專利名稱：橡膠聚氨酯復合輪胎的生產(chǎn)方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種橡膠聚氨酯復合輪胎的生產(chǎn)方法及裝置，特別是以新、舊橡膠胎體為基，聚氨酯胎面真空灌注成型新工藝生產(chǎn)的復合長壽輪胎。
目前，一只橡膠新輪胎的使用壽命僅為0.5至1年，在機動車輛的使用年限內(nèi)，常需更換新胎5至6次。因此，國內(nèi)、外數(shù)十億只廢舊輪胎因無處存放而成災。上述報廢輪胎，只是因胎面磨損已盡，其輪胎殼體仍完好無損，造成輪胎殼的剩余值大，而胎面使用價值過小的矛盾。為此，國內(nèi)外先后研制成修復和更新輪胎的方法和設備。熱塑性TPU溶劑法如美國專利US00086942號《機動車的輪胎更新或修復》(合成熱溶膠聚氨酯)，它是將熱塑性聚氨酯(TPU)固體加熱溶解于有機溶劑中，使其形成糊狀物，涂于經(jīng)處理后的輪胎表面，待溶劑渾發(fā)后即可形成有一定彈性的聚氨酯涂層。此種方法其一由于采用大量有機溶劑，特別是在加熱條件下使熱塑性聚氨酯(TPU)固體溶解，若用開口容器加熱攪拌，則會造成環(huán)境嚴重污染，且易燃易爆，同時也損害了操作者的健康;其二由于溶劑全部揮發(fā)后即得成品，致使涂刷太厚造成原料流失浪費，太薄又很難達到輪胎固有的物理性能;其三它是將原料合成為-OH封端的TPU液體，然后再灌成片狀物，經(jīng)冷卻變成固體，再經(jīng)粉碎或擠出造粒，干燥后加入有機溶劑，經(jīng)加熱、攪拌、溶解、涂刷和干燥即為成品，工藝過程復雜，不易掌握，且不安全。其四是熱塑性TPU溶劑法，盡管應用面廣，但大都用于涂層較薄的產(chǎn)品中，固體含量一般不超過30%，否則粘度過大無法流平和施工，或若不采用真空涂刷會在施工中帶入大量氣泡，影響質量。綜上所述，此種方法工藝復雜，不易掌握;污染環(huán)境，且不安全;涂層薄厚不均，產(chǎn)品性能差;幾乎無法實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，很難推廣使用。粘合劑法如美國專利US00569192號《輪胎翻新修復二次合成冷加工硬化塑膠》(以聚氨酯粘合劑為基料的膠合劑聚氨酯合成橡膠)，它是將舊輪胎經(jīng)表面處理，放入模具內(nèi)并在室溫下充填聚氨酯，無需加溫加壓即可固化。這種方法其一是用粘合劑做胎面，必然導致成本過高，用戶難以接受，既使粘合劑性能好，但總體很難滿足輪胎固有性能的需要;其二從聚氨酯彈性體角度出發(fā)，冷熟化工藝是不可取的，因舊輪胎經(jīng)處理后，必然要接觸空氣，特別是潮濕空氣，如不加溫干燥并保熱，必然會使胎面附有水分子，而水和聚氨酯中的-NCO基團極易發(fā)生反應生成CO2氣體，這樣就造成了舊輪胎和聚氨酯彈性體之間夾有且小又多的微孔氣泡，而這些氣泡象隔離層一樣，將舊胎面與彈性體隔開，特別是在輪胎使用時，由于和地面磨擦生熱，小氣泡遇熱澎脹，經(jīng)碾壓后氣泡合并變大，造成界面間粘結強度和削離強度嚴重下降，嚴重時會導致胎體分離脫殼。其三冷熟化工藝，熟化時間長，若要縮短時間必須要加入催化劑，導致付反應增多，彈性體總體性能變壞。上述方法成本高，物性差，工藝保證條件不充分，很難推廣應用。
本發(fā)明的目的是提供一種工藝流程短、簡單易行，產(chǎn)品適用性強，可連續(xù)化生產(chǎn)，不但可生產(chǎn)出以橡膠胎殼為基，CPU為胎面的聚氨酯長壽輪胎，同時也可以采用廢舊輪胎經(jīng)處理后，制造出聚氨酯翻新再生長壽輪胎的橡膠聚氨酯復合輪胎的生產(chǎn)方法及裝置。
本發(fā)明的要點是將新或舊橡膠輪胎殼表面打磨露出帶毛刺的新胎面，放入鋼模中加熱至100～140℃出爐抽真空，將混合好的并經(jīng)脫氣的加熱至80～90℃液體聚氨酯原料灌入刷有脫模劑的真空模腔中，待灌滿后加壓0.1～0.3°MPa，并保壓入100～130℃恒溫爐經(jīng)4～6小時熟化后，降溫、脫模即為成品。
本發(fā)明所使用的聚氨酯原料的選擇1、聚酯醇(PA)可以是仲羥基線型己二酸乙二醇酯Mn(平均分子量)1500～2000;
2、異氰酸酯可以是4，4二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)。
以上兩種原料國內(nèi)均有生產(chǎn)廠家，年產(chǎn)量幾萬噸易購買，選用MDI的原因是分子量大、對稱性強，產(chǎn)品機械強度好，應注意的是MDI加入量的控制，也就是游離氰酸根-NCO含量的控制，當-NCO增加時，除伸長率降低外，其它性能均有提高，當-NCO含量下降時伸長率增加，其它性能降低較嚴重，經(jīng)上百次試驗測得最佳-NCO含量為4～6%之間均可采用。
3、擴鏈劑的選擇熱固性灌注聚氨酯(CPU)一般原則如用TDI大都采用胺類擴鏈劑(MOCA等)，當采用MDI時大都用醇做擴鏈劑?？勺鰯U鏈劑的醇類很多，如丙二醇、乙二醇、一縮丙二醇、二乙二醇等等。本發(fā)明選擇乙二醇，經(jīng)試驗得知乙二醇做擴鏈劑的彈性體，永久變形量最低，僅有3～5%，而一般輪胎橡膠永久變形量達35～40%，此外，乙二醇擴鏈的彈性體，滯后現(xiàn)象小、溫升低，含量應在交、擴聯(lián)劑總量的30～50%。
4、交聯(lián)劑的選擇CPU彈性體中利用三官能團的三羥甲基丙烷或丙三醇等做交聯(lián)劑，使彈性體中含有一定數(shù)量的交聯(lián)結構，可改變其彈性體的某些物理性能，特別是提高熱穩(wěn)定性能，這一點對輪胎來講尤為重要，但控制交聯(lián)度的百分含量也很重要。如果含量過高或過低均影響彈性體抗張強度、斷裂伸長、模量、硬度、撕裂強度等物理性能的變化。本發(fā)明認為含量應在交、擴聯(lián)劑總量50～70%區(qū)間內(nèi)均可。要達到一定交聯(lián)度的途徑有兩點，其一選用帶有一定側基鏈段的聚酯醇;其二是采用交聯(lián)劑，本發(fā)明采用第二種方法控制交聯(lián)度。
生產(chǎn)過程
恒溫爐預聚物溫度 75～85℃模具溫度 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游離-NCO含量4～6%乙二醇(擴鏈劑)占擴、交聯(lián)劑總量30～50%三羥甲基丙烷或丙三醇(交鏈劑)占擴、交聯(lián)劑總量的50～70%擴聯(lián)系數(shù) 85～95%碳化二亞胺(防水劑) 2～5%碳黑 2～5%物理性能扯斷強度 200～260Kg/cm2扯斷伸長 550～600%永久變形 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本發(fā)明提供一種由異氰酸酯、多元醇和擴鏈劑一起反應制取聚氨基甲酸酯彈性體的方法，可以采用全預聚體法或擬預聚體法。無論采用上述那種方法做預聚體，均要求反應釜內(nèi)溫度恒定，攪拌均勻，特別是當擴鏈劑加入以后，由于受到攪拌時間的限制，一定要在短時間內(nèi)攪拌均勻，否則彈性體的不同部位有不同硬度，物理性能差異較大。
PA為己二酸乙二醇1.2丙二醇酯多元醇，常溫下為白色或乳白色固體，經(jīng)溶化脫水后方可使用。MDI也為白色固體，經(jīng)溶化(溫度40～50℃)按配方計算值，并經(jīng)精確計量后方能加入反應釜，邊抽真空邊攪拌。抽真空的目的是防止空氣，特別是潮濕空氣的存在而增加不理想的付反應?；旌衔镄柙?5～85℃下完成預聚反應，如作全預聚體一定要控制好游離-NCO的含量在4～6%，作擬預聚體時也要精確控制-NCO的含量，一般要求反應時間在2～3小時即可，然后在不解除真空條件下，(在抽真空處)吸入補助材料。上述配方提供的是不加或加入微量催化劑T-12，這要根據(jù)操作者熟練程度和生產(chǎn)效益而定，若要求脫模時間短，在不影響彈性體物理性能基礎上，可適量加入摧化劑。
控制要點1、反應物體積不得超過反應釜體積的2/3。
2、全部反應均在攪拌、加熱、真空條件下進行。
3、全部投料要求精確計量。
4、PA溶化脫水后加入MDI前，溫度不得超過60℃，(因加入MDI時要放出反應熱，會使物料溫度急刷升高難以控制)。
5、預聚物粘度與PA含水量、反應釜體積、攪拌轉數(shù)、溫度高低等因素有關。
本發(fā)明把二次混合、灌注合并為一次混合灌注，簡化了工藝條件;由于原料先真空脫氣，并在真空條件下充滿模具，解決了潮濕空氣的混入。模具灌滿后加壓并保壓直至固化，增加了原料密實度，并使液料與胎面的粘合力大有提高，增加了胎面的機械強度和性能;為大量遺棄的廢舊輪胎的修復、翻新提供了一種新方法及裝置;本發(fā)明生產(chǎn)的輪胎壽命相當于橡膠輪胎的5～10倍，提高了機動車使用的經(jīng)濟效益;還可為國家減少進口橡膠每年支付的大量外匯。
以下將結合附圖
對本發(fā)明生產(chǎn)825-16橡膠聚氨酯復合輪胎的生產(chǎn)方法裝置作進一步詳細描述。
附圖為本發(fā)明生產(chǎn)橡膠聚氨酯復合輪胎裝置的示意圖。
先將舊825-16橡膠輪胎〔6〕表面打磨露出帶毛刺的新胎面，裝于與水平呈現(xiàn)15～45度角的密封模具〔5〕內(nèi)，入爐加熱至100～140℃?zhèn)溆?。將碳?00克干燥過篩混入10kg溶化的己二酸乙二醇1.2丙二醇酯(PA)中經(jīng)脫水后，加入兼作反應釜的混料注射機缸體〔13〕中，事先將裝于缸體〔13〕下部的出料閥門〔18〕關閉、4.4二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)2.9kg溶解后也加入缸體〔13〕中，由電機〔8〕開動缸體〔13〕內(nèi)的攪拌漿〔14〕，并由設于缸蓋〔12〕上的抽真空口(加料口)〔10〕接真空泵抽真空，〔11〕為視孔，并由裝于缸體〔13〕上部的熱電偶〔9〕和電熱板〔15〕控制加熱至80～85℃，并保溫做預聚體1.5～2.5小時，在真空條件下，通過加料口〔10〕一次全部加入補助材料擴鏈劑乙二醇150g，交聯(lián)劑丙三醇230g，防水劑碳化二亞胺500g，催化劑二月桂酸二J基錫(T-12)10g，并保持真空度(200～800KPa)，嚴防進空氣攪拌5～10分鐘，解除真空御下缸蓋〔12〕，調(diào)整可調(diào)螺桿〔2〕，使其注塞〔1〕至注射缸體〔13〕上部入口，開啟注塞〔1〕上的通氣閥門〔4〕放氣并開動油壓機〔3〕，緩慢將注塞〔1〕壓至液料平面關閉閥門〔4〕，由聚氨酯材料制成的注塞〔1〕與混料缸體〔13〕呈過盈配合。在上述過程中，將模具〔5〕空腔中的氣體由模具上端的閥門〔7〕接真空泵抽真空，即開啟模具上端的閥門〔7〕和下端的閥門〔16〕，膠管〔17〕連接閥〔16〕和閥〔18〕，抽真空后并閉閥〔7〕保注真空，同時開啟缸體〔13〕下部的出料閥門〔18〕并開動油壓機〔3〕緩慢將液體原料壓注到模腔中，待模腔充滿原料后，油壓機〔3〕增壓0.1～0.3MPa，關閉閥〔16〕放下起落架〔19〕，模具〔5〕入爐加熱至100～130℃恒溫4-6小時后出爐、脫模、檢查、再熱化。
權利要求
1.一種橡膠聚氨酯復合輪胎的生產(chǎn)方法，以舊橡膠輪胎經(jīng)表面處理放入模具充填聚氨酯，經(jīng)冷固化、脫模制成翻新輪胎，本發(fā)明的特征在于以新或舊橡膠輪胎殼表面打磨露出帶毛刺的新胎面，放入模具中加熱至100～140℃出爐抽真空，將混合好并經(jīng)脫氣的加熱至80～90℃液體聚氨酯原料灌入刷有脫模劑的真空模腔中，待灌滿后加壓0.1～0.3MPa，并保壓入100～130℃恒溫爐經(jīng)4～6小時熟化后，降溫、脫模即為成品。
2.根據(jù)權利要求1的生產(chǎn)方法，其特征在于液體聚氨酯原料是將碳黑干燥過篩混入定量溶化的PA中經(jīng)脫水與溶解后的MDI加入反應釜中，攪拌、抽真空加熱至80～85℃，并保溫做預聚體1.5～2.5小時，在真空條件下一次全部加入補助材料攪拌5～10分鐘解除真空。
3.根據(jù)權利要求1、2的生產(chǎn)方法，其特征在于液體聚氨酯料中的補助材料的成分范圍為擴鏈劑乙二醇 30～50%(重量)交聯(lián)劑三羥甲基丙熔或丙三醇 50～70%(重量)各組份總和為100%(重量)
4.一種橡膠聚氨酯復合輪胎的生產(chǎn)裝置，包括反應釜、注射機和模具，本發(fā)明的特征在于兼作反應釜的混料注射機缸體〔13〕、攪拌漿〔14〕和可在注射機缸體〔13〕上部進入，并通過油壓機〔3〕注射聚氨酯原料于模具〔5〕內(nèi)的注塞〔1〕，與水平是15～45度角的模具〔5〕的上、下兩端分別設有進料閥〔16〕〔18〕和真空泵閥〔7〕，以及可恒溫控制的電熱板〔15〕和模具〔5〕起落架〔19〕。
5.根據(jù)權利要求4的生產(chǎn)裝置，其特征在于聚氨酯注塞〔1〕與注射機缸體〔13〕為過盈配合。
全文摘要
一種涉及橡膠聚氨酯復合輪胎的生產(chǎn)方法及裝置。它是將新、舊橡膠輪胎殼表面經(jīng)處理后，放入模具中加溫后抽真空，同時將經(jīng)加溫脫氣的液體聚氨酯灌滿刷有脫模劑的真空模腔中，經(jīng)加壓、保壓、熟化、降溫和脫模即為成品。所用的裝置包括混料注射罐體、注塞、油壓機、攪拌漿、電熱板、模具和起落架。經(jīng)本發(fā)明以橡膠殼為基，CPU為胎面的聚氨酯或經(jīng)掛頂、翻新后的復合輪胎，使用壽命相當于橡膠新輪胎的5—10倍。
文檔編號B29D30/62GK1062692SQ9011029
公開日1992年7月15日 申請日期1990年12月28日 優(yōu)先權日1990年12月28日
發(fā)明者孫振環(huán) 申請人:齊齊哈爾市建華聚氨酯制品廠