[发明专利]一种热塑性聚氨酯低载荷轮胎及其成型工艺

说明书

技术领域

本发明属于热塑性聚氨酯微发泡材料领域，具体涉及的是一种用于免充气轮胎的热塑性聚氨酯微发泡粒子组合物的成型。

背景技术

根据百度百科，轮胎是指在各种车辆或者机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品，它通常安装在支架上，能够支撑车身，缓冲外界冲击等。自行车、童车、玩具汽车等为轻型非机动车辆，自身重量小，轮胎所承受的载荷小，因此所用的轮胎属于一种低载荷轮胎。对于上述低载荷轮胎，轮胎自身的弹性和轻便性对车的操控性尤为重要。

市场上所用的低载荷轮胎主要包括充气轮胎和免充气轮胎。充气轮胎使用过程中易受损伤，对于小尺寸的低载荷轮胎，更换较为困难，因此充气轮胎很少应用于童车轮胎和玩具轮胎上。免充气轮胎可以避免充气轮胎存在的问题，可广泛应用于童车、玩具等领域。免充气轮胎包括不发泡实芯轮胎、发泡实芯轮胎、发泡体填充型轮胎等。

不发泡实芯轮胎所用的材质主要为热固性橡胶、热固性聚氨酯弹性体、热塑弹性体等。热固性材质的成型工艺一般为模压成型，而热塑性材料可以注塑成型。一般来说，注塑成型具有高的生产效率。另外，热塑性材质在使用后仍可以熔融加工回收。不发泡轮胎存在重量大、使用轻便性差的问题。同时，橡胶和聚氨酯弹性体在制做轮胎时均需要化学交联，涉及到多种化学助剂，而交联后的材料不能进一步熔融加工，因此存在环保问题。

发泡实芯轮胎所用到的材质主要为橡胶、聚氨酯弹性体等，在制备发泡轮胎时，高分子材料的分子链需进行化学交联反应，所以目前技术制备的发泡实芯轮胎均为热固性发泡轮胎。如中国发明专利CN102250313A公开了一种具有自结皮微孔结构聚氨酯发泡轮胎的制备方法。这种方法涉及将液体组份A和B混合后注入模具，A、B组份接触时会发生化学交联反应，组份中的HFC类发泡剂利用反应过程产生热量诱导泡孔成核和增长，从而制备发泡材料。和不发泡的聚氨酯弹性体相似，发泡聚氨酯弹性体也存在制备过程不环保和制品不能熔融回收的问题。中国发明专利CN103707720A公开了一种车辆橡胶发泡轮胎的制备方法。这种方法涉及将化学发泡剂混入橡胶组份，蒸汽硫化橡胶时会诱导发泡剂分解产生气体从而导致发泡结构的形成。当前技术制备的发泡实芯轮胎除了材质为热固性不能熔融回收外，还存在泡孔尺寸大、发泡倍率低、不耐磨等问题。

发泡体填充轮胎的制备方法已经公开，主要通过在轮胎空腔中注入可发性组份，经现场发泡实现对轮胎空腔的填充。轮胎空腔中填充的发泡材料一般为聚氨酯弹性体发泡材料。聚氨酯弹性体发泡过程中扩散出的发泡剂易导致空腔中形成大孔结构，导致轮胎性能不稳定。同时，这种工艺较为复杂，存在加工效率低和加工成本过高的问题。当然，热固性聚氨酯弹性体的存在也导致发泡体填充轮胎在使用后不能熔融回收使用。

热塑性聚氨酯(TPU)是一种可以热塑加工的热塑弹性体材料，它拥有高耐磨、高弹性、抗疲劳、耐化学腐蚀等诸多优点而广泛应用于鞋材、轮胎等领域。

可以采用物理发泡技术来制备TPU发泡材料，特别是TPU发泡粒子材料，如中国专利文献CN101291789A、CN1161401A、CN103642200A等，可以通过水蒸气成型工艺来实现TPU发泡粒子的粘结，如CN103371564A。和TPU树脂相比，TPU发泡材料具有更低的密度和更好的弹性，因而所制备的轮胎有望表现出良好的轻便性和弹性。

TPU发泡材料在制备和成型过程中不使用交联剂，所制备的材料可以再次熔融加工，因而可以熔融回收。不过，目前的技术仅能用于制备低硬度的鞋材，还不能用于制备具有表面硬度高中间层硬度低、密度低的实芯发泡轮胎。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种热塑性聚氨酯低载荷轮胎，其可以热塑加工和熔融回收，同时还具有高的表皮硬度和低的密度，以及优异的力学性能和良好的回弹性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种热塑性聚氨酯低载荷轮胎，其中，包括用于直接与地面接触的表皮层以及位于表皮层内部的里层，该表皮层的硬度高于里层的硬度，该表皮层和里层采用TPU发泡粒子一体发泡成型。

进一步，该TPU发泡粒子均具有位于粒子外表面的不发泡皮层。

进一步，该TPU发泡粒子的不发泡皮层的厚度为0.01-2mm，优选为0.1-1.2mm。

进一步，该热塑性聚氨酯低载荷轮胎表皮层的硬度为邵A55－95度。

进一步，该热塑性聚氨酯低载荷轮胎的密度为0.3－0.7g/cm³，优选为0.4－0.6g/cm³。