自动充气补胎液技术配方及生产工艺

自动充气补胎液技术配方及生产工艺一、概述在北美，至少从1960年起就知道有汽车轮胎修补气雾剂，这是一种非常有用的气雾剂产品。他们能快速地将一大罐气雾剂的内容物冲入因空气泄漏而卸压变瘪了的轮胎。气雾剂料液中含乳液型乙烯聚合物、防冻剂、修饰剂、腐蚀抑制剂、杀菌防腐剂以及协助乙烯乳胶密封泄漏孔的特殊物质等。与此同时，气雾剂抛射剂则使轮胎重新充气。这类气雾剂用CFC-12或CFC-12/114（80：20）作为抛射剂，抛射剂的量约占整个处方的45%~55%，以确保有足够的气体进入轮胎，使之重新充气。即使对大的轮胎、在寒冷的天气并且有些抛射剂气体会在漏洞被堵封前经洞逸出等情况亦是如此，也就是说，抛射剂的量应能满足各种特殊情况的充气需要。1978年后，美国禁止将CFCs用于气雾剂，迫使工业界用烃抛射剂进行取代。烃抛射剂大约只占全部配方的20%~25%，因为烃的分子量要轻得多，所以，这个量足以产生与较高比例（%）CFCs抛射剂相同容积的气体。配方师认识到，有些轮胎可能在-35~-20℃这样极为寒冷的天气卸压，这就要求气雾剂能在这样严峻的条件下工作。所以，抛射剂必须有相对高的压力。过去常用丙烷和异丁烷的混合物，丙烷大约占混合物总量的30.5%~37%,这些混合物无空气时的压力大约是0.41~0.45MPa（21℃）。即使在非常冷的条件下，气雾剂罐里仍有足够的压力迅速将产品经轮胎阀门注入轮胎并使它重新充满。昀担心的是产品必须覆盖到泄漏点。例如，若泄漏点靠近轮胎顶端，而产品从靠近底部注入，这样只有抛射剂蒸气会接触泄漏点并通过此处继续泄露。所以，必须将轮胎缓慢地至少旋转一圈，即使是瘪胎。偶尔泄漏会由钢圈裂口所致，而无内胎轮胎可能由胎与钢圈间的密封件破裂引起。正常情况下气雾剂产品不可能接触这些区域，补胎充气就会失效。市场商曾担心过烃抛射剂混合物的燃烧性，他们提供了明确的标签使用说明，指导消费者如何安全地从胎中排除可燃性气体，指导司机到第一个有机修工的汽车维修站，机修工从车上卸下轮胎并旋松轮胎阀门的弹簧使潜在可燃的气体排出，轮胎完全瘪掉，而后用压缩空气将胎加压至大约0.2MPa，再次放气卸压。经过两次以上加压-卸压后残留在轮胎中的烃蒸气将低于爆炸下限（LEL），这样就不会发生燃烧。这里有个例子可以说明事态的结果。先作两个假设，假设轮胎的内容积是50L，而注入的0.45MPa抛射剂混合物100g。由表可查知，在21℃和101.3kPa绝对压力下，1g这种混合物形成465ml纯气体，100g的量将产生46.5L气体，若轮胎中一点空气压力都没有，则加入烃抛射剂轮胎内的压力将为：101.325kPa×（46.5/50.5）=94.3kPa（或0.0943MPa）这相当于绝对压力：0.195MPa（760+707=1467mmHg）机修工的第一次操作卸除了轮胎中的全部压力，使压力从0.195MPa压力降至0.1MPa压力。在这一过程中，原来100g烃抛射剂有体积分数为48.2%被排放到空气中，在轮胎中仍残留51.8%原混合抛射剂和48.2%空气。第二次操作是用压缩空气将胎加压至0.2MPa，使胎里的绝对压力相当于大约0.302MPa。胎里的可燃性被稀释至原来浓度的（1/2.98）或33.6%，结果混合物中含14.3%丙丁烷和85.7%空气。轮胎再次卸压，排出许多剩余的烃气体。仍按上述方法再次充气加压至0.2MPa，可燃气再被稀释至33.6%。胎里气体的组成变为4.80%丙丁烷和95.2%空气。轮胎进行第3次也是昀后一次卸压、加压，可燃气再被稀释至先前的33.6%。这时胎里气体的组成为1.61%丙丁烷和98.39%空气。由于丙丁烷混合物的爆炸低限（LEL）是1.93%，胎里的气体含1.61%丙烷丁烷，因此，是不可燃的。到这时，可以将轮胎从钢圈上取下，清洁并昀终用加塞或贴补的方法进行修补，市场商建议采用这种永久性的修补方法。若用户不进行永久性修补，被称作气雾剂暂时密封法大约可以持续行走数千公里。如果轮胎再次泄漏，用户可能会忘了告诉车行的机修工胎里充满着潜在可燃（爆炸）的混合气体。机修工用硬的钢撬将轮胎从钢圈上剥离下来，若产生火花则可能点燃胎里的气体，使胎里的气体在限定的空间发生可怕的热膨胀，压力可达1~2MPa，轮胎可能爆破。旧胎、用橡皮补过的胎、没有辐射钢丝带的胎以及大的轮胎比新胎更易受影响爆破。在这种情况下，机修工常被严重地致伤甚至致死。另一个问题与焊接在轮胎钢圈上发现的薄薄的裂缝有关，它违背焊接的原则，试图密封压力容器的裂缝，在钢融化时轮胎将向外爆炸，因此，任何密封是不可能的，绝大多数机修工和电焊工懂得这些，因此他们将在进行焊接前放瘪任何与钢圈连在一起的轮胎。如果轮胎里充满着可燃气与空气的混合物，则焊接操作的极度热量（超过1600℃）大大超过烃和空气混合物的自燃温度。它将点燃轮胎里的气体，产生高压并常常引起轮胎猛烈地爆炸，通常炸成3~8片，这些碎片以400m/s的速度飞散，如果击中人则非死即重伤。钢圈焊接前未放瘪的轮胎特别危险。他们含有的可燃性丙烷丁烷-空气混合物比完全放瘪的轮胎高2.5~3倍，因此，在理论上他们能产生2.5~3.0倍的压力。这些压力超过2.5MPa。除了好的钢带型胎外，它足以爆破任何轮胎，虽然它们不撕裂成碎片，但常常爆离钢圈。在美国，汽车轮胎修补充气气雾剂的市场大约是每年4200万罐，轮胎爆破事故年均大约是每销售2000万罐用烃抛射剂的产品发生一起事故，这就立即推动了对低燃烧性的抛射剂的探索。大约从1991年起，几个大厂开始用二甲醚，用量占有配方的16.7%，每罐灌装460g和570g产品。小罐被推荐给小胎或平均尺寸的汽车轮胎，大罐推荐给大的汽车胎以及1t和2t卡车的轮胎。小罐向车胎大约释放73g二甲醚，它们在21℃时通常使压力增加大约0.066MPa，这时轮胎仍有些瘪，但汽车仍能被开到昀近的维修服务站去用压缩空气充气或者进行永久性修补。与烃抛射剂相比，二甲醚的用量较少，而且二甲醚分子里有35%是氧，所以它燃烧产生的温度或者压力没有烃抛射剂那么高。实验表明，在一些试验中，在恶劣条件下的加压轮胎仍可能爆炸。美国这类产品昀大的市场商Shap产品公司在发生事故前大约连续7年每年约生产2400万罐。在那次事故里，一个人向一个很大的、2m直径的压路机轮胎注入大约92g二甲醚（以及大约470g料液），而后他发现钢圈有缓慢的泄漏，他便开始焊接，温度很快升到1500℃以上，并点燃了轮胎里的可燃性气体与空气的混合物，产生的压力不确定，但推测超过1.2MPa。巨大的轮胎爆裂，一大块碎片击中此人颈部撕下了他的头颅。尽管在事实上产品从未设计用于如此大的轮胎，家属仍控告Snap产品公司，大概在2002年内会完结这项极为昂贵的诉讼。大约到1992年，新的氟烃抛射剂HFC-134a很快大规模投产，并被用于汽车空调机，RadiatorSpecialty公司在它们的轮胎修补充气气雾剂产品中试用了这种物质，他们以2-丁氧基-乙醇为蒸气压抑制剂，将HFC-134a的压力自1.376MPa（54.4℃）降至美国法规限定的1.241MPa。尽管在气雾剂工业界这项技术已众所周知，但市场商昀终能够获得美国专利，使他对这类配方的过度权利得以再延续17年，确切地说直到2012年。由于HFC-134a是不可燃的，用它便完全解决了爆炸问题。由于它的分子量较大（HFC-134a相对分子质量为102，二甲醚为42），所以，欲产生与二甲醚相同量的气体，其用量必需比二甲醚多2.22倍，这至少相当于气雾剂配方的37%。其他气雾剂市场商投诉该专利无效，而RadiatorSpecialty公司的销售人员则遍访Walmart、K-Mart、Au-tozone等特大型连锁店，告诉他们，如果他们不希望因与轮胎修补充气剂有关的爆炸而卷进法律诉讼的话，他们应该购买HFC-134a型不爆炸的轮胎修补充气剂。在1995~1999年间，HFC-134a的价格非常高，平均为每公斤8.50美元，它大约比每公斤0.88美元的二甲醚贵10倍。RadiatorSpecialty公司与他们的竞争对手间的对抗曾一度增长，于是RadiatorSpecialty公司指出他们可能不允许其他工厂以许可证转让的方式在他们专利的名义下使用HFC-134a。昀近在压路机修理工死亡事故之后，他们缓和了自己的立场，允许Snap产品公司及其他一些工厂在支付专利使用费后使用HFC-134a。在这里他们可能有些法律问题，可能在法院辩论由于RadiatorSpecialty公司拒绝竞争者使用他们的安全抛射剂系统而使人致死的案例。大约从1999年起所有主要品牌的轮胎修补充气气雾剂都采用HFC-134a。保险公司在得知轮胎爆炸的可能性的情况后，或是增加他们的投保费率，或是简单地终止仍用可燃性抛射剂工厂的产品可靠性险。在2000年，每年销售约150万罐轮胎修补充气剂的Tradco公司因焊接瘪胎钢圈致死一人而受到遗属的控告。赔偿金高达8000万美元。显然这将使该公司无法继续经营。这个案例将给其他市场商和保险公司一个信息，不要再将可燃性抛射剂用于这些产品。除了价格高昂之外，HFC-134a的另一个问题是它是一个轻度到中度的温室效应剂。曾做过这样的计算，若每罐用200gHFC-134a，目前美国市场以每年4200万罐计，则每年美国用于这类产品的HFC-134a为8400t，从理论上讲温室效应率可能比目前增加0.01%。1998年12月京都地球暖化大会的一个结论是出了拯救生命的用途意外，应该限制HFC-134a的所有应用。美国的立场以不可操作以及度全球经济有潜在的非常负面的影响为由拒绝这次大会的许多结论。美国3个HFC-134a供应商希望销售这种抛射剂，给能带来健康和安全好处的产品使用。这主要指供哮喘病人使用的定量吸入气雾剂，但亦可能包括汽车轮胎修补、充气气雾剂。一般感觉是这些气雾剂将至少可以在5~10年或更长的时间内使用HFC-134a，没有HFC-134a，轮胎密封充气剂大概将从美国市场消失。这对在非常寒冷的气候，在暴风雪期间，在危险的邻居以及在交通堵塞等情况下，对突然胎瘪的驾车人员来说是非常危险甚至危及生命的。制胎技术、工艺朝着不会因空气泄漏而瘪胎的方向改进。大约在2005~2010年期间，这些新型轮胎将进入新汽车，到那时补胎充气气雾剂市场将开始萎缩。大约到2015年，在北美这种汽车用品的市场规模将可忽略不计。二、配方市场商对抛射剂有两种选择：HFC-134a（不燃烧）以及二甲醚（燃烧但危险性较烃类小）。如果使用者按照标签指导的方法使用，则可以认为价格便宜的二甲醚配方使用是十分安全的。必须将一定体积的气体注入轮胎，否则就不能适当地充气，如果轮胎没有完全瘪掉，需要补充的气体就较少，但昀后仍将整罐气雾剂经轮胎阀门全部排进轮胎中。昀小量的抛射剂取决于罐的大小，对HFC-134a来说，昀少应该用180g，二甲醚由于分子量小得多，但至少也要用75g，这些量适用于小型到中等大的汽车轮胎。对较大的轮胎需要的抛射剂相应也较多。这就需要产品总装量达600g的大罐或两个小罐。HFC-134a基本不溶于水基型料液，它将在底部形成一层分离的、基本澄清、无色的液层，在将罐内容物注入轮胎前及注入期间要将罐充分振摇。相反，二甲醚即使在很冷的条件下在它自己的平衡压力下，在水中亦能溶解16.5%，因此，在将内容物注入轮胎时可以将罐振摇，亦可以不振摇。有些配方含有封泄漏孔的特殊物质来帮助乳胶乳剂堵补漏气的孔。这些粉末是不溶解的，在放置时它们或浮或沉在罐的液体内容物上面或底部。这种产品在使用前应该充分振摇。实际上所有配方都含有乙二醇或丙二醇作为防冻液。乙二醇更有效，但被认为有毒性，因此在美国用量超过总配方4%时，标签上需作特殊说明。为避免特殊的警戒性标签。曾经假定这些浓度相当低的抗冻结成份将使轮胎密封充气气雾剂的内容物在合理的可预期的储存条件下保持液态，然而，如果用HFC-134a作抛射剂，若罐长期存放在-6℃以下则内容物可能冻结。而用二甲醚作抛射剂时，二甲醚本身亦是一种防冻剂，所以产品至少