[发明专利]具有可模制的加强型热塑性聚氨酯轮辐的非充气车轮及其制备方法

说明书

本发明涉及可模塑加强型热塑性聚氨酯和由其制成的非充气车轮、其制备方法以及由其获得的非充气车轮，所述车轮表现出高模量、低蠕变和高疲劳寿命。

技术领域

本发明总体上涉及非充气车轮，更具体地涉及这样的非充气车轮，其包括外部环形带、轮毂，并且具有在轮毂和外部环形带之间延伸的多个轮辐，其中轮辐至少部分地由可模制的加强型热塑性聚氨酯制成，本发明还涉及其制备方法。

背景技术

非充气车轮构造的细节和权益描述于例如第6,769,465；6,994,134；7,013,939；和7,201,194号美国专利中。一些非充气车轮构造并入有剪切带，其实施方案描述于例如美国专利6,769,465和7,201,194中。此类非充气车轮提供无需依赖于气体充气压力以支撑施加到轮胎的负载的轮胎性能优势。

在非充气车轮的一个实例中，具有地面接触部分的柔性带可与从中心元件或轮毂径向延伸的多个张力传递的辐板状元件(也称为“轮辐”)连接。作为实例，可以通过开放式铸造模制形成此类非充气车轮，其中将例如聚氨酯等材料倒入形成非充气车轮的全部或部分的模具中。替代地，轮辐可单独形成，接着附接到外带和轮毂。

轮辐的张力被车轮的外带中的周向压力抵消。轮辐的张力越大，周向压力就越大。均匀的轮辐张力由轮辐中的每一个的均匀拉动形成。当车轮被置于负荷下时，例如当车轮支撑车辆的重量时，负荷的一部分通过外带中的周向压缩力在周向方向上被载送到外带的顶部。车轮顶部处的轮辐载送与施加到车轮的负荷成比例的更大量的张力。此负荷载送机构类似于充气轮胎的径向绳索如何载送轮缘的顶部上的车辆的负荷且通常被称为“顶部负荷车轮”。

例如实心轮胎、半实心轮胎、充满泡沫的轮胎或弹簧车轮等底部负荷车轮载送负荷的主要部分以抵靠轮胎的轮毂压缩。

当时轮胎碰到障碍物，例如障碍物会由滚过不平滑的表面的轮胎碰到，当碰到障碍物，例如石头、裂纹、坑洞或路缘时，由于接触面中的外带的挠度，外带短暂地位移并短暂地使轮辐变形超出变形量。如果轮辐具有高刚度率，由障碍物所致的变形与在轮辐具有低刚度率时相比形成传递到车辆的更大负荷。由障碍物产生的短暂高负荷由车辆和车辆的操作人员感知为在本文中被称作“侵入性”的噪声、振动、冲击和或脉冲，增大的侵入性与增大的噪声和或振动等等相关联。

通常，轮辐刚度随轮辐延伸而增大。轮辐的刚度或切线刚度与轮辐的位移相比的斜率，或者外带在接触面中的挠度量，将指示车轮对由于遇到障碍物的瞬时位移的响应。虽然当轮胎碰到瞬时位移时具有更小刚度-位移斜率的轮辐将对车辆施加更少的力，但是斜率越大，随轮辐位移而形成的力就越大。

由高模量材料构成的轮辐将比具有低模量材料的轮辐更硬。低模量材料制成的传统非充气车轮的轮辐的构造会产生有能力吸收冲击、振动并减小噪声和脉冲力的非充气车轮轮辐。高模量材料制成的传统非充气车轮的轮辐的构造会产生具有更硬的响应和大体上更高的侵入性的非充气车轮轮辐。

使用具有低模量的材料以产生具有低侵入性的非充气车轮需要实际长度接近轮辐的有效长度(即，轮辐与轮毂的附接点与轮辐与外带的附接点之间的距离)，使得轮胎的轮辐拉伸以实现适当的刚度率的轮辐。为了降低轮胎的侵入性，可通过延长有效长度直到实现期望的刚度率为止来延长轮辐。然而，有效长度受到轮毂和外带之间的距离限制，并实际上是非充气车轮的设计的侵入性降低的限制性因素。使轮辐的设计变复杂是：虽然在轮辐中需要最小刚度以支撑车辆的重量，但是负荷轮胎的刚度变化率(切线刚度)随着轮辐拉伸而快速增大以支撑负荷。这会产生轮辐，所述轮辐虽然被设计成具有低刚度，但是在负荷时具有高刚度率(切线刚度)，当适应更大的短暂位移时尤其如此。

这种应用受益于高模量的弹性材料，该材料可以弯折或弯曲数千万次而不会失效。这种高疲劳的应用得益于弹性材料承受这些极端条件仍保持机械性能的能力。热塑性聚氨酯(TPU)是一种这样的弹性材料，由于其机械和物理性能而引起了广泛的应用。