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CN109456589A - 一种实心轮胎 - Google Patents

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宋红玮
王光阜
任光雷
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Abstract

本发明属于轮胎技术领域，具体涉及一种实心轮胎，所述轮胎具有外层和内芯的结构；所述外层是橡胶或热塑性聚氨酯弹性体材料；所述内芯是发泡粒子和CPU的复合材料。本发明实心轮胎无需充气，具有轻质、耐磨、高负荷以及优异的力学性能。

Description

一种实心轮胎
技术领域
本发明属于轮胎技术领域，特别涉及一种实心轮胎。
背景技术
轮胎是指各种机械设备和车辆底部装配的接地方便滚动的一种圆环形的弹性制品，目前市场上的轮胎主要包括充气轮胎和免充气轮胎。其中，充气轮胎由于会因外界因素的破坏，会出现爆胎，破胎现象，经常需要充气、补胎以及更换内胎等，易造成危险事故。然而，实心轮胎能够避免充气轮胎存在的缺点，越来越受到人们的关注，尤其是在儿童车、玩具车以及自行车等领域得到广泛应用。
传统的实心轮胎主要是通过橡胶和热塑性聚氨酯材料制备的，这种实心轮胎存在重量大，使用轻便性较差等缺点。因此，发泡实心轮胎也受到广泛的研究，发泡橡胶材料制备实心轮胎的方法已在专利CN103707720A公开，其实将化学发泡剂混炼到橡胶内部，在硫化成型时受热致使化学发泡剂分解形成了发泡结构，但是化学发泡剂发泡发气量大，泡孔结构难以控制，所制备轮胎外观差，耐磨性能差。
发明专利CN104309411A公开了一种热塑性聚氨酯低载荷轮胎及其成型工艺，其是采用物理发泡剂制备的TPU发泡粒子一体发泡成型，制备了一种轻质耐磨的发泡热塑性聚氨酯型轮胎，但是由于轮胎内部均为TPU的发泡粒子，造成了所制备轮胎的负荷能力较低，限制了其广泛的应用性。同样的中国发明专利CN107199832A公布了一种免充气轮胎，其是采用橡胶制备的轮胎外层和TPU发泡粒子一体成型的胎芯，避免了发泡后TPU耐磨性较差的问题，但是同样的缺点是胎芯均为发泡材料，其负荷能力也较差，且胎芯材料的物性也较差。制备一种高负荷、高力学性能的发泡实心轮胎也是实心轮胎发展的必然方向。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种实心轮胎，本轮胎无需充气，具有轻质、耐磨、高负荷以及优异的力学性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种实心轮胎，所述轮胎由外层和内芯的组成；所述的外层是橡胶或热塑性聚氨酯弹性体材料；所述内芯是发泡粒子和CPU的复合材料。
在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，一种实心轮胎，所述内芯的DIN53516磨耗小于90mm3，优选磨耗小于70mm3，最优选磨耗小于60mm3；邵氏硬度40A-60D，优选硬度40A-90A，特别优选硬度50A～80A，密度0.1～0.9g/cm3，优选密度0.2～0.8g/cm3，特别优选0.3～0.7g/cm3。
进一步地，一种实心轮胎，所述外层是橡胶或TPU外胎,所述内芯是通过将发泡粒子与CPU原料混合后的复合材料浇注模压制备而得。
进一步地，一种实心轮胎，所述发泡粒子和CPU的复合材料复合方式为发泡粒子镶嵌于CPU材料中。
进一步地，一种实心轮胎，所述CPU和所述发泡粒子的质量比为1：(0.1～6)，优选质量比1：(0.2～5)，最优选质量比1：(0.5～4)。
进一步地，一种实心轮胎，所述CPU为MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)或TDI(甲苯-2,4-二异氰酸酯)型浇注聚氨酯弹性体。
进一步地，一种实心轮胎，按重量份数计，所述CPU由以下原料组成：多异氰酸酯20-50份、多元醇4075份、扩链剂2-8份、催化剂0.2-0.8份和助剂的加入量0.2-5份；
所述多异氰酸酯为MDI或TDI；
所述多元醇为聚醚二醇或聚酯二醇的一种或两种的混合，其中，所述聚酯二醇的分子量为500～2000g/mol，所述聚醚二醇是分子量为600～1000g/mol的聚四氢呋喃醚；
所述扩链剂为乙二醇、1，4丁二醇、1，6己二醇、1，2丙二醇和1,3丙二醇的一种或任意几种的混合物；
所述催化剂为三乙胺、二甲基环己基胺、N-甲基吗啉、2-(二甲氨基乙氧基)乙醇、钛酸酯、二乙酸亚锡、二月桂酸亚锡二乙酸二丁锡、二月桂酸二丁锡中的一种或任意几种的混合物；
所述助剂为发泡剂、表面活性剂、填料、阻燃剂、成核剂、氧化稳定剂、润滑剂、抗静电剂、颜料中的一种或任意几种的混合物。
进一步地，一种实心轮胎，所述多异氰酸酯为MDI或TDI。
进一步地，一种实心轮胎，所述发泡粒子为发泡热塑性聚氨酯粒子(ETPU)、发泡聚丙烯粒子(EPP)、发泡聚乙烯粒子(EPE)、发泡聚苯乙烯粒子(EPS)以及发泡热塑性聚酯粒子(ETPEE)中的任意一种或几种的混合。
进一步地，一种实心轮胎，所述发泡粒子的密度为0.05～0.8g/cm3，优选密度为0.08～0.6g/cm3，最优选0.1～0.5g/cm3。
与现有技术技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述轮胎，采用了发泡粒子和CPU复合材料的轮胎内芯，这种发泡粒子互相分隔的镶嵌于CPU材料中的结构，既实现了减重的效果，又因CPU材料作为骨架结构提供了强支撑能力，进而使轮胎具有高负荷的能力以及优异力学性能，应用范围更为广泛。
(2)轮胎内芯材料中发泡粒子的使用，增加了轮胎的缓冲减震的效果，使行驶更为安全舒适。
(3)因聚氨酯材料原料配方的多样性，通过调整各个原料比例，可以得到非常宽泛硬度的产品，加上发泡粒子性能的多样化，那么发泡粒子和CPU组成的复合材料的性能是多样化的，也就是本技术方案可提供多种功能的轮胎。
(4)上述高性能的轮胎内芯结合橡胶外层或TPU外层所制备的轮胎，使轮胎具备了较好的耐磨性能。
附图说明
图1为实施例3所制备的实心轮胎的截面图；
1、外层橡胶，2、发泡热塑性聚氨酯粒子(ETPU)，3、CPU。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种实心轮胎，其包括外层和内芯的结构。其中轮胎外层是常规的橡胶外胎；其中轮胎内芯是由CPU与密度0.1g/cm3的发泡聚丙烯粒子按照质量比1:0.5的复合材料通过模压工艺成型而得。
上述CPU按重量份数计，由以下原料组成：40重量份的MDI、65重量份的1000g/mol分子量的聚醚二醇、8重量份的乙二醇、0.2重量份的三乙胺和0.5重量份的二氧化硅组成；
上述模压工艺为：将上述CPU的各个组分与发泡聚丙烯粒子在混配设备中混合均匀后填入轮胎内芯模具中，闭合模具，温度设定80℃，压力设定0.6MPa，固化时间2分钟，冷却时间5分钟，打开模具得到轮胎内芯。
将上述轮胎内芯安装于橡胶外胎，从而得到本发明的实心轮胎。
实施例2
一种实心轮胎，其包括外层和内芯的结构。其中轮胎外层是常规的橡胶外胎；其中轮胎内芯是由CPU与密度0.15g/cm3的发泡聚乙烯粒子按照质量比1:1的复合材料通过模压工艺成型而得。
上述CPU按重量份数计，由以下原料组成：42重量份的TDI、60重量份的1500g/mol分子量的聚酯二醇、5重量份的己二醇、0.8重量份的二乙酸亚锡和2重量份的氧化锌组成；
上述模压工艺为：将上述CPU的各个组分与发泡聚丙烯粒子在混配设备中混合均匀后填入轮胎内芯模具中，闭合模具，温度设定90℃，压力设定0.8MPa，固化时间15分钟，冷却时间10分钟，打开模具得到轮胎内芯。
将上述轮胎内芯安装于橡胶外胎，从而得到本发明的实心轮胎。
实施例3
一种实心轮胎，其包括外层和内芯的结构。其中轮胎外层是常规的橡胶外胎；其中轮胎内芯是由CPU与密度0.25g/cm3的发泡热塑性聚氨酯粒子按照质量比1:2的复合材料通过模压工艺成型而得。
上述CPU按重量份数计，由以下原料组成：35重量份的MDI，68重量份的2000g/mol分子量的聚酯二醇、7重量份的1，4丁二醇、0.3重量份的二月桂酸二丁锡和1重量份的滑石粉组成；
上述模压工艺为：将上述CPU的各个组分与发泡聚丙烯粒子在混配设备中混合均匀后填入轮胎内芯模具中，闭合模具，温度设定60℃，压力设定0.2MPa，固化时间6分钟，冷却时间2分钟，打开模具得到轮胎内芯。
将上述轮胎内芯安装于橡胶外胎，从而得到本发明的实心轮胎。
实施例4
一种实心轮胎，其包括外层和内芯的结构。其中轮胎外层是常规的TPU外胎；其中轮胎内芯是由CPU与密度0.5g/cm3的发泡热塑性聚氨酯粒子按照质量比1:4的复合材料通过模压工艺成型而得。
上述CPU按重量份数计，由以下原料组成：25重量份的MDI、75重量份的3000g/mol分子量的聚酯二醇、2重量份的1，4丁二醇、0.3重量份的二月桂酸二丁锡和1重量份的双(三氟甲烷黄酰)亚胺锂组成；
上述模压工艺为将上述CPU的各个组分与发泡聚丙烯粒子在混配设备中混合均匀后填入轮胎内芯模具中，闭合模具，温度设定90℃，压力设定0.7MPa，固化时间5分钟，冷却时间12分钟，打开模具得到轮胎内芯。
将上述轮胎内芯安装于橡胶外胎，从而得到本发明的实心轮胎。
实施例5
一种实心轮胎，其包括外层和内芯的结构。其中轮胎外层是常规的TPU外胎；其中轮胎内芯是由CPU与密度0.11g/cm3的发泡聚苯乙烯粒子按照质量比1:0.6的复合材料通过模压工艺成型而得。
上述CPU按重量份数计，由以下原料组成：30重量份的TDI，72重量份的2000g/mol分子量的聚醚二醇，5重量份的1，6己二醇，0.5重量份的钛酸酯，2重量份的双(三氟甲烷黄酰)亚胺锂组成；
上述模压工艺为将上述CPU的各个组分与发泡聚丙烯粒子在混配设备中混合均匀后填入轮胎内芯模具中，闭合模具，温度设定50℃，压力设定1MPa，固化时间15分钟，冷却时间3分钟，打开模具得到轮胎内芯。
将上述轮胎内芯安装于橡胶外胎，从而得到本发明的实心轮胎。
实施例6
一种实心轮胎，其包括外层和内芯的结构。其中轮胎外层是常规的TPU外胎；其中轮胎内芯是由CPU与密度0.3g/cm3的发泡热塑性聚氨酯粒子按照质量比1:1的复合材料通过模压工艺成型而得。
上述CPU按重量份数计，由以下原料组成：32重量份的TDI、65重量份的2000g/mol分子量的聚醚二醇、7重量份的1，4丁二醇、0.5重量份的三乙胺和0.2重量份的硅藻土组成；
上述模压工艺为将上述CPU的各个组分与发泡聚丙烯粒子在混配设备中混合均匀后填入轮胎内芯模具中，闭合模具，温度设定80℃，压力设定0.4MPa，固化时间5分钟，冷却时间5分钟，打开模具得到轮胎内芯。
将上述轮胎内芯安装于橡胶外胎，从而得到本发明的实心轮胎。
对实施例1-6制备的实心轮胎进行物性测试，测试结果如表1：
表1实施例1-6所制备实心轮胎的物性测试
由表1的数据我们可以看出，本发明的一种实心轮胎具有优异的力学性能，耐磨性能，高压缩强度以及较低的压缩变形也说明了本发明所述的实心轮胎具有高负荷的能力以及缓冲减震能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实心轮胎，其特征在于，所述轮胎由外层和内芯组成；所述外层是橡胶或热塑性聚氨酯弹性体材料；所述内芯是发泡粒子和CPU的复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种实心轮胎，其特征在于，所述内芯的DIN53516磨耗小于90mm3，邵氏硬度为40A～60D，密度为0.1～0.9g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种实心轮胎，其特征在于，所述外层是橡胶或TPU外胎,所述内芯是通过将发泡粒子与CPU原料混合后的复合材料浇注模压制备而得。
4.根据权利要求3所述的一种实心轮胎，其特征在于，所述发泡粒子和CPU的复合材料复合方式为发泡粒子镶嵌于CPU材料中。
5.根据权利要求4所述的一种实心轮胎，其特征在于，所述CPU和所述发泡粒子的质量比为1：(0.1～6)。
6.根据权利要求1所述的一种实心轮胎，其特征在于，所述CPU为MDI或TDI型浇注聚氨酯弹性体。
7.根据权利要求1所述的一种实心轮胎，其特征在于，按重量份数计，所述CPU由以下原料组成：多异氰酸酯20-50份、多元醇40-75份、扩链剂2-8份、催化剂0.2-0.8份和助剂的加入量0.2-5份；
所述多异氰酸酯为MDI或TDI；
所述多元醇为聚醚二醇或聚酯二醇的一种或两种的混合，其中，所述聚酯二醇的分子量为500～2000g/mol，所述聚醚二醇是分子量为600～1000g/mol的聚四氢呋喃醚；
所述扩链剂为乙二醇、1，4丁二醇、1，6己二醇、1，2丙二醇和1,3丙二醇的一种或任意几种的混合物；
所述催化剂为三乙胺、二甲基环己基胺、N-甲基吗啉、2-(二甲氨基乙氧基)乙醇、钛酸酯、二乙酸亚锡、二月桂酸亚锡二乙酸二丁锡、二月桂酸二丁锡中的一种或任意几种的混合物；
所述助剂为发泡剂、表面活性剂、填料、阻燃剂、成核剂、氧化稳定剂、润滑剂、抗静电剂、颜料中的一种或任意几种的混合物。
8.根据权利要求6所述的一种实心轮胎，其特征在于，所述多异氰酸酯为MDI或TDI。
9.根据权利要求1所述的一种实心轮胎，其特征在于，所述发泡粒子为发泡热塑性聚氨酯粒子、发泡聚丙烯粒子、发泡聚乙烯粒子、发泡聚苯乙烯粒子以及发泡热塑性聚酯粒子中的一种或任意几种的混合。
10.根据权利要求1所述的一种实心轮胎，其特征在于，所述发泡粒子的密度为0.05～0.8g/cm3。
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