专利名称：橡胶聚氨酯复合轮胎的生产方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种橡胶聚氨酯复合轮胎的生产方法及装置，特别是以新、旧橡胶胎体为基，聚氨酯胎面真空灌注成型新工艺生产的复合长寿轮胎。
目前，一只橡胶新轮胎的使用寿命仅为0.5至1年，在机动车辆的使用年限内，常需更换新胎5至6次。因此，国内、外数十亿只废旧轮胎因无处存放而成灾。上述报废轮胎，只是因胎面磨损已尽，其轮胎壳体仍完好无损，造成轮胎壳的剩余值大，而胎面使用价值过小的矛盾。为此，国内外先后研制成修复和更新轮胎的方法和设备。热塑性TPU溶剂法如美国专利US00086942号《机动车的轮胎更新或修复》(合成热溶胶聚氨酯)，它是将热塑性聚氨酯(TPU)固体加热溶解于有机溶剂中，使其形成糊状物，涂于经处理后的轮胎表面，待溶剂浑发后即可形成有一定弹性的聚氨酯涂层。此种方法其一由于采用大量有机溶剂，特别是在加热条件下使热塑性聚氨酯(TPU)固体溶解，若用开口容器加热搅拌，则会造成环境严重污染，且易燃易爆，同时也损害了操作者的健康;其二由于溶剂全部挥发后即得成品，致使涂刷太厚造成原料流失浪费，太薄又很难达到轮胎固有的物理性能;其三它是将原料合成为-OH封端的TPU液体，然后再灌成片状物，经冷却变成固体，再经粉碎或挤出造粒，干燥后加入有机溶剂，经加热、搅拌、溶解、涂刷和干燥即为成品，工艺过程复杂，不易掌握，且不安全。其四是热塑性TPU溶剂法，尽管应用面广，但大都用于涂层较薄的产品中，固体含量一般不超过30%，否则粘度过大无法流平和施工，或若不采用真空涂刷会在施工中带入大量气泡，影响质量。综上所述，此种方法工艺复杂，不易掌握;污染环境，且不安全;涂层薄厚不均，产品性能差;几乎无法实现大批量生产，很难推广使用。粘合剂法如美国专利US00569192号《轮胎翻新修复二次合成冷加工硬化塑胶》(以聚氨酯粘合剂为基料的胶合剂聚氨酯合成橡胶)，它是将旧轮胎经表面处理，放入模具内并在室温下充填聚氨酯，无需加温加压即可固化。这种方法其一是用粘合剂做胎面，必然导致成本过高，用户难以接受，既使粘合剂性能好，但总体很难满足轮胎固有性能的需要;其二从聚氨酯弹性体角度出发，冷熟化工艺是不可取的，因旧轮胎经处理后，必然要接触空气，特别是潮湿空气，如不加温干燥并保热，必然会使胎面附有水分子，而水和聚氨酯中的-NCO基团极易发生反应生成CO2气体，这样就造成了旧轮胎和聚氨酯弹性体之间夹有且小又多的微孔气泡，而这些气泡象隔离层一样，将旧胎面与弹性体隔开，特别是在轮胎使用时，由于和地面磨擦生热，小气泡遇热澎胀，经碾压后气泡合并变大，造成界面间粘结强度和削离强度严重下降，严重时会导致胎体分离脱壳。其三冷熟化工艺，熟化时间长，若要缩短时间必须要加入催化剂，导致付反应增多，弹性体总体性能变坏。上述方法成本高，物性差，工艺保证条件不充分，很难推广应用。
本发明的目的是提供一种工艺流程短、简单易行，产品适用性强，可连续化生产，不但可生产出以橡胶胎壳为基，CPU为胎面的聚氨酯长寿轮胎，同时也可以采用废旧轮胎经处理后，制造出聚氨酯翻新再生长寿轮胎的橡胶聚氨酯复合轮胎的生产方法及装置。
本发明的要点是将新或旧橡胶轮胎壳表面打磨露出带毛刺的新胎面，放入钢模中加热至100～140℃出炉抽真空，将混合好的并经脱气的加热至80～90℃液体聚氨酯原料灌入刷有脱模剂的真空模腔中，待灌满后加压0.1～0.3°MPa，并保压入100～130℃恒温炉经4～6小时熟化后，降温、脱模即为成品。
本发明所使用的聚氨酯原料的选择1、聚酯醇(PA)可以是仲羟基线型己二酸乙二醇酯Mn(平均分子量)1500～2000;
2、异氰酸酯可以是4，4二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。
以上两种原料国内均有生产厂家，年产量几万吨易购买，选用MDI的原因是分子量大、对称性强，产品机械强度好，应注意的是MDI加入量的控制，也就是游离氰酸根-NCO含量的控制，当-NCO增加时，除伸长率降低外，其它性能均有提高，当-NCO含量下降时伸长率增加，其它性能降低较严重，经上百次试验测得最佳-NCO含量为4～6%之间均可采用。
3、扩链剂的选择热固性灌注聚氨酯(CPU)一般原则如用TDI大都采用胺类扩链剂(MOCA等)，当采用MDI时大都用醇做扩链剂。可做扩链剂的醇类很多，如丙二醇、乙二醇、一缩丙二醇、二乙二醇等等。本发明选择乙二醇，经试验得知乙二醇做扩链剂的弹性体，永久变形量最低，仅有3～5%，而一般轮胎橡胶永久变形量达35～40%，此外，乙二醇扩链的弹性体，滞后现象小、温升低，含量应在交、扩联剂总量的30～50%。
4、交联剂的选择CPU弹性体中利用三官能团的三羟甲基丙烷或丙三醇等做交联剂，使弹性体中含有一定数量的交联结构，可改变其弹性体的某些物理性能，特别是提高热稳定性能，这一点对轮胎来讲尤为重要，但控制交联度的百分含量也很重要。如果含量过高或过低均影响弹性体抗张强度、断裂伸长、模量、硬度、撕裂强度等物理性能的变化。本发明认为含量应在交、扩联剂总量50～70%区间内均可。要达到一定交联度的途径有两点，其一选用带有一定侧基链段的聚酯醇;其二是采用交联剂，本发明采用第二种方法控制交联度。
生产过程
恒温炉预聚物温度 75～85℃模具温度 100～140℃
真空度 200～-800KPa聚氨酯原料配制聚酯醇(PA) Mn1500～2000 100重量份MDI游离-NCO含量4～6%乙二醇(扩链剂)占扩、交联剂总量30～50%三羟甲基丙烷或丙三醇(交链剂)占扩、交联剂总量的50～70%扩联系数 85～95%碳化二亚胺(防水剂) 2～5%碳黑 2～5%物理性能扯断强度 200～260Kg/cm2扯断伸长 550～600%永久变形 3～5%硬度邵氏A 60～70密度 1.28～1.32g/cm3磨耗(阿克隆)cm3/1.61km 0.03本发明提供一种由异氰酸酯、多元醇和扩链剂一起反应制取聚氨基甲酸酯弹性体的方法，可以采用全预聚体法或拟预聚体法。无论采用上述那种方法做预聚体，均要求反应釜内温度恒定，搅拌均匀，特别是当扩链剂加入以后，由于受到搅拌时间的限制，一定要在短时间内搅拌均匀，否则弹性体的不同部位有不同硬度，物理性能差异较大。
PA为己二酸乙二醇1.2丙二醇酯多元醇，常温下为白色或乳白色固体，经溶化脱水后方可使用。MDI也为白色固体，经溶化(温度40～50℃)按配方计算值，并经精确计量后方能加入反应釜，边抽真空边搅拌。抽真空的目的是防止空气，特别是潮湿空气的存在而增加不理想的付反应。混合物需在75～85℃下完成预聚反应，如作全预聚体一定要控制好游离-NCO的含量在4～6%，作拟预聚体时也要精确控制-NCO的含量，一般要求反应时间在2～3小时即可，然后在不解除真空条件下，(在抽真空处)吸入补助材料。上述配方提供的是不加或加入微量催化剂T-12，这要根据操作者熟练程度和生产效益而定，若要求脱模时间短，在不影响弹性体物理性能基础上，可适量加入摧化剂。
控制要点1、反应物体积不得超过反应釜体积的2/3。
2、全部反应均在搅拌、加热、真空条件下进行。
3、全部投料要求精确计量。
4、PA溶化脱水后加入MDI前，温度不得超过60℃，(因加入MDI时要放出反应热，会使物料温度急刷升高难以控制)。
5、预聚物粘度与PA含水量、反应釜体积、搅拌转数、温度高低等因素有关。
本发明把二次混合、灌注合并为一次混合灌注，简化了工艺条件;由于原料先真空脱气，并在真空条件下充满模具，解决了潮湿空气的混入。模具灌满后加压并保压直至固化，增加了原料密实度，并使液料与胎面的粘合力大有提高，增加了胎面的机械强度和性能;为大量遗弃的废旧轮胎的修复、翻新提供了一种新方法及装置;本发明生产的轮胎寿命相当于橡胶轮胎的5～10倍，提高了机动车使用的经济效益;还可为国家减少进口橡胶每年支付的大量外汇。
以下将结合附图
对本发明生产825-16橡胶聚氨酯复合轮胎的生产方法装置作进一步详细描述。
附图为本发明生产橡胶聚氨酯复合轮胎装置的示意图。
先将旧825-16橡胶轮胎〔6〕表面打磨露出带毛刺的新胎面，装于与水平呈现15～45度角的密封模具〔5〕内，入炉加热至100～140℃备用。将碳黑500克干燥过筛混入10kg溶化的己二酸乙二醇1.2丙二醇酯(PA)中经脱水后，加入兼作反应釜的混料注射机缸体〔13〕中，事先将装于缸体〔13〕下部的出料阀门〔18〕关闭、4.4二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)2.9kg溶解后也加入缸体〔13〕中，由电机〔8〕开动缸体〔13〕内的搅拌浆〔14〕，并由设于缸盖〔12〕上的抽真空口(加料口)〔10〕接真空泵抽真空，〔11〕为视孔，并由装于缸体〔13〕上部的热电偶〔9〕和电热板〔15〕控制加热至80～85℃，并保温做预聚体1.5～2.5小时，在真空条件下，通过加料口〔10〕一次全部加入补助材料扩链剂乙二醇150g，交联剂丙三醇230g，防水剂碳化二亚胺500g，催化剂二月桂酸二J基锡(T-12)10g，并保持真空度(200～800KPa)，严防进空气搅拌5～10分钟，解除真空御下缸盖〔12〕，调整可调螺杆〔2〕，使其注塞〔1〕至注射缸体〔13〕上部入口，开启注塞〔1〕上的通气阀门〔4〕放气并开动油压机〔3〕，缓慢将注塞〔1〕压至液料平面关闭阀门〔4〕，由聚氨酯材料制成的注塞〔1〕与混料缸体〔13〕呈过盈配合。在上述过程中，将模具〔5〕空腔中的气体由模具上端的阀门〔7〕接真空泵抽真空，即开启模具上端的阀门〔7〕和下端的阀门〔16〕，胶管〔17〕连接阀〔16〕和阀〔18〕，抽真空后并闭阀〔7〕保注真空，同时开启缸体〔13〕下部的出料阀门〔18〕并开动油压机〔3〕缓慢将液体原料压注到模腔中，待模腔充满原料后，油压机〔3〕增压0.1～0.3MPa，关闭阀〔16〕放下起落架〔19〕，模具〔5〕入炉加热至100～130℃恒温4-6小时后出炉、脱模、检查、再热化。
权利要求
1.一种橡胶聚氨酯复合轮胎的生产方法，以旧橡胶轮胎经表面处理放入模具充填聚氨酯，经冷固化、脱模制成翻新轮胎，本发明的特征在于以新或旧橡胶轮胎壳表面打磨露出带毛刺的新胎面，放入模具中加热至100～140℃出炉抽真空，将混合好并经脱气的加热至80～90℃液体聚氨酯原料灌入刷有脱模剂的真空模腔中，待灌满后加压0.1～0.3MPa，并保压入100～130℃恒温炉经4～6小时熟化后，降温、脱模即为成品。
2.根据权利要求1的生产方法，其特征在于液体聚氨酯原料是将碳黑干燥过筛混入定量溶化的PA中经脱水与溶解后的MDI加入反应釜中，搅拌、抽真空加热至80～85℃，并保温做预聚体1.5～2.5小时，在真空条件下一次全部加入补助材料搅拌5～10分钟解除真空。
3.根据权利要求1、2的生产方法，其特征在于液体聚氨酯料中的补助材料的成分范围为扩链剂乙二醇 30～50%(重量)交联剂三羟甲基丙熔或丙三醇 50～70%(重量)各组份总和为100%(重量)
4.一种橡胶聚氨酯复合轮胎的生产装置，包括反应釜、注射机和模具，本发明的特征在于兼作反应釜的混料注射机缸体〔13〕、搅拌浆〔14〕和可在注射机缸体〔13〕上部进入，并通过油压机〔3〕注射聚氨酯原料于模具〔5〕内的注塞〔1〕，与水平是15～45度角的模具〔5〕的上、下两端分别设有进料阀〔16〕〔18〕和真空泵阀〔7〕，以及可恒温控制的电热板〔15〕和模具〔5〕起落架〔19〕。
5.根据权利要求4的生产装置，其特征在于聚氨酯注塞〔1〕与注射机缸体〔13〕为过盈配合。
全文摘要
一种涉及橡胶聚氨酯复合轮胎的生产方法及装置。它是将新、旧橡胶轮胎壳表面经处理后，放入模具中加温后抽真空，同时将经加温脱气的液体聚氨酯灌满刷有脱模剂的真空模腔中，经加压、保压、熟化、降温和脱模即为成品。所用的装置包括混料注射罐体、注塞、油压机、搅拌浆、电热板、模具和起落架。经本发明以橡胶壳为基，CPU为胎面的聚氨酯或经挂顶、翻新后的复合轮胎，使用寿命相当于橡胶新轮胎的5—10倍。
文档编号B29D30/62GK1062692SQ9011029
公开日1992年7月15日 申请日期1990年12月28日 优先权日1990年12月28日
发明者孙振环 申请人:齐齐哈尔市建华聚氨酯制品厂