具有增强支撑结构的非充气轮胎及其制造方法与流程

1.本公开涉及一种具有包含增强层的支撑结构的非充气轮胎及其制造方法。


背景技术：

2.已开发出各种能使轮胎在未充气或充气不足状态下行驶的轮胎构造。非充气轮胎不需要充气，而“防爆轮胎”在被刺穿和损失全部或部分加压空气后可以继续在相对高速下行驶延长的时间。非充气轮胎可包括多个轮辐、腹板或将内环连接到外环的其他支撑结构。


技术实现要素：

3.在一个实施方案中，非充气轮胎包括具有第一直径的内环和具有大于第一直径的第二直径的外环。外环与内环基本上同轴。该轮胎还包括在内环与外环之间延伸的支撑结构。该支撑结构包括至少一个增强层。该增强层包括一根或多根包含多根长丝或长丝股线的帘线，并且该帘线满足以下关系：
4.x*y《18000
5.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
6.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
7.在另一实施方案中，非充气轮胎包括具有第一直径的内环和具有大于第一直径的第二直径的外环。外环与内环基本上同轴。该轮胎还包括在内环与外环之间延伸的支撑结构。该支撑结构包括从非充气轮胎的第一侧横向延伸到非充气轮胎的第二侧的多个环状物。该多个环状物中的每个环状物限定从非充气轮胎的第一侧可见的开口。该多个环状物中的每个环状物与内环和外环两者直接接触。该多个环状物包括至少第一环状物和第二环状物，该第一环状物与该第二环状物直接接触。多个环状物中的至少一个环状物包含至少一个增强层。该增强层包括一根或多根包含多根长丝或长丝股线的帘线，并且该帘线满足以下关系：
8.x*y《18000
9.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
10.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
11.在又一实施方案中，非充气轮胎包括具有第一直径的内环和具有大于第一直径的第二直径的外环。外环与内环基本上同轴。该轮胎还包括在内环与外环之间延伸的支撑结构。该支撑结构包括多个具有第一轮辐端和第二轮辐端的轮辐。该多个轮辐中的每个轮辐沿着第一轮辐端和第二轮辐端之间的并非完全笔直的路径。该多个轮辐中的每个轮辐包含至少一个增强层。该增强层包括一根或多根包含多根长丝或长丝股线的帘线，并且该帘线满足以下关系：
12.x*y《18000
13.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
14.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
附图说明
15.在附图中，示出了结构，该结构与下文提供的详细描述一起描述了受权利要求书保护的本发明的示例性实施方案。类似的元件用相同的附图标号标示。应当理解，被示出为单个部件的元件可以用多个部件替换，并且被示出为多个部件的元件可以用单个部件替换。附图未按比例绘制，并且出于说明性目的，可能放大了某些元件的比例。
16.图1是非充气轮胎的一个实施方案的前视图；
17.图2是图1的非充气轮胎的放大局部前视图；
18.图3是示出非充气轮胎在其构造期间的局部前视图的示意图；
19.图4是非充气轮胎的另选的实施方案的前视图；
20.图5是非充气轮胎的另一个另选的实施方案的透视图；
21.图6示出了图5的非充气轮胎的特写前视图；
22.图7a是右同向捻帘线构造的局部前视图；
23.图7b是左同向捻帘线构造的局部前视图；并且
24.图8是帘线构造的一个实施方案的剖视图。
具体实施方式
25.图1是非充气轮胎100的一个实施方案的前视图。非充气轮胎100包括具有第一直径的内环110和具有大于第一直径的第二直径的外环120。外环120与内环110基本上同轴。在所示的实施方案中，内环110被示出为附接到轮毂h。多个轮辐130在内环110和外环120之间延伸。在一个另选的实施方案中，可以采用腹板或其它支撑结构代替轮辐。应当理解，术语“支撑结构”可以指腹板或轮辐。
26.在所示实施方案中，周向胎面140围绕外环120设置。胎面140可包括胎面元件，诸如凹槽、肋、块、凸耳、刀槽花纹、螺柱和其它元件。剪切带或其它剪切元件或增强结构(未示出)可设置在外环120与胎面140之间。在另选的实施方案(未示出)中，可以省略单独的胎面，并且替代地胎面元件可以直接形成在外环上。
27.图2是图1的非充气轮胎的放大局部前视图。如在该视图中可以看出的，轮辐130由围绕轮胎周向串联设置的多个环状物形成。每个单独的环状物从非充气轮胎100的第一侧横向延伸到非充气轮胎100的第二侧。该多个环状物中的每个环状物限定从轮胎的第一侧可见的开口。
28.在所示实施方案中，该多个环状物中的每个环状物与内环110和外环120直接接触。多根筋条150也设置在内环110与外环120之间。多根筋条150包括内筋条150i和外筋条150o。内筋条150i与内环110以及每个相邻环状物对中的第一环状物和第二环状物两者直接接触。外筋条150o与外环120以及每个相邻环状物对中的第一环状物和第二环状物两者直接接触。
29.内环110和外环120可以由聚合物材料(诸如天然或合成橡胶)或其它弹性体材料构成。另选地，内环110和外环120可以由较硬的聚合物材料(诸如聚氨酯、聚酯、尼龙和聚氯乙烯(pvc))构成。轮辐130由可由弹性体材料构成的环状物形成，该弹性体材料具有设置在其中的单个增强层。环状物可以由弹性体材料的片构成，或者由具有设置在其中的单个增强层的弹性体材料的螺旋带状物构成。在环状物由片形成的情况下，片的末端可以对接拼
接在一起。接头可以位于非充气轮胎的内环或外环处。在环状物由螺旋带状物形成的情况下，可以省略对接接头。
30.在两种情况下，增强件都可以是钢丝帘线。在其它实施方案中，增强件可由由尼龙、聚酯、纤维玻璃、碳纤维、芳族聚酰胺、玻璃、聚乙烯(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或其它增强材料构成的帘线形成。在另选的实施方案中，环状物可以由具有两个或更多个增强层的弹性体材料构成。
31.在一个实施方案中，该增强层包括一根或多根包含多根长丝或长丝股线的帘线，并且该帘线满足以下关系：
32.x*y《18000
33.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
34.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
35.为了确定在本公开和本文的任何实施方案中讨论的帘线的刚度，根据astm d-2969使用660mm的标距长度对帘线进行抗拉强度测试。通过将帘线上的负荷(n)除以帘线的横截面积(mm2)来计算应力。帘线的横截面积是帘线中单根长丝的实际横截面积的总和，而不是通过围绕整个帘线画外接圆获得的面积。绘制给定应变(mm/mm)的应力值(mpa)直到帘线断裂点，并且用线性趋势线拟合整个曲线。趋势线的斜率表示帘线的刚度。
36.已经发现为了改善增强层的疲劳性能；期望使用具有相对低刚度的帘线与具有相对小直径的帘线的组合。在一个实施方案中，帘线可具有小于90000mpa的刚度。在另一实施方案中，帘线可以具有小于70000mpa的刚度，并且在又一实施方案中，刚度可以小于50000mpa。在一个实施方案中，帘线中最大长丝的直径可为0.2mm或更小。在另一实施方案中，帘线中最大长丝的直径可小于0.19mm，并且在又一实施方案中直径小于0.18mm。
37.在一个实施方案中，帘线具有同向捻构造。同向捻构造是这样一种构造，其中构成股线的长丝以螺旋图案布置，并且在与股线被布置和捻合以构成帘线的方向相同的方向上捻合。同向捻构造提供了改善的抗疲劳性，这对于非充气轮胎的支撑结构是有益的。
38.如果环状物具有一个以上增强层，则至少一个层具有满足以下关系的帘线：
39.x*y《18000
40.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
41.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
42.在具有多个增强层的其它实施方案中，一个以上的层或可选地所有层可具有满足以下关系的帘线：
43.x*y《18000
44.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
45.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
46.同样地，如果环状物具有一个以上增强层，则在一个实施方案中，一层可具有帘线，该帘线具有同向捻构造。在另选的实施方案中，一个以上的层可具有帘线，该帘线具有同向捻构造。在其它另选的实施方案中，所有增强层可具有帘线，该帘线具有同向捻构造。
47.胎面140和筋条150均可由诸如天然或合成橡胶的弹性体材料、其它弹性体材料构成。
48.图1和图2中所示的非充气轮胎的环状物的附加细节可以在图3中看到，图3是示出
了非充气轮胎200在其构造期间的局部前视图的示意图。非充气轮胎200包括具有第一直径的内环210和具有大于第一直径的第二直径的外环220。外环220与内环210基本上同轴。如此图中所示，轮辐230由第一环状物240a和第二环状物240b形成。第一环状物包括第一层增强帘线250a，并且第一环状物形成第一基本上径向的范围260a和第二基本上径向的范围260b。第二环状物包括第二层增强帘线250b，并且第二环状物形成第三基本上径向的范围260c和第四基本上径向的范围260d。
49.另外，第一筋条270a设置在第一环状物240a、第二环状物240b和内环210之间。第二筋条270b类似地设置在第一环状物240a、第二环状物240b和外环220之间。
50.在图3所示的阶段处，第一环状物240a与第二环状物240b间隔开。为了说明目的，可以放大此间隔。在形成非充气轮胎的过程期间，在固化过程期间施加热量和压力。具体地，将压力施加到第一环状物240a的第二范围260b和第二环状物240b的第三范围260c，这导致第二范围260b接触第三范围260c。当施加热量和压力时，第二范围260b与第三范围260c粘结，使得第一环状物240a和第二环状物240b形成单个轮辐230，该单个轮辐具有由第一层增强帘线250a和第二层增强帘线250b形成的两个增强帘线层。所得轮辐230以与图1和图2的轮辐130相同的方式在基本上径向的方向上延伸。
51.在一个实施方案中，第二范围260b的至少一半与第三范围260c的至少一半接触。在另选的实施方案中，第二范围260b的至少三分之二与第三范围260c的至少三分之二接触。
52.在所示实施方案中，第一增强帘线层250a和第二增强帘线层250b中的每一者在所得轮辐130中在基本上径向的方向上延伸。在另选的实施方案中，增强帘线层中的一个或两个层相对于径向方向偏置。在一个此类实施方案中，增强帘线层中的一个或两个层以介于50
°
与90
°
之间的角度偏置。在此类实施方案中，对接接头也可以是成角度的。
53.在另选的实施方案中，内环与外环之间的范围是弯曲的而不是线性的。在轮胎旋转时，弯曲范围可用于控制轮辐屈曲的方向和量值。此类弯曲范围仍然可以被认为是基本上径向的。在一个此类实施方案中，增强帘线可以具有与范围相同的弯曲。在另选的实施方案中，增强帘线可具有与范围不同的弯曲。在另一个另选的实施方案中，增强帘线可以线性地延伸，而范围是弯曲的。
54.在其它另选的实施方案中，范围是基本上线性的，而增强帘线层中的一个或多个层相对于径向方向弯曲。当轮胎旋转时，弯曲的增强帘线层可用于控制轮辐屈曲的方向和量值。在此类实施方案中，所得轮辐仍然可以在处于未压缩状态时线性地延伸，即使增强帘线层中的一个或多个层是弯曲的也如此。在此类布置中，轮辐可以被描述为具有增强预曲率。
55.为了构建非充气轮胎，诸如非充气轮胎100或200，操作员可以执行以下步骤：提供弹性体材料的内环；提供弹性体材料的外环；以及将内环和外环布置成使得内环与外环基本上同轴。在一个实施方案中，操作员提供增强弹性体材料的片，以及用增强弹性体材料的片形成多个环状物。弹性体材料用满足以下关系的帘线增强：
56.x*y《18000
57.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
58.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
59.帘线可具有同向捻构造。每个环状物可以通过将片的末端对接拼接在一起形成。然后，操作员将增强弹性体材料的环状物放置在内环与外环之间。环状物可以被布置成使得对接接头与内环或外环相切。
60.在另一个实施方案中，操作员提供增强弹性体材料的带状物。在一个特定实施方案中，操作员通过以下方式来形成带状物：挤出具有恰好两根钢丝帘线的生橡胶带状物，从而形成具有嵌入在其中的两根钢丝帘线的生橡胶带状物。
61.在又一个实施方案中，操作员通过挤出具有一根钢丝帘线的生橡胶带状物来形成带状物。在又一个实施方案中，操作员通过挤出具有三根或更多根钢丝帘线的生橡胶带状物来形成带状物。
62.在另选的实施方案中，带状物可以通过压延操作而不是挤出操作来制造。例如，在一个实施方案中，带状物是通过在帘线上方压延橡胶并将经压延的片切割成含有一根、两根或更多根帘线的薄带状物来制造的。
63.图4示出了非充气轮胎300的另选的实施方案。非充气轮胎300包括具有第一直径的内环310和具有大于第一直径的第二直径的外环320。外环320与内环310基本上同轴。在所示实施方案中，内环310示为附接到轮毂330。
64.周向胎面340围绕外环320设置。胎面340可包括胎面元件，诸如凹槽、肋、块、凸耳、刀槽花纹、螺柱和其它元件。剪切带或其它剪切元件或增强结构(未示出)可设置在外环320与胎面340之间。在另选的实施方案中，可以省略单独的胎面，并且替代地，胎面元件可以直接形成在上环上。
65.在所示的实施方案中，多个单独的轮辐350在内环310与外环320之间延伸。在该实施方案中，多个轮辐350中的每个轮辐的设计基本上相同。然而，在另选的实施方案中，多个轮辐可包括具有不同设计的轮辐。
66.轮辐350各自具有第一轮辐端370和第二轮辐端380，并且沿着第一轮辐端370与第二轮辐端380之间的并非完全笔直的路径。
67.内环310和外环320可以由聚合物材料(诸如天然或合成橡胶)或其它弹性体材料构成。另选地，内环310和外环320可以由较硬的聚合物材料(诸如聚氨酯、聚酯、尼龙和聚氯乙烯(pvc))构成。轮辐350可以由弹性体材料构成，该弹性体材料具有设置在其中的单个增强层360。更具体地说，轮辐350可以由其中设置有单个增强层360的弹性体材料的片构成。
68.增强件可以是钢丝帘线。在其它实施方案中，增强件可由由尼龙、聚酯、纤维玻璃、碳纤维、芳族聚酰胺、玻璃、聚乙烯(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或其它增强材料构成的帘线形成。在另选的实施方案(未示出)中，轮辐可以由具有两个或更多个增强层的弹性体材料构成。
69.增强层包含满足以下关系的帘线：
70.x*y《18000
71.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
72.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
73.在一个实施方案中，帘线可具有小于90000mpa的刚度。在另一实施方案中，帘线可以具有小于70000mpa的刚度，并且在又一实施方案中，刚度可以小于50000mpa。在一个实施方案中，帘线中最大长丝的直径可为0.2mm或更小。在另一实施方案中，帘线中最大长丝的
直径可小于0.19mm，并且在又一实施方案中直径小于0.18mm。在一个实施方案中，帘线具有同向捻构造。
74.如果轮辐具有一个以上增强层，则至少一个层具有满足以下关系的帘线：
75.x*y《18000
76.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
77.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
78.在具有多个增强层的其它实施方案中，一个以上的层或可选地所有层可具有满足以下关系的帘线：
79.x*y《18000
80.，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且
81.y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。
82.同样地，如果轮辐具有一个以上增强层，则在一个实施方案中，一层可具有帘线，该帘线具有同向捻构造。在另选的实施方案中，一个以上的层可具有帘线，该帘线具有同向捻构造。在其它另选的实施方案中，所有增强层可具有帘线，该帘线具有同向捻构造。
83.胎面340可由诸如天然或合成橡胶的弹性体材料、其它弹性体材料构成。
84.图5示出了非充气轮胎400的另一个另选的实施方案，而图6示出了图5中示出的非充气轮胎400的特写前视图。非充气轮胎400包括外环410。外环410可以由橡胶帘布层420构成。另选地，外环410可以由橡胶以外的材料构成。在另选的实施方案中，外环由泡沫聚合物、聚氨酯、热塑性塑料、树脂或者其他弹性体或聚合物材料构成的帘布层形成。在另一个另选的实施方案中，帘布层由金属而不是聚合物材料构成。在另一个另选的实施方案中，外环410是实心环。
85.轮胎400还包括从外环410向内延伸的多个环状物430。在所示实施方案中，环状物430由围绕轮胎400的中心轴线连续地设置的蛇形轮辐帘布层形成，使得蛇形轮辐帘布层的纵向轴线基本上平行于轮胎400的赤道平面。蛇形轮辐帘布层遵循内径和外径之间的卷绕路径，使得蛇形轮辐路径具有围绕内径沿基本上周向方向延伸的多个内部部分430i。蛇形轮辐路径还具有围绕外径沿基本上周向方向延伸的多个外部部分430o。多个轮辐部分430s在内径和外径之间沿基本上径向方向延伸。
86.在所示实施方案中，所有内部部分430i具有基本上相同的弧长。同样地，每个外部部分430o也具有基本上相同的弧长，外部部分430o的弧长大于内部部分430i的弧长。在一个实施方案中，内部部分430i的总弧长在120度和240度之间。外部部分430o的总弧长也在120度和240度之间。在一个实施方案中，内部部分430i的总弧长与外部部分430o的总弧长之和是360度。在另选的实施方案中，内部部分的总弧长与外部部分的总弧长之和小于360度。在另一个另选的实施方案中，内部部分的总弧长与外部部分的总弧长之和大于360度。
87.在另选的实施方案中，不同的内部部分可具有不同的弧长。同样，不同的外部部分可也具有不同的弧长。
88.在所示实施方案中，环状物430由宽度等于轮胎400的宽度的帘布层构成。在另选的实施方案中，环状物由比轮胎窄的帘布层构成。在这样的实施方案中，帘布层可相对于轮胎的赤道平面偏置。在一个这样的实施方案中，蛇形轮辐帘布层的轮辐部分中的每一个相对于径向方向以小于45度的角度延伸。同样，蛇形轮辐帘布层的内部部分中的每个内部部
garner,a dictionary of modern legal usage 624(2d.ed.1995))。此外，就在说明书和权利要求书中使用术语“在
……
中”或“到
……
中”而言，该术语旨在另外表示“在
……
上”或“到
……
上”。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“连接”而言，该术语旨在不仅表示“直接连接到”，而且也表示“间接连接到”，诸如通过另外的一个或多个部件进行连接。
107.虽然本技术已通过其实施方案的描述进行了说明，并且虽然已相当详细地对所述实施方案进行了描述，但申请人并非意图将所附权利要求书的范围约束为这样的细节或以任何方式限制为这样的细节。附加的优点和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在其更广泛的方面，本技术并不限于所示和所述的特定细节、代表性设备和方法，以及示例性示例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明构思的实质或范围的情况下偏离此类细节。

技术特征：
1.一种制造非充气轮胎的方法，所述方法包括：提供内环，所述内环具有第一直径；提供外环，所述外环具有大于所述第一直径的第二直径，所述外环与所述内环基本上同轴；将支撑结构在所述内环和所述外环之间延伸，其中所述支撑结构包括设置在其中的增强层，并且所述增强层包括一根或多根包含多根长丝或长丝股线的帘线，所述帘线满足以下关系：x*y<18000，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且y是以mm为单位测量的所述帘线中最大长丝的直径。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述帘线为钢丝帘线。3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以同向捻构造捻合所述帘线。4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以3mmx3mmx0.17mm的构造来捻合所述帘线。5.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括形成弹性体材料的所述支撑结构。6.一种非充气轮胎，所述非充气轮胎包括：内环，所述内环具有第一直径；外环，所述外环具有大于所述第一直径的第二直径，所述外环与所述内环基本上同轴；支撑结构，所述支撑结构在所述内环和所述外环之间延伸，其中所述支撑结构包括设置在其中的增强层，并且所述增强层包括一根或多根包含多根长丝或长丝股线的帘线，所述帘线满足所述以下关系：x*y<18000，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的所述刚度，并且y是以mm为单位测量的所述帘线中所述最大长丝的所述直径。7.根据权利要求6所述的非充气轮胎，其中所述帘线为钢丝帘线。8.根据权利要求6所述的非充气轮胎，其中所述帘线具有同向捻构造。9.根据权利要求8所述的非充气轮胎，其中所述帘线具有3mmx3mmx0.17mm的构造。10.根据权利要求7所述的非充气轮胎，其中所述支撑结构包括弹性体材料。11.根据权利要求6所述的非充气轮胎，其中所述支撑结构包括从所述非充气轮胎的第一侧横向延伸到所述非充气轮胎的第二侧的多个环状物，其中所述多个环状物中的每个环状物限定开口，所述开口从所述非充气轮胎的所述第一侧可见，其中所述多个环状物中的每个环状物与所述内环和所述外环两者直接接触，并且其中所述多个环状物包括至少第一环状物和第二环状物，所述第一环状物与所述第二环状物直接接触。12.根据权利要求11所述的非充气轮胎，其中所述多个环状物中的每个环状物由弹性体材料的螺旋带状物形成，所述弹性体材料的螺旋带状物具有设置在其中的单个增强层，并且所述增强件包括具有同向捻构造的钢丝帘线。13.根据权利要求12所述的非充气轮胎，其中所述弹性体材料的螺旋带状物包括嵌入
其中的恰好两根钢丝帘线。14.根据权利要求12所述的非充气轮胎，其中所述第一环状物包括在所述内环与所述外环之间延伸的第一范围和第二范围，其中所述第二环状物包括在所述内环与所述外环之间延伸的第三范围和第四范围，并且其中所述第二范围接触所述第三范围。15.根据权利要求14所述的非充气轮胎，其中所述第一范围、所述第二范围、所述第三范围和所述第四范围中的每一者都是弯曲的。

技术总结
本公开提供了一种非充气轮胎，该非充气轮胎包括内环、外环，以及在内环与外环之间延伸的支撑结构。支撑结构具有设置在其中的增强层，其中增强层具有包含多根长丝或长丝股线的帘线，并且帘线满足以下关系：x*y<18000，其中x是以兆帕为单位测量的帘线的刚度，并且y是以mm为单位测量的帘线中最大长丝的直径。增强层可包含具有同向捻构造的帘线。可包含具有同向捻构造的帘线。可包含具有同向捻构造的帘线。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：普利司通美国轮胎运营有限责任公司
技术研发日：2021.09.09
技术公布日：2023/6/26