CN105246672A - 包括不同特性的聚氨酯的免充气轮胎及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种模制轮胎(24)，可包括支撑结构(34)，该支撑结构具有内圆周部分(26)和外圆周部分(28)。所述内圆周部分可配置成与轮毂(22)相关联。所述模制轮胎还可包括胎面部分(32)，该胎面部分(32)与所述支撑结构的外圆周部分相关联，其中所述胎面部分可由具有第一材料特性的第一聚氨酯形成。所述支撑结构可由第二聚氨酯形成，该第二聚氨酯具有不同于第一材料特性的第二材料特性。所述支撑结构可与所述胎面部分化学键合。

Description

包括不同特性的聚氨酯的免充气轮胎及其制备方法

技术领域

本发明涉及模制轮胎和用于模制轮胎的方法，并且更具体地，涉及这样一种模制轮胎以及用于模制轮胎的方法，该轮胎具有胎面部分，形成该胎面部分的材料不同于形成轮胎另一部分的材料。

背景技术

轮胎可通过以下方式形成：将可流动形式的材料供入模具中，在材料硬化后，从模具中移除模制轮胎。然而，可能期望模制轮胎具有胎面部分，该胎面部分显示出与轮胎其他部分不同的材料特性。例如，可能期望胎面部分具有特定的摩擦性和耐磨性，这些特性不同于轮胎的其他部分，诸如在胎面部分和轮毂之间的轮胎部分。

例如，在机器轮胎中，可能期望提供这样的轮胎，其具有相对硬的材料，该材料能够支撑与机器重量相关联的高载荷以及任何有效载荷。相比之下，可能期望这样的轮胎的胎面部分由提供期望牵引力水平和耐磨性的材料形成。然而，模制由单种材料形成的轮胎并获得期望特性的组合可能是很困难的。已经进行了各种尝试以将聚氨酯胎面材料模制到橡胶轮胎上。然而，在某些操作条件下，例如由于高速、高载荷或高温，聚氨酯胎面材料可能倾向于与橡胶轮胎分离。因此，可能期望提供一种模制轮胎，该轮胎提供了期望的硬度、牵引力和耐磨性的结合。

在Krishnan的美国专利第4,669,517号(’517专利)中，公开了用于制备结合到硫化橡胶基质表面的聚氨酯复合材料的方法和所得到的复合缓冲轮胎的示例。更具体地讲，’517专利的方法要求橡胶基质含有羟基封端的聚丁二烯多元醇。该方法包括：首先，在含有聚丁二烯多元醇的干净的硫化橡胶表面施用三聚氰酸涂层，随后施用酚醛树脂的附加涂层，然后施用液态聚氨酯反应混合物，其固化形成最终的复合材料。’517专利的方法特别用于制备含有适用于硫化橡胶胎面的聚氨酯胎体的轮胎，以及用于含有适用于硫化橡胶胎体的聚氨酯胎面的轮胎。

尽管’517专利中所公开的方法声称可获得含有适用于硫化橡胶胎体的聚氨酯胎面的轮胎，但是’517专利并未公开具有聚氨酯胎面部分和聚氨酯支撑结构的轮胎，或者得到该模制轮胎的相关方法，其中胎面部分的聚氨酯的特性不同于聚氨酯支撑结构的特性。此外，’517专利的方法对于大规模生产模制轮胎而言，可能太过复杂且不切实际。

在此公开的模制轮胎和相关方法可用于缓解或克服上述的一个或多个可能的缺陷。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明用于模制轮胎。所述模制轮胎可包括支撑结构，该支撑结构具有内圆周部分和外圆周部分。内圆周部分可配置成与轮毂相关联。模制轮胎还可包括胎面部分，该胎面部分与支撑结构的外圆周部分相关联，其中胎面部分可由具有第一材料特性的第一聚氨酯形成。支撑结构可由第二聚氨酯形成，该第二聚氨酯具有不同于第一材料特性的第二材料特性。支撑结构可与胎面部分化学键合。根据一些方面，第一聚氨酯可与第二聚氨酯共价键合。

根据另一方面，所述模制轮胎可包括中间部分，该中间部分使胎面部分和外圆周部分彼此连接，其中中间部分由第三聚氨酯形成。例如，支撑结构可经由中间部分与胎面部化学键合。根据另一方面，第三聚氨酯在固化前可为50％至90％化学计量的。例如，第三聚氨酯在固化前可为60％至80％化学计量的。根据再一方面，中间部分可与支撑结构和胎面部分中的至少一个颜色不同。

根据另一方面，第一聚氨酯和第二聚氨酯在固化前可以是基本上化学计量的。根据再一方面，第二聚氨酯可比第一聚氨酯更硬。根据又一方面，第一聚氨酯可更耐切割并且具有比第二聚氨酯更高的摩擦系数。

根据另一方面，所述模制轮胎可包括中间部分，该中间部分使胎面部分和外圆周部分彼此连接，其中中间部分包括半透膜，该半透膜配置成允许第一聚氨酯和第二聚氨酯之间化学键合。例如，中间部分可包括织物和纸中的至少一种。

根据另一方面，所述模制轮胎可包括支撑结构，该支撑结构具有内圆周部分和外圆周部分。内圆周部分可配置成与轮毂相关联。所述模制轮胎还可包括胎面部分，该胎面部分与支撑结构的外圆周部分相关联，其中胎面部分可由具有第一材料特性的第一聚氨酯形成。支撑结构可由第二聚氨酯形成，第二聚氨酯具有不同于第一材料特性的第二材料特性。胎面部分可具有60A至60D的肖氏硬度，并且支撑结构可具有约80A至约95A的肖氏硬度。根据另一方面，支撑结构可与胎面部分化学键合。

根据又一方面，所述模制轮胎可包括中间部分，该中间部分使胎面部分和外圆周部分彼此连接，其中中间部分由第三聚氨酯形成。根据另一方面，所述模制轮胎可包括中间部分，该中间部分将胎面部分和外圆周部分彼此连接，其中中间部分包括半透膜，该半透膜配置成允许第一聚氨酯和第二聚氨酯之间化学键合。

根据另一方面，本发明涉及一种模制轮胎的方法，所述轮胎包括支撑结构和胎面部分，所述胎面部分与所述支撑结构的外圆周部分相关联。所述方法包括提供用于形成轮胎的模制组件，并且向所述模制组件提供具有第一材料特性的第一聚氨酯，以形成轮胎的胎面部分。所述第一聚氨酯可被部分固化。所述方法还可包括向模制组件提供具有第二材料特性的第二聚氨酯，以形成轮胎的支撑结构。所述方法还可包括以足够的时间加热模具组件以及第一聚氨酯和第二聚氨酯，以固化第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得第一聚氨酯和第二聚氨酯彼此化学键合。

根据又一方面，向模制组件提供第一聚氨酯可包括向用于形成胎面部分的模具提供第一聚氨酯，并且以足够的时间加热用于形成胎面部分的模具和第一聚氨酯，以部分固化第一聚氨酯。根据另一方面，用于形成胎面部分的模具可与用于形成轮胎的模具组件分离，并且向用于形成轮胎的模制组件提供第一聚氨酯包括将胎面部分从用于形成胎面部分的模具中移除，并将胎面部分插入至用于形成轮胎的模制组件。

根据另一方面，胎面部分可包括多个胎面部分片段，并且将胎面部分插入至用于形成轮胎的模制组件可包括将多个胎面部分片段中的每一个插入至用于形成轮胎的模制组件。

根据另一方面，用于形成胎面部分的模具可包括用于形成轮胎的模制组件的一部分，以及位于用于形成轮胎的模制组件中的圆形屏障。根据又一方面，向模制组件提供第一聚氨酯可包括在用于形成胎面部分的模具中模制胎面部分，并且将圆形屏障从用于形成轮胎的模制组件中移除，使得胎面部分保留在用于形成轮胎的模制组件中。根据另一方面，向模制组件提供第一聚氨酯可包括向用于形成胎面部分的模具提供第一聚氨酯，加热用于形成胎面部分的模具和第一聚氨酯，以部分固化第一聚氨酯，以及将胎面部分和圆形屏障从用于形成轮胎的模制组件中移除。

根据又一方面，提供第二聚氨酯可包括向模具组件添加第二聚氨酯，以使第二聚氨酯与第一聚氨酯直接接触。根据另一方面，所述方法可包括向模具组件添加第三聚氨酯，以形成模制轮胎的中间部分，其中第三聚氨酯在被固化前为50％至90％化学计量的，并且其中第一聚氨酯和第二聚氨酯经由中间部分彼此化学键合。

根据另一方面，可在向模具组件提供第一聚氨酯和第二聚氨酯之前，向模具组件提供第三聚氨酯。例如，提供第三聚氨酯可包括模制中间部分，并且将模制的中间部分插入至用于形成轮胎的模具组件。根据另一方面，模制中间部分可包括在将模制的中间部分插入至用于形成轮胎的模制组件之前，部分地固化中间部分。

根据又一方面，第三聚氨酯在固化前可为60％至80％化学计量的。根据另一方面，第一聚氨酯和第二聚氨酯在固化前可以是基本上化学计量的。

根据又一方面，提供第一聚氨酯可包括邻近中间部分的外圆周表面提供第一聚氨酯，以及邻近中间部分的内圆周表面提供第二聚氨酯。

根据又一方面，所述方法可包括将中间部分置于模制组件中，其中中间部分具有内圆周表面和外圆周表面。该方法还可包括邻近中间部分的外圆周表面向模制组件提供第一聚氨酯，以形成模制轮胎的胎面部分。该方法还可包括邻近中间部分的内圆周表面向模制组件提供第二聚氨酯，以形成模制轮胎的支撑结构，并且以足够的时间加热模制组件以及第一聚氨酯和第二聚氨酯，以固化第一聚氨酯和第二聚氨酯，其中中间部分包括半透膜，该半透膜配置成允许第一聚氨酯和第二聚氨酯之间化学键合。

根据又一方面，第一聚氨酯和第二聚氨酯在固化前可以是基本上化学计量的。根据另一方面，向模制组件提供第一聚氨酯和第二聚氨酯包括同时提供第一聚氨酯和第二聚氨酯。例如，可同时提供第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得第一聚氨酯的填充水平和第二聚氨酯的填充水平与向模制组件提供的第一聚氨酯和第二聚氨酯基本相等。根据另一方面，可同时提供第一聚氨酯和第二聚氨酯，从而维持第二聚氨酯的填充水平略高于第一聚氨酯的填充水平。

根据又一方面，中间部分可包括织物和纸中的至少一种，并且将中间部分置于模制组件中可包括经框架结构支撑中间部分，以使中间部分大体上维持圆形形状，与向模制组件提供的第一聚氨酯和第二聚氨酯相同。

附图说明

图1是机器的示例性实施例的侧视图，其包括模制轮胎的示例性实施例。

图2是模制轮胎的示例性实施例的透视图。

图3是模制轮胎的示例性实施例的局部截面图。

图4是模制轮胎的另一示例性实施例的局部截面图。

图5是用于模制轮胎的模具组件的示例性实施例的剖面侧视图。

图6是用于模制轮胎的模具组件的另一示例性实施例的剖面侧视图。

具体实施方式

图1示出了示例性机器10，其被配置成行进跨过地形。图1示出的示例性机器10是轮式装载机。然而，机器10可为任意类型的地面负载车辆，诸如，例如汽车、卡车、农用车辆和/或施工车辆，诸如，例如推土机、滑移装载机、挖掘机、平地机、公路载重车、非公路载重车和/或本领域技术人员已知的任何其他车辆类型。除了自走式机器，机器10可为任何被配置成通过其他机器协助或推进而行进跨过地形的装置。

图1示出的示例性机器10包括底盘12和动力传动系14，所述动力传动系14连接至车轮16，并配置成为车轮16提供动力，以使机器10能够行进跨过地形。机器10还包括操作者站18，以为机器10的操作者提供操作者界面和保护。机器10还包括铲斗20，其配置成便于材料移动。如图1所示，示例性车轮16包括连接至动力传动系14的轮毂22，以及连接至轮毂22的轮胎24。示例性轮胎24为模制轮胎，诸如，举例而言模制非充气轮胎。

图2和图3所示的示例性轮胎24包括内圆周部分26和外圆周部分28，所述内圆周部分26配置成连接至轮毂22，所述外圆周部分28配置成连接至胎面部分32的内表面30，所述胎面部分32配置成用于提高轮胎24在所述轮胎24与轮胎24行经地形之间界面处的牵引力。在内圆周部分26和外圆周部分28之间延伸的是支撑结构34。示例性支撑结构34用于使内圆周部分26和外圆周部分28彼此相互连接。如图1-4所示，示例性轮胎24包括多个腔33，所述腔33配置成为轮胎24提供具有期望水平的支撑和缓冲的支撑结构34。根据一些实施例，一个或多个腔33可具有轴向中间区35，与更接近轮胎24轴向侧面的腔33的部分相比，轴向中间区35具有相对更小的截面。

根据一些实施例，内圆周部分26和外圆周部分28中的一个或多个是支撑结构34的一部分。轮毂22和/或内圆周部分26配置为便于使轮毂22连接至内圆周部分26。根据一些实施例，支撑结构34、内圆周部分26、外圆周部分28和/或胎面部分32，例如通过模制，一体成型为单个整体件。例如，胎面部分32和支撑结构34可彼此化学键合。例如，胎面部分32的材料和支撑结构34的材料可彼此共价键合。根据一些实施例，支撑结构34、内圆周部分26和/或外圆周部分28，例如通过模制，一体成型为单个整体件，并且胎面部分32可适时地和/或在合适位置上单独形成，并在共用模具组件中接合至支撑结构34，以形成单个整体件。即使在此种实施例中，胎面部分32和支撑结构34也可彼此化学键合。例如，胎面部分32的材料和支撑结构34的材料可彼此共价键合。

示例性轮胎24包括内圆周部分26、外圆周部分28、胎面部分32以及支撑结构34，所述轮胎可配置成提供在机器和地形之间所需的牵引力和缓冲量。例如，支撑结构34可配置成支撑满载、部分负载和空载状态下的机器，从而提供所需的牵引力和/或缓冲量，而不考虑载荷。

例如，若机器为图1所示的轮式装载机，当该装载机的铲斗为空载时，一个或多个车轮16上的载荷可在约60000磅至约160000磅的范围(例如，120000磅)。相比之下，对于装载有材料的铲斗，一个或多个车轮16上的载荷可在约200000磅至约400000磅的范围(例如，350000磅)。轮胎24可配置成提供期望水平的牵引力和缓冲量，而无需考虑铲斗是满载、部分负载还是空载。对于较小的机器，相应地可采用较低的载荷。例如，就滑移装载机而言，一个或多个车轮16上的载荷可在空载约1000磅至满载约3000磅(例如2400磅)的范围内。

基于轮胎的预期用途，轮胎24可具有适于所需性能特征的尺寸。例如，示例性轮胎24可具有内径ID和外径OD，内径ID用于与轮毂22相连接，范围为0.5米至4米(例如2米)，外径OD的范围为0.75米至6米(例如4米)(参见图2)。根据一些实施方式，轮胎24的内径与轮胎24的外径的比值范围为0.25∶1至0.75∶1，或0.4∶1至0.6∶1，例如，约0.5∶1。支撑结构34可在内圆周部分26处具有内轴向宽度Wi(参见图3和图4)，并且在外圆周部分28处具有外轴向宽度Wo，所述内轴向宽度Wi范围为0.05米至3米(例如0.8米)，所述外轴向宽度Wo范围为0.1米至4米(例如1米)。例如，示例性轮胎24可具有梯形截面(参见图3)。也可采用其它尺寸。例如，对于较小的机器，采用相应较小的尺寸。

根据一些实施例，胎面部分32由第一聚氨酯形成，该第一聚氨酯具有第一材料特性，且支撑结构34由第二聚氨酯形成，该第二聚氨酯具有不同于该第一材料特性的第二材料特性。根据一些实施例，胎面部分32与支撑结构34化学键合。例如，胎面部分32的第一聚氨酯中的至少一些与支撑结构34的第二聚氨酯中的至少一些共价键合。与由粘合剂、机械或紧固件所形成的结合相比，这可能产生更优异的结合。

由于该第一聚氨酯的第一材料特性不同于第二聚氨酯的第二材料特性，可以使胎面部分32和支撑结构34的特性适合于轮胎24那些各个部分所需的特性。例如，与胎面部分32的第一聚氨酯相比，支撑结构34的第二聚氨酯可选择为相对更硬和/或更强，以使支撑结构34可具有足够的硬度和强度来支撑轮胎24上的预期载荷。根据一些实施例，胎面部分32的第一聚氨酯可以选择为比第二聚氨酯相对更耐切割和耐磨和/或具有更高的摩擦系数，以使不论选作支撑结构34的第二聚氨酯如何，胎面部分32都可为轮胎24提供所需的磨损和/或牵引力特性。

例如，胎面部分32的第一聚氨酯可包括聚氨酯脲材料，该聚氨酯脲材料基于聚酯、聚己酸内酯和聚碳酸酯多元醇中的一种或多种，可提供相对增强的耐磨性。这样的聚氨酯脲材料可以包括用亚甲基二异氰酸酯(MDI)封端的聚氨酯预聚物，该聚氨酯预聚物可相对强地相分离并形成具有相对增强的抗裂纹扩展性的材料。也可以使用用甲苯二异氰酸酯(TDI)、萘二异氰酸酯(NDI)和/或对苯二异氰酸酯(PPDI)封端的替代性聚氨酯。这样的聚氨酯预聚物材料可用芳香族二胺进行固化，该芳香族二胺也可促使强的相分离。示例性芳香族二胺包括亚甲基双苯二胺(MDA)，该亚甲基双苯二胺可以被结合在盐复合物中，例如，三(4，4′-二氨基二苯基甲烷)氯化钠(TDDM)。

根据一些实施例，第一聚氨酯可以具有范围为约60A至约60D的肖氏硬度(例如，肖氏A硬度85)。对于某些应用，诸如那些有松软地面条件的，由具有相对较高硬度值的材料形成胎面部分32，以通过胎面穿透产生足够的摩擦力，此种情况可能是有利的。对于诸如那些坚硬或岩石地面条件的应用，由具有相对较低硬度值的材料形成胎面部分32，以允许胎面部分32在硬岩石周边的适形性，此种情况可能是有利的。

根据一些实施例，支撑结构34的第二聚氨酯可包括聚氨酯脲材料，该聚氨酯脲材料基于聚醚、聚己酸内酯和聚碳酸酯多元醇中的一种或多种，该聚氨酯脲材料可提供相对增强的疲劳强度和/或相对较低的生热性能(例如，低tanδ)。例如，对于高湿度环境，第二聚氨酯在吸收水分之后为该轮胎的所需功能提供低tanδ，这可能是有利的。这样的聚氨酯脲材料可以包括用亚甲基二异氰酸酯(MDI)封端的聚氨酯预聚物，其可相对较强地相分离并形成具有相对增强的抗裂纹扩展性的材料，该材料可提高疲劳强度。也可以使用用甲苯二异氰酸酯(TDI)、萘二异氰酸酯(NDI)和/或对苯二异氰酸酯(PPDI)封端的替代性聚氨酯。这样的聚氨酯预聚物材料可用芳香族二胺进行固化，该芳香族二胺也可促使强的相分离。示例性芳香族二胺包括亚甲基双苯二胺(MDA)，该亚甲基双苯二胺可以被结合在盐复合物中，例如，三(4，4′-二氨基二苯基甲烷)氯化钠(TDDM)。聚氨酯脲中的化学交联可为支撑结构34提供改进的弹性。这样的化学交联可通过本领域已知的任何方式实现，包括但不仅限于：使用三官能或者更高官能团的预聚物、扩链剂或固化剂；以低固化剂化学计量混合来促进缩二脲、脲基甲酸酯或异氰酸酯的形成；包括具有二级官能团的预聚物，其可通过其它化学试剂进行交联(例如，通过结合预聚物中的聚丁二烯二醇及随后用硫或过氧化物交联进行固化)。根据一些实施例，该支撑结构34的第二聚氨酯(例如，聚氨酯脲)可以具有范围为约80A至约95A之间的肖氏硬度(例如，92A)。

如图4中所示，轮胎24的一些实施例可以包括中间部分36，其位于外圆周部分28和胎面部分32的内表面30之间。例如，如下面更详细说明的，在图4中所示的示例性实施例中，支撑结构34的外圆周部分28可以经由中间部分36化学键合至胎面部分32的内表面30。例如，中间部分36可以具有外圆周表面37和内圆周表面39，所述外圆周表面37化学键合至胎面部分32的内表面30，所述内圆周表面39化学键合至支撑结构34的外圆周部分28。

根据一些实施例，中间部分36可以由第三聚氨酯形成。根据一些实施例，第三聚氨酯可以至少化学地类似于(例如，相同于)第一聚氨酯或第二聚氨酯。根据一些实施例，该第三聚氨酯可以在化学上不同于第一聚氨酯和第二聚氨酯。例如，根据一些实施例，第三聚氨酯可以以富含预聚物(例如，富含异氰酸酯)的化学计量混合。换言之，在聚氨酯脲系统中，存在每个异氰酸酯基团将与每个固化剂(胺)官能团反应的理论点。这样的点将被认为是相当于100％的化学计量。在加入过量固化剂(二胺)的情况下，该化学计量将被认为是大于100％。在加入较少固化剂(二胺)的情况下，该化学计量将被认为是小于100％。例如，如果一部分是以小于100％的化学计量形成，在该部分中将剩余过量的异氰酸酯官能团。在该部分高温后固化时(例如，在初始的、不完全的固化后，接着让该部分受到第二次加热循环)，过量的异氰酸酯基团将通过环三聚反应形成脲键、缩二脲键和异氰脲酸酯，或通过脲基甲酸酯形成进行交联。根据一些实施例，第三聚氨酯可以是化学上类似于支撑结构34聚氨酯，但配制为约50％至约90％理论化学计量(即，从约50％至约90％“化学计量的”)(例如，从约60％至约80％化学计量的(例如，约75％化学计量的))。即便在紧随所谓的“不完全固化(greencuring)”形成初始结构之后，这样的聚氨酯脲通过过量的异氰酸酯官能团仍然是化学活性的。

在这样的实施例中，即使第一聚氨酯和第二聚氨酯为基本上化学计量的，通过后固化第一聚氨酯、第二聚氨酯和第三聚氨酯，例如，在高于至少约150℃的温度(例如，高于至少约160℃)下持续约6小时至约18小时(例如，从8小时至16小时)，第三聚氨酯可以被模制成自支撑形状，然后接着继续保持其进行化学反应或与第一聚氨酯及第二聚氨酯键合的能力。如本文更详细说明的，该第三聚氨酯的自支撑中间部分36可被插入至用于形成轮胎24的模具中，并且第一聚氨酯和第二聚氨酯可以供给中间部分36的任一侧的模具，使得该中间部分36嵌入在轮胎24中，介于胎面部分32和支撑结构34之间。根据一些实施例，第一聚氨酯和第二聚氨酯在固化之前是基本上化学计量的(例如，从约95％至约98％化学计量的)。

根据一些实施例，中间部分36可以具有不同于胎面部分32和支撑结构34中的一个或多个的颜色。这可以提供胎面部分32磨损的视觉指示。当使用新的胎面部分翻新轮胎24的过程期间刮削或铣削胎面部分32时，这也可以提供视觉指示。例如，当胎面部分32受到不期望的磨损时，可以刮削或铣削该胎面部分32的剩余材料，直至中间部分36，从而使得可在轮胎24的中间部分36上模制新的胎面部分。由于中间部分36的颜色不同于胎面部分32，可以相对容易地确定何时出现充分的刮削或铣削，以露出中间部分36。

根据一些实施例，中间部分36可以包括半透膜，该半透膜配置成允许在第一聚氨酯和二聚氨酯之间化学键合。例如，第一聚氨酯和第二聚氨酯可以经由(例如，通过)半透膜彼此共价键合。例如，中间部分36可包括织物和纸中的至少一种，诸如，例如柔性滤纸(例如，酚醛树脂浸渍滤纸)或弹性织物，诸如，例如如在此更详细解释的，该织物或纸可通过诸如弹簧钢丝笼的框架，被支撑在用于形成轮胎24的模具中，并且可以将第一聚氨酯和第二聚氨酯提供至中间部分36的织物或纸的任一侧的模具，从而使得中间部分36嵌入在轮胎24中，介于胎面部分32和支撑结构34之间。

如图5所示，可以在用于模制轮胎24的模具组件40中形成轮胎24，例如，如图1至图4中所示的示例性轮胎24。在图5所示的示例性实施例中，模具组件40包括下模部42，以及安装在下模部42之上的上模部44，从而在下模部42和上模部44之间接纳与模制轮胎24相关联的轮毂22。根据一些实施例，下模部42和上模部44可以主要由金属材料形成，诸如，例如钢、不锈钢和铝，在固化和冷却过程中，这些金属材料可提供向模制材料的良好热传递，以及来自模制材料的良好热传递。在图5所示的示例性实施例中，下模部42、上模部44和轮毂22的组合形成模具组件40，模具组件40限定了密封内部，该密封内部配置成接纳模制材料，诸如胎面部分32的第一聚氨酯和支撑结构34的第二聚氨酯。根据一些实施例，在接纳模制材料时，轮毂22被模制入轮胎24。

如图5所示，示例性的下模部42包括下垫板50。根据一些实施例，可以由形成模具组件40的环形下表面的一个或多个部分形成下垫板50。示例性的模具组件40还包括连接到下垫板50的下凸板52。下凸板52可配置成提供与被模制的轮胎24的侧面相对应的下凸54。同样，示例性的上模部44包括上垫板56。根据一些实施例，可以由形成模具组件40的环形上表面的一个或多个部分形成上垫板56。示例性的模具组件40还包括连接到上垫板56的上凸板58。上凸板58可配置成提供与被模制的轮胎24的第二侧面相对应的上凸60。下垫板50、下凸板52、上垫板56和/或上凸板58可由具有高导热性的材料形成，诸如，例如钢、不锈钢或铝，这将有利于模具组件40内部的模制材料的加热和冷却。

如图5所示，可以配置下凸54和上凸60，使得模具组件40中模制的轮胎24的截面随着轮胎半径而增加。例如，轮胎24的截面可以是比相邻轮毂22更宽的相邻胎面部分32。例如，如图3和图4所示，横截面可以具有大致的梯形形状(即，图3和图4示出截面的一半具有梯形形状)。可以预期的是，截面可以具有其他形状，诸如，例如凹的、凸的以及平行四边形的形状。

如图5所示，示例性的模具组件40包括圆形屛障62，该圆形屏障62连接至下垫板50和上垫板56。在模制过程中，示例性的圆形屛障62大致垂直于下垫板50，并对应于轮胎24的胎面部分32的外圆周表面的一部分。

在如图5所示的示例性实施例中，下模部42还包括多个下突起64，该下突起64连接至下垫板50，并从下垫板50延伸至上模部44。根据一些实施例，随着下突起64从下垫板50延伸，下突起64逐渐变细。根据一些实施例，下突起64是锥形杆，其可以由例如金属材料形成，诸如钢、不锈钢或铝。下突起64可通过机械紧固件和/或粘合剂与下垫板50连接。根据一些实施例，下突起64可直接与下垫板50连接，或通过下凸板52与下垫板50连接。

根据一些实施例，由于下突起64呈锥形，则轮胎24内形成的腔33呈锥形，例如，如图3和图4所示，使得它们在轴向中间区35具有比在轮胎24的外侧更小的截面。这可以有助于在模制后从模具组件40移除轮胎24，和/或可以提供所期望的轮胎性能特性。如图5所示，下模部42的一些实施例配置成接纳轮毂22。在所示示例性实施例中，下突起64呈多个同心圆布置在轮毂22周围(参见图1和图2，其示出了呈同心圆布置的腔33)。

如图5所示，上模部44包括多个连接至上垫板56的上突起66，并且上突起66从上垫板56延伸至下模部42。根据一些实施例，上突起66随着其从上背板56延伸而逐渐变细。根据一些实施例，上突起66是锥形杆，其可以由例如金属材料形成，诸如钢、不锈钢或铝。上突起66可通过机械紧固件和/或粘合剂与上垫板56连接。根据一些实施例，上突起66可直接与上垫板56连接，或通过上凸板58与上垫板56连接。

在所示的示例性实施例中，随着上突起66的外表面从上背板56延伸，上突起66的外表面逐渐变细。因此，在轮胎24内形成的腔33呈锥形，例如，如图3和图4所示，使得它们在轴向中间区35具有比在轮胎24的外侧更小的截面。这可以有助于在模制后从模具组件40移除轮胎24，和/或可以提供所期望的轮胎24的性能特性。如图5所示，上模部44的一些实施例配置成接纳轮毂22。在所示示例性实施例中，上突起66呈多个同心圆布置在轮毂22周围。

如图5所示，下模部42可以放置在平台68上。平台68可以包括滚动物70(例如，车轮)，该滚70动物配置成在使用过程中有助于模具组件40的移动，例如，为了将模具组件40移进和移出用于固化模制轮胎的聚氨酯的烘箱。

如图6所示，模具组件40的一些实施例可配置成接纳中间圆形屏障72。中间圆形屏障72可插入模具组件40的内部，以形成胎面部分32。例如，可将中间圆形屏障72插入模具组件40，以形成对应胎面部分32的环形空间，并且可以将胎面部分32的第一聚氨酯提供至形成于圆形屏障62和中间圆形屏障72之间的空间。随后，可通过以预定的时间和温度加热，来部分地固化第一聚氨酯，使得形成胎面部分32的第一聚氨酯保持与后续供应的聚氨酯部分地反应。例如，对于使用TDDM固化剂的聚氨酯脲系统，这可以是范围从约110℃至约150℃的温度持续约2小时至约6小时(例如，于130℃持续4小时)。随后，可以从模具组件40中移除中间圆形屏障72，并且部分固化的胎面部分32还可以(1)保持在模具组件40中用于与支撑结构34的第二聚氨酯进行后续模制，或者(2)从模具组件40中移除以在稍后与支撑结构模制。根据一些实施例，部分固化的胎面部分32可以是基本上自支撑的，以便其可返回到模具组件40，用于与支撑结构34模制。根据一些实施例，中间圆形屏障72可以由金属材料形成，诸如钢、不锈钢或铝，以促进热传递和胎面部分32在模制之后从第一聚氨酯分离。

根据多种方法，在图5和图6中示出的示例性模具组件40可用于形成模制的、免充气轮胎，诸如，例如图1至图4中所示的示例性轮胎24。例如，该示例性模具组件40可用于模制轮胎，该轮胎包括支撑结构34和胎面部分32，该胎面部分32与该支撑结构34的外圆周部分28相关联。该示例性方法可以包括向该模具组件40提供具有第一材料特性的第一聚氨酯，以形成胎面部分32。根据一些实施例，该第一聚氨酯可以被部分固化。该方法可以进一步包括向模具组件40提供具有第二材料特性的第二聚氨酯，以形成轮胎24的支撑结构34，并在足够的时间和温度下加热模具组件40以及第一聚氨酯和第二聚氨酯，以固化第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得第一聚氨酯和第二聚氨酯彼此化学键合(例如，共价键合)。例如，对于使用TDDM作为固化剂的聚氨酯脲系统，对于完全固化，温度可以为约120℃至约160℃的范围，持续约6小时至约48小时(例如，于140℃持续24小时)。随着所得轮胎的胎面部分32与支撑结构34彼此化学键合，可以减少胎面部分32和支撑结构34在使用过程中彼此分离的可能性。

根据一些实施例，向模具组件40提供第一聚氨酯包括向模具提供第一聚氨酯以形成胎面部分32，并在足够的时间和温度下加热该模具和该第一聚氨酯，以部分固化该第一聚氨酯。例如，对于使用TDDM作为固化剂的聚氨酯脲系统，这可以是范围从约110℃至约150℃的温度持续约2小时至约6小时(例如，于130℃持续4小时)。根据一些实施例，用于形成胎面部分32的模具与形成轮胎的模具组件40分离，向模具组件40提供第一聚氨酯以形成轮胎，这包括从用于形成胎面部分的模具移除部分固化的胎面部分32，以及将该部分固化的胎面部分32插入模具组件40以形成轮胎。该示例性方法能够从模具组件40分别形成多个胎面部分32，并在模制支撑结构34期间，在将预制的、部分固化的胎面部分32放置入模具组件40以接合支撑结构34之前，将胎面部分32进行储存。

例如，在将预制的胎面部分32插入模具组件40之后，支撑结构34的第二聚氨酯可被供给模具组件40，从而使得该第二聚氨酯被胎面部分32的内表面30阻留(即，该第二聚氨酯与形成该预制的胎面部分32的部分固化的第一聚氨酯直接接触)。在向模具组件40提供第二聚氨酯后，可以在足够的时间和温度下加热(例如，在烘箱中)模具组件40以及第一聚氨酯和第二聚氨酯，以固化第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得第一聚氨酯和第二聚氨酯彼此化学键合(例如，共价键合)。例如，对于使用TDDM作为固化剂的聚氨酯脲系统，对于完全固化，温度可以为约120℃至约160℃的范围，持续约6小时至约48小时(例如，于140℃持续24小时)。

根据一些实施例，预制的胎面部分32包括多个胎面部分的片段，将预制的胎面部分32插入到模具组件40包括将上述多个胎面部分的片段中的每个插入到该模具组件40以形成轮胎。这可以便于使用相对较小的模具以形成胎面部分的片段。

根据一些实施例，例如，如图6所示，用于形成胎面部分32的模具包括模具组件40的一部分，以及位于模具组件40中的中间圆形屏障72。例如，可将中间圆形屏障72插入该模具组件40以在圆形屏障62和中间圆形屏障72之间形成环形胎面模具。对于这样的实施例，向模具组件40提供第一聚氨酯包括在圆形屏障62和中间圆形屏障72之间的模具中模制胎面部分32，并且因此在足够的时间和温度下加热模具组件40和第一聚氨酯，以部分固化该第一聚氨酯。例如，对于使用TDDM作为固化剂的聚氨酯脲系统，这可以是范围从约110℃至约150℃的温度持续约2小时至约6小时(例如，于130℃持续4小时)。在部分固化该第一聚氨酯后，该中间圆形屏障72可以从模具组件40移除，以使得预制的胎面部分32保留在模具组件40中。随后，可将支撑结构34的第二聚氨酯供给模具组件40，从而使得该第二聚氨酯被胎面部分32的内表面30阻留(即，该第二聚氨酯与形成该预制的胎面部分32的部分固化的第一聚氨酯直接接触)。在向模具组件40提供该第二聚氨酯后，可以在足够的时间和温度下加热(例如，在烘箱中)模具组件40以及第一聚氨酯和第二聚氨酯，以固化该第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得该第一聚氨酯和第二聚氨酯彼此化学键合(例如，共价键合)。例如，对于使用TDDM作为固化剂的聚氨酯脲系统，对于完全固化，温度可以为约120℃至约160℃的范围，持续约6小时至约48小时(例如，于140℃持续24小时)。

根据一些实施例，可以在中间圆形屏障72从模具组件40移除时(或之后)，并且在向模具组件40提供第二聚氨酯之前，从模具组件40移除部分固化的胎面部分32。这可以有助于在于模具组件40中模制支撑结构34之前，在模具组件40中形成一个或多个另外的部分固化的胎面部分32。

根据一些实施例，模制轮胎24的方法还包括向模具组件40提供第三聚氨酯以形成模制轮胎的中间部分36(参见，例如图4)。根据一些实施例，该第三聚氨酯在被固化之前，被配制成从约50％至约90％的理论理想化学计量(例如，从60％至80％化学计量的)。

根据一些实施例，向模具组件提供第三聚氨酯包括在单独的模具中模制中间部分36，并随后将该预模制的中间部分36插入模具组件40。例如，通过向单独的模具提供第三聚氨酯并在足够的时间和温度下加热该单独的模具和第三聚氨酯，以部分地固化该第三聚氨酯，可以形成中间部分36。例如，对于使用TDDM作为固化剂的聚氨酯脲系统，这可以是范围从约110℃至约150℃的温度持续约1小时至约4小时(例如，于130℃持续2小时)。该用于部分固化的加热持续时间可以比胎面部分32的加热持续时间更短，因为中间部分36可以具有比胎面部分32的截面相对更薄的截面。一旦部分固化，中间部分36可脱模，并且在向模具组件40提供第一聚氨酯和第二聚氨酯之前被放置到模具组件40中。根据一些实施例，该部分固化的中间部分可以是基本上自支撑的，以便当其置于模具组件40中时，其大体上保持其形状。

在将中间部分36插入模具组件40之后，第一聚氨酯和第二聚氨酯可被提供给模具组件40，使得该第一聚氨酯邻近(例如，接触)中间部分36的外圆周表面37，并且该第二聚氨酯邻近(例如，接触)中间部分36的内圆周表面39。此外，在将第一聚氨酯和第二聚氨酯加入模具组件40后，可在足够的时间和温度下加热模具组件40以及第一聚氨酯、第二聚氨酯和第三聚氨酯，以固化第一聚氨酯、第二聚氨酯和第三聚氨酯，使得第一聚氨酯和第二聚氨酯经由中间部分36的第三聚氨酯彼此化学键合，例如经由第一聚氨酯和第三聚氨酯之间的共价键以及第二聚氨酯和第三聚氨酯之间的共价键。例如，对于使用TDDM作为固化剂的聚氨酯脲系统，对于完全固化，温度可以是约120℃至约160℃的范围，持续约6小时至约48小时(例如，于140℃持续24小时)。随着所得轮胎的胎面部分32与支撑结构34彼此化学键合，可以减少胎面部分32和支撑结构34在使用过程中变得彼此分离的可能性。根据一些这样的实施例，第一聚氨酯和第二聚氨酯在固化前是基本上化学计量的。

根据一些实施例，向中间部分36两侧的模具组件40提供第一聚氨酯和第二聚氨酯包括同时提供第一聚氨酯和第二聚氨酯。例如，可以提供第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得在向模具组件40提供第一聚氨酯和第二聚氨酯时，第一聚氨酯的填充水平和第二聚氨酯的填充水平保持基本相等。根据一些实施例，同时提供第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得第二聚氨酯的填充水平保持稍微高于第一聚氨酯的填充水平。这可以防止或减少中间部分36以以下方式变形的可能性，即将导致模具组件40中的第一聚氨酯和第二聚氨酯的不期望的分布。

根据一些实施例，中间部分36不由第三聚氨酯形成。例如，中间部分36可以包括半透膜，该半透膜配置为允许第一聚氨酯和第二聚氨酯之间的化学键合，例如，经由(例如，通过)半透膜在第一聚氨酯和第二聚氨酯之间的共价键合。例如，该方法可以包括将包括半透膜的中间部分36放入模具组件40中，其中该半透膜具有内圆周表面39和外圆周表面37(参见，例如图4)。该方法可以进一步包括邻近中间部分36的外圆周表面37向模具组件40提供第一聚氨酯，以形成模制轮胎的胎面部分32，并邻近该中间部分36的内圆周表面39向模具组件40提供第二聚氨酯，以形成模制轮胎的支撑结构34。随后，可在足够的时间和温度下加热模具组件40以及第一聚氨酯和第二聚氨酯，以固化第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得第一聚氨酯和第二聚氨酯经由中间部分36的半透膜彼此化学键合。例如，对于使用TDDM作为固化剂的聚氨酯脲系统，对于完全固化，温度可以是约120℃至约160℃的范围，持续约6小时至约48小时(例如，于140℃持续24小时)。随着所得轮胎的胎面部分32与支撑结构34彼此化学键合，可以减少胎面部分32和支撑结构34在使用过程中变得彼此分离的可能性。根据一些这样的实施例，第一聚氨酯和第二聚氨酯在固化前是基本上化学计量的。

根据一些包括半透膜的实施例，同时向模具组件40提供第一聚氨酯和第二聚氨酯。例如，可以提供第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得当向中间部分36的半透膜两侧的模具组件40提供第一聚氨酯和第二聚氨酯时，第一聚氨酯的填充水平和第二聚氨酯的填充水平保持基本相等。根据一些实施例，同时提供第一聚氨酯和第二聚氨酯，使得第二聚氨酯的填充水平保持稍微高于第一聚氨酯的填充水平。这可以防止或减少中间部分36以以下方式变形的可能性，即将导致模具组件40中的第一聚氨酯和第二聚氨酯的不期望的分布。

根据一些实施例，中间部分36的半透膜包括织物和纸中的至少一种。例如，半透膜可以包括柔性滤纸(例如，酚醛树脂浸渍滤纸)或弹性织物，诸如根据一些实施例，该半透膜可以经由框架结构支撑在模具组件40中，诸如，例如，弹簧钢丝笼，并且该方法可以包括经由该框架结构支撑中间部分36，从而使得中间部分36基本上保持圆形，正如第一聚氨酯和第二聚氨酯被提供给模具组件40那样。

工业实用性

本文所公开的模制轮胎可以与任何机器一起使用，包括自走式车辆或旨在通过其他机器推动或拉动的车辆。根据一些实施例，该模制轮胎可以是免充气轮胎。根据一些实施例，该模制轮胎可以包括胎面部分和连接到该胎面部分的支撑结构，其中，胎面部分由一种材料形成，该材料的特性与形成该支撑结构的材料的特性不同。例如，胎面部分由具有第一材料特性的第一聚氨酯形成，并且支撑结构由第二聚氨酯形成，该第二聚氨酯具有不同于该第一材料特性的第二材料特性。这可以有助于将胎面部分和支撑结构的材料特性调整成各个胎面部分和支撑结构所期望的特性。例如，可能期望胎面部分提供优异的耐切割性、耐磨性，和/或牵引力，而相比之下，可能期望支撑结构为轮胎提供期望的负载支撑和缓冲。通过能够选择具有用于轮胎每个部分所期望的特性的材料，有可能提供一种轮胎，其具有用单种材料无法实现的性能特性的期望组合。

此外，用于形成本文所公开的模制轮胎的方法可能导致胎面部分和支撑结构之间优异的结合。例如，胎面部分的聚氨酯可以化学键合(例如，共价键合)至支撑结构的聚氨酯，即使这两种材料可具有不同的特性。因此，可以防止或减少胎面部分的材料与支撑结构的材料分离，使得轮胎具有优异的耐久性和增加的使用寿命。

对于本领域技术人员显而易见的是，可对示例性公开的轮胎和形成模制轮胎的方法进行各种修改和变型。通过考虑到示例性公开的实施例的说明和实践，其它实施例对于本领域技术人员是显而易见的。说明书和示例应当被认为仅仅是示例性的，实际范围由所附权利要求及其等效方案表明。

Claims (10)

1.一种模制轮胎(24)，其包括：

支撑结构(34)，其具有内圆周部分(26)和外圆周部分(28)，所述内圆周部分被配置成与轮毂(22)相关联；和

胎面部分(32)，其与所述支撑结构的所述外圆周部分相关联，

其中所述胎面部分由具有第一材料特性的第一聚氨酯形成，

其中所述支撑结构由第二聚氨酯形成，所述第二聚氨酯具有不同于所述第一材料特性的第二材料特性，以及

其中所述支撑结构与所述胎面部分化学键合。

2.根据权利要求1所述的模制轮胎，其中所述第一聚氨酯与所述第二聚氨酯共价键合。

3.根据权利要求1所述的模制轮胎，进一步包括中间部分(36)，其使所述胎面部分和所述外圆周部分彼此连接，其中所述中间部分由第三聚氨酯形成，其中所述支撑结构经由所述中间部分与所述胎面部分化学键合，并且其中所述第三聚氨酯在固化前为50％至90％化学计量的。

4.根据权利要求1所述的模制轮胎，其中所述第二聚氨酯比所述第一聚氨酯更硬，并且其中所述第一聚氨酯更耐切割且具有比所述第二聚氨酯更高的摩擦系数。

5.根据权利要求1所述的模制轮胎，其中所述胎面部分具有从约60A至约60D的肖氏硬度，并且所述支撑结构具有从约80A到约95A的肖氏硬度。

6.一种模制轮胎(24)的方法，包括支撑结构(34)和胎面部分(32)，所述胎面部分(32)与所述支撑结构的外圆周部分(28)相关联，所述方法包括：

提供用于形成所述轮胎的模具组件(40)；

向所述模具组件提供具有第一材料特性的第一聚氨酯，以形成所述轮胎的所述胎面部分，其中所述第一聚氨酯被-

向所述模具组件提供具有第二材料特性的第二聚氨酯，以形成所述轮胎的所述支撑结构；以及

充分加热所述模具组件以及所述第一聚氨酯和所述第二聚氨酯，以固化所述第一聚氨酯和所述第二聚氨酯，以使所述第一聚氨酯和所述第二聚氨酯彼此化学键合。

7.根据权利要求6所述的方法，其中向所述模具组件提供所述第一聚氨酯包括向用于形成所述胎面部分的模具提供所述第一聚氨酯，并以充分时间加热用于形成所述胎面部分的所述模具和所述第一聚氨酯，以部分固化所述第一聚氨酯。

8.根据权利要求7所述的方法，其中用于形成所述胎面部分的所述模具与用于形成所述轮胎的所述模具组件分离，并且向用于形成所述轮胎的所述模具组件提供所述第一聚氨酯包括将所述胎面部分从用于形成所述胎面部分的所述模具中移除，并将所述胎面部分插入到用于形成所述轮胎的所述模具组件中。

9.根据权利要求7所述的方法，其中用于形成所述胎面部分的所述模具包括用于形成所述轮胎的所述模具组件的一部分，以及位于用于形成所述轮胎的所述模具组件中的圆形屏障(62)，并且其中向所述模具组件提供所述第一聚氨酯包括在用于形成所述胎面部分的所述模具中模制所述胎面部分，并将所述圆形屏障从用于形成所述轮胎的所述模具组件中移除，从而使得所述胎面部分保留在用于形成所述轮胎的所述模具组件中。

10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括向所述模具组件提供第三聚氨酯，以形成所述模制轮胎的中间部分(36)，

其中所述第三聚氨酯在被固化之前为50％至90％化学计量的，

其中所述第一聚氨酯和所述第二聚氨酯经由所述中间部分彼此化学键合，

其中在向所述模具组件提供所述第一聚氨酯和所述第二聚氨酯之前，向所述模具组件提供所述第三聚氨酯，并且

其中提供所述第三聚氨酯包括：模制所述中间部分，并将模制的中间部分插入至用于形成所述轮胎的所述模具组件中。