聚氨酯-橡胶复合预硫化胎面在翻新轮胎中的应用

邹明清

张

海

禤文权

黄德义(广州华工百川科技股份有限公司,广东

广州

501640)摘要:本文介绍了国内外聚氨酯翻胎技术的发展情况,聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面技术方案,工艺流程,技术关键点,对比了聚氨酯/复合预硫化胎面与橡胶预硫化胎面的优点.关键词:翻新胎,聚氨酯,复合预硫化胎面1.现状分析我国是世界第一橡胶消费大国,占世界橡胶消耗量近20%,同时橡胶资源十分匮乏,半数以上需要进口.在橡胶制品中,轮胎是耗胶量最大的品种,占我国耗胶量的50%左右,因此废旧橡胶产生量最大的品种也是轮胎.我国废旧轮胎年产生量在1亿条以上,仅次于美国居世界第二位.回收利用废旧轮胎的方法很多,但经济效益最佳,与环境亲和性最好的当数轮胎翻新.一条新轮胎的成本大约有70%花费在胎体上,如果不进行翻新,那么就有70%的资源没有被回收再利用.目前我国轮胎翻新率很低,约只占新胎产量的4%,而发达国家一般为10%,欧盟翻新率高达18.8%,这样就有大量的废旧轮胎没有实现资源的高效利用和循环利用,既浪费了资源,又对环境造成了极大污染.目前翻胎技术主要有热翻和冷翻,尤其是冷翻技术近年来发展相当快,用这种技术翻新的轮胎,质量明显提高,其使用寿命达到甚至超过了新胎水平.无论是热翻还是冷翻,都是使用传统的橡胶制作胎面,本文介绍一种全新的翻新胎面——聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面翻新轮胎技术,实现普通旧轮胎的翻新.2.国内外聚氨脂翻胎技术发展概况尽管在全世界,用聚氨酯弹性体作胎面的翻胎技术尚未得到广泛的应用,但随着聚氨酯弹性体轮胎在生产技术的不断改进和日趋完善,各材料成本的不断下降的情况下,翻胎技术也取得了一定的进展.2.1

国外聚氨酯翻胎技术发展概况早在上世纪未就有报道说,英国CIL公司及美国Synair公司用4年时间开发了以聚氨酯材料翻新旧卡车轮胎的原料体系,该体系包括一种聚氨酯弹性体外胎面,据说可使翻新轮胎的寿命延长一倍,这种翻新轮胎能行驶14~16万公里,如用橡胶胎面只能行驶7万~8万公里,CIL公司已申请了专利.美国艾美来公司最近宣布,它在使用聚氨酯胎面用作卡车胎的翻新技术研究取得了积极的成果.实验室和使用试验表明,胎面与胎体的粘合符合翻胎工业粘合的要求,很多因素表明,这种翻胎工艺在翻胎工业中具有竞争力.2.2

国内聚氨酯翻胎技术发展概况在我国聚氨酯翻胎的发展是和聚氨酯轮胎的发展分不开的.青岛科技大学于1992年作过聚氨酯浇注充气轮胎的系统研究工作,并于1998年制造出聚氨酯浇注充气轮胎成品,参照橡胶轮胎相关国家标准对该轮胎进行了轮胎室内试验.虽然该项目已于1999年通过了国家验收,但仍存在耐久性差等很多技术问题有待进一步解决.齐齐哈尔大威轮胎厂研制成功橡胶PU复合轮胎,于1991年通过鉴定.这种复合轮胎是以新,旧轮胎胎体为基体,浇注上一层一定厚度的高耐磨,低变形,耐刺扎的PU胎面制作而成,但由于未能解决工业化生产中聚氨酯胎面与不同橡胶胎体间的粘合问题,至今未能实现产业化生产.2.3

华工百川在聚氨酯轮胎方面的发展情况华工百川已于2005年1月25日通过了新型聚氨酯/橡胶复合绿色轮胎技术的鉴定,目前已在杭州悍马建立了20万套聚氨酯/橡胶复合绿色叉车胎的生产基地,并已生产出产品形成销售,耐磨性达到普通橡胶胎的2～3倍,用户反映相当好.聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面翻新轮胎技术,华工百川具有自主知识产权.采用这种方法翻新轮胎,其轮胎行驶里程比天然橡胶翻新轮胎提高1倍以上,可大幅度提高翻新轮胎的使用寿命,减少轮胎翻新次数,减少对环境的污染,节约能源,减少对世界紧缺物资天然胶的依赖,降低翻胎成本,使翻新轮胎成为"绿色环保"轮胎.3.聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面翻新轮胎技术方案,工艺流程及技术关键点3.1

技术方案先将胎面基部胶混炼,挤出,硫化好,然后打磨,处理,喷涂粘合剂,烘干后放入专用硫化模具;聚氨酯材料在合成反应釜里先合成预聚体,浇注到已放好胎面基部胶片的硫化模具内,在模具内硫化一定时间,出模再放入烘房内后硫化一定时间.这样生产出来的聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面,与地面接触的是耐磨性极佳的聚氨酯,与旧胎体接触的依然是橡胶,可按传统预硫化胎面翻新轮胎工艺进行轮胎翻新.3.2

聚氨酯-橡胶复合预硫化胎面翻新轮胎工艺流程3.2

技术关键点3.2.1

聚氨酯与橡胶基部胶片的粘合聚氨酯与橡胶基部胶片的粘合是本技术的最关键点,我们已成功解决了这一技术难题,目前聚氨酯与基部胶之间的粘附强度可达到15kN/m以上.3.2.2

聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面的接头问题解决的方法有三种:一是将复合预硫化胎面制作成环形胎面,这样可完全解决接头问题,但由于各个品牌轮胎的不同,每条胎磨损情况不同,会导致每条胎外缘尺寸的差异,这样复合预硫化胎面生产厂硫化模具的投入会增加,轮胎翻新厂也要增加上环形复合胎面的装置,不利于复合胎面的推广;二是将复合预硫化胎面制作成条形胎面,这样可解决外缘尺寸差异的问题,在接头处浇注聚氨酯,但这样接头工艺较复杂,而且翻胎厂还要增加专用接头机,也不利于复合胎面的推广.目前我们通过开发一种全新的混合胶——聚氨酯混炼胶与普通橡胶的混合胶来作为复合预硫化胎面的接头粘合胶,成功地解决了条形聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面的接头问题,这种混合胶的拉伸强度可达到20MPa,聚氨酯与混合胶,橡胶基部胶与混合胶的接头强度可达到10MPa以上,中垫胶与混合胶的粘附强度可达到12kN/m以上.采用这种混合胶接头,完全可以按现翻胎厂接头工艺生产,不需增加任何工艺和接头设备,有利于复合胎面的推广.3.2.3

聚氨酯胎面材料的性能聚氨酯胎面材料的耐热性和动态疲劳性能非常关键,只有提高了这两方面的性能,才能真正发挥出聚氨酯材料的最佳耐磨性,大大提高翻新轮胎的使用寿命.聚氨酯胎面与橡胶胎面性能对比如下:表1:聚氨酯胎面与橡胶胎面性能对比性

能聚氨酯胎面橡胶胎面硬度,邵A80～9064～70拉伸强度,MPa≥45≥18扯断伸长率,%≥550≥450300%定伸强度,MPa10～148～12回弹性,%≥45≥35阿克隆磨耗,cm3/1.61km≤0.05≤0.2老化系数,100℃×48h≥0.85≥0.53.2.4

胎面基部胶的耐热老化性能由于胎面基部胶在制作聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面的过程中,要经历几次受热过程(基部胶片的硫化,复合预硫化胎面的硫化,复合预硫化胎面翻新轮胎的硫化),因此该胶料的耐热老化性能非常重要,否则会影响到翻新轮胎的使用寿命.目前我们开发的基部胶配方其热老化系数(在100℃×48h热空气老化条件下)可达到0.8以上.3.2.5

中垫胶和基部胶的其它性能要求由于聚氨酯胎面材料的硬度比橡胶胎面明显高,与胎体胶料的硬度差别也较明显,为了防止硬度差别明显后胎面与胎体接触部位存在应力集中问题,中垫胶和基部胶在满足其它性能的基础上,应考虑适当提高胶料的硬度和300%定伸强度.4.该技术与现有橡胶预硫化胎面技术相比的优点4.1

采用复合预硫化胎面代替现用的橡胶预硫化胎面翻新轮胎,质量明显提高,耐磨性提高一倍以上,使用寿命一般比用普通橡胶胎面翻新轮胎提高一倍,有效地减少了轮胎翻新次数,相对减少废旧轮胎的产生,从而减少对紧缺物资天然橡胶的依赖:按翻新100万条轮胎计,采用聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面可节约天然胶6000吨.4.2

采用复合预硫化胎面翻新轮胎可进一步减少制造过程中的环境污染,同时消除了翻新轮胎使用过程中的环境污染.聚氨酯作为胎冠胶避免了使用普通橡胶需配用致癌物芳烃油及污染大的炭黑所造成的污染,使这种翻新轮胎成为环保轮胎.按翻新100万条轮胎计,采用聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面可少用3000～4000吨炭黑,500～600吨芳烃油.4.3

采用复合预硫化胎面生产翻新胎可实现减量化生产,节约能源,同时也可节约轮胎从生产到使用再到翻新所消耗的社会资源.4.4

可降低翻新成本,降低用户使用成本,每万公里使用成本只有国内中高档翻新轮胎的70～80%,性价比明显提高.4.5

采用该技术翻新轮胎,现有翻胎厂不用增加任何设备,无需增加投资,翻新轮胎的使用寿命长,性能好,具有极好的社会效益和经济效益,易于推广.胎面基部胶片混炼,制备基部胶的预硫化旧

胎

体基部胶打磨清

理基部胶表面处理胎体检验(激光散斑轮胎无损检测)基部胶表面喷涂,烘干大磨,小磨浇注聚氨酯修

补复合胎面预硫化干

燥复合胎面后处理涂

胶

浆条形(接头)胎面,环形胎面打磨,涂胶浆,干燥贴中垫胶,聚氨酯/橡胶复合预硫化胎面于胎体上成品充压检验套包封套,上钢圈,硫化,卸包封套,钢圈