一種聚氨酯低速實心輪胎的配方及其生產工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]一種聚氨酯低速實心輪胎的配方及其生產工藝，屬于高分子材料制品技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來橡膠實心輪胎在裝載車輛和工程車輛中的應用越來越多，橡膠實心輪胎的生產工藝是一種由固相到固相的傳統工藝，這種工藝相對已比較成熟。但是存在易掉塊、開裂等缺點。隨著技術發展，利用聚氨酯來生產輪胎成為一種新興技術。現有的聚氨酯輪胎主要有三種形式；一是只利用聚氨酯做一層耐磨層包覆在橡膠內胎的外面，以增加輪胎的耐磨性能，同時保留內部橡膠的部分彈性。但是這種形式仍沒有解決橡膠壽命短、易開裂等問題，仍然時常出現內胎漏氣的現象；二是通常的內充氣橡膠輪胎內部充入泡沫聚氨酯材料，這種泡沫聚氨酯單純作為橡膠輪胎內部填充物，雖然成功解決了橡膠漏氣的問題，但是外層橡膠輪胎不耐磨、不耐油、使用壽命短的問題沒能解決；三是一種純粹由聚氨酯來制備的“聚氨酯無空氣輪胎”，這種輪胎由于對聚氨酯生產工藝控制不好，沒有得到一種既耐磨又具有良好并適宜彈性的聚氨酯本體，需要將聚氨酯輪胎直接澆鑄到金屬輪輞上，這導致輪胎和金屬輪輞成為一次性產品，無法隨時更換；同時因為這種傳統的聚氨酯本體沒有適宜的彈性和抗震抗噪能力需要在輪胎上鏤刻處鏤空結構，這不但會形成大量的鏤刻下料而浪費，同時一定程度上影響了聚氨酯輪胎的抗壓承重能力，縮短使用壽命。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種耐磨、彈性適宜、抗壓承重能力強的聚氨酯低速實心輪胎的配方及其生產工藝。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:該聚氨酯低速實心輪胎的配方，其特征在于，重量份原料組成為:聚酯多元醇0.8-1.5份、甲苯二異氰酸酯(TDI) 0.15-0.25份、固化劑組分0.1-0.15份。
[0005]使用本配方制得的實心輪胎的耐磨強度可達到橡膠實心輪胎的5~10倍，承載能力大，不會出現橡膠實心輪胎常見的掉塊和裂口問題，且能做到運行剎車無印痕，環保潔凈。
[0006]優選的，所述聚酯多元醇的重均分子量為2000、羥值為53.50-58.50、酸值< 0.5、
水分< 0.03、熔點在35~45、色數< 50。聚酯多元醇是制備聚氨酯主要原料，其性能的改變對最終聚氨酯的性能影響最大，本發明選擇上述性能的聚酯多元醇，可以更好地調節所得聚氨酯低速實心輪胎的整體彈性和耐磨、承壓能力。市售的聚酯多元醇218可以滿足上述條件，尤其是煙臺華大化工有限公司生產的聚酯多元醇218物化性能均能滿足上述指標。
[0007]優選的，所述甲苯二異氰酸酯中2，4-二異氰酸甲苯酯占的質量分數> 96%。多異氰酸酯有多種，本發明優先選用了甲苯二異氰酸酯，甲苯二異氰酸酯又分為T65、T80、TlOO三種，TlOO中2，4-二異氰酸甲苯酯的含量最高、結構規整，合成的預聚體與固化劑組份反應凝膠慢，可操作性強，有利于制得性能更好的實心輪胎。
[0008]BD14固化劑固化速度慢，適用期長；120°C加熱固化玻璃化溫度點約為178°C，碳化點約為270°C。膠層附著力強，內聚強度高，堅韌密實；與通用環氧E-51混合后，耐熱可達250°C; BD14為改性芳香胺類耐高溫固化劑，可室溫固化普通雙酚A環氧樹脂，固化后的普通雙酚A環氧樹脂固化物耐熱可達250°C。固化物強度高，粘接力好，使用期長。BD14的凝固點〈-11°〇，粘度(25°01^&4 NDJ-1旋轉粘度計，4號轉子，6rpm在1200±200，胺值 360 ?420mg KOH/g。
[0009]優選的，所述固化劑組分為二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、BD14和鄰苯二甲酸二甲氧基乙酯(DMEP)按質量比1: (3-6): (1~3)配制的混合固化劑。
[0010]現有固化劑一般采用4，4’ - 二氨基-3，3’ - 二氯二苯甲烷(M0CA)，其常溫下為固體，熔點107°C，易結晶，且與預聚體混合固化時速度快，難操作，制得的產品性能一般。本發明提供的BD14、DMEP兩種固化劑常溫下均是液體，使用時不用加熱，其中BD14固化劑固化速度慢，適用期長。膠層附著力強，內聚強度高，堅韌密實。BD14的凝固點<-ll°C，粘度(25。。、NDJ-1 旋轉粘度計，4 號轉子，6rpm)在 1200±200 mPa.S，胺值為 360~420mg KOH/go本發明按特定比例將DMTDA、BD14和DMEP混合制備出適用于聚氨酯實心輪胎的混合固化劑，在使用此混合固化劑后，制得的聚氨酯彈性大小合適，既不需要增加其他部件增強抗承載能力，也不需要在輪胎上鏤刻鏤空圖案減小硬度，且耐磨能力獲得大大的提高，阿克隆磨耗量小于等于0.1，在剎車時不會出現地面剎車印痕。使用此提供混合固化劑制得的產品物理機械性能優異，回彈好，耐撕裂。
[0011]一種聚氨酯低速實心輪胎的生產工藝，其特征在于，具體工藝為:
O預聚體的制備:將0.8-1.5重量份的聚酯多元醇進行脫水反應，控制脫水反應溫度為110~120°C，反應時間為3.5~4.5小時；然后加入0.15-0.25重量份的甲苯二異氰酸酯在700C ~90°C下混合反應制得預聚體；
2)輪胎的制備:將步驟I中制得預聚體和0.1-0.15重量份的固化劑組分分別投入澆注機的A、B罐，按上述重量份比例混合澆入輪胎澆注模具澆注成型，并在110~120°C下硫化2.5~4小時，然后脫模；
3)二次硫化:步驟2制備的經硫化的輪胎放入硫化烘箱在110~120°C下再次硫化8~16小時即得。
[0012]本發明的工藝采用的是預聚體法，聚酯多元醇與TDI完全反應后再與固化劑組分混合。這種方法制得的預聚體能存放的時間比較長，其產品性能穩定，便于實現規模化生產。本發明的輪胎硫化工藝使用二次硫化的方法，一次硫化時直接在輪胎澆注模具內進行只在較短的時間內做基本硫化，二次硫化則轉移至硫化烘箱在較長的時間左腳完全的硫化，徹底穩固輪胎的性能。本工藝生產的聚氨酯低速實心輪胎，耐磨性能是普通橡膠的5~10倍。承載大，解決了橡膠實心輪胎常見的掉塊和裂口問題，且能做到運行剎車無印痕，環保潔凈。
[0013]步驟2)所述固化劑組分的制備工藝為:首先按照質量比固化劑BD14 =DMTDA:DMER=1:3-6:1-3備料；將固化劑BD14和增塑劑DMEP在100~110°C下進行脫水反應3.5-4小時；然后與DMTDA混勻即得固化劑組分。
[0014]本發明的配方制得的聚氨酯硬度自30~90度可調；拉伸強度達到40MPa，是橡膠的
2.2倍(橡膠輪胎的拉升強度為ISMPa);斷裂伸長率達到810%，是橡膠的1.8倍(橡膠實心輪胎的斷裂伸長率為450%);阿克隆磨耗量僅為0.1，橡膠輪胎的磨耗量是聚氨酯輪胎的4倍(橡膠實心輪胎的阿克隆磨耗量為0.4);而回彈達到30，是橡膠的1.5倍(橡膠實心輪胎的回彈是20)。本發明的配方制得的聚氨酯的上述性能使得此聚氨酯即達到輪胎表面所需的耐磨性能，又有適合作為輪胎內芯的彈性，這才使本發明的聚氨酯可以制得一種內、外材料和性能完全相同的一體實心輪胎，并進一步使本發明工藝可以利用輪胎澆注模具進行一次澆注成型得以實現，大大的簡化了輪胎的生產工藝。
[0015]與現有技術相比，本發明的一種聚氨酯低速實心輪胎的配方及其生產工藝所具有的有益效果是:本發明的配方和工藝相互配合，發明配方制得的聚氨酯硬度可調范圍大；拉伸強度、斷裂伸長率高；阿克隆磨耗量效，回彈大，既符合輪胎外表面的耐磨和承壓要求，又符合輪胎內芯的彈性要求，且耐油蝕、不開裂、不掉快。配合本發明的一次澆注工藝得到的實心輪胎內外材料、性能完全一致。輪胎耐磨性能達到橡膠的5~10倍，承載大，解決了橡膠產品易掉塊，開裂，剎車留有明顯痕跡等問題。生產設備為現有通用設備，技術成熟，能夠很快實現批量規模化生產，產品性能可調