CN110406330A - 一种防刺穿胎面胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防刺穿胎面胶及其制备方法，属于轮胎橡胶领域。本发明方法通过将芳纶经过剪切增稠液浸泡处理后得到的复合物设置在轮胎胎面内表面作为防刺穿层，利用防刺穿层遇到剧烈冲击时会快速变硬的物理特性，以达到防止轮胎被刺穿而导致爆胎的目的。本发明中防刺穿层的厚度为考虑防刺穿要求和经济成本等因素而设计的较佳厚度。该方法工艺简单，效果好，广泛适用于各种车型，适合大规模生产。

Description

一种防刺穿胎面胶及其制备方法

技术领域

本发明属于轮胎橡胶领域，涉及一种防刺穿胎面胶及其制备方法。

背景技术

道路交通安全是现在人们非常重视的问题。在车辆行驶时，路况具有不确定性，道路上难免会有些螺丝钉，石块之类的尖锐物体。当车辆在高速行驶时如果遇到这种情况极易导致轮胎漏气并引起爆胎。如何解决这一安全隐患也成为了当前轮胎制造厂商的一个难题。

现市场上流通的轮胎很少有防穿刺轮胎，多为防爆轮胎即“泄气保用轮胎”，充气后的轮胎胎壁是支撑车辆重量的主要部位，特别是一些扁平比(扁平比是轮胎高度与宽度的比)较大的轮胎，胎壁非常“肥厚”。RSC防爆轮胎之所以泄气后不会垮下，主要是因为加厚的橡胶侧壁，即使失去气压，侧壁也能够支撑车辆的重量，不会导致严重的变形，因此轮胎爆胎后并不会严重影响车辆的行驶，甚至车主有可能感觉不到。防爆轮胎在轮胎泄气的情况下，车辆仍然可以80公里/小时的车速行驶80公里；如果驾驶者没有爆胎后驾驶经验(大多数人都没有)，可能会做到错误的驾驶动作(例如急刹车)，这将导致车辆无法挽救的失控。市场上也有部分防爆防漏自修复的轮胎，其原理是通过专业设备将一种高分子胶料喷涂到胎胎面内壁(与地面接触部分的内面)，形成5mm厚度左右的保护层，钉扎不漏，拔出钉子能自动修复免修补，但钉子仍然需要后续处理拔出，在钉子未拔出且汽车在运行过程中仍有可能会对轮胎其他部位产生损伤，且这种轮胎成本高昂，多用于豪华轿车。因此，亟需研究一种防止钉子刺入且成本较低、安全性强的轮胎的制造方法。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种防刺穿胎面胶及其制备方法。本发明提供的胎面胶应用于轮胎中可以防止钉子刺入轮胎，不影响驾驶，安全性高，且成本较低。

本发明提供了一种防刺穿胎面胶，所述防刺穿胎面胶包括胎面层和依次粘合在胎面层内表面的丁基橡胶板、防刺穿层和薄橡胶板，其中所述防刺穿层为芳纶(苯二甲酰苯二胺)和剪切增稠液的复合物。

优选的，所述防刺穿层的厚度为3～13mm。

优选的，所述防刺穿层的厚度为3mm。

本发明还提供了上述防刺穿胎面胶的制作方法，包括以下步骤：

S1：制备剪切增稠液；

S2：将芳纶在步骤S1制备得到的剪切增稠液中浸泡1～3分钟，取出后烘干，得到防刺穿层；

S3：在轮胎胎面层的内表面依次粘合丁基橡胶板、所述防刺穿层和薄橡胶板，得到防刺穿胎面胶。

优选的，所述剪切增稠液的制备方法包括以下步骤：

S11：在反应容器中加入苯乙烯、丙烯酸乙酯、蒸馏水和过硫酸钾，氮气保护下搅拌至混合均匀后放置于60℃的水浴锅中，搅拌下反应12h得到乳液；

S12：将所述乳液离心、干燥，得到聚苯乙烯一丙烯酸乙酯共聚微球；

S13：将所述聚苯乙烯一丙烯酸乙酯共聚微球加入乙二醇后球磨，得到所述剪切增稠液。

优选的，所述步骤S3具体为：

将丁基橡胶板的一面用ABS胶水与胎面层的内表面粘合；

将防刺穿层的一面用硅橡胶热硫化胶水粘合在所述丁基橡胶板的另一面；

用硅橡胶热硫化胶水将薄橡胶板粘合在所述防刺穿层的另一面，得到防刺穿胎面胶。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.将剪切增稠液通过高分子技术固定于芳纶织物上使其成为一个防刺穿层，将其放置于轮胎的胎面胎面层后，以做到车辆高速行驶时轮胎碰到尖锐石子或者螺丝类物品可以防止轮胎被刺穿。即使出现轮胎被钉子卡在轮胎上的情况，因为轮胎的滚动，第二次撞击开始尖锐物多会以斜面进行二次撞击，司机发觉异样可以及时停车处理，若车辆内胎未损伤，车辆去除锐物后仍然可以继续行驶无碍。

2.将防刺穿层与轮胎胎面层结合起来，当轮胎防刺穿层遭到破坏时只需更换含有防刺穿层的胎面料即可，一方面确保安全，另一方面可以大大降低维修成本。

3.本发明所选择的防刺穿层厚度，为考虑材料的形变和所承受力的本构关系、防刺穿层的制备成本等多个因素而得到的较佳结果，可以实现以较低成本使轮胎具有较强的防刺穿性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种防刺穿胎面胶，所述防刺穿胎面胶包括胎面层和依次粘合在胎面层内表面的丁基橡胶板、防刺穿层和薄橡胶板，其中所述防刺穿层为芳纶和剪切增稠液的复合物。

轮胎通常由外胎、内胎、垫带3部分组成。外胎是由胎体、缓冲层(或称带束层)、胎面、胎侧和胎圈组成。胎面为与地面接触部分，高速运行中若遇到尖锐物体，则极易由于轮胎被刺穿而发生爆胎。因此，通过在胎面层内表面增设防刺穿层可以避免轮胎由于被戳穿导致的爆胎问题，也可以解决由于轮胎被刺穿而导致的后续换胎和修理麻烦问题。采用丁基橡胶板和薄橡胶板设置在防刺穿层两面有利于更好地与胎面层与内表面贴合。其中防刺穿层的厚度优选为3～13mm，更优选为3mm。

其中，防刺穿层厚度是根据轮胎受力模型计算得到的，轮胎受力模型的建立主要考虑材料的形变和所承受力的本构关系以及经济成本，

行驶的汽车经常会碾上尖锐物，这时轮胎会在接触点发生局部变形。我们对这种情况进行处理：在沿着尖锐物轴向以r₀为半径，旋转一周，取一个轮胎的自由体，这个自由体的形状近似一个扁平的圆柱体，在尖锐物的作用下变成一个圆锥，轮胎截面上主要是拉应力，N表示尖锐物对轮胎的作用力，根据平衡关系得到

N＝σAsinθ\*MERGEFORMAT(1)

式中θ是凹起胎面和地面的夹角，A是拉应力的作用面积(圆柱面)

A＝2πr₀h\*MERGEFORMAT(2)

其中，h为轮胎厚度。将公式带入式得到

N＝2πr₀hσsinθ\*MERGEFORMAT(3)

当尖锐物的顶起的高度是H时，胎面和地面产生一个θ的夹角，其正切为

同时，在接触点附近原来半径r₀变为r，由此发生的相对应变为

把应变ε表达式代入式，可建立起支撑力N和应变ε的关系表达式。

N(ε)＝2πr₀hσ(ε)sinθ\*MERGEFORMAT(6)

其中

因此，本发明中建立的轮胎受力模型如下式所示：

上式中，ε₁表示橡胶的应变，ε₂表示防刺穿层的应变，θ是凹起胎面和地面的夹角，h₁示橡胶的厚度，h₂表示防刺穿层的厚度，N表示压力，r₀表示受力面积的半径，C表示成本。

通过MATLAB对上式所示模型进行运算，得到防刺穿层的最厚度为3mm。

本发明还提供了上述防刺穿胎面胶的制作方法，包括以下步骤：

S1：制备剪切增稠液；

S2：将芳纶在步骤S1制备得到的剪切增稠液中浸泡1～3分钟，取出后烘干，得到防刺穿层；

S3：在轮胎胎面层的内表面依次粘合丁基橡胶板、所述防刺穿层和薄橡胶板，得到防刺穿胎面胶。

首先，制备剪切增稠液，优选采取以下方法：

S11：在反应容器中加入苯乙烯、丙烯酸乙酯、蒸馏水和过硫酸钾，氮气保护下搅拌至混合均匀后放置于60℃的水浴锅中，搅拌下反应12h得到乳液；

S12：将所述乳液离心、干燥，得到聚苯乙烯一丙烯酸乙酯共聚微球；

S13：将所述聚苯乙烯一丙烯酸乙酯共聚微球加入乙二醇后球磨，得到所述剪切增稠液。

然后，将芳纶在步骤S1制备得到的剪切增稠液中浸泡1～3分钟，取出后烘干，得到防刺穿层；

最后，将丁基橡胶板的一面用ABS胶水与胎面层的内表面粘合；将防刺穿层的一面用硅橡胶热硫化胶水粘合在所述丁基橡胶板的另一面；用硅橡胶热硫化胶水将薄橡胶板粘合在所述防刺穿层的另一面，得到防刺穿胎面胶。

根据轮胎受力模型，模拟添加不同厚度的防刺穿层，即在0mm、3mm和6mm的情况下，仿真不同厚度的压力分布。

因为压力和应变、厚度有关，应变和应力成正比关系，所以去应变为特殊值，即取ε＝0.15时。

N＝0.421πr₀h₁+12243.241πr₀h₂

式中，h₁表示橡胶的厚度，h₂表示防刺穿层的厚度，N表示压力，r₀表示受力面积的半径。

先考虑在添加0mm的防刺穿层的的情况下，将h₁＝13m，m和h₂＝0mm带入上面公式，求解出轮胎受力的平均值为2278.7N。

然后计算在添加3mm的防刺穿层的的情况下，将h₁＝10mm和h₂＝3mm带入上面公式，求解出轮胎受力的平均值为1890.2N；

同理求得在6mm的情况下，将h₁＝7mm和h₂＝6mm受力的平均值为1837.9N。

对添加不同厚度防刺穿层的轮胎进行仿真，对仿真过后的相关数据进行分析，可以得出在0mm到3mm的范围内，每增加0.1mm的防刺穿层，受到的压力将减缓了0.939％；而在3mm到6mm的范围内，每增加0.1mm的防刺穿层，受到的压力将减缓了0.542％。仿真结果充分说明，从防刺穿性能和经济成本的角度看，防刺穿层的较佳厚度为3mm。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种防刺穿胎面胶，其特征在于，所述防刺穿胎面胶包括胎面层和依次粘合在胎面层内表面的丁基橡胶板、防刺穿层和薄橡胶板，其中所述防刺穿层为芳纶和剪切增稠液的复合物。

2.根据权利要求1所述的防刺穿胎面胶，其特征在于，所述防刺穿层的厚度为3～13mm。

3.根据权利要求1所述的防刺穿胎面胶，其特征在于，所述防刺穿层的厚度为3mm。

4.如权利要求1至3中任一项所述的防刺穿胎面胶的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制备剪切增稠液；

S2：将芳纶在步骤S1制备得到的剪切增稠液中浸泡1～3分钟，取出后烘干，得到防刺穿层；

S3：在轮胎胎面层的内表面依次粘合丁基橡胶板、所述防刺穿层和薄橡胶板，得到防刺穿胎面胶。

5.根据权利要求4所述的防刺穿胎面胶的制作方法，其特征在于，所述剪切增稠液的制备方法包括以下步骤：

S11：在反应容器中加入苯乙烯、丙烯酸乙酯、蒸馏水和过硫酸钾，氮气保护下搅拌至混合均匀后放置于60℃的水浴锅中，搅拌下反应12h得到乳液；

S12：将所述乳液离心、干燥，得到聚苯乙烯一丙烯酸乙酯共聚微球；

S13：将所述聚苯乙烯一丙烯酸乙酯共聚微球加入乙二醇后球磨，得到所述剪切增稠液。

6.根据权利要求4所述的增强轮胎的胎面胶防刺穿性能的处理方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

将丁基橡胶板的一面用ABS胶水与胎面层的内表面粘合；

将防刺穿层的一面用硅橡胶热硫化胶水粘合在所述丁基橡胶板的另一面；

用硅橡胶热硫化胶水将薄橡胶板粘合在所述防刺穿层的另一面，得到防刺穿胎面胶。