TPU聚氨酯彈性體在輪胎上應用可行性探討
TPU(Thermoplastic polyurethanes)名稱為熱塑性聚氨酯彈性體橡膠。主要分為有聚酯型和聚醚型之分,它硬度范圍寬(60HA-85HD)、耐磨、耐油,透明,彈性好,在日用品、體育用品、玩具、裝飾材料等領域得到廣泛應用,無鹵阻燃TPU還可以代替軟質PVC以滿足越來越多領域的環保要求。
通常的自行車輪胎,都是橡膠材料的,生產工序較多,一般需要通過塑化——混煉——加工胚胎配件(如內胎,胎面,簾布等)——胚胎成型——胚胎硫化等一系列工序才能生產出自行車輪胎成品。而未來自行車的輪胎采用特殊熱塑性彈性體TPU為原材料,并且成型工藝采用注塑成型,只需開好模具,將熱塑性彈性體直接一步注射成型為所設計要求的自行車輪胎產品。
2016年開始共享單車熱潮出現,大街小巷布滿了摩拜、ofo等自行車,自行車的投放量也不增加,但當使用壽命到期后回收廢舊材料將成為很大的問題,對換環境的破壞不言而喻,這與目前的環保政策大相徑庭,然而TPU材料將可以解決這個問題,TPU材料可回收、易降解,不會對環境造成太多的負擔。
汽車輪胎是否也可以使用TPU材料呢?這方面的工作在1970年取得顯著進展,當時Firestone輪胎橡膠公司(Alliger等,1971就有關汽車用試驗澆鑄輪胎作了公開報道。國內汽車產銷量近年來仍處于走高趨勢,對于TPU輪胎來說是一個巨大的市場,但對于TPU而言仍有自己的技術難點。
主要的難點如下:
(1)TPU的某些熱性能及物理性能,氨基甲酸乙酯鏈本身具有熱可逆性,因此在足夠高的溫度下,TPU的主鏈會發生斷裂。
(2)補強機理在原理上也是熱敏型,因為它與微區的存在有關,微區在使用過程中,必須保持在它的玻璃化溫度或熔點以上。
(3)即使在路面上緩慢行駛時,甚至在較適中的溫度下,輪胎在充氣壓力和熱的綜合影響下,會顯示“裂縫增長”。
(4)當受到緊急剎車或產生局部過熱等其他情況下,輪胎胎面部分可能會發生災難性破壞。
(5)與傳統材料相比,TPU輪胎的造價相對更為高昂。
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