CN101360621A - 安全轮胎以及安全轮胎用中空环状体 - Google Patents

Abstract

本发明解决的是安全轮胎的隔壁的伸长的问题，其中，称为可膨胀的组成物的中空粒子被填充在中空环状隔壁中，并且提出了具有充分发挥中空粒子的功能的隔壁结构的安全轮胎。该安全轮胎包括：通过将轮胎组装到适用轮辋上而形成的轮胎－适用轮辋组件、通过中空环状隔壁在组件的内部限定的在圆周方向上沿着轮辋延伸的室、以及热膨胀中空粒子，该热膨胀中空粒子被填充在该室中，每一个粒子均由树脂的连续相和闭孔构成，中空环状副隔壁布置在隔壁的至少外周部的径向外侧，并且向副隔壁内施加轮胎内压。

Description

安全轮胎以及安全轮胎用中空环状体

技术领域

本发明涉及一种即使在轮胎经受外部损伤等之后的刺破状态下也能够安全地继续运行所需距离的安全轮胎。

背景技术

已经提出了当轮胎进入刺破状态时能够安全地继续运行所需距离的各种安全轮胎。

例如，专利文献1公开了以下技术：将轮胎组装到适用轮辋上，并且通过中空环状隔壁在轮胎-适用轮辋组件的内部限定在圆周方向上沿着轮辋延伸的室，将可膨胀的组成物填充到该室中，可以通过在轮胎损伤时使可膨胀的组成物膨胀来扩张隔壁，从而通过扩张的隔壁来恢复轮胎内压。

专利文献1：日本特开2004-75039号公报

发明内容

本发明要解决的问题

此时，中空环状隔壁出现由于运行期间的离心力产生的拉伸问题。也就是说，由于图1中示出的作为隔壁的中空环状体R对轮胎的车轮H的行为，中空环状体R在图1(a)所示的低速运行时等通常状态下紧密地附着到车轮H，但是在由图1(b)所示的以高速运行时为代表的离心环境下产生中空环状体R的拉伸。特别地，这种拉伸导致高速运行期间的振动，这可对车辆的操纵性能产生恶性影响。此外，如图1(c)所示，当发生中空环状体R在拉伸状态下不恢复的现象或蠕变现象时，到车轮H的紧固效果消失，中空环状体R在轮胎内部自由移动，因此由于摩擦可能导致中空环状体R的破坏。

为了避免上述问题，需要为中空环状体R提供耐蠕变性或者利用非延伸性材料加强中空环状体。然而，抑制中空环状体的伸缩性意味着轮辋组装变得困难，这是不可取的。

因此，本发明的目的是提供一种解决上述问题的填充有中空粒子的安全轮胎，也被称为可膨胀的组成物的中空粒子被填充在中空环状隔壁中，并且提出了具有能够充分发挥中空粒子的功能的隔壁结构的安全轮胎。

解决问题的方法

也就是说，以下是本发明的概要。

1)一种安全轮胎，其包括通过将轮胎组装到适用轮辋上而形成的轮胎-适用轮辋组件、通过中空环状隔壁在组件的内部限定的在圆周方向上沿着轮辋延伸的室、以及热膨胀中空粒子，该热膨胀中空粒子被填充在室中，每一个粒子均由树脂的连续相和闭孔构成，其特征在于，中空环状副隔壁布置在隔壁的至少外周部的径向外侧，并且向副隔壁内施加轮胎内压。

2)根据条款1)的安全轮胎，其中，副隔壁是管状。

3)根据条款1)的安全轮胎，其中，副隔壁由隔壁的双重壁结构构成。

4)根据条款1)-3)中任一项的安全轮胎，其中，隔壁设置有过滤器，该过滤器仅选择性地通过在所述中空粒子的热膨胀时排出的气体。

5)一种用于安全轮胎的中空环状体，其包括：通过将轮胎组装到适用轮辋上而形成的轮胎-适用轮辋组件、通过中空环状隔壁在组件的内部限定的在圆周方向上沿着轮辋延伸的室、以及热膨胀中空粒子，该热膨胀中空粒子被填充在室中，每一个粒子均由树脂的连续相和闭孔构成，其特征在于，中空环状体适用于隔壁并且至少在其外周部具有双重壁结构。

本发明的效果

根据本发明，抑制离心环境下中空环状体的拉伸以及蠕变的进一步发生，从而以适当的配置保持中空环状体，因此，可以提高中空环状体的耐久性。因此，可以由通过中空环状体的介入产生的中空粒子的作用补偿由于刺破等导致的轮胎内压的降低或消失，从而可以通过中空粒子的作用再次获得足以承受车辆重量的轮胎内压。特别地，即使在刺破状态的轮胎中，也向轮胎骨架部分施加张力，使得即使在轮胎受损伤之后，也可以健全地运行。

附图说明

图1是示出传统安全轮胎中的中空环状体的行为的剖视图。

图2是根据本发明的安全轮胎的宽度方向的剖视图。

图3是示出在根据本发明的安全轮胎中使用的中空环状隔壁的示意图。

图4是示出根据本发明的安全轮胎中的副隔壁的作用的简图。

图5是示出传统安全轮胎中的中空环状体的行为的简图。

图6是示出根据本发明的安全轮胎中的副隔壁的另一实施方式的简图。

图7是布置在隔壁中的过滤器的简图。

图8是示出安全轮胎在受到损伤后的行为的简图。

图9是示出根据本发明的安全轮胎中的内压的恢复的简图。

图10是示出过滤器的功能的简图。

图11是示出发生侧面切口时内压的下降的简图。

图12是示出根据本发明的安全轮胎中的内压的恢复的简图。

图13是示出根据本发明的安全轮胎中的内压的恢复的简图。

图14是示出评估耐蠕变性的评价结果的图。

附图标记说明

1轮胎

2轮辋

3隔壁

4室

5中空粒子

6副隔壁

7气门

8过滤器

9异物

10损伤部位

具体实施方式

首先，将参照示出其宽度方向的截面的图2说明作为本发明的对象的安全轮胎。

也就是说，通过将轮胎1组装到轮辋2上，通过由图3所示的中空环状体30制成的隔壁3在轮胎1的由轮辋2和轮胎1限定的内部来限定在圆周方向上沿着轮辋2延伸的室4，并且在室4中填充均由树脂的连续相和闭孔构成的热膨胀的中空粒子5来构成图2所示的安全轮胎。此外，只要轮胎1是根据各种汽车用轮胎，例如乘用车轮胎的一般标准，轮胎1就不需要特别限制它的结构。例如，所示出的轮胎是典型的乘用车轮胎，在该轮胎中，带束层和胎面顺次布置于在一对胎圈部之间螺旋状延伸的胎体的胎冠部的径向外侧。

通过沿着轮辋2的轮辋基部来将隔壁3布置成不与轮胎1的内表面接触。在该配置中，即使对轮胎施加大的输入，由于除了上述配置之外，隔壁3本身是柔性的，因此，隔壁3不会受到大的冲击并且不会在通常使用时妨碍乘坐舒适性。

如图2所示，重要的是，中空环状副隔壁6布置在隔壁的至少外周部的径向外侧。也就是说，图3所示的中空环状体30的至少外周部、即所示出的实施方式中的中空环状体30的外周上的2/3部分具有双重壁结构30a，该双重壁结构的外壁部是副隔壁6。

通过轮胎的气门7将如氮、空气等气体填充到副隔壁6的内部，即填充到在隔壁3和副隔壁6之间限定的空间，以提供轮胎的使用内压。

根据该构造，通过布置在中空环状隔壁3的径向外侧的副隔壁6内的内压将中空环状隔壁3推向轮辋2的底部，该压力的作用方向如图4中的箭头所示，因此，即使在离心力作用下，也可以避免中空环状隔壁3中的拉伸或蠕变。

顺便提及，在将中空环状体布置在轮胎中的传统安全轮胎中，即使当施加使用内压时，也不会引起朝向轮辋侧的推力。这是由于如图5所示的事实：内压也施加到轮辋和中空环状体之间的空间中从而抵消所需的力。结果，中空环状体仅朝向变薄的方向被压缩，从而无法获得抑制沿图3(a)所示的c-d方向拉伸的效果。

相反，通过布置用于施加内压的副隔壁6使得可以具有不在轮辋和中空环状体之间施加内压的结构，因此，在环状体的整个外周上朝向轮辋推环状体，使得可以有效地抑制沿如图3(a)所示的c-d方向的拉伸。

此外，根据该构造，可以在不利用非延伸性材料增强耐蠕变性的情况下解决上述拉伸问题，从而，在确保轮辋组装性能的同时，获得不破坏容纳中空粒子的中空环状体的功能的安全轮胎。

此外，副隔壁6不必与隔壁3成一体。如图6所示，可以通过在轮胎内设置作为与隔壁3分开的管的副隔壁来获得类似的效果。

此外，隔壁3优选由例如聚氨酯树脂或橡胶制成。也就是说，隔壁3是在确保大的伸长率的同时具有对运行期间的离心力的优良的蠕变性能的适当材料。此外，优选具有低空气透过性的聚氨酯树脂，特别是聚氨酯，用于保持所施加的内压。

另一方面，副隔壁6处于闭合轮胎的内表面的使用状态，从而，虽然蠕变性能不是很重要，但是要求副隔壁6与隔壁3一样具有大伸长率和低空气透过性。因此，可以选择在轮胎的内胎中使用的丁基橡胶等。然而，当隔壁和副隔壁彼此成一体时，需要考虑接合性能，从而最好使用与隔壁相同的材料。此外，如图6所示，当隔壁和副隔壁是分开体时，不适用这种情况。

此外，如图7所示，重要的是将仅选择性通过在中空粒子热膨胀时排出的气体的过滤器8布置在隔壁3、即中空环状隔壁中的至少一个部位。此外，过滤器可布置在4～6个等分的部位。通过布置多个过滤器可平稳地引导气体通过以快速地恢复轮胎高度，但是中空环状隔壁的机械强度随着过滤器数量的增加而降低，从而不能过度地增加过滤器的数量。

然而，当隔壁和副隔壁成一体时，要求过滤器8位于图7(c)所示的区域中。否则，施加到隔壁和副隔壁之间的空间的内压也会被引导到隔壁中，因此，隔壁的内外侧之间的压力差消失，不会产生上述推力。此外，如图6所示，当隔壁和副隔壁是分开体时，不适用这种情况。

中空粒子5是含有被基本上为球状的树脂的连续相包围的孔、并且具有平均粒径是大约20μm～500μm的粒径分布的中空体，或者是包括由孔限定的许多小室的海绵状结构体。也就是说，中空粒子5是封装了不与外部连通的孔的粒子，其中，孔的数量可以是一个以上。这里，由“中空部分”总体表示“中空粒子组中的孔的内部”。此外，中空粒子具有孔的特征意味着粒子具有用于将孔封装在闭合状态的“树脂壳”。此外，树脂的连续相意味着“构成树脂壳的成分组成的连续相”。

通过使作为原料的“可膨胀树脂粒子”、即通过将气体成分密封在树脂中作为液体状态的发泡剂而形成的粒子热膨胀来获得中空粒子。如此获得的中空粒子如同气球的爆裂一样具有膨胀到树脂极限的能力，从而它们可以通过再加热进一步膨胀。

在中空粒子5被设置在室4的内部的轮胎中，如图8(a)所示，如果如钉子等异物9刺入轮胎中并且到达副隔壁6，则气体从轮胎1逐渐泄漏出。此时，由如钉子、螺栓等刺入轮胎中的异物引起一般道路上的刺破，这不同于在如建筑工地等粗糙道路上使用轮胎时产生的撕裂切口等。在该刺破的情况下，异物从轮胎脱落的频率非常低。在许多情况下，一般在异物保持在轮胎中的状态下放置轮胎大约一晚上之后才注意到轮胎的刺破。因此，气体从损伤部位朝向轮胎的外部的泄漏速度非常慢，从而，如图8(b)和8(c)所示，轮胎内压逐渐降低。

在具有这种降低的内压的轮胎1继续运行时，如图9(a)所示，在轮胎1内的隔壁3与轮胎1的内表面接触的状态下、并且在施加载荷时继续运行，因此，向轮胎重复施加变形输入。结果，通过该变形输入使隔壁3内的中空粒子5相互摩擦，以通过摩擦自己产生热，从而使中空粒子5的温度升高。当该温度超过中空粒子的热膨胀开始温度时，粒子的壳开始变软。

因此，明显的是，要求在本发明中使用的隔壁由软化点比中空粒子到达的最高温度、具体的是比中空粒子的膨胀开始温度高的原料制成。顺便提及，副隔壁不必具有与隔壁相同的温度特性，但是考虑到在轮胎被刺破后运行时更换轮胎的操作，在运行期间引起熔化的原料不是优选的。

此外，在异物刺入时，通过副隔壁保持内压的能力消失，从而，如图8和图9所示，副隔壁6由其自身的恢复力变形以回到内压作用前的初始状态，这不会妨碍中空粒子的上述行为。

中空粒子的通过摩擦升温的一部分超过它们的膨胀开始温度，并且气体透过性增加，因此，如图9(b)所示，封装在中空粒子的中空部分中的气体被排到室4中。如图10所示，仅选择性地通过从中空粒子5排出的气体的过滤器8以封闭形成在隔壁3的预定位置的孔60的方式布置在隔壁3中，从而通过过滤器8将排出气体供给到室4外侧的轮胎的内部。也就是说，通过从中空粒子5排出的气体使室4中的内压升高，同时由于气体从损伤部位10泄漏导致室4外侧的轮胎的内部压力减少，使得室4中的排出气体通过过滤器8朝向室4外侧的轮胎的内部移动。

气体从中空粒子排出的排出速度比气体从轮胎的损伤部位10泄漏的泄漏速度快。因为，如上所述，几乎所有的刺破都处于将异物保持在损坏部分的状态，使得轮胎中的空气的泄漏速度非常慢。即使想要除去异物，柔性橡胶层也会起作用以封闭损伤部位，使得轮胎中的空气的泄漏速度变得较慢。因此，如图9(c)所示，可以通过气体从中空粒子排出的排出速度与空气从损伤部位10泄漏的泄漏速度之差来恢复轮胎的内压。

这里，说明不使用过滤器的现象。如果不使用过滤器，则从中空粒子排出的气体保持在隔壁中，因此，气体发挥了扩大隔壁的力。如果隔壁以超过中空粒子的体积膨胀的速度扩大，则形成容积大于中空粒子的总体积的中空环。也就是说，在中空环中形成了额外的空间，并且中空粒子变为在隔壁内自由并且平稳移动的状态。在这种状态下，即使由于刺破运行而向中空环施加变形输入，力也不能传递到中空粒子，因此不能发挥充分的恢复能力。

而且，由于过滤器8仅选择性地通过从中空粒子排出的气体，因此，优选使用由玻璃纤维、氧化铝陶瓷纤维、聚酯纤维和尼龙纤维中的至少一种制成的耐热过滤器。因为，由于填充有热膨胀的中空粒子的中空环的轮胎高度恢复机理，过滤器被暴露在高温度环境下是不可避免的。此外，过滤器的形式可以是烧结过滤器、或无纺布或纺布。此外，过滤器自然需要具有超过中空粒子的膨胀开始温度的耐热性能。

在到隔壁3的输入消失之后，继续有助于上述恢复内压的气体从中空粒子的排出，直到中空粒子的温度变得低于热膨胀开始温度，或者直到中空粒子中的内压和轮胎内压达到平衡，从而进行内压的恢复。其后，随着气体从中空粒子的排出停止并且气体从轮胎的损伤部位10的泄漏被促进，如图9(a)所示，内压再一次降低从而使轮胎1内的隔壁3落入与轮胎1的内表面接触的状态。并且，如图9(b)和9(c)所示，试图通过对隔壁3的重复输入以进行中空粒子的热产生和气体的排出来恢复内压。通过如上所述重复进行内压减少和内压恢复的过程，即使在刺破之后，也可以安全地继续运行所需的距离。

相反，在如侧面切口等大损伤的情况下，不能通过从中空粒子排出的气体来获得内压的恢复。因为，如图11(a)～11(c)所示，从中空粒子排出的气体通过过滤器8供给到室4的外侧，但是从轮胎1的大损伤部位10朝向轮胎的外部泄漏。

在图11(c)所示的状态下，与缓慢的刺破相比，隔壁3中的中空粒子5之间的摩擦会持续很长的时间，从而在中空粒子的较大部分产生超过中空粒子的膨胀开始温度的温升。因此，如图12(a)所示，中空粒子从气体排出阶段变为体积膨胀阶段。然后，如图12(b)所示，中空环的刚性屈服于中空粒子的膨胀力并且开始被扩大，因此，由膨胀的中空粒子填充轮胎的内部来获得轮胎高度的恢复。

此时，参照图13说明在从中空粒子排出封装内压的状态下通过对隔壁3的大变形输入而破坏由例如聚氨酯树脂制成的隔壁3的情况。如图13(a)所示，已经通过对隔壁3的变形输入加热隔壁3中的中空粒子5以排出气体，使得如图13(b)～13(c)所示，可以通过与上述机理相同的机理来恢复降低的内压。

此外，由于隔壁3的破坏而分散到轮胎1的内部的中空粒子5阻塞轮胎1的损伤部位10，这有助于抑制轮胎内压的迅速降低。

也就是说，损伤部位10是轮胎气室内泄漏气体的流路，其流路长度基本上对应于轮胎的厚度。根据本发明的中空粒子可以以“紧密”状态进入到上述流路中，以利用大量的中空粒子阻塞流路。此外，随着由上述内压恢复机理来增加轮胎气室中的压力，向轮胎骨架施加张力，以挤压地减小损伤部位的内径。结果，向以紧密状态进入损伤部位中的中空粒子组施加压缩力，以通过轮胎气室中的压力的增加来挤压轮胎侧。由于根据本发明的中空粒子中的中空部分的压力高，由中空部分中的压力导致的反作用力产生压缩力，可以将紧密程度提高到轮胎气室中的气体即使在具有较大内径的损伤部位也基本上不泄漏的程度，以阻塞损伤部位。

因此，可以利用中空粒子瞬时可靠地阻塞由刺破导致的损伤部位。

即使当在隔壁3中使用具有低强度的材料，并且在中空粒子5产生热之前通过隔壁3的破坏将中空粒子5释放到隔壁3的外部时，经受轮胎中产生的热的供给的中空粒子5也可以引起体积膨胀或封装气体的泄漏，从而以相同的方式恢复轮胎高度。也就是说，在刺破状态的轮胎1中，随着内压的降低，轮胎的挠曲量增加并且轮胎容积减小，使得中空粒子5在被夹在轮胎的内表面和轮辋的内表面之间的状态下，经受压缩和剪切输入以产生热，从而实现上述的内压恢复。

此外，当轮胎在内表面相互接触的状态下运行时，引起夹在接触部分中的中空粒子5的机械破坏，以促进封装气体的排出。

顺便提及，考虑到：如上述现象那样，中空粒子5的体积膨胀和其中封装的气体的排出不能清楚地分开，经常同时并行发生。

为了通过中空粒子5实现内压的再补充，室4中的中空粒子5的填充量优选总体积是轮胎容积的20％～60％。也就是说，当中空粒子5的总体积少于20％时，从中空粒子排出的气体的总量较少，不能获得良好的恢复能力，而且缺少刺破时对中空环的输入，不能获得足够的热产生。然而，当总体积超过60％时，将轮胎安装到车轮上的困难大，实用性变差。因此，需要根据适用于本发明的轮胎尺寸适当地设计中空环状隔壁。

实施例

作为双重结构的中空环状体，通过用厚度为2mm的聚氨酯片(ELASTOLLAN S90A55N，由BASF制造)制成内径为300mmΦ且外径为520mmΦ的圆管来形成隔壁，而通过用厚度为1mm的聚氨酯片(ELASTOLLAN 1180A10，由BASF制造)制成内径为350mmΦ且外径为550mmΦ的圆管来形成副隔壁。这里使用的聚氨酯片只是一个例子，也可以使用例如由NipponMiractran Co，.Ltd.制造的聚氨酯片等其它板。此外，在隔壁和副隔壁中可以使用相同的材料。

此外，上述尺寸应根据适用的轮胎尺寸适当地设定。

制备每一个上述板的2个圆管，通过使用超声波熔接机将2个圆管成形为中空环状体。这里使用的超声波熔接方法仅是一个例子，也可以使用如高频感应加热熔接等其它熔接方法。

厚度为2mm的板和厚度为1mm的板彼此同心地叠放，并且将厚度为1mm的板的内径侧熔接到厚度为2mm的板的侧面。如此获得的两个熔接体以相对的状态彼此重叠，其中，厚度为2mm的板的外径侧彼此熔接，然后，厚度为2mm的板的内径侧彼此熔接。最后，厚度为1mm的板的外径侧彼此熔接以制备具有图3(b)所示的截面结构的双重结构的中空环状体。

此外，仅使用厚度为2mm的两个板制备单一结构的中空环状体，即仅有隔壁而没有副隔壁的中空环状体。

作为组装在如此获得的中空环状体中的部件，提及用于充气的气门、中空粒子填充口和过滤器。在上述熔接工作之前，将这些部件中的每一个预先组装到板中是很重要的。

关于将被组装到厚度为1mm的板中的用于充气的气门，需要考虑适用车轮中的气门孔的位置而选择在组装时不产生问题的位置。此外，被组装到厚度为2mm的板中的中空粒子填充口和过滤器需要被组装在不与厚度为1mm的板干涉的位置，即，所示出的实施方式中的300mmΦ～350mmΦ的区域。

此外，中空粒子填充口和过滤器的形状不受特别限制，但是需要由具有隔壁所需的温度特性、即软化点高于中空粒子的膨胀开始温度的材料制成。

将由Aquzo Novel Co，.Ltd.制造的150g的EXPANSEL092DE120填充到中空环状体中作为中空粒子。这里使用的中空粒子仅是一个例子，也可以使用如由Matsumoto YushiSeiyaku Co，.Ltd.制造的MICROSPHERE等其它中空粒子。需要以粒子的膨胀特性所需的量填充粒子。

在将双重结构的中空环状体插入到轮胎尺寸为195/50R15的轮胎内之后，将轮胎组装到6.0J-15车轮上，并且将最大内压填充到副隔壁中以制备如图2所示的环和管成一体式的安全轮胎。

此外，将单一结构的中空环状体插入到具有相同轮胎尺寸的轮胎中，并且将市场上可得到的轮胎内胎插入到中空环状体的外侧，即轮胎和环之间的空间，该轮胎被组装到6.0J-15的车轮上。其后，将最大气压填充到内胎中以制备如图6所示的环和管分开的安全轮胎。

通过在温度可调节的恒温室中以600rpm转动来向如此获得的安全轮胎施加离心力。在30℃、50℃、70℃和90℃中的每一个温度连续转动5小时的每一个转动条件下测量中空环状体的外周长。图14中示出结果。在该图中，整理相对于初始外周长的伸长率(蠕变量)。

在图14中，○是传统例(不用副隔壁推动)，△是本发明的实施例1(用副隔壁推动，副隔壁的分开体：使用内胎)，□是本发明的实施例2(用副隔壁推动，中空环和内胎的一体加工体)。

Claims (5)

1.一种安全轮胎，其包括：通过将轮胎组装到适用轮辋上而形成的轮胎-适用轮辋组件、通过中空环状隔壁在所述组件的内部限定的在圆周方向上沿着所述轮辋延伸的室、以及热膨胀中空粒子，所述热膨胀中空粒子被填充在所述室中，每一个粒子均由树脂的连续相和闭孔构成，其特征在于，中空环状副隔壁布置在所述隔壁的至少外周部的径向外侧，并且向所述副隔壁内施加轮胎内压。

2.根据权利要求1所述的安全轮胎，其特征在于，所述副隔壁是管状。

3.根据权利要求1所述的安全轮胎，其特征在于，所述副隔壁由隔壁的双重壁结构构成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的安全轮胎，其特征在于，所述隔壁设置有过滤器，所述过滤器仅选择性地通过在所述中空粒子热膨胀时排出的气体。

5.一种安全轮胎用中空环状体，其包括：通过将轮胎组装到适用轮辋上而形成的轮胎-适用轮辋组件、通过中空环状隔壁在所述组件的内部限定的在圆周方向上沿着所述轮辋延伸的室、以及热膨胀中空粒子，所述热膨胀中空粒子被填充在所述室中，每一个粒子均由树脂的连续相和闭孔构成，其特征在于，所述中空环状体适用于隔壁并且至少在其外周部具有双重壁结构。

Images