3Ｄ打印成型技術(shù)不需要模具而采用直接打印成型，避免了模具開發(fā)的成本和時(shí)間浪費(fèi)，同時(shí)也為非充氣輪胎復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成型提供了可能，這將極大的促進(jìn)非充氣輪胎的技術(shù)進(jìn)步。

目前，對(duì)于非充氣輪胎的成型過程中所用到的3Ｄ打印技術(shù)主要包括FDM技術(shù)和SLS技術(shù)。采用FDM技術(shù)成型的非充氣輪胎在成型精度、制品性能上存在一定的缺陷，但其生產(chǎn)成本相對(duì)較低。采用SLS技術(shù)成型，在保證非充氣輪胎復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型的基礎(chǔ)上，成型制品在精度、性能上相對(duì)較好，但成型成本較高，不利于大型輪胎的制造。但隨著3Ｄ技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來非充氣輪胎的3Ｄ打印成型必將有廣闊的前景。

伴隨著輪胎技術(shù)的不斷革新，輪胎的發(fā)展經(jīng)歷了木質(zhì)實(shí)心輪胎、木質(zhì)輻條輪胎、實(shí)心橡膠輪胎以及充氣式橡膠輪胎等一系列進(jìn)步。作為目前使用最多的充氣式橡膠輪胎其存在自重輕、緩沖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著生產(chǎn)工藝復(fù)雜、耐穿刺性差、易爆胎安全性低、輪胎磨損物環(huán)境危害大以及廢舊輪胎回收處理困難等缺陷。

針對(duì)此情況，熱塑性聚氨酯彈性體材料的非充氣輪胎由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上擺脫了對(duì)氣體的依賴，避免了輪胎爆胎、耐穿刺性差等缺陷，在成型材料的選擇上熱塑聚氨酯彈性體具有耐磨性能優(yōu)異，廢舊材料可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，因此其逐漸成為輪胎領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)之一。

目前在熱塑性聚氨酯彈性體非充氣輪胎的研宄中發(fā)現(xiàn)其同樣存在著一些問題。首先由于熱塑性彈性體材料耐熱性差，非充氣輪胎在使用過程中由于摩擦生熱會(huì)導(dǎo)致性能急劇下降。此外，在非充氣輪胎的注塑成型過程由于模具設(shè)計(jì)上的的制約嚴(yán)重影響了非充氣輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)模具制造所產(chǎn)生的時(shí)間、成本的浪費(fèi)，也影響了非充氣輪胎的研發(fā)周期。

因此本課題的主要目的是以熱塑性聚氨酯彈性體材料的性能分析為出發(fā)點(diǎn)，篩選出綜合性能優(yōu)異的熱塑性聚氨酯彈性體材料，并通過FDM技術(shù)3Ｄ打印出熱塑性聚氨酯彈性體材料的非充氣輪胎。

3Ｄ打印技術(shù)制備非充氣輪胎的加工方式，避免了傳統(tǒng)加工過程中對(duì)于模具設(shè)計(jì)的成本和時(shí)間的浪費(fèi)，加快了非充氣輪胎的研發(fā)周期，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)非充氣輪胎復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速驗(yàn)證，這對(duì)于非充氣輪胎的開發(fā)具有重要意義。

研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

1. 利用拉伸測(cè)試、TGA測(cè)試、DSC測(cè)試、TMA測(cè)試等方法表征和分析熱塑性聚氨酯彈性體的性能，篩選出綜合性能優(yōu)異的熱塑性聚氨酯彈性體。
2. 將篩選的熱塑性聚氨酯彈性體材料通過雙螺桿擠出機(jī)、單螺桿擠出機(jī)等設(shè)備制備出3Ｄ打印TPU線材，并研宄3Ｄ打印工藝參數(shù)的設(shè)置與成型制品性能的關(guān)系，優(yōu)化3Ｄ打印工藝參數(shù)。
3. 采用FDM技術(shù)3Ｄ打印出熱塑性聚氨酯彈性體材料的非充氣輪胎，并對(duì)3Ｄ打印成型的非充氣輪胎進(jìn)行性能研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
4. 研究了熱塑性聚氨酯材料參數(shù)與3Ｄ打印樣品性能間的關(guān)系，優(yōu)化了熱塑性聚氨酯材料的3Ｄ打印工藝。
5. 采用3Ｄ打印的方式，制備出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的非充氣輪胎，在無需制備模具的條件下，可以實(shí)現(xiàn)非充氣輪胎新結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證，對(duì)于非充氣式輪胎的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

TPU材料相比于傳統(tǒng)汽車輪胎的橡膠材料在性能上存在一定的優(yōu)勢(shì)，所以目前在新型高性能輪胎研發(fā)中TPU材料逐漸成為輪胎制作的熱門研究材料。但由于TPU材料耐熱性差，其性能會(huì)隨著溫度升高而急劇下降。因此在使用TPU材料制作汽車輪胎時(shí)，由于汽車在高速行駛過程中輪胎與地面摩擦生熱會(huì)導(dǎo)致輪胎性能的急劇下降。

為解決上述問題，本章節(jié)中通過對(duì)TPU材料進(jìn)行性能研究，從而對(duì)比分析篩選出耐熱性優(yōu)異的高性能TPU材料。同時(shí)由于在輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用非充氣結(jié)構(gòu)，所以TPU材料篩選過程中需要考慮非充氣輪胎結(jié)構(gòu)與材料性能的關(guān)系。此外，非充氣輪胎的成型方式為FDM技術(shù)打印成型，所以篩選的TPU材料同樣需要考慮其3Ｄ打印性能。綜上所述，本章節(jié)中通過綜合考慮TPU材料各方面性能，以期望篩選出性能優(yōu)異的TPU材料。

七種TPU材料的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。由于非充氣輪胎的載荷對(duì)TPU材料的強(qiáng)度有著相對(duì)嚴(yán)格的性能要求，同時(shí)在輪胎實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程為保證輪胎的正常行駛，其最大所能承受的強(qiáng)度應(yīng)為材料在屈服處的強(qiáng)度。對(duì)比分析圖中各應(yīng)力＿應(yīng)變曲線，七種TPU材料在拉伸測(cè)試過程中各屈服點(diǎn)處的屈服強(qiáng)度與材料拉伸斷裂時(shí)的拉伸強(qiáng)度存在一定的差異。LANXESS－PC930雖然其斷裂時(shí)拉伸強(qiáng)度最大，但其在屈服點(diǎn)處的屈服強(qiáng)度并不是最大，反而是LANXESS－PR930在屈服點(diǎn)處的屈服強(qiáng)度最大。此外，BAYER－SE260的屈服強(qiáng)度最小，在使用其制備非充氣輪胎時(shí)可能不能保證對(duì)輪胎載荷的需求。因此，從非充氣輪胎對(duì)車輛的載荷的角度分析，使用LANXESS－PR930來制備非充氣輪胎，則非充氣輪胎所能承受的載荷將更加優(yōu)異。

七種TPU材料的熱重分析（TGA）曲線。通過TPU材料的TGA測(cè)試結(jié)果，比較各材料分解溫度的大小，可以在一定程度上對(duì)材料的耐熱性進(jìn)行比較，但其測(cè)試結(jié)果更多的是為了表征材料加熱時(shí)的分解溫度的大小，從而指導(dǎo)材料在加工和使用過程中可達(dá)到的最高溫度上限。TPU材料的初始分解溫度相差不大，大約都在260°Ｃ左右開始分解。但從七種ＴＰＵ材料加熱到70（ＴＣ之后曲線趨于穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的縱橫坐標(biāo)的數(shù)值來看，LANXESS－PC930、LANXESS－PC930、LANXESS－PR930這三種TPU材料的縱坐標(biāo)基本趨于零，表明這三種TPU材料中未添加其他無機(jī)填充物。而其余幾種TPU材料在溫度加熱到700°Ｃ后其縱坐標(biāo)的數(shù)值仍保持在10％左右，所以表明這幾種材料中可能存在一定的填充物。根據(jù)七種TPU材料的分解溫度來比較其耐熱性，則它們?cè)谀蜔嵝陨匣鞠嗤５牧显趯?shí)際應(yīng)用過程中其最大使用溫度一般遠(yuǎn)沒有達(dá)到材料的分解溫度，因此通過比較TPU材料的分解溫度來比較其耐熱性的方法，并不適用于非充氣輪胎制備過程中成型材料的篩選。所以為了更好的對(duì)比幾種TPU材料的耐熱性，還需進(jìn)一步的研究分析。

四種TPU材料的DSC測(cè)試曲線。從圖中可以看出，LANXESS－PC930的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg最小為－46．4°Ｃ，LANXESS－PR930的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg最高，但其與LANXESS－PC930、BASF－Ｃ85Ａ的Tg相差不大。從非充氣輪胎的實(shí)際應(yīng)用角度分析，輪胎成型材料的Tg影響著其在冬季低溫條件下行駛時(shí)的性能。由于冬季路面溫度較低，如非充氣輪胎成型材料的Tg太高，當(dāng)路面溫度達(dá)到材料的Tg以下時(shí)，成型材料會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，繼而非充氣輪胎變硬，容易出現(xiàn)打滑等事故。因此，從非充氣輪胎在冬季低溫條件下應(yīng)用的角度分析，M－LANXESS－PC930將更加符合非充氣輪胎的制備。

TPU材料的拉伸測(cè)試、TMA測(cè)試、TGA測(cè)試以及DSC測(cè)試結(jié)果分析，可以看出，從達(dá)到屈服點(diǎn)處拉伸強(qiáng)度的對(duì)比來看，LANXESS－PC930在屈服點(diǎn)處拉伸強(qiáng)度最大，則更有利于非充氣輪胎載荷的提高；從軟化溫度的角度對(duì)比，LANXESS－PC930的軟化溫度最高，則更有利于避免非充氣輪胎行駛過程中由于摩擦生熱而導(dǎo)致輪胎變軟無法正常行駛。從冬季輪胎應(yīng)用的角度對(duì)比，LANXESS－PC930的Ｔｇ最低，則更有利于輪胎在冬季路面的行駛。因此，綜合TPU材料的性能和非充氣輪胎的實(shí)際應(yīng)用這兩方面考慮，LANXESS－PC930和LANXESS－PC930兩種TPU材料相對(duì)來說更加符合非充氣輪胎的制備。

TPU材料要通過FDM的技術(shù)3Ｄ打印非充氣輪胎，而FDM技術(shù)的成型過程中首先需要將材料加熱熔融，然后熔融態(tài)的材料通過3Ｄ打印機(jī)噴嘴在程序控制下按照成型制品的外輪廓進(jìn)行擠出并快速固化。

上一篇：探秘米其林等非充氣輪胎新品
下一篇：非充氣輪胎3D打印，第二代問題與第三代優(yōu)化成果