聚氨酯輪胎與橡膠輪胎的對(duì)比研究

黃龍（沈陽(yáng)和平子午線輪胎制造有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

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聚氨酯輪胎與橡膠輪胎的對(duì)比研究

黃龍
（沈陽(yáng)和平子午線輪胎制造有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，汽車(chē)的保有量越來(lái)越高，市場(chǎng)對(duì)輪胎的需求越來(lái)越高。作為汽車(chē)的一個(gè)關(guān)鍵部分，輪胎既要實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的，更要實(shí)現(xiàn)安全以及舒適性的要求。傳統(tǒng)的橡膠輪胎占據(jù)主要地位。但是隨著材料技術(shù)以及輪胎制作工藝的不斷進(jìn)步，各種其他材料的輪胎不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)。聚氨酯輪胎輪胎就是一個(gè)典型代表，實(shí)踐證明，聚氨酯輪胎既具有傳統(tǒng)橡膠輪胎的彈性，而且在硬度上具有橡膠輪胎不可比擬的優(yōu)越性，這就導(dǎo)致輪胎的使用壽命大大提高，而且在資源的回收上也比傳統(tǒng)的橡膠輪胎方便。在此背景之下，本文采用對(duì)比研究的方法，對(duì)聚氨酯輪胎和橡膠輪胎進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：聚氨酯輪胎：橡膠輪胎：性能

橡膠一直以來(lái)是一種十分重要的工業(yè)原料，特別是在輪胎的生產(chǎn)方面，其應(yīng)用到輪胎生產(chǎn)已達(dá)一百多年的的歷史。天然橡膠的產(chǎn)量一般來(lái)講比較固定，而且價(jià)格越來(lái)越高。在此情形之下人們不斷進(jìn)行新材料的開(kāi)發(fā)，以此來(lái)緩解天然橡膠不能滿足需求的情況，合成材料成為一個(gè)重要的選擇。德國(guó)科學(xué)家最早合成了聚氨酯彈性體，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)材料的替代。美國(guó)在此方面走在了前列，在20世紀(jì)60年代已經(jīng)形成了比較完善的聚氨酯生產(chǎn)體系。于是聚氨酯輪胎在實(shí)際中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

0　概述

聚氨酯輪胎一般采用澆注的制造工藝，這種生產(chǎn)方法和傳統(tǒng)的橡膠輪胎生產(chǎn)方法差別很大。輪胎的主體由三部分構(gòu)成，分別是胎體、帶束層和胎面。其中胎體的最主要材料是聚氨酯，眾所周知，聚氨酯的硬度比較高，而且彈性好，所以這樣就大大提高了輪胎的硬度。胎體上部的帶束層由沿周向纏繞的芳綸或鋼絲簾線構(gòu)成，胎面也主要有聚氨酯構(gòu)成。所以總體上講，輪胎的硬度高，耐磨性好，而且生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，具有傳統(tǒng)橡膠輪胎不可比擬的優(yōu)越性。

聚氨酯輪胎發(fā)展也經(jīng)歷了一段時(shí)間，但是由于各種因素的制約，聚氨酯輪胎也存在一些弊端，最明顯的就是在制動(dòng)的過(guò)程中由于摩擦輪胎發(fā)熱導(dǎo)致制動(dòng)性能的急劇下降，而且在在高溫的情況下抗撕裂性能和耐磨性能也急劇下降，只有原來(lái)的1/5。而且輪胎的牽引性能還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)許多加工和制作的工藝還存在一些問(wèn)題。聚氨酯輪胎的運(yùn)用也存在一定的局限性，現(xiàn)在最常運(yùn)用到自動(dòng)裝載車(chē)領(lǐng)域，現(xiàn)在在這個(gè)領(lǐng)域和橡膠輪胎的作用不分上下，我們的對(duì)比也在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行。

1　聚氨酯輪胎與橡膠輪胎的對(duì)比分析

首先是滾動(dòng)阻力方面的差別。聚氨酯材料自身在化學(xué)構(gòu)成不同于橡膠材料，所以比橡膠更低的滾動(dòng)阻力。滾動(dòng)阻力低最明顯的就是提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作效率，而且節(jié)油性和經(jīng)濟(jì)性也大大提高。特別是對(duì)一些電動(dòng)的自卸車(chē)，更可以增加蓄電池的使用壽命，裝載的效率會(huì)大大提高。

其次是緩沖性能。輪胎的硬度決定了輪胎的緩沖性能，聚氨酯材料的硬度要比橡膠輪胎的硬度高，所以說(shuō)硬度越高吸收沖擊的能力越低。在這些因素影響之下，聚氨酯輪胎的緩沖性能不如傳統(tǒng)的橡膠輪胎，所以舒適性大打折扣。

第三是牽引性能。主要考慮的就是輪胎的地面附著力，橡膠或聚氨酯輪胎與路面接觸時(shí)的附著性差別明顯。由于橡膠輪胎自身比較軟，所以地面的印痕面積大，所以對(duì)路的感覺(jué)特別明顯，直接導(dǎo)致?tīng)恳芰Φ脑鰪?qiáng)。但是聚氨酯輪胎硬度偏大，直接導(dǎo)致在這方面的劣勢(shì)。許多生產(chǎn)廠家從輪胎的花紋等方面入手進(jìn)行改進(jìn)，但是實(shí)際效果并不十分明顯，這方面有待進(jìn)一步改進(jìn)。

第四是承載能力。聚氨酯輪胎的硬度強(qiáng)，在常溫下抗撕裂能力也比橡膠輪胎強(qiáng)，所以聚氨酯輪胎的承載能力比橡膠輪胎的承載能力強(qiáng)，大約是橡膠輪胎的2倍，所以自卸車(chē)領(lǐng)域聚氨酯輪胎的運(yùn)用十分普遍。傳統(tǒng)的橡膠輪胎在這方面有所不足。

第五是耐磨性能。耐磨性能也是衡量輪胎好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。眾所知周，傳統(tǒng)的橡膠材料比較柔軟，與地面的附著能力大，所以磨損的比較快，輪胎的耐磨性能比較低。聚氨酯輪胎的硬度高，抗撕裂能力強(qiáng)，所以耐磨性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于橡膠輪胎，能夠達(dá)到橡膠輪胎的4倍之多。

第六是抗切割和抗撕裂性能。橡膠材料的輪胎由于其柔軟性，所以抗切割和抗撕裂的強(qiáng)度不高，在日常使用過(guò)程中極容易受到外力的破壞，這也是導(dǎo)致輪胎壽命縮短的一個(gè)重要原因，一旦出現(xiàn)小的裂痕或切割會(huì)不斷擴(kuò)大導(dǎo)致輪胎的失效。但是聚氨酯輪胎由于自身材料構(gòu)成的特殊性，在聚氨酯輪胎中的表現(xiàn)只是相當(dāng)于割口或裂口鑲嵌在胎面中，而且一般不會(huì)擴(kuò)大，所以輪胎的整體不會(huì)受到多大的影響。從這個(gè)個(gè)方面來(lái)說(shuō)，聚氨酯輪胎的抗切割和抗撕裂性能要優(yōu)于橡膠輪胎。

第七是速度性能。在這方面聚氨酯輪胎具有劣勢(shì)，主要是基于其自身受溫度的影響十分巨大，一旦胎面溫度過(guò)稿聚氨酯輪胎的性能將急劇下降，在此條件之下聚氨酯輪胎只適用于速度比較慢的汽車(chē)之上，橡膠輪胎的散熱好，而且地面附著力好，所以應(yīng)用在速度比較高的汽車(chē)之上。

第八是地面印跡。聚氨酯輪胎由于硬度大，地面附著力小，所以不會(huì)在地面上留下痕跡。而小腳輪胎有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些地面印跡。

第九是濕滑性能。再濕滑條件下使用聚氨酯輪胎會(huì)給工作帶來(lái)一定的不便，但是人們采用一些改進(jìn)的手段取得了一定的效果。橡膠輪胎在這一工作環(huán)境下也會(huì)出現(xiàn)效率不高的情形。

第十是耐化學(xué)性。由于材料自身特性的差別，二者的耐化學(xué)性差別十分顯著。聚氨酯輪胎由于是合成的材料，硬度高，所以在抗腐蝕性方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，而橡膠輪胎抗化學(xué)腐蝕的能力不足，容易造成輪胎的損壞。

2　聚氨酯輪胎的前景

聚氨酯輪胎具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是也有明顯的不足，在今后的發(fā)展過(guò)程中要積極進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，加大研發(fā)力度，改善其性能上的不足。目前使用的橡膠輪胎在生產(chǎn)和使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多廢料，報(bào)廢后的輪胎回收再利用難度很大，容易造成環(huán)境污染。每年有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的報(bào)廢輪胎等待處理，而且處理這些輪胎還要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。由于聚氨酯輪胎在耐磨性、滾動(dòng)阻力以及抗撕裂性等方面都明顯優(yōu)于子午線輪胎，同樣尺寸的聚氨酯輪胎負(fù)重容量是橡膠輪胎的6～7倍,其生產(chǎn)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中產(chǎn)生很少?gòu)U料，而且更為重要的是廢舊輪胎的部分胎體可以回收用于制造其他聚氨酯產(chǎn)品，不會(huì)造成環(huán)境污染，并且其制造工藝簡(jiǎn)單——液體澆注成型,屬于新型無(wú)簾線澆注輪胎,因而被人們稱(chēng)為2l世紀(jì)的綠色環(huán)保輪胎。由此可以看出，聚氨酯輪胎的發(fā)展前景比較廣闊，隨著材料技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必會(huì)改進(jìn)各種生產(chǎn)工藝，對(duì)其限制性因素進(jìn)行改進(jìn)和完善，最終服務(wù)于人們的日常生產(chǎn)和生活。

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Comparative study of polyurethane tire and rubber tire

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ336.1

文章編號(hào)：1009-797X(2016)12-0011-02

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.004

作者簡(jiǎn)介：黃龍（1986-），男，助理工程師，研究方向?yàn)槠鹉z和輪胎過(guò)程-半成品過(guò)程制造或研發(fā)工藝。

收稿日期：2016-05-24