一种具有高性能单向阀的多气室防爆轮胎的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于轮胎技术领域，涉及一种具有高性能单向阀的多气室防爆轮胎。
【背景技术】
[0002]车辆越来越成为人们生活和工作的重要工具，越来越发达的高速公路和车辆的高科技，使车辆的速度越来越快，这在给人们带来方便的同时，也带来巨大的安全隐患，车辆高速行驶爆胎会造成瞬间偏向，爆胎的后果轻者会使车辆失去正常的行驶状态，转向盘失去控制，车辆偏驶，严重的将会出现车辆完全失控、甩尾，造成重大交通事故。
[0003]现有技术的多气室轮胎如公告号CN2803775的中国发明专利多气室防爆轮胎，包括第一、二隔离层、轮箍及整体轮胎4部分；其特征是:在轮胎内，环向的增加有第一、第二隔离层，使轮胎内，形成三个互不相通而又独立的第一、第二气室、及中间空腔，第一、第二隔离层一侧同整体轮胎连接，另一侧同轮箍的突出边连接。该发明采用三个互不相通的气室，尽管能达到车辆轮胎防爆的目的，但在轮胎充气的过程中，容易导致轮胎的各气室之间的气压不相等，从而降低了车辆行驶的平稳性，甚至提高了车辆爆胎的几率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种结构简单、各气室的气压相等且不易爆胎的具有高性能单向阀的多气室防爆轮胎。
[0005]本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种具有高性能单向阀的多气室防爆轮胎，包括胎体与设置于胎体内的若干腔室，其特征在于:所述腔室包括充气腔室以及与充气腔室相邻的若干储气腔室，在充气腔室与各储气腔室之间设置有第一分隔层，在第一分隔层上设置有使充气腔室内的气体进入储气腔室内的单向阀，在相邻两储气腔室之间设置有第二分隔层，所述单向阀包括阀体、活塞、压帽以及阀体与压帽之间的密封层，所述单向阀的活塞、密封层均由复合材料制成，所述复合材料包括聚四氟乙烯粉末、表面改性的碳纤维、纳米CaCO3、纳米Si2N4，所述各组分组成(以质量百分比计)为:聚四氟乙烯粉末:8-20%，表面改性的碳纤维:0.5-10%，改性纳米CaC03:0.5_10%，纳米Si 2N4:0.5-10%，余量为聚醚醚酮粉末。
[0006]随着树脂基复合材料在高技术领域的应用，对其性能要求越来越高，例如要求同时承受多方向或多种载荷，要求更高的尺寸稳定性等，而本发明中则要求轮胎中单向阀具有较好的密封性和精度度。聚芳醚酮树脂分子是由醚基和羰基(酮基)联结的苯环构成的直链分子，这样的分子结构和化学组成决定了它们一般具有良好的化学稳定性、热稳定性等，分子链上的芳香基团为分子链提供了足够的刚性，而醚基的存在又为分子链提供了足够的柔韧性，又决定了聚芳醚酮树脂具有良好的物理机械性能。本发明单向阀活塞与密封层的复合材料则选择在聚醚醚酮(PEEK)中加入部分聚四氟乙烯(PTFE)，并复配加入碳纤维、改性纳米CaCO3、纳米Si2N4，通过各成分之间的作用显著提高复合材料的综合性能。
[0007]而单向阀活塞、密封层复合材料的组成成分及其含量，成分中纤维的排布方式、不同类型纤维混杂使用等工艺的发展和完善对最终复合材料的性能具有重要的意义。经过不断实践表明改性碳纤维表面和PEEK特定的结构使复合材料中纤维表面附近PEEK的聚集态结构和化学结构因PEEK链的熔融而发生不同于聚合物本体的变化。在等同于单链链团尺寸的范围内，大分子链沿纤维表面发生明显的取向；在单个链节尺寸厚度之内，改性碳纤维表面石墨微晶甚至导致PEEK的芳香化。这两个尺度上聚合物结构与本体中的差异使复合材料内产生了较大的内应力，明显提高复合材料的性能。链取向程度和化学结构的变化均直接影响着复合材料的力学性质。且碳纤维具有很高的强度和刚性，与PEEK的相容性较好，可以提高复合材料的粘结性，孔隙率只有0.1%左右。纳米Si2N4为润滑剂加入复合材料中，在摩擦过程中发生了摩擦化学反应，与改性纳米CaCO3、表面改性的碳纤维一起作用，既能降低其摩擦系数，又能提高耐磨性。为了改善其他成份与聚醚醚酮树脂基体之间的界面粘结状况，本发明加入了适量的改性纳米CaCO3，通过聚醚醚酮扩散和嵌入到颗粒纳米碳酸钙表面的凹槽及微孔中，促使颗粒牢牢固定于聚醚醚酮基体中，或是通过颗粒表面的官能团与聚醚醚酮的官能团之间的化学反应形成化学键，使改性纳米0&0)3与聚醚醚酮基体之间的界面具有较好的粘结性，通过原料本身的表面能或表面张力和由此而产生的界面张力大大改善复合材料的触变性，增强制品的尺寸稳定性，并提高复合材料的延伸性、抗张强度、撕裂强度等性能。此外，填料或纤维的加入不仅可以调节或改良复合材料的性能，还可以降低成本。
[0008]作为优选，所述单向阀活塞、密封层的复合材料各组分组成(以质量百分比计)为:聚四氟乙烯粉末:8-20%，表面改性的碳纤维:0.5-10%，改性纳米CaC03:0.5-10%，纳米Si2N4:0.5-10%，余量为聚醚醚酮粉末。
[0009]进一步优选，所述单向阀活塞、密封层的复合材料各组分组成(以质量百分比计)为:聚四氟乙烯粉末:15%，表面改性的碳纤维:8%，改性纳米0&0)3:5%，纳米512队:5%，余量为聚醚醚酮粉末。
[0010]进一步优选，所述单向阀活塞、密封层的复合材料各组分组成(以质量百分比计)为:聚四氟乙烯粉末:12%，表面改性的碳纤维:5%，改性纳米0&0)3:8%，纳米512队:8%，余量为聚醚醚酮粉末。
[0011]进一步优选，所述单向阀活塞、密封层的复合材料各组分组成(以质量百分比计)为:聚四氟乙稀粉末:8%，表面改性的碳纤维:10%，改性纳米CaCO3:10%，纳米Si 2N4:I %，余量为聚醚醚酮粉末。
[0012]进一步优选，所述单向阀活塞、密封层的复合材料各组分组成(以质量百分比计)为:聚四氟乙烯粉末:20%，表面改性的碳纤维:1%，改性纳米CaCO3:10%，纳米Si2N4:1 %，余量为聚醚醚酮粉末。
[0013]在上述的一种具有高性能单向阀的多气室防爆轮胎中，复合材料中所述表面改性的碳纤维通过如下方法改性:将碳纤维加入复配酸性溶液中，碳纤维与复配酸性溶液的摩尔比为1: (2-10)，然后在50-70°C的反应温度下，处理50-100min，处理完全后在100_120°C烘干即可制成表面改性的碳纤维。其中，所述复配酸性溶液由以下重量百分含量的组分组成:双氧水30-50%，过硫酸钾或硫酸钠50-70%，甲酸钠或乙酸钠0-20%。
[0014]未经表面处理的碳纤维具有惰性大、表面光滑、表面能低，缺乏化学活性的官能团，反应活性较低，与树脂集体的粘接性较差。且高温抗氧化性较差能与金属进行有害的化学反应，与金属的界面浸润性欠佳等缺点，直接影响复合材料的力学性能。因此，为了改善碳纤维与聚醚醚酮、聚四氟乙烯间的浸润性，本发明先对碳纤维表面进行改性，再与聚醚醚酮、聚四氟乙烯等原料进行复配使用，使用于单向阀活塞、密封层的复合材料的力学性能更好，且无毒、无污染。且碳纤维在重量仅相当于钢材重量的20-30%，硬度却达到钢材的10倍以上。将表面改性的碳纤维加入复合材料中制备单向阀，不仅可以使单向阀轻量化，还可以提高单向阀的机械强度、抗冲击性、密封性、精度等。另外，与玻璃纤维相比，表面改性的碳纤维具有较高的导热率，较低的摩擦系数，因此本发明中选用表面改性的碳纤维而不用玻璃纤维。
[0015]在上述的一种具有高性能单向阀的多气室防爆轮胎中，复合材料中所述表面改性的碳纤维的长度为5mm-60mm。如果碳纤维长度较小，在几个毫米范围内，则通过纤维增强结构的效果就会减弱，反之，较长的碳纤维则难以进行加工。
[0016]在上述的一种具有高性能单向阀的多气室防爆轮胎中，复合材料中所述纳米0&0)3通过如下方法进行改性:将纳米CaCO3加入到有机溶剂中，用1.8-2.3%钛酸酯偶联剂在30-35°C下进行改性，改性时的搅拌速率为1400-1450r/min，改性时间为15_25min。
[0017]未改性纳米碳酸钙表面是强极性的，在水中自然沉降。为了改善无机填料纳米碳酸钙与聚醚醚酮基体之间的界面粘结状况，对纳米碳酸钙进行表面处理是必要的，而改性纳米碳酸钙表面是非极性的，具有较强的疏水性，在水中由于巨大的表面张力使其在水面上漂浮不沉，因此，改性处理后的纳米碳酸钙的处理效果更好。
[0018]在上述的一种具有高性能单向阀的多气室防爆轮胎中，复合材料中所述纳米CaCOj^粒径为25nm-100nm。通