CN101970222A - 复合层状产品 - Google Patents

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Abstract

一种形成可变形分格式结构的层状产品(1)，其特征在于，该产品至少包括：在相同的主方向(X)上定向的上部条带(2)和下部条带(3)；-在两个条带之间并且在称为锚定区域的区域(4)中连接所述两个条带的一系列(5A，5B，5C)的圆柱形结构(5)，所述一系列在方向X上延伸，所述圆柱形结构被称为连接圆柱形结构并且在方向X上不接触；每个连接圆柱形结构(5)包括多个优选同心的基础圆柱体(5a，5b)，所述基础圆柱体的母线沿着垂直于方向X的轴线Y定向，所述基础圆柱体被一个安装在另一个中并且在每个锚定区域(4)相互连接。所述基础圆柱体特别是包括纤维的复合圆柱体，所述纤维嵌入在树脂基体中。这种层状产品可被用作对于弯曲/压缩应力具有高抵抗性以及对于重复或交替应力具有高耐久性的弹性梁，特别是作为非充气柔性车轮中的剪切条带。

Description

复合层状产品
技术领域
本发明涉及一种层状产品，也就是说涉及一种由结合在一起的平面或非平面形式的多个层或者条带制成的例如分格式型或者蜂窝型产品。
本发明更准确地涉及一种层状产品，该层状产品的特有几何形状使其能够获得可变形分格式结构，该可变形分格式结构可被用作对于弯曲/压缩应力具有抵抗性的梁，特别是当这些层状产品是复合产品时，该层状产品的全部或者部分由涂覆有树脂基体的纤维所构成。
本发明还涉及一种用于“非充气”型机动车辆的轮胎或者弹性(柔性)车轮，也就是说不需要充气气体(例如空气)使其呈现出它们的可用形式。
背景技术
非充气柔性车轮或轮胎对于本领域技术人员而言是公知的。它们在大量专利文献中进行了描述，例如在专利或者专利申请EP 1242254(或US 6769465)，EP 1359028(或US 6994135)，EP 1242254(或US 6769465)，US 7201194，WO 00/37269(或US 6640859)，WO2007/085414中。
对于这种非充气轮胎，当它们与任意刚性的、用于在柔性轮胎与车轮轮毂之间提供连接的机械元件联系在一起时，对由充气轮胎、轮圈和刹车盘所组成的组件进行更换在大多数目前的公路车辆上而言是公知的。
特别地，前面提到的专利US 7201194中描述了一种非充气的、在结构上得到支承(即，没有内部压力)的轮胎，该轮胎的主要特征包括支承轮胎上载荷的加强环形条带以及多个支承元件或轮辐，所述支承元件或轮辐具有极低压缩刚度，在拉伸下进行操作从而在环形条带与车轮轮毂之间传递力。
该环形条带(或者剪切条带)包括两个隔膜，该隔膜由本质上不能伸展的绳线所形成，所述绳线涂覆有天然或合成橡胶，这些隔膜通过剪切层而分开，所述剪切层自身由橡胶制成。这种条带的操作原理是剪切层的剪切模量远远小于两个隔膜的拉伸模量，同时足以能够适当地将力从一个隔膜传递到另一个隔膜以及由此使得所述条带在剪切模式下工作。
通过这个环形条带，能够制造出非充气车轮或轮胎，所述非充气车轮或轮胎能够在艰苦或严酷条件下运行，而不会出现任何刺穿的风险并且不存在必须在轮胎内部保持空气压力的缺点。
此外，与现有技术中的非充气轮胎相比，获得了更加均匀分布的地面接触压力，由此使轮胎获得了更好的运转、改进的抓地力以及改进的耐磨性。
然而，这种橡胶剪切条带并非没有缺点。
首先，在常规操作温度下，例如在-30℃到+40℃之间，这种橡胶剪切条相对滞后，也就是说，提供用于滚动的部分能量以热量形式损耗(丧失)。接下来，对于明显更低的操作温度，例如在极地型地理区域中存在的通常低于-50℃或者更低，公知的是橡胶迅速地变脆、易碎以及由此不能使用。此外可以理解的是，在这种极端环境下，大量且快速的温度波动连同相对较高的机械应力，会导致两个隔膜与剪切层之间的粘附问题，存在剪切条带连同隔膜局部发生扭曲以及最终耐久性退化的风险。
发明内容
在研究期间，申请人发明了一种新颖的层状产品，该产品特别地被用作如上所述非充气轮胎或车轮中的剪切条带，这使得能够至少部分地克服前面提到的缺点。
由此，根据第一主题，本发明涉及一种层状产品，该产品形成可变形分格式结构，其特征在于它至少包括：
¤在相同主方向(X)上定向的上部条带和下部条带，
¤在两个条带之间并且在称为锚定区域的区域中连接所述两个条带的一系列的圆柱形结构，所述一系列在方向X上延伸，所述圆柱形结构被称为连接圆柱形结构并且在方向X上不接触，
每个连接圆柱形结构包括多个(也就是说两个或多于两个)基础、优选同心的圆柱体，所述圆柱体的母线沿着垂直于方向X的轴线Y定向，所述基础圆柱体被一个安装在另一个中并且在每个锚定区域相互连接。
本发明的层状产品具有高度通气的可变形分格式结构，该结构被证明出人意料地展现出对于弯曲和/和压缩应力的高抵抗性以及对于这种重复或交替应力的高耐久性。它具有非迟滞的优点。
根据发明的一个优选实施例，该层状产品是复合层状产品，其中连接圆柱形结构的部件、至少基本圆柱体包括嵌入在树脂基体中的纤维。
此外，根据一个特别优选实施例，当这些基础圆柱体和上部及下部条带全部由基于纤维(特别是玻璃纤维和/或碳纤维)的复合材料构成以及所述纤维嵌入到聚酯或者乙烯基酯型的热固性树脂中时，该复合层状产品进一步证明了不仅能够抵抗极低温度而且能够被用于非常广泛的温度范围，通常从-250℃一直到+150℃。
本发明还涉及到这种层状产品作为任何成品的结构性元件的使用，以及包括根据本发明层状产品的任意成品。
本发明尤其涉及到将这种层状产品作为非充气车轮或轮胎的加强元件的使用，特别是作为这种轮胎或者这种车轮的剪切条带。
附图说明
根据接下来的详细描述和示例性实施例以及于这些示例相关的附图，本发明以及它的优点将会容易地得到理解，所述附图示意性地(没有按照具体的比例)：
图1以横截面的形式显示出根据本发明的层状产品的示例，该产品沿着直线形式的主方向X定向；
图2以横截面的形式显示出根据本发明另一个实施例的层状产品的另一个示例，该产品沿着曲线形式的主方向X定向；
图3显示出图1中横截面的透视图；
图4和图5以径向截面的形式显示出包括根据本发明层状产品的非充气弹性车轮的两个示例；以及
图6显示出包括根据本发明层状产品的非充气弹性车轮的示例的完全透视图。
定义
在本说明书中，除非另外指出，否则所有百分比(％)都表示重量％。
此外，在本申请中，应用以下定义：
-“复合物”，在涉及到任何材料或物体时：包括涂覆在树脂基体中的短纤维或连续纤维的材料或物体；
-“层”或“条带”：与其它尺寸相比具有较小厚度的薄片或者任意其它元件，层可能是或者可能不是同质的或者内聚性；
-“圆柱体”：术语最广泛理解为任意中空(即无底的)圆柱体，也就是说具有任意平的(正交的)横截面的任意圆柱形状的物体，也就是说它的轮廓限定出封闭线条而没有拐点(例如圆形、卵形或椭圆形横截面的情况)或者具有拐点；根据这种定义，可以理解的是，术语例如管、圆柱形管、圆柱形管部、管状元件、管状柱、圆柱形元件全都表示所述“圆柱体”；
-“单向纤维”：一组基本上彼此平行的纤维，也就是说，沿着一个且相同的轴线定向；
-“非充气”，当涉及车轮或轮胎时：车轮或轮胎被设计成能够在没有膨胀压力的情况下承受相当大的负载，也就是说不需要充气气体(例如空气)来呈现出它的可用形式以及支承负载；
-“沿着一轴线或者在一方向上定向”，当涉及任意元件例如条带、纤维或者其它细长加强元件时：元件基本上平行于该轴线或该方向定向，也就是说该元件与该轴线或该方向所形成的角度不会偏差超过10度(也就是说零度或者最多等于10度)，优选地不会超过5度；
-“垂直于一轴线或者一方向定向”，当涉及任意元件例如条带、纤维或者其它细长加强元件时：元件基本上垂直于该轴线或该方向定向，也就是说该元件与垂直于该轴线或者该方向的线条所形成的角度不会偏离超过10度，优选地不会超过5度；
-“沿径向定向”，当涉及车轮(或轮胎)元件时：在穿过车轮(或轮胎)的旋转轴线并且基本上垂直于该方向的任意方向上定向，也就是说与该方向所形成的角度不会偏离超过10度，优选地不会超过5度；
-“沿圆周定向”，当涉及车轮(或轮胎)元件时：基本上平行于车轮(或轮胎)的圆周方向定向，也就是说与该方向所形成的角度不会偏离超过10度，优选地不会超过5度；
-“层状产品”，在国际专利分类的含义内：包括连接到一起的平坦或非平坦形式的至少两个层或条带的任意产品；表达方式“结合”或者“连接”应当以广泛的方式解释，从而包括所有的结合或装配方式，例如通过粘合、钉合、铆接或螺栓连接；
-“树脂”：任意热塑性或者热固性类型(对于后者，也被称作可固化、可聚合或者可交联)的合成树脂，以及甚至于基于所述树脂并且另外包括一种或多种添加剂(例如固化剂)的任何合成物或者配方表示的延伸范围。
具体实施方式
本发明的层状产品(1)具有包括至少以下主要特征(参考图1、图2和图3)：
¤都在相同主方向(X)上定向的上部条带(2)和下部条带(3)；
¤在两个条带之间并且在称为锚定区域的区域(4)中连接所述两个条带的一系列(5A，5B，5C)的圆柱形结构(5)，所述一系列在方向X上延伸，所述圆柱形结构被称为连接圆柱形结构并且在方向X上不接触，
每个连接圆柱形结构(5)还具有主要特征：包括多个(即至少两个)基础圆柱体(5a，5b)，所述基础圆柱体的母线沿着垂直于方向X的轴线Y定向(至少在未变形结构中)，所述基础圆柱体被一个安装在另一个中并且在每个锚定区域(4)中在所述上部条带(2)和下部条带(3)处相互连接(安装)。
在每个连接圆柱形结构的两个锚定区域(上部区域4a、下部区域4b)的外部，该区域也可被称为“固定区域”或者“连接区域”，每个连接圆柱形结构都直接或者间接地锚定、连接到层状产品的两个条带(上部条带2和下部条带3)，该基本圆柱体(5a、5b等)是各个连接圆柱形结构(5A、5B、5C等)的组成部分，在它们之间具有或者不具有间隙，彼此之间独立地操作。
本领域技术人员在阅读本申请时将会容易地理解到：静止时，基础圆柱体可能会或者可能不会彼此接触，但是在正常操作中，在所述锚定区域的外部，这些基础圆柱体优选地没有彼此连接、没有彼此固定，从而使得它们以最佳方式发挥作用，也就是说彼此之间独立地(在两个基础圆柱体的情况下)或者相互之间独立地(在超过两个基础圆柱体的情况下)发挥作用。
使用多个(也就是说两个或者超过两个，例如三个或四个)堆叠、优选同心的基础圆柱体而不是单个圆柱体有利地使得本发明层状产品的同样刚度能够限制连接圆柱形结构中的应力以及由此增加组件的可允许位移。
基础圆柱体(5a，5b)从一个到另一个可具有不同的厚度，它们优选地具有比较明显的卵形形状，从而优化(增加)所述圆柱体、特别是最外部圆柱体(5a)在各自锚定区域(4a，4b)内与两个条带(2，3)的接触面积。
如图1到3中所示，在每个连接圆柱形结构都具有两个基础圆柱体(5a，5b)的情况下，应当理解的是，内部基础圆柱体(5b)的外部直径(即沿着轴线Z的尺寸)小于或者最多等于外部基础圆柱体(5a)的内部直径(沿着Z的尺寸)(最靠近上部条带和下部条带、基本上与所述条带相切的基础圆柱体)。
对于被一个安装在另一个中的各个基础圆柱体而言优选的是，从一个圆柱体到下一个具有尽可能接近的直径(沿着轴线Z的尺寸)，从而使得形成连接圆柱形结构的组件的整体耐久性得到优化以及最终使得本发明层状产品的整体耐久性得到优化。
本发明的层状产品由此形成了中空的、完整的蜂巢式结构，该结构可被描述成“分格式”，就其意义而言在两个条带与连接圆柱形结构(根据定义，由中空且无底的圆柱体形成)之间不需要任何其它材料。
该可变形分格式结构可被用作(平坦的或非平坦的)弹性梁，该弹性梁对于弯曲/压缩应力具有高抵抗性以及对于这种重复或交替应力具有高耐久性，其原因是该结构能够在各种拉伸、弯曲或者压缩应力作用下产生与两个条带之间的剪切相类似的变形能力。
主方向X如图1或图3(透视横截面与图1的横截面相对应)中所示的直线形式或者如图2中所示的曲线形式。
在本发明的层状产品中，两个条带和连接圆柱形结构可由各种材料构成，例如金属(例如钛、钢、铝、金属合金)、聚合体或者复合材料。本发明的这种层状产品还可以具有混合特性，也就是说由组合的不同材料组成。
然而根据本发明的一个优选实施例，基础圆柱体是由复合材料制成，也就是说包括嵌入到(或者涂覆有，两者被认为是相同意思)树脂基体的纤维；更特别地，基础圆柱体和两个条带都由复合材料制成。
由于连接圆柱形结构由复合材料制成，因此本发明的层状产品在纯粹的弹性范围内具有高变形位能。这种由复合材料制成的连接圆柱形结构是特别耐久的，原因是它们展现出纯粹的弹性特性，直到破裂也不会出现塑性变形，这与金属结构相反，所述金属结构在极高变形下会表现出塑性特性，即不可逆特性，也就是以公知的方式对耐久性造成损害。当条带(2，3)自身也由纤维/树脂复合材料制成时，这种有利的特性同样可以应用到条带(2，3)。
由此与金属结构相比获得了一种更加耐久、明显更轻(复合物的密度接近于2)以及同样耐腐蚀的结构。
基础圆柱体(5a，5b)的纤维可以是连续纤维或者短纤维；优选地使用连续纤维。为了圆柱体的更好强度，这些纤维更优选地是单向的并且在垂直于轴线Y的平面内沿圆周定向。
这些基础圆柱体本质上通过弯曲而进行操作。根据它们加强纤维的圆周轴线，它们的拉伸模量(ASTM D 638)以及弯曲模量(ASTM D 790)优选地大于15GPa，更优选地大于30GPa，特别是在30到50GPa之间。
本发明还可应用于两个条带(2，3)由除了基础圆柱体的复合物或非复合物之外的材料构成的情况，例如由金属或聚合体制成。
根据一个优选实施例，上部条带(2)和下部条带(3)(有些时候本领域技术人员称为“隔膜”或者在复合层板领域更被称为“外壳”)是复合条带，该条带同样包括嵌入在树脂基体中的纤维。由此，由两个条带(2，3)、一系列(5A，5B，5C)的圆柱形结构以及它们的多个连接圆柱体(5a，5b)所组成的整个基部结构都是由复合材料制成。优选地，条带(2，3)的这些纤维是连续纤维；更优选地，这些连续纤维是单向的、平行于主方向X定向，从而使得条带在主方向X上具有最大拉伸强度。在该方向X上，两个条带(2，3)的拉伸模量(ASTM D 638)优选地大于15GPa，更优选地大于30GPa(例如在30到50GPa之间)。
当基础圆柱体(5a，5b)和/或上面的复合条带(2，3)优选地由复合材料制成时，所述基础圆柱体和/或复合条带可以由单一丝状层或者多个重叠的基础丝状层所构成，所述层的纤维优选地全部在主方向X上定向。该多层结构中可以***一个或多个交叉细线(特别是沿着轴线Y(圆柱体的母线)定向)的其它附加层，从而横向地加强该结构并且由此根据复合物领域公知的情况能够使整个结构得到平衡。
根据另一个优选实施例，连接圆柱形结构(5)从一个圆柱形结构到另一个具有直径D(沿着轴线Z的外部直径或尺寸，如图1、2和3中所示)，该直径D在被称为径向方向并且与方向X和轴线Y正交的方向Z上是基本恒定的，从而能够将上部条带(2)和下部条带(3)保持成基本上距离相等。
根据本发明的另一个可行实施例，连接圆柱形结构(5)从一个圆柱形结构到另一个具有直径(或者Z方向上的尺寸)D，相比之下，当结构期望两个条带之间的距离能够沿着主方向X逐步变化时，该直径D在主方向X上是线性可变的。
如已经指出，由于基础圆柱体的定义并没有限制成具有圆形平的横截面的圆柱体，因此术语“直径”在本申请中应当被宽泛地理解成圆柱体在径向方向Z上的尺寸(包括厚度在内)。
本领域技术人员将会知晓如何根据设定的具体应用来调整连接圆柱形结构、它们的基础圆柱体和条带的具体尺寸，以及它们相对于成品尺寸的设置，该成品结合有本发明的层状产品。尺寸D例如能够调整连接圆柱形结构的弯曲刚度。
本发明的层状产品(1)的主要特征在于：它的连接圆柱形结构(5A，5B，5C)在主方向X上是不接触的，从而使得它们能够通过弯曲而变形和操作。
优选地，比率d/D在0.10到0.50之间，d表示平均距离d，其在两个连续的连接圆柱形结构之间沿着方向X被测量，如图1、2和3所示。表达式“平均距离”被理解成表示从层状产品(1)中存在的全部连接圆柱形结构(5)计算出来的平均值。如果d/D小于0.10，则存在着在剪切中缺少弹性的风险，然而如果d/D大于0.50，则会出现弹性变形不均匀。由于这些原因，比率d/D更优选地在大约0.15到0.40的范围内。
从这一方面，应当认识的是，在图4中(该视图随后进行介绍)，连接圆柱形结构(15A，15B，15C)以及轮辐(12)已经以相比本发明的优选实施例数目相对减少的方式进行表示，这是出于简化附图的单纯目的。
作为根据本发明层状产品(1)的结构的优选示例，特别是当层状产品的主方向X不是直线形式而是弯曲的或者圆周形式(图2)时，至少以下特征的任意一个要被满足，以及更优选地全部特征都被满足：
-直径D在10到100mm之间；
-平均距离d在1到50mm之间；
-条带的宽度Lb和连接圆柱形结构的宽度Lc，都在平行于轴线Y的方向上测量，分别在5到200mm之间；
-条带的厚度Eb(在径向方向Z上测量的厚度)在0.25到3mm之间；
-基础圆柱体的厚度Ec(在径向方向Z上测量的厚度)在0.10到3mm之间。
这些优选特征特别地对应于本发明的层状产品用作标准尺寸的非充气车轮中的剪切条带的情况，如下面进一步详细所述。
更优选地，出于上面指出的原因，至少以下特征的任意一个要被满足，以及更优选地全部特征都被满足：
-直径D在15到45mm之间；
-平均距离d在1.5到40mm之间(特别是在3到40mm之间，更特别地在5到15mm之间)；
-条带的宽度Lb和连接圆柱形结构的宽度Lc都在20到100mm之间；
-条带的厚度Eb在0.5到2mm之间；
-基础圆柱体的厚度Ec在0.5到2mm之间。
当然，根据车轮预想的曲率半径或直径，小于10mm或者大于100mm的D的数值仍然是可行的。
由此，作为根据本发明的层状产品的结构的其它可行优选示例，至少以下特征的任意一个要被满足，以及更优选地全部特征都被满足：
-直径D在10到100cm之间，特别是在15到45cm之间；
-平均距离d在1到50cm之间，特别是在1.5到40cm之间；
-条带的宽度Lb和连接圆柱形结构的宽度Lc，都在平行于轴线Y的方向上测量，都在5到200cm之间，特别是在20到100cm之间；
-条带的厚度Eb在0.25到3cm之间，特别是在0.5到2cm之间；
-基础圆柱体的厚度Ec在0.10到3cm之间，特别是在在0.5到2cm之间。
本发明复合层状产品(1)的各个组成部分、特别是构成基部部分的连接圆柱形结构(5)以及上部条带(2)和下部条带(3)，可以通过化学、物理或者机械紧固装置而直接地连接。这种直接紧固装置的示例，如粘结剂、铆钉、螺钉、U形钉以及各种钉合或粘合。紧固装置可由各种材料制成，例如金属、金属合金、塑料或者由复合物(例如基于玻璃纤维或碳纤维)制成。
为了更好地进行锚定，连接圆柱形结构(5)还可部分地穿透到与之相连接的上部条带(2)和/或下部条带(3)中。
根据另一个可行实施例，连接圆柱形结构(5)可以间接地连接到上部条带(2)和下部条带(3)，也就是说通过中间组装部件。这些中间部件或“***件”可具有各种几何形状，例如平行六面体形状、燕尾槽，“I”、“T”或者“U”的形状；它们自身可以通过如上所述的紧固装置而被紧固到基部部分(条带以及基础圆柱体)。每次当承受的力过高时，这种“***件”或加强部件都尤为有用；这些***件可以将传递到复合结构的应力降低到可接受的程度。这些***件由金属、金属合金、塑料或其它复合物制成(例如由嵌入到树脂中的玻璃或碳纤维制成)。
为了防止可能出现的摩擦或磨损的风险，或者甚至是在动态且重复的应力期间相邻基础圆柱体之间的外来物体刺穿的风险，如果需要的话可以在这些基础圆柱体之间***保护性及非粘结性(相对于这些圆柱体)材料层，优选地具有极低摩擦系数从而不会阻止所述相邻基础圆柱体的相对移动、以及具有适当的热能特性，例如聚合体层(如含氟聚合物例如PTFE)。
根据一个特定实施例，如图3中所示对于连接圆柱体结构中的单个(5C)而言(为了简化附图)，先前描述的连接圆柱体结构(至少该结构中的一部分)也能够通过至少一个细长形加强元件(6)而被加强，该加强元件被称为“径向加强件”(特别是以单丝或带子的形式，例如由玻璃/树脂复合材料制成)并且沿着它们的直径完全地穿过，从而平行于径向方向Z而被锚定到上部条带(2)和下部条带(3)中，该径向方向Z与主方向X和基础圆柱体的母线Y相垂直。径向加强件(6)随后作为梁起作用，该梁能够防止连接圆柱形结构(5)垂直于它们的轴线Y(母线)的变形。由于它们的拉伸刚度和压缩刚度，因此它们能够防止层状产品(1)在复合物结构受到最严重弯曲时被压弯。
贯穿本说明书，除非另外说明，否则术语“纤维”适用于任意的加强纤维类型，该加强纤维只要与树脂基体相容就可使用。这种纤维从由聚乙烯醇纤维、芳族聚酰胺(芳族聚酸胺)纤维、聚酰胺-酰亚胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、芳族聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、纤维素纤维、人造纤维、纤维胶纤维、聚亚苯纤维、聚对苯撑苯并二恶唑(或者“PBO”)纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯(“PEN”)、玻璃纤维、碳纤维、石英纤维、陶瓷纤维以及这些纤维的混合物所组成的组中选择出来。
特别对于在极低温度下的应用，优选地从由玻璃纤维、碳纤维以及这种纤维的混合物所组成的组中选择出来。更优选地，使用玻璃纤维。
使用的树脂优选的是热固性树脂。它是一种能够通过电离辐射而被交联的树脂，例如优选地在至少从300nm到450nm的光谱范围内发射出加速电子或者X射线的光束的紫外线-可见光辐射。合成物还可以被选择成包括能够通过过氧化物进行交联的树脂，当时刻到来时，随后的交联可以通过热量输入(例如通过微波作用)而被完成。优选地，使用能够通过电离辐射而被固化的合成物类型，最终的聚合可以通过电离处理(例如UV或者UV/可见光类型)而被引发并且容易进行控制。
使用的树脂在热固状态下的拉伸模量(ASTM D 638)优选地至少等于2.3GPa，更优选地大于2.5GPa，特别是大于3.0GPa。它的玻璃化温度(Tg)通过DSC测量，优选地大于130℃，更优选地大于140℃。
作为可交联树脂，更优选地使用聚酯树脂(即，基于不饱和聚酯)或者乙烯基酯树脂。更优选地使用乙烯基酯树脂。
令人惊异地观察到，在极低温度下，乙烯基酯树脂相比其它树脂能够更好地存在下来。简单的试验可以测量出玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合物的弯曲强度在极低温度下是否大大地增加。这个试验在于用复合物单丝(例如直径为1mm)做一个环并且降低弯曲半径直到单丝的外部部分在拉伸中断裂(肉眼清晰可见)。随后意外地发现，当单丝环在开始时浸没在液氮(-196℃)中时，获得的最小半径变得更小。在液氮中的热淬火或者浸没试验中，还可以按照原来方式试验树脂，有利于在这个试验中不出现断裂的树脂。
根据一个特别优选实施例，连接圆柱体的基础圆柱体以及上部及下部条带完全由玻璃纤维和/或碳纤维所构成，所述玻璃纤维和/或碳纤维嵌入到乙烯基酯树脂基体中。
乙烯基酯树脂在复合材料领域是众所周知的。在该定义没有限制的情况下，乙烯基酯树脂优选地是环氧乙烯基酯树脂类型。更优选地，使用乙烯基酯树脂，特别是环氧化物类型，其至少部分地基于(也就是说成为结构的一部分)酚醛树脂(也被称为酚醛塑料)和/或双酚，及优选地是酚醛树脂、双酚或者基于酚醛树脂和双酚的乙烯基酯树脂，如申请EP 1074369以及EP 1174250中(或者专利US 6925853)中所述。酚醛树脂和双酚型环氧乙烯基酯树脂显示出良好的效果。通过示例，特别提到来自于DSM的“ATLAC 590”或者“ATLAC E-Nova FW 2045”乙烯基酯树脂(都通过苯乙烯稀释)。这种环氧乙烯基酯树脂可以从其他制造商例如Reichhold，Gray Valley以及UCB处购得。
本发明的层状产品有利地由唯一复合物部分所组成，特别是由嵌入到乙烯基酯树脂中的玻璃纤维制成。
对于组成本发明层状产品的各种元件的制造，无论这些元件是基础圆柱体还是(下部和上部)条带，在适当的情况下，都能够使用任意适当的方法来制造出块、薄片或其它细长形元件，例如单丝或带子。
这种方法对于复合物领域的技术人员而言目前是广泛公知的。
专利申请EP 1174250(或者专利US 6926853)提出了在脱气之后，用液体树脂浸渍直线形纤维结构、使液体预浸材(pre-preg)穿过经过校准的模具、使之具有圆形横截面的单丝形状或者带子形状、通过树脂在UV稳定室内基本上固化从而使模具下游的单丝和带子稳定、最终将固体(稳定的)带子或单丝缠绕到适当形状的支承件上、最终在密封模具中固化整个组件，从而使组件固化以及保证高的剪切强度。
作为可选方案，专利申请WO2007/085414提出了将连续的多个层直接缠绕到支承件上，该支承件表现出复合块的最终形状，纤维嵌入到在贯穿整个制造操作中处于液体状态下的树脂中，用于在所述支承件上直接形成连续的环。一旦“液体”复合物环由此形成，那么液体树脂经受至少部分地聚合，例如使用UV辐射或者热处理，从而使所述环与支承件分开之前至少部分地稳定及固化。由此稳定的复合块(其中树脂成分至少部分地处于固体形态)可随后容易地进行操作、按原样存储或者立即处理，从而完成树脂的聚合(最终固化或交联)。由此，最终的固化操作可以在单一大气压力下，“脱模”(或者根据公认的专用用语在“敞口铸型”中)。
前面所述的本发明的层状产品可以构成成品或物品制造的中间阶段，所述成品或物品的最终形式并没有分层。
它的结构(相当于蜂窝型结构)展现出非常广阔的应用范围，其覆盖了通用机械、运动休闲、建筑物及公共工程、线输送、道路、铁路、航空或空间输送以及机动车辆。
根据优选实施例，该层状产品是由弹性材料构成的复合层状产品，所述弹性材料在非常宽的温度范围内保持了它们的特性；出乎意料地，它已经证明能够在该非常宽的温度范围内模仿剪切条带的弹性体的剪切变形，如现有技术中所述。
由此，本发明的复合层状产品能够特别地用于所有陆基类型或者非陆基机动车辆的非充气轮胎或车轮，特别是面临恶劣或严酷滚动环境的车辆，或者例如月球车、公路货运车辆、越野机车(例如农用或民用工程机械)、或者任意其它类型的运输或操纵车辆可能会遇到的极端温度，对于这些车辆而言不能或者不期望使用弹性体材料。
通过示例，附图4极为示意性地表示了非充气弹性车轮(10)的径向横截面(即，在垂直于车轮旋转轴线Y的平面内)，该车轮结构性地得到支承(即，通过承载结构)，该车轮的圆周剪切条带(13)由根据本发明的层状产品所构成。
该非充气车轮(10)限定出三个垂直方向：圆周方向(X)、轴向(Y)以及径向(Z)，该车轮至少包括：
-轮毂(11)；
-被称为剪切条带(13)的环形条带，该剪切条带包括至少一个内部圆周隔膜(14)和一个外部圆周隔膜(16)，它们在圆周方向X上定向；以及
-将轮毂(11)连接到内部圆周隔膜(14)的多个支承元件(12)。
此外，它还具有以下特征：
-两个隔膜(14，16)通过一系列连接圆柱形结构(15A，15B，15C等)在锚定区域(17a，17b)内彼此连接，该系列连接圆柱形结构在圆周方向(X)上延伸，所述连接圆柱形结构(15)在圆周方向X上不接触；
-每个连接圆柱形结构都包括多个(在图4的示例中为2个)同心的基础圆柱体(15a，15b)，所述基础圆柱体的母线沿着垂直于方向X的轴线Y定向，所述基础圆柱体被一个安装在另一个中并且在每个锚定区域彼此连接。
换句话说，连接圆柱形结构的轴线(母线)以及由此基础圆柱体自身以平行于车轮旋转轴线的方式排列，至少在车轮的结构处于静止(没有变形)的情况下。
在该图4中，可以看到每个连接圆柱形结构(15A，15B，15C等)实际上都是由两个基础圆柱体(15a，15b)所组成，所述基础圆柱体大致为卵形并且被一个安装在另一个中。这两个基础圆柱体(15a，15b)在被称为锚定区域的区域(17a，17b)内或者通过直接紧固装置(例如粘结剂、铆钉或螺钉)、或者通过中间安装部件连接到内部圆周隔膜(14)和外部圆周隔膜(16)；在这两个锚定区域外部，这两个基础圆柱体(15a，15b)不再彼此连接，从而能够彼此独立地进行操作。
出于简化的原因，这些中间安装部件没有在图4中表示出来，所述部件可以由平坦凸片(“I”形***件)所组成，这些平坦凸片平行于基础圆柱体的母线定向，定位(例如粘合或铆接)在最里侧基础圆柱体的内部(一个凸片在锚定区域17a一侧，另一个凸片在锚定区域17b一侧)。
根据一个特别优选实施例，在该附图4中，作为连接圆柱形结构(15A，15B，15C等)的部件的每一个基础圆柱体都由嵌入在树脂基体中的纤维形成。
在车轮(10)的这个示例中，厚度大约为1mm的每一个圆周隔膜(14，16)都由两组三层连续的玻璃纤维(来自于Owens Corning的“Advantex”；线密度1200tex)所构成，连续的玻璃纤维被脱气并且用乙烯基酯树脂(来自于DSM的“Atlac 590”+来自于Ciba的“Irgacure 819”光敏引发剂)浸渍，在它们之间添加有浸渍乙烯基酯树脂的玻璃纤维纬线机织物(“E”glass，基本重量125g/m2)，从而平衡复合物组件。该隔膜可以通过以接近零度角的角度进行细丝缠绕(带子产生于0.2×5mm的喷口)而获得。在三个基础层缠绕之后(层间距为5mm)，缠绕停止，随后在最后三层带子缠绕到***的纬线机织物上之前将树脂浸渍的纬线机织物沉积到第三层上。随后，整个组件通过UV辐射而在缠绕支承件上进行聚合。根据另一种制造方法，还可以进行连续的缠绕，如下所述：以下层相继地沉积：成0°的层，随后成-5°的层，成+5°的层，成0°的层，成+5°的层，成-5°的层；以及最后是成0°的层，全部连续不断地。成+5°和-5°的层给予了足够的侧向结合；最终的厚度总是相同的。以此方式准备完毕的每个隔膜在加强纤维的方向上具有45GPa量级的拉伸模量。
直径分别等于大约29mm和30mm以及厚度为大约0.4mm的基础圆柱体(15a，15b)如上述隔膜那样进行准备，将细丝以垂直于圆柱体轴线(母线)的方式缠绕两层。随后，整个组件在UV辐射下聚合(在缠绕支承件上)。连接圆柱形结构具有在径向方向上恒定的直径D，从而保持外部圆周隔膜(13)和内部圆周隔膜(14)基本上距离相等。在剪切条带中(13)，在两个连续的连接圆柱形结构(15)之间、并且在圆周方向X上测量的平均直径d大约为7mm。
具有低压缩刚度的支承元件(12)或轮辐在拉伸下进行操作，从而在环形剪切条带(13)与车轮轮毂(11)之间传递力，如前面提到的专利US 7210194(例如图7到图11)中所述。它们的厚度相对于隔膜厚度更小，优选地小于0.5mm，更优选地小于0.3mm。
由于它们的存在，获得了均匀分布的地面接触压力，因而获得了车轮的更好工作；由此可以避免高压力的局部点，以及在不稳定地面上发生下沉和陷在沙子中的风险。
这些轮辐(12)可由加强或者没有被加强的金属(或金属合金)、聚合物或者其它混合材料制成。作为示例，可由如诸如例如聚亚安酯的聚合体，包括用树脂浸渍或者没有用树脂浸渍的纤维(特别是玻璃和/或碳纤维)的复合材料制成。对于每个轮辐所支承的负载而言，所用材料的拉伸模量是适当的。通过调整轮辐(或者组成轮辐的材料)的弹性拉伸能力，能够产生更大或更小的外倾以及由此调整车轮的地面印迹。由此优选地，使用的轮辐在张力下具有更小百分比的弹性拉伸，通常为1到5％。
根据一个优选实施例，特别是对于极低温度下车轮的使用，可以使用自身由复合材料制成的轮辐，例如由PTFE(聚四氟乙烯)浸渍的玻璃纤维的机织物、嵌入到乙烯基酯树脂基体中的单向玻璃纤维的连续层、或者聚酯纤维的机织物。
在图4中可以看到，根据一个优选实施例，相对每个连接圆柱形结构(15)都设有轮辐(12)，每个轮辐(12)能够在径向方向Z上与所述圆柱形结构(15)对齐或者不对齐。轮辐(12)还能够设置在除了径向之外的方向上，例如设置成围绕着轮毂(11)的Z字形，如下面提到的图5中所示。
对于上述车轮的全部复合元件，纤维含量大约为70％(即，树脂重量大约30％)
对于图4或图5中所示车轮(10)的制造，可以使用如上所述用于组装元件的任意适当方法，例如通过采用以下连续的步骤：
-制造两个隔膜(14，16)；
-在初始安装之后，将基础圆柱体(15a，15b)成对地设置到连接圆柱形结构(15A，15B，15C等)的装配架上；
-将凸片(扁平“I”形***件)设置在各个连接圆柱形结构内部(即，最内侧基础圆柱体内部)以及各个锚定区域(17a，17b)内，所述凸片沿着所述圆柱体的母线定向；
-通过粘合(例如使用环氧粘结剂)两个隔膜(14，16)以及基础圆柱体(15a，15b)以及凸片(***件)而进行紧固；
-轮辐(12)的设置及粘合；
-例如，轮辐调整到适当长度并且轮辐的两个端部粘合到复合凸片(***件)，一端固定到内部隔膜(14)，另一端固定到金属轮毂；隔膜(14)一侧上的凸片被粘合和铆接(或者螺栓连接)，而在轮毂一侧仅仅是铆接的(或者螺栓连接)；
-同时刺穿剪切条带的至少两个点(隔膜，基础圆柱体和凸片)；
-使用金属(例如由不锈钢制成)铆钉(或螺栓)，穿过上面提到的刺穿孔进行剪切条带的铆接(或螺栓连接)(穿过隔膜、圆柱体和凸片)。
优选地，为了地面接触压力的良好效率，本发明的车轮满足关系0.7≤Di/De＜1，更优选地满足关系0.8≤Di/De＜1，Di是内部圆周隔膜(14)的直径以及De是外部圆周隔膜(16)的直径。通过示例，Di和De在大约200mm到2000mm的范围内。
如前面所述，连接圆柱形结构(15)可以通过已经描述过的适当紧固装置而直接地连接到隔膜(14，16)，或者通过中间组装部件、特别是通过金属、塑料或者复合***件而间接地连接，所述***件还具有加强组装点的作用。
图5显示了车轮(20)的另一个示例，其中轮辐(12)具有非常小的厚度(大约0.15mm)，这次并没有径向地(平行于径向方向Z)定向，而是倾斜地定向，通过***件(110，140)而组装成Z字形形式，一方面组装到轮毂(11)以及另一方面组装到内部圆周隔膜(14)。
将轮辐(12)组装到刚性轮毂(11)的***件(110)的形状为“I”形状或者半“U”形状，由复合材料(纤维/树脂)构成，例如由玻璃纤维/乙烯基酯树脂制成，厚度大约1mm。它们通过如前面指出的用于基础圆柱体的方法制造而成，将细丝在具有扁平圆柱体形状的支承件上缠绕5个连续层。在UV聚合之后，通过切割扁平圆柱体而获得半U形状。将轮辐(12)装配到内部圆周隔膜(14)的***件(140)具有相同的厚度但是尺寸更小，形状为“I”或者半“U”，它们自身由复合材料(例如玻璃纤维/乙烯基酯树脂)所制成；它们通过前面指出的用于***件(110)的方法制造而成。由于***件的可弯曲性，***件(110，140)、例如半“U”形的***件可有利地有助于轮辐(12)在本发明柔性车***作期间的必要延伸，特别是当轮辐弹性不足时。
最后，图6显示了非充气车轮(30)的另一个示例的透视图，该车轮的剪切条带(13)包括在平行的径向(即垂直于轴向方向Y)平面内设置的多个基础剪切条带，每个基础剪切条带都由根据本发明的层状产品所组成。图6中可以看到，相对于车轮的整个轴向宽度(例如等于200mm)，每个基础外部圆周隔膜(16a，16b，16c，16d)都相对较窄(沿着Y方向测量的轴向宽度等于40mm)。在该视图中几乎不能看到的内部圆周隔膜(14)自身可以由单个或多个基础内部圆周隔膜所组成、例如两个(例如每个的轴向宽度都等于80mm)或四个(例如每个的轴向宽度都等于40mm)。
基础剪切条带相对彼此沿圆周设置，使得它们的连接圆柱形结构(15A、15B、15C等)(轴向宽度等于40mm)从一个基础剪切条带到下一个在轴向方向Y上基本上对齐。这种配置给予车轮更大的轴向灵活性以及可以提供有利的解耦，用于在滚动时更有效地“吸收”障碍物。然而，根据另一个可行实施例，基础剪切条带可以设置使得它们的连接圆柱形结构(15A、15B、15C等)从一个基础剪切条带到下一个被定位在轴向方向Y上的交错排列中。
当外部圆周隔膜(16)在非充气车轮滚动期间并没有打算与地面直接接触时，在图4到6中没有显示以便简化的胎面可以可选地附加到前面描述的车轮，所述胎面径向地设置在外部圆周隔膜(16)的顶部上。该胎面可以由不同的金属(或金属合金)、聚合体或其它混合金属/聚合体材料构成。聚合体的示例可以是聚酯(例如PET、PTFE)、纤维素(例如人造纤维)、橡胶(例如二烯橡胶或者聚氨酯)。为了在极低温度下使用，优选地胎面由金属或由聚合体制成而不是由橡胶制成。
根据一个优选实施例，胎面为三维机织物形式，尤其是使用前面提到的材料，其厚度在5到20mm之间。根据另一个优选实施例，皮革被用作胎面、特别是具有较小厚度(例如3到4mm)，已经令人惊异地证明了在极低温度下表现都特别良好。该胎面可以通过如上面所述的各种紧固装置而紧固到车轮的剪切条带，例如通过粘合或者螺栓连接，或者甚至是通过组装装置、例如前面描述的***件。根据另一个可行实施例，它可以在它的制造期间直接地结合到外部圆周隔膜(16)中。

Claims (17)

1.一种形成可变形分格式结构的层状产品(1)，其特征在于，该产品至少包括：
-在相同的主方向(X)上定向的上部条带(2)和下部条带(3)；
-在两个条带之间并且在称为锚定区域的区域(4)中连接所述两个条带的一系列(5A，5B，5C)的圆柱形结构(5)，所述一系列在方向X上延伸，所述圆柱形结构被称为连接圆柱形结构并且在方向X上不接触；
每个连接圆柱形结构(5)包括多个基础圆柱体(5a，5b)，所述基础圆柱体的母线沿着垂直于方向X的轴线Y定向，所述基础圆柱体被一个安装在另一个中并且在每个锚定区域(4)相互连接。
2.如权利要求1所述的层状产品，其特征在于，所述基础圆柱体是同心圆柱体。
3.如权利要求1或2所述的层状产品，其特征在于，所述基础圆柱体是包括纤维的复合圆柱体，所述纤维嵌入在树脂基体中。
4.如权利要求3所述的层状产品，其特征在于，所述纤维是连续的以及单向的，并且在垂直于轴线Y的平面内沿圆周定向。
5.如权利要求1-4任一所述的层状产品，其特征在于，所述基础圆柱体的纤维是玻璃纤维和/或碳纤维。
6.如权利要求1-5任一所述的层状产品，其特征在于，所述上部条带和下部条带包括嵌入在树脂基体中的纤维。
7.如权利要求6所述的层状产品，其特征在于，所述条带的纤维是连续的纤维。
8.如权利要求7所述的层状产品，其特征在于，所述条带的连续纤维是单向的、并且平行于方向X定向。
9.如权利要求6-8任一所述的层状产品，其特征在于，所述条带的纤维是玻璃纤维和/或碳纤维。
10.如权利要求1-9任一所述的层状产品，其特征在于，所述连接圆柱形结构具有外部直径D，所述外部直径D在与方向X和轴线Y正交的方向Z上是基本恒定的，以将所述上部条带和所述下部条带保持成基本距离相等。
11.如权利要求1-10任一所述的层状产品，其特征在于，在两个连续的连接圆柱形结构之间沿着X方向测量的平均距离d使得比率d/D在0.10到0.50之间。
12.如权利要求3-11任一所述的层状产品，其特征在于，所述树脂是热固性树脂。
13.如权利要求12所述的层状产品，其特征在于，所述树脂是乙烯基酯树脂。
14.如权利要求1-13任一所述的层状产品，其特征在于，所述层状产品形成连续且封闭的圆周环。
15.一种如权利要求1-14任一所述的层状产品的应用，所述层状产品作为成品的结构性元件。
16.一种成品，包括如权利要求1-14任一所述的层状产品。
17.如权利要求14所述的层状产品的应用，所述层状产品作为用于非充气车轮或轮胎的加强元件。
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