寧波材料所在免充氣實心發(fā)泡輪胎研發(fā)應(yīng)用方面取得進展
輪胎，作為機動車唯一與地面接觸的部件，對機動車的舒適性、安全性、制動性等至關(guān)重要。充氣輪胎在日常行駛中經(jīng)常會遇到慢撒氣、扎胎、爆胎等問題，易引發(fā)安全事故等。開發(fā)不怕扎、不怕爆胎的免充氣輪胎一直得到國內(nèi)外輪胎企業(yè)的關(guān)注。2005年米其林公司推出了一款基于傳統(tǒng)子午線技術(shù)開發(fā)的可免充氣子午線輪胎Tweel，2011年普利司通公司推出了具有網(wǎng)狀編制結(jié)構(gòu)的免充氣輪胎，2017年通伊歐公司發(fā)布了采用復(fù)合材料輪輻的免充氣輪胎Noair，最近，米其林公司展示了一種采用3D打印設(shè)計的具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的概念免充氣輪胎Vision。上述免充氣輪胎主要采用先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計和創(chuàng)新的材料體系，在輪胎減震緩沖的同時實現(xiàn)了免充氣，不過，與充氣輪胎相比，昂貴的價格、較高的噪音、較差的舒適性、易損的支撐結(jié)構(gòu)等問題限制了其大面積推廣。
2016年以來，隨著我國移動互聯(lián)網(wǎng)和共享經(jīng)濟的大發(fā)展，共享單車和共享電動助力車成功解決了公眾短距離出行和公共交通接駁換乘的“痛點”，成為社會資本和大眾追逐的熱點。區(qū)別于政府主導(dǎo)的“公共自行車”，共享單車最大的特點是引入了移動互聯(lián)網(wǎng)概念，取用返還極其方便，不過，沒有固定的取還地點也導(dǎo)致共享單車的維護成本極高。車輛老舊、故障、損毀等卻得不到及時維護，推高了共享單車的運營成本。輪胎作為共享單車重要的組成部分，影響了單車的舒適感(避震、低滾阻等)和安全性(止滑、轉(zhuǎn)向能力、剎車距離)，因此，開發(fā)具有免維護、騎行好的單車用輪胎成為行業(yè)研究熱點。
中科院寧波材料所超臨界流體綠色加工團隊在翟文濤、鄭文革研究員的領(lǐng)導(dǎo)下，多年從事聚合物熱塑彈性體和橡膠的微發(fā)泡研究，先后實現(xiàn)了熱塑性聚氨酯彈性體、聚烯烴彈性體、苯乙烯類彈性體、丁苯橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠等體系微發(fā)泡材料的制備和成型。2016年以來，中科院寧波材料所與我國輪胎龍頭企業(yè)“中策橡膠集團公司”多次接觸，討論開發(fā)單車用免維護發(fā)泡一體胎的技術(shù)可能性，要求發(fā)泡一體胎在免充氣的同時具備輕質(zhì)、優(yōu)異舒適感、低滾阻、防滑、耐磨、防脫圈、低位移的特點。經(jīng)過多次技術(shù)研討和技術(shù)驗證，2017年3月，雙方正式簽署技術(shù)合作開發(fā)協(xié)議。研究人員創(chuàng)新選用橡膠彈性體復(fù)合體系，采用射出發(fā)泡技術(shù)和創(chuàng)新模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過真空和流體輔助加工，同時實現(xiàn)了橡膠彈性體體系的交聯(lián)和發(fā)泡，開發(fā)了發(fā)泡一體胎。如圖1所示，發(fā)泡一體胎為實心發(fā)泡輪胎，具有防扎、防爆的特點。相關(guān)技術(shù)已經(jīng)申請多項中國發(fā)明專利。
圖1. 中科院寧波材料所中策橡膠集團合作開發(fā)的發(fā)泡一體胎
下表所示為發(fā)泡一體胎的理化性能及走形測試結(jié)果，所開發(fā)的發(fā)泡一體胎的密度僅為0.35~0.45g/cm3、DIN耐磨為80~90、具有優(yōu)異壓縮和彈性，長期耐溫可達70度，可以通過充氣輪胎的JIS走形模擬測試標準。中策橡膠設(shè)計了特殊的結(jié)構(gòu)定位單元，使發(fā)泡一體胎具有防脫圈和防位移的功能?，F(xiàn)場騎行結(jié)果表明，新型發(fā)泡一體胎具有良好的舒適感和低的阻力，選用的新型橡膠彈性體體系使發(fā)泡材料具有優(yōu)異的耐紫外、耐臭氧、耐濕熱老化性能，這確保新型發(fā)泡一體胎可以滿足單車輪胎使用壽命3年的要求。
2017年8月以來，研究人員配合中策橡膠集團設(shè)計購置了一體胎發(fā)泡設(shè)備多臺，在前期測試的基礎(chǔ)上確定了合適的樹脂配方體系和加工工藝，實現(xiàn)了發(fā)泡一體胎的批量生產(chǎn)，開展并通過了部分終端客戶的性能評價。目前，中策橡膠集團已經(jīng)形成了萬條/天的產(chǎn)能。
2017年8月以來，研究人員配合中策橡膠集團設(shè)計購置了一體胎發(fā)泡設(shè)備多臺，在前期測試的基礎(chǔ)上確定了合適的樹脂配方體系和加工工藝，實現(xiàn)了發(fā)泡一體胎的批量生產(chǎn)，開展并通過了部分終端客戶的性能評價。目前，中策橡膠集團已經(jīng)形成了萬條/天的產(chǎn)能。
圖2. 中策橡膠集團批量生產(chǎn)的一體胎加工原料和發(fā)泡輪胎產(chǎn)品
研究團隊選擇的橡膠彈性體發(fā)泡體系便于復(fù)配，這在賦予發(fā)泡材料優(yōu)異性能的同時解決了橡膠熔融加工的難題，使得發(fā)泡材料在耐磨、止滑、回彈、抗壓縮形變、耐溫等方面具有良好的拓展性，從而使發(fā)泡一體胎可廣泛應(yīng)用于單車、電動助力車、平衡車、輪椅車、童車等低速兩輪車領(lǐng)域;所選擇的橡膠彈性體發(fā)泡體系便于染色，這賦予發(fā)泡一體胎材料豐富的色彩。
