CN1715041B - 非充气轮胎及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

非充气轮胎包括具有内外圆周表面和相对的侧表面并且它们共同形成其中的中空腔室的环形管，该管具有至少两个接近内圆周表面的孔，并且实心填充成分置于管的内部中空腔室中。非充气轮胎提供了平稳、舒适的行驶性能、耐久性和轻的重量以及良好的载重力的好处。

Description

非充气轮胎及其制造方法
技术领域
本发明涉及非充气轮胎，并且特别地涉及泡沫填充非充气轮胎。
背景技术
充气轮胎，即压缩空气填充轮胎，现已证明其在为多种车辆提供具有最佳负荷能力的舒适行驶中的价值。因此，实际上，充气轮胎已经成为所有客用轮胎和高速车轮应用中的标准，并且更具体地说，在几乎所有飞机、汽车、卡车、货车、自行车等，在这些应用中行驶质量和舒适性是车辆性能的重要部分。充气轮胎在低速应用中也十分成功，例如在牵引机、马车等中，在这些应用中负荷能力十分重要。然而，充气轮胎中的轮胎体对裂纹、刺孔和/或其它会导致被封闭在内部的空气的释放并且会导致轮胎漏气的损坏十分敏感。漏气的轮胎需要修理和/或使车辆无法使用，从而造成不便，或者需要进行昂贵的轮胎替换，从而使轮胎无法使用并且带来更多的财务负担，尤其是在工业应用中。漏气轮胎造成的后果可能会可怕得多。例如，轮胎突然漏气，例如爆裂，可以会威胁到生命，尤其是对在高速行进的车辆中的乘客而言。
作为可选替代物，现已在比较广的应用范围内开发并且应用了非充气轮胎。同部分地填充有空气的半实心轮胎相比，非充气轮胎通常为其中没有空心或空气加压的腔或室的实心轮胎。因为是零压力的，所以非充气轮胎通常由于不存在空气压力而可以防止泄气。首先开发的非充气轮胎是大体上由天然橡胶形成的实心轮胎。然而，橡胶轮胎需要厚壁和厚的胎面区域来提供可以与充气轮胎相仿的负荷能力，并且这样添加的橡胶会导致轮胎重量的增大并且降低其行驶质量，而这是所不希望的。
现已提出在技术上更高级的非充气轮胎，此种轮胎使用了多种同此前开发的橡胶相比具有更好的工作特性的材料。尤其是，现已开发了由聚合材料例如聚氨酯形成的实心非充气轮胎。然而，虽然实心聚氨酯轮胎能够承载更高的载荷并且具有更加平稳的行驶性能，但是同充气轮胎相比，它们通常会比较重并且容易更快地磨损和破坏。另外，实心聚氨酯轮胎容易“剥落”(部分从轮胎体上脱离)并且当在过度应用时和/或崎岖地形上应用时很容易切断。此外，同充气轮胎相比，实心聚氨酯轮胎在牵引特性以及抵抗UV和臭氧性能方面都有所降低。
最近，已经将传统的充气轮胎壳或外胎填充上实心成分，例如聚氨酯弹性体，从而制造出防泄气的非充气轮胎，以此试图克服此前开发的非充气轮胎的弱点。例如，美国专利4,943,233、4,855,096和5,906,836均公开了将聚氨酯泡沫作为用于传统充气轮胎的填充材料，从而制造出非充气轮胎，例如自行车轮胎。
在制造出这样的非充气轮胎的同时，还提出了新的方法和填充成分。例如，授予Rustad的编号为6,187,125的美国专利公开了一种用于生产填充有固化成分的非充气轮胎的填充成分和方法。填充成分是具有至少为2.3的平均官能度的聚异氰酸酯的混合物；较高分子量的多元醇具有范围大致为20到31的羟基数并且具有大于2.1的实际官能度；重量百分数为6至65的极性塑化增量油；以及可选地数量小于0.5重量百分数的聚胺。混合物在存在催化剂的情况下进行固化，从而形成基于ASTMD2632而具有垂直回弹超过大约60％的弹性聚氨酯弹性体，且计示硬度处于5到60的范围内(在通过肖氏A方法测量时)。
授予Fleming的编号为6,450,222的美国专利公开了一种非充气轮胎，该轮胎具有包住胎面的弹性部和沿径向朝内的泡沫部。非充气轮胎可以由离心铸造过程中的多点喷射处理而形成。
授予Shoner的编号为5,080,737的美国专利公开了一种使用复合泡沫填充轮胎以消除快速泄气“爆裂”的方法。复合泡沫轮胎填充物由多种预先构建的中空压缩弹性的整体式无缝单元组成，这些单元粘结在一起形成一种配置，藉此填充物中所有单元的外部单元壁表面基本上都与周围单元的外部单元壁表面的部分接合。
授予Becker的编号为5,229,047的美国专利公开了一种用于针对包括自行车和轮椅在内的多种应用而生产泡沫弹性体轮胎的方法和装置。该方法包括在模子中通过离心铸造法来制造轮胎，并且使用预混合的液体泡沫材料填充模子，该泡沫材料直接倒入模子中或在进入模子之前倒入紧邻着模子的表面上。
授予Ford的编号为4,094,353的美国专利公开了一种使安装在轮辋上的充气轮胎防刺穿的工艺，其中包括使用聚氧化丙烯聚醚多醇和二苯基甲烷二异氰酸酯的交联混合物填充轮胎从而在轮胎内形成弹性实心聚氨酯填充材料。
授予Britz的编号为4,909,972的美国专利公开了一种制造位于轮辋和装配到轮辋上的轮胎之间的实心芯部的方法，芯部通过将泡沫成分导入具有基本上不可弯曲的模型表面的模腔中而形成，并且在移走以便放置在标准轮胎体之前允许成分发泡并且填充空腔。
授予O′Coin的编号为2002/0129883的美国专利公开文件公开了一种轮胎，该轮胎包括胎面区域、轮辋区域以及位于胎面和轮辋区域之间包含泡沫橡胶的另一个区域。
授予Nybakken的编号为5,605,657的美国专利公开了一种供重载越野使用的工业实心轮胎，其中具有通过批量法生产的包括聚氨酯的热固化硅树脂。
授予Shanelec的编号为5,073,444的美国专利公开了一种适于所有种类轮子的模制聚丙烯泡沫胎芯。芯部能够以一段或多段的形式***到充气式轮胎壳体中并且安装在轮辋上，从而为所述轮胎壳体提供防刺穿并且防断裂的内部支撑。
授予O′Coin的编号为5,681,411的美国专利公开了一种其中形成有多个高密度泡沫橡胶层的充气轮胎以及制造和在轮胎中安装这些层的方法。
尽管同充气轮胎相比通常具有较差的行驶性能并且在某些情形下会给车辆添加更多重量，但是相对于充气轮胎在包括采矿、废料厂、军用和大型工程在内的众多用途和应用而言，防泄气的非充气轮胎的可用性大体上更加经济和实用。非充气轮胎通过消除对压缩空气的需要而解决了漏气和/或爆裂的问题。因此，非充气轮胎克服了如上所述的充气轮胎的固有问题。
然而，在充气轮胎中存在的许多希望的性能特性并未复现在此前提出的非充气轮胎中。特别地，在减震能力、滚动能力、降噪和减振等性能特性上还无法相提并论。因此，希望在非充气轮胎中复现充气轮胎的特性和性能。另外，此前提出的用于生产非充气轮胎的成分和方法所涉及的聚合物在一种特性中能够表现出某种优点，但是在另一种特性方面却不足。例如，一种聚合物可能会表现出较好的振动和噪音特性，然而却具有较差的负载能力。此外，此前提出的使用生产非充气轮胎的方法制造的非充气轮胎的总体成本会增大，因为增加了在充气轮胎壳中填充、容纳和固化填充材料的步骤。同样，此前提出的许多方法是不可靠的，因为它们不能保证没有孔隙地完成填充，并且它们是比较昂贵的，和/或引起多种安全和/或环境顾虑。
因此，存在如下的需求，即提供一种具有与充气轮胎类似的性能特性同时又没有漏气和爆裂的缺点的非充气轮胎。还需要提供一种高质量、零压力、无空气的非充气轮胎，该轮胎具有提高的载荷处理能力并且在行驶质量中没有显著的降低。还需要提供同此前提出的方法相比能够以更加简化、方便和节约成本的方式具有有益性能的非充气轮胎。
发明内容
本发明提供了一种非充气轮胎及其制造方法，该非充气轮胎配置成安装在轮辋上并且用作应用在多种车辆上的轮子。这种轮胎针对此前提出的缺点和缺陷，通过提供与可比的充气轮胎类似的如下好处来利用非充气轮胎，即提供平稳的行驶性能、良好的耐久性和优良的牵引特性，同时保留重量轻、对臭氧和UV的抵抗力这些传统的非充气轮胎所没有的特性，而且在提供这些性能的同时并没有降低负荷能力和/或行驶舒适性。这种轮胎在实现了这些优点的同时消除了与充气轮胎会出现的泄气和/或漏气有关的危害和代价。
在一个实施例中，本发明提供的非充气轮胎包括(1)具有内圆周表面、外圆周表面和它们之间的中空腔室的环形管，该管具有至少两个接近内圆周表面的独立的孔，(2)置于管的内部中空腔室中的实心填充成分。
包住的环形管形成外部环形轮胎胎体并且通常使用传统的弹性材料例如橡胶形成。然而，管可以由一层或多层期望的弹性体形成。通常能提供良好的牵引性能的橡胶和其它类似的弹性材料通常易于得到希望的胎面花纹，并且通常比较廉价而且轻便。此外，它在填充成分上面提供了保护层，能够为轮胎提供对UV和臭氧的抵抗力。
管的内圆周部分包括在其中切开的两个或者更多个沿圆周隔开的孔或者槽。每个开孔相对内圆周的位置和尺寸可以根据期望而不同。在一个实施例中，开孔是矩形并且长度沿着与轮胎的圆周平行的方向延伸。在另一个实施例中，管包括4个至12个沿着它的内径均匀地隔开的孔。特别是对于具有较大的尺寸的开孔而言，开孔的数目再大通常会降低轮胎的完整性和/或耐久性。
包围在管的中空内部空腔中的是实心泡沫填充成分。这种成分形成轮胎的芯部。在一个实施例中，成分是泡沫状材料，例如聚氨酯。该成分可以还包括希望的添加剂，例如混合剂。当期望的成分是液体时，它可以注入管中，例如非常有利的是可以穿过切孔注入管中并且在其中固化或硬化从而形成芯部。
芯部成分通常影响轮胎的整个物理性能。例如，可以根据期望来更改成分从而调整轮胎的硬度和柔软度，从而来影响行驶质量、舒适性和/或载重量。在一个实施例中，填充成分在通过肖氏A法测量时具有大于大约60的Durameter计示硬度。在另一个实施例中，Durameter计示硬度在大约68-75的范围内。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种非充气轮胎，包括(1)具有内圆周表面、和外圆周表面和它们之间的中空腔室的环形管，该管具有多个独立的接近内圆周表面的隔开位置上的4至12个孔；和(2)置于管的中空腔室中的实心填充成分，该成分在通过肖氏A法测量时具有大于大约60的表面Durameter计示硬度。
在另外一个实施例中，提供了一种非充气轮胎，包括：(1)环形的橡胶管，具有内圆周表面、外圆周表面和它们之间的中空腔室，所述管包括大约8个矩形孔，每个开孔的宽度从大约0.3英寸至大约0.5英寸，长度从大约0.6英寸至大约0.8英寸，大约8个孔基本上沿着内部圆周表面等间距地隔开；大约8英寸至大约20英寸的外径，大约2英寸至大约16英寸的内径；宽度从大约2英寸至大约6英寸的外圆周表面；内外圆周表面之间的大约2英寸至大约6英寸的高度；和(2)置于管的中空腔室中的实心聚氨酯泡沫填充成分，该成分在通过肖氏A法测量时具有大约68至大约75的表面Durameter计示硬度。
在此提供的非充气轮胎可以通过多种不同的方法制造。在本发明的一个实施例中，提供了一种制造非充气轮胎的方法，它包括，挤压出具有内圆周表面、外圆周表面和其中的中空腔室的环形管；在挤压出的管上在接近内圆周表面的隔开位置上切开至少两个孔；并且使用填充成分穿过至少两个切孔来填充中空腔室从而制造非充气轮胎。
这种方法通常利用多种模子来执行。例如弹性材料或橡胶可以从模子中被挤压出并且形成具有期望尺寸的管。这样，然后橡胶在模子内或外固化，并且沿着挤压出的管的内圆周剖面或直径切开期望数目的槽或开孔。管一旦形成，就可以使用传统的方法和装置来切开剖面。
管内的中空的空腔通常通过本领域中已知的传统方法来填充。例如，在一个实施例中，管通过经过此前切开的开孔注入填充成分进行填充。希望的泡沫成分例如液体聚氨酯成分可以使用离心铸造方法经过正在旋转的管中的槽注入管中，该方法也称作离心旋转方法。由于旋转而产生的离心力通常使成分均匀地分散到整个内部空腔中，直到整个腔室填满时为止。然后让该成分通常是在外界条件下固化，并且在十分钟这么短的时间之后泡沫就开始固化或硬化。然后可以从模子中移走填满的轮胎并且另外给予更多的时间例如24小时以便让成分完全固化。然后非充气轮胎可以安装在轮辋上形成用于多种车辆的轮子，该应用包括但不限于，低速车辆、小车、手推车、高尔夫手拉车、运料车、建筑用车、剪草机、装有发动机的/没有装发动机的轮椅等，和农用工具和农用机械，这包括但不限于种植机、谷物条播机和中耕机，以及其它的应用。
附图说明
包括在本发明中并且构成本说明的一部分的附图显示了本发明的实施例，而且与上面所给出的本发明的概括说明和下面将给出的实施例的详细说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明一个实施例的透视图；
图2是图1中所示的实施例的剖视图；并且
图3A-3C是用于制造本发明的非气动轮胎的示例方法的剖面示意图。
具体实施方式
本发明提供了在多种车辆和相关的轮胎应用中用作轮子的非充气轮胎。轮胎大体上包括外轮胎胎体或管状壳和胎体中的内部实心填充成分。这样组合可以得到具有舒适的行驶性能并且具有良好的耐久性和牵引性能的轮胎，其性能与可比的气动轮胎的性能类似。另外，相对于传统的非充气轮胎而言，这种组合提供了相当轻的重量并且具有更大的臭氧和UV抵抗力，并且在提供这些益处的同时还消除了会发生在充气轮胎上的与漏气轮胎有关的风险和成本。
就图1而言，显示了包括外管12和管12内的实心填充成分26(图2)的非充气轮胎10。管12形成轮胎10的外胎体或壳并且是中空的环形壳，例如内管。弹性外管提供了柔软的柔性耐用表面。管12大体上由一层或多层橡胶或其它弹性材料或它们的组合形成。例如，壳12可以由多种容许的通常在轮胎中使用的橡胶式材料形成。在此所使用的术语“橡胶”就是通常所使用的，并且包括多种传统上已知的并且使用的聚合和弹性成分。适合用于外轮胎壳的橡胶实例包括但不限于天然橡胶(NR)和合成橡胶例如NBR和SBR。合成橡胶的实例包括聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁烯、丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、EPDM(乙烯-丙烯-二烯)三元共聚物等。例如这种橡胶可以在硫、过氧化氢或在使用或不使用硫的二马来酰亚胺的作用下交联。橡胶成分可以包括单一的橡胶化合物或者两种或更多种类型相同或者不同的橡胶化合物的混合物。形成管12的橡胶或橡胶层可以还包括多种橡胶成分所共用的已知添加剂，例如用于增强的碳黑；非活性填充剂，例如碳酸钙、白垩、滑石、或金属氧化物；促进***；硫化迟延剂；促进剂，例如氧化锌或硬脂酸；可塑剂，例如芳香族的、石蜡族的、环烷的和合成矿物油；老化、光-保护臭氧保护、疲劳、着色和加工助剂；以及硫。这些添加剂的用量可以大约为橡胶成分的重量的0.1％至大约80％，这一点是本领域的普通技术人员所公知的。
管12大体上为环形中空管例如内胎的形式，并且包括内圆周表面14和外圆周表面16以及两个表面之间的中空腔室18或空腔。如图所示，中空腔室18使用实心填充成分26进行填充。本领域的普通技术人员可以理解，管12还包括分别与内圆周表面和外圆周表面14、16连接的相对侧壁20。外圆周表面16还包括凸起段22，该凸起段22通常包括在轮胎上并且一般称作胎面花纹或区域。这种胎面的设计可以是轮胎设计者所希望的任何形式的设计。胎面为轮胎提供牵引和缓冲以及行驶质量，依胎面深度、厚度和具体图案而定。
管12还包括两个或更多沿圆周隔开的并且沿着内圆周表面14或接近轮胎10的内径切开的孔24或槽。如图1所示，轮胎10包括8个沿与轮胎10的圆周大体上平行的方向纵向延伸的矩形孔24(仅仅显示了3个)。尽管这样显示出，但是本发明并不局限于此，并且管12包括少到2个的分开的独立孔24或者按照期望具有更多孔。例如，在一个实施例中，管12包括4个至12个沿着内径14均匀地隔开的孔24。此外，孔24的具体尺寸可以按照期望进行改变。例如，并且在一个实施例中，每个开口24为矩形，并且宽度从大约0.2英寸至大约0.8英寸，长度从大约0.5英寸至大约1英寸。在图1中所示的每个开口24大体上具有大约0.5英寸的宽度和大约0.75英寸的长度。一般而言，孔24的具体尺寸和数目影响轮胎的性能。例如，如果孔24的尺寸再大一些，并且孔24的数目再多一些大体上就会降低管12的完整性和/或耐久性。已经发现，相对于传统的非充气轮胎而言，大约8个孔24并且每个孔具有有关图1中所描述的尺寸能够产生良好的耐久性。孔24也可以基于在管12中注入填充成分26的方法来根据需要定尺寸，该方法将会关于图2进行描述。
参照图2，其中以剖视图显示了图1中示出的非充气轮胎。如图所示，中空的内腔室18完全使用实心填充成分26进行填充。填充成分26根据所期望的轮胎性能和特性来选取。在一个实施例中，填充成分是泡沫状材料，例如聚氨酯。聚氨酯大体上由二异氰酸盐和多羟基化合物的混合组合物之间的反应而形成。应当理解，任何数目的单独的聚合二异氰酸盐或者与其它二异氰酸盐的混合都可以使用。合适的实例包括聚合二苯基甲烷二异氰酸盐(MDI)，例如这些商业上可获得的产品，包括由Dow提供的PAPI 2027、PAPI 2901和PAPI 2094；由ICI提供的RUBINATE M、RUBINATE 1820和RUBINATE 9041；由Bayer提供的MONDURMR、MONDUR MR-5、MONDUR MRS、MONDUR MRS-5和MONDUR-4；以及由BASF提供的LUPRANATE-20和LUPRANATE-10。
多羟基化合物成分可以包括任何一种或者传统的多羟基化合物或者其组合。合适的多羟基化合物的实例包括乙二醇、二甘醇、二丙二醇、苯基dienthanolamine，和由Witco出售的REZOL EPO 225，MP、二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、甘油和由Dow Chemical出售的VORANOL230-660，由BASF出售的PLURACOL TP440以及由Olin Chemical出售的POLY-G 20-265。多羟基化合物也可以按照期望合成生产或者进行修改。特别地，多羟基化合物的分子量以及可以与二异氰酸盐反应的末端羟基的数目可以按照期望进行改变。多羟基化合物的羟基数目定义为KOH的量，为1克聚合物中出现的自由羟基的等效毫克数。适合于供填充成分26使用的聚醚可以通过三元醇或更高级多羟基化合物例如甘油、三羟甲基、三羟甲基丙烷以及季戊四醇的作用而获得。
填充成分26可以还包括其它所希望的能够向最终的非充气轮胎带来期望的性能和/或耐久性以及硬度的成分。例如组成部分，例如包括水的泡沫剂，当然包括水这一点并不是限制性的；碳氢化合物，例如环戊烷、戊烷、己烷、庚烷、戊烯、庚烯；偶氮化合物，例如偶氮]六氢苯二硝酸盐(azohexahydrobenzodinitrile)、偶氮二甲酰胺；CFC卤代烃，例如二氯二氟甲烷、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、HCFC碳氢化合物、HFC碳氢化合物、甲基烯氯化物(methoylene chloride)以及塑化增量油和油混合物，这些都可以使用。通常用于延展聚合物的塑化增量油或任何其它的处理油应该和固化聚氨酯弹性体一致。如果增量油从制剂中除去，弹性体的硬度会提高，有时会提高四倍。合适的增量油基本上是芳香族的，包括极性化合物并且指定为芳香族的提取油。包括少量芳香族和极性的化合物或者甚至是非极性增量油的较少的极性增量油可以与极性增量油混合，这样得到的混合物就至少具有微弱的极性并且和固化聚氨酯弹性体一致。合适的实例包括具有高等级的芳香族和极性化合物的环烷和石蜡族处理油，例如那些由WitcoCorporation、Sun Company、Shell Oil Company、BP Oil Company和Crowley Chemical Company出售的产品。
本发明的包括行驶质量、轻重量、载重量以及对环境元素例如日照的UV和大气的臭氧的抵抗力这些有利性能的轮胎使它比以前使用的非充气轮胎更有用。特别地，填充成分26能够带来多种优点。为泡沫或类似的聚氨酯基材料的内部填充成分26提供了重量轻、然而却耐用并且在结构上非常强的适合于防止轮胎的泄气和失效的成分。聚氨酯是已知的重量轻的材料。另外，聚氨酯大体上比较硬而且耐用，足够提供良好的载重力。在一个实施例中，填充成分26具有至少大约为60(通过肖氏A法测量)的表面计示硬度。在另一个实施例中，填充成分26具有从大约68至大约75的表面计示硬度(肖氏A)。类似地，根据本发明的填充成分26具有大约比60更大的Asker硬度。这种高硬度提供了如下的优点，即提高了轮胎的载荷或重量承载力然而却没有像此前提出的非充气轮胎或充气轮胎那样相应地增大整个轮胎的重量。应当理解，就像所有的实心聚氨酯材料那样，表面的Durameter计示硬度非常重要因为它对固体的总体硬度贡献比较大，尽管内部硬度(聚氨酯固体的芯部)通常具有比表面小的硬度。
多种方法可以用于制造本发明的非充气轮胎。例如，涉及使用例如图3A-3C中所示的旋转模子的一个或多个模子的方法可以用于制造非充气轮胎。在一个实施例中，该方法通常包括挤压出弹性材料例如橡胶来形成外轮胎壳体。然后挤压出的材料成形并且拼接成圆圈然后在模子(未显示)中进行固化，从而形成具有中空内腔室或空腔18的完全围住的环形管12或轮胎皮。模子也可以在管12的外圆周表面16上提供胎面花纹22。在从模子中移走固化管之后，在接近内圆周表面14的隔开的位置上切开期望数目的细长孔24或槽。每个开口24都暴露出内部腔室18。参照图3A，然后将切开的管12放入第二模子50中并且以开口的“离心铸造方法”使用填充成分26进行填充。在一个实施例中，模子50具有上模板和下模板，这两个板彼此枢转地连接并且一起界定了其中用于支撑管12的凹部。此外，上模板配合下模板从而形成朝向凹部沿径向延伸的通道52。在这种方法中，如图3B所示，在旋转期间预混合的液体填充成分26例如聚氨酯基泡沫经由通道52穿过一个或多个切孔24注入壳体的内部空腔中。或者，在离心铸造方法中使用的机器或装置可以在分开的区域中具有单种填充成分A(期望的二异氰酸盐)和(期望的多羟基化合物)，并且在注入轮胎壳体之前使用期望的数量和比进行搅拌。在喷射或填充管的期间模子以期望的速度旋转。在一个实施例中，模子大约以500rpm的速度旋转，并且同时轮胎的内部空腔中使用液体聚氨酯填充成分来填充。由于轮胎的旋转，离心力使成分26遍及轮胎壳体的内部空腔均匀地分散开，如图3B所示，并且保证沿径向向内进行填充直到整个空腔18填满时为止(图3C)。完全填满管12所需要的速率和时间大体上取决于旋转速率或由轮胎的转速所产生的旋转力。
成分26允许在一定的外界条件例如室温下固化，并且在此之后填充物会马上固化或硬化。填充成分的固化时间依据填充在其中的成分和要素的不同而不同。例如，尽管根据反应物成分的浓度和填充成分中的其它希望接受体的浓度，由二异氰酸盐和多元醇成分之间的反应形成聚氨酯的速度很快，但是在室温下或者附加了热和/或压力的情况下也可以进行固化，从而完全固化或硬化。聚氨酯成分通常在大约十分钟的较短时间内固化。然后从模子中移走轮胎并且给予更多的时间来固化，例如大约2小时至大约24小时，以便让成分完全固化和硬化。
然后完全固化并且准备好的轮胎可以由传统的安装方法安装到与轮胎的内圆周合适的轮辋上。例如，可以利用具有指状物的机器来安装轮胎，其中该指状物可以使轮胎伸展到轮辋凸缘上然后缩回。另一种传统的安装技术涉及塑料锥的使用，该锥在水力作用下被驱动而通过轮胎，因此使轮胎膨胀从而允许轮胎插到轮辋上。一旦安装了，轮胎装置就可以像常规的充气、半实心轮胎或其它的非充气轮胎那样以常规的方式进行设置和使用。因此，由轮辋和轮胎这样形成的轮子可以使用在多种车辆上，这些车辆包括但不限于高尔夫手拉车、独轮车、手推车、建筑用车、剪草机、装有发动机的/没有装发动机的轮椅、运料车和其它低速车辆上。
通过下面的实例，可以进一步理解本发明的上述优点或益处并且它们将变得更加显而易见。
实例1
由本发明提供的并且用于在独轮车上使用的非充气轮胎的示例实施例由下面的过程进行制造。首先，利用传统的挤压技术和传统的橡胶成分挤压出橡胶管，然后切成期望的长度再成形并且拼接成圆圈。一旦橡胶在圆圈中经由外部的压板进行固化，并且在压缩模子中在大约90psi的内部气压下加热至大约320°F。这样形成的管具有下面的尺寸：外径大约14.7英寸；轮胎剖面宽度大约3.7英寸；轮胎剖面高度大约3.6英寸；胎面胎冠半径大约为2.0英寸；胎面胎冠弧大约为4.1英寸；内径大约为8英寸，并且轮胎底宽大约为2.3英寸。然后从模子中移走橡胶管，并且沿着橡胶轮胎的内圆周沿圆周方向纵向地切开8个矩形槽，每个的宽度大约为0.5英寸、长度大约为0.75英寸。切了槽的橡胶管然后装入由电动机驱动以大约500rpm的转速旋转的第二模子中。然后预混合的聚氨酯泡沫以预定的期望速度和速率穿过切开的槽注入橡胶管的内部空腔中。填充成分包括包含有泡沫剂的液体多元醇成分A和液体聚亚安酯成分B，它们在搅拌头部中集合在一起，其中在最后在模子旋转的同时穿过沿着管的内圆周表面的槽注入的该液体混合物。一旦管的内部空腔填满了，就允许液体填充成分固化。聚氨酯仅仅在大约十分钟之后就在室温下固化并且固化。然后从模子中移走轮胎并且允许在室温下大约固化24小时从而让聚氨酯完全固化。发现管的橡胶皮具有大约为62的Durameter计示硬度，并且聚氨酯填充成分表面的Durameter计示硬度大约为69，而且芯部的Durameter计示硬度大约为48，其中这些硬度是通过肖氏A法测量得到的。轮胎大约重7磅并且具有大约375磅的载重量。
实例2
用于在独轮车上使用的非充气轮胎由如上所述的相同方法进行制造并且具有下面的尺寸：外径大约13.9英寸；轮胎剖面宽度大约3.7英寸；轮胎剖面高度大约为3.1英寸；胎面胎冠半径大约为3.0英寸；胎面胎冠弧大约为3.5英寸；内径大约为8英寸，并且轮胎底宽大约为2.3英寸。8个矩形槽每个都具有大约0.5英寸的宽度并且沿圆周方向纵向地测量具有大约为0.75英寸的长度。与实例1相同，管的橡胶皮具有大约为62的Durameter计示硬度，并且聚氨酯填充成分表面的Durameter计示硬度大约为69，而且芯部Durameter计示硬度大约为48，其中这些硬度是通过肖氏A法测量的。轮胎大约重6.2磅并且具有大约375磅的载重量。
实例3
用于在材料装卸车上使用的非充气轮胎由如上所述的相同方法进行制造并且具有下面的尺寸：外径大约9.9英寸；轮胎剖面宽度大约3.0英寸；轮胎剖面高度大约为3.1英寸；胎面胎冠半径大约为6.7英寸；胎面胎冠弧大约为2.8英寸；内径大约为4英寸，并且轮胎底宽大约为2.3英寸。轮胎具有6个矩形槽，每个都具有大约0.375英寸的宽度并且沿圆周方向纵向地测量具有大约为0.75英寸的长度。与实例1相同，管的橡胶皮具有大约为62的Durameter计示硬度，并且聚氨酯填充成分表面的Durameter计示硬度大约为69，而且芯部Durameter计示硬度大约为48，其中这些硬度是通过肖氏A法测量的。轮胎大约重3.8磅并且具有大约280磅的载重量。
通过如上所述的内容，提供了非充气轮胎及其制造方法，该非充气轮胎可以用作泄气的并且为空的充气轮胎的等效物。更具体地说，在此提供的轮胎用于低速的应用，它包括但不限于商业剪草机、装有发动机的/没有装发动机的轮椅、建筑用独轮车、建筑用车、材料装卸设备和农用轮胎，并且用作在种植机、谷物条播机和行播中耕机上使用的半实心和充气轮胎的替代物。在此提供的轮胎的预期的另外的应用和用途包括使用在高尔夫手拉车、机动车、地板清洁车以及使用灰色的非标记充气轮胎的市场上。非充气轮胎相对于此前提出的可比的轮胎提供了许多优点和益处。例如，弹性壳体和聚氨酯基泡沫式填充物通过提供平稳的行驶性能、耐久性和极好的牵引特性并且同时保持了对与之相关的臭氧、UV、切割和撕裂的抵抗力，从而组合出充气轮胎的最佳特征。此外，聚氨酯轮胎是轻型的，因此提供了充气的高质量行驶性能同时保持了良好的载重力。另外，非充气轮胎的安装或者本发明为在轮辋上的安装提供了适当的干涉配合，因此不需要传统的充气轮胎所需的胎架结构和/或钢丝胎圈。
尽管本发明已经由对它的实施例的描述进行了说明并且实施例已经相当详细地描述了实施例，但是并不是旨在限制或者以任何方式将所附权利要求书的范围限制到这些细节上。对本领域的技术人员而言，显而易见还存在其它的优点和改进。因此，在广义方面，本发明并不限于具体的细节、典型的装置、方法和描述的实例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明观点的范围或者精神的前提下对这些细节进行变动。

Claims (34)

1.一种非充气轮胎，包括：
用于安装在轮辋上的环形管，所述环形管具有内圆周表面和外圆周表面，其中内外圆周表面通过相对的侧表面相互连接从而共同地形成它们之间的中空腔室，置于管的中空腔室中的圆周连续的实心填充成分；以及
所述管包括四个或更多个独立地位于接近内圆周表面的位置上并且沿着内圆周表面位置隔开的孔，所述孔适合于接收填充成分，从而填充成分沿着所述管的中空腔室的整个圆周延伸并形成所述圆周连续的实心填充成分。
2.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，填充成分包括泡沫材料。
3.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，填充成分包括聚氨酯。
4.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，填充成分在通过肖氏A法测量时具有大于60的表面计示硬度。
5.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，管是用弹性材料形成的。
6.如权利要求5所述的轮胎，其特征在于，管是用橡胶形成的。
7.如权利要求6所述的轮胎，其特征在于，橡胶没有增强剂。
8.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，管具有4至12个所述孔。
9.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，管具有8个所述孔。
10.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，管包括多个层，并且最外层界定了管的内外圆周表面和相对的侧表面并且最内层界定了中空腔室。
11.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，包括4至12个所述孔；和
所述实心填充成分在通过肖氏A法测量时具有大于60的表面计示硬度。
12.如权利要求1或11所述的轮胎，其特征在于，填充成分在通过肖氏A法测量时具有从68至75的表面计示硬度。
13.如权利要求11所述的轮胎，其特征在于，填充成分包括聚氨酯基泡沫。
14.如权利要求11所述的轮胎，其特征在于，管具有8个所述孔，所述孔是矩形的，每个孔的宽度从0.2英寸至0.8英寸并且长度从0.5英寸至1英寸，8个所述孔基本上沿着内部圆周表面等间距地隔开。
15.如权利要求1或11所述的轮胎，其特征在于，管还包括在管的外圆周表面上沿着所述外圆周表面形成胎面花纹的凸起区域。
16.如权利要求11所述的轮胎，其特征在于，管具有8英寸至20英寸的外径，2英寸至16英寸的内径，宽度从2英寸至6英寸的外圆周表面，以及内外圆周表面之间沿径向测量的2英寸至6英寸的轮胎高度。
17.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，
具有8个所述孔，每个孔是矩形的，并且宽度从0.3英寸至0.5英寸，长度从0.6英寸至0.8英寸，8个所述孔基本上沿着内部圆周表面等间距地隔开；8英寸至20英寸的外径，2英寸至16英寸的内径；宽度从2英寸至6英寸的外圆周表面；内外圆周表面之间沿径向测量的2英寸至6英寸的高度；和
所述实心填充成分成分在通过肖氏A法测量时具有68至75的表面计示硬度。
18.如权利要求11或17所述的轮胎，其特征在于，管在通过肖氏A法测量时具有大于50的表面计示硬度。
19.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，通过所述孔，所述实心填充成分完全地填充满所述管的中空腔室并且分散到整个内部空腔中。
20.一种轮子，包括轮辋和安装在轮辋上的根据权利要求1、11和17之一所述的轮胎。
21.一种低速车辆，包括如权利要求20所述的轮子。
22.如权利要求21所述的车辆，其特征在于，从包括高尔夫手拉车、建筑用车、剪草机、轮椅和农用机械构成的组中选取。
23.如权利要求21所述的车辆，其特征在于，所述低速车辆是独轮车。
24.如权利要求21所述的车辆，其特征在于，所述低速车辆是手推车。
25.如权利要求21所述的车辆，其特征在于，所述车辆是运料车。
26.一种用于制造非充气轮胎的方法，该方法包括：
用于安装在轮辋上的挤压出的环形管，所述环形管具有内外圆周表面，该内外圆周表面通过相对的侧表面相互连接共同地它们之间的形成中空腔室；
在挤压出的管上在接近内圆周表面的隔开位置上切开四个或更多个孔；并且
使用填充成分穿过所述四个或更多个孔来完全填充满中空腔室，并且分散到整个内部空腔中从而制造非充气轮胎。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括固化管的中空腔室中的填充成分从而形成其中的硬化芯部。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，固化包括对填充成分至少施加热和压力中的一种。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，填充管的中空腔室包括通过离心力使填充成分分散到管的中空腔室中。
30.如权利要求26所述的方法，其特征在于，填充管的中空腔室包括使填充成分注入到管的中空腔室中。
31.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述环形管具有8英寸至20英寸的外径，宽度从2英寸至6英寸的外圆周表面，2英寸至16英寸的内径，内圆周表面，以及在内外圆周表面之间的具有2英寸至6英寸的高度的中空腔室；以及
所述切出四个或更多个孔的步骤包括沿着管的内圆周表面基本上等间距地切出8个独立的矩形孔，每个孔的宽度从0.3英寸至0.5英寸并且长度从0.6英寸至0.8英寸；以及
还包括使填充成分固化从而形成用于注入管的中空腔室中的实心芯部，该芯部在通过肖氏A法测量时具有68至75的表面计示硬度。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，填充管的中空腔室包括通过离心力使填充成分分散到管的中空腔室中。
33.如权利要求30或32所述的方法，其特征在于，在管以500rpm的速度旋转的同时使填充成分注入管的中空腔室中。
34.如权利要求26或32所述的方法，其特征在于，还包括将轮胎安装到轮辋上。
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