专利名称：一种不会爆胎的开式结构力胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有支撑及缓冲结构的由具有弹性缓冲性质材料制成的免充气不爆胎力胎的制造技术，主要是聚氨酯力胎的制造技术，普遍适用多领域轮式力胎使用。
背景技术：
本发明申请是已经提交中国专利局的申请号为201110204785.0及201110462022.6的部分继续申请，同时又是授予中国专利的专利号为ZL200920274370.9、ZL201120256085.1 及 ZL201120578218.7 的部分继续申请。力胎是区别于车辆轮胎包括飞行器轮胎及力车胎的又一个轮式胎的细分领域。事实上在传统的分类概念中，力胎与力车胎是一个混淆的概念，力车胎按用途的传统分类概念，可分为自行车胎、手推车胎、三轮车胎、电动车胎、摩托车胎及多用途车胎等几大类，它们与汽车轮胎相比，具有轮辋较大而轮胎较小、承重及速度有限、制造工艺相对简单等特点。总的来说，力车胎是力机械式车辆(包括摩托车)的重要交通配件之一。而力胎，严格来说并非是力机械式车辆所具有的轮胎，它与力车胎的显著区别在于并非安装于“车辆”(包括机动车辆及非机动车辆)之上，而是适用于各种童车及婴儿推车脚轮、各种旱冰及滑板滑轮、箱包脚轮、各种万向轮、各种推车及工具车脚轮以及各种床、架类脚轮等等，其用途非常广泛。而目前国内外严格来说并没有“力胎”这一限制内涵的统称或概念，其涵盖的产品均以各自产品的名称命名。本专利申请所称的“力胎”即涵盖同时并不仅仅涵盖上述产品。长期以来，力胎的制造依据其用途的不同其材质包括金属、塑胶、聚氨酯、橡胶、玻璃甚至木头等，其共通的特点是要么具有开式结构而不具有弹性，要么具有弹性而不具有开式结构。当然，部分产品并不要求其使用中具有开式结构或弹性，但大部分产品需要两者兼具。例如力胎的弹性特征可用于诸多方面，包括箱包及各种推车脚轮等，可减少颠簸，防止易碎货品受损及延长使用寿命；再比如用于转移病人的医用推车、手术推车等，在减轻颠簸的同时，可缓解患者的痛苦及防止二次伤害的发生。从使用和制造的最优化考虑，使用的舒适和制造的简便及材质的节约，应是本专利申请的出发点所在。目前，免充气不爆胎同时兼具弹性缓冲性能的开式结构力胎在中国尚属空白领域。
发明内容
为填补免充气不爆胎同时兼具弹性缓冲性能的开式结构力胎在中国的空白领域，本发明提供了一种新的力胎选择，即利用具有弹性缓冲性质的材料，在力胎轮辋及地面之间，建立一个缓冲及支撑带，通过对现有力胎的承载和缓冲结构的改变和合理的产品配方，达成保留现有力胎的优点，克服现有力胎缺陷的目的，同时大幅改善和提闻力胎性能，大幅提高力胎使用寿命和应对复杂路面的能力，同时大幅简化力胎的生产工艺及降低力胎的生产成本。
本发明所述的“免充气不爆胎同时兼具弹性缓冲性能的开式结构力胎”(简称“不爆胎力胎”或“开式结构力胎”或“开式力胎”)，其力胎的弹性缓冲材料采用橡胶、塑胶或聚氨酯等弹性缓冲材料，本发明制作采用聚氨酯制作不爆胎力车胎主体——弹性体，其胎面采用同一配方的聚氨酯。所述开式力胎结构由包裹着力胎轮辋的聚氨酯内圈部分和与地面接触的聚氨酯外圈部分所组成，聚氨酯内圈的轴径等于或小于聚氨酯外圈的轴径，其间由位于聚氨酯内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板或由力胎圆心向外放射位于所述内外圈之间的支撑板或由位于所述内外圈之间的空心圆柱形侧壁所组成。开式力胎的径向横截面呈矩形或梯形，如呈梯形则内圈部分较小，内圈部分与轮辋粘合。在开式力胎的径向横截面呈矩形的情况下，位于两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板，其“V”形夹角在10° -120°之间；位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角呈10° -60°。在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，位于两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板每侧外缘与半径平面呈10° -30°的夹角，其“V”形夹角在10° -120°之间；位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧外缘与半径平面呈10° -30°的夹角，同时位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角呈10° -60°。开式力胎中，位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板呈平面状，它垂直于该力胎的转动轴线，并位于所述内外圈圆筒形构件的轴向端面的中间，每一条环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板构件从所述环状辐板构件的相对侧面沿轴向伸出，同时支撑板沿相对的方向倾斜。在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，所述支撑板相对于半径平面以10° -30°角伸出。在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，位于两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板，其支撑板构件的两侧从所述内圈圆筒形构件到外圈圆筒形构件不断张开，以至在一个轴向平面中呈现为一个梯形的横截面。开式力胎因为梯形结构的截面能很好地分配所承受的力，尤其在横向加速及斜面上行驶时，本发明的胎面与地面的接触面积随着其弹性缓冲材料的立向拉伸或压缩而尽量保持最大化，增加了此类工况下的稳定性及抓地力，避免了目前力胎的胎面与地面接触面积在此类工况下的减小趋势及胎壁接触地面的增大趋势，也进一步加强了操控性和安全性。同时，开式力胎能有效避免目前有些充气力胎在亏气时对两侧胎肩磨损加大，而在多气时造成胎冠中间部位磨损加剧的情况出现，也能避免力胎在各种不同的温度环境中因热胀冷缩而造成的轮胎气压变化，这些情况不仅影响操控，同时留下了极大的安全隐患。开式力胎中，所述弹性材料聚氨基由以下原料制得:1、低聚物多元醇:包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等，分子量500-6000 之间。
2、二异氰酸酯及多异氰酸酯:包括甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、四甲基苯亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的任一种，或至少两种的组合，优选MDI和NDI。多异氰酸酯包括TD1、MD1、HD1、IPDI的三聚体。3、扩链剂包括二元胺和二元醇两类，二元胺扩链剂包括3，3' -二氯-4，4' -二苯基甲烷二胺(MOCA)、而己基甲苯二胺(DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)等，二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、1，4-二(2-羟乙基)对苯二酚，2-甲基-1，3-丙二醇、N，N-二(2羟丙基)苯胺等，其中二元醇扩链剂仅添加很少量或不适用，优选M0CA。4、交联剂包括三羟甲基丙烷、三异丙醇胺和丙三醇、三聚异氰酸酯等。5、其它助剂包括颜料、填料、水解稳定剂等。6、通过将颜料直接与多元醇混合，可以得到各种颜色的聚氨酯开式结构力胎。开式力胎的合成包括预聚体的生产、浇筑及后熟化三个过程。预聚体合成生产步骤:①聚酯多元醇脱水(在脱水釜中进行)将聚酯二元醇或聚醚二元醇加热熔化后，在带搅拌的不锈钢或搪瓷釜中脱水，脱水温度控制在100 140°C (聚醚100 110°C )，余压下(0.67kPa)脱水30 60min，使其含水质量分数<0.05% (从视镜可观察脱水情况)。为使罐内液体充分脱气，可间歇开停搅拌装置，抽一段时间真空后，可停止反应罐加热，使料温降至70 80°C。②预聚体合成(在反应釜中进行)力胎性能取决于所用的原材料及其配比和加工工艺。先按照性能要求选择合适的原材料，再按硬度要求选定合适配比及工艺条件(如混合温度、浇注和脱模时间及熟化条件等)。为保证预聚体质量，聚酯脱水及预聚体合成最好不在同一釜中进行，预聚体合成反应在干燥氮气保护下进行。为防止反应剧烈、温升过快，须备有冷却装置。加料顺序为先加异氰酸酯，后加低分子量多元醇。如反应剧烈，低分子量多元醇可分次加入，使反应过程平稳，反应温度易控制，合成的预聚体中游离异氰酸酯单体含量较低，结构较规整。温度保持在80±5°C，反应I 2h后分析异氰酸酯基含量。控制预聚体中异氰酸根含量在3.5-6.5%之间。③预聚体脱气可在预聚体合成反应釜或浇注机的A料罐(存放聚氨酯预聚体的物料罐)中进行，于85 ±5 °C及余压0.67kPa下脱泡30 60min。浇筑步骤:在B料罐(存放交联剂等的物料罐)中加入交联剂、扩链剂及其它助剂，启动各组分的加热系统，使A、B料均达到要求温度并各自循环，A料如需要可先进行真空脱气，达到预聚体中无气泡。按配方要求通过调节计量泵的转速和排量，使A、B料达到要求的混合比。启动浇注按钮，则A、B料在浇注头的混合腔中通过高速的混合使之混合均匀，当排出的混合料在透明软管中不含气泡时即可往模具中浇注。当浇注停止时，A、B原液即自动转为各自循环状态，回到各自料罐中。熟化:开式力胎脱模前在模具中应进行熟化处理，熟化温度可选择在其化学结构不发生破坏的前提下尽可能高一些，以加快扩链交联反应，缩短脱模时间，提高模具和设备利用率，常以100 120°C，1 24h为宜。具体制备操作预聚体的合成:体系按照常规方法合成，其中，低聚物二元醇为分子量在1000-2000的聚酯二元醇或聚醚二元醇，采用的异氰酸酯为NDI，异氰酸酯占总量的10-30%之间，保证预聚体的异氰酸根的含量为4.5-6.5之间。开式力胎的制备:将预聚体分别移至聚氨酯弹性体浇注机A罐中，加热至80 90°C，抽真空至余压
0.67kPa下脱泡30 60min。将扩链剂、交联剂等移至B罐中，按常规方法测定预聚体中异氰酸根含量和按设定的扩链系数计算预聚体和扩链剂用量的比例，并按比例调节好浇注机A、B两罐的计量泵。将力胎的轮毂放在预热至110 130°C的轮胎模具中，开动浇注机进行浇注。浇注完成后保温90-120min后出模，再将浇注好的力胎放置110 130°C的烘箱中熟化24h，即制得聚氨酯开式结构力胎。开式力胎材料性物性表
权利要求
1.一种不会爆胎的开式结构力胎，所述力胎由具有弹性缓冲性质的材料组成，由包裹着力胎轮辋的内圈部分和与地面接触的外圈部分所组成，内圈的轴径等于或小于外圈的轴径，其间由位于内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板或由力胎圆心向外放射位于所述内外圈之间的支撑板或由位于所述内外圈之间的空心圆柱形侧壁所组成，其特征是:利用具有弹性缓冲性质的材料，在力胎轮辋及地面之间，建立一个缓冲及支撑带，可广泛适用于使用力胎的轮式机械。
2.根据权利要求1所述的一种不会爆胎的开式结构力胎，其特征是:所述力胎的径向横截面呈矩形或梯形，如呈梯形则所述内圈部分较小，内圈部分与轮辋粘合； 在开式力胎的径向横截面呈矩形的情况下，位于所述两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板，其“V”形夹角在10° -120°之间；位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角呈10° -60° ； 在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，位于所述两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板每侧外缘与半径平面呈10° -30°的夹角，其“V”形夹角在10° -120°之间；位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧外缘与半径平面呈10° -30°的夹角，同时位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角呈10° -60° ； 所述开式力胎中，位于所述两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板呈平面状，它垂直于该力胎的转动轴线，并位于所述内外圈圆筒形构件的轴向端面的中间，每一条环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板构件从所述环状辐板构件的相对侧面沿轴向伸出，同时支撑板沿相对的方向倾斜；在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，所述支撑板相对于半径平面以10° -30°角伸出； 在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，位于所述两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于所述两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板，其支撑板构件的两侧从所述内圈圆筒形构件到外圈曲面圆筒形构件不断张开，以至在一个轴向平面中呈现为一个梯形的横截面。
3.根据权利要求1所述的一种不会爆胎的开式结构力胎，其特征是:所述力胎在位于轮辋外表面的两侧外缘且高于轮辋外表面之处设计有凸缘。
4.根据权利要求1所述的一种不会爆胎的开式结构力胎，其特征是:所述力胎的制造技术为两种聚氨酯原料直接浇注而成。
5.根据权利要求1，所述的不爆胎聚氨酯开式结构力胎由以下原料制得: ①低聚物多元醇:包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等，分子量500-6000之间； ②二异氰酸酯及多异氰酸酯:包括甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、四甲基苯亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的任一种，或至少两种的组合，优选MDI和NDI ;多异氰酸酯包括TD1、MD1、HD1、IPDI的三聚体； ③扩链剂包括二元胺和二元醇两类，二元胺扩链剂包括3，3'-二氯_4，4' - 二苯基甲烷二胺(MOCA)、而己基甲苯二胺(DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)等，二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、1，4-二(2-羟乙基)对苯二酚，2-甲基_1，3丙二醇、N，N-二(2-羟丙基)苯胺等，其中二元醇扩链剂仅添加很少量或不适用，优选MOCA ； ④交联剂包括三羟甲基丙烷、三异丙醇胺和丙三醇、三聚异氰酸酯等； ⑤其它助剂包括颜料、填料、水解稳定剂等； ⑥通过将颜料直接与多元醇混合，可以得到各种颜色的聚氨酯开式结构力胎。
6.根据权利要求1，所述的不爆胎聚氨酯开式结构力胎由预聚体的生产、浇筑及后熟化三个过程组成: 预聚体合成生产步骤: ①聚酯多元醇脱水(在脱水釜中进行) 将聚酯二元醇或聚醚二元醇加热熔化后，在带搅拌的不锈钢或搪瓷釜中脱水，脱水温度控制在100 140°C (聚醚100 110°C )，余压下(0.67kPa)脱水30 60min，使其含水质量分数<0.05% (从视镜可观察脱水情况)；为使罐内液体充分脱气，可间歇开停搅拌装置，抽一段时间真空后，可停止反应罐加热，使料温降至70 80°C ； ②预聚体合成(在反应釜中进行) 力胎性能取决于所用的原材料及其配比和加工工艺；先按照性能要求选择合适的原材料，再按硬度要求选定合适配比及工艺条件(如混合温度、浇注和脱模时间及熟化条件等)；为保证预聚体质量，聚酯脱水及预聚体合成最好不在同一釜中进行，预聚体合成反应在干燥氮气保护下进行；为防止反应剧烈、温升过快，须备有冷却装置；加料顺序为先加异氰酸酯，后加低分子量多元醇；如反应剧烈，低分子量多元醇可分次加入，使反应过程平稳，反应温度易控制，合成的预聚体中游离异氰酸酯单体含量较低，结构较规整；温度保持在80±5°C，反应I 2h后分析异氰酸酯基含量；控制预聚体中异氰酸根含量在3.5-6.5%之间； ③预聚体脱气 可在预聚体合成反应釜或浇注机的A料罐(存放聚氨酯预聚体的物料罐)中进行，于.85 ±5 °C及余压0.67kPa下脱泡30 60min ； 浇筑步骤: 在B料罐(存放交联剂等的物料罐)中加入交联剂、扩链剂及其它助剂，启动各组分的加热系统，使A、B料均达到要求温度并各自循环，A料如需要可先进行真空脱气，达到预聚体中无气泡；按配方要求通过调节计量泵的转速和排量，使A、B料达到要求的混合比；启动浇注按钮，则A、B料在浇注头的混合腔中通过高速的混合使之混合均匀，当排出的混合料在透明软管中不含气泡时即可往模具中浇注；当浇注停止时，A、B原液即自动转为各自循环状态，回到各自料te中； 熟化: 开式力胎脱模前在模具中应进行熟化处理，熟化温度可选择在其化学结构不发生破坏的前提下尽可能高一些，以加快扩链交联反应， 缩短脱模时间，提高模具和设备利用率，常以100 120°C，1 24h为宜。
全文摘要
一种不会爆胎的开式结构力胎，所述力胎由具有弹性缓冲性质的材料组成，由包裹着力胎轮辋的内圈部分和与地面接触的外圈部分所组成，内圈的轴径等于或小于外圈的轴径，其间由位于内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板或由力胎圆心向外放射位于所述内外圈之间的支撑板或由位于所述内外圈之间的空心圆柱形侧壁所组成，可广泛适用于使用力胎的轮式机械，达成保留现有力胎的优点，克服现有力胎缺陷的目的，同时大幅改善和提高力胎性能，大幅提高力胎使用寿命和应对复杂路面的能力，同时大幅简化力胎的生产工艺及降低力胎的生产成本。
文档编号B60C1/00GK103112315SQ201310051430
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月26日 优先权日2013年1月26日
发明者王冰, 余前孙, 邝银欢 申请人:深圳市道尔轮胎科技有限公司