浇注型CPU生产技术及其在轮胎中的应用

浇注型聚氨酯弹性体（CPUE）是通过浇注工艺，由液体树脂浇注并扩链交联反应成型而生产的一类聚氨酯（PU）弹性体，可简称为“浇注胶”或“液体橡胶”。
         
        CPUE技术的特点有：①、以液体原料(由低聚物多元醇与多异氰酸酯制备的预聚体以及扩链交联剂等)混合后浇注或注射到制品模具中反应而固化成型，可以直接制得很厚的体积大的聚氨酯橡胶制品及形状复杂的制品；②、制品的综合性能好；③、可以调节原料的配方组成和用量，获得不同硬度的制品，性能的可变范围大；④、设备投资小，工艺简单、耗能小，加工方便；⑤、可制造小批量的或单件的制品原型，灵活性好。
         
        随着反应注射成型（RIM）技术的出现，CPUE生产效率得到大幅度提高。鉴于此CPUE正以液体注射橡胶的独特性能和优势，逐步取代固体橡胶的地位应用于诸多领域。
         

国产系列绿色轮胎产品

        传统橡胶轮胎面临巨大变革
         
        汽车工业与高速公路的飞速发展使轮胎成为产量最大、技术水平最高的高分子制品之一。而日趋严重的能源消耗、安全事故的增加以及因使用寿命短而产生大量的轮胎固体废弃物等社会发展和环境问题对轮胎提出了更高的技术要求。因此，90年代以来，国外超级轮胎公司竞相开发具有节能、减少污染、高速、安全、耐用等优良综合性能的高性能轮胎，最典型的称为“绿色轮胎”。这类高性能轮胎的最大特点是同时具有低的滚动阻力、高的抗湿滑性以及高耐磨性等优良综合性能。以现有的通用橡胶为基础，要同时满足轮胎的上述多种性能是不可能的。因此必须开发新的轮胎用橡胶。研制开发绿色轮胎用新型橡胶及寻求具有优良综合性能的轮胎用其他新材料是当前国际上轮胎研发的热点和发展方向。
         
        传统轮胎（斜交轮胎和子午线轮胎）生产工序多、设备多、能耗大，因此，寻求一种新的生产工艺代替传统工艺，简化生产过程，减少设备、降低能耗，这是轮胎行业长期致力于解决的一大课题。
         
        随着科学技术的发展，出现了一种新材料—液体合成橡胶。与固体橡胶相比，液体合成橡胶的粘度低，流动性好。用该材料制作轮胎加工工艺要简单得多，而且其制品具有优良的综合性能。CPUE就是液体合成橡胶中的佼佼者。新材料的良好加工特性和优良的综合性能为轮胎制品制作开辟了一条新途径，从而促使轮胎工业再度掀起一次巨大的变革。
         
        CPUE生产技术在轮胎中的应用
         
        20世纪60年代之后，随着PU工业的迅速发展，用液体注射成型制造轮胎的技术，引起了世界各国的普遍关注。美国、英国、法国、西德等国先后推出了液体浇注成型的各种试验轮胎。奥地利lim公司历时20年耗资6000万美元，致力于液体浇注成型聚氨酯轮胎的研究开发。在这一方面比较成功的有奥地利的lim公司、德国的phoenix和英国的UTI公司等。20世纪90年代，在轮胎结构、液体原料制备、轮胎模具、液体注射成型机械以及PU轮胎生产工艺等方面都取得了突破性进展。大型拖拉机轮胎、低气压浮渡轮胎、轿车轮胎产品已具备了工业化生产的条件，16.9－28农业拖拉机轮胎已经投放市场，被用户所接受。资料表明，液体注射成型聚氨酯轮胎，不仅制造工艺，就连轮胎本身的技术性能也有着传统橡胶轮胎不可比拟的优越性，有着强大的生命力，是一代有着广阔前途的轮胎产品。
         
        液体聚氨酯注射成型轮胎从原理和制造工艺上与传统轮胎有着重大的区别。其制造方法是，首先由低聚物多元醇和多异氰酸酯制备PU预聚体，然后加入扩链交联剂、功能助剂等进行扩链交联反应生成液体PU浆料，通过注射成型进入模腔。注射成型操作是由一台浇注机或注射成型机完成的，它将双组元原料液预混合后形成的液体PU浆料注入模型，经过加热固化即得轮胎成品。通常低聚物多元醇选用聚醚（或聚酯）二元醇，多异氰酸酯选用二异氰酸酯。由于它的生产过程可以实现连续化和自动化，生产和使用过程中不产生废料，无污染，有人把它看作是21世纪的无公害轮胎。
         
        至今，国外开发液体PU注射成型轮胎技术历时30余年，取得了重大的技术进展。开发比较成功的是自行车轮胎、电动轿车轮胎、军用越野车轮胎、农用拖拉机轮胎、叉车轮胎和工程车轮胎。通过国外检测机构检验，证明该轮胎具有下列性能特点：①、滚动阻力低。由于PU的低滞后性和轮胎质量轻，在标准大气压下，这种轮胎的滚动阻力比传统轮胎低50%。②、节省原料油。与同规格的传统轮胎比，节油10%。③、行驶里程高。PU兼有耐磨和不打滑的特点，其轮胎的滚动摩擦系数只相当于同规格传统轮胎的1/3，故行驶里程比传统轮胎高。④、可全天候使用。由于PU耐酸、耐碱、耐氧、耐臭氧、耐光和耐温度变化，故可在全天候条件下使用。⑤、行驶温度低，无驻波。
        在高速试验机上，以210Km/h速度与同规格传统轮胎作对比试验，发现当后者的胎面温度高达120℃时，前者仅达到37℃；后者出现驻波并很快损坏时，前者仍很完好；前者在侧滑、制动、操纵性和舒适性方面，均不亚于后者。目前，PU浇注轮胎的生产技术日趋成熟，在PU耐热性、高速时的内生热等方面取得重大进展。进入2005年，业界传媒一再报道的PU轮胎研发有了新突破。国外的有美国Amerityre公司的轿车PU轮胎样品已通过独立检验，米其林北美公司的PU轮毂一体成型轮胎—“Tweel”轮胎装在奥迪A4车上试驾。国内有华南理工大学通过PU轮胎技术鉴定，并正抓紧新一轮样品试制和试验。
         
        国内PU轮胎的研制现状
         
        我国PU轮胎的研发比国外晚一些，20世纪80年代，齐齐哈尔大威轮胎厂研制橡胶 — PU复合轮胎，于1991年通过鉴定。90年代青岛科技大学研制全PU轮胎，也取得了重大突破。但是至今仍没有见到他们的PU轮胎面市和使用。90年代末，华南理工大学开始研制PU — 橡胶复合轮胎。2002年解决了PU复合轮胎的关键技术，做出实验室样品。通过有关测试，获得国内外多项专利。2004年试制了大量叉车胎和载重汽车胎，通过里程试验、装车里程试验和相关检测，于2005年1月通过国家级技术鉴定。载重汽车胎在货重30～40吨，每天行驶300多公里的货车上，已跑里程5万多公里，还在继续进行路试。其最高单耗已达1.5万～2万Km/mm。2005年正在开展复合轮胎工业化和PUE材料性能进一步提高的工作。所研制的PUE材料具有优异的综合性能，曲挠试验110万次不断裂；在自制的模拟载重汽车胎路况条件的磨耗机上，CPUE的摩擦生热与橡胶胎面材料相当；CPUE材料当硬度70A时，拉伸断裂强度可达30～35MPa。CPUE材料与橡胶胎体的粘合技术已达世界领先水平。
         
        CPU绿色轮胎的性能特点和优势
         
        用CPU生产技术制作的绿色轮胎有两种类型 ：其一为全PU绿色轮胎，其二为CPUE作为胎面材料的PU — 橡胶复合轮胎。综合国内外CPUE绿色轮胎30多年来的研发成果和经验，该类轮胎的性能特点和优势可归纳为：①、现已取得的结果表明，PU轮胎的综合性能是令人满意的。经过几年的努力，通过对CPUE材料性能进一步改进和完善，注射成型工艺和装备的进一步完善，PU轮胎的综合性能将比传统橡胶轮胎更好。②、液体PU注射成型工艺把传统橡胶轮胎复杂的生产工艺简化为原料液的预混和注射成型工序，减少了设备以及厂房的占地面积，从而降低了建设投资。据估算，建设相同规模的轮胎厂，其投资只相当于传统轮胎厂的30%；能耗低，液体PU注射成型工艺能耗仅为传统轮胎的2% ；与相同规模企业比较，其所需人员相当于传统轮胎生产厂的1/3。从规模经济性来分析，传统轮胎的经济规模为300万套，而液体PU注射成型轮胎仅为传统轮胎的0.1倍。③、以液体PU注射成型技术生产的绿色轮胎与传统轮胎相比，耐磨性和寿命大幅度提高，废旧轮胎可以100%回收利用，生产过程无污染，使用过程中不产生废料。开发这种绿色轮胎不仅具有经济效益，而且有生态环境效益、符合未来社会发展的需要。④、PU—橡胶复合轮胎技术不仅可以使用新制的橡胶轮胎胎体进行制作，而且可以使用传统轮胎使用后的旧胎进行制作，这将为大量废弃旧胎的变废为宝开辟一条新的道路。
         
        未来展望
         
        浇注型聚氨酯弹性体（CPU）因其具有独特的优良综合性能倍受工业界的青睐，已经取得并将继续扩大其很大的应用范围。尤其是在传统橡胶应用的诸多领域，已经出现并将继续扩大使用CPUE制品取代传统橡胶零部件的产业趋势。而PU绿色轮胎的研制和产业化是轮胎发展的必然趋势。正如美国Amerityre公司称，开发PU轮胎技术是轮胎产业近百年来最伟大的技术革命，不但轮胎性能好，重要的是制造轮胎的工艺方法成本很低。迄今，国内外在这一方面都取得重大的进展，取得了令人鼓舞的很多成果，前途无限光明、美好。（完）

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