基于聚氨酯弹性体特殊的耐磨性能及其优良的力学性能,从20世纪60年代开始就进行了聚氨酯弹性体在轮胎中的应用研究。特别是在1974~1975年,美国空军飞行动力试验室曾与Zedron公司合作,对浇注轮胎和活胎面浇注轮胎在美国空军飞机上使用的可行性进行研究。据透露,该研究采用的材料是热塑性聚氨酯弹性体(杜邦公司制造,商品名为Hytrel),胎体和胎圈均无补强层材料。动力试验表明:在6.00-6浇注轮胎、低断面15×6.00-6浇注轮胎和6.00-6活胎面浇注轮胎等3种试验轮胎中,后者获得较好的结果,其中有一试验胎成功地通过了89次滑行起飞试验。试验条件是:滑行1英里(负荷1150磅、速度每小时30英里)后,速度再从每小时0英里提高到90英里起飞。该研究的结论认为:开发浇注飞机轮胎或活胎面(用补强材料补强)浇注飞机轮胎是可行的。
1977~1979年Zedron公司又承包了美国飞行动力试验室的一项研究开发合同,研究7.00×8/16层级A-37飞机浇注轮胎的可行性。轮胎设计负荷为6650磅,充气压力为125磅英寸,使用速度为每小时150英里。试验结论认为:改性的热塑性聚氨酯弹性体(商品名为Hytrel)具有最好的动态性能,在额定负荷下成功地滑行了3英里,最高的爆破压力400磅·英寸;该项研究所用的试验材料,基本上能为特殊设计的浇注轮胎提供足够的静态尺寸稳定性、垂直和侧向刚性、滞后的摩擦性能。但是,印痕面积、刹车力、回正转矩不足;爆破试验、动态鉴定试验仍达不到要求。
聚氨酯弹性体就其杨氏模量而言是一种既具有塑料的高硬度,又具有橡胶高弹性的高分子合成材料,主要包括聚氨酯混炼胶、聚氨酯浇注胶、聚氨酯水乳胶和聚氨酯热塑胶。聚氨酯弹性体与橡胶相比具有更优异的耐磨性能、较高的抗撕裂强度和伸长率且硬度范围宽。此外它的吸振、减震效果好,负重容量非常大以及极理想的耐油和耐其他化学药品性能。由于聚氨酯弹性体具有其他高聚物不具备的特殊物理力学性能,所以其在国防、轻纺、交通、油田、矿山、机械、建筑、医疗等许多方面的应用都相当广泛,也是制造高性能轮胎的理想材料。特别是浇注型聚氨酯弹性体是目前最耐磨的弹性体,具有高耐磨、可着色、高耐切割性、优良的耐油及耐化学品等优点,而且对人体无毒害作用,又能完全生物降解,还不必添加炭黑和芳烃油,是制造轮胎胎面的理想材料。
聚氨酯填充轮胎采用浇注工艺制造,其结构和目前生产的轮胎有很大区别。全聚氨酯充气轮胎是由胎体、带束层和胎面3部分构成。其中胎体由较高模量的聚氨酯弹性体浇注而成,比较硬(邵尔A型硬度约为85~95度),因而耐疲劳性能、尺寸稳定性和耐切割性能都比较好;胎体上部的带束层由沿周向缠绕的芳纶或钢丝帘线构成,胎面则由低模量聚氨酯弹性体(邵尔A型硬度约为70~75度)浇注而成,以保证轮胎的耐磨性和行驶性能。