虑，优先采用天然橡胶NR。在工作状态时，PVOH和橡胶的力学状态不同，为不影响复合材料的机械性能，PVOH层较橡胶层薄。复合材料的上下表层均为橡胶层，橡胶层厚度大于PVOH层厚度，结构形式为橡胶/PVOH/橡胶...橡胶/PVOH/橡胶，一是避免由于PVOH层的亲水性而影响复合材料的阻隔性能，二是不影响轮胎气密层与轮胎其他部分的连接。
本发明一种轮胎气密层复合材料，阻隔层PVOH可以采用尼龙(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡胶等阻隔材料替代，对于阻隔性能要求不十分严格的情况下，这种替代可以降低成本。
本发明一种轮胎气密层复合材料，PVOH层材料中可以添加乳胶或相容橡胶，该相容橡胶与基层橡胶相容，最优化的形式是相容橡胶采用与基层相同的橡胶，这样可以增加层间的粘接性，防止层间产生分离现象。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，其制备方法如下：
(1)制备PVOH溶液：按照PVOH溶于水的溶解方法，配置一定浓度的PVOH水溶液；
(2)制备橡胶胶片：采用现有方法对添加有各种填料(炭黑、硫磺等)的橡胶进行混炼，得到物性均一的、具有一定厚度的混炼胶片；
(3)混炼胶片涂覆PVOH溶液：利用涂覆机或其它具有涂覆功能的设备，混炼胶片上单面涂覆PVOH溶液，待PVOH涂层中的水分蒸干后，将胶片对折并将其压成一定厚度的单层阻隔薄片，压制设备可选用压延机或平板压机；
(4)形成交替多层结构：将单层阻隔薄片进行多次折叠并压薄，最终得到具有层状结构的交替多层片材，结构形式为橡胶/PVOH/橡胶...橡胶/PVOH/橡胶，根据阻隔性能要求确定交替多层片材的层数；
(5)将交替多层片材进行裁剪，并放置到硫化机中进行硫化，得到轮胎气密层复合材料。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，制备PVOH溶液时加入乳胶或相容橡胶，使得到的PVOH溶液与基材橡胶的相容性提高，增加阻隔层与橡胶层的粘结强度。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，PVOH溶液可用尼龙(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡胶的熔融物替代，或用尼龙(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡胶与相容溶剂的混合物替代，使可选择的阻隔材料的范围更宽。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，轮胎气密层复合材料包含层数的多少可以通过折叠次数来控制，折叠次数越多，复合材料层数越多。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，单层阻隔薄片或交替多层结构片材的制备 可选择平板压机或压延机。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，PVOH层的厚度可以通过涂覆工艺控制，轮胎气密层复合材料总厚度可以通过硫化工艺进行调节。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，可以采用将单层阻隔薄片裁剪成面积相同的n片(n根据复合材料的层数确定)，再将n片片材叠放在一起，利用压机等设备将其压制成一定厚度的交替多层片材，从而得到具有层状结构的复合材料片材；在叠放单层阻隔薄片时，片与片之间也可涂覆一层PVOH溶液，待水分风干或烘干后再叠放与压制。
本发明具有如下优点：
1、本发明气密层通过将NR层与PVOH层进行交替复合，无需传统丁基橡胶的卤化工艺，简化了轮胎气密层的成型工艺，可实施性强，制造成本低。
2、本发明气密层具有交替多层复合结构，由于混炼胶有很好的力学性能，PVOH有很好的阻隔性，因此在满足力学性能的同时也提高了阻隔性能。
附图说明
图1是本发明轮胎气密层在轮胎中的应用示意图。
图2是本发明轮胎气密层的断面结构示意图。
图中：1-轮胎气密层，2-NR层，3-PVOH层
具体实施方式
如图1，2所示，本发明轮胎气密层1具有交替层结构，其呈现由聚乙烯醇(PVOH)和天然橡胶(NR)组成的交替多层结构，总层数与各层的厚度根据气密层的气密性能与机械性能来确定。PVOH层3主要用来保证复合材料的气密性，而NR层2主要用来保证复合材料的机械强度，NR层2亦可用其它机械性能良好、价格低廉的胶料来代替。在工作状态时，PVOH和NR的力学状态不同，为不影响复合材料的机械性能，PVOH层3较NR层2薄。复合材料的上下表层均为NR层2，一是避免由于PVOH层3的亲水性而影响复合材料的阻隔性能，二是不影响轮胎气密层1与轮胎其他部分的连接。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，其制备方法如下：
(1)制备PVOH溶液：按照PVOH溶于水的溶解方法，配置一定浓度的PVOH水溶液；
(2)制备NR胶片：采用现有方法对添加有各种填料(炭黑、硫磺等)的NR进行混炼，得到物性均一的、具有一定厚度的混炼胶片；
(3)NR胶片涂覆PVOH溶液：利用涂覆机或其它具有涂覆功能的设备，在步骤(2)得到的胶片上单面涂覆PVOH溶液，待PVOH涂层中的水分蒸干后，将胶片对折并利用压延机或平板压机将其压成一定厚度的单层阻隔薄片；
(4)形成交替多层结构：多次重复步骤(3)，最终得到具有层状结构的交替多层片材，结构形式为NR/PVOH/NR...NR/PVOH/NR，重复次数根据复合材料的层数确定；
(5)将步骤(4)得到的交替多层片材进行裁剪，并放置到硫化机中进行硫化，得到轮胎气密层复合材料。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，轮胎气密层1复合材料包含层数的多少可以通过折叠次数来控制，折叠次数越多，复合材料层数越多。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，NR/PVOH/NR...NR/PVOH/NR结构形式的复合材料片材的制备，既可用平板压机又可用压延机。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，PVOH层3的厚度可以通过涂覆工艺控制，轮胎气密层1复合材料总厚度可以通过硫化工艺进行调节。
本发明一种轮胎气密层复合材料的制备方法，步骤(4)也可以利用将步骤(3)得到的片材裁剪成面积相同的n片(n根据复合材料的层数确定)，将n片片材叠放在一起，利用压机等设备将其压制成一定厚度的薄片，从而得到具有层状结构的复合材料片材；在叠放各层时，层与层之间也可涂覆一层PVOH溶液，待水分风干后再叠放与压制。
Claims (10)
1.一种轮胎气密层复合材料，其特征在于：由阻隔层聚乙烯醇PVOH和基层橡胶组成的交替多层结构，橡胶层厚度大于PVOH层厚度，结构形式为橡胶/PVOH/橡胶…橡胶/PVOH/橡胶，上下表层均为橡胶层。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎气密层复合材料，其特征在于：阻隔层PVOH采用尼龙(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡胶替代。
3.根据权利要求1所述的一种轮胎气密层复合材料，其特征在于：PVOH层材料中可以添加乳胶或相容橡胶。
4.根据权利要求3所述的一种轮胎气密层复合材料，其特征在于：所述相容橡胶与基层橡胶相容或相同。
5.根据权利要求1所述的一种轮胎气密层复合材料，其特征在于：基层橡胶采用天然橡胶、丁苯橡胶或乙丙橡胶。
6.权利要求1所述的一种轮胎气密层复合材料的制备方法，其特征在于，制备方法如下：
首先，制备PVOH溶液：配置PVOH水溶液；
其次，制备混炼胶片：采用现有方法对添加有各种填料(炭黑、硫磺等)的橡胶进行混炼，得到物性均一的、具有一定厚度的混炼胶片；
第三步，混炼胶片涂覆PVOH溶液：利用涂覆机或其它具有涂覆功能的设备，混炼胶片上单面涂覆PVOH溶液，待PVOH涂层中的水分蒸干后，将胶片对折并将其压成一定厚度的单层阻隔薄片；
第四步，形成交替多层结构：将单层阻隔薄片进行多次折叠并压薄，最终得到具有层状结构的交替多层片材，结构形式为橡胶/PVOH/橡胶…橡胶/PVOH/橡胶，根据阻隔性能要求确定交替多层片材的层数；
第五步，将交替多层片材进行裁剪，并放置到硫化机中进行硫化，得到轮胎气密层复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种轮胎气密层复合材料的制备方法，其特征在于：PVOH溶液采用尼龙(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡胶的熔融物替代，或采用尼龙(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡胶与相容溶剂的混合物替代。
8.根据权利要求6所述的一种轮胎气密层复合材料的制备方法，其特征在于：单层阻隔薄片或交替多层结构片材的制备可选择平板压机或压延机。
9.根据权利要求6所述的一种轮胎气密层复合材料的制备方法，其特征在于：采用将单层阻隔薄片裁剪成面积相同的n片，再将n片片材叠放在一起，利用压机等设备将其压制成一定厚度的交替多层片材，从而得到具有层状结构的复合材料片材。
10.根据权利要求9所述的一种轮胎气密层复合材料的制备方法，其特征在于：在叠放单层阻隔薄片时，片与片之间也可涂覆一层PVOH溶液，待水分风干或烘干后再叠放与压制。
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