一种免充气实心轮胎的制作方法

本发明涉及一种轮胎，具体是指一种免充气实心轮胎，属于轮胎技术领域。

背景技术：

传统轮胎都是有内胎的，在车辆行驶过程中易出现内胎爆裂的危险，传统轮胎还容易被玻璃、钉子等尖锐物扎破、刺穿，导致危险事故的发生，同时还需要补胎和不定期充气，使用起来比较麻烦。传统的全橡胶实心胎在长时间的骑行后会出现老化、开裂等现象，而且骑行的舒适度很差。因此研制一种弹性好，稳定性好，使用性能好的新型实心轮胎显得非常有必要。

免充气轮胎从19世纪20年代出现以后，越来越受到人们关注。早期的免充气轮胎主要是实心轮胎，在重工业领域有着广泛的应用，主要安装在搬运或运输沉重型货物和材料的叉车或铲车上。实心轮胎普遍生热快而散热慢，容易因为生热而损坏，而且乘坐舒适性差，因此乘用车辆很少采用。2005年米其林公司发布了新型的tweel概念轮胎，轮胎和轮辋结合成一体，可以在免充气情况下拥有普通充气轮胎的主要功能。tweel的发布是具有现代意义的新型免充气轮胎诞生的标志，建立了轮胎经济性、环保性、安全性和行驶平顺性的新标准。此后，更多国际轮胎制造企业、轮胎研发机构和汽车制造厂商开始关注新型免充气轮胎的开发，有关的新发明、新技术和新概念轮胎大量出现。

目前，免充气轮胎主要由聚氨酯材料制备，这种轮胎由于对聚氨酯生产工艺控制不好，没有得到一种既耐磨又具有良好并适宜弹性的聚氨酯本体，因此需要在轮胎上增加其他部件增强抗承载能力，或者在轮胎上镂刻出镂空结构来减小硬度，这些都会增加工艺和成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构稳定、重量轻、抗压性好、弹性好、可回收的新型免充气实心轮胎，特别是用于低速行驶车辆，如自行车、电动车和婴儿推车等所用的免充气实心轮胎。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种免充气实心轮胎，所述的免充气实心轮胎包括免充气实心胎芯、橡胶外胎及轮辋，免充气实心胎芯和橡胶外胎组装后固定在轮辋上，所述的免充气实心胎芯是由热塑性聚氨酯发泡材料模压成型制得。

本发明利用热塑性聚氨酯发泡材料的特点：质量轻，耐磨性好，弹性好等，采用模压成型手段制造新型的免充气实心胎芯，这种胎芯的成型条件简单，制备的免充气实心轮胎可以回收，实现资源的最大化利用。

进一步优选，所述热塑性聚氨酯发泡材料为聚醚型热塑性聚氨酯发泡材料。其中聚醚型热塑性聚氨酯的异氰酸酯指数r值nco/oh为1.01-1.04，随着r值的增大，异氰酸酯含量增加，热塑性聚氨酯硬段含量增加，结晶性增强，造成拉伸强度和断裂伸长率等力学性能增加，但是当r值继续增大时，由于nco基团含量过多，分子柔顺性降低，力学性能反而有所下降。当r值为1.01-1.04时，聚醚型热塑性聚氨酯力学性能适宜，获得的发泡材料性能优异。

作为优选，所述免充气实心胎芯上设计有3-8个凹槽，而橡胶外胎上设计对应数量的鼓包。这样胎芯与外胎可以形成一个比较稳固的结构。

作为优选，所述热塑性聚氨酯发泡材料由超临界二氧化碳发泡制得。控制条件使用超临界二氧化碳发泡，获得的发泡材料泡孔分布均匀，孔径均一，材料的力学性能优异。

作为优选，所述发泡过程包括：将热塑性聚氨酯材料放入高压釜中，通入co2，使高压釜中压力为7-40mpa，温度为25-55℃，进行保压渗透，泄压后进行发泡。

作为优选，发泡过程中的保压渗透时间为2-4h。超临界co2渗透基体是一个缓慢的过程，保压渗透时间太短，超临界co2还没有完全渗入弹性体；保压渗透时间太长，发泡形成的泡孔过大。

作为优选，所述热塑性聚氨酯发泡材料的密度为0.1-0.3g/cm³。发泡材料密度越小，材料中形成的泡孔越多，使用过程中容易被压实，产生坍陷，影响材料使用寿命；而密度越大，发泡材料的弹性不足，影响骑行舒适度。

进一步优选，所述热塑性聚氨酯发泡材料的密度为0.15-0.23g/cm³。

作为优选，所述模压成型步骤包括：将热塑性聚氨酯发泡材料充入模具，加热施压，保稳定型后，通冷却水冷却，脱模并干燥定型得免充气实心胎芯。

进一步优选，所用的加热方法为高温蒸汽、高温油和高温水中的一种。优选的，采用高温蒸汽对体系进行加热。由于本发明的成型层是使用热塑性聚氨酯粒子，因此使用高温蒸汽加热，能够使加热的温度场比较均匀，粒子可以均匀地粘结在一起，如果温度场的梯度较大，会导致部分粘结，部分未粘结，再次提高加热温度或者提高保温时间的话会使已粘结部分出现熔融过渡的情况，反而会影响整体的性能。

作为优选，将热塑性聚氨酯发泡材料充入模具，加热施压，所述的加热温度为150-200℃。

作为优选，将热塑性聚氨酯发泡材料充入模具，加热施压，所述压力为0.1-0.3mpa。

作为优选，所述保温定型时间为1-5min。进一步地，所述保温的时间为3-5min。保温时间短可能会导致部分材料已经粘结，部分还是处于单独的粒子状态，而保温时间过长，会使已经粘结好的粒子熔融过渡，甚至还会出现滴落的现象。

具体的，将发泡材料由料枪打入模具腔体内，然后通入高压蒸汽，此时关闭一边的冷凝水阀，打开蒸汽进汽阀。同时，使相对面的蒸汽进汽阀关闭，冷凝水阀打开，以使蒸汽从相反的方向喷出。在一定压力下，各个颗粒表面相互熔融粘合制得制品。通蒸汽一定时间后，通冷却水冷却，冷却后脱模并干燥定型，得免充气实心胎芯。免充气实心胎芯与橡胶外胎配合使用，通过橡胶外胎上的卡槽与轮辋固定组装在一起，得到免充气实心轮胎。

本发明对于现有技术的优点为：

(1)使用热塑性聚氨酯发泡材料制作而成的免充气实心胎芯，具有质量轻，弹性好，稳定性高的优点，在骑行中提供更加舒适的体验；

(2)免充气实心胎芯与橡胶外胎配合使用，结合了橡胶外胎的耐磨性和胎芯的缓冲舒适性，而且能与现有的自行车或者电动车的轮辋相配合，使其应用与使用更加方便；

(3)热塑性聚氨酯发泡材料、实心胎芯以及实心轮胎在制作的过程中，方法简单，生产过程无污染，而且废旧的制品还可以进行回收再利用，节省资源。

附图说明

图1为实施例1免充气实心轮胎结构示意图。

图2为实施例1免充气实心轮胎截面图。

图3为实施例1免充气实心胎芯填充热塑性聚氨酯发泡材料截面图。

具体实施方式

下面通过具体实施例以及附图对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

实施例1

在轮胎模具的内部成型舱中填入经超临界二氧化碳发泡制得密度为0.16g/cm³的聚酯型热塑性聚氨酯发泡粒子，闭合模具，通入0.2mpa、150℃的高温蒸汽后，保温定型3min，然后通入冷凝水冷却并干燥定型，最终得到免充气实心胎芯；将制得的胎芯安装在现有的橡胶外胎的内部；最后利用工具将组装好的轮胎安装在轮辋上，得免充气实心轮胎。

实施例2

在轮胎模具的内部成型舱中填入经超临界二氧化碳发泡制得密度为0.23g/cm³的聚醚型热塑性聚氨酯发泡粒子，闭合模具，通入0.2mpa、150℃的高温蒸汽后，保温定型3min，然后通入冷凝水冷却并干燥定型，最终得到免充气实心胎芯；将制得的胎芯安装在现有的橡胶外胎的内部；最后利用工具将组装好的轮胎安装在轮辋上，得免充气实心轮胎。

实施例3

在轮胎模具的内部成型舱中填入经超临界二氧化碳发泡制得密度为0.14g/cm³的聚酯型热塑性聚氨酯发泡粒子，闭合模具，通入0.2mpa、150℃的高温蒸汽后，保温定型3min，然后通入冷凝水冷却并干燥定型，最终得到免充气实心胎芯；将制得的胎芯安装在现有的橡胶外胎的内部；最后利用工具将组装好的轮胎安装在轮辋上，得免充气实心轮胎。

实施例4

在轮胎模具的内部成型舱中填入经超临界二氧化碳发泡制得密度为0.25g/cm³的聚醚型热塑性聚氨酯发泡粒子，闭合模具，通入0.2mpa、150℃的高温蒸汽后，保温定型3min，然后通入冷凝水冷却并干燥定型，最终得到免充气实心胎芯；将制得的胎芯安装在现有的橡胶外胎的内部；最后利用工具将组装好的轮胎安装在轮辋上，得免充气实心轮胎。

实施例5

将r值为1.00的聚醚型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中，通入二氧化碳并加压，使压强达到13mpa，温度40℃，此时二氧化碳处于超临界状态，在此状态下保压渗透3h，快速泄压后进行发泡，得聚醚型热塑性聚氨酯发泡材料。在轮胎模具的内部成型舱中填入该发泡粒子，闭合模具，通入0.15mpa、190℃的高温蒸汽后，保温定型3min，然后通入冷凝水冷却并干燥定型，最终得到在外表面设计有5个凹槽的免充气实心胎芯；将其安装在对应位置设计有5个鼓包的橡胶外胎内部，胎芯和外胎牢固成型；最后利用工具将组装好的轮胎安装在轮辋上，得免充气实心轮胎。

实施例6

将r值为1.03的聚醚型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中，通入二氧化碳并加压，使压强达到13mpa，温度40℃，此时二氧化碳处于超临界状态，在此状态下保压渗透3h，快速泄压后进行发泡，得聚醚型热塑性聚氨酯发泡材料。在轮胎模具的内部成型舱中填入该发泡粒子，闭合模具，通入0.15mpa、190℃的高温蒸汽后，保温定型3min，然后通入冷凝水冷却并干燥定型，最终得到在外表面设计有5个凹槽的免充气实心胎芯；将其安装在对应位置设计有5个鼓包的橡胶外胎内部，胎芯和外胎牢固成型；最后利用工具将组装好的轮胎安装在轮辋上，得免充气实心轮胎。

实施例7

将r值为1.01的聚醚型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中，通入二氧化碳并加压，使压强达到20mpa，温度45℃，此时二氧化碳处于超临界状态，在此状态下保压渗透2.5h，快速泄压后进行发泡，得聚醚型热塑性聚氨酯发泡材料。在轮胎模具的内部成型舱中填入该发泡粒子，闭合模具，通入0.19mpa、160℃的高温蒸汽后，保温定型3.5min，然后通入冷凝水冷却并干燥定型，最终得到在外表面设计有5个凹槽的免充气实心胎芯；将其安装在对应位置设计有5个鼓包的橡胶外胎内部，胎芯和外胎牢固成型；

最后利用工具将组装好的轮胎安装在轮辋上，得免充气实心轮胎。

对比例1

对比例1与实施例7的区别为在轮胎模具的内部成型舱中填入未经发泡的r值为1.01的聚醚型热塑性聚氨酯材料，其它与实施例7相同，不在此赘述。

对比例2

r值为1.01的聚醚型热塑性聚氨酯由二氧化碳未在超临界状态下发泡，其它步骤与实施例7相同。

对比例3

对比例3与实施例7的区别为在轮胎模具的内部成型舱中填入密度为0.32g/cm³的热塑性聚氨酯发泡粒子，其它与实施例7相同。

对比例4

对比例4与实施例7的区别为使用0.35mpa、210℃高温蒸汽，保温定型6min，其它与实施例7相同。

对实施例1-7以及对比例1-4的免充气实心轮胎进行力学性能测试，测试结果见表1。

表1

另外，本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。