一种弹性渐变的非充气轮胎及其制造方法与流程

本申请涉及轮胎领域，尤其涉及一种弹性渐变的非充气轮胎及其制造方法。

背景技术：

传统充气轮胎以空气压力作为介质支撑车体，具有优异的拉伸、弯曲及抵抗碰撞的缓冲性能。但当被外部尖锐物体刺穿或其他因素损坏时，其自身不能维持原有的压力状态，致使轮胎丧失支撑功能。同时，由此引起的车辆操纵性能和制动性能劣化也将可能导致较大的安全隐患。基于此，市场上推出了无需充气的非充气轮胎(non-pneumatictire)，即无气轮胎(airlesstire)，其利用弹性填充物或支撑体取代胎压作用的设计方式，可避免车辆在行驶过程中因气压损失或爆胎(flattire)而引起的安全事故。

现有非充气轮胎存在以下缺陷：①实心非充气轮胎通常为单材质产品，在承载和减振方面矛盾突出；②实心非充气轮胎多采用聚氨酯材料，易生热，且目前暂无增强散热的方法，致使轮胎整体散热效果较差；③胎体厚实，热传导性能差，积蓄的热量易导致胎体材料强度下降。④轮胎上的孔洞设计不仅对其散热性能提升不大，同时降低了轮胎的载重能力。除此之外，温度长时间保持较高水平也将加速胎体老化，导致实心轮胎发生掉胶、脱胶等损坏现象。有鉴于此，如何提高非充气轮胎减振性能和热稳定性能，从而保证车辆的安全性，是市场上亟待解决的关键问题。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种弹性渐变的非充气轮胎及其制造方法，提高了非充气轮胎的承载能力和热稳定性，同时，改善了轮胎整体的散热性能及减振特性。

为实现上述目的，本申请公开一种弹性渐变的非充气轮胎，包括：轮毂、内缓冲层、支撑结构、外缓冲层、填充料以及带束胎面复合层；所述内缓冲层的内表面与非充气轮胎轮毂的外表面固定连接；所述支撑结构设置在所述内外缓冲层之间，由具有记忆特性的形状记忆合金螺旋交织或编织形成，具体可为镍钛系，铜镍系、铜铝系、铜锌系、铁系形状记忆合金的一种或几种组成，所述支撑结构包括若干固定条和环形支撑件；所述固定条的一端与内缓冲层固定连接，另一端可与环形支撑件或外缓冲层固定连接；所述环形支撑件与固定条固定连接；所述填充料位于支撑结构与内外缓冲层相结合形成的镂空区中，所述填充料与所述镂空区内表面固定连接；所述带束胎面复合层设置于外缓冲层外侧，所述外缓冲层外表面与带束胎面复合层内表面固定连接。

可选的，所述环形支撑件沿径向的个数为n1≥0，当n1＝0时，即所环形支撑件不存在；当n1≥1时，即所述环形支撑件存在，与非充气轮胎同心，且沿轮胎径向均匀或不均匀分布。

可选的，所述支撑结构由纤维或其他材料螺旋交织或编织形成；其中，所述纤维或其他材料的缠绕方向与所述支撑结构的母线夹角在±30°至±60°的范围内；所述纤维或其他材料包括碳纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、尼龙、棉线、人造丝、钢丝等；

可选的，所述固定条与所述环形支撑件结合内外缓冲层形成多个镂空区，用于容纳填充料，所述填充料的密度梯度变化；即沿轮胎径向由内向外逐渐减小或逐渐增大，所述填充料的密度范围为240-690kg/m³；

可选的，所述镂空区包括第一镂空区和第二镂空区；所述第一镂空区位于内缓冲层和所述环形支撑件之间，所述第二镂空区位于所述环形支撑件和所述外缓冲层之间；所述第一镂空区和所述第二镂空区中的填充料相同或不同。

可选的，所述填充料为具有弹性的柔软型微孔泡沫塑料，具体可为聚氨酯、树脂、橡胶中的一种或几种形成；

优选的，所述填充料为具有弹性的柔软型微孔泡沫塑料，为聚氨酯材料；

可选的，所述填充料存在微孔隙，所述填充料的微孔隙大小及数量梯度变化。即，沿轮胎径向由内向外逐渐增多或逐渐减少；

可选的，所述固定条包括第一固定条和第二固定条，所述第一固定条连接所述内缓冲层和环形支撑件；所述第二固定条贯穿所述环形支撑件，连接所述内缓冲层，所述环形支撑件和所述外缓冲层；相邻两个第二固定条之间的第一固定条个数为n2≥0，当n2＝0时，即所述第一固定条不存在；当n2≥1时，即所述第一固定条存在。

可选的，所述固定条呈直线或曲线状，其中曲线状包括任意单一半径或变半径弧线；所述多个固定条整体沿轮胎周向均匀间隔分布，且沿该轮胎由所述内缓冲层至所述固定条或所述外缓冲层径向排布；

优选的，所述固定条为斐波那契螺旋线状；

作为本申请的另一实施例，本申请还公开了一种弹性渐变的非充气轮胎的制造方法，包括步骤：

对内缓冲层和外缓冲层通过聚氨酯材料注塑或浇注成型，并制成具有支撑结构形状的模芯；

将纤维或其他材料螺旋交织或编织在支撑结构形状的模芯上；

将内缓冲层和外缓冲层与支撑结构形状的模芯固定连接；

加热融化支撑结构形状的模芯，使其从螺旋交织或编织复合材料的空隙中排出；

将固定连接后的支撑结构、内缓冲层和外缓冲层整体放入模具中，根据需求注射填充料至多个镂空区，其中，所述填充料通过结构反应注射成型(srim，structuralreactioninjectionmoulding)工艺或旋转注入工艺注入；

将带束胎面复合层粘接在外缓冲层的外侧；

进行硫化处理，得到弹性渐变的非充气轮胎。

本申请中采用包含固定条和环形支撑件的复合式支撑结构，在非充气轮胎的内部划分出多个镂空区，镂空区内部沿轮胎径向填充密度、微孔大小及数量梯度变化的填充料，支撑结构可采用纤维或其他材料螺旋交织或编织而成，在保证轮胎整体的承载能力和热稳定性的同时，使非充气轮胎散热性能及减振特性有所提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请实施例一种弹性渐变的非充气轮胎的结构示意图；

图2是本申请实施例一种弹性渐变的非充气轮胎的另一视角结构示意图；

图3是本申请实施例一种弹性渐变的非充气轮胎的支撑结构的结构示意图；

图4是图3中a部分结构放大图；

图5是本申请实施例一种弹性渐变的非充气轮胎的支撑结构的编织方向和角度的示意图；

图6是本申请实施例一种弹性渐变的非充气轮胎的爆炸图；

图7是本申请实施例一种弹性渐变的非充气轮胎的制造方法的步骤流程图；

其中，100、弹性渐变的非充气轮胎；110、带束胎面复合层；120、轮毂；130、内缓冲层；140、外缓冲层；200、支撑结构；210、环形支撑件；220、固定条；221、第一固定条；222、第二固定条；230、镂空区；231、第一镂空区；232、第二镂空区；240、母线方向；250、纤维或其他材料。

具体实施方式

这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，目的在于描述本申请示例性实施例。本申请也可通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。除此之外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

下面参考附图和可选的实施例对本申请作进一步说明。

如图1至图3所示，本申请公开一种弹性渐变的非充气轮胎100，包括：用于与路面接触并且箍紧轮胎的带束胎面复合层110；位于非充气轮胎内部的轮毂120；靠近所述轮毂120的内缓冲层130和靠近所述带束胎面复合层110的外缓冲层140；设置在内缓冲层130和外缓冲层140之间，用于支撑负载非充气轮胎100的支撑结构200；所述内缓冲层的内表面与非充气轮胎轮毂的外表面固定连接；所述支撑结构200包括环形支撑件210和沿所述环形支撑件210间隔设置的固定条220；所述环形支撑件沿径向的个数为n1≥0，当n1＝0时，即所述环形支撑件不存在；当n1≥1时，即所述环形支撑件存在，与非充气轮胎同心，且沿轮胎径向均匀或不均匀分布；所述固定条的一端与内缓冲层固定连接，另一端可与环形支撑件或外缓冲层固定连接，划分出多个用于容纳填充料的镂空区230，沿轮胎周向间隔分布；所述填充料与所述镂空区内表面固定连接。

所述固定条呈直线或曲线状，其中曲线状包括任意单一半径或变半径弧线；所述多个固定条整体沿轮胎周向均匀间隔分布，且沿该轮胎由所述内缓冲层至所述环向支撑件或所述外缓冲层径向排布。

优选的，所述固定条220在非充气轮胎100中呈斐波那契螺旋线结构，数值研究发现：斐波那契螺旋线结构能够更好的提升非充气轮胎的缓冲减振和接地性能。

本实施例可选的，所述固定条220包括第一固定条221和第二固定条222，所述第一固定条221连接所述内缓冲层130和环形支撑件210；所述第二固定条222贯穿所述环形支撑件210，连接所述内缓冲层130、所述环形支撑件210和所述外缓冲层140，相邻两个第二固定条222之间的第一固定条个数为n2≥0，当n2＝0时，即所述第一固定条不存在；当n2≥1时，即所述第一固定条存在，如图3至图4所示。第一固定条221和第二固定条222以任意一点为原点，形成介于内缓冲层130和外缓冲层140之间的一段斐波那契螺旋线，用以划分出不同面积的镂空区230，沿轮胎周向均匀间隔分布，具有不同面积镂空区230的支撑结构200使得非充气轮胎所受力可分散到多个轮辐上，促使非充气轮胎接地印迹分布更加均匀，在整体上呈现较低的应力水平，承载能力提高。

本实施例可选的，所述镂空区230包括位于内缓冲层130和所述环形支撑件210间的多个第一镂空区231，较密集；位于所述环形支撑件210和所述外缓冲层140间的多个第二镂空区232，较稀疏，此种结构相对而言不易聚热，能够很好的对轮胎的热量进行分散。所述第一镂空区231的面积小于第二镂空区232的面积，相对容纳填充料的镂空区域较多。如此划分的镂空区230结构简单，整体性强，相对于其他通过网状物形成的多个开口或镂空区230，仅有两个面积不同的镂空区230，将更加方便对填充料用量的掌控，且在保证承载能力的同时有效降低轮胎自重，节省材料。

所述支撑结构200由纤维或其他材料螺旋交织或编织形成。其中，所述纤维或其他材料的缠绕方向与所述支撑结构的母线夹角在±30°至±60°的范围内；所述纤维或其他材料包括碳纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、尼龙、棉线、人造丝、钢丝等。

优选的，如图5所示，所述支撑结构200通过非邻接的碳纤维材料螺旋交织或编织制成，所述碳纤维材料250之间缠绕方向与编织主体的母线夹角呈±45度。

螺旋交织或编织的碳纤维材料应用在轮胎上相对于其他材质具备整体结构轻量、高抗压抗拉、超高比强度及高热导等优势，同时由于填充料为软质聚氨酯形成的泡沫塑料，具有良好的界面粘合性，且常被用作碳纤维材料表面改性涂层，而螺旋交织或编织的碳纤维材料之间存在间隙，因此在浇注聚氨酯材质的填充料时，聚氨酯可以通过碳纤维材料之间的间隙，与其支撑体形成界面结合性能较高的纤维复合材料，缓冲性能较好，整体性较牢固。

本实施例可选的，所述支撑结构由具有记忆特性的形状记忆合金螺旋交织或编织形成，具体可为镍钛系，铜镍系、铜铝系、铜锌系、铁系形状记忆合金的一种或几种组成。

形状记忆合金具有形状记忆效应，可在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状。同时，该金属具有超弹性特性，也就是在外力作用下，形状记忆合金具有比一般金属大的多的变形恢复能力，即在加载过程中产生的大应变会随着卸载而恢复。将形状记忆合金应用于非充气轮胎的支撑结构，其一，可利用该合金的超弹性特性，有效提高非充气轮胎的缓冲减振能力，在应对冲击性荷载时不会发生永久性变形；其二，可利用该合金的形状记忆效应，预设一定温度条件下支撑结构的形状，当非充气轮胎高速运转时，轮胎内部产生的热量促使支撑结构变形恢复至预设形状，有效提高其承载性能。

本申请实施例中采用的填充料为泡沫塑料，包括聚氨酯、树脂或橡胶中的一种或几种，具有微孔结构；所述填充料的密度、微孔隙大小及数量梯度变化，即，沿轮胎径向由内向外逐渐增多或逐渐减少。

本实施例可选的，靠近轮毂120的第一镂空区231为承重区域，选取弹性相对较小，微孔数量相对较少的高密度泡沫塑料作为填充料注入；靠近带束胎面复合层110的第二镂空区232为缓冲区域，选用密度相对较小，微孔数量相对较多，弹性较大的高回弹软质泡沫塑料作为填充料注入，即，所述填充料的密度沿轮胎径向由内缓冲层向外缓冲层递减，而微孔数量沿轮胎径向由内缓冲层向外缓冲层递增。使非充气轮胎具有较高的弹性及压缩复合比，提高轮胎缓冲减振性能的同时保证了接地应力均匀，从而间接提高车辆的舒适性与可操控性。除此之外，弹性较高的填充料与支撑结构200共同作用可减少轮胎滞后损失，减少非充气轮胎发热，塑性疲劳老化，使轮胎不仅可承受较高的载荷，也满足车辆高速行驶条件下的正常使用。

优选的，所述填充料为聚氨酯泡沫塑料，为保证镂空区230的填充料具有优异的物理性能，较高的拉伸强度、撕裂强度和耐磨损性能，确定聚氨酯泡沫塑料密度为240-690kg/m³。

本实施例可选的，沿轮胎轴向，所述螺旋交织或编织复合材料形成的固定条与环形支撑件在轮胎两端均不被填充料覆盖，即裸露在空气中。首先所述固定条和环形支撑件相比填充料具有良好的导热性能，其次在非充气轮胎承载发生压缩变形及恢复变形的过程中其可排出空气和吸入空气，以提高非充气轮胎散热性能。

作为本申请的另一实施例，本申请还公开了一种弹性渐变的非充气轮胎的制造方法，如图7所示，包括步骤：

s1、对内缓冲层和外缓冲层通过聚氨酯材料注塑或浇注成型，并制成具有支撑结构形状的模芯；

s2、将纤维或其他材料螺旋交织或编织在支撑结构形状的模芯上；

s3、将内缓冲层和外缓冲层与支撑结构形状的模芯固定连接；

s4、加热融化支撑结构形状的模芯，使其从螺旋交织或编织复合材料的空隙中排出；

s5、将固定连接后的支撑结构、内缓冲层和外缓冲层整体放入模具中，根据需求注射填充料至多个镂空区，其中，所述填充料通过结构反应注射成型(srim，structuralreactioninjectionmoulding)工艺或旋转注入工艺注入；

s6、将带束胎面复合层粘接在外缓冲层的外侧；

s7、进行硫化处理，得到弹性渐变的非充气轮胎。

本申请的非充气轮胎制造方法及步骤为首先对内缓冲层130和外缓冲层140通过聚氨酯材料注塑或浇注成型，其次制成具有支撑结构形状的模芯，将纤维或其他材料250螺旋交织或编织在支撑结构200形状的模芯上，模芯可为蜡制或其他低熔点材质制成，纤维或其他材料螺旋交织或编织后的支撑结构200的内外侧分别与内缓冲层130和外缓冲层140固定连接，随后加热融化支撑结构形状的模芯，使其从螺旋交织或编织复合材料的空隙中排出，接着将固定连接后的支撑结构200、内缓冲层130和外缓冲层140整体放入模具中，按需求利用柔软型微孔聚氨酯泡沫塑料填充料，通过srim(structuralreactioninjectionmoulding)，结构反应注射成型)工艺或旋转注入方法，注入支撑结构200与内外缓冲层形成的的镂空区230中以成型，然后将带束胎面复合层粘接在外缓冲层的外侧，最后进行硫化处理，得到弹性渐变的非充气轮胎。本方案中，采用密度渐变的微孔聚氨酯弹性体注射成型，而不是直接打孔，聚氨酯泡沫塑料填充在支撑体间形成的镂空区中，支撑体的导热性能远远优于聚氨酯，使轮胎整体的耐热性和散热能力均得到提高。

本方案中，控制聚氨酯填充料的密度可通过控制外发泡剂用量的方式进行，常用的外发泡剂有二氯甲烷、一氟三氯甲烷。最理想的外发泡剂为一氟三氯甲烷，可以在汽化时移去反应热，一般用量在5％-15％。出于环保考虑，也可用hfc-141b或者hfc-145fa代替；除此之外，选择合适的搅拌速度，搅拌时间，发白时间，发泡时间及脱模剂也能控制不同密度填充料的成型，常用的脱模剂有高熔点微晶蜡溶液，水乳液，聚乙烯分散液等。

本申请将非充气轮胎的支撑结构200设置为螺旋交织或编织复合材料，且环形支撑件210与固定条220通过特定规律的排布划分出多个镂空区，可分散非充气轮胎承重荷载；同时，在不同镂空区内填充不同密度的填充料，实现轮胎弹性的分层设计，即保证了非充气轮胎承载能力，也增强了其缓冲减振性能。

需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本申请的保护范围。本方案中涉及到的各种形状和数量的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为其作出限定。本申请的技术方案可以广泛用于在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品。

以上内容是结合具体的可选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。