[发明专利]聚合物材料车轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于施加到若干种车辆上的轮胎车轮的新型构造，例如小汽车、轻型和重型多用途车辆、摩托车、三轮车、四轮车、用于内部运输负载和人员的车辆、农用车辆以及用于其他应用的车辆，所述车轮由热塑性复合材料制成。

背景技术

如在现有技术中已知的，聚合物复合材料是那些其中两种或更多种材料相关联以实现特性和性能优化的协同，以及由此实现优于单一材料的特征。复合材料常常源自于具有一种或多种增强材料的聚合物基体的联合。

在工业中，存在对于如下产品的显著需求：该产品提供重量的减小，与由设计自由度提供的特性改进、性能优化和差分视觉方面相关联。除了这些方面以外，所预期的是：生产率增大、质量改进、因为可回收而对生态友好、更舒适和更安全、更大的自主性、减小污染物排放等等。

轻重量合金车轮制造为铸造的单一件并且钢车轮由冲压轮辋和轮盘制成，从而需要焊接点，在这些焊接点中可能出现氧化点，从而损害产品的耐用性和安全性。待考虑的另一方面在于金属材料具有比聚合物材料高的比重，从而意味着用于以这种材料制造的车轮的更大质量，以及由此更重的车辆和更高的能源和/或燃料消耗。

除了以上不利以外，这些已知的车轮可以在撞击的情况下具有永久变形(塑性变形)，从而导致对产品及与产品相关联的系统的严重的或甚至永久的破坏。具体地，铸造轻重量合金车轮的工艺由于在材料中出现的多孔性而增加失效的可能性，这是难以控制的并且对于制造工艺而言是固有的。随后的机加工步骤是昂贵且冗长的工艺，其产生很多油残余和废金属。此外，当分析车轮的整个生产周期时，存在对于铸造工艺而言固有的电能、水和其他输入的高消耗。

已经尝试通过若干工艺并且常常使用热固性材料(不可回收)来生产以玻璃纤维增强的聚合物车轮，这些尝试在确认测试中失效或者被认为是商业不可行的。

在专利US 4,900,097中描述了一种现有技术的示例，其使用插入固定螺栓与制动系统之间的轮盘，该轮盘具有散热的目的。在该构造中，轮盘可以与塑料轮辋分离。

专利US 3,811,737建议使用金属板以避免螺栓过度地紧固在具有低的耐压缩性的树脂中。

专利US 3,917,352具有若干连续的玻璃纤维丝以增强塑料结构，但是制造工艺是昂贵的和困难的，从而使最终的产品经济上不可行或不具竞争性。

在专利US 4,072,358中，车轮在压缩具有切割玻璃纤维的聚酰胺(PI)板的工艺中模制形成。

专利US 5,826,948具有以彼此粘合的两片件制成的车轮，从而需要两个注入成型模具，这增大了生产成本。

专利US 5,268,139公开了一种设计以避免在弱化区域中的不同聚合物流向线的编织线，这是对于车轮的设计自由度以及使其塑料形式适于每个设计需求的大的限制。

已知的以塑料材料形成的车辆车轮通常由聚合物材料获得，其成分具有就其结构抵抗性、对气候条件的抵抗性、老化、承受大的紧固能力、以及在轴端部(车轮安装在轴端部中)中的保持力而言的缺陷，并且还涉及制造的复杂性以及使其结构设计在每个应用中适于美学和功能需求。

发明内容

面临由迄今为止已知的用于充气轮胎的车辆车轮呈现的缺点，本发明的目的是提供一种聚合物复合材料车轮，其易于制造，具有高的生产率和高的设计多功能性，还具有对张力、压缩、弯曲和撞击的高抵抗性，并且确保长的有用寿命，甚至当其在车辆中的使用期间经受有害的气候条件和化学攻击时也如此。

由本文提出的单片件构造类型的车轮实现的正面特性由于用于所构思的产品(其初始地和实质上生效)的适当项目以及用于注入成型单件式本体的新型聚合物混合物而变为可行，其中所述车轮包括由中部轮盘和周缘轮辋形成的单一本体，所述中部轮盘设有窗口(“装饰孔”)、待安装到车辆的轴端部上的中央孔、用于通过固定螺栓的多个孔，所述周缘轮辋构造为保持车辆轮胎，所述新型聚合物混合物以均匀混合的方式包括40％至70％的热塑性聚合物基体(优选地为聚酰胺(PA))、30％至60％的合成纤维(优选地为与碳纤维组合的合成玻璃纤维)、10％至30％的撞击改良剂、0.01％至10％的添加剂、稳定剂、润滑剂和颜料。

除了新型车轮的结构和功能特征以外，应当理解的是，通过注入成型模制工艺制造的本体允许减小生产周期、消除模制后续步骤、减小原材料的浪费和能量消耗、减小成本并且使产品经济上可行。