一种无人机轻量化降落用轮胎及其制备方法与流程

本发明涉及飞行器零部件，具体涉及一种无人机轻量化降落用轮胎及其制备方法。

背景技术：

1、无人机起落架轮胎是保障飞行器平稳起降，缓冲着陆冲击的核心零部件，随着巡检、测绘与长航时工业无人机的快速普及，整机减重、全域环境服役与长寿命已成为轮胎材料的核心设计指标。

2、然而，现有技术中的无人机降落轮胎普遍存在诸多技术缺陷，传统充气橡胶轮胎减重空间有限，且高空低压环境下存在慢漏气、爆胎风险，一旦气压不足会大幅降低缓冲减震能力，极易造成硬着陆损伤机身；而普通实心橡胶轮胎密度高、自重偏大，会增加无人机整机载荷、缩短续航里程，无法适配轻量化设计需求。现有轻量化思路多采用简单物理发泡制备聚氨酯轮胎，但仅依靠单纯发泡会大幅降低材料拉伸与撕裂强度，降落滑跑冲击下易出现胎体开裂、局部塌陷，长期重载静置蠕变严重，压缩永久变形率高，减震性能持续衰减，严重影响无人机再次起飞时的动态平衡，甚至引发飞控姿态失稳。同时常规固化工艺交联密度偏低，胎体挺性不足，为保证降落强度必须加厚胎壁、加宽截面，这不仅会使轻量化效果大打折扣，减重幅度也严重受限。

3、常规聚氨酯轮胎抗紫外与热氧老化性能差。无人机多在高空露天环境作业，大气中的强紫外线会诱发聚氨酯发生光氧化反应，引发高分子链断裂，造成表层泛黄与龟裂，弹性快速下降。行业通用解决方案为直接添加小分子受阻酚抗氧剂，但小分子助剂与聚氨酯基体相容性有限，长期使用易发生迁移、析出与挥发流失，老化防护效果随服役时间快速衰减。

4、因此，急需开发一种具有良好的轻量化效果，且能在复杂多变的作业环境中保持可靠服役的无人机降落用轮胎。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种无人机轻量化降落用轮胎及其制备方法，通过采用热膨胀微球物理发泡技术与电子束辐照技术，实现轻量化；同时，电子束辐照配合功能交联单体构建的三维网络，提升了轮胎的拉伸强度与撕裂强度，降低了压缩永久变形率，赋予了轮胎良好的耐水性与抗氧化性能。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种无人机轻量化降落用轮胎，包括以下重量份的原料：聚碳酸酯二醇90~100份、炭黑15~25份、异佛尔酮二异氰酸酯22~28份、二月桂酸二丁基锡0.02~0.05份、紫外线吸收剂0.5~1份、功能交联单体1~3份、三(2-羟乙基)异氰尿酸酯1~2份、热膨胀微球2~3份；

4、所述功能交联单体为利用2-氨基-4-(甲硫基)丁-1-醇发生氧化反应得到耐热单体，通过耐热单体与四甲基哌啶酮发生亲核加成消除反应得到抗氧化前驱体，再将其还原胺化后得到抗氧化单体，最后通过抗氧化单体与1-氯-2,2-双氯甲基-十四烷发生胺的烷基化反应制成。

5、进一步优选地，聚碳酸酯二醇的分子量为1000~2000。

6、进一步优选地，紫外线吸收剂为uv-329、uv-326、tinuvin326、tinuvin384中的一种或多种。

7、进一步优选地，功能交联单体的制备方法，包括以下步骤：

8、s1、将2-氨基-4-(甲硫基)丁-1-醇、钨酸钠和乙腈加入反应器中，冰水浴条件下，缓慢滴加双氧水，滴加完毕后升温至25~30℃，搅拌反应6~8h后冷却至室温，加入饱和碳酸氢钠调节ph至7~8，得到耐热单体；

9、s2、将无水乙醇、四甲基哌啶酮和耐热单体加入反应器中，加热至25~30℃反应2~3h，随后升温至50~60℃，减压脱水2~3h，得到抗氧化前驱体；

10、s3、将抗氧化前驱体、钯碳和乙醇加入反应釜中，氮气置换釜中空气，再用氢气置换釜中氮气，在50~70℃条件下搅拌反应6~10h，反应结束冷却放压开釜，得到抗氧化单体；

11、s4、将1-氯-2,2-双氯甲基-十四烷溶于甲苯中，在冰水浴下，缓慢加入抗氧化单体，反应2~3h，再滴加氢氧化钠水溶液，滴加完毕后，升温至60~70℃继续反应10~14h，得到功能交联单体。

12、进一步优选地，s1步骤中双氧水的质量分数为30~40%。

13、进一步优选地，s1步骤中2-氨基-4-(甲硫基)丁-1-醇、钨酸钠与双氧水的添加比为17~19g：1~1.5g：20~30ml。

14、进一步优选地，s2步骤中四甲基哌啶酮与耐热单体的质量比为10~12：11~15。

15、进一步优选地，s3步骤中氢气压力为2~4mpa。

16、进一步优选地，s3步骤中钯碳的质量为抗氧化前驱体质量的1~3%。

17、进一步优选地，s4步骤中氢氧化钠水溶液的质量分数为23~28%。

18、进一步优选地，s4步骤中1-氯-2,2-双氯甲基-十四烷与抗氧化单体的质量比为4~5：12~14。

19、一种无人机轻量化降落用轮胎的制备方法，包括以下步骤：

20、第一步、在氮气气氛下，将聚碳酸酯二醇和炭黑加入反应器中，升温至100~120℃，并在高速搅拌下真空脱水1~2h，将温度降至70~80℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，恒温反应6~8h，反应结束将温度降至60~70℃，然后依次加入紫外线吸收剂、功能交联单体、三(2-羟乙基)异氰尿酸酯，在60~70℃条件下，搅拌反应10~15min，得到混合胶料；

21、第二步、将混合胶料真空脱泡后，在常压下加入热膨胀微球，以低速搅拌，然后注入预热的模具中，置于80~100℃烘箱中保温15~20min，快速升温至135~140℃继续保温20~30min后脱模，并在室温下放置24~48h，完成后熟化，再将轮体置于电子加速器下辐照处理，得到无人机轻量化降落用轮胎。

22、进一步优选地，第二步中真空脱泡的压力条件为-0.098~-0.095mpa，时间条件为10~15min。

23、进一步优选地，第二步中低速搅拌的转速条件为50~100rpm，时间为2~3min，辐照处理的剂量为15~20kgy。

24、本发明的有益效果：

25、本发明采用热膨胀微球物理发泡技术与电子束辐照技术结合，微球在轮胎内部形成均匀的微孔结构，实现材料层面的减重；而固化后的电子束辐照进一步促使聚氨酯基体形成稳固的交联网络，显著提升轮体挺性，从而允许在结构上减薄壁厚、减窄截面，有效实现轻量化。同时，高交联密度的三维网络有效锁定了微球，使轮胎在减重的同时依然保有优异的抗撕裂和抗压缩强度，实现了轻质与高强的性能平衡。

26、本发明含四甲基哌啶环受阻胺侧链的大分子交联改性单体参与网络交联，将该抗氧化基团锚定于聚氨酯骨架上，避免了传统小分子防老剂的迁移挥发，提升了高空强紫外和氧化环境下的使用寿命，有效缓解表层龟裂泛黄。

27、基体选用聚碳酸酯二醇与脂环族异氰酸酯，从分子链层面规避了易水解的酯键，赋予材料本征的极低吸水率。三维交联网络限制了水分子的扩散，而砜基则提升了交联网络的耐热稳定性，同时，接枝引入的大分子长链烷基，在分子层面形成了致密的疏水屏蔽层。这种化学惰性骨架与物理疏水屏障的协同作用，使轮胎在高温高湿、海岛盐雾等严苛环境下，能够有效抵御水分子侵蚀，保证了无人机降落用轮胎的长效服役可靠性。

28、交联体系采用刚性三(2-羟乙基)异氰尿酸酯与含柔性长链的功能交联单体复配，构建了三维立体网络。高密度的刚性节点极大限制了分子链的滑移，在长时间重载静置时强力抑制了蠕变，并大幅降低了无人机在降落时滑跑产生的内摩擦生热，而柔性长链段的引入则显著降低了体系的玻璃化转变温度，使轮胎维持良好的弹性。