CN112319141B - 一种仿生结构免充气一体化环保车轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生结构免充气一体化环保车轮及其制备方法，属于免充气轮胎技术领域。本发明为了解决现有的免充气轮胎在车辆高速旋转过程中无法兼具安全性、稳定性和良好的抗湿滑等性能的问题。本发明轮辐与轮胎之间通过轮辋建立连接轮胎包括由内向外依次布置的内侧高抗湿滑耐磨橡胶层、复合橡胶层和外侧高抗湿滑耐磨橡胶层，轮辐上设有若干镂空柱体结构，镂空柱体结构包括周向布置的蜂窝状镂空结构，相邻两蜂窝状镂空结构之间设有椭圆镂空结构。本发明提高了轮胎的安全性和稳定性，也具有良好的抗湿滑性能和耐磨性能，具备了充气轮胎富有弹性、舒适性好的特点。

Description

一种仿生结构免充气一体化环保车轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及免充气轮胎技术领域，特别是涉及一种仿生结构免充气一体化环保车轮及其制备方法。
背景技术
随着现代化建设的推进，我国已建成规格齐全的轮胎工业体系，发展成世界轮胎生产大国，并获得了一系列创新性的国际前沿技术。近年来，更多安全、节能、环保轮胎正稳步向前发展。随着仿生摩擦学的快速发展，仿生学设计作为一种独具特色的设计方法，被广泛运用于一体化车轮的设计上。例如，2016年固特异在 日内瓦车展上，发布了一款全新的一体化概念车轮，如图1所示，这款名为Eagle360有着极具颠覆性的球型外形。在胎面沟槽花纹的选择上，采用了仿珊瑚图案的仿生学设计，宽大的沟槽结构增大了轮胎的排水能力，提升了抗湿滑性能，采用的新材料在干燥路面时胎面胶***增强了支撑性，降低了噪音，但现有的免充气轮胎在车辆高速旋转过程中无法兼具安全性、稳定性和良好的抗湿滑等性能，成为免充气轮胎存在的一大问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种仿生结构免充气一体化环保车轮及其制备方法，具有免充气、耐扎、耐磨且承载性能高的特性，提高了轮胎的安全性和稳定性，也具有良好的抗湿滑性能和耐磨性能，具备了充气轮胎富有弹性、舒适性好的特点。
本发明第一方面提供了一种仿生结构免充气一体化环保车轮，包括轮胎，轮胎内部设有轮辐，轮辐与轮胎之间通过轮辋建立连接，所述轮胎包括由内向外依次布置的内侧高抗湿滑耐磨橡胶层、复合橡胶层和外侧高抗湿滑耐磨橡胶层，所述复合橡胶层由若干低变形橡胶层和发泡橡胶层交错层叠布置，所述外侧高抗湿滑耐磨橡胶层内侧为发泡橡胶层，所述内侧高抗湿滑耐磨橡胶层的外侧为低变形橡胶层；
所述轮辐上设有若干镂空柱体结构，所述镂空柱体结构的中心线与车轮的轴线平行；所述镂空柱体结构包括周向布置的蜂窝状镂空结构，蜂窝状镂空结构由若干正六边形镂空柱体构成，相邻两蜂窝状镂空结构之间设有椭圆镂空结构，椭圆镂空结构由沿径向方向布置的至少两个椭圆形镂空柱体构成。
进一步的，所述轮辋一侧敞口，轮辋的另一侧封闭，轮胎内侧嵌入所述轮辋的敞口中，轮胎的内侧侧壁与所述轮辋的封闭侧内壁抵靠连接，所述轮胎内侧侧壁与所述轮辋封闭侧内壁之间设有凹凸结构，所述轮辐与所述轮辋封闭侧的外壁连接。
进一步的，所述凹凸结构包括形状结构匹配对应的凹坑结构和凸包结构，所述凹坑结构包括中央椭圆形凹坑和环形阵列在所述中央椭圆形凹坑周围的六个正六边形凹坑。
进一步的，所述轮辐和轮辋一体成型，轮辋与轮胎之间通过正三棱柱形的固定螺栓结构建立连接，所述固定螺栓的延伸方向与轮胎的轴线平行。
进一步的，椭圆镂空结构与轮辐内侧边缘和轮辐外侧边缘的距离相同，沿轮辐圆心至轮辐边缘方向上的所述椭圆形镂空柱体的椭圆截面依次减小。
进一步的，所述外侧高抗湿滑耐磨橡胶层的外侧侧面为向外突出的弧形结构，高抗湿滑耐磨橡胶层上设有花纹，所述发泡橡胶层部分嵌入所述花纹中。
进一步的，所述花纹包括沿轮胎中心布置的中央纵槽，中央纵槽的两侧镜像对称布置有左侧花纹组和右侧花纹组，所述左侧花纹组包括由轮胎边缘至轮胎中心线处依次布置的第一花纹组、左侧纵槽和第二花纹组，所述第一花纹组与第二花纹组的结构相同，第一花纹组包括若干沿左侧纵槽均匀阵列的第一横向槽，相邻两个第一横向槽之间设有“N”形花纹，所述第二花纹组包括若干第二横向槽，第一横向槽和第二横向槽间隔布置。
本发明第二方面提供了一种仿生结构免充气一体化环保车轮的制备方法，用以制备本发明第一方面所述一种仿生结构免充气一体化环保车轮，包括如下步骤：
S1、制备轮胎，具体包括：
S11、制备高抗湿滑耐磨橡胶胶料；
S12、制备低变形橡胶胶料；
S13、制备发泡橡胶胶料；
S14、将制备好的高抗湿滑耐磨胶料、低变形橡胶胶料和发泡橡胶胶料，按照各自胶料的结构放入各自对应的花纹模具中，所述低变形橡胶胶料和发泡橡胶胶料按照厚度比1:1排放；然后合模加压，加压压力范围为10-20MP，加热温度范围为70-80℃，20-30分钟后，开模，制备形成轮胎；
S2、制备轮辐和轮辋；
S3、固定轮辐和轮辋，将所述轮胎放入轮辋和轮辐和花纹模具，合模加压，加压压力范围为10-20MP，加热温度范围为110-120℃，20-30分钟，再以140-150℃温度加热10-15分钟后，水冷40分钟后取模、制备完成。
进一步的，步骤S11包括：
S111、原料准备，原料由按重量份数计的以下成分：混合橡胶：100份；炭黑白炭黑复合填充剂：50-70份；偶联剂Si-69：1-4份；复合促进剂：2-4份；耐磨补强剂：5-10份；抗湿滑补强剂：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-8份；硫S：1.5-3份，所述混合橡胶由顺丁橡胶、天然橡胶和环氧化天然橡胶组成，其质量比为：7:2:1，其中顺丁橡胶的顺式-1,4-构型含量大于96%，1,2-构型含量小于1.5%；
S112、制备耐磨补强剂，将质量比为9:1的芳纶纤维和聚氨酯（PU）放入无水酒精中，采用电磁波清洗10-15分钟；放入温度为80-90℃得到干燥箱中，60-120分钟；将干燥后的芳纶纤维和聚氨酯（PU）放入硅烷偶联剂KH-550溶液（温度40-45℃）中浸泡12-24小时，取出风干，待用；
S113、将混合橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度60-80RPM，温度140-150℃，加压30-50N/CM2；
S114、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S115、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成所需厚度的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5后待用。
进一步的，步骤S12包括：
S121、原料准备，原料由按重量份数计的以下成分：低变形橡胶：100份；混合填料：60-90份；复合促进剂2-3份；复合油：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-7份；硫S：1.5-3份；
S122、将低变形橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度60-80RPM，温度140-150℃，加压30-50N/CM2；
S123、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S124、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，所述开炼机温度范围为65-75℃，开练15-30次，制备成所需厚度的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5后待用。
进一步的，步骤S13包括：
S131、原料准备，原料由按重量份数计的以下成分：发泡橡胶：100份；复合炭黑：40-60份；复合增塑剂：4-8份；复合发泡剂：4-8份；复合促进剂2-3份；复合油：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-7份；尿素：4-8份；硫S：1.5-3份；
S132、将发泡橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，密炼机转子速度60-80RPM，温度140-150℃，加压30-50N/CM2；
S133、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S及复合发泡剂之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S134、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成所需厚度的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5后待用。
如上所述，本发明具有如下效果：
本发明的车轮轮胎仿生纹理结合新的材料，使其具有高抗湿滑和高耐磨性能；本发明车轮的轮辐、轮辋和轮胎之间的安装结构提高了轮胎了稳定性和安全性，避免了车轮在高速旋转过程中，轮胎、轮辐和轮辋之间发生脱离或断裂事故，延长了轮胎的使用周期，具有免充气、耐扎、耐磨和高承载性能的优点，并且兼具充气轮胎的弹性好和舒适性好的特点。
附图说明
图1本发明具体实施例的车轮正视图；
图2本发明具体实施例的车轮沿O1剖切的剖面图；
图3为图2中A部分的放大视图；
图4为本发明具体实施例的轮胎花纹结构示意图；
图5 为本发明具体实施例的内侧高抗湿滑耐磨橡胶层内壁结构示意图；
图6为本发明具体实施例的凹坑结构的 示意图，图6a为中央椭圆形凹坑的结构意图，图6b为正六边形凹坑的结构示意图；
图7为图2中B部分放大视图；
图8为本发明对比例2采用的常规轮胎花纹。
附图标记说明：
1-1. 内侧高抗湿滑耐磨橡胶层，1-2.外侧高抗湿滑耐磨橡胶层， 2.复合橡胶层，3.发泡橡胶层，4.低变形橡胶层，5.蜂窝镂空结构，6.扇形镂空结构，7.正方形螺栓孔，8.圆形螺纹孔,9.凹坑结构单元,10.中央纵向沟槽，11.左侧纵向沟槽，12.右侧纵向沟槽，13.第一横向沟槽，14.第二横向沟槽，15.第三横向沟槽，16.第四横向沟槽，17.“N”形花纹，18.凹坑单元，O1.一体化车轮正视图对称轴，O2.车轮剖面图的对称轴，k1. 外侧高抗湿滑耐磨橡胶层上部分的最大厚度，k2.复合橡胶层的厚度，k3. 高抗湿滑耐磨橡胶层下部分的厚度，k4.胎面中的花纹及沟槽深度，k5.轮胎的宽度，k6. 高抗湿滑耐磨橡胶层上表面与侧面相接圆弧的弦长，k7. 高抗湿滑耐磨橡胶层下部分底面与侧面相接圆弧的弦长，k8.轮辋底面的厚度，k9.轮辋两侧挡沿的高度，k10.轮辋两侧挡沿的厚度，a1.小椭圆形的长边，a2.大椭圆形的长边，b1.小椭圆形的短边，b2.大椭圆形的短边，a3.中央椭圆形凹坑长轴长度，b3.中央椭圆形凹坑短轴长度，c1.正六边形镂空柱体的正六边形截面的边长，c2.大六边形中心距离六个小正六边形中心的距离，c3.正六边形凹坑的边长，c4，“N”形花纹正六边形槽的边长，L1. 高抗湿滑耐磨橡胶层外侧的弧长，L2. 高抗湿滑耐磨橡胶层上表面与侧面相接圆弧的弧长，L3. 高抗湿滑耐磨橡胶层与侧面相接圆弧的弧长，L4.第一横向沟槽上侧圆弧的弧长，L5.第一横向沟槽下侧圆弧的弧长，L6.第二横向沟槽上侧圆弧的弧长，L7.第二横向沟槽下侧圆弧的弧长，g1.中间中央椭圆形凹坑到达各正六边形凹坑的距离，g2、g3.凹坑结构单元体之间的距离，g4.对称轴O2距离最近凹坑单元的距离，d1.中央纵向沟槽的宽度，d2左侧纵向沟槽的宽度，d3.中央纵向沟槽和左侧纵向沟槽，d4.左侧纵向沟槽到达胎边的距离，d5、d6.第一横向沟槽的左侧宽度和右侧宽度，d7.相邻两第一横向沟槽之间的距离，d8、d9.第二横向沟槽的左侧宽度和右侧宽度，d10、d11.第二横向沟槽到达相邻的两个第一横向沟槽的距离，d12.“N”形花纹中4个正六边形槽组成长方形的长，d13. “N”形花纹中4个正六边形槽组成长方形的宽，d14、d15.中央正六边形槽中心距离左右两侧纵向沟槽（或边缘和纵向沟槽）的距离，d16、d17. 中央正六边形槽中心距离上下两侧横向沟槽（或边缘和横向沟槽）的距离，d18. “N”形花纹中的矩形槽的槽宽， h3.轮辐的厚度，h4.圆形螺纹孔直径，h5.圆形螺纹孔与内环边界的距离，h6.大椭圆镂空结构和小椭圆镂空结构之间的距离，h7.正三棱柱螺纹孔的高。
实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明第一方面提供了一种仿生结构免充气一体化环保车轮，如图1和图2所示，包括轮胎，轮胎内部设有轮辐，轮辐与轮胎之间通过轮辋建立连接，所述轮胎包括由内向外依次布置的内侧高抗湿滑耐磨橡胶层1-1、复合橡胶层2和外侧高抗湿滑耐磨橡胶层1-2，所述复合橡胶层由若干低变形橡胶层和发泡橡胶层交错层叠布置，所述外侧高抗湿滑耐磨橡胶层内侧为发泡橡胶层，所述内侧高抗湿滑耐磨橡胶层的外侧为低变形橡胶层；为了提高轮辐和轮辋之间结构的稳定性，轮辐轮辋为一体成型结构，但在实际使用过程中，可以不限于该种结构，可根据实际情况将其设计为可拆分结构，轮辋与轮胎之间通过正三棱柱形的固定螺栓结构建立连接，所述固定螺栓的延伸方向与轮胎的轴线平行。
轮辐位于轮辋中间，关于O2对称，整体为环形，内环半径r1为30-200mm，外环半径r2为150-400mm，厚度h3为1-8mm，其上的圆形螺纹孔H的直径h4为3-10mm，圆形螺纹孔的数量为5-10个并均匀分布在圆环内，与内环边界的距离h5为2-10mm；
为了降低一体式轮胎的重量，提高轮胎的弹性和缓冲性能，本申请中的轮辐上设有镂空柱体结构，所述镂空柱体结构的中心线与车轮的轴线平行；所述镂空柱体结构包括周向布置的蜂窝状镂空结构，蜂窝状镂空结构由若干正六边形镂空柱体构成，相邻两蜂窝状镂空结构之间设有椭圆镂空结构，椭圆镂空结构由沿径向方向布置的至少两个椭圆形镂空柱体构成。如图1所示，椭圆镂空结构有两个椭圆形镂空柱体构成，靠近车轮圆心侧的椭圆形镂空柱体的椭圆面大于远离车轮圆心的椭圆形镂空柱体的椭圆面，外侧小椭圆形截面的长边a1为10-40mm，短边b1为6-30mm，内侧大椭圆形截面的的长边a2为15-60mm，短边b1为10-45mm，两个椭圆间的距离h6为5-25mm；所述蜂窝状镂空柱体结构由七个相同的正六边形镂空柱体构成，正六边形的边长c1为5-15mm其中一个正六边形镂空柱体在中央，其余六个围绕在其六个侧边处，其整体形状为一个大的正六边形，六个小正六边形的中心位于大正六边形的顶点上，第七个小正六边形的中心和大六边形的中心重合，大六边形中心距离六个小正六边形中心的距离c2为10-50mm。
如图3所示，复合橡胶层2由若干低变形橡胶层4和发泡橡胶层3交错层叠布置，所述外侧高耐磨低滚动阻力橡胶层1-2的内侧为发泡橡胶层3，所述内侧高耐磨低滚动阻力橡胶层1-1的外侧为低变形橡胶层4；所述外侧高耐磨低滚动阻力橡胶层的外侧侧面为向外突出的弧形结构，外侧高耐磨低滚动阻力橡胶单元1-2位于轮胎最外侧，直接与地面接触，其截面为弧形面，其最大厚度k1为10-60mm，外侧高耐磨低滚动阻力橡胶单元1-2外侧弧长L1为60-300mm，宽度（弦长）k5为50-290mm，胎面中的花纹及沟槽深度k4为5-15mm，单元A上面与侧面通过圆弧连接，圆弧弧长L2为8-25mm，弦长k6为5-20mm；内侧高耐磨低滚动阻力橡胶单元1-1位于下面与轮辋相接，厚度k3为4-12mm，最低面与侧面也通过圆弧连接，圆弧弧长L3为5-20mm，弦长k7为3-15mm。
复合橡胶层2的厚度k2为4-25mm，复合橡胶层2的宽度和高耐磨低滚动阻力橡胶层的宽度相同，都是轮胎的宽度k5为15-60mm，符合橡胶层2中的发泡橡胶层和低变形橡胶的厚度比为1:1。
如图4所示，高耐磨低滚动阻力橡胶层上设有花纹，所述发泡橡胶层部分嵌入所述花纹中。所述花纹包括沿轮胎中心布置的中央纵向沟槽10，中央纵向沟槽10的两侧镜像对称布置有左侧花纹组和右侧花纹组，所述左侧花纹组包括由轮胎边缘至轮胎中心线处依次布置的第一花纹组、左侧纵向沟槽11和第二花纹组，相应的右侧花纹组包括右侧纵向沟槽12，所述第一花纹组与第二花纹组的结构相同，第一花纹组包括若干沿左侧纵向沟槽11均匀阵列的第一横向沟槽13，相邻两个第一横向沟槽13之间设有“N”形花纹，所述第二花纹组包括若干第二横向沟槽14，第一横向沟槽和第二横向沟槽间隔布置，相应的右侧花纹组包括第二横向沟槽15和第四横向沟槽16，中央纵向沟槽10的宽度d1为3-10mm，左侧纵向沟槽11的宽度d2为2-8mm，左侧纵向沟槽11和中央纵向沟槽10之间的距离d3为10-75mm，右侧纵向沟槽12到达胎边的距离d4为10-65mm；第一横向沟槽13的上下两边呈圆弧状，上侧圆弧长度L4为4-20mm，对应弦长为3-15mm，下侧圆弧长度L5为3.5-18mm，对应弦长为2.5-13mm，第一横向沟槽13的宽度d5为1-8mm，d6为0.8-7mm，第一横向沟槽13之间的距离d7为5-15mm；第二横向沟槽14的上下两边呈圆弧状，上侧圆弧长度L6为6-25mm，对应弦长为4-20mm，下侧圆弧长度L7为5-16mm，对应弦长为3-15mm，第二横向沟槽14的宽度d8为1.5-10mm，d9为1-8mm，第二横向沟槽14之间的距离和第一横向沟槽13之间的距离相等为5-15mm，第一横向沟槽13和第二横向沟槽14均匀的交叉分布，互不相交，同时第一横向沟槽13到达上下两侧第二横向沟槽12的距离相等，为d10=d11；
如图所示，“N”形花纹由第一纵向矩形槽、第二纵向矩形槽和横向矩形槽组成，第一纵向矩形槽上设有第一上方正六边形槽和第一下方正六边形槽，第二纵向矩形槽上设有第二上方正六边形槽和第二下方正六边形槽，横向矩形槽中心处设有中央正六边形槽，横向矩形槽的一端与第一下方正六边形槽连通，横向矩形槽的另一端与第二上方正六边形槽连通；所述第一上方正六边形槽、第一下方正六边形槽、第二上方正六边形槽、第二下方正六边形槽和中央正六边形槽的大小相同，边长c4为0.5-3mm，第一纵向矩形槽和第二纵向矩形槽上的正六边形槽形组成了长方形，长方形的长d12为3-15mm，长方形的宽d13为2-13mm；中央正六边形槽的中心位于长方形对角线的交点上，中央正六边形槽的中心距离左右两侧纵向沟槽（或边缘和纵向沟槽）的距离相等d14=d15，中央正六边形槽的中心距离上下两侧横向沟槽（或边缘和横向沟槽）的距离相等d16=d17，第一纵向矩形槽、第二纵向矩形槽和横向矩形槽的宽度相同，宽度d18为0.8-5mm。
如图7所示，所述轮辋一侧敞口，轮辋的另一侧封闭，轮胎内侧嵌入所述轮辋的敞口中，轮胎的内侧侧壁与所述轮辋的封闭侧内壁抵靠连接，所述轮胎内侧侧壁与所述轮辋封闭侧内壁之间设有凹凸结构，所述凹凸结构包括形状结构匹配对应的凹坑结构和凸包结构，本申请中的凹坑结构位于轮胎的内侧侧壁上，凸包结构位于轮辋上，在实际使用过程中，凹坑与凸包可以互相调换，或者可以将凹坑和凸包间隔布置，只要能实现轮胎与轮辋的吸附贴合连接即可；具体如图5和图6所示，所述凹坑结构包括中央椭圆形凹坑和环形阵列在所述中央椭圆形凹坑周围的六个正六边形凹坑构成的凹坑单元，凹坑单元关于O2对称分布，六个正六边形凹坑的中心连线构成正六边形状，正六边形凹坑的边长c3为1.5-5mm，正六边形凹坑深度h1为1-4mm；中央椭圆形凹坑的中心位于六个正六边形凹坑中心连线构成的正六边形的中心，中央椭圆形凹坑的长轴a3为3-10mm，短轴b3为1.5-5mm，中央椭圆形凹坑的深度h2为1-4mm，中央椭圆形凹坑的中心到达各个正六边形凹坑中心的距离g1相等为5-15mm；相邻凹坑单元的中央椭圆形凹坑中心之间的距离g2=g3为15-30mm，对称轴O2距离最近凹坑结构单元的中央椭圆形凹坑中心距离g4为7-15mm；
相应的，轮辋上面与轮胎相接处为凸包结构，其结构与轮胎上的凹坑结构互补；轮辋底面厚度K8为1-5mm，轮辋上面两侧有安装螺杆的挡沿，挡沿高度k9为4-20mm，挡沿的厚度k10为1-10mm，其侧面与底面的弧形连接与单元A上面与侧面圆弧连接形状大小相同，挡沿上的正方形状的螺栓孔与单元A下面的螺栓孔重合并大小相等。
轮胎上的凹坑结构和轮辋的凸包结构配合，形成凹凸结构，凹凸结构均匀布置，正六边形凹坑结构为仿树蛙脚趾垫结构，具有良好的抓附性能，当轮胎与轮辋贴合后，凹凸结构增大了轮胎与轮辋之间的接触面积和受力面，在车轮高速旋转过程中，防止轮胎脱离轮辋，凹凸结构如同吸盘一样将轮胎和轮辋仅仅吸附连接。
为了对本申请进行更为详细的描述，本申请采用如下实施例和对比例分别针对车轮结构进行对比和针对车轮材料进行对比。
针对车轮纹理和结构进行对比：
所述仿生结构免充气一体化环保车轮通过如下步骤制备：
S1、制备轮胎，具体包括：
S11、制备高抗湿滑耐磨橡胶胶料，具体包括如下步骤：
S111、原料准备，原料由按重量份数计的以下成分：混合橡胶：100份；炭黑白炭黑复合填充剂：60份；偶联剂Si-69：2份；复合促进剂：2份；耐磨补强剂：6份；抗湿滑补强剂：5份；硬脂酸：4份；防老化剂4020：3份；防焦剂CTP：0.15份；ZnO：7份；硫S：2份，所述混合橡胶由顺丁橡胶、天然橡胶和环氧化天然橡胶组成，其质量比为：7:2:1，其中顺丁橡胶的顺式-1,4-构型含量大于96%，1,2-构型含量小于1.5%；炭黑白炭黑复合填充剂由N110，N220,N330和白炭黑（颗粒尺寸为1000目-2000目）组成，其质量比为4：2：1：3；复合促进剂由N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺CZ、二硫化四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM组成，其质量比为7：2：1；耐磨补强剂由芳纶纤维和聚氨酯（PU）组成，其质量比为9：1，其中芳纶纤维的直径为1-1.5mm，长度为20-25mm，聚氨酯（PU）中C3H8N2O的含量在90%以上；抗湿滑补强剂由抗湿滑树脂、石蜡基橡胶油、环烷基橡胶油和芳香基橡胶油组成，其质量比为3：3：2：2，其中抗湿滑树脂中环氧树脂含量与烯类树脂质量比为7：3。
S112、制备耐磨补强剂，芳纶纤维和聚氨酯（PU）放入无水酒精中，采用电磁波清洗10分钟；放入温度为80-90℃得到干燥箱中， 120分钟；将干燥后的芳纶纤维和聚氨酯（PU）放入硅烷偶联剂KH-550溶液（温度40-45℃）中浸泡24小时，取出风干，待用；
S113、将混合橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼160秒，所述密炼机转子速度70RPM，温度130℃，加压30N/CM2；
S114、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200秒；
S115、将制成的混炼胶室温冷却7小时，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65℃，开练15次，制备成所需厚度的生胶，室温放置8小时。
S12、制备低变形橡胶胶料，具体包括如下步骤：
S121、原料准备，原料由按重量份数计的以下成分：低变形橡胶：100份；混合填料：80份；复合促进剂2份；复合油：7份；硬脂酸：4份；防老化剂4020： 5份；防焦剂CTP：0.2份；ZnO：3份；硫S：3份；所述低变形橡胶由丁苯橡胶、天然橡胶和环氧化天然橡胶组成，其质量比为：7:2:1，丁苯橡胶中溶聚丁苯橡胶和乳聚丁苯橡胶的质量比例为2:1。混合填料由N110、N220和白炭黑组成，其质量比为4：1：5。复合油由环保芳烃油和石蜡油组成，其质量比为7：3。复合促进剂由N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺CZ、二硫化四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM组成，其质量比为7：2：1。
S122、将低变形橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼160秒，所述密炼机转子速度80RPM，温度140℃，加压30N/CM2；
S123、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持260秒；
S124、将制成的混炼胶室温冷却8小时，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，所述开炼机温度范围为75℃，开练20次，制备成所需厚度的生胶，室温放置12小时。
S13、制备发泡橡胶胶料，具体包括如下步骤：
S131、原料准备，原料由按重量份数计的以下成分：发泡橡胶：100份；复合炭黑：60份；复合增塑剂：5份；复合发泡剂：5份；复合促进剂2份；复合油：7份；硬脂酸：6份；防老化剂4020：3份；防焦剂CTP： 0.2份；ZnO：3份；尿素：4份；硫S：2份；所述发泡橡胶由天然橡胶、丁腈橡胶和聚氨酯组成，其质量比为1：8：1，丁腈橡胶中丙烯腈含量为15%-30%，聚氨酯（PU）中C3H8N2O的含量在90%以上。所述复合炭黑由N110和N330组成，其质量比为1：1；所述的复合增塑剂由邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)组成，其质量比为3：4：3。复合发泡剂由发泡剂AC和发泡微球组成，其质量比为1：1，发泡微球组成的发泡温度为120-160℃，在160℃时发泡尺寸大于260um。复合促进剂由N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺CZ、二硫化四甲基秋兰姆TMTD、二硫化二苯并噻唑DM组成，其质量比为8：1：1，发泡微球采用佛山市欧希化工有限公司生产的，型号为EHM406。
S132、将发泡橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼160秒，密炼机转子速度80RPM，温度150℃，加压50N/CM2；
S133、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S及复合发泡剂之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S134、将制成的混炼胶室温冷却8小时，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65℃，开练20次，制备成所需厚度的生胶，室温放置10小时。
S14、将制备好的高抗湿滑耐磨胶料、低变形橡胶胶料和发泡橡胶胶料，按照各自胶料的结构放入各自对应的花纹模具中，所述低变形橡胶胶料和发泡橡胶胶料按照厚度比1:1排放；然后合模加压，加压压力范围为20MP，加热温度范围为80℃，30分钟后，开模，制备形成轮胎；
S2、制备轮辐和轮辋；
S3、固定轮辐和轮辋，将所述轮胎放入轮辋和轮辐和花纹模具，合模加压，加压压力范围为20MP，加热温度范围为120℃，20-30分钟，再以150℃温度加热15分钟后，水冷40分钟后取模、制备完成。
实施例1-5的轮胎、轮辋、轮辐结构参数和轮胎花纹参数如表1所示，比较例1的轮胎表面没有纹理，比较例2的表面纹理采用如图8所示的现有的常规纹理，比较例3的车轮结构和纹理参数不在本申请的范围内，根据上述制备过程分别制备实施例1-5和比较例1-3的轮胎样本，对其进行拉伸强度、DIN磨耗量、湿摩擦系数和干摩擦系数测量，如表1所示：
表1
。
针对车轮轮胎材料进行对比：
实施例6-10中的高耐磨橡胶层、发泡橡胶层和低变形橡胶层结构和纹理与实施例2相同，比较例5的胶料采用专利号201510818618.3的高耐磨胶料，花纹与实施例2相同，比较例6的胶料材料采用对比例5的高耐磨胶料，花纹采用对比例2的花纹，比较例7的胶料采用的配方不在本申请胶料配方范围内；实施例6-10和比较例5-7制备轮胎胶料样品，并对进行拉伸强度、DIN磨耗量、湿摩擦系数和干摩擦系数测量，如表2所示：
表2：
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通过表1和表2可见本申请的防爆轮胎结构和花纹组合提高了轮胎的耐磨性能，通过镂空结构，提高了轮胎的防爆性能，并且具有良好的抗湿滑性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种仿生结构免充气一体化环保车轮，包括轮胎，轮胎内部设有轮辐，其特征在于，轮辐与轮胎之间通过轮辋建立连接，所述轮胎包括由内向外依次布置的内侧高抗湿滑耐磨橡胶层、复合橡胶层和外侧高抗湿滑耐磨橡胶层，所述复合橡胶层由若干低变形橡胶层和发泡橡胶层交错层叠布置，所述外侧高抗湿滑耐磨橡胶层内侧为发泡橡胶层，所述内侧高抗湿滑耐磨橡胶层的外侧为低变形橡胶层；
所述轮辐上设有若干镂空柱体结构，所述镂空柱体结构的中心线与车轮的轴线平行；所述镂空柱体结构包括周向布置的蜂窝状镂空结构，蜂窝状镂空结构由若干正六边形镂空柱体构成，相邻两蜂窝状镂空结构之间设有椭圆镂空结构，椭圆镂空结构由沿径向方向布置的至少两个椭圆形镂空柱体构成；
所述外侧高抗湿滑耐磨橡胶层的外侧侧面为向外突出的弧形结构，高抗湿滑耐磨橡胶层上设有花纹，所述发泡橡胶层部分嵌入所述花纹中；
所述花纹包括沿轮胎中心布置的中央纵槽，中央纵槽的两侧镜像对称布置有左侧花纹组和右侧花纹组，所述左侧花纹组包括由轮胎边缘至轮胎中心线处依次布置的第一花纹组、左侧纵槽和第二花纹组，所述第一花纹组与第二花纹组的结构相同，第一花纹组包括若干沿左侧纵槽均匀阵列的第一横向槽，相邻两个第一横向槽之间设有“N”形花纹，所述第二花纹组包括若干第二横向槽，第一横向槽和第二横向槽间隔布置；
所述“N”形花纹由第一纵向矩形槽、第二纵向矩形槽和横向矩形槽组成，第一纵向矩形槽上设有第一上方正六边形槽和第一下方正六边形槽，第二纵向矩形槽上设有第二上方正六边形槽和第二下方正六边形槽，横向矩形槽中心处设有中央正六边形槽，横向矩形槽的一端与第一下方正六边形槽连通，横向矩形槽的另一端与第二上方正六边形槽连通；所述第一上方正六边形槽、第一下方正六边形槽、第二上方正六边形槽、第二下方正六边形槽和中央正六边形槽的大小相同，第一纵向矩形槽和第二纵向矩形槽上的正六边形槽形组成了长方形；中央正六边形槽的中心位于长方形对角线的交点上，中央正六边形槽的中心距离左右两侧纵向沟槽的距离相等，中央正六边形槽的中心距离上下两侧横向沟槽的距离相等，第一纵向矩形槽、第二纵向矩形槽和横向矩形槽的宽度相同。
2.根据权利要求1所述一种仿生结构免充气一体化环保车轮，其特征在于，所述轮辋一侧敞口，轮辋的另一侧封闭，轮胎内侧嵌入所述轮辋的敞口中，轮胎的内侧侧壁与所述轮辋的封闭侧内壁抵靠连接，所述轮胎内侧侧壁与所述轮辋封闭侧内壁之间设有凹凸结构，所述轮辐与所述轮辋封闭侧的外壁连接。
3.根据权利要求2所述一种仿生结构免充气一体化环保车轮，其特征在于，所述凹凸结构包括形状结构匹配对应的凹坑结构和凸包结构，所述凹坑结构包括中央椭圆形凹坑和环形阵列在所述中央椭圆形凹坑周围的六个正六边形凹坑。
4.根据权利要求1所述一种仿生结构免充气一体化环保车轮，其特征在于，椭圆镂空结构与轮辐内侧边缘和轮辐外侧边缘的距离相同，沿轮辐圆心至轮辐边缘方向上的所述椭圆形镂空柱体的椭圆截面的长轴和短轴均依次减小。
5.一种仿生结构免充气一体化环保车轮的制备方法，用以制备权利要求1-4任一权利要求所述一种仿生结构免充气一体化环保车轮，其特征在于：包括如下步骤：
S1、制备轮胎，具体包括：
S11、制备高抗湿滑耐磨橡胶胶料，由按重量份数计的以下成分构成：混合橡胶：100份；炭黑白炭黑复合填充剂：50-70份；偶联剂Si-69：1-4份；复合促进剂：2-4份；耐磨补强剂：5-10份；抗湿滑补强剂：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-8份；硫S：1.5-3份，所述混合橡胶由顺丁橡胶、天然橡胶和环氧化天然橡胶组成，其质量比为：7:2:1，其中顺丁橡胶的顺式-1,4-构型含量大于96%，1,2-构型含量小于1.5%；
所述耐磨补强剂的制备方法包括：将质量比为9:1的芳纶纤维和聚氨酯放入无水酒精中，采用电磁波清洗10-15分钟；放入温度为80-90℃得到干燥箱中，60-120分钟；将干燥后的芳纶纤维和聚氨酯放入温度为40-45℃的硅烷偶联剂KH-550溶液中浸泡12-24小时，取出风干，待用；
S12、制备低变形橡胶胶料，由按重量份数计的以下成分构成：低变形橡胶：100份；混合填料：60-90份；复合促进剂2-3份；复合油：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-7份；硫S：1.5-3份；
S13、制备发泡橡胶胶料，由按重量份数计的以下成分构成：发泡橡胶：100份；复合炭黑：40-60份；复合增塑剂：4-8份；复合发泡剂：4-8份；复合促进剂2-3份；复合油：5-10份；硬脂酸：2-8份；防老化剂4020：3-5份；防焦剂CTP：0.15-0.2份；ZnO：3-7份；尿素：4-8份；硫S：1.5-3份；
S14、将制备好的高抗湿滑耐磨胶料、低变形橡胶胶料和发泡橡胶胶料，按照各自胶料的结构放入各自对应的花纹模具中，所述低变形橡胶胶料和发泡橡胶胶料按照厚度比1:1排放；然后合模加压，加压压力范围为10-20MP，加热温度范围为70-80℃，20-30分钟后，开模，制备形成轮胎；
S2、制备轮辐和轮辋；
S3、固定轮辐和轮辋，将所述轮胎放入轮辋和轮辐和花纹模具，合模加压，加压压力范围为10-20MP，加热温度范围为110-120℃，20-30分钟，再以140-150℃温度加热10-15分钟后，水冷40分钟后取模、制备完成。
6.根据权利要求5所述一种仿生结构免充气一体化环保车轮的制备方法，其特征在于，步骤S11包括：
S111、原料准备；
S112、制备耐磨补强剂；
S113、将混合橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度60-80RPM，温度140-150℃，加压30-50N/CM2；
S114、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S115、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成所需厚度的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5小时后待用。
7.根据权利要求5所述一种仿生结构免充气一体化环保车轮的制备方法，其特征在于，步骤S12包括：
S121、原料准备；
S122、将低变形橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，所述密炼机转子速度60-80RPM，温度140-150℃，加压30-50N/CM2；
S123、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S124、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，所述开炼机温度范围为65-75℃，开练15-30次，制备成所需厚度的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5小时后待用。
8.根据权利要求5所述一种仿生结构免充气一体化环保车轮的制备方法，其特征在于，步骤S13包括：
S131、原料准备；
S132、将发泡橡胶加入密炼机中、压上顶栓，塑炼100-160秒，密炼机转子速度60-80RPM，温度140-150℃，加压30-50N/CM2；
S133、升上顶栓加入除复合促进剂、硫S及复合发泡剂之外的其他材料，压上顶栓保持200-260秒；
S134、将制成的混炼胶室温冷却5-8小时或风冷1-2小时后，在开炼机上加入复合促进剂、硫S及复合发泡剂，要求开炼机温度在65-75℃，开练15-30次，制备成所需厚度的生胶，室温放置8-12小时或风冷3-5小时后待用。
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