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微孔聚氨酯轮胎的研制

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-02-26
姜 健  王小东  石雅琳
(黎明化工研究设计院有限责任公司  河南洛阳 471000)
摘  要:采用聚醚多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)制备了一种微孔聚氨酯轮胎,讨论了多元醇、催化剂用量和脱模剂对制品性能的影响。结果表明,所制备的轮胎表皮光滑、纹理完整和力学性能优异,可满足小型低速轮胎的使用要求,且能替代传统的橡胶轮胎。
关键词:聚醚多元醇;微孔聚氨酯;轮胎
近年来,随着对轻质材料需求的迅速增长,微孔发泡材料受到越来越多的关注。微孔发泡材料是由 Martini等 [1]在1981年首先研制出的,其设计思想是通过制造一种泡孔直径比聚合物中已存在的微隙都要小的泡沫材料,从而达到既降低材料成本又能提高材料性能的目的。微孔聚氨酯弹性体具有优良的物理机械性能(高模量、高强度、高伸长、高弹性、高韧性)和优越的缓冲减振性能,受到PU弹性体业界越来越多的关注。此种材料广泛应用于缓冲减震材料、制鞋和发泡轮胎等方面 [2-3]
本研究通过选择合适的聚醚多元醇、催化剂、脱模剂以及对操作工艺中物料温度、模具温度等因素的考察,制备了脱模时间10 min,成型密度在0.5~ 0.6 g/cm 3,的聚氨酯发泡轮胎,并对此种材料的力学性能进行了相应的研究。
1 实验部分
1.1 原料
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、液化 MDI,工业级,烟台万华化学股份有限公司;聚醚多元醇(PE-1,相M n=2000)、聚醚多元醇(PE-2,M n=2000),自制;聚醚多元醇 PE-3,M n=3000,自制;乙二醇,工业级,日本三菱化学公司;催化剂 C1(胺类和锡类复配的催化剂),自制;匀泡剂 Z2,上海和氏璧化工有限公司;有机硅脱模剂TM-1、有机硅脱模剂TM-2、水性脱模剂TM-3,自配。
1.2     合成
A 组分:将聚醚多元醇、扩链剂、匀泡剂、水发泡剂按一定比例加入反应釜,混合均匀后即得 A 组分。
B 组分:将聚醚多元醇在100~110 ℃下脱水 2~3 h,氮气保护下,加入计量的异氰酸酯,在80 ~ 85 ℃下反应 1.5~2 h,测定NCO质量分数达到18% 时停止反应,脱气,出料,即得 B 组分。
1.3    试样制备
将计量的 A 组分、B 组分在40~45 ℃条件下混合注入180 mm×190 mm×9 mm 的试片模具中,脱模后于室温放置一周后,测试相应的性能。
1.4    跑轮实验
将带有轮毂的发泡轮胎安装在模拟车的后轮上,整车负载200kg,以3.6 km/h的速度匀速行驶,运行一定时间后,轮胎保持完好即为合格产品。
1.5    测试和表征
硬度按GB/T 531.1—2008标准测试;密度按GB/T 533—2008标准测试;拉伸强度、扯断伸长率按GB/T 528—2009标准测试,撕裂强度按 GB/T 529—2008标准测试。
2    结果与讨论
2.1    聚醚多元醇的影响
分别使用 PE-1、PE-2、PE-3和异氰酸酯反应,合成了 3 种NCO质量分数达到 18% 的预聚体(B组分)。使用 PE-2 合成的预聚体反应活性低,发泡速度慢,不能用于发泡轮胎的制备,只将PE-2配入 A 组分,与另外两种预聚体反应,制备发泡轮胎。PE-3的官能度高,用其配制的 A 份制备的发泡轮胎太脆,不能够使用。表对比了 3 种方法制备的发泡轮胎的外观、发泡效果以及跑轮实验结果,通过表 1 对比可以发现,使用PE-1来制备的 发泡轮胎能够满足使用要求。
表 1   聚醚多元醇种类的影响
注:表示 A、B 组分分别是基于此多元醇配制(指得是 A、B 组分中分别含有的多元醇)。
2.2    催化剂用量的影响
在发泡轮胎的成型工艺中,物料的起发时间提前,可使料液快速充满模具,缩短脱模时间,提高生产效率。表 2 列出了不同用量的C1催化下,对发泡轮起发时间和脱模时间的影响。
表 2    催化剂用量的影响
从表 2 可知,随着催化剂用量的增加,起发时间和脱模时间缩短,从生产效率的角度考虑,C1质量分数选择1.2%为佳。
2.3    脱模剂的影响
脱模剂对制品的表面有着重要的影响,发泡轮胎要求表皮光滑完整,纹理清晰。表 3 为脱模剂种类对发泡轮胎的影响。
表 3   脱模剂种类的影响
从表3可知,使用TM-3作为脱模剂,发泡轮胎的表皮完整,但是没有光泽,采用TM-3与TM-1混合使用,微孔聚氨酯发泡轮胎表皮完整光亮。
2.4    浇注工艺的影响
2.4.1    物料温度的影响
物料温度直接影响物料的反应速度,本实验使用质量分数为1.2%的催化剂,观察物料温度对反应速度的影响,见表 4。
表 4    料温的影响
从表 4可知,当料温降低时,物料起发时间延长,脱模时间也相应延长,降低了生产效率。当料温提高到 55 ℃ 时,物料的反应速度过快,物料浇注入模具中后,来不及锁模物料就已经溢出。料罐中的料温控制在(45±2)℃,有利于加工成型。
2.4.2    模具温度的影响
模具温度影响制品的表皮,本实验在其他条件不变的情况下,观察模具温度对反应速度的影响,见表 5。
表 5   模温对制品表皮的影响
从表 5 可知,当模温降低时,在规定时间内脱模,制品会出现粘膜的情况,破坏轮胎表面的纹理;模温在60 ~ 70 ℃时,轮胎表面光滑,纹理完整;模温过高时,轮胎表皮上会有小气泡产生。因此,模具的温度应控制在60 ~ 70 ℃为宜。
3    结论
基于PE-1配制的 A、B 组分反应制备的全水发泡微孔聚氨酯轮胎表皮光滑,纹理完整,力学性能良好。制备过程中,控制料温(45 ± 2)℃,模温60 ~ 70 ℃,即可完成浇注,在催化剂质量分数为 1.2% 的C1催化下,9 ~ 10 min 能脱模。TM-1和TM-3的混合型脱模剂使得轮胎的表皮完整光滑,无针孔。
参  考  文  献
[1]    Martini J E.The production and analysis of microcellular foam[M].Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology,1981.
[2]    冯金清,梁基照.聚氨酯轮胎的研究进展 [J].特种橡胶制品,2011,32(4):64-68.
[3]    李健,孙清峰,孙兆任,等.用于聚氨酯发泡轮胎的微孔泡沫的合成研究 [J].塑料工业,2014,42(30):46-49.
[4]    孙清峰,孙兆任,栾森,等 .一种用于聚氨酯发泡轮胎的自结皮微孔弹性体组合物:中国,102250313A[P].2011-11-23.
Preparation of Microcellular Polyurethane Tire
JIANG Jian,  WANG Xiaodong,  SHI Yaling
( Liming Research and Design Institute of Chemical Industry Co.Ltd ,  Luoyang,Henan 471001,China )
Abstract:A kind of microcelluar polyurethane tire was prepared with polyether polyol and MDI.The effects of polyalcohol,amounts of catalyst,mold discharging agent on the performance of the tire were discussed.The result  showed that the prepared tire with smooth skin,intact texture,excellent mechanical property,could be applied in the field of small low-speed tire as a alternative of traditional rubber tire.
Keywords:polyether polyol;microcellular polyurethane;tire
作者简介:姜健   男,1985 年出生,博士,从事聚氨酯弹性体研发工作。

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