CN101883689B - 非充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种非充气轮胎，其包括：侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错，以及横向延伸的胎面槽，其与孔洞大致径向对准。在另一实施例中，本发明涉及一种轮胎，其包括：侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错，以及横向延伸的胎面槽，其相对于侧孔洞大致偏移。侧孔洞可由径向定向或相对于径向成角度的筋分开。胎面槽可具有直壁或相对于径向成角度的壁。还提供了一种制造这种轮胎的工艺以及采用这种轮胎的越野(OTR)车辆。

Description

非充气轮胎
相关申请的优先权
本申请要求2009年2月25日申请的名称为“非充气轮胎”的美国申请No.12/036,939的优先权，该美国申请要求2007年10月26日申请的美国外观设计申请No.29/296,763和2007年12月10日申请的美国外观设计申请No.29/298,667的优先权。这些申请中每个的全部内容都通过引用结合于此。
技术领域
本申请涉及轮胎并且更具体地涉及适用于越野车辆的非充气轮胎。
背景技术
越野(OTR)车辆，也已知为非高速公路车辆，通常用于崎岖地形，用于采矿、挖掘、建筑、军事领域，以及其它重工业领域。OTR车辆包括拖拉机、卡车、装料机、推土机、磨光机、挖掘机等，并且可具有高达380至460吨的工作重量。通常这种OTR车辆具有数个由橡胶制成的可充气轮胎。这些领域要求每个轮胎具有以下性质，比如防刺穿、能运载相对重的负荷、以及良好的耐磨和耐撕裂性能。常规的可充气轮胎一般工作寿命较短，大约为6个月。而且，OTR车辆的典型崎岖工作环境使得轮胎会遭受可能的故障，比如刺穿、鼓包、撕裂以及轮胎从轮圈分离。因而，维护这种OTR车辆的时间和成本增大，原因是可充气轮胎由于正常的磨损和轮胎故障而必须更换。对于采矿车辆，例如，合适的替换轮胎的短缺会导致采矿者在等待新的替换轮胎时关闭生产。对于接收零星或不规则运输来的新供给的位置遥远的矿山，这会引起特别的困难。
虽然对于这种可充气轮胎耐用性的改进一直在继续，但是这种轮胎仍然经受正常的磨损和故障。因而，仍然需要克服常规充气轮胎缺点的适用于OTR车辆的轮胎。
一种方案是使用实心非充气轮胎。氨基甲酸乙酯人造橡胶已经用于制造比如工业轮胎、越野轮胎、自行车轮胎等领域内的实心轮胎。然而，氨基甲酸乙酯轮胎在这些领域中还不是完全令人满意，因为它们不具有期望的缓冲和操纵特性。而且，这些实心轮胎经受弹性体材料在长时间高速运行条件下或者在导致轮胎变形的剧烈地形情形下的内热积累和随后的退化。已经建议了各种非充气轮胎来克服充气轮胎和实心非充气轮胎的这些限制。
一些设计的非充气轮胎具有形成于侧壁中的孔洞，比如国际专利申请WO2008/009042和WO97/18958、美国专利公开No.2007/0215259、美国专利No.7,174,936、No.5,676,900、No.5,343,916、No.5,223,599、No.5,139,066、No.5,023,040、No.4,921,029、No.4,784,201以及欧洲专利公开0399383，这些公开的全部内容通过引用结合于此。金属带经常用作增强手段以在这些非充气轮胎设计中提供支撑。而且，一些非充气轮胎具有分离的橡胶胎面。
一些设计的非充气轮胎具有形成横向穿过侧壁的开口的弹性元件，比如美国专利公开No.2007/0089820和美国专利No.7,201,194、No.7,013,939、No.6,681,822、No.6,170,544、No.4,945,962、No.4,226,273和No.3,219,090以及欧洲专利公开0353006中描述的那些，这些公开的全部内容通过引用结合于此。
还已经建议了用于充气和非充气轮胎(包括工业轮胎)的各种装饰性设计，比如美国外观设计专利No.D201,238、D329,414、D401,896、D410,603、D455,996、D498,203、D499,065、D536,298和D548,681，这些外观设计专利的全部内容通过引用结合于此。这些装饰性设计没有解决对于改进功能的非充气轮胎的需求。
然而，仍然需要改进的非充气轮胎，尤其是用于大型越野车辆的非充气轮胎。
发明内容
在本发明的第一个方面，提供了一种非充气轮胎，包括：侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错；以及横向延伸的胎面槽，其与所述孔洞大致径向对准。在这些方面中，孔洞可由筋分开。在一个实施例中，提供了中心腹板。
在本发明的一个实施例中，胎面花纹中的每个胎面槽具有两个与轮胎的径向大致对准的壁。在本发明的另一个实施例中，每个胎面槽具有一个与轮胎的径向大致对准的壁以及一个相对于轮胎的径向成角度的壁。在另一实施例中，每个胎面槽具有两个相对于轮胎的径向成角度的壁。槽壁的对准(无论是对准的还是成角度的)在胎面槽区域中各个轮胎侧壁处形成。在成角度时，每个壁可相对于径向具有从5°至65°的角度，例如从10°至45°或从15°至35°的角度。在轮胎的侧壁处，所述角度在胎面槽壁的中点(即壁的在胎面表面的平面和胎面槽基部的平面之间的距离上相等的点)处相对于径向测量。
在本发明的第二个方面，提供了一种非充气轮胎，包括：侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错；以及横向延伸的胎面槽，其相对于所述孔洞大致偏移。在一个实施例中，提供了中心腹板。
在本发明的第三个方面，提供了一种非充气轮胎，包括：内圆周元件和外圆周元件；连接这些圆周元件的中心腹板；从两相对侧壁延伸至中心腹板并限定侧孔洞的筋，其中中心腹板的一侧上的筋相对于中心腹板的另一侧上的筋交错；以及横向延伸的胎面槽，其嵌在外圆周元件的外表面中并且从轮胎的各侧向内延伸，其中胎面槽相对于筋大致偏移。
在本发明的第四个方面，提供了一种非充气轮胎，包括：侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错，以及横向延伸的胎面槽，其相对于孔洞大致偏移。在这些方面中，孔洞可由筋分开。在一个实施例中，提供了中心腹板。
在本发明的第五个方面，提供了一种非充气轮胎，包括：侧筋，其相对于横向相对的侧筋交错；以及横向延伸的胎面槽，其与侧筋大致径向对准。在一个实施例中，提供了中心腹板。
在本发明的第六个方面，提供了一种非充气轮胎，包括：内圆周元件和外圆周元件；连接这些圆周元件的中心腹板；从两相对侧壁延伸至中心腹板并限定侧孔洞的筋，其中中心腹板的一侧上的筋相对于中心腹板的另一侧上的筋交错；以及横向延伸的胎面槽，其嵌在外圆周元件的外表面中并且从轮胎的各侧向内延伸，其中胎面槽与筋大致径向对准。
在一些实施例中，筋和/或孔洞径向地定向。在其它实施例中，筋和/或孔洞相对于径向成角度。
在本发明的一些实施例中，越野车辆包括根据本发明的这些方面和实施例的非充气轮胎。
在本发明的第七个方面，提供了一种制造非充气轮胎的工艺，包括：在45±20℃，例如从25℃至65℃或从40℃至55℃的温度下将聚胺酯预聚物混料与固化剂混合；以及通过将模具加热至125±25℃，例如从105℃至145℃或从110℃至130℃的温度来在模具中固化混合物。在一个实施例中，模具包括反逆孔洞以制造轮胎。这种轮胎包括：侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错；以及横向延伸的胎面槽，其与孔洞大致径向对准。
在本发明的第八个方面，提供了一种制造非充气轮胎的工艺，包括：在45±20℃，例如从25℃至65℃或从40℃至55℃的温度下将聚胺酯预聚物混料与固化剂混合；以及通过将模具加热至125±25℃，例如从105℃至145℃或从110℃至130℃的温度来在模具中固化混合物。在一个实施例中，模具包括反逆孔洞以制造轮胎。这种轮胎包括：侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错；以及横向延伸的胎面槽，其相对于侧孔洞大致偏移。
在一个实施例中，聚胺酯预聚物混料可包括多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的反应产品。在这些实施例中，固化剂可包括包含二氨基二苯基甲烷(MDA)-钠盐络合物的二胺固化剂。可选地，预聚物中自由MDI的量已经降低，例如基于预聚物混合物的总重量，降低为从0.1％至7.0％，例如从1.0％至5.0％的量。可选地，没有与钠盐络合的MDA的量小于从0.05％至2.0％，例如从0.1％至1.0％(基于固化剂的总重量)。
附图说明
本发明的前述和其它目标和优点从下面结合本发明非限制性优选实施例的附图进行的描述中将更加完全地显现，其中相同的标识在附图中涉及相同或类似的部件，并且其中：
图1A是根据本发明一个实施例构造的轮胎的侧视图，其中横向延伸的胎面槽与孔洞大致径向对准。
图1B是图1A所示轮胎的横截视图；
图1C是图1A所示轮胎的透视图；
图1D是图1A所示轮胎侧壁的细节侧视图；
图2A是根据本发明实施例具有相对于径向成角度的筋和孔洞的轮胎的侧视图。
图2B是图2A所示轮胎的横截视图；
图3A是根据本发明实施例具有与筋大致径向对准的横向延伸的胎面槽的轮胎的侧视图。
图3B是图3A所示轮胎的横截视图；
图4A是根据本发明一个实施例具有成角度胎面槽的轮胎的侧视图。
图4B是图4A所示轮胎的横截视图；
图4C是图4A所示轮胎的透视图；
图4D是图4A所示胎面槽的细节侧视图；
图4E是具有锥形基部的轮胎的横截视图；
图5A-5F是根据本发明一个或多个实施例构造的各种胎面槽的细节侧视图；
图6是根据本发明实施例构造的具有交替的成角度胎面槽的轮胎的细节侧视图；
图7是根据本发明实施例的与径向平面交叉的胎面花纹的正视图；
图8是根据本发明实施例的沿着径向平面具有连续印痕的胎面花纹的正视图；
图9是根据本发明实施例的轮胎模具的分解视图；
图10A是根据本发明实施例的模具的上半部的透视图；
图10B是根据本发明实施例的模具的下半部的透视图；
图10C是图10B所示下半部的正视图；并且
图10D是图10A、10B和10C所示闭合模具的侧视图。
具体实施方式
本发明的实施例涉及轮胎，并且更具体地涉及优选地能承载极端负荷的非充气轮胎。在一个实施例中，本发明涉及一种非充气轮胎，其具有：(a)侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错；以及(b)横向延伸的胎面槽，其与所述孔洞大致径向对准的。在另一个实施例中，本发明涉及一种非充气轮胎，其具有：(a)侧筋(其优选地限定上述孔洞)，其相对于横向相对的侧筋交错；以及(b)横向延伸的胎面槽，其相对于所述筋大致偏移。如这里所使用的，词语“横向”及其变化指的是与轮胎或轮胎轮圈的旋转轴线大致平行的方向。筋、侧孔洞和/或胎面槽可一起在相同模具中形成为结构上一体的筋、侧孔洞和/或胎面槽。根据实施例的轮胎理想地非常适合于越野(OTR)车辆和应用并且优选地能单独承受巨大的负载，例如大于5吨，大于30吨，或大于65吨。
根据本发明的一个实施例，轮胎中圆周上相邻的孔洞由从轮胎的侧部延伸至中心腹板的筋彼此间分开。类似于由筋限定的孔洞，筋自身优选地相对于横向相对的筋交错。筋可径向地定向，意味着筋相对于轮胎的旋转轴线沿径向延伸，或者可定向成相对于径向的一个或多个角度。在后一实施例中，所述角度优选地相对于径向小于60度，例如小于30度，小于20度，小于15度，或小于10度。就范围而言，筋角度可选地相对于径向从0至60度，例如从1至30度，或从5至25度。通常，角度越小，轮胎将能承受的负荷越大并且轮胎的寿命越长。对于特别重的负荷，筋优选地径向地定向，即相对于径向以0度定向。反过来，随着筋角度相对于径向增大，轮胎倾向于显示较大的可压缩性，这例如对于特别崎岖的地形而言是期望的。
在筋径向地定向的那些实施例中，孔洞优选地也径向地定向，如图1A所示，这意味着孔洞沿径向大致对准。孔洞与内圆周元件或环箍相邻的部分可小于孔洞与外圆周元件或环箍相邻的部分。在这个方面，孔洞的侧壁优选地沿径向大致对准，不过其它构造也是可能的。在其中筋相对于径向以一角度定向的那些实施例中，孔洞可类似地相对于径向以一角度定向。在各种可选实施例中，孔洞具有大致三角形、大致梯形、或大致平行四边形的形状，如图2A所示。
如上所述，轮胎优选地包括中心腹板。中心腹板优选地定向于垂直于旋转轴线(“中心轴线”)并且相对于轮胎的侧壁中心地定位的假想平面(“径向平面”)中。在一个方面，轮胎具有内圆周元件或环箍以及外圆周元件或环箍，并且中心腹板连接内圆周元件和外圆周元件，并且提供中心腹板的相邻两侧上的筋固定于其上的表面。因而，中心腹板在概念上将轮胎的一个横向侧上的筋和孔洞与轮胎另一横向侧上的筋和孔洞分开。也就是，中心腹板优选地分开横向相对的侧孔洞和横向相对的筋。中心腹板的存在已经显示为显著地增大轮胎的强度和轮胎的寿命。
胎面的具体形式或设计可以广泛地变化。如上所述，然而，胎面优选地包括相对于筋大致偏移的横向延伸的胎面槽。通过相对于筋“大致偏移”，这意味着横向延伸的胎面槽没有在筋与外圆周元件或环箍相遇的部分(例如壁)处大致重叠径向地位于下面的筋。因而，在其中筋并且因此孔洞相对于径向成角度的那些实施例中，在筋与外圆周元件或环箍相遇的壁处在槽没有大致重叠径向地位于下面的筋时，胎面槽视为相对于径向地位置下面的筋“偏移”，而不管筋与内圆周元件或环箍相连接之处的位置。
另外地或替代地，胎面可包括大致与孔洞对准的横向延伸的胎面槽。通过与筋“大致对准”，这意味着横向延伸的胎面槽在孔洞与外圆周元件或环箍相相连接的区域中与下面的孔洞大致径向对准。因而，在其中筋相对于径向成角度的那些实施例中，在孔洞与外圆周元件或环箍相连接的区域中如果槽大致重叠径向地位于下面的孔洞的话，胎面槽视为与孔洞“大致对准”，而不管孔洞与内圆周元件或环箍相连接之处的位置。当然，除了前述胎面槽之外，所采用的胎面可包括其它胎面特点。
由于，在一个实施例中，侧孔洞相对于横向相对的侧孔洞交错并且横向延伸的胎面槽相对于筋大致偏移(或与孔洞大致径向对准)，轮胎中，横向延伸的胎面槽的数目通常相应于孔洞的数目(也就是筋的数目)。在一些实施例中，可以具有每个都相对于孔洞对准的一个或多个胎面槽。孔洞数目与胎面槽数目的比值优选地范围从1∶1至4∶1或从1∶1至2∶1。类似地，筋数目与胎面槽数目的比值优选地范围从1∶1至4∶1或从1∶1至2∶1。
在其中胎面槽与孔洞大致径向对准和相对于筋偏移的这种第一构造中，可以降低剪切应力。与其中槽与同一侧壁上的筋对准的轮胎相比，降低率可以是大约5％至50％，例如10％至30％。FEA显示与其中槽与筋对准且相对于孔洞偏移的轮胎相比，应力分布的降低率是大约25％。
在本发明的第二实施例中，一种非充气轮胎，其具有：(a)侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错；以及(b)横向延伸的胎面槽，其相对于所述孔洞大致偏移。以另一种方式限定，在第二实施例中，本发明涉及一种非充气轮胎，其具有：(a)侧筋(其优选地限定上述孔洞)，相对于横向相对的侧筋交错；以及(b)横向延伸的胎面槽，其相对于所述筋大致径向对准。如上相对于第一实施例所述的，这个实施例的筋和/或孔洞可径向地定向或相对于径向成角度。第二实施例的一个优点在于，非充气轮胎可提供更安静更柔和的驾驶。
在本发明的第三实施例中，从一个侧壁延伸的胎面槽可与孔洞大致径向对准并且相对于该侧壁上的筋大致偏移，而从相对侧壁延伸的胎面槽可相对于相对横向侧上的孔洞大致偏移并且与该相对横向侧上的筋大致径向对准。这种构造中，从每个侧壁延伸的胎面槽可彼此横向地成一线并且没有在径向平面处重叠，或者，在替换构造中，可延伸过轮胎的整个横向宽度并且在两个侧壁处开口或终止。
可选地，每个横向延伸的胎面槽的宽度从胎面槽邻近轮胎侧壁的部分朝着轮胎的轴向平面(即中心线)减小。也就是，胎面槽可选地横向地延伸越过轮胎的宽度并且在轮胎肩部附近朝着一个侧壁开口。因而，胎面槽可呈现锐角三角形的形式，优选地等腰三角形的形式，并且三角形的最小角指向轮胎的径向平面。在一些其它方面中，胎面槽延伸越过轮胎的径向平面，在此情况下三角形的最小角可指向相对侧壁而非轮胎的径向平面。采用锐角三角形的胎面槽是特别期望的，以便于如下所述在制造工艺期间将轮胎从其模具中移除。
如上所述，在各个实施例中，本发明的轮胎可包括一种构造，该构造具有：(1)相对于筋大致偏移或与孔洞大致径向对准的横向延伸的胎面槽，(2)相对于孔洞大致偏移或与筋大致径向对准的横向延伸的胎面槽，或(3)两者的混合组合。胎面槽优选地模塑入(例如嵌入)外圆周元件或环箍以便为轮胎提供牵引。胎面槽优选地从轮胎的侧壁向内朝着轮胎的径向平面延伸。因而，在一些方面中，轮胎包括两组胎面槽：大致定向于轮胎径向平面的第一横向侧上的一组以及大致定向于轮胎径向平面的第二横向侧上的第二组。还预期，如上所述，一些或所有胎面槽可延伸(可选地稍微延伸)越过轮胎的径向平面至轮胎的另一横向侧。因而，在一些实施例中，任一组的胎面槽的任何部分都不在圆周方向上与另一组胎面槽中的胎面槽重叠。在其它实施例中，一组胎面槽中的至少一些部分的胎面槽在圆周方向上与第二组胎面槽中的胎面槽重叠，并且反之亦然。
如上所述，在一个实施例中，每个侧壁中的孔洞相对于相对侧壁上的孔洞大致交错或偏移。中心腹板优选地将每个侧壁的孔洞与相对侧壁上的孔洞分开。孔洞优选地从侧壁相对于侧壁的平面大致垂直地(例如，优选地在大致横向上延伸)朝着中心腹板(即朝着轴向平面)延伸。在另一个方面中，孔洞相对于横向以一角度从侧壁朝着中心腹板延伸。在后一方面，为了在轮胎制造期间便于模具移除，每个孔洞的横截面积优选地沿从侧壁朝着中心腹板的方向降低。在一个实施例中，大致交错的孔洞是如此的，即两相对侧壁上的横向相对的孔洞的几何中心不是彼此重合。
如上所述，轮胎具有多个分开孔洞并在内圆周元件或环箍和外圆周元件或环箍之间延伸的筋。内环箍优选地可安装在轮毂上并且外环箍其外表面上包括轮胎胎面(其包括胎面槽)。应当理解到，内环箍和外环箍包括由相同材料一体地形成的单体结构。
上述实施例的轮胎构造特别适用于具有直径为至少80英寸(203厘米)，例如至少110英寸(279厘米)或至少140英寸(356厘米)的轮圈的轮胎，比如用于越野(OTR)车辆的轮胎，不过轮胎也可用于具有较小直径的轮圈上。在其中筋相对于侧向相对的筋交错并且相对的侧孔洞由中心腹板分开的实施例中，筋和中心腹板之间存在有利的关系。孔洞、筋和槽之间的协同增大了翘曲偏转，因而允许轮胎的部分更大地偏转和承载比期望更大的负荷。在一些实施例中，这些实施例的轮胎能支撑工作重量高达380至460吨的OTR车辆。另外的好处在于，增大的轮胎强度可允许给定负荷下轮胎材料的减少，这降低了轮胎重量且使材料效率最大化。而且，轮胎中提高的强度提供了相对于常规充气和非充气轮胎而言增大的轮胎寿命。在一个实施例中，中心腹板的宽度小于每个筋的宽度。
实施例的轮胎优选地是非充气的，这意味着轮胎由无需充气以便工作的实心材料制成。非充气轮胎没有与充气轮胎相关的轮胎故障、鼓包或穿刺相关的危险。非充气轮胎的另一好处在于，在轮胎故障时，轮胎可以继续驱动，因此车辆(例如OTR车辆)能移动到维修地点，而无需昂贵或耗时的拖曳。
非充气轮胎的适合材料包括弹性体材料，比如美国专利No.4,832,098、美国专利No.4,934,425、美国专利No.4,921,029、美国专利No.4,784,201、美国专利No.5,605,657和2001年8月2日申请的美国专利申请No.09/919,994中描述的那些，这些文献的全部内容通过引用结合于此。一种示例性的材料可以是包括由二异氰酸盐形成的预聚物的聚胺酯弹性体，二异氰酸盐例如为二苯基甲烷二异氰酸盐(MDI)、甲苯二异氰酸盐(TDI)、对苯二异氰酸盐(PPDI)、1，6-己烷二异氰酸盐(HDI)、异佛乐酮二异氰酸盐(IPDI)、3，3`-二甲基联苯二异氰酸盐(TODI)、1，4-环己基二异氰酸盐(CHDI)、萘-1，5-二异氰酸盐(NDI)、亚甲基(p-环己基二异氰酸盐)(H12MDI)等，以及多元醇，例如聚巳酸内酯、聚酯、聚(己二酸酯)乙二醇、聚(六甲撑己二酸酯)乙二醇、聚(乙烯己二酸酯)乙二醇、聚(乙烯/丙烯己二酸酯)乙二醇、聚(氧化丙烯)-聚(氧化丙烯)乙二醇、聚(三羟甲基丙烷/六甲撑己二酸酯)乙二醇、聚(乙烯/丁烯己二酸酯)乙二醇、聚(丁烯己二酸酯)乙二醇、聚(六甲撑/新戊烷己二酸酯)乙二醇、聚(丁烯/六甲撑己二酸酯)乙二醇(PBHAG)、聚(新戊烷己二酸酯)乙二醇、聚(四亚甲基醚己二酸酯)乙二醇(PTMEG)、聚醚、聚烷撑醚多元醇等，其用多元醇或二胺固化剂固化，固化剂比如是4，4′-亚甲基-双(2-氯苯胺)(MBCA)、4，4′-亚甲基-双(3-氯-2，6-二乙苯胺(MCDEA)、二乙基甲苯二胺(DETDA；Albemarle公司的EthacureTM 100)、叔丁基甲苯二胺(TBTDA)、二甲巯基-甲苯二胺(Albemarle公司的EthacureTM 300)、环丙烷乙二醇二-p-氨基-苯甲酸盐(Chemtura公司的Vibracure TM A157或Air Products andChemicals公司的Versalink TM740M)、亚甲基双(邻苯胺)(MOCA)、亚甲基双(二乙基苯胺)(MDEA)、亚甲基二苯胺(MDA)、MDA-氯化钠络合物(Chemtura公司的CayturTM 21和31)、异丁基3，5-二氨基-4-氯苯甲酸乙酯(Bayer MaterialScience的BaytecTM 1604)、乙烯乙二醇、二乙二醇、二丙(撑)二醇、新戊二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、对苯二酚-双-羟基乙基醚(HQEE)、环己烷二甲醇(CHDM)等。优选地，基于预聚物混合物的总重量，预聚物混料具有从0.1％至7.0％重量的低自由二异氰酸盐含量，例如从1.0％至5.0％重量或从2.5％至3.5％重量。适合于非充气轮胎的示例性弹性体材料包括聚胺酯，比如由市场上可购得的AdipreneTM聚胺酯预聚物和Chemtura公司的CayturTM二胺固化剂形成的那些、嵌段共聚多酯，比如DuPont公司的Hytrel 5556、反应喷射模塑材料、以及尼龙的成块共聚物，比如Monsanto化学公司的Nyrim。在本公开中，聚胺酯指的是具有尿烷内聚的聚合物(源自于异氰酸盐组和氢氧基组)以及可选地，还具有尿素内聚的聚合物(源自于异氰酸盐组和胺组)。这些聚胺酯弹性体的例子在美国专利No.5,077,371、No.5,703,193和No.6,723,771以及2007年2月5日申请的美国专利申请No.11/702,787中公开，这些文献的全部内容通过引用结合于此。
在一个优选实施例中，弹性体材料包括温度解块的聚胺酯弹性体。这种聚胺酯弹性体可包括由多元醇(例如，聚巳酸内酯、聚酯、聚(己二酸)乙二醇、PBHAG、PTMEG等)形成的聚胺酯预聚物和MDI或NDI的混合物，基于预聚物混合物的总重量，MDI或NDI优选地具有从0.1％至7.0％，例如从1.0％至5.0％的低自由MDI或NDI含量；以及基于固化剂的总重量，具有从0.05％至2.0％，例如从0.1％至1.0％的低自由MDA含量的固化剂。这种优选的聚胺酯系统在美国专利公开No.2003/0065124中公开，该文献的全部内容通过引用结合于此。适合的低自由MDI聚胺酯预聚物包括均由Chemtura公司生产的ADIPRENETM LFM 2450、ADIPRENETM LFM 2400、ADIPRENETM LFM 1350、ADIPRENETM LFM 1250、ADIPREN ETMLFM 500以及VibrathaneTM 8030。适合的低自由MDA固化剂包括均由Chemtura公司生产的CayturTM 21、CayturTM 21-DA、CayturTM31、CayturTM 31-DA。
优选地，弹性体材料是异氰酸盐、多元醇和固化剂的反应产品，并且不是起泡剂，例如弹性体材料是不气泡的聚胺酯材料。
而且在一个实施例中，轮胎专门由上述弹性体材料形成并且没有内部金属部件，比如金属带、金属线、或金属增强物，和/或没有橡胶部件，比如橡胶胎面。
非限制性的图1A、1B、1C和1D示出根据本发明一个实施例的轮胎。如图所示，孔洞112相对于示例性轮胎100的中心轴线沿径向延伸。轮胎100可安装至未示出的将处于中心区域102的轮圈。
在本发明的实施例中，轮胎100优选地可移除地安装至中心区域102中的轮圈。在一个实施例中，轮胎100模塑或用粘合剂或粘合剂粘着至安装环，例如金属安装环，其可滑动地啮合轮圈。适合的安装环包括2008年2月25日申请的名称为“轮胎和轮胎轮圈组件”的同样未决的美国序列号No.12/036,951中描述的那些，该申请的全部内容通过引用结合于此。在一个实施例中，轮胎100模塑到或粘着至轮圈，而不使用安装环。在另一个实施例中，轮胎100被压到轮圈上，这在安装时形成干涉配合，使得轮胎和轮圈之间的摩擦将轮胎保持在位。在一个实施例中，干涉配合可通过利用火炬或煤气炉加热轮圈和带并在它们处于热膨胀自由滑动状态下时将装配就位来形成。在冷却时，这两个部件都收缩返回至其以前尺寸，除了由于轮圈和带干涉所引起的压缩之外。在另一个实施例中，利用压力机或千斤顶将轮胎的带压到轮圈上以形成干涉配合。本领域技术人员应当理解到，在不偏离本发明的范围之下，轮胎100可以使用很多其它方法安装至轮圈。
轮胎100包括胎面花纹104，在如上所述的第一构造中其具有多个胎面槽106和胎面印痕108。应当理解到，在其它实施例中，轮胎100可包括如上所述的第二或第三构造。胎面印痕108是胎面花纹104与地面或其它类似表面相接触的部分。应当易于理解到，轮胎花纹104围绕轮胎100的外圆周连续，不过轮胎100的相反两侧优选地包括分开的成组的胎面槽，其大致相对彼此偏移，如上所述。轮胎100还包括两个侧壁110、111，每个具有多个由筋114分开的交错孔洞112。孔洞112从垂直于侧壁110、110的平面朝着径向平面或中心线116延伸。中心腹板118围绕径向平面116定向。孔洞112由内圆周元件或环箍120与轮圈区域102分开并且由外圆周元件或环箍122与胎面花纹104分开。孔洞112、筋114、中心腹板118和胎面槽106在相同模具中模塑并且结构上是一体的。轮胎100没有金属带或增强元件。
如图所示，每个胎面槽106横向地延伸越过轮胎100的一部分宽度并且在胎面花纹104邻近每个侧壁110、111的肩部区域附近具有开口128。在第一构造中，胎面槽106相对于筋114大致偏移，但是与处于其同一侧壁110上的孔洞112大致径向对准，例如径向重叠。胎面槽106如图1C所示沿着胎面花纹104交替。如图所示，胎面槽106从轮胎100的肩部延伸进入而没有弯曲或相对于横向成角度，如图1C所示。
如图1A所示，孔洞112和筋114相对于轮胎100的中心轴线沿径向延伸。如这里所使用的，径向地或径向的指的是与从轮胎100的中心轴线延伸的方向成一线。如图所示，径向孔洞112具有大致椭圆形或梯形形状并且最靠近轮圈102的筋114之间的距离小于最靠近胎面花纹104的相同筋114之间的距离，不过也可采用其它几何形状，如上所述。
在图1B所示的实施例中，每个孔洞112由内圆周元件或环箍120、外圆周元件或环箍122和两相邻筋114限定。如图所示，交错的孔洞112从具有大致直壁的侧壁110的平面垂直地向内延伸以使得孔洞112的开口面积接近腹板118上的孔洞的面积。在其它实施例中，孔洞的壁可以是成角度的或设计有倒角，在此情况下筋在侧壁处的横截面积将小于筋在其与中心腹板相遇处的横截面积。后一实施例是期望的，以利于如上所述在制造期间轮胎从模具中移除。
侧壁110、111上的交错孔洞112朝着中心腹板118延伸入轮胎100。在侧壁111上，孔洞112相对于中心腹板118另一侧上的孔洞112交错或偏移，以使得侧壁110上的筋114与相对侧壁111上的孔洞112横向对准，并且反之亦然。孔洞112的这种交错降低了制造期间模具中使用的材料的量同时维持轮胎期望的强度、耐用性和寿命特性。孔洞112、筋114和槽106的构造一起用来强化中心腹板118和整个轮胎100。
图1D是具有胎面槽106的轮胎100的细节侧视图。胎面槽106包括基部130、第一壁132和第二壁134。第一和第二壁在整个说明书中用来便于区分槽106的壁。第一壁132和第二壁134由闭合壁138连接，如图1B和1C所示。如图1D所示，第一壁132和第二壁134沿径向对准并且相对于径向没有大致成角度。在这种实施例中，当基部130平行于地面时，第一壁132和第二壁134大致垂直于地面。换言之，第一壁132和第二壁134是大致直线的并且大致彼此平行，即U形。
在图1A-1D的实施例中，孔洞112和胎面槽106相对彼此径向地对准并且如下形成花纹。在一个侧壁110上，筋114与相应的印痕108大致径向对准，而在相对侧壁111上，孔洞112与胎面槽106大致径向对准。胎面花纹104和侧壁110、111之间的这种交替模式在轮胎100的整个圆周上重复。
孔洞112、筋114和槽106的数目可根据轮胎100的构造而变化。轮胎可在每个侧壁上具有例如10至80个孔洞，或更优选地25至60个孔洞(在整个轮胎上是这个数目的两倍)。轮胎可类似地在每个侧壁上具有例如10至80个筋，或更优选地25至60个筋(在整个轮胎上是这个数目的两倍)。轮胎可选地还可每个侧壁上具有0至320个胎面槽，或更优选地40至120个胎面槽(在整个轮胎上是这个数目的两倍)。具有0个槽的实施例可称为没有胎面花纹的光面轮胎。在一个实施例中，轮胎具有相同数目的孔洞、筋和槽。在另一个实施例中，对于每个槽都具有相应的孔洞，并且筋将每个孔洞分开。
轮胎100的尺寸可受到各种设计参数的影响，比如接地压力(牵引)、竖向弹簧刚度(驾驶)、转向力(操纵)、总体偏转、材料体积以及轮胎重量。如图1B和1D所示，轮胎100可具有表1中提供的尺寸。
表1-轮胎尺寸
Figure GSB00000339259000161
对于一些尺寸，上述范围表示最大值，比如Cw和Rt，因为孔洞112和筋114可从外环箍122至内环箍120变窄。而且TGw1和TGw2可随着胎面槽104靠近闭合壁138变窄。而且，TGd可随着胎面槽104靠近闭合壁138变窄。应当理解到，SWh可等于Ch+IHh+OHh+TGd，并且TW可等于2(Cd)+Wt或TGl+TFl。
在一个实施例中，OHh比IHh大1.5-6倍，例如2-4倍，或2.5-3.5倍。在另一实施例中，OHh+TGd比IHh大1.5-6倍，例如2-4倍，或2.5-3.5倍。在这些实施例中，轮胎将在胎面附近而非轮圈附近具有轮胎的较厚部分，这可增大轮胎的工作寿命。这允许轮胎的胎面部分的磨损而不磨损轮胎的孔洞/筋部分。
除了表1所示的尺寸外，轮胎100具有范围从25英寸(64厘米)至190英寸(483厘米)的外直径，例如从60英寸(152厘米)至159英寸(404厘米)或从63英寸(160厘米)至100英寸(254厘米)的外直径。内直径的范围可从20英寸(51厘米)至140英寸(356厘米)，例如从30英寸(76厘米)至119英寸(279厘米)或从40英寸(102厘米)至80英寸(203厘米)。应当理解到，本发明的各个实施例的轮胎可用于具有类似尺寸的相同车辆上。
在本发明的另一实施例中，交错的孔洞相对于径向成角度，如图2A和2B的示例性轮胎200所示。类似于图1A-1D，轮胎200包括轮圈202(未示出)、胎面花纹204、胎面槽206、胎面印痕208、侧壁210,211、孔洞212、筋214、腹板218、内圆周元件或环箍220和外圆周元件或环箍222。腹板218沿着轮胎200的径向平面或中心线216延伸并且分开每个侧壁210、211上的孔洞212。不同于图1A-1D中的孔洞112，图2A和2B中的孔洞212相对于径向偏移角度θ，如上所述。改变相对于径向的角度θ就有效地改变轮胎200的弹簧刚度。
在图2A中，每个侧壁210、211上的孔洞212如美国专利No.4,832,098、美国专利No.4,934,425、美国专利No.4,921,029和美国专利No.4,784,201所示定位于相反的偏移方向上，这些专利的全部内容通过引用结合于此。
如上所述，为了本说明书的缘故，相对于径向成角度的筋214视为与胎面槽206大致径向对准，如果筋在其邻近外圆周元件222的位置处与胎面槽径向对准的话。如图所示，在筋214邻近外圆周元件或环箍222的位置处，具有胎面槽206，并且轮胎200的筋214视为与胎面槽206大致径向对准。在这个位置处的相对侧壁211上，筋214将与相对的孔洞212横向对准。相反，在相对的侧壁211上，孔洞212将在孔洞212邻近外圆周元件或环箍222处相对于槽对准。这种构造在轮胎的整个圆周上重复。另一方面，未示出，成角度的筋可相对于胎面槽大致偏移(例如，孔洞可与胎面槽大致径向对准)。
在一个实施例中，轮胎是实心的并且具有包括一起形成且由相同成分制成的轮胎和胎面的单体(即一体)结构。单体结构构造为使得腹板和筋结构提供在工作期间随着轮胎旋转由于轮胎的压缩而具有大致均匀变形的负荷承载结构。腹板、筋和环箍的厚度如此设置，使得在工作期间轮胎基本上没有侧壁鼓包。另外，轮胎可在正常操作期间由于压缩而在没有翘曲的情况下变形，但是轮胎构造成，在轮胎越过地面上的凸起时允许个别或几个筋翘曲。这里使用的词语“翘曲”定义为由于超过一定临界负荷值的压缩负荷的结果产生的相对突然且基础的变形。另外，相对于常规实心非充气轮胎而言，本发明的轮胎(尤其是具有径向定向的筋的那些)倾向于显示出对道路危害改进的包容性，因为这种翘曲行为使得对车辆的冲击力降低。然而，对于一些工作环境，比如矿山，轮胎的翘曲不足以抑制障碍物卡入轮胎。一旦障碍物卡入，障碍物会撕裂或毁坏轮胎，因而降低轮胎的工作寿命。为了克服这个问题，本发明的一个实施例，除了轮胎的翘曲性质之外，提供了如下所述的成角度胎面槽。
根据本发明一些实施例构造的轮胎在压力和负荷突然变化之下变形但基本上立即返回至其圆筒形的能力要求轮胎在正常工作但局部翘曲以吸收突出物体的突然冲击或地表面不规则性期间承受10％至30％(例如15％至20％)的最大应变。正是这个源自于弹性体的独特构造的未料想的能力使得轮胎具有适合于OTR车辆的操纵和驾驶特性。
非限制性的图3A和3B示出根据本发明第二实施例的示例性轮胎。轮胎300包括中心区域302、胎面花纹304、胎面槽306、胎面印痕308、侧壁310，311、孔洞312、筋314、围绕径向平面或中心线316定向的中心腹板318、内圆周元件或环箍320以及外圆周元件或环箍322。在第二构造中，孔洞312和胎面槽306相对于彼此径向地偏移并且如下形成花纹。在一个侧壁310上，筋314与相应的槽306大致径向对准，而在相对的侧壁311上，孔洞312与胎面印痕308大致径向对准。胎面花纹304和侧壁310、311之间的这种交替模式在轮胎300的整个圆周上重复。如图所示，类似于图1A，孔洞312相对于示例性轮胎300的中心轴线沿径向延伸。
在一个实施例中，每个胎面槽具有相对于径向从5°至65°的角度，例如从10°至45°或从15°至35°的角度。不管对准的或成角度的构造，在胎面槽的区域中在各个轮胎侧壁处建立槽壁的对准。在轮胎的侧壁处，角度相对于径向在胎面槽壁的中点(即壁的在胎面表面平面和胎面槽基部平面之间的距离相等的点)处测量。“角度”意思是角度的绝对值。在一个实施例中，角度是“开口”角度，意思是角度从基部向外并且远离相对胎面壁地延伸，如下在图4A-4D和图5A-5F所示和所述。换言之，具有开口角度的槽壁在轮胎的侧壁处将具有比胎面槽基部处的宽度要宽的胎面槽宽度。例如，当两个壁都是开口角度时，槽的横截面积优选地为大致梯形。
本发明实施例的成角度胎面槽壁对由于卡入障碍物引起的撕裂有着改进的抵抗力，因为成角度胎面槽壁抑制这种障碍物卡入。这些障碍物通常包括松散地处于地面上的物体并且包括但不限于碎片、石子、木头、板材、金属屑、负荷溢出物、混凝土块等。这些障碍物经常在其中OTR车辆进行商业性工作的典型环境例如矿山中发现。
在本发明的另一个方面，提供了一种胎面槽406，其如图4A-4D所示具有成角度第一壁432和成角度第二壁434。轮胎400包括中心区域402、胎面花纹404、胎面槽406、胎面印痕408、侧壁410，411、孔洞412、筋414、围绕径向平面或中心线416定向的中心腹板418、内圆周元件或环箍420以及外圆周元件或环箍422。胎面槽406具有朝向相应侧壁410的开口428并且具有基部430、第一壁32、第二壁434和闭合壁438。
如图4A-4D所示，每个壁432和434的角度是从胎面槽基部430向外延伸的开口角度。而且，壁432和434在壁的邻近胎面表面和基部的部分处是倒圆的。而且在图4D中，胎面槽406还包括唇部440，其是将侧壁410连接至胎面槽406的平滑倒圆区域。在一个实施例中，第一壁32、第二壁434、闭合壁438或者所有壁具有将胎面印痕408与胎面槽406相连接的平滑倒圆区域。
图4A-4D中的轮胎400示出为具有与图1A-1D相同的槽406/孔洞412对准。然而，与图1A-1D不同，胎面槽406具有相对彼此大致非平行且相对于径向450成角度(在图4D中示出为σ1和σ2)的壁432和434。在一个实施例中，σ1是从5°至65°的开口角度，例如从10°至45°或从15°至35°。在一个实施例中，σ2是从5°至65°的开口角度，例如从10°至45°或从15°至35°。在另一实施例中，σ1和σ2开口角度的绝对值大约相等并且更优选地σ1和σ2都是相对于径向为大约15°。如上所述，角度从槽壁的中点测量并且在轮胎的侧壁处建立。在具有成角度壁的实施例中，当基部430平行于地面时，第一壁432和第二壁434基本上不垂直于地面，即V形。
在一个实施例中，基部430是大致平坦的，例如胎面槽深度从侧壁410朝着闭合壁438的底部的改变不超过7％，例如不超过5％或不超过3％。而且基部430的宽度从侧壁410朝着闭合壁438变窄，并且基部430可具有大致三角形形状。在一个可选实施例中，如图4E所示，基部430从闭合壁438在腹板418上方的底部至侧壁410上的开口428渐缩。在这种可选实施例中，闭合壁438与基部430相遇之处和基部430与侧壁410相遇之处之间的深度差至少为2.5厘米(1英寸)，例如至少5厘米(2英寸)或至少7.5厘米(3英寸)。例如，基部430的深度在侧壁410处可以是7.5厘米(3英寸)并且在闭合壁438的底部处可以是5厘米(2英寸)。
如图4D所示，胎面槽406与孔洞412对准，以使得胎面槽406在最外表面处的宽度接近孔洞412的宽度。而且，基部430也与孔洞412对准，并且其宽度小于胎面槽412在最外表面处的宽度。这两个宽度都从侧壁410朝着闭合壁438减小。
在一个实施例中，轮胎400用于在矿山(比如露天矿山或地下矿山，例如金矿、铂矿、钻石矿、铜矿、煤矿等)工作的OTR车辆上。这些矿山可能在地面上具有一些会卡入OTR车辆的轮胎从而引起轮胎撕裂并降低轮胎工作寿命的障碍物。图4A-4D所示轮胎400的一个优点在于，成角度壁降低这些障碍物卡入轮胎400的倾向。而且，在轮胎400遇到障碍物时，成角度胎面槽壁会抑制障碍物的卡入和/或可倾向于比直胎面槽壁更容易且更快速地逐出任何障碍物。例如，当轮胎400在地面上滚动时，相比如图1A-1D所示的直壁而言，石子倾向于非常易于从图4A-4D所示的成角度壁逐出。这样，成角度壁抑制障碍物卡入并且因而可改进轮胎400的工作寿命和降低轮胎上由于障碍物引起的磨损和撕裂。
图5A-5F是根据本发明一个或多个实施例的轮胎500的各种成角度槽壁532和534。如图5A-5F所示，壁的角度从中点562测量，中点562是沿着壁在胎面表面平面和基部平面之间等距的点。在图5A中，壁532和534在平面560内并且限定角度σ。在轮胎500的侧壁处，角度σ相对于径向平面550在壁534的中点562处测量。在图5A中，每个壁532、534以硬角(hard corner)与胎面504的表面和基部530相遇以形成非倒圆或平滑的陡角。图5B类似于图5A，除了基部530是连接壁532和534的硬角之外。在图5C中，每个壁532、534在胎面504的表面附近是倒圆的，但是在基部540附近具有硬角。图5D示出与图5C相反的壁532和534，并且壁532和534在胎面504的表面附近具有硬角并且在基部530附近是倒圆的。在图5E中，壁532和534在胎面504的表面和基部530附近都是倒圆的。图5E中的中点562可在壁532和534的拐点附近。在图5E中，壁532和534的每个大致位于由所述角度形成的平面560外面。在图5F中，仅壁534是成角度的，而壁532与轮胎500的径向平面对准。壁534尽管示出为具有类似于图5A的槽壁，但是其可具有图5B-5E所示的任何成角度槽壁。在其它实施例中，胎面槽可包括具有图5A-5F所示壁的任何组合。
在一个实施例中，可以是具有直壁和成角度壁的胎面槽的组合，如图6所示。图6中的轮胎600示出为在侧壁610上具有孔洞612、612`和筋614。孔洞612与胎面槽606对准并且由外环箍622与胎面槽606分开。孔洞612`与胎面槽606`对准并且由外环箍622与胎面槽606`分开。胎面604包括胎面印痕608以及胎面槽606、606`。胎面槽606包括基部630、第一壁632和第二壁634。胎面槽606具有直壁632和634。胎面槽606`包括基部630`、第一壁632`和第二壁634`。胎面槽606`具有如在整个说明书中限定的相对于径向平面650的成角度壁632`和634`。胎面槽606和606`可围绕胎面表面604的整个圆周交替。还应当理解到，本发明的实施例还可预期，如图6所示交替胎面槽的组合可以是如此的，即一个侧壁上的所有胎面槽开口具有成角度壁而相对的胎面槽具有直壁。
图2A和3A所示孔洞/槽的构造还可与图1D、图4D、图5A-5F和图6所示的成角度胎面槽相组合。
实施例的轮胎组件可支撑9,000千克至91,000千克/轮胎(大约20,000磅至200,000磅/轮胎)，例如18,000千克至68,000千克/轮胎或27,200千克至45,400千克/轮胎。而且，这些轮胎可在车辆以5至100公里/小时(大约2至60英里/小时)(例如10至65公里/小时或30至50公里/小时)的速度行进时支撑这些重量。而且，这些轮胎具有在采矿状况下至少500小时的工作寿命(例如轮胎寿命)，例如至少750小时或至少1,000小时的寿命。在一个实施例中，具有如图4A-4D、5A-5F和6所示成角度壁的轮胎可具有从500至15,000小时的增大工作寿命，例如750至8,000小时或1,000至3,000小时的寿命。具有这种工作寿命的轮胎特别有益于OTR采矿车辆。
在一个实施例中，胎面连同侧壁一起使用相同的材料和模具形成。在其它实施例中，橡胶胎面可添加至轮胎。本发明的实施例可与如图7-8所示的各种胎面花纹一起使用。图7是根据本发明一个实施例具有胎面花纹702的轮胎700的正视图。每个胎面槽704从肩部706延伸并且跨过径向平面808。在这种实施例中，胎面槽704从与径向平面708共线地定位的腹板(未示出)移除一些材料。即使腹板具有较少的材料，但是槽704相对于侧壁孔洞的重叠位置(如图1C所示)出乎意料地为轮胎700提供足够的强度并且降低胎面上的应力和应变分布。
图8是根据本发明另一实施例具有胎面花纹802的轮胎800的正视图。如所示，每个胎面槽804从肩部806延伸并且尚未达到径向平面808就终止。中心腹板(未示出)与径向平面808共线地定位并且通过连续印痕810接触地面。
在一个实施例中，轮胎胎面可将延伸经过径向平面的槽与没有延伸经过径向平面的槽相组合。
在图7和8中，胎面槽704、804具有类似的形状并且围绕轮胎700、800的外圆周间隔。图7和8的任一胎面花纹可具有如图1D所示的直胎面槽、如图5A-5F所示的成角度胎面槽、图6所示的交替花纹，并且胎面槽的形状可包括U形槽、V形槽、矩形槽等。在一个实施例中，槽可具有平坦底部和锥形侧部，在槽的端部具有弯曲度。在另一实施例中，胎面槽可具有向上渐缩直到槽端部的底部以及锥形侧部。各种其它适合的形状包括允许用来制造轮胎的模具易于移除的那些形状。
实施例的轮胎可使用以下工艺和图10所示的示例性模具组件1000制造。当然，其它工艺和模具设计也可用来形成本发明的轮胎，并且下面提供的工艺仅是示例性的。根据本发明实施例的工艺用于模塑外直径大约为25英寸(64厘米)至190英寸(483厘米)的轮胎并且因而需要数吨原材料或树脂。如上所述，优选的聚胺酯弹性体可包括较低自由MDI聚胺酯预聚物和较低自由MDA固化剂。
工艺可分为两个装料阶段(用于混合物中的每种材料)以及一个模塑阶段。在第一装料阶段，一桶包含低自由MDI聚胺酯预聚物在使用之前在50±20℃的温度下熔化至少18个小时。注意到，虽然为了清楚的缘故描述了一桶，但是根据要生产的轮胎的尺寸和鼓的尺寸，可以使用多桶。在熔化预聚物时，该桶低自由MDA固化剂置于转筒上至少12个小时。另外，模具加热至50±20℃。一旦该桶低自由MDI聚胺酯预聚物被熔化，将聚胺酯预聚物泵送入混合容器。低自由MDI聚胺酯预聚物被泵送入混合容器以使得最少地暴露于空气。优选地，混合容器具有大约50毫巴或更低的绝对压力。真空压力在将低自由MDI聚胺酯预聚物泵送入混合容器时可能需要恢复。一旦完成第一装料阶段，将20毫巴或更小的压力施加至混合容器并且可允许低自由MDI聚胺酯预聚物维持不变直到基本上所有起泡已经停止，例如大约30分钟。
接着，第二装料阶段的低自由MDA固化剂加入混合容器。在这个阶段中，混合容器的搅拌器应当工作以抑制低自由MDA固化剂的不适当装料。在一个实施例中，搅拌器应当以50转/分或更大的速度工作。低自由MDA固化剂的不适当装料会显示为产品中的永久性白斑。低自由MDA固化剂在与第一阶段类似的压力下以大约4千克/分的速度加入混合容器。混合容器的温度在第二阶段期间应当为大约45±20℃。一旦完成第二装料阶段，将20毫巴或更小的压力施加至混合容器并且可允许低自由MDI聚胺酯预聚物和低自由MDA固化剂的混合物在真空和搅拌之下脱气直到基本上所有起泡已经停止，例如大约1小时。在一个实施例中，混合形成了低自由MDA固化剂和低自由MDI聚胺酯的混合物。在本发明的一个实施例中，有利的是在浇注入模具之前在没有固化混合物之下实现混合物的最大温度。
在装料步骤之后，将混合物浇注入保持低温比如大约45±20℃(即没有预热)的模具。在一些实施例中，释放剂和粘结剂可在加入混合物之前施加于模具的不同部分。搅拌器关闭并且混合物在加入模具之前进行过滤。一旦模具完全填满，模具组件的半部和/或板闭合和夹持在一起。模具温度升高至125±25℃大约16至24小时以完全固化材料。然后打开模具并释放轮胎。替代地，轮胎根据厚度可在125±25C下大约4-8小时后从模具移除并且在模具外面在这个温度下二次固化。
各种模具可用来制造本发明的轮胎。在图9中示出了制造具有侧壁孔洞的轮胎的模具900。在图10A-10D中，示出了形成具有结构一体的筋、侧壁孔洞和轮胎胎面槽的轮胎的模具900。在图9中，模具组件900包括两个半部902、904。每个半部902、904具有与轮胎的孔洞相应的反逆或反面凸起906。每个半部902、904优选地由硬化钢、预硬化钢、铝和/或铍铜合金制成。每个半部902、904可具有加热系统(未示出)，比如护套，其定位于模具组件900的外面。为了清楚起见，半部902将称为上半部并且半部904将称为下半部。在上半部902和下半部904的外圆周上是胎面板908。胎面板908可具有与胎面花纹相应的一系列孔洞。替代地，胎面可由在任一或两个半部902、904上的凸起(未示出)形成。在内圆周上具有轮圈板910，其具有上密封环912和下密封环914。在组配时，胎面板908和轮圈板910防止上半部902和下半部904的凸起906被接触到。在孔洞之间的空间中，腹板在模具中形成。各种夹具可用来在固化混合物时将模具组件900保持在一起。槽可加入由模具900形成的轮胎或者模具900可形成光面轮胎。
图10A-10D中的模具1000可用来制造外直径为140.5英寸(356.9厘米)的轮胎。在图10A-10D中，模具1000包括四个板1002、1004、1006、1008。板1002和1004用螺栓(未示出)紧固在一起以形成顶部半部1010，而板1006和1008用螺栓(未示出)紧固在一起以形成底部半部1012。一个或多个垫圈(未示出)(比如O环)可设在板1002和1004以及板1006和1008之间的机械接合部上。在其它实施例中，板1002和1004以及板1006和1008可使用其它机械紧固件附接或焊接在一起。如图10A所示，半部1010包括多个与轮胎的孔洞相对应的从基部1016延伸的反逆或反面孔洞凸起1014，以及多个从外保持壁1020延伸的反逆或反面槽凸起1018。半部1010还包括由托架1024和支架1026固定至半部1010的内保持壁1022。具有支架1030的结合带1028设在内保持壁1022的内圆周上。如图10B所示，半部1012包括多个与轮胎的孔洞相对应的从基部1034延伸的反逆或反面孔洞凸起1032，以及多个从外保持壁1038延伸的反逆或反面槽凸起1036。槽凸起1046可具有能产生图1D中直壁胎面槽、图4D或图5A-5F中的成角度壁或图6所示交替花纹的多种形状。
当如图10C和10D所示半部1010和1012配合以形成闭合模具1000时，外保持壁1020的边缘1040抵靠外保持壁1038的边缘1042。一个或多个垫圈(未示出)(比如O环)可沿着边缘1040、1042或两者设置。另外，外保持壁1038上的一个或多个凸形配合元件1044与外保持壁1020上的一个或多个凹形配合元件1046对准并啮合。元件1044和元件1046之间的配合连接是可释放的互连配合。
半部1010和1012由半部1010上的与半部1012上的连接梁1052相啮合的一个或多个支撑梁1050紧固。支撑梁1050包括管1054和弹簧1056。连接梁1052包括具有螺纹端1060和螺栓端1062的销1058。每个销1058插入穿过相应的管1054以使得弹簧1056被压缩并且螺纹端1060在支撑梁1050上方露出。螺栓1064或类似的紧固盖帽紧固至螺纹端1060。半部1010和1012可由螺栓1064夹紧并且通过移除螺栓1064而释放。半部1010还包括不具有任何管或销的支撑托架1068。
当半部1010和1012使用支撑梁1050和连接梁1052紧固在一起时，板1002和1004如图10C所示没有与板1006和1008对称地对准。板之间的这种偏移允许形成于轮胎每个侧壁中的孔洞彼此偏移以形成具有图1A-1D所示构造的轮胎。在其它实施例中，板可以对准，但是凸起可以偏移。
而且，在半部1010和1012紧固在一起时，内保持壁1022抵靠半部1012的子基部1069。内保持壁1022还压靠基部1034。在一个实施例中，基部1034可在基部1034和内保持壁1022邻接的点处稍微向上弯曲。在基部1016和1034每个邻接外保持壁1020和1036两者以及内保持壁1020之处也可存在稍微的弯曲。
每个板1002、1004、1006和1008还包括多个孔。填充孔1070设置用来允许材料浇注入模具1000。通风孔1072设置用来允许模具1000中的材料在固化时暴露于空气。观察孔1074设置用来允许操作者视觉地检查模具1000中的材料。气孔1076设置用于形成于轮胎中的每个辐条。提升孔1078设置用来使得半部1010和1012可使用压力机或类似机器拉动分离。螺栓1080将外保持壁1020和1038附接至相应半部1010和1012。提升孔1078还设置于半部1012的子基部1069中。
孔洞凸起1014和1034使用螺栓1088安装至相应基部1016和1036。槽凸起1018和1032使用螺栓1090安装至相应外保持壁1020和1036。可移除的凸起可根据需要重构以模塑具有不同构造的孔洞和槽的轮胎。在一个实施例中，孔洞凸起1014和1034焊接或不然的话粘着至相应基部1016和1036。在这些实施例中，槽凸起1018和1032也可焊接或不然的话粘着至相应外保持壁1020和1036。。在焊接时，气孔1076仍可如图10C所示设置于孔洞凸起1014和1034上方。
如图10C所示，半部1012具有5个填充孔1070、6个通风孔1072、以及一个观察孔1074。在一个实施例中，每个半部1010、1012上可以有1至20个填充孔1070，例如2至10个或3至8个填充孔。在一个实施例中，每个半部1010、1012上可以有0至20个通风孔1072，例如2至10个或3至8个通风孔。在一个实施例中，每个半部1010、1012上可以有0至10个观察孔1070，例如1至5个或2至4个观察孔。气孔1076的数目可随着在轮胎中形成的辐条的数目而变化。在一个实施例中，每个半部1010、1012上可以有4至40个提升孔1078，例如8至20个或10至15个提升孔。
在一个实施例中，内保持壁1022可焊接或直接粘着至半部1010。在这种实施例中，托架1024和支架1026可为内保持壁1022提供另外的横向支撑。
尽管未示出，但是加热系统或加热护套可包围如图10和图10A-10D所示模具的全部或一部分。这种加热系统可在模具中加热材料以固化和硬化材料。在一个实施例中，加热系统抵靠内保持壁1020的内侧安装并且由托架1068支撑。
虽然本发明已经参照示例性实施例和示例进行描述，但是描述不是限制性的。因而，本领域技术人员在参考本描述时，对示例性实施例的各种变型以及本发明的其它实施例将是很明显的。因此期望所附权利要求将涵盖任何这种变型或实施例。
这里涉及的所有出版物、专利和专利申请整体地通过引用结合于此，如同每个出版物、专利和专利申请具体且个别地说明为通过参考整体地结合一样。
预想示例1
材料
AdripreneTM LFM 2450是由于制造中的单体移除步骤而具有低自由MDI含量(通常为3.0％-4.0％)MDI封端PCL预聚物混合物。预聚物中的NCO含量为大约4.35％至4.55％并且当量为大约923至966。AdripreneTM LFM 2450可用CayturTM固化剂固化以产生高性能的93-95A弹性体，59％回弹。AdripreneTM LFM 2450尤其适合于工业非充气轮胎和车轮。
Caytur 31TM和CayturTM 31-DA是块状延迟作用胺固化剂，主要与异氰酸盐封端尿烷预聚物一起使用。这种固化剂由MDA和分散于增塑剂(在Caytur 31的情况下为邻苯二甲酸二辛酯并且在Caytur31-DA的情况下为己二酸二辛酯)中的氯化钠的络合物以及可选的颜料构成。Caytur 31具有非常低的自由MDA含量(通常＜0.5％)。在室温下，这种固化剂实际上是非活性的。然而在115℃-160℃下，盐解块并且自由MDA迅速与预聚物反应从而形成硬弹性体。Caytur 31和Caytur 31-DA中的胺组浓度为5.78％。因此Caytur 31和Caytur31-DA的当量为244。这些组由氯化钠结块。
用CayturTM 31-DA固化的AdripreneTM LFM 2450(这两者都由Chemtura公司生产)用来制造具有与图1A-1D类似构造的预想轮胎。
表2示出了图1A-1D所示的构造有示例1的交错孔洞和大致重叠槽的轮胎和常规充气橡胶轮胎以及对比实心聚胺酯轮胎的计算机模拟比较。对比实心聚胺酯轮胎具有与充气橡胶轮胎类似的尺寸而没有任何孔洞或槽。
表2
Figure GSB00000339259000291
如表2的结果所示，示例1的轮胎具有与常规充气橡胶轮胎类似的特性，考虑到对比实心聚胺酯轮胎的特性这是令人惊奇的。示例1由聚胺酯弹性物制成，类似于对比实心聚胺酯轮胎，但是比对比实心聚胺酯轮胎轻，原因是其中存在孔洞和槽。而且，对比实心聚胺酯轮胎由于不能将实心聚胺酯轮胎旋转期间产生的热散发出去而经受内部熔化。相信示例1的改进性能归因于孔洞和槽的构造。

Claims (14)

1.一种非充气轮胎，包括：
在第一侧壁上径向对准的侧孔洞，其相对于第二侧壁上径向对准且横向相对的侧孔洞交错；
从第一侧壁横向延伸的第一胎面槽，其中，从所述第一侧壁延伸的所有第一胎面槽均与相应孔洞大致径向对准；以及
从第二侧壁横向延伸的第二胎面槽，其中，从所述第二侧壁延伸的所有第二胎面槽均与相应孔洞大致径向对准，并且均相对于相应的相对的第一胎面槽大致偏移，其中每个胎面槽包括相对于径向方向具有5°到65°的第一角度的第一壁；其中第一和第二胎面槽从相应的第一或第二侧壁延伸，但未延伸到相对的侧壁；
其中第一侧壁上的所有侧孔洞与从第一侧壁延伸的所有第一胎面槽的比率是1∶1；以及第二侧壁上的所有侧孔洞与从第二侧壁延伸的所有第二胎面槽的比率是1∶1；以及
其中所述轮胎具有单体的聚氨酯结构并具有60英寸到159英寸的直径。
2.根据权利要求1的非充气轮胎，其中在圆周上相邻的孔洞由侧筋彼此分开。
3.根据权利要求2的非充气轮胎，其中侧筋径向地定向。
4.根据权利要求2的非充气轮胎，其中侧筋相对于径向成角度。
5.一种非充气轮胎，包括：
内圆周元件；
外圆周元件；
连接内圆周元件和外圆周元件的中心腹板；
彼此相对的第一侧壁和第二侧壁；
从相对的第一和第二侧壁延伸至中心腹板并限定多个径向对准的侧孔洞的多个径向对准的侧筋，其中中心腹板的一侧上的侧筋相对于中心腹板的另一侧上的侧筋交错；以及
多个横向延伸的胎面槽，其嵌在外圆周元件的外表面中并且从第一侧壁横向向内延伸，但未延伸到相对的侧壁，其中各胎面槽相对于所述侧筋大致偏移，
多个横向延伸的胎面槽，其嵌在外圆周元件的外表面中并且从第二侧壁横向向内延伸，但未延伸到相对的侧壁，其中各胎面槽相对于相应的侧筋大致偏移并相对于相应的相对的胎面槽大致偏移；
其中第一侧壁上的所有侧筋与从第一侧壁延伸的所有胎面槽的比率是1∶1；以及第二侧壁上的所有侧筋与从第二侧壁延伸的所有胎面槽的比率是1∶1；以及
其中所述轮胎具有单体的聚氨酯结构并具有60英寸到159英寸的直径。
6.根据权利要求2-5中的任何一个的非充气轮胎，其中胎面槽和侧孔洞和/或侧筋一起在模具中形成。
7.根据权利要求1-5中的任何一个的非充气轮胎，其中每个横向延伸的胎面槽的宽度从轮胎的侧壁朝着赤道平面减小。
8.根据权利要求1-5中的任何一个的非充气轮胎，其中每个胎面槽至少具有相对于径向成5°至65°的角度的至少一个壁。
9.根据权利要求1-5中的任何一个的非充气轮胎，其中每个胎面槽具有锥形的基部。
10.根据权利要求1-5中的任何一个的非充气轮胎，其中每个横向延伸的胎面槽的宽度从轮胎的侧壁朝着赤道平面减小，并且胎面槽延伸越过轮胎的赤道平面。
11.一种车辆，其包括一个或更多个根据权利要求1-5的任何一个的非充气轮胎。
12.一种制造根据权利要求1-4中任何一个的非充气轮胎的工艺，包括：
在45±20℃的温度下将聚胺酯预聚物混料与固化剂混合；以及
通过将模具加热至125±25℃的温度来在模具中固化混合物；
其中模具包括反逆孔洞以使得轮胎包括：
侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错；以及
横向延伸的胎面槽，其与所述侧孔洞大致径向对准。
13.一种制造根据权利要求5的非充气轮胎的工艺，包括：
在45±20℃的温度下将聚胺酯预聚物混料与固化剂混合；以及
通过将模具加热至125±25℃的温度来在模具中固化混合物；
其中模具包括反逆孔洞以使得轮胎包括：
侧孔洞，其相对于横向相对的侧孔洞交错；以及
横向延伸的胎面槽，其相对于所述侧孔洞大致偏移。
14.根据权利要求12或13的工艺，其中模具在固化混合物之前处于45±20℃的温度。
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