專利名稱：一種輪胎氣密層復合材料及其制備方法
一種輪胎氣密層復合材料及其制備方法本發明屬于高分子復合材料領域，涉及一種輪胎氣密層專用復合材料，特別是涉及一種采用交替多層的方式制備輪胎氣密層復合材料的方法。
背景技術：
隨著我國汽車工業的飛速發展，對橡膠輪胎的需求越來越大。由于真空胎在安全性、可靠性上都較普通輪胎更勝一籌，而且還具有重量輕、散熱好的特點，綜合費用也低些，因此獲得越來越多人的認可。真空胎，其胎體內層有氣密性良好的橡膠層，利用輪胎內壁和胎圈的氣密層保證輪胎與輪輞間良好的氣密性，從而代替了傳統內胎的作用，外胎兼起內胎的作用。輪胎氣密層的主要功能是防止氣體泄漏。由于丁基橡膠(IIR)的透氣系數小，具有良好的空氣和濕氣密性，與胎體膠料有良好的粘合性、耐屈撓疲勞性和耐久性等，因此輪胎氣密層中最常用的生膠是鹵化丁基橡膠。自從溴化丁基橡膠問世以來，輪胎氣密層膠料的組成及其形式都未發生大的變化。雖然丁基橡膠具有氣密性好等諸多優點，但缺點也很明顯，比如價格昂貴，流動性差，粘結性不好，而且丁基橡膠的鹵化工藝也非常復雜。隨著輪胎其他構件性能的改進，對氣密層的要求也越來越高。例如，一些輪胎需要在低溫條件下使用，那么需要氣密層膠料采用高配比的丁基橡膠等的膠料，而在低溫條件下采用高配比丁基橡膠等玻璃化溫度高的氣密層膠料，則氣密層容易產生龜裂。如果能找到一種價格便宜且阻隔性能優于丁基橡膠的復合材料，取代丁基橡膠作為輪胎的氣密層材料，就可以改善輪胎的一些性能。比如提高氣密性可以改善輪胎的保壓性，改善胎體簾布層的壓力；減小氣密層厚度可以減輕輪胎重量并降低輪胎行駛。目前雖然有普利司通和埃克森美孚等公司開發出新的輪胎氣密層，但都沒從根本上改變鹵化丁基橡膠的使用狀況，無法降低成本。
發明內容
針對現有輪胎氣密層復合材料存在的缺點，本發明提出一種輪胎氣密層復合材料，這種氣密層復合材料不僅可滿足輪胎對氣密層氣密性和力學性能的要求，而且具有成本低，生產效率高，能耗低等優點。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種輪胎氣密層復合材料，其呈現由聚乙烯醇(PVOH)和橡膠組成的交替多層結構，PVOH為阻隔層，橡膠為基層，總層數與各層的厚度根據氣密層的氣密性能與機械性能來確定。交替方式可以是PVOH與橡膠平面尺寸相同的連續層交替，或者是PVOH斷開層間交錯相疊而橡膠為連續層的交疊，PVOH層主要用來保證復合材料的氣密性，而橡膠層主要用來保證復合材料的機械強度，橡膠層可用各種機械性能良好、價格低廉的膠料，例如天然橡膠NR、丁苯橡膠、乙丙橡膠等，從成本最低上考慮，優先采用天然橡膠NR。在工作狀態時，PVOH和橡膠的力學狀態不同，為不影響復合材料的機械性能，PVOH層較橡膠層薄。復合材料的上下表層均為橡膠層，橡膠層厚度大于PVOH層厚度，結構形式為橡膠/PVOH/橡膠...橡膠/PVOH/橡膠，一是避免由于PVOH層的親水性而影響復合材料的阻隔性能，二是不影響輪胎氣密層與輪胎其他部分的連接。本發明一種輪胎氣密層復合材料，阻隔層PVOH可以采用尼龍(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡膠等阻隔材料替代，對于阻隔性能要求不十分嚴格的情況下，這種替代可以降低成本。本發明一種輪胎氣密層復合材料，PVOH層材料中可以添加乳膠或相容橡膠，該相容橡膠與基層橡膠相容，最優化的形式是相容橡膠采用與基層相同的橡膠，這樣可以增加層間的粘接性，防止層間產生分離現象。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，其制備方法如下(1)制備PVOH溶液按照PVOH溶于水的溶解方法，配置一定濃度的PVOH水溶液；(2)制備橡膠膠片采用現有方法對添加有各種填料(炭黑、硫磺等)的橡膠進行混煉，得到物性均一的、具有一定厚度的混煉膠片；(3)混煉膠片涂覆PVOH溶液利用涂覆機或其它具有涂覆功能的設備，混煉膠片上單面涂覆PVOH溶液，待PVOH涂層中的水分蒸干后，將膠片對折并將其壓成一定厚度的單層阻隔薄片，壓制設備可選用壓延機或平板壓機；(4)形成交替多層結構將單層阻隔薄片進行多次折疊并壓薄，最終得到具有層狀結構的交替多層片材，結構形式為橡膠/PVOH/橡膠...橡膠/PVOH/橡膠，根據阻隔性能要求確定交替多層片材的層數；(5)將交替多層片材進行裁剪，并放置到硫化機中進行硫化，得到輪胎氣密層復合材料。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，制備PVOH溶液時加入乳膠或相容橡膠，使得到的PVOH溶液與基材橡膠的相容性提高，增加阻隔層與橡膠層的粘結強度。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，PVOH溶液可用尼龍(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡膠的熔融物替代，或用尼龍(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡膠與相容溶劑的混合物替代，使可選擇的阻隔材料的范圍更寬。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，輪胎氣密層復合材料包含層數的多少可以通過折疊次數來控制，折疊次數越多，復合材料層數越多。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，單層阻隔薄片或交替多層結構片材的制備可選擇平板壓機或壓延機。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，PVOH層的厚度可以通過涂覆工藝控制，輪胎氣密層復合材料總厚度可以通過硫化工藝進行調節。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，可以采用將單層阻隔薄片裁剪成面積相同的η片(η根據復合材料的層數確定)，再將η片片材疊放在一起，利用壓機等設備將其壓制成一定厚度的交替多層片材，從而得到具有層狀結構的復合材料片材；在疊放單層阻隔薄片時，片與片之間也可涂覆一層PVOH溶液，待水分風干或烘干后再疊放與壓制。本發明具有如下優點1、本發明氣密層通過將NR層與PVOH層進行交替復合，無需傳統丁基橡膠的鹵化工藝，簡化了輪胎氣密層的成型工藝，可實施性強，制造成本低。2、本發明氣密層具有交替多層復合結構，由于混煉膠有很好的力學性能，PVOH有很好的阻隔性，因此在滿足力學性能的同時也提高了阻隔性能。
圖1是本發明輪胎氣密層在輪胎中的應用示意圖。圖2是本發明輪胎氣密層的斷面結構示意圖。圖中1-輪胎氣密層，2-NR層，3-PV0H層
具體實施例方式如圖1，2所示，本發明輪胎氣密層1具有交替層結構，其呈現由聚乙烯醇(PVOH)和天然橡膠(NR)組成的交替多層結構，總層數與各層的厚度根據氣密層的氣密性能與機械性能來確定。PVOH層3主要用來保證復合材料的氣密性，而NR層2主要用來保證復合材料的機械強度，NR層2亦可用其它機械性能良好、價格低廉的膠料來代替。在工作狀態時，PVOH和NR的力學狀態不同，為不影響復合材料的機械性能，PVOH層3較NR層2薄。復合材料的上下表層均為NR層2，一是避免由于PVOH層3的親水性而影響復合材料的阻隔性能，二是不影響輪胎氣密層1與輪胎其他部分的連接。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，其制備方法如下(1)制備PVOH溶液按照PVOH溶于水的溶解方法，配置一定濃度的PVOH水溶液；(2)制備NR膠片采用現有方法對添加有各種填料(炭黑、硫磺等)的NR進行混煉，得到物性均一的、具有一定厚度的混煉膠片；(3) NR膠片涂覆PVOH溶液利用涂覆機或其它具有涂覆功能的設備，在步驟(2)得到的膠片上單面涂覆PVOH溶液，待PVOH涂層中的水分蒸干后，將膠片對折并利用壓延機或平板壓機將其壓成一定厚度的單層阻隔薄片；(4)形成交替多層結構多次重復步驟(3)，最終得到具有層狀結構的交替多層片材，結構形式為NR/PVOH/NR. . . NR/PV0H/NR,重復次數根據復合材料的層數確定；(5)將步驟(4)得到的交替多層片材進行裁剪，并放置到硫化機中進行硫化，得到輪胎氣密層復合材料。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，輪胎氣密層1復合材料包含層數的多少可以通過折疊次數來控制，折疊次數越多，復合材料層數越多。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，NR/PVOH/NR. . . NR/PV0H/NR結構形式的復合材料片材的制備，既可用平板壓機又可用壓延機。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，PVOH層3的厚度可以通過涂覆工藝控制，輪胎氣密層1復合材料總厚度可以通過硫化工藝進行調節。本發明一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，步驟(4)也可以利用將步驟(3)得到的片材裁剪成面積相同的η片(η根據復合材料的層數確定)，將η片片材疊放在一起，利用壓機等設備將其壓制成一定厚度的薄片，從而得到具有層狀結構的復合材料片材；在疊放各層時，層與層之間也可涂覆一層PVOH溶液，待水分風干后再疊放與壓制。
權利要求
1.一種輪胎氣密層復合材料，其特征在于由阻隔層聚乙烯醇PVOH和基層橡膠組成的交替多層結構，橡膠層厚度大于PVOH層厚度，結構形式為橡膠/PVOH/橡膠…橡膠/PVOH/橡膠，上下表層均為橡膠層。
2.根據權利要求1所述的一種輪胎氣密層復合材料，其特征在于阻隔層PVOH采用尼龍(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡膠替代。
3.根據權利要求1所述的一種輪胎氣密層復合材料，其特征在于PV0H層材料中可以添加乳膠或相容橡膠。
4.根據權利要求3所述的一種輪胎氣密層復合材料，其特征在于所述相容橡膠與基層橡膠相容或相同。
5.根據權利要求1所述的一種輪胎氣密層復合材料，其特征在于基層橡膠采用天然橡膠、丁苯橡膠或乙丙橡膠。
6.權利要求1所述的一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，其特征在于，制備方法如下首先，制備PVOH溶液配置PVOH水溶液；其次，制備混煉膠片采用現有方法對添加有各種填料(炭黑、硫磺等)的橡膠進行混煉，得到物性均一的、具有一定厚度的混煉膠片；第三步，混煉膠片涂覆PVOH溶液利用涂覆機或其它具有涂覆功能的設備，混煉膠片上單面涂覆PVOH溶液，待PVOH涂層中的水分蒸干后，將膠片對折并將其壓成一定厚度的單層阻隔薄片；第四步，形成交替多層結構將單層阻隔薄片進行多次折疊并壓薄，最終得到具有層狀結構的交替多層片材，結構形式為橡膠/PVOH/橡膠…橡膠/PVOH/橡膠，根據阻隔性能要求確定交替多層片材的層數；第五步，將交替多層片材進行裁剪，并放置到硫化機中進行硫化，得到輪胎氣密層復合材料。
7.根據權利要求6所述的一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，其特征在于PV0H溶液采用尼龍(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡膠的熔融物替代，或采用尼龍(PA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或丁基橡膠與相容溶劑的混合物替代。
8.根據權利要求6所述的一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，其特征在于單層阻隔薄片或交替多層結構片材的制備可選擇平板壓機或壓延機。
9.根據權利要求6所述的一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，其特征在于采用將單層阻隔薄片裁剪成面積相同的η片，再將η片片材疊放在一起，利用壓機等設備將其壓制成一定厚度的交替多層片材，從而得到具有層狀結構的復合材料片材。
10.根據權利要求9所述的一種輪胎氣密層復合材料的制備方法，其特征在于在疊放單層阻隔薄片時，片與片之間也可涂覆一層PVOH溶液，待水分風干或烘干后再疊放與壓制。
全文摘要
本發明公開了一種輪胎氣密層復合材料及其制備方法，該復合材料由阻隔層聚乙烯醇PVOH和基層橡膠組成的交替多層結構，橡膠層厚度大于PVOH層厚度，結構形式為橡膠/PVOH/橡膠…橡膠/PVOH/橡膠，上下表層均為橡膠層；其制備方法為先制備PVOH溶液和混煉膠片，將混煉膠片單面涂覆PVOH溶液，待PVOH涂層中的水分蒸干后，將膠片對折并將其壓成一定厚度的單層阻隔薄片，將單層阻隔薄片進行多次折疊并壓薄，最終得到具有層狀結構的交替多層片材，將交替多層片材進行裁剪，并放置到硫化機中進行硫化，得到輪胎氣密層復合材料。本發明氣密層具有交替多層復合結構，由于混煉膠有很好的力學性能，PVOH有很好的阻隔性，因此在滿足力學性能的同時也提高了阻隔性能。
文檔編號B29C35/00GK102390142SQ201110192350
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月11日 優先權日2011年7月11日
發明者丁玉梅, 楊衛民, 焦志偉, 謝鵬程, 鐘雁 申請人:北京化工大學