基于聚氨酯彈性體特殊的耐磨性能及其優(yōu)良的力學(xué)性能,從20世紀(jì)60年代開始就進(jìn)行了聚氨酯彈性體在輪胎中的應(yīng)用研究。特別是在1974~1975年,美國空軍飛行動力試驗室曾與Zedron公司合作,對澆注輪胎和活胎面澆注輪胎在美國空軍飛機上使用的可行性進(jìn)行研究。據(jù)透露,該研究采用的材料是熱塑性聚氨酯彈性體(杜邦公司制造,商品名為Hytrel),胎體和胎圈均無補強層材料。動力試驗表明:在6.00-6澆注輪胎、低斷面15×6.00-6澆注輪胎和6.00-6活胎面澆注輪胎等3種試驗輪胎中,后者獲得較好的結(jié)果,其中有一試驗胎成功地通過了89次滑行起飛試驗。試驗條件是:滑行1英里(負(fù)荷1150磅、速度每小時30英里)后,速度再從每小時0英里提高到90英里起飛。該研究的結(jié)論認(rèn)為:開發(fā)澆注飛機輪胎或活胎面(用補強材料補強)澆注飛機輪胎是可行的。
1977~1979年Zedron公司又承包了美國飛行動力試驗室的一項研究開發(fā)合同,研究7.00×8/16層級A-37飛機澆注輪胎的可行性。輪胎設(shè)計負(fù)荷為6650磅,充氣壓力為125磅英寸,使用速度為每小時150英里。試驗結(jié)論認(rèn)為:改性的熱塑性聚氨酯彈性體(商品名為Hytrel)具有最好的動態(tài)性能,在額定負(fù)荷下成功地滑行了3英里,最高的爆破壓力400磅·英寸;該項研究所用的試驗材料,基本上能為特殊設(shè)計的澆注輪胎提供足夠的靜態(tài)尺寸穩(wěn)定性、垂直和側(cè)向剛性、滯后的摩擦性能。但是,印痕面積、剎車力、回正轉(zhuǎn)矩不足;爆破試驗、動態(tài)鑒定試驗仍達(dá)不到要求。
聚氨酯彈性體就其楊氏模量而言是一種既具有塑料的高硬度,又具有橡膠高彈性的高分子合成材料,主要包括聚氨酯混煉膠、聚氨酯澆注膠、聚氨酯水乳膠和聚氨酯熱塑膠。聚氨酯彈性體與橡膠相比具有更優(yōu)異的耐磨性能、較高的抗撕裂強度和伸長率且硬度范圍寬。此外它的吸振、減震效果好,負(fù)重容量非常大以及極理想的耐油和耐其他化學(xué)藥品性能。由于聚氨酯彈性體具有其他高聚物不具備的特殊物理力學(xué)性能,所以其在國防、輕紡、交通、油田、礦山、機械、建筑、醫(yī)療等許多方面的應(yīng)用都相當(dāng)廣泛,也是制造高性能輪胎的理想材料。特別是澆注型聚氨酯彈性體是目前最耐磨的彈性體,具有高耐磨、可著色、高耐切割性、優(yōu)良的耐油及耐化學(xué)品等優(yōu)點,而且對人體無毒害作用,又能完全生物降解,還不必添加炭黑和芳烴油,是制造輪胎胎面的理想材料。
聚氨酯填充輪胎采用澆注工藝制造,其結(jié)構(gòu)和目前生產(chǎn)的輪胎有很大區(qū)別。全聚氨酯充氣輪胎是由胎體、帶束層和胎面3部分構(gòu)成。其中胎體由較高模量的聚氨酯彈性體澆注而成,比較硬(邵爾A型硬度約為85~95度),因而耐疲勞性能、尺寸穩(wěn)定性和耐切割性能都比較好;胎體上部的帶束層由沿周向纏繞的芳綸或鋼絲簾線構(gòu)成,胎面則由低模量聚氨酯彈性體(邵爾A型硬度約為70~75度)澆注而成,以保證輪胎的耐磨性和行駛性能。