CN103112315A - 一种不会爆胎的开式结构力胎 - Google Patents

Abstract

一种不会爆胎的开式结构力胎，所述力胎由具有弹性缓冲性质的材料组成，由包裹着力胎轮辋的内圈部分和与地面接触的外圈部分所组成，内圈的轴径等于或小于外圈的轴径，其间由位于内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板或由力胎圆心向外放射位于所述内外圈之间的支撑板或由位于所述内外圈之间的空心圆柱形侧壁所组成，可广泛适用于使用力胎的轮式机械，达成保留现有力胎的优点，克服现有力胎缺陷的目的，同时大幅改善和提高力胎性能，大幅提高力胎使用寿命和应对复杂路面的能力，同时大幅简化力胎的生产工艺及降低力胎的生产成本。

Description

一种不会爆胎的开式结构力胎

所属技术领域

本发明涉及一种具有支撑及缓冲结构的由具有弹性缓冲性质材料制成的免充气不爆胎力胎的制造技术，主要是聚氨酯力胎的制造技术，普遍适用多领域轮式力胎使用。

背景技术

本发明申请是已经提交中国专利局的申请号为201110204785.0及201110462022.6的部分继续申请，同时又是授予中国专利的专利号为ZL200920274370.9、ZL201120256085.1及ZL201120578218.7的部分继续申请。

力胎是区别于车辆轮胎包括飞行器轮胎及力车胎的又一个轮式胎的细分领域。事实上在传统的分类概念中，力胎与力车胎是一个混淆的概念，力车胎按用途的传统分类概念，可分为自行车胎、手推车胎、三轮车胎、电动车胎、摩托车胎及多用途车胎等几大类，它们与汽车轮胎相比，具有轮辋较大而轮胎较小、承重及速度有限、制造工艺相对简单等特点。总的来说，力车胎是力机械式车辆(包括摩托车)的重要交通配件之一。

而力胎，严格来说并非是力机械式车辆所具有的轮胎，它与力车胎的显著区别在于并非安装于“车辆”(包括机动车辆及非机动车辆)之上，而是适用于各种童车及婴儿推车脚轮、各种旱冰及滑板滑轮、箱包脚轮、各种万向轮、各种推车及工具车脚轮以及各种床、架类脚轮等等，其用途非常广泛。而目前国内外严格来说并没有“力胎”这一限制内涵的统称或概念，其涵盖的产品均以各自产品的名称命名。

本专利申请所称的“力胎”即涵盖同时并不仅仅涵盖上述产品。

长期以来，力胎的制造依据其用途的不同其材质包括金属、塑胶、聚氨酯、橡胶、玻璃甚至木头等，其共通的特点是要么具有开式结构而不具有弹性，要么具有弹性而不具有开式结构。当然，部分产品并不要求其使用中具有开式结构或弹性，但大部分产品需要两者兼具。例如力胎的弹性特征可用于诸多方面，包括箱包及各种推车脚轮等，可减少颠簸，防止易碎货品受损及延长使用寿命；再比如用于转移病人的医用推车、手术推车等，在减轻颠簸的同时，可缓解患者的痛苦及防止二次伤害的发生。从使用和制造的最优化考虑，使用的舒适和制造的简便及材质的节约，应是本专利申请的出发点所在。

目前，免充气不爆胎同时兼具弹性缓冲性能的开式结构力胎在中国尚属空白领域。

发明内容

为填补免充气不爆胎同时兼具弹性缓冲性能的开式结构力胎在中国的空白领域，本发明提供了一种新的力胎选择，即利用具有弹性缓冲性质的材料，在力胎轮辋及地面之间，建立一个缓冲及支撑带，通过对现有力胎的承载和缓冲结构的改变和合理的产品配方，达成保留现有力胎的优点，克服现有力胎缺陷的目的，同时大幅改善和提高力胎性能，大幅提高力胎使用寿命和应对复杂路面的能力，同时大幅简化力胎的生产工艺及降低力胎的生产成本。

本发明所述的“免充气不爆胎同时兼具弹性缓冲性能的开式结构力胎”(简称“不爆胎力胎”或“开式结构力胎”或“开式力胎”)，其力胎的弹性缓冲材料采用橡胶、塑胶或聚氨酯等弹性缓冲材料，本发明制作采用聚氨酯制作不爆胎力车胎主体——弹性体，其胎面采用同一配方的聚氨酯。

所述开式力胎结构由包裹着力胎轮辋的聚氨酯内圈部分和与地面接触的聚氨酯外圈部分所组成，聚氨酯内圈的轴径等于或小于聚氨酯外圈的轴径，其间由位于聚氨酯内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板或由力胎圆心向外放射位于所述内外圈之间的支撑板或由位于所述内外圈之间的空心圆柱形侧壁所组成。

开式力胎的径向横截面呈矩形或梯形，如呈梯形则内圈部分较小，内圈部分与轮辋粘合。

在开式力胎的径向横截面呈矩形的情况下，位于两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板，其“V”形夹角在10°-120°之间；位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角呈10°-60°。

在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，位于两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板每侧外缘与半径平面呈10°-30°的夹角，其“V”形夹角在10°-120°之间；位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧外缘与半径平面呈10°-30°的夹角，同时位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角呈10°-60°。

开式力胎中，位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板呈平面状，它垂直于该力胎的转动轴线，并位于所述内外圈圆筒形构件的轴向端面的中间，每一条环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板构件从所述环状辐板构件的相对侧面沿轴向伸出，同时支撑板沿相对的方向倾斜。在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，所述支撑板相对于半径平面以10°-30°角伸出。

在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，位于两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板，其支撑板构件的两侧从所述内圈圆筒形构件到外圈圆筒形构件不断张开，以至在一个轴向平面中呈现为一个梯形的横截面。

开式力胎因为梯形结构的截面能很好地分配所承受的力，尤其在横向加速及斜面上行驶时，本发明的胎面与地面的接触面积随着其弹性缓冲材料的立向拉伸或压缩而尽量保持最大化，增加了此类工况下的稳定性及抓地力，避免了目前力胎的胎面与地面接触面积在此类工况下的减小趋势及胎壁接触地面的增大趋势，也进一步加强了操控性和安全性。

同时，开式力胎能有效避免目前有些充气力胎在亏气时对两侧胎肩磨损加大，而在多气时造成胎冠中间部位磨损加剧的情况出现，也能避免力胎在各种不同的温度环境中因热胀冷缩而造成的轮胎气压变化，这些情况不仅影响操控，同时留下了极大的安全隐患。

开式力胎中，所述弹性材料聚氨基由以下原料制得：

1、低聚物多元醇：包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等，分子量500-6000之间。

2、二异氰酸酯及多异氰酸酯：包括甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、四甲基苯亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的任一种，或至少两种的组合，优选MDI和NDI。多异氰酸酯包括TDI、MDI、HDI、IPDI的三聚体。

3、扩链剂包括二元胺和二元醇两类，二元胺扩链剂包括3，3′-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)、而己基甲苯二胺(DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)等，二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、1，4-二(2-羟乙基)对苯二酚，2-甲基-1，3-丙二醇、N，N-二(2羟丙基)苯胺等，其中二元醇扩链剂仅添加很少量或不适用，优选MOCA。

4、交联剂包括三羟甲基丙烷、三异丙醇胺和丙三醇、三聚异氰酸酯等。

5、其它助剂包括颜料、填料、水解稳定剂等。

6、通过将颜料直接与多元醇混合，可以得到各种颜色的聚氨酯开式结构力胎。

开式力胎的合成包括预聚体的生产、浇筑及后熟化三个过程。

预聚体合成生产步骤：

①聚酯多元醇脱水(在脱水釜中进行)

将聚酯二元醇或聚醚二元醇加热熔化后，在带搅拌的不锈钢或搪瓷釜中脱水，脱水温度控制在100～140℃(聚醚100～110℃)，余压下(0.67kPa)脱水30～60min，使其含水质量分数＜0.05％(从视镜可观察脱水情况)。为使罐内液体充分脱气，可间歇开停搅拌装置，抽一段时间真空后，可停止反应罐加热，使料温降至70～80℃。

②预聚体合成(在反应釜中进行)

力胎性能取决于所用的原材料及其配比和加工工艺。先按照性能要求选择合适的原材料，再按硬度要求选定合适配比及工艺条件(如混合温度、浇注和脱模时间及熟化条件等)。为保证预聚体质量，聚酯脱水及预聚体合成最好不在同一釜中进行，预聚体合成反应在干燥氮气保护下进行。为防止反应剧烈、温升过快，须备有冷却装置。加料顺序为先加异氰酸酯，后加低分子量多元醇。如反应剧烈，低分子量多元醇可分次加入，使反应过程平稳，反应温度易控制，合成的预聚体中游离异氰酸酯单体含量较低，结构较规整。温度保持在80±5℃，反应1～2h后分析异氰酸酯基含量。控制预聚体中异氰酸根含量在3.5-6.5％之间。

③预聚体脱气

可在预聚体合成反应釜或浇注机的A料罐(存放聚氨酯预聚体的物料罐)中进行，于85±5℃及余压0.67kPa下脱泡30～60min。

浇筑步骤：

在B料罐(存放交联剂等的物料罐)中加入交联剂、扩链剂及其它助剂，启动各组分的加热***，使A、B料均达到要求温度并各自循环，A料如需要可先进行真空脱气，达到预聚体中无气泡。按配方要求通过调节计量泵的转速和排量，使A、B料达到要求的混合比。启动浇注按钮，则A、B料在浇注头的混合腔中通过高速的混合使之混合均匀，当排出的混合料在透明软管中不含气泡时即可往模具中浇注。当浇注停止时，A、B原液即自动转为各自循环状态，回到各自料罐中。

熟化：

开式力胎脱模前在模具中应进行熟化处理，熟化温度可选择在其化学结构不发生破坏的前提下尽可能高一些，以加快扩链交联反应，缩短脱模时间，提高模具和设备利用率，常以100～120℃，1～24h为宜。

具体制备操作

预聚体的合成：

体系按照常规方法合成，其中，低聚物二元醇为分子量在1000-2000的聚酯二元醇或聚醚二元醇，采用的异氰酸酯为NDI，异氰酸酯占总量的10-30％之间，保证预聚体的异氰酸根的含量为4.5-6.5之间。

开式力胎的制备：

将预聚体分别移至聚氨酯弹性体浇注机A罐中，加热至80～90℃，抽真空至余压0.67kPa下脱泡30～60min。将扩链剂、交联剂等移至B罐中，按常规方法测定预聚体中异氰酸根含量和按设定的扩链系数计算预聚体和扩链剂用量的比例，并按比例调节好浇注机A、B两罐的计量泵。

将力胎的轮毂放在预热至110～130℃的轮胎模具中，开动浇注机进行浇注。浇注完成后保温90-120min后出模，再将浇注好的力胎放置110～130℃的烘箱中熟化24h，即制得聚氨酯开式结构力胎。

开式力胎材料性物性表

物理性能	数值
		硬度	90A
撕裂强度(kN/m)	130
		断裂伸长率(％)	670
100％拉伸模量(MPa)	11
		压缩形变(％)	15
磨耗量(mg)	8.0

综上所述，不爆胎力胎中，其所述力胎的制造技术为两种聚氨酯原料直接浇注而成。

本发明不仅仅限于在力胎领域使用，在所有涉及目前小型低速轮式胎使用的轮式机械中均可应用本发明达到发扬优点避免目前轮式胎缺陷的作用。

通过阅读以上描述，可以清楚地了解本发明的特征，并且这些特征通过不同的新材料新工艺的运用可以单独或与其他特征相结合形成更多发明的基础，从而在本发明的实施过程中得到更进一步的完善。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是力胎的立式轴向侧视示意图。

图2是另一种力胎的立式轴向侧视示意图。

图3是第三种力胎的立式轴向侧视示意图。

图4是第四种力胎的立式轴向侧视示意图。

图5是图1中切线(9)的切面图。

图6是图1中切线(9)的另一种切面图。

图7是图1中切线(8)的切面图。

图8是图1中切线(8)的另一种切面图。

图9是图2中切线(14)的切面图。

图10是图2中切线(14)的另一种切面图。

图11是图2中切线(13)的切面图。

图12是图2中切线(13)的另一种切面图。

在这些附图中，相同的标号表示同一部分或者类似部分，其中：

1.力胎轮辋；

2.聚氨酯内圈；

3.聚氨酯外圈；

4.聚氨酯支撑板；

5.聚氨酯支撑板；

6.聚氨酯支撑板；

7.夹角1；

8.切面1；

9.切面2；

10.聚氨酯支撑板；

11.力胎的半径延长线；

12.夹角2；

13.切面3；

14.切面4；

15.力胎圆心；

16.聚氨酯支撑板；

17.夹角3；

18.聚氨酯支撑板；

19.力胎半径平面；

20.环状辐板

21.视侧支撑板；

22.对侧支撑板；

23.夹角4；

24.聚氨酯支撑板；

25.聚氨酯支撑板；

26.凸缘；

27.空腔；

28.空腔；

29.聚氨酯支撑板。

具体实施方式

在说明书附图中，相同的标号表示同一部分或者类似部分，其中附图标记的具体描述如下：1.力胎轮辋；2.聚氨酯内圈；3.聚氨酯外圈；4.聚氨酯支撑板(具体描述为：由力胎圆心向外放射位于聚氨酯内、外圈之间的支撑板中的两条)；5.聚氨酯支撑板(具体描述为：位于聚氨酯内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板中的一条)；6.聚氨酯支撑板(具体描述为：位于聚氨酯内、外圈轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈轴径的环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板中的视侧支撑板中的一条)；7.夹角1(具体描述为：位于聚氨酯内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板所形成的“V”形夹角，其角度在10°-120°之间)；8.切面1(具体描述为：穿过力车胎圆心及倒“V”形支撑板中的任一条支撑板中点所作的切面图，切面图见图7、图8)；9.切面2(具体描述为：纵向穿过倒“V”形支撑板中的任一条支撑板所作的切面图，切面图见图5、6)；10.聚氨酯支撑板(具体描述为：位于聚氨酯内、外圈轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈轴径的环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板中的对侧支撑板中的一条，以虚线表示)；11.力胎的半径延长线；12.夹角2(具体描述为：位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角，其角度在10°-60°之间)；13.切面3(具体描述为：穿过力胎圆心及位于聚氨酯内、外圈轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈轴径的环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板中的“X”形交叉点所作的切面图，切面图见图11、12)；14.切面4(具体描述为：穿过位于聚氨酯内、外圈轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈轴径的环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板所组成的力胎切面图，其视侧部分完全纵向穿过视侧支撑板中的一条，切面图见图9、10)；15.力胎圆心；16.聚氨酯支撑板(具体描述为：倒“V”形支撑板中的一条支撑板的纵向全切面)；17.夹角3(具体描述为：位于聚氨酯内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板每侧外缘与半径平面的夹角，其角度在10°-30°之间)；18.聚氨酯支撑板(具体描述为：穿过力胎圆心及倒“V”形支撑板中的一条支撑板沿中点所作的斜切面)；19.力车胎半径平面；20.环状辐板(具体描述为：位于聚氨酯内、外圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板)；21.视侧支撑板(具体描述为：位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板中视侧面其中一条支撑板的纵向全切面)；22.对侧支撑板(具体描述为：位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板中对侧面其中一条支撑板的部分切面)；23.夹角4(具体描述为：位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧外缘与半径平面的夹角，其角度在10°-30°之间)；24.聚氨酯支撑板(具体描述为：穿过力胎圆心及位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板中视侧面其中一条支撑板沿中点所作的斜切面)；25.聚氨酯支撑板(具体描述为：穿过力胎圆心及位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板中对侧面其中一条支撑板沿中点所作的斜切面)；26.凸缘(具体描述为：位于力胎轮辋外表面的两侧外缘且高于轮辋外表面的凸缘)；27.空腔(具体描述为：由力胎圆心向外放射位于聚氨酯内、外圈之间相邻两条支撑板中的空腔)；28.空腔(具体描述为：位于聚氨酯内、外圈之间呈空心圆柱状的空腔)；29.聚氨酯支撑板(具体描述为：位于聚氨酯内、外圈之间呈空心圆柱状的空腔侧壁)。

下面结合附图，介绍本发明的几个最佳实施例，使本发明的上述阐述及实施本发明的目的和优点更加清楚。

图1为本发明所述不爆胎的开式结构力胎中的其中一种力胎的立式轴向侧视示意图。在带凸缘(26)的力胎轮辋(1)上，安装有由聚氨酯内圈(2)、聚氨酯外圈(3)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并与聚氨酯内、外圈(2)(3)结合的平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的聚氨酯支撑板(5)所组成的力胎***，其倒“V”形的聚氨酯支撑板(5)所形成的“V”形夹角1(7)，其角度在10°-120°之间，并且所有的倒“V”形的聚氨酯支撑板(5)所形成的“V”形夹角1(7)角度相同，在最佳实施例中，夹角1(7)的范围最好在40°-80°之间。所述聚氨酯内、外圈(2)(3)及聚氨酯支撑板(5)为一个整体，是在力胎成形模具上一次浇注成型而成，在浇注过程中，力胎的轮辋(1)放置于力胎模具中与聚氨酯一同浇注。

图2为本发明所述不爆胎的开式结构力胎中的其中另一种力胎的立式轴向侧视示意图。同样在带凸缘(26)的力胎轮辋(1)上，安装有由聚氨酯内圈(2)、聚氨酯外圈(3)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并与聚氨酯内、外圈(2)(3)结合的位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板(20)和环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的聚氨酯支撑板(6)(10)所组成的力胎***，其所述环状辐板(20)是与所述聚氨酯支撑板(6)(10)成分相同的聚氨酯，且与所述聚氨酯支撑板(6)(10)相结合，其所述环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的聚氨酯支撑板(6)(10)每侧与聚氨酯内圈(2)结合点与穿过此点的半径延长线(11)所形成的平面夹角2(12)，其角度在10°-60°之间，并且所有的位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的聚氨酯支撑板(6)(10)每侧与聚氨酯内圈(2)结合点与穿过此点的半径延长线(11)所形成的平面夹角2(12)角度相同，在最佳实施例中，夹角2(12)的范围最好在60°-80°之间。所述聚氨酯内、外圈(2)(3)、环状辐板(20)和环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的聚氨酯支撑板(6)(10)为一个整体，同样是在力胎成形模具上一次浇注成型而成。所述环状辐板(20)是在力胎成形模具的分型面上形成的，因而位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴向端面的中间线上。由于所述环状辐板(20)是模具分型面上的“披缝”，因此所述环状辐板(20)是一个薄的具伸缩性的聚氨酯膜片，在环状辐板(20)两侧是与环状辐板(20)相结合的呈“X”形交叉的聚氨酯支撑板(6)(10)，每侧所有支撑板(6)是沿同一方向以同一角度倾斜，而对侧支撑板(10)是沿相反方向以同一角度倾斜，两侧支撑板(6)(10)的轴向侧视呈“X”形交叉。

图3为本发明所述不爆胎的开式结构力胎中的第三种力胎的立式轴向侧视示意图。在带凸缘(26)的力胎轮辋(1)上，安装有由力胎圆心(15)向外放射位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间的支撑板(4)，相邻两条所述支撑板(4)中的空腔(27)位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间，由聚氨酯内圈(2)、聚氨酯外圈(3)及由力胎圆心(15)向外放射位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间的支撑板(4)所组成的力胎***为一个整体，是在力胎成形模具上一次浇注成型而成，在浇注过程中，力胎的轮辋(1)放置于力胎模具中与聚氨酯一同浇注。

图4为本发明所述不爆胎的开式结构力胎中的第四种力胎的立式轴向侧视示意图。在带凸缘(26)的力胎轮辋(1)上，安装有以位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间呈空心圆柱状的空腔(28)侧壁所形成的聚氨酯支撑板(29)，相邻两条所述支撑板(29)之间呈空心圆柱状的空腔(28)位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间，由聚氨酯内圈(2)、聚氨酯外圈(3)及由位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间呈空心圆柱状的空腔(28)侧壁所形成的聚氨酯支撑板(29)所组成的力胎***为一个整体，是在力胎成形模具上一次浇注成型而成，在浇注过程中，力胎的轮辋(1)放置于力胎模具中与聚氨酯一同浇注。

图5、图6为本发明所述不爆胎力胎中图1切线(9)的切面2图(即一个安装在轮辋(1)上的力胎并沿图1中的切线(9)所作的横截面图)。如前所述，不爆胎力胎的径向横截面呈矩形或梯形，因此图5、图6所阐述的为不爆胎力胎的径向横截面呈矩形或梯形情况下的结构关系。

在图1中，沿切线(9)所作的力胎全切面图见图5、图6。其中，在带凸缘(26)的力胎轮辋(1)上，安装有由聚氨酯内圈(2)、聚氨酯外圈(3)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并与聚氨酯内、外圈(2)(3)结合的平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的聚氨酯支撑板(5)中的一条支撑板的纵向全切面(16)所组成的力胎的横截面图，聚氨酯内圈(2)安装在力胎轮辋(1)的外表面并位于轮辋(1)外表面两侧且高于轮辋(1)外表面的凸缘(26)之间，这样在力胎的使用过程中，由于有凸缘(26)的阻挡及”挟持”作用，在极端的使用情况下，力胎不致在轮辋(1)上产生位移而形成所谓的“脱圈”现象。

在图5中，可以看到因力胎中的聚氨酯内圈(2)与聚氨酯外圈(3)共轴并且宽度相同，聚氨酯内圈(2)的宽度(即沿轴线方向测量的长度)为一直面且等于同为一直面的聚氨酯外圈(3)的宽度(即沿轴线方向测量的直线长度)，因此每一条位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的聚氨酯支撑板(5)沿切线(9)所作的力胎全切面呈矩形，所述聚氨酯支撑板(5)分别与聚氨酯内圈(2)和聚氨酯外圈(3)结合。

在图6中，同样可以看到因力胎中的聚氨酯内圈(2)与聚氨酯外圈(3)共轴但宽度不同，聚氨酯内圈(2)的宽度(即沿轴线方向测量的长度)为一直面且小于同为一直面的聚氨酯外圈(3)的宽度(即沿轴线方向测量的直线长度)，因此每一条位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的聚氨酯支撑板(5)沿切线(9)所作的力胎全切面呈梯形，近轮辋(1)部分较小，所述聚氨酯支撑板(5)分别与聚氨酯内圈(2)和聚氨酯外圈(3)结合。

图7、图8为本发明所述不爆胎力胎中图1切线(8)的切面1图(即一个安装在轮辋(1)上的力胎并沿图1中的切线(8)所作的横截面图)。如前所述，不爆胎力胎的径向横截面呈矩形或梯形，因此图7、图8所阐述的为不爆胎力胎的径向横截面呈矩形或梯形情况下的结构关系。

在图1中，沿切线(8)所作的力胎全切面图见图7、图8。其中，在带凸缘(26)的力胎轮辋(1)上，安装有由聚氨酯内圈(2)、聚氨酯外圈(3)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并与聚氨酯内、外圈(2)(3)结合的平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的聚氨酯支撑板(5)中的一条由穿过力胎圆心(15)及所述此支撑板沿中点所作的斜切面(18)所组成的力胎的横截面图，聚氨酯内圈(2)安装在力胎轮辋(1)的外表面并位于轮辋(1)外表面两侧且高于轮辋(1)外表面的凸缘(26)之间。因穿过力胎圆心(15)及倒“V”形支撑板中的一条支撑板沿中点所作的斜切面(18)部分切割了任一条聚氨酯支撑板(5)，因此图1中的聚氨酯支撑板(5)表现为部分切面(18)。

同理，在图7中，因力胎中的聚氨酯内圈(2)与聚氨酯外圈(3)共轴并且宽度相同，聚氨酯内圈(2)的宽度(即沿轴线方向测量的长度)为一直面且等于同为一直面的聚氨酯外圈(3)的宽度(即沿轴线方向测量的直线长度)，穿过轮胎圆心(15)及倒“V”形支撑板中的一条支撑板沿中点所作的斜切面(18)呈矩形，所述聚氨酯支撑板(18)分别与聚氨酯内圈(2)和聚氨酯外圈(3)结合。

在图8中，同样可以看到因力胎中的聚氨酯内圈(2)与聚氨酯外圈(3)共轴但宽度不同，聚氨酯内圈(2)的宽度(即沿轴线方向测量的长度)为一直面且小于同为一直面的聚氨酯外圈(3)的宽度(即沿轴线方向测量的直线长度)，因此每一条位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的聚氨酯支撑板(5)径向横截面呈梯形，所以穿过力胎圆心(15)及倒“V”形支撑板中的一条支撑板沿中点所作的斜切面(18)呈梯形，近轮辋(1)部分较小，所述聚氨酯支撑板(18)分别与聚氨酯内圈(2)和聚氨酯外圈(3)结合。沿所述聚氨酯支撑板的梯形横截面(18)的两侧梯形外缘的延长线与轮胎的半径平面(19)在力胎圆心(15)相交，所形成的平面夹角3(17)，其角度在10°-30°之间，并且沿所有的聚氨酯支撑板(5)在穿过力胎圆心及支撑板沿中点所作的梯形斜切面(18)的两侧梯形外缘的延长线与力胎的半径平面(19)在力胎圆心(15)相交所形成的平面夹角3(17)角度相同，在最佳实施例中，夹角3(17)的范围最好在20°-30°之间。

图9、图10为本发明所述不爆胎力胎中图2切线(14)的切面4图(即一个安装在轮辋(1)上的力胎并沿图2中的切线(14)所作的横截面图)。如前所述，不爆胎力胎的径向横截面呈矩形或梯形，因此图9、图10所阐述的为不爆胎力胎的径向横截面呈矩形或梯形情况下的结构关系。

在图2中，沿(14)的切线所作的力胎全切面图见图9、图10。其中，在带凸缘(26)的力胎轮辋(1)上，安装有由聚氨酯内圈(2)、聚氨酯外圈(3)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并与聚氨酯内、外圈(2)(3)结合的穿过位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的支撑板(6)(10)其视侧部分完全纵向穿过视侧支撑板中的一条(21)所生成的切面所组成的力胎的横截面图，同样聚氨酯内圈(2)安装在力胎轮辋(1)的外表面并位于轮辋(1)外表面两侧且高于轮辋(1)外表面的凸缘(26)之间，这样在力胎的使用过程中，由于有凸缘(26)的阻挡及“挟持”作用，在极端的使用情况下，力胎不致在轮辋(1)上产生位移而形成所谓的“脱圈”现象。

在图9、图10中，由于图2切线(14)穿过位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的支撑板(6)(10)其视侧部分完全纵向穿过视侧支撑板中的一条(21)所生成的切面图，所以在图9、图10中，视侧支撑板呈现一个完整的全切面图(21)，对侧支撑板呈现的是部分切面(22)，在视、对侧支撑板(21)(22)之间是位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板的全切面(20)。

在图9中，由于力胎中的聚氨酯内圈(2)与聚氨酯外圈(3)共轴并且宽度相同，聚氨酯内圈(2)的宽度(即沿轴线方向测量的长度)为一直面且等于同为一直面的聚氨酯外圈(3)的宽度(即沿轴线方向测量的直线长度)，因此视、对侧聚氨酯支撑板切面(21)(22)的外侧边分别成为整个矩形切面两侧边的全部或部分，所述视、对侧聚氨酯支撑板(21)(22)与位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)相结合并分别与聚氨酯内圈(2)和聚氨酯外圈(3)结合。

在图10中，同样由于力胎中的聚氨酯内圈(2)与聚氨酯外圈(3)共轴但宽度不同，聚氨酯内圈(2)的宽度(即沿轴线方向测量的长度)为一直面且小于同为一直面的聚氨酯外圈(3)的宽度(即沿轴线方向测量的直线长度)，因此视、对侧聚氨酯支撑板切面(21)(22)的外侧边分别成为整个梯形切面两斜边的全部或部分，视、对侧支撑板切面(21)(22)的近轮辋(1)部分较小，所述视、对侧聚氨酯支撑板(21)(22)与位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)相结合并分别与聚氨酯内圈(2)和聚氨酯外圈(3)结合。

图11、图12为本发明所述不爆胎力胎中图2切线(13)的切面3图(即一个安装在轮辋(1)上的力胎并沿图2中的切线(13)所作的横截面图)。如前所述，不爆胎力胎的径向横截面呈矩形或梯形，因此图11、图12所阐述的为不爆胎力胎的径向横截面呈矩形或梯形情况下的结构关系。

在图2中，沿切线(13)所作的力胎全切面图见图11、图12。其中，在带凸缘(26)的力胎轮辋(1)上，安装有由聚氨酯内圈(2)、聚氨酯外圈(3)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间并与聚氨酯内、外圈(2)(3)结合的由穿过轮胎圆心(15)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的支撑板(6)(10)中的“X”形交叉点所作的切面所组成的力胎的横截面图，聚氨酯内圈(2)安装在轮辋(1)的外表面并位于轮辋(1)外表面两侧且高于轮辋(1)外表面的凸缘(26)之间。因穿过力车胎圆心(15)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的支撑板(6)(10)中的“X”形交叉点所作的切面部分切割了位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)及环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的支撑板(6)(10)中的任一组“X”形交叉的聚氨酯支撑板(24)(25)，因此图11、图12中的视、对侧聚氨酯支撑板表现为部分切面(24)(25)，在视、对侧支撑板(24)(25)之间是位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板的全切面(20)。

同样，在图11中，因力胎中的聚氨酯内圈(2)与聚氨酯外圈(3)共轴并且宽度相同，聚氨酯内圈(2)的宽度(即沿轴线方向测量的长度)为一直面且等于同为一直面的聚氨酯外圈(3)的宽度(即沿轴线方向测量的直线长度)，因此每一组位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间在所述环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的视、对侧聚氨酯支撑板切面(24)(25)的外侧边分别成为整个矩形切面两侧边的一部分，所述视、对侧聚氨酯支撑板(24)(25)与位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)相结合并分别与聚氨酯内圈(2)和聚氨酯外圈(3)结合。

在图12中，同样因力胎中的聚氨酯内圈(2)与聚氨酯外圈(3)共轴但宽度不同，聚氨酯内圈(2)的宽度(即沿轴线方向测量的长度)为一直面且小于同为一直面的聚氨酯外圈(3)的宽度(即沿轴线方向测量的直线长度)，因此每一组位于聚氨酯内、外圈(2)(3)之间在所述环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的视、对侧聚氨酯支撑板切面(24)(25)的外侧边分别成为整个梯形切面两斜边的一部分，视、对侧支撑板切面(24)(25)的近轮辋(1)部分较小，所述视、对侧聚氨酯支撑板(24)(25)与位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)相结合并分别与聚氨酯内圈(2)和聚氨酯外圈(3)结合。沿所述环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的视、对侧聚氨酯支撑板切面(24)(25)所组成的梯形切面两侧梯形外缘的延长线与力胎的半径平面(19)在力胎圆心(15)相交，所形成的平面夹角4(23)，其角度在10°-30°之间，并且沿所有的穿过力胎圆心(15)及位于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径中线并垂直于聚氨酯内、外圈(2)(3)轴径的环状辐板(20)两侧呈“X”形交叉的支撑板(6)(10)中的“X”形交叉点所作的组合梯形斜切面(24)(25)的两侧梯形外缘的延长线与力胎的半径平面(19)在力胎圆心(15)相交所形成的平面夹角4(23)角度相同，在最佳实施例中，夹角4(23)的范围最好在20°-30°之间。

以下的两个实施实例详细介绍了不爆胎的开式结构力胎的制备及成型方法。

实施例1

步骤一：开式力胎预聚体的合成

称取平均分子量为2000的聚己内酯二醇100重量份，分子量为1000的聚四氢呋喃40重量份，投入反应釜中，加热至110-130℃，抽真空至余压为0.67Kpa，脱除水分2小时，降温至60-70℃，投入二苯基甲烷二异氰酸酯54.30重量份，逐步升温至80℃，反应2小时，测异氰酸酯根含量为5.5％，即制得开式力胎用聚氨酯预聚体。

步骤二：开式力胎的制备

将制备的聚氨酯预聚体移至聚氨酯弹性体浇注机的A罐中，加热到80℃，抽真空至余压小于0.67Kpa，脱泡30分钟后备用，将扩链剂MOCA放在B罐中，按照100份预聚体需15份扩链剂，按此比例调整好聚氨酯弹性体浇注机A、B两组份计量泵；将轮辋放在预热110℃的力胎模具中，开动浇注机进行浇注，浇注完成后保温90-120min后出模，再将浇注好的轮胎放置110～130℃的烘箱中熟化24h，即制得聚氨酯开式力胎。

实施例2

步骤一：开式力胎聚氨酯预聚体的合成

称取平均分子量为2000的聚己二酸丁二醇酯二醇100重量份，分子量为1000的聚四氢呋喃40重量份，投入反应釜中，加热至110-130℃，抽真空至余压为0.67Kpa，脱除水分2小时，降温至60-70℃，投入二苯基甲烷二异氰酸酯30重量份，甲苯二异氰酸酯16重量份，逐步升温至80℃，反应2小时，测异氰酸酯根含量为6.4％，即制得开式力胎用聚氨酯预聚体。

步骤二：开式力胎的制备

将步骤一制备的聚氨酯预聚体移至聚氨酯弹性体浇注机的A罐中，加热到80℃，抽真空至余压小于0.67Kpa，脱泡30分钟后备用，将扩链剂MOCA与交联剂三羟甲基丙烷放在B罐中，其中MOCA与三羟甲基丙烷的比例为45∶1，搅拌，使之混合均匀。按照100份预聚体需15份扩链剂，按此比例调整好聚氨酯弹性体浇注机A、B两组份计量泵；将轮辋放在预热110℃的力胎模具中，开动浇注机进行浇注，浇注完成后保温90-120min后出模，再将浇注好的力胎放置110～130℃的烘箱中熟化24h，即制得聚氨酯开式结构力胎。

Claims (6)

1.一种不会爆胎的开式结构力胎，所述力胎由具有弹性缓冲性质的材料组成，由包裹着力胎轮辋的内圈部分和与地面接触的外圈部分所组成，内圈的轴径等于或小于外圈的轴径，其间由位于内、外圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板或由力胎圆心向外放射位于所述内外圈之间的支撑板或由位于所述内外圈之间的空心圆柱形侧壁所组成，其特征是：利用具有弹性缓冲性质的材料，在力胎轮辋及地面之间，建立一个缓冲及支撑带，可广泛适用于使用力胎的轮式机械。

2.根据权利要求1所述的一种不会爆胎的开式结构力胎，其特征是：所述力胎的径向横截面呈矩形或梯形，如呈梯形则所述内圈部分较小，内圈部分与轮辋粘合；

在开式力胎的径向横截面呈矩形的情况下，位于所述两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板，其“V”形夹角在10°-120°之间；位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角呈10°-60°；

在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，位于所述两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板每侧外缘与半径平面呈10°-30°的夹角，其“V”形夹角在10°-120°之间；位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧外缘与半径平面呈10°-30°的夹角，同时位于环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板每侧与内圈结合点与穿过此点的半径延长线所作的平面夹角呈10°-60°；

所述开式力胎中，位于所述两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板呈平面状，它垂直于该力胎的转动轴线，并位于所述内外圈圆筒形构件的轴向端面的中间，每一条环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板构件从所述环状辐板构件的相对侧面沿轴向伸出，同时支撑板沿相对的方向倾斜；在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，所述支撑板相对于半径平面以10°-30°角伸出；

在开式力胎的径向横截面呈梯形的情况下，位于所述两轮圈之间并平行于轴径其轴向侧视呈倒“V”形的支撑板或由位于所述两轮圈轴径中线并垂直于两轮圈轴径的环状辐板和环状辐板两侧呈“X”形交叉的支撑板，其支撑板构件的两侧从所述内圈圆筒形构件到外圈曲面圆筒形构件不断张开，以至在一个轴向平面中呈现为一个梯形的横截面。

3.根据权利要求1所述的一种不会爆胎的开式结构力胎，其特征是：所述力胎在位于轮辋外表面的两侧外缘且高于轮辋外表面之处设计有凸缘。

4.根据权利要求1所述的一种不会爆胎的开式结构力胎，其特征是：所述力胎的制造技术为两种聚氨酯原料直接浇注而成。

5.根据权利要求1，所述的不爆胎聚氨酯开式结构力胎由以下原料制得：

①低聚物多元醇：包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等，分子量500-6000之间；

②二异氰酸酯及多异氰酸酯：包括甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、四甲基苯亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的任一种，或至少两种的组合，优选MDI和NDI；多异氰酸酯包括TDI、MDI、HDI、lPDI的三聚体；

③扩链剂包括二元胺和二元醇两类，二元胺扩链剂包括3，3′-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)、而己基甲苯二胺(DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)等，二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、1，4-二(2-羟乙基)对苯二酚，2-甲基-1，3丙二醇、N，N-二(2-羟丙基)苯胺等，其中二元醇扩链剂仅添加很少量或不适用，优选MOCA；

④交联剂包括三羟甲基丙烷、三异丙醇胺和丙三醇、三聚异氰酸酯等；

⑤其它助剂包括颜料、填料、水解稳定剂等；

⑥通过将颜料直接与多元醇混合，可以得到各种颜色的聚氨酯开式结构力胎。

6.根据权利要求1，所述的不爆胎聚氨酯开式结构力胎由预聚体的生产、浇筑及后熟化三个过程组成：

预聚体合成生产步骤：

①聚酯多元醇脱水(在脱水釜中进行)

将聚酯二元醇或聚醚二元醇加热熔化后，在带搅拌的不锈钢或搪瓷釜中脱水，脱水温度控制在100～140℃(聚醚100～110℃)，余压下(0.67kPa)脱水30～60min，使其含水质量分数＜0.05％(从视镜可观察脱水情况)；为使罐内液体充分脱气，可间歇开停搅拌装置，抽一段时间真空后，可停止反应罐加热，使料温降至70～80℃；

②预聚体合成(在反应釜中进行)

力胎性能取决于所用的原材料及其配比和加工工艺；先按照性能要求选择合适的原材料，再按硬度要求选定合适配比及工艺条件(如混合温度、浇注和脱模时间及熟化条件等)；为保证预聚体质量，聚酯脱水及预聚体合成最好不在同一釜中进行，预聚体合成反应在干燥氮气保护下进行；为防止反应剧烈、温升过快，须备有冷却装置；加料顺序为先加异氰酸酯，后加低分子量多元醇；如反应剧烈，低分子量多元醇可分次加入，使反应过程平稳，反应温度易控制，合成的预聚体中游离异氰酸酯单体含量较低，结构较规整；温度保持在80±5℃，反应1～2h后分析异氰酸酯基含量；控制预聚体中异氰酸根含量在3.5-6.5％之间；

③预聚体脱气

可在预聚体合成反应釜或浇注机的A料罐(存放聚氨酯预聚体的物料罐)中进行，于85±5℃及余压0.67kPa下脱泡30～60min；

浇筑步骤：

在B料罐(存放交联剂等的物料罐)中加入交联剂、扩链剂及其它助剂，启动各组分的加热***，使A、B料均达到要求温度并各自循环，A料如需要可先进行真空脱气，达到预聚体中无气泡；按配方要求通过调节计量泵的转速和排量，使A、B料达到要求的混合比；启动浇注按钮，则A、B料在浇注头的混合腔中通过高速的混合使之混合均匀，当排出的混合料在透明软管中不含气泡时即可往模具中浇注；当浇注停止时，A、B原液即自动转为各自循环状态，回到各自料罐中；

熟化：

开式力胎脱模前在模具中应进行熟化处理，熟化温度可选择在其化学结构不发生破坏的前提下尽可能高一些，以加快扩链交联反应，缩短脱模时间，提高模具和设备利用率，常以100～120℃，1～24h为宜。

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