一种新型汽车内胎及其制备方法

一种新型汽车内胎及其制备方法

技术邻域

本发明涉及轮胎技术领域，具体涉及一种新型汽车内胎及其制备方法。

背景技术

充气轮胎按照有无内胎分为有内胎轮胎和无内胎轮胎，有内胎轮胎又包括外胎、 内胎和垫带。内胎作为有内胎充气轮胎的一个组成部分，它是一个圆环形的橡胶圆筒，与外 胎一起安装在轮辋上，充入压缩空气后与外胎一起发挥作用，主要具有支撑外胎、缓和行使 冲击和震动的作用。充气时内胎各部件承受着不同的变形，外径部分承受伸张变形，着和部 分承受着压缩变形，断面方向也承受伸张变形。且其装在外胎内，通常在零下几度至120度 或更高的温度下工作，其性能的好坏对外胎的使用寿命有着很大的影响，因此要求其具有 很好的气密性和物理机械性能。

当前我国生产的轮胎内胎，大部分用天然胶或并用部分合成胶为主要原料，而国 外多用丁基胶制造轮胎内胎，虽然其使用性能大大优于天然胶内胎，使用寿命有显著增长， 但是目前橡胶内胎的制备在使用过程中经常暴露出耐压能力差、力学强度低的缺陷，限制 了其的使用寿命，且添加的有效成分炭黑和芳烃油，对环境的污染大。随着聚氨酯用途的逐 渐拓展和人类环保意识的不断增强，发掘新的可生物降解的和高性能、多功能的热塑性聚 氨酯材料将是今后研究的重要课题，所以一种环保且性能好的汽车内胎将受行业的欢迎。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型汽车内胎及其制备方法，通过采用聚 氨酯与橡胶复合结构的工艺技术制造，大大减少了橡胶胎面胶的混炼胶量，减少污染环境 的炭黑和芳烃油的使用量，同时提高其耐压能力、力学强度，从而提高轮胎的使用寿命，获 得绿环保安全性能高的汽车内胎。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

一种新型汽车内胎，由以下重量份的原材料组成：聚氨酯PU 50～80份、丁基橡胶 70～80份、三元乙丙橡胶30～40份、CaSO₄晶须5～8份、碳纤维15～18份、玻璃纤维20～25 份、环氧树脂6～10份、促进剂CZ 0.3～0.5份、防老剂6PPD 1～3份、防老剂TMQ 1～2份、稳 定剂HS-80 2～4份、硫化胶1～3份、硫化促进剂1～2份、复配插层改性粉40～50份、物理塑 化剂WP-1 1～3份。

优选地，一种新型汽车内胎，由以下重量份的原材料组成：聚氨酯PU 60～70份、丁 基橡胶72～78份、三元乙丙橡胶33～36份、CaSO₄晶须6～7份、碳纤维16～17份、玻璃纤维22 ～24份、环氧树脂7～9份、促进剂CZ 0.35～0.45份、防老剂6PPD 1.5～2.5份、防老剂TMQ 1.2～1.8份、稳定剂HS-80 2.5～3.5份、硫化胶1.5～2.5份、硫化促进剂1.3～1.7份、复配 插层改性粉44～46份、物理塑化剂WP-1 1.5～2.5份。

优选地，一种新型汽车内胎，由以下重量份的原材料组成：聚氨酯PU 65份、丁基橡 胶75份、三元乙丙橡胶35份、CaSO₄晶须6.5份、碳纤维16.5份、玻璃纤维23份、环氧树脂8份、 促进剂CZ 0.4份、防老剂6PPD 2份、防老剂TMQ 1.5份、稳定剂HS-80 3份、硫化胶2份、硫化 促进剂1.5份、复配插层改性粉45份、物理塑化剂WP-1 2份。

优选地，所述复配插层改性粉由以下重量份的原材料组成：去离子水100～120份、 尼龙6680～120份、乙丙橡胶30～45份、三甲基十六烷基溴化铵1～2份、三甲基十八烷基氯 化铵1～2份、高岭土10～20份、污泥13～15份、活性炭2～4份、沸石粉4～8份。

优选地，所述复配插层改性粉由以下重量份的原材料组成：去离子水110份、尼龙 66100份、乙丙橡胶37.5份、三甲基十六烷基溴化铵1.5份、三甲基十八烷基氯化铵1.5份、高 岭土15份、污泥14份、活性炭3份、沸石粉6份。

优选地，所述复配插层改性粉的制备方法为：

a.将污泥脱水、干燥，再与高岭土、活性炭、沸石粉混匀后，紫外线照射8～12h，再 于浓度为5～8％的盐酸溶液中浸泡10～12h，对浸泡液进行固液分离，干燥，得改性复配粉 备用；

b.将改性复配粉、去离子水、三甲基十六烷基溴化铵混匀，于100～200r/min下充 分分散，制得复配浆料，浆料干燥，再加入完全熔融的尼龙中，于210～300℃下混炼10～ 60min，再加入其余原料，于190～210℃下混炼30～40min后，即得复配插层改性粉。

本发明还提供一种新型汽车内胎的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚氨酯PU、丁基橡胶、三元乙丙橡胶和硫化胶分别加热至30～45℃，通过切 割设备进行切割成胶块，然后将其放置在粉碎器中粉碎，得粉胶备用；

(2)向装有步骤(1)粉胶的粉碎器中加入硫化促进剂，再次进行混合粉碎，粉碎温 度保持在40～45℃，混合粉碎10～15min，得初步混合胶；

(3)将步骤(2)中的混合胶移至密炼机中，在密炼过程中，加入CaSO₄晶须、碳纤维、 玻璃纤维、促进剂CZ、防老剂6PPD、防老剂TMQ、稳定剂HS-80、复配插层改性粉和物理塑化 剂，保持密炼机内部温度为125～140℃，密炼时间为15～20min，密炼机的转速为60～80r/ min，完成后取出；

(4)将步骤(3)中密炼后的混合胶通入到过滤器内，对其进行滤胶处理；

(5)将过滤后的混合胶灌入车轮内胎模具中，并以10～15ml/s的速度进行，待胶液 初步凝固后压出成型；

(6)将步骤(5)所得的成型内胎温度保持在55～60℃，并通过喷洒器向内胎表面喷 洒防护蜡，保证其厚度为0.5～1mm，自然风干，即得本发明制备的新型汽车内胎。

本发明所述各原料组成体系如下：

生胶体系：采用了聚氨酯PU与丁基橡胶、三元乙丙橡胶并用体系，聚氨酯弹性体是 一种性能介于橡胶与塑料之间的高分子合成材料，既有橡胶的高硬度和高强度，耐磨性能 卓越，还具有良好的机械强度、耐油性、耐化学品、耐屈挠性和优异的耐低温性能，所以聚氨 酯在轮胎制造上也是关注的重点材料；丁基胶内胎胶体自闭性能较好，具有高气密性。

增强体系：选用CaSO₄晶须、碳纤维和玻璃纤维并用，具有高比强度、高比模量、内 高温、耐腐蚀、耐疲劳、耐蠕变等一系列优异的性能，将其加入内胎中，可以显著增强内胎的 各种力学性能，提高材料的强度和韧性，提高耐热和耐候性，延长轮胎的使用寿命。

保护体系：通过添加防老剂6PPD、防老剂TMQ和稳定剂HS-80来提高内胎的抗氧化 性，延缓或防止内胎发生龟裂等老化现象。

硫化体系：通过硫化胶和硫化促进剂的配合使用，在高温硫化时，没有明显的硫化 反原现象，硫化结构具有较多的单硫或双硫交联键，硫化胶的性能均匀、耐热性好、压缩变 形小、生热小等优点，因而具有优良的静态物理机械性能，在使用过程中也能保持良好的性 能，满足内胎胶料的物理机械性能。

本发明具备以下有益效果：

本发明制备的汽车内胎，采用了聚氨酯与橡胶复合结构的工艺技术制造，大大减 少了橡胶胎面胶的混炼胶量，减少污染环境的炭黑和芳烃油的使用量，改善橡胶轮胎的耐 磨性、使用寿命等，同时也克服了聚氨酯弹性材料的内生热大、热量不易散出，高温动态力 学性能差，高动态负荷下耐疲劳性能和耐屈挠性能下降等缺点，克服了两种轮胎各自的缺 点，具有弹性好、舒适性好、提高耐压性及各种力学强度等优点；选用CaSO₄晶须、碳纤维和 玻璃纤维并用，可以显著增强内胎的各种力学性能，提高材料的强度和韧性，提高耐热和耐 候性，延长轮胎的使用寿命；通过添加防老剂和稳定剂来提高内胎的抗氧化性，延缓或防止 内胎发生龟裂等老化现象；通过硫化胶和硫化促进剂的配合使用，防止硫化反原现象，在使 用过程中也能保持良好的性能；从而获得绿环保安全性能高且使用性能好的新型汽车内 胎。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

一种新型汽车内胎，由以下重量份的原材料组成：聚氨酯PU 50份、丁基橡胶70份、 三元乙丙橡胶30份、CaSO₄晶须5份、碳纤维15份、玻璃纤维20份、促进剂CZ 0.3份、防老剂 6PPD 1份、防老剂TMQ 1份、稳定剂HS-80 2份、硫化胶1份、硫化促进剂1份、复配插层改性粉 40份、物理塑化剂WP-1 1份。

所述复配插层改性粉由以下重量份的原材料组成：去离子水100～120份、尼龙 6680～120份、乙丙橡胶30～45份、三甲基十六烷基溴化铵1～2份、三甲基十八烷基氯化铵1 ～2份、高岭土10～20份、污泥13～15份、活性炭2～4份、沸石粉4～8份。

所述复配插层改性粉的制备方法为：

c.将污泥脱水、干燥，再与高岭土、活性炭、沸石粉混匀后，紫外线照射8～12h，再 于浓度为5～8％的盐酸溶液中浸泡10～12h，对浸泡液进行固液分离，干燥，得改性复配粉 备用；

d.将改性复配粉、去离子水、三甲基十六烷基溴化铵混匀，于100～200r/min下充 分分散，制得复配浆料，浆料干燥，再加入完全熔融的尼龙中，于210～300℃下混炼10～ 60min，再加入其余原料，于190～210℃下混炼30～40min后，即得复配插层改性粉。

上述一种新型汽车内胎的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚氨酯PU、丁基橡胶、三元乙丙橡胶和硫化胶分别加热至30℃，通过切割设 备进行切割成胶块，然后将其放置在粉碎器中粉碎，得粉胶备用；

(2)向装有步骤(1)粉胶的粉碎器中加入硫化促进剂，再次进行混合粉碎，粉碎温 度保持在40℃，混合粉碎10min，得初步混合胶；

(3)将步骤(2)中的混合胶移至密炼机中，在密炼过程中，加入CaSO₄晶须、碳纤维、 玻璃纤维、促进剂CZ、防老剂6PPD、防老剂TMQ、稳定剂HS-80、复配插层改性粉和物理塑化 剂，保持密炼机内部温度为125℃，密炼时间为15min，密炼机的转速为60r/min，完成后取 出；

(4)将步骤(3)中密炼后的混合胶通入到过滤器内，对其进行滤胶处理；

(5)将过滤后的混合胶灌入车轮内胎模具中，并以10ml/s的速度进行，待胶液初步 凝固后压出成型；

(6)将步骤(5)所得的成型内胎温度保持在55℃，并通过喷洒器向内胎表面喷洒防 护蜡，保证其厚度为0.5mm，自然风干，即得本发明制备的新型汽车内胎。

实施例2

一种新型汽车内胎，由以下重量份的原材料组成：聚氨酯PU 60份、丁基橡胶72份、 三元乙丙橡胶33份、CaSO₄晶须6份、碳纤维16份、玻璃纤维22份、促进剂CZ 0.35份、防老剂 6PPD 1.5份、防老剂TMQ 1.2份、稳定剂HS-80 2.5份、硫化胶1.5份、硫化促进剂1.3份、复配 插层改性粉44份、物理塑化剂WP-1 1.5份。

上述一种新型汽车内胎的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚氨酯PU、丁基橡胶、三元乙丙橡胶和硫化胶分别加热至35℃，通过切割设 备进行切割成胶块，然后将其放置在粉碎器中粉碎，得粉胶备用；

(2)向装有步骤(1)粉胶的粉碎器中加入硫化促进剂，再次进行混合粉碎，粉碎温 度保持在42℃，混合粉碎12min，得初步混合胶；

(3)将步骤(2)中的混合胶移至密炼机中，在密炼过程中，加入CaSO₄晶须、碳纤维、 玻璃纤维、促进剂CZ、防老剂6PPD、防老剂TMQ、稳定剂HS-80、复配插层改性粉和物理塑化 剂，保持密炼机内部温度为120℃，密炼时间为16min，密炼机的转速为65r/min，完成后取 出；

(4)将步骤(3)中密炼后的混合胶通入到过滤器内，对其进行滤胶处理；

(5)将过滤后的混合胶灌入车轮内胎模具中，并以12ml/s的速度进行，待胶液初步 凝固后压出成型；

(6)将步骤(5)所得的成型内胎温度保持在56℃，并通过喷洒器向内胎表面喷洒防 护蜡，保证其厚度为0.6mm，自然风干，即得本发明制备的新型汽车内胎。

实施例3

一种新型汽车内胎，由以下重量份的原材料组成：聚氨酯PU 65份、丁基橡胶75份、 三元乙丙橡胶35份、CaSO₄晶须6.5份、碳纤维16.5份、玻璃纤维23份、促进剂CZ 0.4份、防老 剂6PPD 2份、防老剂TMQ 1.5份、稳定剂HS-80 3份、硫化胶2份、硫化促进剂1.5份、复配插层 改性粉45份、物理塑化剂WP-1 2份。

上述一种新型汽车内胎的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚氨酯PU、丁基橡胶、三元乙丙橡胶和硫化胶分别加热至40℃，通过切割设 备进行切割成胶块，然后将其放置在粉碎器中粉碎，得粉胶备用；

(2)向装有步骤(1)粉胶的粉碎器中加入硫化促进剂，再次进行混合粉碎，粉碎温 度保持在43℃，混合粉碎13min，得初步混合胶；

(3)将步骤(2)中的混合胶移至密炼机中，在密炼过程中，加入CaSO₄晶须、碳纤维、 玻璃纤维、促进剂CZ、防老剂6PPD、防老剂TMQ、稳定剂HS-80、复配插层改性粉和物理塑化 剂，保持密炼机内部温度为132℃，密炼时间为16min，密炼机的转速为70r/min，完成后取 出；

(4)将步骤(3)中密炼后的混合胶通入到过滤器内，对其进行滤胶处理；

(5)将过滤后的混合胶灌入车轮内胎模具中，并以12ml/s的速度进行，待胶液初步 凝固后压出成型；

(6)将步骤(5)所得的成型内胎温度保持在56℃，并通过喷洒器向内胎表面喷洒防 护蜡，保证其厚度为0.6mm，自然风干，即得本发明制备的新型汽车内胎。

实施例4

一种新型汽车内胎，由以下重量份的原材料组成：聚氨酯PU 70份、丁基橡胶78份、 三元乙丙橡胶36份、CaSO₄晶须7份、碳纤维17份、玻璃纤维24份、促进剂CZ 0.45份、防老剂 6PPD 2.5份、防老剂TMQ 1.8份、稳定剂HS-80 3.5份、硫化胶2.5份、硫化促进剂1.7份、复配 插层改性粉46份、物理塑化剂WP-1 2.5份。

上述一种新型汽车内胎的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚氨酯PU、丁基橡胶、三元乙丙橡胶和硫化胶分别加热至30～45℃，通过切 割设备进行切割成胶块，然后将其放置在粉碎器中粉碎，得粉胶备用；

(2)向装有步骤(1)粉胶的粉碎器中加入硫化促进剂，再次进行混合粉碎，粉碎温 度保持在44℃，混合粉碎14min，得初步混合胶；

(3)将步骤(2)中的混合胶移至密炼机中，在密炼过程中，加入CaSO₄晶须、碳纤维、 玻璃纤维、促进剂CZ、防老剂6PPD、防老剂TMQ、稳定剂HS-80、复配插层改性粉和物理塑化 剂，保持密炼机内部温度为138℃，密炼时间为19min，密炼机的转速为75r/min，完成后取 出；

(4)将步骤(3)中密炼后的混合胶通入到过滤器内，对其进行滤胶处理；

(5)将过滤后的混合胶灌入车轮内胎模具中，并以14ml/s的速度进行，待胶液初步 凝固后压出成型；

(6)将步骤(5)所得的成型内胎温度保持在59℃，并通过喷洒器向内胎表面喷洒防 护蜡，保证其厚度为0.9mm，自然风干，即得本发明制备的新型汽车内胎。

实施例5

一种新型汽车内胎，由以下重量份的原材料组成：聚氨酯PU 80份、丁基橡胶80份、 三元乙丙橡胶40份、CaSO₄晶须8份、碳纤维18份、玻璃纤维25份、促进剂CZ 0.5份、防老剂 6PPD 3份、防老剂TMQ 2份、稳定剂HS-80 4份、硫化胶3份、硫化促进剂2份、复配插层改性粉 50份、物理塑化剂WP-1 3份。

上述一种新型汽车内胎的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚氨酯PU、丁基橡胶、三元乙丙橡胶和硫化胶分别加热至45℃，通过切割设 备进行切割成胶块，然后将其放置在粉碎器中粉碎，得粉胶备用；

(2)向装有步骤(1)粉胶的粉碎器中加入硫化促进剂，再次进行混合粉碎，粉碎温 度保持在45℃，混合粉碎15min，得初步混合胶；

(3)将步骤(2)中的混合胶移至密炼机中，在密炼过程中，加入CaSO₄晶须、碳纤维、 玻璃纤维、促进剂CZ、防老剂6PPD、防老剂TMQ、稳定剂HS-80、复配插层改性粉和物理塑化 剂，保持密炼机内部温度为140℃，密炼时间为20min，密炼机的转速为80r/min，完成后取 出；

(4)将步骤(3)中密炼后的混合胶通入到过滤器内，对其进行滤胶处理；

(5)将过滤后的混合胶灌入车轮内胎模具中，并以15ml/s的速度进行，待胶液初步 凝固后压出成型；

(6)将步骤(5)所得的成型内胎温度保持在60℃，并通过喷洒器向内胎表面喷洒防 护蜡，保证其厚度为1mm，自然风干，即得本发明制备的新型汽车内胎。

对比例1

与实施例1的区别在于，原料配方中没有添加聚氨酯PU。

对比例2

与实施例1的区别在于，原料配方中没有添加CaSO₄晶须。

功效验证

试验例1

选择本发明实施例1-5和对比例1-2制备的新型汽车内胎进行力学强度的测试，实 验结果如下表1所示：

表1本发明制备的汽车内胎的力学强度

由上表可知，通过实施例1与对比例1的对比可知，在本发明制备的汽车内胎中添 加聚氨酯PU，可有效将内胎的拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度和300％定伸等力学强度分 别提高27.5％、22％、14.1％和42.1％；通过实施例1与对比例2的对比可知，在本发明制备 的汽车内胎中添加CaSO₄晶须，可有效将内胎的拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度和300％定 伸等力学强度分别提高24.7％、19％、12.3％和25.6％；

综上可知，在本发明制备的汽车内胎中加入聚氨酯PU和CaSO₄晶须，可有效提高内 胎的拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度和300％定伸等力学强度，显著增强内胎的各种力学 性能，延长轮胎的使用寿命。

试验例2

选取普通汽车内胎、进口汽车内胎与本发明实施例1制备的汽车内胎进行对比。抗 老化时间通过老化试验箱进行检测，并且调节测试温度为120℃，相对湿度为85％，气压为 106kPa，臭氧浓度为45％，紫外线照射强度为25mW/cm²；抗压强度采用抗压强度测试机进行 测试。试验结果如下表2所示：

表2

项目 老化时间 抗压强度/MPa

普通汽车内胎 20～28天 80

进口汽车内胎 35～40天 83

本发明实施例1内胎 3～4个月 100

由上表可知，通过对比不同的汽车内胎在相同的条件下进行试验所得的数据可 知，本发明实施例1制备的汽车内胎比普通汽车内胎的老化时间延长350％，抗压强度提高 25％；本发明实施例1制备的汽车内胎比进口汽车内胎的老化时间延长157％，抗压强度提 高20.5％。表明本发明制备的汽车内胎的老化时间更长，抗压强度更高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。