一種具有高性能單向閥的多氣室防爆輪胎的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于輪胎技術領域，涉及一種具有高性能單向閥的多氣室防爆輪胎。
【背景技術】
[0002]車輛越來越成為人們生活和工作的重要工具，越來越發達的高速公路和車輛的高科技，使車輛的速度越來越快，這在給人們帶來方便的同時，也帶來巨大的安全隱患，車輛高速行駛爆胎會造成瞬間偏向，爆胎的后果輕者會使車輛失去正常的行駛狀態，轉向盤失去控制，車輛偏駛，嚴重的將會出現車輛完全失控、甩尾，造成重大交通事故。
[0003]現有技術的多氣室輪胎如公告號CN2803775的中國發明專利多氣室防爆輪胎，包括第一、二隔離層、輪箍及整體輪胎4部分；其特征是:在輪胎內，環向的增加有第一、第二隔離層，使輪胎內，形成三個互不相通而又獨立的第一、第二氣室、及中間空腔，第一、第二隔離層一側同整體輪胎連接，另一側同輪箍的突出邊連接。該發明采用三個互不相通的氣室，盡管能達到車輛輪胎防爆的目的，但在輪胎充氣的過程中，容易導致輪胎的各氣室之間的氣壓不相等，從而降低了車輛行駛的平穩性，甚至提高了車輛爆胎的幾率。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種結構簡單、各氣室的氣壓相等且不易爆胎的具有高性能單向閥的多氣室防爆輪胎。
[0005]本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種具有高性能單向閥的多氣室防爆輪胎，包括胎體與設置于胎體內的若干腔室，其特征在于:所述腔室包括充氣腔室以及與充氣腔室相鄰的若干儲氣腔室，在充氣腔室與各儲氣腔室之間設置有第一分隔層，在第一分隔層上設置有使充氣腔室內的氣體進入儲氣腔室內的單向閥，在相鄰兩儲氣腔室之間設置有第二分隔層，所述單向閥包括閥體、活塞、壓帽以及閥體與壓帽之間的密封層，所述單向閥的活塞、密封層均由復合材料制成，所述復合材料包括聚四氟乙烯粉末、表面改性的碳纖維、納米CaCO3、納米Si2N4，所述各組分組成(以質量百分比計)為:聚四氟乙烯粉末:8-20%，表面改性的碳纖維:0.5-10%，改性納米CaC03:0.5_10%，納米Si 2N4:0.5-10%，余量為聚醚醚酮粉末。
[0006]隨著樹脂基復合材料在高技術領域的應用，對其性能要求越來越高，例如要求同時承受多方向或多種載荷，要求更高的尺寸穩定性等，而本發明中則要求輪胎中單向閥具有較好的密封性和精度度。聚芳醚酮樹脂分子是由醚基和羰基(酮基)聯結的苯環構成的直鏈分子，這樣的分子結構和化學組成決定了它們一般具有良好的化學穩定性、熱穩定性等，分子鏈上的芳香基團為分子鏈提供了足夠的剛性，而醚基的存在又為分子鏈提供了足夠的柔韌性，又決定了聚芳醚酮樹脂具有良好的物理機械性能。本發明單向閥活塞與密封層的復合材料則選擇在聚醚醚酮(PEEK)中加入部分聚四氟乙烯(PTFE)，并復配加入碳纖維、改性納米CaCO3、納米Si2N4，通過各成分之間的作用顯著提高復合材料的綜合性能。
[0007]而單向閥活塞、密封層復合材料的組成成分及其含量，成分中纖維的排布方式、不同類型纖維混雜使用等工藝的發展和完善對最終復合材料的性能具有重要的意義。經過不斷實踐表明改性碳纖維表面和PEEK特定的結構使復合材料中纖維表面附近PEEK的聚集態結構和化學結構因PEEK鏈的熔融而發生不同于聚合物本體的變化。在等同于單鏈鏈團尺寸的范圍內，大分子鏈沿纖維表面發生明顯的取向；在單個鏈節尺寸厚度之內，改性碳纖維表面石墨微晶甚至導致PEEK的芳香化。這兩個尺度上聚合物結構與本體中的差異使復合材料內產生了較大的內應力，明顯提高復合材料的性能。鏈取向程度和化學結構的變化均直接影響著復合材料的力學性質。且碳纖維具有很高的強度和剛性，與PEEK的相容性較好，可以提高復合材料的粘結性，孔隙率只有0.1%左右。納米Si2N4為潤滑劑加入復合材料中，在摩擦過程中發生了摩擦化學反應，與改性納米CaCO3、表面改性的碳纖維一起作用，既能降低其摩擦系數，又能提高耐磨性。為了改善其他成份與聚醚醚酮樹脂基體之間的界面粘結狀況，本發明加入了適量的改性納米CaCO3，通過聚醚醚酮擴散和嵌入到顆粒納米碳酸鈣表面的凹槽及微孔中，促使顆粒牢牢固定于聚醚醚酮基體中，或是通過顆粒表面的官能團與聚醚醚酮的官能團之間的化學反應形成化學鍵，使改性納米0&0)3與聚醚醚酮基體之間的界面具有較好的粘結性，通過原料本身的表面能或表面張力和由此而產生的界面張力大大改善復合材料的觸變性，增強制品的尺寸穩定性，并提高復合材料的延伸性、抗張強度、撕裂強度等性能。此外，填料或纖維的加入不僅可以調節或改良復合材料的性能，還可以降低成本。
[0008]作為優選，所述單向閥活塞、密封層的復合材料各組分組成(以質量百分比計)為:聚四氟乙烯粉末:8-20%，表面改性的碳纖維:0.5-10%，改性納米CaC03:0.5-10%，納米Si2N4:0.5-10%，余量為聚醚醚酮粉末。
[0009]進一步優選，所述單向閥活塞、密封層的復合材料各組分組成(以質量百分比計)為:聚四氟乙烯粉末:15%，表面改性的碳纖維:8%，改性納米0&0)3:5%，納米512隊:5%，余量為聚醚醚酮粉末。
[0010]進一步優選，所述單向閥活塞、密封層的復合材料各組分組成(以質量百分比計)為:聚四氟乙烯粉末:12%，表面改性的碳纖維:5%，改性納米0&0)3:8%，納米512隊:8%，余量為聚醚醚酮粉末。
[0011]進一步優選，所述單向閥活塞、密封層的復合材料各組分組成(以質量百分比計)為:聚四氟乙稀粉末:8%，表面改性的碳纖維:10%，改性納米CaCO3:10%，納米Si 2N4:I %，余量為聚醚醚酮粉末。
[0012]進一步優選，所述單向閥活塞、密封層的復合材料各組分組成(以質量百分比計)為:聚四氟乙烯粉末:20%，表面改性的碳纖維:1%，改性納米CaCO3:10%，納米Si2N4:1 %，余量為聚醚醚酮粉末。
[0013]在上述的一種具有高性能單向閥的多氣室防爆輪胎中，復合材料中所述表面改性的碳纖維通過如下方法改性:將碳纖維加入復配酸性溶液中，碳纖維與復配酸性溶液的摩爾比為1: (2-10)，然后在50-70°C的反應溫度下，處理50-100min，處理完全后在100_120°C烘干即可制成表面改性的碳纖維。其中，所述復配酸性溶液由以下重量百分含量的組分組成:雙氧水30-50%，過硫酸鉀或硫酸鈉50-70%，甲酸鈉或乙酸鈉0-20%。
[0014]未經表面處理的碳纖維具有惰性大、表面光滑、表面能低，缺乏化學活性的官能團，反應活性較低，與樹脂集體的粘接性較差。且高溫抗氧化性較差能與金屬進行有害的化學反應，與金屬的界面浸潤性欠佳等缺點，直接影響復合材料的力學性能。因此，為了改善碳纖維與聚醚醚酮、聚四氟乙烯間的浸潤性，本發明先對碳纖維表面進行改性，再與聚醚醚酮、聚四氟乙烯等原料進行復配使用，使用于單向閥活塞、密封層的復合材料的力學性能更好，且無毒、無污染。且碳纖維在重量僅相當于鋼材重量的20-30%，硬度卻達到鋼材的10倍以上。將表面改性的碳纖維加入復合材料中制備單向閥，不僅可以使單向閥輕量化，還可以提高單向閥的機械強度、抗沖擊性、密封性、精度等。另外，與玻璃纖維相比，表面改性的碳纖維具有較高的導熱率，較低的摩擦系數，因此本發明中選用表面改性的碳纖維而不用玻璃纖維。
[0015]在上述的一種具有高性能單向閥的多氣室防爆輪胎中，復合材料中所述表面改性的碳纖維的長度為5mm-60mm。如果碳纖維長度較小，在幾個毫米范圍內，則通過纖維增強結構的效果就會減弱，反之，較長的碳纖維則難以進行加工。
[0016]在上述的一種具有高性能單向閥的多氣室防爆輪胎中，復合材料中所述納米0&0)3通過如下方法進行改性:將納米CaCO3加入到有機溶劑中，用1.8-2.3%鈦酸酯偶聯劑在30-35°C下進行改性，改性時的攪拌速率為1400-1450r/min，改性時間為15_25min。
[0017]未改性納米碳酸鈣表面是強極性的，在水中自然沉降。為了改善無機填料納米碳酸鈣與聚醚醚酮基體之間的界面粘結狀況，對納米碳酸鈣進行表面處理是必要的，而改性納米碳酸鈣表面是非極性的，具有較強的疏水性，在水中由于巨大的表面張力使其在水面上漂浮不沉，因此，改性處理后的納米碳酸鈣的處理效果更好。
[0018]在上述的一種具有高性能單向閥的多氣室防爆輪胎中，復合材料中所述納米CaCOj^粒徑為25nm-100nm。通