CN107443644B - 一种含etpu发泡颗粒的pu实心单车轮胎及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎及其制造方法。制造方法为：利用现有的生产PU实心单车轮胎的生产设备进行生产，在模具内预先添加体积为模具总体积的15‑20％的ETPU发泡颗粒；合成PU的原料通过浇注机浇注到模具中；离心浇注时，控制离心模的旋转速度在850‑1000r/min；浇注时在离心力作用下，密度较小的ETPU发泡颗粒向轮胎内圈部位聚集，而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒较少，以微发泡PU为主。本发明的优点：大大提高了弹性和骑行舒适度，弹性增加20‑30％；减轻了单车实心轮胎重量，每个轮胎减重约1千克；可以使用现有的聚氨酯实心单车轮胎的生产设备进行加工，成本没有显著增加。

Description

一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎及其制造方法
技术领域
本发明属于PU实心轮胎制造技术领域，涉及一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎及其制造方法。
背景技术
自行车，又称单车，包括普通的脚踏自行车、电动自行车、三轮自行车，它一种是绿色环保的交通工具。自行车的轮胎需要优良的韧性和防爆耐磨性。人们最早开发出的，直到今天仍广泛使用的是橡胶充气轮胎，但是橡胶充气内胎有个致命的弱点就是在夏天就很容易发生爆胎。后来人们开发出了一种用聚氨酯(PU)微孔弹性体制成的聚氨酯实心轮胎。
聚氨酯微孔弹性体(即发泡聚氨酯)是一种兼具弹性体良好的机械性能和泡沫的舒适性的材料，具有优异的耐磨性，较高的承载性，强度高，弹性好，可以制成不同密度不同硬度的产品来满足市场的个性化需求，目前已被广泛地应用在自行车轮和轮椅轮的轮胎中。聚氨酯实心单车轮胎具有免充气、防爆、耐磨、环保等特点。
现有的聚氨酯实心单车轮胎是在开放式离心模(包括离心机和钢制模具)上浇注成型制成的。其主要合成原料为A组分和B组分，A组分为多元醇和二异氰酸酯反应形成的予聚体，B组分包括扩链剂(二元醇等)、助剂(交联剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、防老化剂、着色剂等)等。A组分和B组分在各自在贮罐中循环，浇注时通过浇注机将两组分按比例混合均匀，充入离心模内，在离心力作用下，混合料被甩入离心模的模腔内，在浇注过程中A组分和B组分在模腔内完成两者之间的交联扩链反应，浇注完成后，经熟化和脱模即形成微发泡PU实心单车轮胎。具体工艺操作条件为：模具温度40～50℃，料温35～45℃。操作方式：首先，启动离心机旋转模具，然后，通过低压机将制备好的A、B组分料依靠离心力浇注到模具中，模具充满后，关闭离心机，模具停止转动，2～2.5min后开模。之后，采用快速熟化脱模工艺进行熟化和脱模，得到聚氨酯实心单车轮胎(即PU实心单车轮胎)。
纯粹用聚氨酯微孔弹性体按上述快速熟化脱模工艺方法制成的单密度实心聚氨酯轮胎，存在重量较重、弹性不足(弹性小)、骑行舒适度差等问题。而目前新研发出的为提高轮胎弹性所采取的各种方法，都普遍存在加工难度大、制造成本高等问题。因此，需要开发一种弹性优良、骑行舒适度高、加工难度小、制造成本低的聚氨酯实心轮胎，来满足人们的生产和生活需要。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种高弹性、低成本的聚氨酯实心单车轮胎及其制造方法，即一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎及其制造方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法如下：在生产PU实心单车轮胎的模具内预先添加一定体积比例(为模具总体积的15-20％)的ETPU发泡颗粒，即：使用现有的生产PU实心单车轮胎的生产设备进行生产，所述生产设备包括离心模，离心模包括离心机和模具；在生产PU实心单车轮胎的模具内加入体积为模具总体积15-20％的ETPU发泡颗粒；生产PU实心单车轮胎的原料(即合成微发泡PU的原料)，通过浇注机，依靠模具离心力浇注到模具中；离心浇注时，控制离心模(包括离心机和模具)的旋转速度(即转速)在850-1000r/min；在一边旋转一边浇注过程中，合成微发泡PU的原料进入模具内与原已在模具内的ETPU发泡颗粒混合，由于生产PU实心单车轮胎的原料A组分和B组分交联扩链反应生成的微发泡PU与ETPU的密度差别很大，所以，浇注时在离心力作用下，密度较小的ETPU发泡颗粒大多数向轮胎内圈部位聚集(即大多数ETPU发泡颗粒聚集在轮胎内圈部位)；由此使制得的PU实心单车轮胎具有如下特征：轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒为主，微发泡PU较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒较少，以微发泡PU为主。
ETPU(Engineering Thermoplastic Polyurethane Elastomer，工程热塑性聚氨酯弹性体材料)颗粒是由无数个弹性十足的重量很轻的TPU发泡小球集结在一起的一种新型高分子材料。ETPU颗粒(亦称ETPU发泡颗粒)内部含有大量微孔结构，泡孔内部包裹着大量的空气，泡孔直径从30微米到300微米不等。这些密闭气泡能够赋予发泡颗粒以优异的超低密度、较高的回弹性和柔韧性。ETPU颗粒具有低密度、高弹性、高强度、高耐磨损等特点。
进一步地，所述ETPU发泡颗粒的密度为180～300Kg/m3。而微发泡PU的密度与多元醇、扩链剂和异氰酸酯的种类有关，用于实心单车轮胎的微发泡PU的密度一般在400～600Kg/m3。
进一步地，生产PU实心单车轮胎的原料包括A组分和B组分；所述A组分为多元醇和二异氰酸酯反应形成的予聚体，所述B组分包括扩链剂和助剂等。
更进一步地，所述扩链剂为二元醇。
更进一步地，所述的助剂包括交联剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗氧剂(防老化剂)、着色剂(颜料)等。
进一步地，所述含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的具体生产方法如下：首先，将体积为模具总体积的15-20％的ETPU发泡颗粒放入模具，同时，在浇注机内加入A组分料、B组分料；然后，启动离心机旋转模具，控制包括离心机和模具的离心模的旋转速度在850-1000r/min；同时，通过浇注机将A组分和B组分原料的混合物注入模具，依靠模具离心力浇注到模具中；模具充满后，关闭离心机，模具停止转动，2～2.5min后开模；之后，采用快速熟化脱模工艺进行熟化和脱模，得到含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎。
更进一步地，模具温度40～50℃，料温35～45℃；模具为钢制模具。
此处需要说明两点：(1)、在实际浇注工艺中，A组分和B组分是在浇注机内完成混合反应并一直处于保温循环状态，当浇注机阀门打开，即可将A组分和B组分原料的混合物注入模具(依靠模具离心力浇注到模具中)。而ETPU发泡颗粒，由于其颗粒尺寸比浇注机的浇注口大，因此，需要预先放置在模具内(任意放置即可)。(2)、本发明中，为得到轮胎最佳性能，在加工过程中需精确控制两个重要参数：一是ETPU掺杂的比例；最佳掺杂比例为体积比15-20％。二是离心模的旋转速度；离心模的旋转速度(即转速)比生产普通PU实心轮胎时离心模的转速降低20-30％。生产普通PU实心轮胎时，离心模的最大转速为1200转/min；生产本发明的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎时，离心模的转速约850-1000r/min。
本发明一种由上述方法制得的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，它具有这样的技术特征：整个轮胎中，微发泡PU所占的体积比例为80-85％，ETPU发泡颗粒所占的体积比例为15-20％；这15-20％的ETPU发泡颗粒中，大多数聚集在轮胎内圈部位；轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒为主，微发泡PU较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒较少，以微发泡PU为主；亦即：轮胎内圈部位和外圈部位均由微发泡PU和ETPU发泡颗粒充满；但轮胎内圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较大,微发泡PU所占的比例较小；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较小，微发泡PU所占的比例较大。
本发明的有益效果：
本发明提供的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎及其制造方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1)大大提高了实心轮胎的弹性和骑行舒适度。根据工艺要求不同，实心轮胎的弹性可增加20％至30％。
2)减轻了自行车实心轮胎的重量，每个轮胎可减重约1千克。
3)可以使用现有的聚氨酯实心单车轮胎的生产设备进行加工，成本没有显著增加。
附图说明
图1是本发明一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的示意图。
图中：1、ETPU发泡颗粒 2、微发泡PU
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本发明一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法如下：在生产PU实心单车轮胎的模具内预先添加一定体积比例的ETPU发泡颗粒，即：使用现有的生产PU实心单车轮胎的生产设备(包括离心机和模具)进行生产，在生产PU实心单车轮胎的模具中加入体积为模具总体积的20％的ETPU发泡颗粒；生产PU实心单车轮胎的原料(即合成微发泡PU的原料)，通过浇注机，依靠模具离心力浇注到模具中；离心浇注时，控制离心模(包括离心机和模具)的旋转速度在1000r/min；浇注时在离心力作用下，密度较小的ETPU发泡颗粒向轮胎内圈部位聚集(即大多数ETPU发泡颗粒聚集在轮胎内圈部位)；由此使制得的PU实心单车轮胎具有如下特征：轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒为主，微发泡PU较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒较少，以微发泡PU为主。
上述生产PU实心单车轮胎的原料包括A组分和B组分；A组分为多元醇和二异氰酸酯反应形成的予聚体，B组分包括扩链剂和助剂等。扩链剂为二元醇。助剂包括交联剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗氧剂、着色剂。
上述方法中，ETPU发泡颗粒的密度为180～300Kg/m3；而微发泡PU的密度与多元醇、扩链剂和异氰酸酯的种类有关，微发泡PU的密度在400～600Kg/m3。
上述生产设备包括离心机和钢制模具。具体生产方法如下：首先，将体积为模具总体积的20％的ETPU发泡颗粒放入模具；然后，启动离心机旋转模具，控制离心模(包括离心机和模具)的旋转速度在1000r/min；同时，通过浇注机将A组分和B组分原料的混合物注入模具，依靠模具离心力浇注到模具中；模具温度40℃，料温45℃；模具充满后，关闭离心机，模具停止转动，2.5min后开模；之后，采用快速熟化脱模工艺进行熟化和脱模，得到含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎。
如图1所示，按上述方法制得的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，具有这样的技术特征：整个轮胎中，微发泡PU所占的体积比例为80％，ETPU发泡颗粒所占的体积比例为20％；这20％的ETPU发泡颗粒中，大多数ETPU发泡颗粒1聚集在轮胎内圈部位，轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒1为主，微发泡PU 2较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒1较少，以微发泡PU 2为主。亦即：轮胎内圈部位和外圈部位均由微发泡PU和ETPU发泡颗粒充满；但轮胎内圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较大,微发泡PU所占的比例较小；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较小，微发泡PU所占的比例较大。
上述制得的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，与现有的PU实心单车轮胎相比，其弹性增加了20％至30％；每个轮胎减重约1千克。
实施例2
本发明一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法如下：在生产PU实心单车轮胎的模具内预先添加一定体积比例的ETPU发泡颗粒，即：使用现有的生产PU实心单车轮胎的生产设备(包括离心机和模具)进行生产，在生产PU实心单车轮胎的模具中加入体积为模具总体积的15％的ETPU发泡颗粒；生产PU实心单车轮胎的原料(即合成微发泡PU的原料)，通过浇注机，依靠模具离心力浇注到模具中；离心浇注时，控制离心模(包括离心机和模具)的旋转速度在850r/min；浇注时在离心力作用下，密度较小的ETPU发泡颗粒向轮胎内圈部位聚集(即大多数ETPU发泡颗粒聚集在轮胎内圈部位)；由此使制得的PU实心单车轮胎具有如下特征：轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒为主，微发泡PU较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒较少，以微发泡PU为主。
上述生产PU实心单车轮胎的原料包括A组分和B组分；A组分为多元醇和二异氰酸酯反应形成的予聚体，B组分包括扩链剂和助剂。扩链剂为二元醇。助剂包括交联剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗氧剂、着色剂。
上述方法中，ETPU发泡颗粒的密度为180～300Kg/m3；而微发泡PU的密度与多元醇、扩链剂和异氰酸酯的种类有关，微发泡PU的密度在400～600Kg/m3。
上述生产设备包括离心机和钢制模具。具体生产方法如下：首先，将体积为模具总体积的15％的ETPU发泡颗粒放入模具，同时，在浇注机内加入A组分料、B组分料；然后，启动离心机旋转模具，控制离心模(包括离心机和模具)的旋转速度在850r/min，同时，通过浇注机将A组分和B组分原料的混合物注入模具，依靠模具离心力浇注到模具中，模具温度40℃，料温35℃；模具充满后，关闭离心机，模具停止转动，2min后开模；之后，采用快速熟化脱模工艺进行熟化和脱模，得到含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎。
如图1所示，按上述方法制得的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，具有这样的技术特征：整个轮胎中，微发泡PU所占的体积比例为85％，ETPU发泡颗粒所占的体积比例为15％；这15％的ETPU发泡颗粒中，大多数ETPU发泡颗粒1聚集在轮胎内圈部位，轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒1为主，微发泡PU 2较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒1较少，以微发泡PU 2为主。亦即：轮胎内圈部位和外圈部位均由微发泡PU和ETPU发泡颗粒充满；但轮胎内圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较大,微发泡PU所占的比例较小；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较小，微发泡PU所占的比例较大。
上述制得的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，与现有的PU实心单车轮胎相比，其弹性增加了20％至30％；每个轮胎减重约1千克。
实施例3
本发明一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法如下：在生产PU实心单车轮胎的模具内预先添加一定体积比例的ETPU发泡颗粒，即：使用现有的生产PU实心单车轮胎的生产设备(包括离心机和模具)进行生产，在生产PU实心单车轮胎的模具中加入体积为模具总体积的18％的ETPU发泡颗粒；生产PU实心单车轮胎的原料(即合成微发泡PU的原料)，通过浇注机，依靠模具离心力浇注到模具中；离心浇注时，控制离心模(包括离心机和模具)的旋转速度(即转速)在900r/min；浇注时在离心力作用下，密度较小的ETPU发泡颗粒向轮胎内圈部位聚集(即大多数ETPU发泡颗粒聚集在轮胎内圈部位)；由此使制得的PU实心单车轮胎具有如下特征：轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒为主，微发泡PU较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒较少，以微发泡PU为主。
上述生产PU实心单车轮胎的原料包括A组分和B组分；A组分为多元醇和二异氰酸酯反应形成的予聚体，B组分包括扩链剂和助剂。扩链剂为二元醇。助剂包括交联剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗氧剂、着色剂。
上述方法中，ETPU发泡颗粒的密度为180～300Kg/m3；而微发泡PU的密度与多元醇、扩链剂和异氰酸酯的种类有关，微发泡PU的密度在400～600Kg/m3。
上述生产设备包括离心机和钢制模具。具体生产方法如下：首先，将体积为模具总体积的18％的ETPU发泡颗粒放入模具，同时，在浇注机内加入A组分料、B组分料；然后，启动离心机旋转模具，控制离心模(包括离心机和模具)的旋转速度在900r/min，同时，通过浇注机将A组分和B组分原料的混合物注入模具，依靠模具离心力浇注到模具中，模具温度45℃，料温40℃；模具充满后，关闭离心机，模具停止转动，2.5min后开模；之后，采用快速熟化脱模工艺进行熟化和脱模，得到含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎。
如图1所示，按上述方法制得的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，具有这样的技术特征：整个轮胎中，微发泡PU所占的体积比例为82％，ETPU发泡颗粒所占的体积比例为18％；这18％的ETPU发泡颗粒中，大多数ETPU发泡颗粒1聚集在轮胎内圈部位，轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒1为主，微发泡PU 2较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒1较少，以微发泡PU 2为主。亦即：轮胎内圈部位和外圈部位均由微发泡PU和ETPU发泡颗粒充满；但轮胎内圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较大,微发泡PU所占的比例较小；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较小，微发泡PU所占的比例较大。
上述制得的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，与现有的PU实心单车轮胎相比，其弹性增加了20％至30％；每个轮胎减重约1千克。

Claims (10)

1.一种含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法，其特征在于，利用现有的生产PU实心单车轮胎的生产设备进行生产，所述的生产设备包括离心模，离心模包括离心机和模具；在生产PU实心单车轮胎的模具内预先添加体积为模具总体积的15-20％的ETPU发泡颗粒；生产PU实心单车轮胎的原料即合成微发泡PU的原料，通过浇注机，依靠模具离心力浇注到模具中；离心浇注时，控制离心模的旋转速度在850-1000r/min；在一边旋转一边浇注过程中，合成微发泡PU的原料进入模具内与原已在模具内的ETPU发泡颗粒混合，同时，在离心力作用下，密度较小的ETPU发泡颗粒大多数向轮胎内圈部位聚集；由此使制得的PU实心单车轮胎具有以下特征：大多数ETPU发泡颗粒聚集在轮胎内圈部位，轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒为主，微发泡PU较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒较少，以微发泡PU为主。
2.如权利要求1所述的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法，其特征在于，所述ETPU发泡颗粒的密度为180-300Kg/m3；而微发泡PU的密度为400～600Kg/m3。
3.如权利要求1或2所述的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法，其特征在于，所述生产PU实心单车轮胎的原料包括A组分和B组分；所述A组分为多元醇和二异氰酸酯反应形成的予聚体，所述B组分包括扩链剂和助剂。
4.如权利要求3所述的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法，其特征在于，所述的扩链剂为二元醇。
5.如权利要求3所述的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法，其特征在于，所述的助剂包括交联剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗氧剂、着色剂。
6.如权利要求5所述的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法，其特征在于，所述含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的具体生产方法如下：首先，将体积为模具总体积的15-20％的ETPU发泡颗粒放入模具，同时，在浇注机内加入A组分料、B组分料；然后，启动离心机旋转模具，控制包括离心机和模具的离心模的旋转速度在850-1000r/min；同时，通过浇注机将A组分和B组分原料的混合物，依靠模具离心力浇注到模具中；模具充满后，关闭离心机，模具停止转动，2～2.5min后开模；之后，采用快速熟化脱模工艺进行熟化和脱模，得到含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎。
7.如权利要求6所述的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎的制造方法，其特征在于，模具温度40～50℃，料温35～45℃；模具为钢制模具。
8.一种由如权利要求1-7任一方法制得的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，其特征在于，整个轮胎中，微发泡PU所占的体积比例为80-85％，ETPU发泡颗粒所占的体积比例为15-20％；这15-20％的ETPU发泡颗粒中，大多数聚集在轮胎内圈部位；轮胎内圈部位以ETPU发泡颗粒为主，微发泡PU较少；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒较少，以微发泡PU为主；亦即：轮胎内圈部位和外圈部位均由微发泡PU和ETPU发泡颗粒充满；但轮胎内圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较大,微发泡PU所占的比例较小；而轮胎外圈部位ETPU发泡颗粒所占的比例较小，微发泡PU所占的比例较大。
9.如权利要求8所述的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，其特征在于，所述ETPU发泡颗粒的密度为180～300Kg/m3。
10.如权利要求8所述的含ETPU发泡颗粒的PU实心单车轮胎，其特征在于，所述微发泡PU的密度为400～600Kg/m3。
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