聚氨酯輪胎與橡膠輪胎的對比研究

黃龍（沈陽和平子午線輪胎制造有限公司，遼寧 沈陽 110000）

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聚氨酯輪胎與橡膠輪胎的對比研究

黃龍
（沈陽和平子午線輪胎制造有限公司，遼寧 沈陽 110000）

摘要：隨著經濟的發展和社會的進步，汽車的保有量越來越高，市場對輪胎的需求越來越高。作為汽車的一個關鍵部分，輪胎既要實現節油的目的，更要實現安全以及舒適性的要求。傳統的橡膠輪胎占據主要地位。但是隨著材料技術以及輪胎制作工藝的不斷進步，各種其他材料的輪胎不斷被開發出來。聚氨酯輪胎輪胎就是一個典型代表，實踐證明，聚氨酯輪胎既具有傳統橡膠輪胎的彈性，而且在硬度上具有橡膠輪胎不可比擬的優越性，這就導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的橡膠輪胎方便。在此背景之下，本文采用對比研究的方法，對聚氨酯輪胎和橡膠輪胎進行分析。

關鍵詞：聚氨酯輪胎：橡膠輪胎：性能

橡膠一直以來是一種十分重要的工業原料，特別是在輪胎的生產方面，其應用到輪胎生產已達一百多年的的歷史。天然橡膠的產量一般來講比較固定，而且價格越來越高。在此情形之下人們不斷進行新材料的開發，以此來緩解天然橡膠不能滿足需求的情況，合成材料成為一個重要的選擇。德國科學家最早合成了聚氨酯彈性體，以此來實現對傳統工業材料的替代。美國在此方面走在了前列，在20世紀60年代已經形成了比較完善的聚氨酯生產體系。于是聚氨酯輪胎在實際中發揮著越來越重要的作用。

0　概述

聚氨酯輪胎一般采用澆注的制造工藝，這種生產方法和傳統的橡膠輪胎生產方法差別很大。輪胎的主體由三部分構成，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成，胎面也主要有聚氨酯構成。所以總體上講，輪胎的硬度高，耐磨性好，而且生產工藝比較簡單，具有傳統橡膠輪胎不可比擬的優越性。

聚氨酯輪胎發展也經歷了一段時間，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的過程中由于摩擦輪胎發熱導致制動性能的急劇下降，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，只有原來的1/5。而且輪胎的牽引性能還有待進一步加強，同時許多加工和制作的工藝還存在一些問題。聚氨酯輪胎的運用也存在一定的局限性，現在最常運用到自動裝載車領域，現在在這個領域和橡膠輪胎的作用不分上下，我們的對比也在這個領域進行。

1　聚氨酯輪胎與橡膠輪胎的對比分析

首先是滾動阻力方面的差別。聚氨酯材料自身在化學構成不同于橡膠材料，所以比橡膠更低的滾動阻力。滾動阻力低最明顯的就是提高機械設備的運作效率，而且節油性和經濟性也大大提高。特別是對一些電動的自卸車，更可以增加蓄電池的使用壽命，裝載的效率會大大提高。

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，所以對路的感覺特別明顯，直接導致牽引能力的增強。但是聚氨酯輪胎硬度偏大，直接導致在這方面的劣勢。許多生產廠家從輪胎的花紋等方面入手進行改進，但是實際效果并不十分明顯，這方面有待進一步改進。

第四是承載能力。聚氨酯輪胎的硬度強，在常溫下抗撕裂能力也比橡膠輪胎強，所以聚氨酯輪胎的承載能力比橡膠輪胎的承載能力強，大約是橡膠輪胎的2倍，所以自卸車領域聚氨酯輪胎的運用十分普遍。傳統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重要指標。眾所知周，傳統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，所以耐磨性能遠遠優于橡膠輪胎，能夠達到橡膠輪胎的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度不高，在日常使用過程中極容易受到外力的破壞，這也是導致輪胎壽命縮短的一個重要原因，一旦出現小的裂痕或切割會不斷擴大導致輪胎的失效。但是聚氨酯輪胎由于自身材料構成的特殊性，在聚氨酯輪胎中的表現只是相當于割口或裂口鑲嵌在胎面中，而且一般不會擴大，所以輪胎的整體不會受到多大的影響。從這個個方面來說，聚氨酯輪胎的抗切割和抗撕裂性能要優于橡膠輪胎。

第七是速度性能。在這方面聚氨酯輪胎具有劣勢，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之上，橡膠輪胎的散熱好，而且地面附著力好，所以應用在速度比較高的汽車之上。

第八是地面印跡。聚氨酯輪胎由于硬度大，地面附著力小，所以不會在地面上留下痕跡。而小腳輪胎有時會出現一些地面印跡。

第九是濕滑性能。再濕滑條件下使用聚氨酯輪胎會給工作帶來一定的不便，但是人們采用一些改進的手段取得了一定的效果。橡膠輪胎在這一工作環境下也會出現效率不高的情形。

第十是耐化學性。由于材料自身特性的差別，二者的耐化學性差別十分顯著。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的優勢，而橡膠輪胎抗化學腐蝕的能力不足，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勢，但是也有明顯的不足，在今后的發展過程中要積極進行技術創新，加大研發力度，改善其性能上的不足。目前使用的橡膠輪胎在生產和使用過程中會產生很多廢料，報廢后的輪胎回收再利用難度很大，容易造成環境污染。每年有數以百萬計的報廢輪胎等待處理，而且處理這些輪胎還要花費大量的人力、物力和財力。由于聚氨酯輪胎在耐磨性、滾動阻力以及抗撕裂性等方面都明顯優于子午線輪胎，同樣尺寸的聚氨酯輪胎負重容量是橡膠輪胎的6～7倍,其生產過程可以實現連續化和自動化，在生產和使用過程中產生很少廢料，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品，不會造成環境污染，并且其制造工藝簡單——液體澆注成型,屬于新型無簾線澆注輪胎,因而被人們稱為2l世紀的綠色環保輪胎。由此可以看出，聚氨酯輪胎的發展前景比較廣闊，隨著材料技術的發展勢必會改進各種生產工藝，對其限制性因素進行改進和完善，最終服務于人們的日常生產和生活。

參考文獻：

[1] 高孝恒.我國翻新輪胎行業向低碳經濟發展[J]. 橡膠科技市場，2012(04).

[2] 馮金清，梁基照.聚氨酯輪胎的研究進展[J]. 特種橡膠制品，2011(04).

[3] 張海，陳榮盛，關華政.聚氨酯胎面/橡膠胎體復合結構輪胎的設計及最新進展[J]. 中國橡膠，2010(06).

[4] 卞淞霖，江楠，馮毅. 聚氨酯輪胎材料導熱系數的測定[J]. 輪胎工業，2008(09).

[5] 陳曉東，周南橋，張海.國內外聚氨酯輪胎的研究進展[J]. 輪胎工業，2007(02).

Comparative study of polyurethane tire and rubber tire

中圖分類號：TQ336.1

文章編號：1009-797X(2016)12-0011-02

文獻標識碼：B

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.004

作者簡介：黃龍（1986-），男，助理工程師，研究方向為偏橡膠和輪胎過程-半成品過程制造或研發工藝。

收稿日期：2016-05-24