CN106189198B - 一种混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎及其制造方法 - Google Patents

一种混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于轮胎制造领域，公开了一种混炼型聚氨酯胎面‑橡胶胎体复合轮胎及其制造方法。本发明的复合轮胎是用混炼型聚氨酯作为胎面材料，通过一层混炼型聚氨酯与橡胶的共混过渡层与橡胶胎体同步共硫化而成。本发明混炼型聚氨酯胎面‑橡胶胎体复合轮胎其结构形式是斜交结构充气轮胎、子午线结构充气轮胎、实心轮胎或其他任何结构的非充气轮胎。该复合轮胎相比传统轮胎，具有更佳的耐磨性能、抗刺扎性能、抗切割性能以及更低的滚动阻力和更长的使用寿命。该复合轮胎与传统轮胎相同，在现有轮胎加工生产设备上即可实现，与橡胶轮胎加工成型同步完成，无需专用设备，无需增加额外的能源和工艺消耗，生产工艺简单、生产效率高，适合大批量工业化生产。

Description

一种混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎及其制造方法
技术领域
本发明属于轮胎制造领域，具体涉及一种混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎及其制造方法。
背景技术
橡胶轮胎从发明使用至今已有近一百多年历史，轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与地面接触，支承负荷，向地面传递驱动力和转向力。汽车的发展要求轮胎向更长寿、安全、环保、节能的方向发展。传统橡胶轮胎胎面磨损现象非常严重，直接影响了轮胎的行驶里程和使用寿命。因此，提高轮胎的耐磨性、提高轮胎的干湿牵引性能、降低滚动阻力已成为轮胎工程技术人员不懈努力的目标与追求。聚氨酯弹性体是一种综合性能优异的弹性体材料，具有独特的综合性能，如：很宽的硬度、模量和强度范围，高伸长率，宽的使用温度范围，并且具有优良的耐油性能、耐低温性能、耐臭氧老化性能以及优异的耐磨性能，俗称“耐磨橡胶”。加工方式灵活多变，如：热塑型聚氨酯弹性体、浇注型聚氨酯弹性体和混炼型聚氨酯弹性体。混炼型聚氨酯弹性体其加工方式与传统橡胶相同，硫化体系既有硫黄硫化体系，也有过氧化物硫化体系，还有异氰酸酯硫化体系。与传统橡胶一样，混炼型聚氨酯弹性体其配方灵活多变，可添加不同的填充剂和助剂来实现补强、增粘、改性以及其他特殊功能，在轮胎应用上有独特的性能优势和加工工艺优势。近年来已经开发的可以替代橡胶轮胎的新型聚氨酯轮胎均是采用浇注型聚氨酯弹性体。如青岛化工学院研究的整体浇注式聚氨酯轮胎，胎面耐磨性明显提高，可延长使用寿命，但存在胎体强度差，弹性不及传统橡胶轮胎，动态力学性能不佳，滚动阻力大，行驶中生热量大，不适用于高速轮胎，且成型工艺和设备复杂，增强织物结构分布、预成型与摆放定位存在难以解决的问题，成本高昂。又如中国专利200310111979.1，提出的浇注型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎，这种聚氨酯轮胎以浇注型聚氨酯弹性体为胎面，经过橡胶胎体准备、胎体的表面处理以及复合轮胎浇注三大主要步骤，利用表面处理和粘接技术将浇注型聚氨酯弹性体与已硫化好的橡胶胎体进行粘接复合而成，虽然这种聚氨酯轮胎的耐磨性有较大的提高，但其成型设备与工艺过程复杂，粘接界面存在应力集中的问题，粘接可靠性和稳定性仍存在问题，且存在耐热性差、动态性能不佳等缺点不能适应大批量工业化生产而逐渐被淘汰。
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耐磨，耐热以及动态性能优异的混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎。
本发明的另一目的在于提供上述混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎的制造方法与工艺，该制造方法与工艺简单、高效、适合大批量工业化生产。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎，包括胎面、过渡层和胎体，其中，所述胎面材料为混炼型聚氨酯；所述过渡层材料由混炼型聚氨酯与橡胶的共混而成；所述胎体材料为橡胶；所述复合轮胎经所述胎面、过渡层和胎体同步共硫化而成。
进一步地，所述复合轮胎包括充气轮胎和非充气轮胎；所述充气轮胎包括斜交结构的充气轮胎和子午线结构的充气轮胎；所述非充气轮胎包括实心轮胎。
进一步地，所述胎面材料的组成及质量份为：不饱和型聚氨酯生胶：80~120；硬脂酸：0.1~2；硬脂酸锌：0.5~4；炭黑：5~40；沉淀白炭黑：5~40；硅烷偶联剂：0.5~3；古马隆树脂：1~10；增塑剂：1~10；活性剂：0.5~4；促进剂MBT：0.5~4；促进剂MBTS：0.5~4；促进剂CZ：0~3；硫磺：0.5~3；微晶蜡：0.5~2；酚类抗氧剂：0~3。
进一步地，所述过渡层材料的组成及质量份为：不饱和型聚氨酯生胶：20~65；天然橡胶：10~40；丁苯橡胶：5~40；硬脂酸：0.2~3；硬脂酸锌：0.2~3；炭黑：5~50；沉淀白炭黑：5~30；硅烷偶联剂：0.5~5；古马隆树脂：1~6；增粘树脂：0~4；增塑剂：1~6；活性剂：0.5~4；促进剂CZ：0~4；促进剂MBT：0.5~4；促进剂MBTS：0.5~4；硫磺：0.5~3；微晶蜡：0.5~2；酚类抗氧剂：0.5~2；胺类抗氧剂：0.5~3。
上述混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎的方法，包括以下步骤：
（1）制备胎面胶料；
（2）制备过渡层胶料；
（3）半成品胎面和过渡层的制备；
（4）橡胶胎体的其他胶料和部件制备；
（5）复合轮胎各部分组装成型；
（6）成型的生胎进行硫化。
进一步地，所述步骤（1）的具体过程包括在橡胶混炼设备中采用混炼工艺制备混炼型聚氨酯胎面胶料；进一步地，所述步骤（2）的具体过程包括在橡胶混炼设备中采用混炼工艺制备混炼型聚氨酯与橡胶的共混过渡层胶料；进一步地，所述步骤（3）的具体过程包括将步骤（1）、（2）得到的胎面胶料和过渡层胶料分别由辊筒挤出压出机挤出后，通过辊筒挤出压出机的口型板出片，获得半成品胎面与过渡层；进一步地，所述步骤（4）的具体过程包括加工出胎面基部胶、胎侧和轮胎其他的部件；进一步地，所述步骤（5）的具体过程包括将胎面、过渡层、胎面基部胶、胎侧和轮胎其他的部件在成型机上组装成生胎；进一步地，所述步骤（6）的具体过程包括将生胎放入装好模具的定型硫化机上，将生胎硫化得到成品混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎。
进一步地，所述步骤（1）和（2）均采用两段混炼工艺，一段混炼温度控制在70-75℃，二段混炼温度控制在65-70℃。
上述的混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎可以用作工程机械轮胎、工业车辆轮胎、载重汽车轮胎、乘用汽车轮胎、农业车辆轮胎或力车轮胎等。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明的混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎具有更佳的耐磨性能、抗刺扎性能、抗切割性能以及更低的滚动阻力、更长的使用寿命；
（2）本发明结合了聚氨酯弹性体优良的耐磨性能、抗刺扎性能、抗切割性能和干湿牵引性能等优点和橡胶轮胎弹性好、生热低、强度好，加工工艺成熟等优点与一身；
（3）本发明混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎的制造方法在现有轮胎加工生产设备上即可实现，与橡胶胎体加工成型同步完成，无需专用设备，无需增加额外的能源和工艺消耗，生产工艺简单、生产效率高，适合大批量工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎，包括胎面、过渡层和胎体，其中，胎面材料为混炼型聚氨酯；过渡层材料由混炼型聚氨酯与橡胶的共混而成；胎体材料为橡胶；复合轮胎经所述胎面、过渡层和胎体同步共硫化而成。
复合轮胎为斜交结构充气式工程机械轮胎。
上述混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎的方法，包括以下步骤：
（1）在橡胶混炼设备中采用混炼工艺制备混炼型聚氨酯胎面胶料；
（2）在橡胶混炼设备中采用混炼工艺制备混炼型聚氨酯与橡胶的共混过渡层胶料；
（3）将步骤（1）、（2）得到的胎面胶料和过渡层胶料分别由辊筒挤出压出机挤出后，通过辊筒挤出压出机的口型板出片，获得半成品胎面与过渡层；
（4）加工出胎面基部胶、胎侧和轮胎其他的部件；
（5）将胎面、过渡层、胎面基部胶、胎侧和轮胎其他的部件在成型机上组装成生胎；
（6）将生胎放入装好模具的定型硫化机上，将生胎硫化得到成品混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎。
上述方案中步骤（1）中混炼型聚氨酯胎面胶料的配方如下：
材料名称 质量份
不饱和型聚氨酯生胶 100
硬脂酸 0.3
硬脂酸锌 0.5
炭黑 15
沉淀白炭黑 30
硅烷偶联剂 1
古马隆树脂 5
增塑剂 3
活性剂 1
促进剂MBT 2
促进剂MBTS 3
硫黄 1.5
微晶蜡 1
酚类抗氧剂 0.5
胎面胶料在现有的橡胶混炼设备进行加工，采用两段混炼工艺，一段混炼温度控制在65-70℃，二段混炼温度控制在60-65℃，得到胎面胶料。
上述方案步骤（2）中混炼型聚氨酯与橡胶共混过渡层胶料的配方如下：
材料名称 重量份
不饱和型聚氨酯生胶 35
天然橡胶 40
丁苯橡胶 25
硬脂酸 1
硬脂酸锌 1
炭黑 25
沉淀白炭黑 5
硅烷偶联剂 0.5
古马隆树脂 5
增塑剂 5
活性剂 1
促进剂CZ 1
促进剂MBT 1
促进剂MBTS 3
硫黄 2
微晶蜡 1
酚类抗氧剂 0.5
胺类抗氧剂 1
过渡层胶料在现有的橡胶混炼设备进行加工，采用两段混炼工艺，一段混炼温度控制在70-75℃，二段混炼温度控制在65-70℃，得到过渡层胶料。
实施例1所制造的轮胎比同规格的传统橡胶轮胎相比，其性能参数及使用效果对比如下：
轮胎物性参数 本发明 某厂橡胶轮胎
硬度 70 62
100%定伸强度/MPa 3.1 2.3
300%定伸强度/MPa 12 10.8
拉伸强度/MPa 33.1 24.3
伸长率/% 550 470
撕裂强度/(KN/m) 108 92
阿克隆磨耗/(cm3/1.61Km) 0.02 0.11
回弹/% 47 38
胎面平均磨损速率(mm/月) 3.3 8.5
使用寿命 9个月 4个月
实施例2
与实施例1的区别在于：步骤（1）和步骤（2）。
步骤（1）中混炼型聚氨酯胎面胶料的配方如下：
材料名称 重量份
不饱和型聚氨酯生胶 100
硬脂酸 1
硬脂酸锌 0.5
炭黑 35
沉淀白炭黑 10
硅烷偶联剂 1
古马隆树脂 6
增塑剂 4
活性剂 1.5
促进剂MBT 1.5
促进剂MBTS 4
促进剂CZ 0.5
硫黄 1.5
微晶蜡 1
酚类抗氧剂 1
步骤（2）中混炼型聚氨酯与橡胶共混过渡层胶料的配方如下：
材料名称 重量份
不饱和型聚氨酯生胶 40
天然橡胶 40
丁苯橡胶 20
硬脂酸 1
硬脂酸锌 1
炭黑 25
沉淀白炭黑 5
硅烷偶联剂 0.5
古马隆树脂 5
增粘树脂 2
增塑剂 3
活性剂 1
促进剂CZ 1
促进剂MBT 1
促进剂MBTS 3
硫黄 2
微晶蜡 1
酚类抗氧剂 0.5
胺类抗氧剂 1.5
实施例2所制造的轮胎与同规格的传统橡胶轮胎相比，其性能参数及使用效果对比如下：
轮胎物性参数 本发明 某厂橡胶轮胎
硬度 73 67
100%定伸强度/MPa 3.5 2.3
300%定伸强度/MPa 12.8 11.1
拉伸强度/MPa 30.1 21.5
伸长率/% 520 450
撕裂强度/(KN/m) 100 92
阿克隆磨耗/(cm3/1.61Km) 0.03 0.13
回弹/% 50 42
胎面平均磨损速率(mm/10000Km) 1.5 2.6
平均使用寿命/Km 93000 53000
实施例3
与实施例1和实施例2的区别在于：步骤（1）和步骤（2）。
步骤（1）中混炼型聚氨酯胎面胶料的配方如下：
材料名称 重量份
不饱和型聚氨酯生胶 80
硬脂酸 0.1
硬脂酸锌 0.5
炭黑 5
沉淀白炭黑 5
硅烷偶联剂 0.5
古马隆树脂 1
增塑剂 1
活性剂 0.5
促进剂MBT 0.5
促进剂MBTS 0.5
促进剂CZ 0
硫黄 0.5
微晶蜡 0.5
酚类抗氧剂 0
步骤（2）中混炼型聚氨酯与橡胶共混过渡层胶料的配方如下：
材料名称 重量份
不饱和型聚氨酯生胶 20
天然橡胶 10
丁苯橡胶 5
硬脂酸 0.2
硬脂酸锌 0.2
炭黑 5
沉淀白炭黑 5
硅烷偶联剂 0.5
古马隆树脂 1
增粘树脂 0
增塑剂 1
活性剂 0.5
促进剂CZ 0
促进剂MBT 0.5
促进剂MBTS 0.5
硫黄 0.5
微晶蜡 0.5
酚类抗氧剂 0.5
胺类抗氧剂 0.5
实施例3所制造的轮胎比同规格的传统橡胶轮胎相比，其性能参数及使用效果对比如下：
轮胎物性参数 本发明 某厂橡胶轮胎
硬度 76 56
100%定伸强度/MPa 3.5 1.9
300%定伸强度/MPa 11 9.7
拉伸强度/MPa 32.5 20.3
伸长率/% 590 430
撕裂强度/(KN/m) 112 80
阿克隆磨耗/(cm3/1.61Km) 0.03 0.15
回弹/% 47 35
胎面平均磨损速率(mm/月) 2.3 10
使用寿命 10个月 3个月
实施例4
与实施例1、实施例2和实施例3的区别在于步骤（1）和（2）。
步骤（1）中混炼型聚氨酯胎面胶料的配方如下：
材料名称 重量份
不饱和型聚氨酯生胶 120
硬脂酸 2
硬脂酸锌 4
炭黑 40
沉淀白炭黑 40
硅烷偶联剂 3
古马隆树脂 10
增塑剂 10
活性剂 4
促进剂MBT 4
促进剂MBTS 4
促进剂CZ 3
硫黄 3
微晶蜡 2
酚类抗氧剂 3
步骤（2）中混炼型聚氨酯与橡胶共混过渡层胶料的配方如下：
材料名称 重量份
不饱和型聚氨酯生胶 65
天然橡胶 40
丁苯橡胶 40
硬脂酸 3
硬脂酸锌 3
炭黑 50
沉淀白炭黑 30
硅烷偶联剂 5
古马隆树脂 6
增粘树脂 4
增塑剂 6
活性剂 4
促进剂CZ 4
促进剂MBT 4
促进剂MBTS 4
硫黄 3
微晶蜡 2
酚类抗氧剂 2
胺类抗氧剂 3
实施例4所制造的轮胎比同规格的传统橡胶轮胎相比，其性能参数及使用效果对比如下：
轮胎物性参数 本发明 某厂橡胶轮胎
硬度 89 60
100%定伸强度/MPa 4.2 2.3
300%定伸强度/MPa 13 10.1
拉伸强度/MPa 34 21
伸长率/% 659 470
撕裂强度/(KN/m) 125 90
阿克隆磨耗/(cm3/1.61Km) 0.01 0.12
回弹/% 57 39
胎面平均磨损速率(mm/月) 1.9 8
使用寿命 12个月 5个月
本发明与传统橡胶轮胎相比，耐磨性能、抗刺扎性能、抗切割性能大幅提高，滚动阻力明显下降，而在缓冲减震性能和干湿牵引性能与橡胶轮胎相当，使用寿命明显延长。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎，包括胎面、过渡层和胎体，其特征在于：所述胎面材料为混炼型聚氨酯；所述过渡层材料由混炼型聚氨酯与橡胶的共混而成；所述胎体材料为橡胶；所述复合轮胎经所述胎面、过渡层和胎体同步共硫化而成；
所述胎面材料的组成及质量份为：
不饱和型聚氨酯生胶：80~120；
硬脂酸：0.1~2；
硬脂酸锌：0.5~4；
炭黑：5~40；
沉淀白炭黑：5~40；
硅烷偶联剂：0.5~3；
古马隆树脂：1~10；
增塑剂：1~10；
活性剂：0.5~4；
促进剂MBT：0.5~4；
促进剂MBTS：0.5~4；
促进剂CZ：0~3；
硫磺：0.5~3；
微晶蜡：0.5~2；
酚类抗氧剂：0~3；
所述过渡层材料的组成及质量份为：
不饱和型聚氨酯生胶：20~65；
天然橡胶：10~40；
丁苯橡胶：5~40；
硬脂酸：0.2~3；
硬脂酸锌：0.2~3；
炭黑：5~50；
沉淀白炭黑：5~30；
硅烷偶联剂：0.5~5；
古马隆树脂：1~6；
增粘树脂：0~4；
增塑剂：1~6；
活性剂：0.5~4；
促进剂CZ：0~4；
促进剂MBT：0.5~4；
促进剂MBTS：0.5~4；
硫磺：0.5~3；
微晶蜡：0.5~2；
酚类抗氧剂：0.5~2；
胺类抗氧剂：0.5~3。
2.根据权利要求1所述的混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎，其特征在于：所述复合轮胎包括充气轮胎和非充气轮胎。
3.根据权利要求2所述的混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎，其特征在于：所述充气轮胎包括斜交结构的充气轮胎和子午线结构的充气轮胎；所述非充气轮胎包括实心轮胎。
4.根据权利要求1-3任一项所述的混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）制备胎面胶料；
（2）制备过渡层胶料；
（3）半成品胎面和过渡层的制备；
（4）橡胶胎体的其他胶料和部件制备；
（5）复合轮胎各部分组装成型；
（6）成型的生胎进行硫化。
5.根据权利要求4所述的混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎的制造方法，其特征在于：
所述步骤（1）的具体过程包括在橡胶混炼设备中采用混炼工艺制备混炼型聚氨酯胎面胶料；
所述步骤（2）的具体过程包括在橡胶混炼设备中采用混炼工艺制备混炼型聚氨酯与橡胶的共混过渡层胶料；
所述步骤（3）的具体过程包括将步骤（1）、（2）得到的胎面胶料和过渡层胶料分别由辊筒挤出压出机挤出后，通过辊筒挤出压出机的口型板出片，获得半成品胎面与过渡层；
所述步骤（4）的具体过程包括加工出胎面基部胶、胎侧和轮胎其他的部件；
所述步骤（5）的具体过程包括将胎面、过渡层、胎面基部胶、胎侧和轮胎其他的部件在成型机上组装成生胎；
所述步骤（6）的具体过程包括将生胎放入装好模具的定型硫化机上，将生胎硫化得到成品混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎。
6.根据权利要求4所述的混炼型聚氨酯胎面-橡胶胎体复合轮胎的制造方法，其特征在于：所述步骤（1）和（2）均采用两段混炼工艺，一段混炼温度控制在70-75℃，二段混炼温度控制在65-70℃。
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