專利名稱：一種不會爆胎的開式結構力胎的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有支撐及緩沖結構的由具有彈性緩沖性質材料制成的免充氣不爆胎力胎的制造技術，主要是聚氨酯力胎的制造技術，普遍適用多領域輪式力胎使用。
背景技術：
本發(fā)明申請是已經提交中國專利局的申請?zhí)枮?01110204785.0及201110462022.6的部分繼續(xù)申請，同時又是授予中國專利的專利號為ZL200920274370.9、ZL201120256085.1 及 ZL201120578218.7 的部分繼續(xù)申請。力胎是區(qū)別于車輛輪胎包括飛行器輪胎及力車胎的又一個輪式胎的細分領域。事實上在傳統(tǒng)的分類概念中，力胎與力車胎是一個混淆的概念，力車胎按用途的傳統(tǒng)分類概念，可分為自行車胎、手推車胎、三輪車胎、電動車胎、摩托車胎及多用途車胎等幾大類，它們與汽車輪胎相比，具有輪輞較大而輪胎較小、承重及速度有限、制造工藝相對簡單等特點?？偟膩碚f，力車胎是力機械式車輛(包括摩托車)的重要交通配件之一。而力胎，嚴格來說并非是力機械式車輛所具有的輪胎，它與力車胎的顯著區(qū)別在于并非安裝于“車輛”(包括機動車輛及非機動車輛)之上，而是適用于各種童車及嬰兒推車腳輪、各種旱冰及滑板滑輪、箱包腳輪、各種萬向輪、各種推車及工具車腳輪以及各種床、架類腳輪等等，其用途非常廣泛。而目前國內外嚴格來說并沒有“力胎”這一限制內涵的統(tǒng)稱或概念，其涵蓋的產品均以各自產品的名稱命名。本專利申請所稱的“力胎”即涵蓋同時并不僅僅涵蓋上述產品。長期以來，力胎的制造依據其用途的不同其材質包括金屬、塑膠、聚氨酯、橡膠、玻璃甚至木頭等，其共通的特點是要么具有開式結構而不具有彈性，要么具有彈性而不具有開式結構。當然，部分產品并不要求其使用中具有開式結構或彈性，但大部分產品需要兩者兼具。例如力胎的彈性特征可用于諸多方面，包括箱包及各種推車腳輪等，可減少顛簸，防止易碎貨品受損及延長使用壽命；再比如用于轉移病人的醫(yī)用推車、手術推車等，在減輕顛簸的同時，可緩解患者的痛苦及防止二次傷害的發(fā)生。從使用和制造的最優(yōu)化考慮，使用的舒適和制造的簡便及材質的節(jié)約，應是本專利申請的出發(fā)點所在。目前，免充氣不爆胎同時兼具彈性緩沖性能的開式結構力胎在中國尚屬空白領域。

發(fā)明內容
為填補免充氣不爆胎同時兼具彈性緩沖性能的開式結構力胎在中國的空白領域，本發(fā)明提供了一種新的力胎選擇，即利用具有彈性緩沖性質的材料，在力胎輪輞及地面之間，建立一個緩沖及支撐帶，通過對現有力胎的承載和緩沖結構的改變和合理的產品配方，達成保留現有力胎的優(yōu)點，克服現有力胎缺陷的目的，同時大幅改善和提聞力胎性能，大幅提高力胎使用壽命和應對復雜路面的能力，同時大幅簡化力胎的生產工藝及降低力胎的生產成本。
本發(fā)明所述的“免充氣不爆胎同時兼具彈性緩沖性能的開式結構力胎”(簡稱“不爆胎力胎”或“開式結構力胎”或“開式力胎”)，其力胎的彈性緩沖材料采用橡膠、塑膠或聚氨酯等彈性緩沖材料，本發(fā)明制作采用聚氨酯制作不爆胎力車胎主體——彈性體，其胎面采用同一配方的聚氨酯。所述開式力胎結構由包裹著力胎輪輞的聚氨酯內圈部分和與地面接觸的聚氨酯外圈部分所組成，聚氨酯內圈的軸徑等于或小于聚氨酯外圈的軸徑，其間由位于聚氨酯內、外圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板或由力胎圓心向外放射位于所述內外圈之間的支撐板或由位于所述內外圈之間的空心圓柱形側壁所組成。開式力胎的徑向橫截面呈矩形或梯形，如呈梯形則內圈部分較小，內圈部分與輪輞粘合。在開式力胎的徑向橫截面呈矩形的情況下，位于兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板，其“V”形夾角在10° -120°之間；位于環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板每側與內圈結合點與穿過此點的半徑延長線所作的平面夾角呈10° -60°。在開式力胎的徑向橫截面呈梯形的情況下，位于兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板每側外緣與半徑平面呈10° -30°的夾角，其“V”形夾角在10° -120°之間；位于環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板每側外緣與半徑平面呈10° -30°的夾角，同時位于環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板每側與內圈結合點與穿過此點的半徑延長線所作的平面夾角呈10° -60°。開式力胎中，位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板呈平面狀，它垂直于該力胎的轉動軸線，并位于所述內外圈圓筒形構件的軸向端面的中間，每一條環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板構件從所述環(huán)狀輻板構件的相對側面沿軸向伸出，同時支撐板沿相對的方向傾斜。在開式力胎的徑向橫截面呈梯形的情況下，所述支撐板相對于半徑平面以10° -30°角伸出。在開式力胎的徑向橫截面呈梯形的情況下，位于兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板，其支撐板構件的兩側從所述內圈圓筒形構件到外圈圓筒形構件不斷張開，以至在一個軸向平面中呈現為一個梯形的橫截面。開式力胎因為梯形結構的截面能很好地分配所承受的力，尤其在橫向加速及斜面上行駛時，本發(fā)明的胎面與地面的接觸面積隨著其彈性緩沖材料的立向拉伸或壓縮而盡量保持最大化，增加了此類工況下的穩(wěn)定性及抓地力，避免了目前力胎的胎面與地面接觸面積在此類工況下的減小趨勢及胎壁接觸地面的增大趨勢，也進一步加強了操控性和安全性。同時，開式力胎能有效避免目前有些充氣力胎在虧氣時對兩側胎肩磨損加大，而在多氣時造成胎冠中間部位磨損加劇的情況出現，也能避免力胎在各種不同的溫度環(huán)境中因熱脹冷縮而造成的輪胎氣壓變化，這些情況不僅影響操控，同時留下了極大的安全隱患。開式力胎中，所述彈性材料聚氨基由以下原料制得:1、低聚物多元醇:包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烴多元醇等，分子量500-6000 之間。
2、二異氰酸酯及多異氰酸酯:包括甲苯二異氰酸酯(TDI)，二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、萘二異氰酸酯(NDI)、四甲基苯亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)中的任一種，或至少兩種的組合，優(yōu)選MDI和NDI。多異氰酸酯包括TD1、MD1、HD1、IPDI的三聚體。3、擴鏈劑包括二元胺和二元醇兩類，二元胺擴鏈劑包括3，3' -二氯-4，4' -二苯基甲烷二胺(MOCA)、而己基甲苯二胺(DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)等，二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、1，4-二(2-羥乙基)對苯二酚，2-甲基-1，3-丙二醇、N，N-二(2羥丙基)苯胺等，其中二元醇擴鏈劑僅添加很少量或不適用，優(yōu)選M0CA。4、交聯劑包括三羥甲基丙烷、三異丙醇胺和丙三醇、三聚異氰酸酯等。5、其它助劑包括顏料、填料、水解穩(wěn)定劑等。6、通過將顏料直接與多元醇混合，可以得到各種顏色的聚氨酯開式結構力胎。開式力胎的合成包括預聚體的生產、澆筑及后熟化三個過程。預聚體合成生產步驟:①聚酯多元醇脫水(在脫水釜中進行)將聚酯二元醇或聚醚二元醇加熱熔化后，在帶攪拌的不銹鋼或搪瓷釜中脫水，脫水溫度控制在100 140°C (聚醚100 110°C )，余壓下(0.67kPa)脫水30 60min，使其含水質量分數<0.05% (從視鏡可觀察脫水情況)。為使罐內液體充分脫氣，可間歇開停攪拌裝置，抽一段時間真空后，可停止反應罐加熱，使料溫降至70 80°C。②預聚體合成(在反應釜中進行)力胎性能取決于所用的原材料及其配比和加工工藝。先按照性能要求選擇合適的原材料，再按硬度要求選定合適配比及工藝條件(如混合溫度、澆注和脫模時間及熟化條件等)。為保證預聚體質量，聚酯脫水及預聚體合成最好不在同一釜中進行，預聚體合成反應在干燥氮氣保護下進行。為防止反應劇烈、溫升過快，須備有冷卻裝置。加料順序為先加異氰酸酯，后加低分子量多元醇。如反應劇烈，低分子量多元醇可分次加入，使反應過程平穩(wěn)，反應溫度易控制，合成的預聚體中游離異氰酸酯單體含量較低，結構較規(guī)整。溫度保持在80±5°C，反應I 2h后分析異氰酸酯基含量。控制預聚體中異氰酸根含量在3.5-6.5%之間。③預聚體脫氣可在預聚體合成反應釜或澆注機的A料罐(存放聚氨酯預聚體的物料罐)中進行，于85 ±5 °C及余壓0.67kPa下脫泡30 60min。澆筑步驟:在B料罐(存放交聯劑等的物料罐)中加入交聯劑、擴鏈劑及其它助劑，啟動各組分的加熱系統(tǒng)，使A、B料均達到要求溫度并各自循環(huán)，A料如需要可先進行真空脫氣，達到預聚體中無氣泡。按配方要求通過調節(jié)計量泵的轉速和排量，使A、B料達到要求的混合比。啟動澆注按鈕，則A、B料在澆注頭的混合腔中通過高速的混合使之混合均勻，當排出的混合料在透明軟管中不含氣泡時即可往模具中澆注。當澆注停止時，A、B原液即自動轉為各自循環(huán)狀態(tài)，回到各自料罐中。熟化:開式力胎脫模前在模具中應進行熟化處理，熟化溫度可選擇在其化學結構不發(fā)生破壞的前提下盡可能高一些，以加快擴鏈交聯反應，縮短脫模時間，提高模具和設備利用率，常以100 120°C，1 24h為宜。具體制備操作預聚體的合成:體系按照常規(guī)方法合成，其中，低聚物二元醇為分子量在1000-2000的聚酯二元醇或聚醚二元醇，采用的異氰酸酯為NDI，異氰酸酯占總量的10-30%之間，保證預聚體的異氰酸根的含量為4.5-6.5之間。開式力胎的制備:將預聚體分別移至聚氨酯彈性體澆注機A罐中，加熱至80 90°C，抽真空至余壓
0.67kPa下脫泡30 60min。將擴鏈劑、交聯劑等移至B罐中，按常規(guī)方法測定預聚體中異氰酸根含量和按設定的擴鏈系數計算預聚體和擴鏈劑用量的比例，并按比例調節(jié)好澆注機A、B兩罐的計量泵。將力胎的輪轂放在預熱至110 130°C的輪胎模具中，開動澆注機進行澆注。澆注完成后保溫90-120min后出模，再將澆注好的力胎放置110 130°C的烘箱中熟化24h，即制得聚氨酯開式結構力胎。開式力胎材料性物性表
權利要求
1.一種不會爆胎的開式結構力胎，所述力胎由具有彈性緩沖性質的材料組成，由包裹著力胎輪輞的內圈部分和與地面接觸的外圈部分所組成，內圈的軸徑等于或小于外圈的軸徑，其間由位于內、外圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板或由力胎圓心向外放射位于所述內外圈之間的支撐板或由位于所述內外圈之間的空心圓柱形側壁所組成，其特征是:利用具有彈性緩沖性質的材料，在力胎輪輞及地面之間，建立一個緩沖及支撐帶，可廣泛適用于使用力胎的輪式機械。
2.根據權利要求1所述的一種不會爆胎的開式結構力胎，其特征是:所述力胎的徑向橫截面呈矩形或梯形，如呈梯形則所述內圈部分較小，內圈部分與輪輞粘合； 在開式力胎的徑向橫截面呈矩形的情況下，位于所述兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板，其“V”形夾角在10° -120°之間；位于環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板每側與內圈結合點與穿過此點的半徑延長線所作的平面夾角呈10° -60° ； 在開式力胎的徑向橫截面呈梯形的情況下，位于所述兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板每側外緣與半徑平面呈10° -30°的夾角，其“V”形夾角在10° -120°之間；位于環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板每側外緣與半徑平面呈10° -30°的夾角，同時位于環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板每側與內圈結合點與穿過此點的半徑延長線所作的平面夾角呈10° -60° ； 所述開式力胎中，位于所述兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板呈平面狀，它垂直于該力胎的轉動軸線，并位于所述內外圈圓筒形構件的軸向端面的中間，每一條環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板構件從所述環(huán)狀輻板構件的相對側面沿軸向伸出，同時支撐板沿相對的方向傾斜；在開式力胎的徑向橫截面呈梯形的情況下，所述支撐板相對于半徑平面以10° -30°角伸出； 在開式力胎的徑向橫截面呈梯形的情況下，位于所述兩輪圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板或由位于所述兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板，其支撐板構件的兩側從所述內圈圓筒形構件到外圈曲面圓筒形構件不斷張開，以至在一個軸向平面中呈現為一個梯形的橫截面。
3.根據權利要求1所述的一種不會爆胎的開式結構力胎，其特征是:所述力胎在位于輪輞外表面的兩側外緣且高于輪輞外表面之處設計有凸緣。
4.根據權利要求1所述的一種不會爆胎的開式結構力胎，其特征是:所述力胎的制造技術為兩種聚氨酯原料直接澆注而成。
5.根據權利要求1，所述的不爆胎聚氨酯開式結構力胎由以下原料制得: ①低聚物多元醇:包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烴多元醇等，分子量500-6000之間； ②二異氰酸酯及多異氰酸酯:包括甲苯二異氰酸酯(TDI)，二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、萘二異氰酸酯(NDI)、四甲基苯亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)中的任一種，或至少兩種的組合，優(yōu)選MDI和NDI ;多異氰酸酯包括TD1、MD1、HD1、IPDI的三聚體； ③擴鏈劑包括二元胺和二元醇兩類，二元胺擴鏈劑包括3，3'-二氯_4，4' - 二苯基甲烷二胺(MOCA)、而己基甲苯二胺(DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)等，二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、1，4-二(2-羥乙基)對苯二酚，2-甲基_1，3丙二醇、N，N-二(2-羥丙基)苯胺等，其中二元醇擴鏈劑僅添加很少量或不適用，優(yōu)選MOCA ； ④交聯劑包括三羥甲基丙烷、三異丙醇胺和丙三醇、三聚異氰酸酯等； ⑤其它助劑包括顏料、填料、水解穩(wěn)定劑等； ⑥通過將顏料直接與多元醇混合，可以得到各種顏色的聚氨酯開式結構力胎。
6.根據權利要求1，所述的不爆胎聚氨酯開式結構力胎由預聚體的生產、澆筑及后熟化三個過程組成: 預聚體合成生產步驟: ①聚酯多元醇脫水(在脫水釜中進行) 將聚酯二元醇或聚醚二元醇加熱熔化后，在帶攪拌的不銹鋼或搪瓷釜中脫水，脫水溫度控制在100 140°C (聚醚100 110°C )，余壓下(0.67kPa)脫水30 60min，使其含水質量分數<0.05% (從視鏡可觀察脫水情況)；為使罐內液體充分脫氣，可間歇開停攪拌裝置，抽一段時間真空后，可停止反應罐加熱，使料溫降至70 80°C ； ②預聚體合成(在反應釜中進行) 力胎性能取決于所用的原材料及其配比和加工工藝；先按照性能要求選擇合適的原材料，再按硬度要求選定合適配比及工藝條件(如混合溫度、澆注和脫模時間及熟化條件等)；為保證預聚體質量，聚酯脫水及預聚體合成最好不在同一釜中進行，預聚體合成反應在干燥氮氣保護下進行；為防止反應劇烈、溫升過快，須備有冷卻裝置；加料順序為先加異氰酸酯，后加低分子量多元醇；如反應劇烈，低分子量多元醇可分次加入，使反應過程平穩(wěn)，反應溫度易控制，合成的預聚體中游離異氰酸酯單體含量較低，結構較規(guī)整；溫度保持在80±5°C，反應I 2h后分析異氰酸酯基含量；控制預聚體中異氰酸根含量在3.5-6.5%之間； ③預聚體脫氣 可在預聚體合成反應釜或澆注機的A料罐(存放聚氨酯預聚體的物料罐)中進行，于.85 ±5 °C及余壓0.67kPa下脫泡30 60min ； 澆筑步驟: 在B料罐(存放交聯劑等的物料罐)中加入交聯劑、擴鏈劑及其它助劑，啟動各組分的加熱系統(tǒng)，使A、B料均達到要求溫度并各自循環(huán)，A料如需要可先進行真空脫氣，達到預聚體中無氣泡；按配方要求通過調節(jié)計量泵的轉速和排量，使A、B料達到要求的混合比；啟動澆注按鈕，則A、B料在澆注頭的混合腔中通過高速的混合使之混合均勻，當排出的混合料在透明軟管中不含氣泡時即可往模具中澆注；當澆注停止時，A、B原液即自動轉為各自循環(huán)狀態(tài)，回到各自料te中； 熟化: 開式力胎脫模前在模具中應進行熟化處理，熟化溫度可選擇在其化學結構不發(fā)生破壞的前提下盡可能高一些，以加快擴鏈交聯反應， 縮短脫模時間，提高模具和設備利用率，常以100 120°C，1 24h為宜。
全文摘要
一種不會爆胎的開式結構力胎，所述力胎由具有彈性緩沖性質的材料組成，由包裹著力胎輪輞的內圈部分和與地面接觸的外圈部分所組成，內圈的軸徑等于或小于外圈的軸徑，其間由位于內、外圈之間并平行于軸徑其軸向側視呈倒“V”形的支撐板或由位于兩輪圈軸徑中線并垂直于兩輪圈軸徑的環(huán)狀輻板和環(huán)狀輻板兩側呈“X”形交叉的支撐板或由力胎圓心向外放射位于所述內外圈之間的支撐板或由位于所述內外圈之間的空心圓柱形側壁所組成，可廣泛適用于使用力胎的輪式機械，達成保留現有力胎的優(yōu)點，克服現有力胎缺陷的目的，同時大幅改善和提高力胎性能，大幅提高力胎使用壽命和應對復雜路面的能力，同時大幅簡化力胎的生產工藝及降低力胎的生產成本。
文檔編號B60C1/00GK103112315SQ201310051430
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月26日 優(yōu)先權日2013年1月26日
發(fā)明者王冰, 余前孫, 鄺銀歡 申請人:深圳市道爾輪胎科技有限公司