CN115449161B - 一种热塑性充气内胎 - Google Patents
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Abstract
一种热塑性充气内胎，其制备方法包括如下步骤：步骤一：热塑性弹性体材料共混改性，按照配比称量各物质，送入双螺杆挤出机共混挤出并造粒；步骤二：胎筒挤出：将步骤一所得的混合材料通过单螺杆挤出机和筒状口型挤出并拆剪成型制得胎筒；步骤三：气门嘴焊接或粘接：将气门嘴通过热熔焊接、超声焊接或胶黏剂粘接黏附于步骤二所得胎筒上；步骤三：胎筒对接成型：将步骤三所得胎筒两端对齐通过热风、超声、激光或者高周波焊接牢固，完成充气内胎加工制作。本发明的热塑性内胎的生产工艺流程相比于传统硫化橡胶内胎的工艺流程大大缩短，不再需要效率非常低的硫化工艺，产线、设备投入降低，效率和自动化程度更高，生产过程能耗、VOC排放更低。
Description
技术领域
本发明属于充气内胎制备领域，具体地说是一种热塑性充气内胎。
背景技术
在“双碳”目标下，传统充气内胎行业问题日渐凸显：1)生产流程、设备和工艺繁复，能耗高，硫化过程及制品的总挥发性有机物(TVOC)高；2)废旧产品无法再利用，造成“黑色污染”和石油资源浪费；3)产品维护和维修不便。而热塑性弹性体材料因其成型加工简易、低耗能、低排放，且完全可循环利用，成为传统内充气胎行业逐步实现碳达峰、碳中和的有效解决方案。
综合考虑力学性能、成本、加工成型性和气密性等几个主要指标，塑性硫化(卤化)丁基橡胶、三元乙丙橡胶/聚丙烯热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性苯乙烯类弹性体经过气密性提升或加工性能提升适合制作充气内胎。
其中塑性硫化(卤化)丁基橡胶作为气密性最优的热塑性弹性体材料被认为是充气内胎的最优选择：专利CN112080081 A本发明一种自行车轮胎用低成本高气体阻隔性热塑性硫化胶，组成包括卤化丁基橡胶、聚丙烯、硫化体系和填料，其中硫化体系为金属氧化物和/或树脂复合硫化体系，该硫化体系不仅硫化速率和硫化程度有了明显提高，且硫化剂用量大大降低。专利CN113429690A先通过共混封端剂将聚酰胺封端，再与溴化聚异丁烯-对甲基苯乙烯基橡胶塑炼均匀后与之共混，再动态硫化制备溴化聚异丁烯-对甲基苯乙烯基橡胶/聚酰胺热塑性动态硫化橡胶。尼龙预先封端屏蔽了尼龙端基与橡胶的反应，提高了橡胶的硫化程度和橡塑两相的界面相容性。以上专利都是从热塑性硫化橡胶的动态硫化配方和工艺方面提升材料的气密性或降低成本，但在实际生产中热塑性弹性体材料需要主要性能指标、加工性能、成本、一般物理性能等几个方面综合考虑，因此往往需要通过共混改性进一步提升并平衡以上几方面。
专利CN111546648A公开了一种热塑性弹性体内胎的反包接头装置和接头方法。专利CN213056049U公开了一种热塑性弹性体内胎的热板接头装置：包括夹具和加热模块。专利CN CN212603464U公开了一种用于内胎的气门嘴超声波贴嘴装置。以上专利从热板对接成型方向发明了相关装置和方法，辅以超声焊接气门嘴的装置，工艺的稳定性，粘接强度的可靠性还有待提升。
发明内容
本发明提供一种热塑性充气内胎，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种热塑性充气内胎，其制备方法包括如下步骤：
步骤一：热塑性弹性体材料共混改性，按照配比称量各物质，送入双螺杆挤出机共混挤出并造粒；
步骤二：胎筒挤出：将步骤一所得的混合材料通过单螺杆挤出机和筒状口型挤出并拆剪成型制得胎筒；
步骤三：气门嘴焊接或粘接：将气门嘴通过热熔焊接、超声焊接或胶黏剂粘接黏附于步骤二所得胎筒上；
步骤三：胎筒对接成型：将步骤三所得胎筒两端对齐通过热风、超声、激光或者高周波焊接牢固，完成充气内胎加工制作。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的步骤一中的各物质的重量配比为：
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的所述的热塑性弹性体基体材料包括热塑性硫化(卤化)丁基橡胶、三元乙丙橡胶/聚丙烯热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性苯乙烯类弹性体其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的气密性树脂包括聚酰胺(尼龙6、尼龙612、尼龙610、尼龙1010、尼龙12、尼龙1012以及三元尼龙等)、乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的填料包括滑石粉、膨润土、蒙脱土、改性黏土、云母其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的增塑剂包括石蜡油、芳香油、石蜡、低分子量聚异丁烯、环烷油、癸二酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的增容剂包括乙烯丙烯酸甲酯共聚物、乙烯丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、氢化苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的润滑剂包括硅酮母粒、芥酸酰胺、聚乙烯蜡其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的步骤三中气门的制备方法包括如下步骤：
步骤一：气门嘴杆体由高强度塑料或弹性体材料直接注塑成型，材料包括聚酰胺(尼龙6、尼龙66、尼龙612、尼龙610、尼龙1010、尼龙12、尼龙1012以及三元尼龙等)、聚丙烯、硬度高于50D的热塑性聚氨酯材料或以上材料的短纤维或无机填料的增强材料中的一种；
步骤二：气门嘴胶垫为软质热塑性弹性体材料直接注塑包胶在步骤一制得的气门嘴杆体底部，材料包括苯乙烯类热塑性弹性体材料、硬度低于80A的热塑性聚氨酯材料、包胶类热塑性弹性体材料中的一种；
步骤三：拧入气门芯标准件。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的步骤一中的高强度塑料或弹性体材料为聚酰胺(尼龙6、尼龙66、尼龙612、尼龙610、尼龙1010、尼龙12、尼龙1012以及三元尼龙等)、聚丙烯、硬度高于50D的热塑性聚氨酯材料或以上材料的短纤维或无机填料的增强材料其中的任意一种。
如上所述的一种热塑性充气内胎，所述的步骤二中软质热塑性弹性体材料为苯乙烯类热塑性弹性体材料、硬度低于80A的热塑性聚氨酯材料、包胶类热塑性弹性体材料其中的任意一种。
本发明的优点是：本发明的热塑性内胎的生产工艺流程相比于传统硫化橡胶内胎的工艺流程大大缩短，不再需要效率非常低的硫化工艺，产线、设备投入降低，效率和自动化程度更高，生产过程能耗、VOC排放更低；双色注塑的塑性气门嘴相比于传统的金属和半硫化丁基橡胶气门嘴的生产工艺和效率更高，成本更低，抗穿防爆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的双色注塑制备全塑气门嘴；
图2是本发明实施例1的热塑性硫化丁基橡胶的共混改性后造粒的粒料；
图3是本发明实施例1改性后的热塑性硫化丁基橡胶挤出胎筒；
图4是本发明实施例1热风焊接机的操作平台示意图；
图5是本发明实施例2的热塑性硫化丁基橡胶挤出吹胀成型胎筒；
图6是本发明实施例2热板焊接装置示意图；
图7是本发明实施例3热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)共混改性料挤出胎筒；
图8是本发明实施例1、2内胎制品进行充气保压试验；
图9是本发明实施例1和4内胎制品进行穿刺试验。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
气门嘴杆体由尼龙6直接注塑而成，气门嘴胶垫为可包胶TPE材料(6301-NA，道恩股份)通过双色注塑实现包胶在杆体底部，拧入气门芯标准件待用；
用于制备胎筒的改性热塑性弹性体选用的原材料基本组成和kg数如下：
按上述配方比例投料，经过双螺杆挤出机共混挤出(从下料口到机头温度设置为160-190℃，螺杆转速200-550转/分钟)并造粒得到改性的热塑性硫化丁基橡胶颗粒；
将改性的热塑性硫化丁基橡胶颗粒通过单螺杆挤出机(从下料口到机头温度设置为160-210℃，机头口型温度设置为210-230℃，螺杆转速5-20转/分钟)和筒状口型挤出并裁剪成1.8米的长度成型制得胎筒待用；
双色注塑得到的气门嘴通过超声焊接到胎筒上，距离一端距离大约10厘米；
胎筒对接成型：将气门嘴粘贴可靠的胎筒两端对齐通过热风焊接牢固，完成充气内胎成型。
实施例2
热塑性硫化丁基橡胶(NT-70，道恩股份)通过挤出吹胀成型胎筒，粘接半硫化气门嘴标准件并通过热板加热胎筒两端焊接成型。
实施例3
用于制备胎筒的改性热塑性弹性体选用的原材料基本组成和kg数如下：
按上述配方比例投料，经过双螺杆挤出机共混挤出(从下料口到机头温度设置为160-190℃，螺杆转速200-550转/分钟)并造粒得到改性的TPU颗粒；
将改性的TPU颗粒通过单螺杆挤出机(从下料口到机头温度设置为160-210℃，机头口型温度设置为170-210℃，螺杆转速5-20转/分钟)和筒状口型挤出并裁剪成1.8米的长度成型制得胎筒待用；
半硫化气门嘴标准件通过胶黏剂粘接到胎筒上，距离一端距离大约10厘米；
胎筒对接成型：将气门嘴粘贴可靠的胎筒两端对齐通过热风焊接牢固，完成充气内胎成型。
实施例4
气门嘴杆体由玻纤增强聚丙烯(GRPP-130，道恩股份)直接注塑而成，气门嘴胶垫为可包胶TPE材料(6301-NA，道恩股份)通过双色注塑实现包胶在杆体底部，拧入气门芯标准件待用；
用于制备胎筒的改性热塑性弹性体选用的原材料基本组成和kg数如下：
按上述配方比例投料，经过双螺杆挤出机共混挤出(从下料口到机头温度设置为160-190℃，螺杆转速200-550转/分钟)并造粒得到改性的TPU颗粒；
将改性的TPU颗粒通过单螺杆挤出机(从下料口到机头温度设置为160-210℃，机头口型温度设置为170-210℃，螺杆转速5-20转/分钟)和筒状口型挤出并裁剪成1.8米的长度成型制得胎筒待用；
双色注塑得到的气门嘴通过超声焊接到胎筒上，距离一端距离大约10厘米；
胎筒对接成型：将气门嘴粘贴可靠的胎筒两端对齐通过热风焊接牢固，完成充气内胎成型。
实施例5
气门嘴杆体由尼龙6直接注塑而成，气门嘴胶垫为TPU材料(DN-3065-T1，道恩股份)通过双色注塑实现包胶在杆体底部，拧入气门芯标准件待用；
用于制备胎筒的改性热塑性弹性体选用的原材料基本组成和kg数如下：
按上述配方比例投料，经过双螺杆挤出机共混挤出(从下料口到机头温度设置为160-190℃，螺杆转速200-550转/分钟)并造粒得到改性的TPE颗粒；
将改性的TPE颗粒通过单螺杆挤出机(从下料口到机头温度设置为160-210℃，机头口型温度设置为170-220℃，螺杆转速5-20转/分钟)和筒状口型挤出并裁剪成1.8米的长度成型制得胎筒待用；
双色注塑得到的气门嘴通过超声焊接到胎筒上，距离一端距离大约10厘米；
胎筒对接成型：将气门嘴粘贴可靠的胎筒两端对齐通过热风焊接牢固，完成充气内胎成型。
对实施例1-5制备的充气内胎进行性能测试，其结果如表一所示。
表一
由图1-9以及表一可知本发明实施例1-5的热塑性内胎被穿刺后，胎筒材料具有锁住穿刺物的独特能力，不拔出穿刺物的情况下保持住气压，防止高速行驶时爆破或气压急剧下降带来的巨大风险，为骑手的人身和生命安全提供有效保障，骑手可以有更充足的时间做出反应和处理意外；同时本发明实施例1-5热塑性内胎材料和制品气密性优异，同样厚度的制品优于传统气密性材料硫化丁基橡胶，可有效阻隔作气压渗漏，胎压保持长久。轻质：与传统丁基橡胶内胎相比，密度降低约20％，即同样大小和厚度的制品重量减少约20％，减少材料消耗节约石油资源；热塑性材料环境友好，原材料可热塑性加工，可直接热贴合修补，完全可循环，以旧换新，能有效推动内充气胎行业逐步实现碳达峰、碳中和。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种热塑性充气内胎，其特征在于：其制备方法包括如下步骤：
步骤一：热塑性弹性体材料共混改性，按照以下原料和配比称量各物质，送入双螺杆挤出机共混挤出并造粒；
步骤二：胎筒挤出：将步骤一所得的混合材料通过单螺杆挤出机和筒状口型挤出并拆剪成型制得胎筒；
步骤三：气门嘴焊接或粘接：将气门嘴通过热熔焊接、超声焊接或胶黏剂粘接黏附于步骤二所得胎筒上；
步骤四：胎筒对接成型：将步骤三所得胎筒两端对齐通过热风焊接牢固，完成充气内胎加工制作；
所述步骤一中的各物质的重量配比为:
热塑性弹性体基体材料 100重量份；
气密性树脂 0-30重量份；
填料 0-30重量份；
增塑剂 0-30重量份；
增容剂 0-30重量份；
润滑剂 0-30重量份；
其中所述的气密性树脂、填料、增塑剂、增容剂、润滑剂的组分含量不为零；
所述的热塑性弹性体基体材料包括热塑性硫化丁基橡胶、三元乙丙橡胶/聚丙烯热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性苯乙烯类弹性体其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物；
所述的气密性树脂包括聚酰胺、乙烯乙烯醇共聚物其中的任意一种或两种以任意比例混合的混合物；
所述的填料包括滑石粉、膨润土、蒙脱土、改性黏土、云母其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性充气内胎，其特征在于：所述的增塑剂包括石蜡油、芳香油、石蜡、低分子量聚异丁烯、环烷油、癸二酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性充气内胎，其特征在于：所述的增容剂包括乙烯丙烯酸甲酯共聚物、乙烯丙烯酸甲酯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、氢化苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性充气内胎，其特征在于：所述的润滑剂包括硅酮母粒、芥酸酰胺、聚乙烯蜡其中的任意一种或任意两种以上以任意比例混合的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种热塑性充气内胎，其特征在于：所述的步骤三中气门的制备方法包括如下步骤：
步骤一：气门嘴杆体由高强度塑料或弹性体材料直接注塑成型，材料包括聚酰胺、聚丙烯、硬度高于50D的热塑性聚氨酯材料或以上材料的短纤维或无机填料的增强材料中的一种；
步骤二：气门嘴胶垫为软质热塑性弹性体材料直接注塑包胶在步骤一制得的气门嘴杆体底部，材料包括苯乙烯类热塑性弹性体材料、硬度低于80A的热塑性聚氨酯材料、包胶类热塑性弹性体材料中的一种；
步骤三：拧入气门芯标准件。
6.根据权利要求5所述的一种热塑性充气内胎，其特征在于：所述的聚酰胺包括尼龙6、尼龙66、尼龙612、尼龙610、尼龙1010、尼龙12、尼龙1012以及三元尼龙中的任意一种。
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