CN112339500A - 一种免充气空心轮胎及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种免充气空心轮胎及其制备方法，所述轮胎由橡胶外胎紧密套设在空心内胎外部；所述空心内胎的空心部分占空心内胎总体积的20～40%。所述制备方法是将空心内胎或还有微发泡弹性层，分别注塑成型后，再与橡胶外胎进行组装；或将空心内胎和橡胶外胎一次注塑成型；或将空心内胎、微发泡弹性层和橡胶外胎一次注塑成型。本发明免充气空心轮胎承载、减震、耐穿刺、使用寿命长，阻尼小，舒适性、耗油量及安装方式与充气轮胎一致，可替代充气轮胎用于乘用车轮胎。本发明方法工艺简单，适宜于工业化生产。

Description

一种免充气空心轮胎及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轮胎及其制备方法，具体涉及一种免充气空心轮胎及其制备方法。
背景技术
我国汽车产业发展迅速，连续多年成为全球产销量最大的国家，汽车产业成为国民经济发展的支柱产业，同时也促进了相关产业的发展，其中，橡胶轮胎产量过亿套，每年消耗轮胎至少在1.5亿个。但传统的轮胎均为充气轮胎，充气轮胎存在易被金属等坚硬物刺穿漏气、爆胎而造成交通事故的风险；同时，使用寿命较短，一般为3～6万公里，外胎磨损老化鼓包，必须及时更换。因此，开发免充气轮胎成为行业发展的方向。
CN1159978A公开了一种免充气轮胎的制备方法，是采用聚醚、甲苯二异氰酸酯浇注反应成型，制备实心内胎，外胎为橡胶。但是，聚氨酯最大的缺点是：受力时，易产生内聚热而加速材料的老化，最终导致弹性降低或开裂，影响轮胎使用寿命。
CN1491788A公开了一种由轮胎内框、内胎层和外胎皮膜组成的免充气轮胎，是采用旋转注射成型外胎，再从外胎灌注孔注入可发内层材料；其外胎材料为TPE、TPR、PVC，内层材料为EVA、PU。虽然这种结构具有一定的承载力，但其外胎皮膜厚度及强度太低，特别是所用材料耐磨性很差，刚性太小，既影响轮胎的承载力，又增加外胎与地面的摩擦阻力，因而，影响汽车的加速，并提高其油耗。
CN101648496A公开了一种复合弹性体填充内腔的轮胎，其内胎也是采用聚氨酯预聚体A/B组分混合加压注入内胎反应固化成型。虽然解决了免充气的问题，但这种聚氨酯内胎极易因受力摩擦发热而引起热老化，其轮胎的承载力、耐热老化、刚柔适当等性能达不到充气轮胎性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种承载、减震、耐穿刺、使用寿命长，阻尼性小，舒适性、耗油量及安装方式与充气轮胎一致，可替代充气轮胎用于乘用车轮胎的免充气空心轮胎。
本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单，适宜于工业化生产的免充气空心轮胎的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种免充气空心轮胎，由橡胶外胎紧密套设在空心内胎外部；所述空心内胎的空心部分占空心内胎总体积的20～40%。所述空心内胎相对于充气内胎或实心内胎具有以下优点：1）可提供轮胎的舒适性；2）可减轻轮胎重量；3）可减少轮胎成本；4）可提供内胎较高的承载力；5）轮胎运行过程中因扭曲、摩擦生产的热量会对内胎材料产生热老化，减少其使用寿命，空心轮胎具有较好的散热功能；6）可平衡轮胎的承载力、舒适性与运行阻力。从而，保证空心轮胎的启动加速度、制动距离和油耗量等性能达到充气轮胎的水平，同时，与充气轮胎比较，具有更好的耐穿刺性和行驶安全性。
优选地，所述橡胶外胎的厚度为10～15mm。
优选地，所述空心内胎与橡胶外胎之间还设有微发泡弹性层。所述微发泡弹性层的主要作用是起减震降噪作用，提高乘坐舒适性，且微发泡弹性层在注塑成型过程中会形成微细多孔结构，可减少材料使用量，特别是由于微孔的存在，可提供较好的散热作用，延长其使用寿命。
优选地，所述微发泡弹性层的厚度为5～10mm（更优选6～8mm）。若微发泡弹性层的厚度太大，则轮胎的阻尼性较大，运行的油耗较大，若厚度太小，则减震降噪效果较差。
优选地，所述微发泡弹性层为热塑性弹性体。
优选地，所述热塑性弹性体的熔融指数为0.5～1.0（更优选0.6～0.8）。
优选地，所述热塑性弹性体为加氢苯乙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、乙烯/辛烯共聚物、聚酯弹性体、聚氨酯弹性体、尼龙弹性体或乙丙橡胶等中的一种或几种。更优选地，所述热塑性弹性体为加氢苯乙烯/丁二烯共聚物（SEBS）、尼龙弹性体或乙丙橡胶（EPDM）中的一种或几种。
优选地，所述空心内胎为导热增强尼龙共混物，或导热尼龙树脂与弹性体共混物。尼龙树脂具有较高的强度、耐热老化、耐磨特性，刚性较大，与所述弹性体共混后，可以调整其刚性，在保证承载力条件下，提高轮胎减震效果与舒适性。
优选地，所述导热增强尼龙共混物由尼龙树脂、纤维和导热剂以质量比为60～80:20～40:1～2组成。
优选地，所述导热尼龙树脂与弹性体共混物由尼龙树脂、弹性体和导热剂以质量比为80～90:10～20:1～2组成。
优选地，所述尼龙树脂的特性粘度为2.5～3.0（更优选2.5～2.8）。
优选地，所述尼龙树脂为PA6、PA66、PA56、PA612、PA1010、PA610、PA11、PA12、PA1212或共聚尼龙等中的一种或几种。更优选地，所述尼龙树脂为PA612、PA11、PA610或PA12中的一种或几种。从耐低温性和柔性考虑，PA612、PA610、PA11或PA12具有较好的耐低温性能。
优选地，所述纤维为玻纤和/或碳纤维。
优选地，所述导热剂为石墨烯、氧化铝、氧化锆或氧化锌等中的一种或几种。更优选地，所述导热剂为石墨烯，石墨烯的导热性好，加入量少。
优选地，所述石墨烯的粒径为50～100nm（更优选50～80nm）。
优选地，所述弹性体的熔融指数为0.5～1.0（更优选0.6～0.8）。
优选地，所述弹性体为加氢苯乙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、乙烯/辛烯共聚物、聚酯弹性体、聚氨酯弹性体、尼龙弹性体或乙丙橡胶等中的一种或几种。更优选地，所述弹性体为加氢苯乙烯/丁二烯共聚物（SEBS）、聚酯弹性体、聚氨酯弹性体、尼龙弹性体或乙丙橡胶（EPDM）中的一种或几种。所述聚酯弹性体、聚氨酯弹性体或尼龙弹性体具有较好的刚性和柔性，具有较高的承载力、耐低温性和弹性，耐热老化性比热塑性聚氨酯弹性体好，可保证轮胎的抗压缩强度、承载力和弹性。
优选地，所述橡胶外胎为自行注塑成型，或由2～5层帘子布和橡胶注塑成型。所述橡胶外胎可以是市购外胎。
优选地，所述帘子布为PA66帘子布、PET帘子布、芳纶帘子布或金属帘子布等中的一种或几种。所述帘子布对橡胶具有较高的增强作用。更优选地，所述帘子布为PA66帘子布和/或金属帘子布，这两种帘子布良好的性价比。
优选地，所述橡胶为顺丁橡胶、天然橡胶或丁氰橡胶等中的一种。更优选地，所述橡胶为顺丁橡胶。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种免充气空心轮胎的制备方法，将空心内胎或还有微发泡弹性层，分别注塑成型后，再与橡胶外胎进行组装；或将空心内胎和橡胶外胎一次注塑成型；或将空心内胎、微发泡弹性层和橡胶外胎一次注塑成型。一体化注塑成型模具费用少，生产过程简单，可以完全消除内外胎之间的间隙，减少内外胎间的摩擦，实现无缝粘结，提高轮胎生产效率和使用性能。
优选地，所述一次注塑成型的具体操作是：在注塑成型的空心内胎外，包裹帘子布后，再进行橡胶外胎注塑成型；或在注塑成型的空心内胎外，进行微发泡弹性层注塑成型后，在微发泡弹性层外，包裹帘子布后，再进行橡胶外胎注塑成型。
优选地，所述空心内胎的注塑成型工艺参数为：注塑成型的温度为200～250℃，注塑的速度为40～85%（更优选50～70%），保压的压力为60～85bar（更优选65～75bar），注塑成型的时间为30～70s（更优选35～50s）。
优选地，将所述空心内胎分为2～8个（更优选4～6个）模块进行注塑成型后再组装。
优选地，所述微发泡弹性层的注塑成型工艺参数为：注塑成型的温度为190～230℃，注塑的速度为35～65%（更优选40～60%），保压的压力为50～80bar（更优选60～75bar），注塑成型的时间为30～60s（更优选40～50s）。微发泡弹性体成型温度要适中，若温度过低，则发泡不均，若温度过高，则熔体强度低，导致泡孔过大或泡孔破裂。
优选地，所述橡胶外胎注塑成型的温度为180～230℃，注塑的速度为45～55%，保压的压力为60～85bar，注塑成型的时间为60～90s。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明免充气空心轮胎承载、减震、耐穿刺、使用寿命长，阻尼性小，舒适性、耗油量及安装方式与充气轮胎一致，可替代充气轮胎用于乘用车轮胎；
（2）本发明工艺简单，适宜于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1、2、4免充气空心轮胎的截面结构示意图；
图2是本发明实施例3、5免充气空心轮胎的截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明实施例所使用的导热增强尼龙、PA612/SEBS（PA612的特性粘度为2.8，SEBS的熔融指数为0.6）、PA12/EPDM（PA12的特性粘度为2.6，EPDM的熔融指数为0.8）购于株洲时代工塑；尼龙树脂PA612（特性粘度为2.8）、PA12（特性粘度为2.6）购于EMS公司；SEBS（熔融指数为0.6）购于巴陵石化；石墨烯的粒径为80nm，购于江苏先丰纳米材料科技有限公司；玻纤购于江阴万千化学品有限公司；碳纤维购于江苏先丰纳米材料科技有限公司；尼龙弹性体（熔融指数为0.8）购于山东广垠；PA66帘子布购于神马集团；本发明实施例所使用的原料，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
一种免充气空心轮胎实施例1
如图1所示，所述免充气空心轮胎由橡胶外胎1紧密套设在空心内胎2外部；所述橡胶外胎1的厚度为12mm；所述空心内胎2的空心部分2-1占空心内胎2总体积的30%；所述空心内胎2为导热尼龙树脂与弹性体共混物，由PA612/SEBS和石墨烯以质量比为87:12:1组成；所述橡胶外胎1为市购。
一种免充气空心轮胎的制备方法实施例1
将空心内胎2注塑成型后，再与市购橡胶外胎1进行组装；所述空心内胎2的注塑成型工艺为：将空心内胎2分为6个模块，在注塑成型温度为220℃、240℃、240℃，注塑的速度为60%，保压的压力为75bar下，注塑成型40s，注塑成型后再组装。
一种免充气空心轮胎实施例2
如图1所示，所述免充气空心轮胎由橡胶外胎1紧密套设在空心内胎2外部；所述橡胶外胎1的厚度为12mm；所述空心内胎2的空心部分2-1占空心内胎2总体积的30%；所述空心内胎2为为导热尼龙树脂与弹性体共混物，由PA12/EPDM和石墨烯以质量比为84:15:1组成；所述橡胶外胎1为市购。
一种免充气空心轮胎的制备方法实施例2
将空心内胎2注塑成型后，再与市购橡胶外胎1进行组装；所述空心内胎2的注塑成型工艺为：将空心内胎2分为6个模块，在注塑成型温度为220℃、245℃、250℃，注塑的速度为60%，保压的压力为75bar下，注塑成型35s，注塑成型后再组装。
一种免充气空心轮胎实施例3
如图2所示，所述免充气空心轮胎由橡胶外胎1紧密套设在空心内胎2外部；所述空心内胎2与橡胶外胎1之间还设有微发泡弹性层3；所述橡胶外胎1的厚度为10mm；所述微发泡弹性层3的厚度为5mm；所述空心内胎2的空心部分2-1占空心内胎2总体积的20%；所述空心内胎2为导热玻纤增强PA612共混物，由尼龙树脂PA612、玻纤和石墨烯以质量比为69:30:1组成；所述微发泡弹性层3为尼龙弹性体；所述橡胶外胎1为市购。
一种免充气空心轮胎的制备方法实施例3
将空心内胎2和微发泡弹性层3分别注塑成型后，再与市购橡胶外胎1进行组装；所述空心内胎2的注塑成型工艺为：将空心内胎2分为6个模块，在注塑成型温度为220℃、230℃、240℃，注塑的速度为50%，保压的压力为75bar下，注塑成型45s，注塑成型后再组装；所述微发泡弹性层3的注塑成型工艺为：在注塑成型温度为190℃、215℃、220℃，注塑的速度为60%，保压的压力为75bar下，注塑成型40s。
一种免充气空心轮胎实施例4
如图1所示，所述免充气空心轮胎由橡胶外胎1紧密套设在空心内胎2外部；所述橡胶外胎1的厚度为15mm；所述空心内胎2的空心部分2-1占空心内胎2总体积的40%；所述空心内胎2材料为导热碳纤维增强PA12共混物，由PA12、碳纤维和石墨烯以质量比为79:20:1组成；所述橡胶外胎1由3层PA66帘子布和天然橡胶注塑成型。
一种免充气空心轮胎的制备方法实施例4
将空心内胎2和橡胶外胎1一次注塑成型：将空心内胎2分为4个模块，在注塑成型温度为200℃、215℃、235℃，注塑的速度为70%，保压的压力为65bar下，注塑成型40s，注塑成型后再组装；在注塑成型的空心内胎2外，包裹2层PA66帘子布后，再进行橡胶外胎1注塑成型，所述橡胶外胎1注塑成型的温度为180℃、210℃、230℃，注塑的速度为50%，保压的压力为75bar，注塑成型的时间为80s。
一种免充气空心轮胎实施例5
如图2所示，所述免充气空心轮胎由橡胶外胎1紧密套设在空心内胎2外部；所述空心内胎2与橡胶外胎1之间还设有微发泡弹性层3；所述橡胶外胎1的厚度为12mm；所述微发泡弹性层3的厚度为7mm；所述空心内胎2的空心部分2-1占空心内胎2总体积的40%；所述空心内胎2为导热尼龙树脂与弹性体共混物，由PA612/SEBS和石墨烯以质量比为84:15:1组成；所述微发泡弹性层3为SEBS；所述橡胶外胎1由3层PA66帘子布和顺丁橡胶注塑成型。
一种免充气空心轮胎的制备方法实施例5
将空心内胎2、微发泡弹性层3和橡胶外胎1一次注塑成型：将空心内胎2分为4个模块，在注塑成型温度为200℃、215℃、235℃，注塑的速度为60%，保压的压力为65bar下，注塑成型40s，注塑成型后再组装；在注塑成型的空心内胎2外，包覆1层PA66帘子布后，进行SEBS微发泡弹性层注塑成型，所述微发泡弹性层3的注塑成型工艺为：在注塑成型温度为190℃、215℃、220℃，注塑的速度为60%，保压的压力为75bar下，注塑成型40s；在微发泡弹性层3外，包裹2层PA66帘子布后，再进行橡胶外胎1注塑成型，所述橡胶外胎1注塑成型的温度为180℃、210℃、230℃，注塑的速度为55%，保压的压力为85bar，注塑成型的时间为90s。
对本发明实施例1～5免充气空心轮胎的承载力、阻尼性（加速性）、耐穿刺和油耗特性按照以下方法进行评价，结果如表1所示。
（1）承载力评价方法：按帕萨特满载重1800kg，乘坐人数4人，载重量250kg，行驶速度为60km/h，观察轮胎变形量；
（2）阻尼性评价：汽车按30L/100km油耗，计起步至40km/h的时间；
（3）在目板钉6个直径为6mm，长度为4cm钉子，每个轮胎放4块，汽车轮胎穿刺后，拔出钉子，以60km/h速度行驶20km，观察变形程度；
（4）行驶噪音：120km/h，检测驾驶室噪音；
（5）使用寿命测试：同车安装充气和免充气空心轮胎比较行驶里程与损坏状态；
（6）汽车按60km/h、80km/h、100km/h行驶的油耗。
表1 本发明实施例1～5免充气空心轮胎与市售充气轮胎特性对比表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从表1可知，本发明实施例1～5免充气空心轮胎承载、减震、抗划伤、耐穿刺、使用寿命长，阻尼性小，舒适性、耗油量及安装方式与充气轮胎一致，运行性能与充气轮胎相当，完全可以替代现有充气轮胎。

Claims (7)

1.一种免充气空心轮胎，其特征在于，由橡胶外胎紧密套设在空心内胎外部；所述空心内胎的空心部分占空心内胎总体积的20～40%。
2.根据权利要求1所述免充气空心轮胎，其特征在于：所述橡胶外胎的厚度为10～15mm。
3.根据权利要求1或2所述免充气空心轮胎，其特征在于：所述空心内胎与橡胶外胎之间还设有微发泡弹性层；所述微发泡弹性层的厚度为5～10mm；所述微发泡弹性层为热塑性弹性体；所述热塑性弹性体的熔融指数为0.5～1.0；所述热塑性弹性体为加氢苯乙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、乙烯/辛烯共聚物、聚酯弹性体、聚氨酯弹性体、尼龙弹性体或乙丙橡胶中的一种或几种。
4.根据权利要求1～3之一所述免充气空心轮胎，其特征在于：所述空心内胎为导热增强尼龙共混物，或导热尼龙树脂与弹性体共混物；所述导热增强尼龙共混物由尼龙树脂、纤维和导热剂以质量比为60～80:20～40:1～2组成；所述导热尼龙树脂与弹性体共混物由尼龙树脂、弹性体和导热剂以质量比为80～90:10～20:1～2组成；所述尼龙树脂的特性粘度为2.5～3.0；所述尼龙树脂为PA6、PA66、PA56、PA612、PA1010、PA610、PA11、PA12、PA1212或共聚尼龙中的一种或几种；所述纤维为玻纤和/或碳纤维；所述导热剂为石墨烯、氧化铝、氧化锆或氧化锌中的一种或几种；所述石墨烯的粒径为50～100nm；所述弹性体的熔融指数为0.5～1.0；所述弹性体为加氢苯乙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、乙烯/辛烯共聚物、聚酯弹性体、聚氨酯弹性体、尼龙弹性体或乙丙橡胶中的一种或几种；所述橡胶外胎为自行注塑成型，或由2～5层帘子布和橡胶注塑成型；所述帘子布为PA66帘子布、PET帘子布、芳纶帘子布或金属帘子布中的一种或几种；所述橡胶为顺丁橡胶、天然橡胶或丁氰橡胶中的一种或几种。
5.一种如权利要求1～4之一所述免充气空心轮胎的制备方法，其特征在于：将空心内胎或还有微发泡弹性层，分别注塑成型后，再与橡胶外胎进行组装；或将空心内胎和橡胶外胎一次注塑成型；或将空心内胎、微发泡弹性层和橡胶外胎一次注塑成型。
6.根据权利要求5所述免充气空心轮胎的制备方法，其特征在于：所述一次注塑成型的具体操作是：在注塑成型的空心内胎外，包裹帘子布后，再进行橡胶外胎注塑成型；或在注塑成型的空心内胎外，进行微发泡弹性层注塑成型后，在微发泡弹性层外，包裹帘子布后，再进行橡胶外胎注塑成型。
7.根据权利要求5或6所述免充气空心轮胎的制备方法，其特征在于：所述空心内胎的注塑成型工艺参数为：注塑成型的温度为200～250℃，注塑的速度为40～85%，保压的压力为60～85bar，注塑成型的时间为30～70s；将所述空心内胎分为2～8个模块进行注塑成型后再组装；所述微发泡弹性层的注塑成型工艺参数为：注塑成型的温度为190～230℃，注塑的速度为35～65%，保压的压力为50～80bar，注塑成型的时间为30～60s；所述橡胶外胎注塑成型的温度为180～230℃，注塑的速度为45～55%，保压的压力为60～85bar，注塑成型的时间为60～90s。
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