聚氨酯轮胎与橡胶轮胎的对比分析_王强.pdf

新材料与新技术化 工 设 计 通 讯New Material and New TechnologyChemical Engineering Design Communications58 第49卷第4期2023年4月以橡胶作为轮胎生产材料已经具有一百多年的发展历史，并且在发展过程中形成了完善成熟的理论体系。但是从实际发展角度分析，天然橡胶具有产量固定的特点，且橡胶材料的价格越来越贵，已经无法满足汽车行业对天然橡胶的使用需求。为有效解决这一问题，德国科学家最早提出了以聚氨酯材料作为汽车轮胎材料的思想理念，并将其应用到实际生产中，通过实践研究发现，聚氨酯轮胎具有良好的应用效果，能够代替传统橡胶轮胎使用。聚氨酯轮胎发展至今已有60余年的历史，形成了比较完善的生产体系，在轮胎生产领域中起到越来越重要的作用。因此，对聚氨酯轮胎和橡胶轮胎进行对比研究具有显著的现实 意义。1 聚氨酯轮胎概述聚氨酯轮胎主要是指以聚氨酯材料为核心，利用浇筑方法制造出的轮胎，其与橡胶轮胎生产工艺之间具有较大的差异性。轮胎主要由胎面、胎体以及带束层组成。其中的胎面和胎体主要由聚氨酯材料制成。聚氨酯材料在应用中具有弹性好、硬度高的特点，作为轮胎使用能够显著提高轮胎的硬度。带束层主要由钢丝帘线或者芳纶制成。从轮胎整体角度分析，聚氨酯轮胎的耐磨性能良好，整体硬度比较高，同时具有生产工艺简单的特点，与传统轮胎相比具有十分显著的优势效果。聚氨酯轮胎虽然具有几十年的发展历史，但是在应用中会受到各种因素的影响，导致其在实际应用中同样存在一定的弊端，如制动阶段轮胎在摩擦作用下出现发热现象，进而导致耐磨性与抗撕裂性下降，严重情况下会导致聚氨酯轮胎的性能降低80%左右。同时，聚氨酯轮胎的牵引性能还需要进一步优化提升，并对加工与制作过程中的相关问题进行科学分析与改进。现阶段，聚氨酯轮胎主要应用在自动装载车领域，在此领域中应用效果与橡胶轮胎的应用效果相差不多，但是在其他领域仍需要进一步加强优化，因此需要对聚氨酯轮胎和橡胶轮胎的性能以及优缺点等进行对比分析。摘要：随着社会经济水平不断提升，我国汽车的数量也越来越多，进而对汽车质量提出了更高的要求。汽车轮胎作为汽车中的重要组成部分，轮胎的性能与质量直接影响汽车驾驶的安全性和舒适性，并且能够通过轮胎性能改造实现节能的效果。对现阶段汽车轮胎实际情况分析，传统的橡胶轮胎占据市场的主要地位，但是随着各种先进技术与材料的进步创新，各种新型轮胎被不断地开发与应用，并取得了一定的应用效果。聚氨酯轮胎作为一种具有代表性的新型轮胎，与传统轮胎相比具有显著的应用效果，基于此，首先对聚氨酯轮胎进行简单阐述，随后从多方面角度对聚氨酯轮胎与橡胶轮胎的性能进行详细的对比分析，以此总结两种不同轮胎的优缺点，最后对现阶段研发的新型轮胎型号进行简单探究。关键词：橡胶轮胎；聚氨酯轮胎；对比分析；轮胎性能中图分类号：TQ336.1文献标志码：A文章编号：10036490（2023）04005803Comparative Analysis of Polyurethane Tire and Rubber TireWang QiangAbstract:With the continuous improvement of social and economic level,the number of cars in China is also increasing,which puts forward higher requirements for the quality of cars.As an important part of automobile,the performance and quality of automobile tires can directly affect the safety and comfort of automobile driving,and can achieve the effect of energy saving through tire performance modification.According to the analysis of the actual situation of automobile tyres at the present stage,the traditional rubber tyres occupy the main position in the market.However,with the progress and innovation of various advanced technologies and materials,various new tyres have been continuously developed and applied,and have achieved certain application results.As a representative new type of tire,polyurethane tire has a significant application effect compared with traditional tires.Based on this,this paper first briefly describes the performance of polyurethane tire,and then carries out a detailed comparative analysis of the performance of polyurethane tire and rubber tire from various angles,so as to summarize the advantages and disadvantages of the two different types of tires.Finally,it briefly explores the new type of tire developed at this stage.Keywords:rubber tire;polyurethane tire;comparative analysis;tire performance聚氨酯轮胎与橡胶轮胎的对比分析王 强（福建三盛实业有限公司，福建福州 350000）收稿日期：20230305作者简介：王强（1982），男，山西晋城人，硕士研究生，主要研究方向为橡胶发泡及其他各种发泡产品的生产及研发。新材料与新技术化 工 设 计 通 讯New Material and New TechnologyChemical Engineering Design Communications 59第49卷第4期2023年4月2 聚氨酯轮胎与橡胶轮胎的性能对比分析2.1 牵引性能聚氨酯轮胎和橡胶轮胎在牵引性能方面具有比较明显的差异性。聚氨酯轮胎硬度相对较高，在与地面接触的过程中会产生更少的印痕面积，而橡胶轮胎在与地面接触的过程中产生的印痕面积相对较大，因此具有更为良好的牵引优势。聚氨酯轮胎生产过程中，为进一步改善轮胎的牵引性能，通常会选择在轮胎的表面刻印不同形式或种类的花纹1。这种做法能够进一步提高轮胎的牵引性能，同时能够在一定程度上提高轮胎的承载性能。2.2 承载性能对两种轮胎的承载性能对比分析，聚氨酯轮胎的承载能力能够达到橡胶轮胎的2倍左右，因此自动装载车生产制造的过程中，通常会选择聚氨酯轮胎作为载重轴的轮胎。与此同时，聚氨酯轮胎具有比较良好的抗崩花掉块、抗撕裂以及抗裂口增长等特点，而橡胶轮胎在实际应用中则会经常出现上述问题，进而导致轮胎使用寿命大幅降低。但是，随着自动装载车对于速度和承载能力的要求不断提升，不论是橡胶轮胎或者聚氨酯轮胎在应用过程中均会出现超负荷运行损伤的问题，进而导致轮胎使用寿命和性能受到大幅影响，需要人们进一步深入研究，并提出优化对策。2.3 滚动阻力聚氨酯轮胎与橡胶轮胎相比具有更低的滚动阻力。滚动阻力越低，对应的运行效率就会越高，同时能够降低蓄电池的充电频率。电池充电频率越高，对应的生产效率越低，因此在电动自动装载车中使用聚氨酯轮胎的效果更好。与此同时，橡胶轮胎生产厂商也在积极探索橡胶轮胎的滚动阻力降低的技术与方法，基于专门设计的生产工艺降低橡胶轮胎的滚动阻力，以改善车辆的电池寿命，从而提高车辆生产效率。2.4 缓冲性能轮胎材料会直接影响到轮胎的缓冲性能，硬度值越高代表着轮胎强度越大，能够吸收的冲击能越少，即缓冲效果越差。以邵尔 A 型的橡胶轮胎为例，该型号的轮胎硬度一般在6775，而聚氨酯轮胎的硬度一般在8395，由此可见聚氨酯轮胎硬度比较大。从自动装载车的驾驶运行角度分析，聚氨酯轮胎的舒适度要远低于橡胶轮胎。在部分以舒适度为核心衡量要素的情况下，需要优先选择橡胶轮胎2。在电动车辆轮胎选择时，可选择邵尔 A 型号硬度为83的聚氨酯轮胎，能够在保证缓冲效果的同时，将轮胎的滚动阻力控制在最小范围。2.5 抗撕裂性能橡胶材料的抗撕裂和抗切割性能一般，如果出现撕裂或者切割的问题，则会导致受损区域的向周围结构扩散，进而导致轮胎出现大面积的撕裂或者切割问题，最终影响轮胎正常使用。相比之下，聚氨酯材料具有良好的抗撕裂与抗切割性能，如果出现撕裂或者切割问题，并不会出现橡胶轮胎中的损伤效果进一步扩散的现象，撕裂口或者切割口相当于镶嵌在轮胎结构中，并不会造成整个轮胎结构的进一步撕裂或者切割。但是，不论是聚氨酯轮胎还是橡胶轮胎，出现撕裂或者切割的问题后都会对轮胎的使用寿命与性能造成一定的影响。2.6 耐磨性能通过上述内容能够得知，橡胶轮胎具有较低的硬度，车辆乘坐的舒适度相对较高，但是与聚氨酯轮胎相比存在耐磨性较差的问题。通常来讲，聚氨酯轮胎的耐磨性能是橡胶轮胎的4倍左右，橡胶轮胎在实际运行过程中与地面发生摩擦情况时会导致胎面受损，出现一定程度的碎屑掉落的现象，并在时间的推移下发生卷曲磨耗以及磨蚀磨耗等情况，最终影响轮胎的使用寿命3。聚氨酯轮胎相对比较坚韧，在运行过程中能够承受更高的磨损，产生的轮胎碎屑与橡胶轮胎相比更少。一般情况下，聚氨酯轮胎在实际应用中主要发生滑动摩擦。2.7 湿滑性能聚氨酯轮胎的湿滑性能相对较差，如果在潮湿地面的条件下使用，可能会对自动装载车的操作驾驶造成一定的负面影响。而橡胶轮胎与聚氨酯轮胎相比具有良好的湿滑适应性，在湿滑地面环境中能够保障车辆的应用效果。与此同时，为进一步加强聚氨酯轮胎的湿滑性能，会在轮胎表面刻印花纹，在保障轮胎承载性能不受较大影响的情况下进一步提高轮胎的牵引性能与湿滑适应性，此时聚氨酯轮胎与橡胶轮胎具有相差不多的使用效果。但是需要注意，在湿滑地面中橡胶轮胎虽然具有更好的适应性，但是在搬运效果以及承载性能方面存在一定的缺陷。2.8 耐化学性能聚氨酯轮胎的耐化学性能和橡胶轮胎相比具有比较显著的差异性。橡胶材料在使用过程中可能会长时间地接触有机溶剂，出现溶胀问题的概率更高，进而引发崩花掉块或者撕裂问题发生。但是聚氨酯材料的耐化学性更为良好，即便是长时间地接触各种溶剂，同样能够保持各项性能指标的良好度，即便是二氯甲烷、甲乙酮以及酸类等高腐蚀性的溶剂，对于聚氨酯轮胎的影响效果同样不明显4。2.9 速度性能对比分析聚氨酯轮胎在运行过程中比较明显的一个问题就是随着使用时间的推移而出现发热现象。聚氨酯材料产生的热量无法实现快速传递到外部的效果，而聚氨酯材料的耐热值一般在90以下，如果超过90，则会导致聚氨酯材料的耐屈挠性以及抗疲劳性等性能出现比较明显的下降变化，轮胎的使用寿命和性能出现大幅缩减与受损。橡胶轮胎具有良好的散热传热效果，在长时间高速行驶的条件下能够保持良好的性能。新材料与新技术化 工 设 计 通 讯New Material and New TechnologyChemical Engineering Design Communications60 第49卷第