轮胎翻新用聚氨酯－普通橡胶复合预硫化胎面的制备方法

摘要

本发明涉及旧轮胎翻新技术，特别是指采用聚氨酯－普通橡胶复合预硫化胎面的制备方法。它以普通橡胶作为基部胶，聚氨酯作为胎冠胶；首先将普通橡胶制备成形状为平形、矩形、翼形或弧形的长胶条和环形胶条的基部胶，再将其预硫化，然后用聚氨酯预聚体和扩链系数在0.85～0.99之间的低分子二元醇或二元胺扩链剂进行浇注，浇注到预定位置后，放入已涂有羟基聚氨酯粘合剂的普通橡胶胎面预硫化胶条；在120～130℃下保温30～90min后出模，经后处理得产品。采用本发明翻新轮胎，现有翻胎厂不用增加任何设备、无需增加投资，翻新的轮胎使用寿命长、性能好，性价比明显提高；且环保，具有极好的社会效益和经济效益，易于推广。

说明书

                    技术领域

本发明涉及旧轮胎翻新技术，是指采用聚氨酯弹性体材料与普通橡胶复合预硫化胎面的制备方法。

                    背景技术

随着社会经济的发展、汽车拥有量不断增加，轮胎的生产和消耗量也逐年增加，每年报废的轮胎数量巨大。目前旧轮胎的翻新技术主要有传统的热翻(采用模具高温硫化)和技术较为先进的冷翻(采用天然胶低温预硫化胎面技术)。我国主要采用高温硫化翻胎技术，只有少数工厂采用低温预硫化胎面技术。整体技术水平只相当于国外二十世纪70年代到80年代水平。热翻主要用于翻新斜交胎，由于在高温高压下硫化，容易使胎体变形和老化，影响了翻新轮胎的质量，因此其行驶里程只能达到新胎的50-70％。国外广泛使用技术先进的冷翻工艺，冷翻适合于子午胎和斜交胎，翻新后轮胎的行驶里程可接近甚至超过新胎，但对胎体要求较高，翻新前要求对胎体进行严格检查。

然而，无论是热翻还是冷翻工艺，都是使用普通橡胶(天然胶、顺丁胶、丁苯胶)生产胎面，需配用大量污染性大的炭黑、有致癌性的芳烃油以及其它对环境有污染的配合剂，生产过程中还会产生大量的废水、废气。因此，目前在翻新旧轮胎生产及使用过程中环境污染较为严重。

汽车的发展要求轮胎向更长寿、安全、环保、节能的方向发展。聚氨酯生产的轮胎其耐磨性、滚动阻力、抗撕裂性能都明显高于现使用的轮胎，且不会产生废弃物，因此用聚氨酯翻新轮胎代替现橡胶翻新轮胎是世界翻胎业的发展方向。但是旧轮胎翻新中只有普通橡胶预硫化胎面技术，而未见有用聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面翻新轮胎的报道。制造聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面关键要解决好聚氨酯与普通橡胶的粘合问题。

                    发明内容

本发明的目的在于克服现有轮胎翻新技术的不足之处，提供一种能大大提高翻新轮胎的质量，并进一步减少环境污染的轮胎翻新用聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面的制备方法。

一种轮胎翻新用聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面的制备方法，它以普通橡胶作为与旧胎体粘合的基部胶，聚氨酯作为胎冠胶；本法包括以下步骤及工艺条件：

步骤一：基部胶长胶条或环形胶条的制备

用挤出机将混炼后的普通橡胶挤出成所需形状的长胶条，冷却停放2～30h后使用或用接头机将长胶条接成环形胶条；

长胶条或环形胶条的基部胶形状为平形、矩形、翼形或弧形；

步骤二：基部胶的预硫化

(1)在长条形或环形的预硫化基部胶模具内涂刷脱模剂，并加热到110～130℃待用；

(2)将步骤一挤出成形的基部胶长胶条或接头后的环形胶条放入长条形或环形的预硫化基部胶模具内，并继续加热到130～140℃、在1.0～2.0MPa压力下硫化10～20min；

(3)停止加热，卸压，冷却，基部胶胶条出模，再冷却至常温，停放12～48h待用；

步骤三：聚氨酯弹性体预聚体的制备

聚氨酯预聚体为低聚物多元醇和异氰酸酯体系，按常规方法合成，

其中低聚物多元醇是指聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚己内酯多元醇；

异氰酸酯是指甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯，预聚体中异氰酸根含量在3.5～7％之间；

步骤四：浇注聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面

(1)备料

将步骤三制备的聚氨酯弹性体预聚体移至浇注机A罐中，并加热至60～80℃，在真空至-0.095～-0.099MPa条件下，脱泡20～40min；

将扩链剂移至B罐中，扩链剂是指扩链系数在0.85～0.99之间的低分子二元醇或二元胺；

按常规方法测定预聚体中异氰酸根(NCO)含量和按设定的扩链系数计算预聚体与扩链剂用量的比例，并按比例调节浇注机A、B两罐的计量泵；

(2)浇注

将普通橡胶基部胶预硫化胶条与聚氨酯弹性体粘合的部位涂上羟基聚氨酯粘合剂，预热至95±5℃待用；

在长条形或环形预硫化胎面模具内涂刷脱模剂，加热至120～130℃，开动浇注机，浇注到预定位置后，放入已涂有粘合剂的普通橡胶胎面预硫化胶条，盖上模板加压，在120～130℃下保温，30～90min出模，然后在80～100℃的烘房中处理16～30h，即初步制得聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面；

步骤五：后处理

将步骤四制得的聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面与翻新胎体接触的普通橡胶基部胶面打磨均匀，并贴上塑料薄膜以保证打磨面的清洁，即制得聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面的终制品。

本发明与现有普通橡胶预硫化胎面技术相比具有如下优点：

(1)采用本发明的复合预硫化胎面代替现用的普通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2006年翻新轮胎1000万条计，采用聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面可节约天然胶6.0万吨。

(2)本发明进一步减少了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严重污染，使这种翻新轮胎成为环保轮胎。

(3)采用本发明生产的翻新胎实现减量化生产，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)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65～80％，性价比明显提高。

(5)采用本发明翻新轮胎，现有翻胎厂不用增加任何设备、无需增加投资，翻新的轮胎使用寿命长、性能好，具有极好的社会效益和经济效益，易于推广。

                    具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步的详述：

实施例一：环形平形聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面的制备

本法制备的轮胎翻新用聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面以普通橡胶作为基部胶，聚氨酯作为胎冠胶；包括以下步骤及工艺条件：

步骤一：基部胶环形胶条的制备

(1)在75L密炼机混炼基部胶的母炼胶，停放6h以上后在φ450mm开炼机上加硫化剂，停放6h以上后待用；

(2)用φ60mm冷喂料挤出机及冷却卷取联动装置将混炼后的普通橡胶基部胶挤出成平形的长胶条，用塑料薄膜将长胶条卷取好。冷却停放4h后用接头机将长条形的平形基部胶接成环形；

步骤二：基部胶的预硫化

(1)在环形的预硫化基部胶模具内涂刷脱模剂，加热到130℃待用；

(2)将步骤一挤出成形的环形基部胶放入环形的预硫化基部胶模具内，并继续加热到140℃、在1.0MPa压力下硫化10min；

(3)停止加热，卸压，冷却，基部胶胶片出模，再冷却至常温，停放45h待用；

步骤三：聚氨酯弹性体预聚体的制备

称取平均分子量1500的聚己二酸乙二醇丙二醇酯100重量份，投入反应釜中，加热至120±10℃，抽真空至余压小于500Pa，脱除水分2小时，降温至65±5℃后，投入23.2重量份的甲苯二异氰酸酯，，逐步升温至80～85℃，反应2小时，测得异氰酸根含量为4.5，预聚体密封备用；

步骤四：浇注聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面

(1)备料

将步骤三制备的聚氨酯弹性体预聚体移至浇注机A罐中，并加热至65±5℃，在真空至-0.099MPa条件下，脱泡25min；

将扩链剂3，3′二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷移至B罐中，扩链剂系数取0.9；

按常规方法测定预聚体中异氰酸根(NCO)含量和按设定的扩链系数计算预聚体与扩链剂用量的比例，此时A、B料计量比例为100∶12.88，按此比例调节浇注机A、B两罐的计量泵；

按专利申请号03126768.8公开的方法制备羟基聚氨酯粘合剂；

(2)浇注

将普通橡胶基部胶预硫化胶条与聚氨酯弹性体粘合的部位涂上羟基聚氨酯粘合剂，预热至95±5℃待用；

在长条形或环形预硫化胎面模具内涂刷脱模剂，加热至120℃，开动浇注机，浇注到预定位置后，放入已涂有粘合剂的普通橡胶胎面预硫化基部胶环形胶条，盖上模板加压，在120℃下保温，85min后出模，然后在80℃的烘房中处理28h，即初步制得聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面；

步骤五：后处理

将步骤四制得的聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面与翻新胎体接触的普通橡胶基部胶面用打磨机打磨均匀，并贴上塑料薄膜以保证打磨面的清洁，即制得环形聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面终制品。

实施例二：长条形矩形聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面的制备

本法制备的轮胎翻新用聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面以普通橡胶作为基部胶，聚氨酯作为胎冠胶；包括以下步骤及工艺条件：

步骤一：基部胶矩形长胶条的制备

(1)在75L密炼机混炼基部胶的母炼胶，停放6h以上后在φ450mm开炼机上加硫化剂，停放6h以上后待用；

(2)用φ60mm冷喂料挤出机及冷却卷取联动装置将混炼后的普通橡胶基部胶挤出成矩形的长胶条，用塑料薄膜将长胶条卷取好，冷却停放12h后待用；

步骤二：基部胶的预硫化

(1)在矩形长条预硫化基部胶模具内涂刷脱模剂，加热到125℃待用；

(2)将步骤一挤出成形的矩形长条基部胶放入环形的预硫化基部胶模具内，并继续加热到137℃、在1.4MPa压力下硫化13min；

(3)停止加热，卸压，冷却，基部胶胶片出模，再冷却至常温，停放35h后待用；

步骤三：聚氨酯弹性体预聚体的制备

称取平均分子量2000聚四氢呋喃二醇100重量份，投入反应釜中，加热至120±10℃，抽真空至余压小于500Pa，脱除水分2小时，降温至65±5℃后，投入18重量份的甲苯二异氰酸酯，，逐步升温至80～85℃，反应2小时，测得异氰酸根含量为3.8，预聚体密封备用；

步骤四：浇注聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面

(1)备料

将步骤三制备的聚氨酯弹性体预聚体移至浇注机A罐中，并加热至70±5℃，在真空至-0.095Mpa条件下，脱泡30min；

将扩链剂3，5-二甲硫基甲苯二胺移至B罐中，扩链剂系数取0.85；

按常规方法测定预聚体中异氰酸根(NCO)含量和按设定的扩链系数计算预聚体与扩链剂用量的比例，此时A、B料计量比例为100∶8.24，按此比例调节好浇注机A、B两罐的计量泵；

按专利申请号03126768.8公开的方法制备羟基聚氨酯粘合剂；

(2)浇注

将普通橡胶基部胶预硫化胶条与聚氨酯弹性体粘合的部位涂上羟基聚氨酯粘合剂，预热至95±5℃待用；

在矩形长条预硫化胎面模具内涂刷脱模剂，加热至124℃，开动浇注机浇注，浇注到预定位置后停止浇注，放入已涂有粘合剂的普通橡胶预硫化矩形基部长胶条，盖上模板加压，在125℃下保温68min后出模，然后在85℃的烘房中处理24h，即初步制得聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面；步骤五的后处理过程同实施例1。

实施例三：长条形翼形聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面的制备

本法制备的轮胎翻新用聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面以普通橡胶作为基部胶，聚氨酯作为胎冠胶；包括以下步骤及工艺条件：

步骤一：基部胶矩形长胶条的制备

(1)在75L密炼机混炼基部胶的母炼胶，停放6h以上后在φ450mm开炼机上加硫化剂，停放6h以上后待用；

(2)用φ60mm冷喂料挤出机及冷却卷取联动装置将混炼后的普通橡胶基部胶挤出成翼形的长胶条，用塑料薄膜将长胶条卷取好，冷却停放30h后待用；

步骤二：基部胶的预硫化

(1)在翼形的长胶条预硫化基部胶模具内涂刷脱模剂，加热到120℃待用；

(2)将步骤一挤出成形的翼形的长胶条基部胶放入翼形长条形的预硫化基部胶模具内，并继续加热到135℃、在1.4MPa压力下硫化15min；

(3)停止加热，卸压，冷却，基部胶胶片出模，再冷却至常温，停放25h后待用；

步骤三：聚氨酯弹性体预聚体的制备

称取平均分子量1000的聚己二酸丁二醇酯100重量份，投入反应釜中，加热至120±10℃，抽真空至余压小于500Pa，脱除水分2小时，降温至65±5℃后，投入56.7重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，逐步升温至80～85℃，反应2小时，测得异氰酸根含量为6.8，预聚体密封备用；

步骤四：浇注聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面

(1)备料

将步骤三制备的聚氨酯弹性体预聚体移至浇注机A罐中，并加热至75±5℃，在真空至-0.096Mpa条件下，脱泡35min；

将扩链剂1，4-丁二醇移至B罐中，扩链剂系数取0.95；

按常规方法测定预聚体中异氰酸根(NCO)含量和按设定的扩链系数计算预聚体与扩链剂用量的比例，此时A、B料计量比例为100∶6.91，按此比例调节好浇注机A、B两罐的计量泵；

按专利申请号03126768.8公开的方法制备羟基聚氨酯粘合剂；

(2)浇注

将普通橡胶基部胶预硫化胶条与聚氨酯弹性体粘合的部位涂上羟基聚氨酯粘合剂，预热至95±5℃待用；

在翼形长条预硫化胎面模具内涂刷脱模剂，加热至126℃，开动浇注机浇注，浇注到预定位置后停止浇注，放入已涂有粘合剂的普通橡胶预硫化翼形基部长胶条，盖上模板加压，在128℃下保温50min后出模，然后在90℃的烘房中处理20h，即初步制得聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面；步骤五的后处理过程同实施例1。

实施例四：长条形弧形聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面的制备

本法制备的轮胎翻新用聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面以普通橡胶作为基部胶，聚氨酯作为胎冠胶；包括以下步骤及工艺条件：

步骤一：基部胶弧形长胶条的制备

(1)在75L密炼机混炼基部胶的母炼胶，停放6h以上后在φ450mm开炼机上加硫化剂，停放6h以上后待用；

(2)用φ60mm冷喂料挤出机及冷却卷取联动装置将混炼后的普通橡胶基部胶挤出成翼形的长胶条，用塑料薄膜将长胶条卷取好，冷却停放28h后待用；

步骤二：基部胶的预硫化

(1)在弧形的长胶条预硫化基部胶模具内涂刷脱模剂，加热到115℃待用；

(2)将步骤一挤出成形的弧形的长胶条基部胶放入弧形长条形的预硫化基部胶模具内，并继续加热到132℃、在2.0MPa压力下硫化18min；

(3)停止加热，卸压，冷却，基部胶胶片出模，再冷却至常温，停放15h后待用；

步骤三：聚氨酯弹性体预聚体的制备

称取平均分子量1000的聚己内酯二醇100重量份，投入反应釜中，加热至120±10℃，抽真空至余压小于500Pa，脱除水分2小时，降温至90±5℃后，投入28.8重量份的对苯二异氰酸酯，强烈搅拌使其溶解，逐步升温至100～105℃，反应2小时，测异氰酸根含量为5.2，预聚体密封备用；

步骤四：浇注聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面

(1)备料

将步骤三制备的聚氨酯弹性体预聚体移至浇注机A罐中，并加热至78±2℃，在抽真空至-0.098Mpa条件下，脱泡40min；

将扩链剂间苯二酚双(β-羟乙基)醚移至B罐中，扩链剂系数取0.97；

按常规方法测定预聚体中异氰酸根(NCO)含量和按设定的扩链系数计算预聚体与扩链剂用量的比例，此时A、B料计量比例为100∶11.9，按此比例调节好浇注机A、B两罐的计量泵；

按专利申请号03126768.8公开的方法制备羟基聚氨酯粘合剂；

(2)浇注

将普通橡胶基部胶预硫化胶条与聚氨酯弹性体粘合的部位涂上羟基聚氨酯粘合剂，预热至95±5℃待用；

在弧形长条预硫化胎面模具内涂刷脱模剂，加热至130℃，开动浇注机浇注，浇注到预定位置后停止浇注，放入已涂有粘合剂的普通橡胶预硫化弧形基部胶长胶条，盖上模板加压，在130℃下保温32min后出模，然后在95℃的烘房中处理16h，即初步制得聚氨酯-普通橡胶复合预硫化胎面；步骤五的后处理过程同实施例1。