專利名稱：復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，更具體地，涉及一種展現(xiàn)獨(dú)特且意外的物理特性的復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
在充氣輪胎之前已經(jīng)使用了傳統(tǒng)的非充氣實(shí)心橡膠輪胎。隨著車速提高和乘坐特征變得越來越重要，顯露出了對于充氣結(jié)構(gòu)的需求。充氣輪胎提供了對實(shí)心非充氣輪胎的問題和限制的解決方案。傳統(tǒng)的充氣輪胎是仍能作為傳統(tǒng)車輛需求的解決方案的有效結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的充氣輪胎為“張力結(jié)構(gòu)”。張力結(jié)構(gòu)含有用于在張力結(jié)構(gòu)中提供張力預(yù)載荷的壓縮結(jié)構(gòu)。該張力結(jié)構(gòu)通?？赡懿唤邮軌嚎s，并且所述壓縮結(jié)構(gòu)無張力。在充氣輪胎中，簾線為張力結(jié)構(gòu)，壓縮空氣為壓縮結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)充氣輪胎的缺點(diǎn)在于它是充氣的。至少從車輛操作員的觀點(diǎn)來看，在壓力下所含的空氣在不恰當(dāng)?shù)臅r刻可能會逸出，并且通常會逸出。非充氣輪胎不具有處在壓力下的空氣。它是一種工作類似于充氣輪胎的輪胎結(jié)構(gòu)，不需要含有處在壓力下的空氣。非充氣輪胎與在輪胎印跡區(qū)域內(nèi)的路/接觸表面、或接地面積的接觸從接觸表面僅給車輛提供了力輸入，并向接觸表面提供了操縱力和負(fù)載。因此，非充氣輪胎具有與充氣輪胎相同的這些基本特征。傳統(tǒng)的充氣輪胎具有獨(dú)特的彎曲和承載特性。盡管沖擊和撓曲是在印跡的徑向內(nèi)側(cè)區(qū)域中局部地發(fā)生，但是可通過整個輪胎結(jié)構(gòu)全面地吸收沖擊和撓曲。通過輪胎側(cè)壁的張力的增大與減小的組合獲得轉(zhuǎn)彎特性。傳統(tǒng)的非充氣輪胎必須類似地能夠承受沖擊載荷和耗散吸收的能量。然而，與充氣輪胎不同，非充氣輪胎通常在印跡或接觸面積內(nèi)局部地吸收沖擊和撓曲。因此，非充氣輪胎的這種局部撓曲必須還展現(xiàn)高阻尼特性。另外，所有輪胎在運(yùn)行狀態(tài)中都必須能夠散熱。阻尼載荷的特性是能量耗散的一種形式。吸收的能量轉(zhuǎn)換為熱量。轉(zhuǎn)而，熱量會影響輪胎性能，并可能導(dǎo)致過早的輪胎故障。 因此，熱量的有效散逸對于所有輪胎都是必不可少的。理想地，能量只被輪胎在印跡或接觸面積徑向內(nèi)側(cè)區(qū)域中吸收，使得在輪胎其余部分旋轉(zhuǎn)期間，能量可從該區(qū)域被帶走。然而，橡膠是熱的不良導(dǎo)體。橡膠越厚，熱量聚積得就越多。通過具有高空氣循環(huán)的薄材料斷面，所述熱量聚積可被減輕至受控制的水平。聚氨酯輪胎可操作在大約93°C (200 Τ)這樣高的溫度。溫度長期高于121°c (250 °F)會引起聚氨酯的弱化。如果聚氨酯輪胎的溫度上升足夠高，那么會發(fā)生聚氨酯輪胎的過早故障。一種傳統(tǒng)的非充氣輪胎/車輪包括彈性材料中心部分、外彈性胎面部分、以及布置其間的沖擊吸收部分，該沖擊吸收部分包括與中心部分和胎面部分一起形成的多個彈性材料交叉網(wǎng)。在沖擊吸收部分的內(nèi)部形成環(huán)形系列的孔。這些孔設(shè)置成橫向地稍微重疊。每個孔都延伸穿過沖擊吸收部分的整個軸向?qū)挾取Ｒ粚ΡP也設(shè)有類似的孔。輪胎/車輪的每側(cè)上都有一個盤，其孔與沖擊吸收部分上的孔對齊。在模制時，形成一個整體單元。該彈性(半實(shí)心)輪胎(cushion tire) /車輪省略了用于將充氣或?qū)嵭南鹉z輪胎緊固至車輪的金屬部件。這種開發(fā)非充氣輪胎的傳統(tǒng)嘗試無法提供充分的散熱以及適當(dāng)?shù)某休d能力。當(dāng)車速升高時，這些概念無法滿足轎車和貨車輪胎的需求。另一種傳統(tǒng)的非充氣輪胎是由彈性材料整體地模制，以形成包括內(nèi)“箍”和外“箍” 的一體結(jié)構(gòu)。外箍通過多個周向間隔開的平面肋和一個平面中心腹板來支撐和緩沖，其中平面中心腹板在箍的圓周中心連接箍。所述腹板位于與輪胎旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面內(nèi)。所述肋沿著內(nèi)外箍軸向地延伸，沿著腹板的相對兩面將箍與肋的邊緣相連接。平面肋可在徑向末端被底切，以確保彎曲以及除非超過臨界載荷，否則不會扭曲。再一種傳統(tǒng)的非充氣輪胎具有赤道面、與赤道面垂直的軸線、可繞所述軸線旋轉(zhuǎn)的環(huán)形胎面、以及由具有范圍在60至100的肖式A級硬度的材料制成的環(huán)形彈性體。所述彈性體具有第一和第二間隔開的橫向側(cè)面。該兩個側(cè)面距赤道面等距間隔，并在胎面與輪輞之間延伸。所述彈性體具有距所述軸線等距定位的孔，一些孔從第一側(cè)面延伸，其它孔從第二側(cè)面延伸，以形成第一組和第二組孔。這兩組孔從各自的側(cè)面朝著赤道面延伸。這些孔在彈性體中形成等距間隔的彈性材料柱。由第一組孔形成的柱與輪胎的徑向方向傾斜， 由第二組孔形成的柱相對于輪胎的徑向方向大體上傾斜，但是相對于由第一組孔形成的柱反向傾斜。國家航空航天管理局(NASA)開發(fā)了地面車輛，以支持長距離月球探索和月球基地的開發(fā)。這些車輛比阿波羅計(jì)劃在I960年代后期開發(fā)的月球車(LRV)更重且行駛的距離更大。因此，與阿波羅LRV上使用的輪胎相比，需要新型的輪胎來支撐高達(dá)十倍的重量和堅(jiān)持高達(dá)一百倍的行駛距離，從而需要與地球上使用的轎車相類似的操作特性。然而，傳統(tǒng)的橡膠充氣輪胎在宇宙空間中無法令人滿意地工作。例如，橡膠特征在陰影中的低溫(低至40 K)與陽光中的高溫(高達(dá)400 K)之間會顯著地變化。另外，當(dāng)沒有大氣保護(hù)而暴露于太陽直接輻射時，橡膠會降解。最后，由于輪胎漏氣的可能性，對于載人月球車來說，填充空氣的輪胎是不允許的。為了克服這些限制， 為阿波羅月球車已開展了輪胎設(shè)計(jì)，并該輪胎設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用在阿波羅任務(wù)15、16和17號上。該非充氣輪胎由琴弦編織而成，其耐月球溫度變化和太陽輻射，操作于真空之中，并且不需要空氣來進(jìn)行負(fù)載支撐。該結(jié)構(gòu)還用于吻合月球地形，便于牽引并減小傳遞到阿波羅月球車的振動。如上所述，因?yàn)閷υ虑蜍嚨男碌闹亓亢途嚯x的要求，所以需要具有更高強(qiáng)度和耐用性的輪胎。一個傳統(tǒng)車輪與非充氣輪胎總成具有可變的直徑，除了改變其直徑之外，該總成還可改變其寬度，從而增大車輪接合地面的面積。因此，該非充氣輪胎可根據(jù)其行駛的地形來調(diào)節(jié)，以提高車輛的性能。該輪胎/車輪具有弓形構(gòu)件，該弓形構(gòu)件具有連接輪轂的第一端和第二端。弓形構(gòu)件在第一端和第二端之間以弧形向外延伸。所述弓形構(gòu)件形成繞著輪轂在周向上間隔開并且從輪轂徑向向外延伸的多個柔性箍。更具體地，該傳統(tǒng)的非充氣輪胎/車輪形成由38個等距間隔的徑向延伸箍組成的骨架，所述箍在輪轂的軸向外緣之間成拱形。所述箍由螺旋鋼彈簧制成，該螺旋鋼彈簧由切割成期望長度并穿過所述彈簧的中心的鋼絲來填充。傳統(tǒng)的輪轂可軸向擴(kuò)張/收縮，以改變輪胎/車輪的直徑。發(fā)現(xiàn)阿波羅月球車輪胎的絲網(wǎng)設(shè)計(jì)無法容易地可擴(kuò)展。具體地，為產(chǎn)生支撐原始設(shè)計(jì)的十倍載荷的輪胎而增大線絲直徑，產(chǎn)生了兩個明顯的限制1)喪失了吻合地形的能力，從而限制了牽引和隔離振動的能力；和2)增大的線絲應(yīng)力限制了使用壽命。因此，另一種傳統(tǒng)的非充氣輪胎/車輪包括多個螺旋彈簧。每個螺旋彈簧都包括第一端部部分、第二端部部分、以及連接第一端部部分和第二端部部分的弓形中間部分。每個螺旋彈簧都與所述多個螺旋彈簧中的至少另一個螺旋彈簧交織或交錯編織，從而形成繞著非充氣輪胎/車輪的整個圓周延伸的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)(toroidal structure)。一部分螺旋彈簧可緊固至車輪的第一環(huán)形輪輞和/或車輪的第二環(huán)形輪輞。在輪胎的每個軸向側(cè)都具有環(huán)形輪輞的車輪可將輪胎緊固至車輪上。因此，與傳統(tǒng)充氣輪胎的結(jié)構(gòu)相比，交織螺旋彈簧的編織/交織環(huán)面結(jié)構(gòu)限定了非充氣輪胎的第一簾布層。第二簾布層可徑向地重疊在第一簾布層上。該第二簾布層可包括與第一簾布層相同的交織環(huán)面結(jié)構(gòu)。因此，期望一種用于非充氣輪胎的改進(jìn)型復(fù)合材料。定義
“三角膠芯”意味著位于胎圈芯徑向上方且在簾布層與反包簾布層之間的彈性體填料?！碍h(huán)形”意味著形成如同一個環(huán)?！翱v橫比”意味著其截面高度與其截面寬度的比?！拜S向的”和“軸向地”在本文中是指平行于輪胎旋轉(zhuǎn)軸線的線或方向?！疤トΑ币馕吨ㄓ珊煵紝雍熅€纏繞且成形為帶有或不帶其它增強(qiáng)元件的環(huán)形抗拉構(gòu)件的輪胎的一部分，所述增強(qiáng)元件如胎圈芯包布、加強(qiáng)片、三角膠芯、護(hù)趾膠和胎圈包布以便適配于設(shè)計(jì)輪輞。“帶束層結(jié)構(gòu)”意味著由平行簾線構(gòu)成的至少兩個環(huán)形層，簾線經(jīng)過編織或未經(jīng)編織，位于胎面下方，非錨定于胎圈上，并且具有相對于輪胎的赤道面傾斜的簾線。所述帶束層結(jié)構(gòu)也可包括以相對低的角度傾斜的用作限制層的平行簾線層。“斜交輪胎”(交叉簾布層)意味著其中在胎體簾布層中的加強(qiáng)簾線以相對于輪胎赤道面約25度至65度角斜對角地穿過輪胎從胎圈至胎圈延伸的輪胎。如果存在多個簾布層，那么簾線在交替的層內(nèi)以相反的角度延伸?！熬彌_層”意味著由平行加強(qiáng)簾線構(gòu)成的至少兩個環(huán)形層或簾布層，上述平行加強(qiáng)簾線關(guān)于輪胎的赤道面具有與胎體簾布層中平行加強(qiáng)簾線相同的角度。緩沖層通常與斜交輪胎相關(guān)聯(lián)?！昂煵祭K”意味著通過將兩個或多個簾布紗線纏繞在一起而形成的簾線?！疤ンw”意味著除帶束結(jié)構(gòu)、胎面、底胎面以及簾布層上的側(cè)壁橡膠之外的輪胎結(jié)構(gòu)，但是包括胎圈。“外胎”意味著除胎面與底胎面之外的胎體、帶束層結(jié)構(gòu)、胎圈、側(cè)壁及輪胎所有其它組件，即，整個輪胎?！凹訌?qiáng)片”指的是位于胎圈區(qū)域內(nèi)的一窄條織物或鋼簾線，其功能是加強(qiáng)胎圈區(qū)域并穩(wěn)定側(cè)壁的徑向最內(nèi)側(cè)部分。“周向”意味著沿著與赤道面(EP)平行且與軸向方向垂直的環(huán)形輪胎表面的周長延伸的直線或方向；它還指其半徑限定胎面的軸向曲率的一組相鄰圓形曲線的方向，從截面圖中所視?！昂熅€”意味著構(gòu)成輪胎加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)線束之一。“簾線角”意味著由簾線相對于赤道面在輪胎平面圖的向左或右形成的銳角。所述 “簾線角”在已固化但未充氣的輪胎中測量?！暗┠釥?denier)”意味著每9000米的克數(shù)的重量(表示線性密度的單位)。分特 (dtex)意味著每10000米的克數(shù)的重量?！皬椥泽w”意味著在變形之后能夠恢復(fù)大小和形狀的彈性材料?！俺嗟烂妗币馕吨怪庇谳喬サ男D(zhuǎn)軸線并且穿過其胎面中心的平面；或者含有胎面周向中心線的平面。“織物”意味著基本上單向延伸的簾線的網(wǎng)織品，其可被扭絞，進(jìn)而包括多個由高模量材料構(gòu)成的眾多長絲(也可被扭絞)。“纖維”為形成長絲的基本元素的天然或人造的物質(zhì)單位。其特征為具有其直徑或?qū)挾鹊闹辽?00倍的長度?！伴L絲支數(shù)”意味著構(gòu)成紗線的長絲的數(shù)量。例如，1000旦聚酯纖維具有大約190 根長絲?！鞍肌敝傅氖抢p繞胎圈鋼絲的加強(qiáng)織物用于強(qiáng)度并將胎圈鋼絲緊固在輪胎本體內(nèi)。“印跡”意味著輪胎胎面在零速度及標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載下，與平坦表面的接觸面積。“規(guī)格尺寸(gauge)”通常指的是測量，具體指厚度測量?！按植诙取币馕吨?dāng)輪胎通過較小但連續(xù)的道路凹凸不平時輪胎傳遞的擾動量?！案呖估瓘?qiáng)度鋼(HT)”意味著以0. 20 mm的長絲直徑具有至少3400 MPa的抗拉強(qiáng)度的碳鋼。“遲滯”意味著當(dāng)改變作用在體上的力時效果的延遲。“內(nèi)部”意味著朝著輪胎的內(nèi)側(cè)，“外部”意味著朝著其外側(cè)?！皟?nèi)襯”意味著形成無內(nèi)胎輪胎的內(nèi)表面的彈性體或其它材料的一個或多個層，其含有輪胎內(nèi)的膨脹流體?！癓ASE”意味著在規(guī)定伸長下的載荷?！皺M向”意味著軸向方向?！澳砭唷币馕吨幽淼拈L絲或線束繞另一長絲或線束旋轉(zhuǎn)360度而行進(jìn)的距離?！罢卓估瓘?qiáng)度鋼(MT)”意味著以0. 20 mm的長絲直徑具有至少4500 MPa的抗拉強(qiáng)度的碳鋼?！皹?biāo)準(zhǔn)載荷”意味著由適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)組織為輪胎使用狀況選定的規(guī)定設(shè)計(jì)充氣壓力禾口載荷?！皹?biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度鋼(NT)”意味著以0. 20 mm的長絲直徑具有至少觀00 MPa的抗拉強(qiáng)度的碳鋼。“簾布層”意味著由涂覆有橡膠的徑向配置或以其它方式平行布置的簾線構(gòu)成的簾線加強(qiáng)層。“充氣輪胎”意味著大體環(huán)面形狀(通常為敞口圓環(huán))的層壓機(jī)械裝置，其具有胎圈和胎面，并由橡膠、化學(xué)品、織物、鋼和/或其它材料制成。當(dāng)安裝到車輛的車輪上時，充氣輪胎通過其胎面提供牽引，并含有承受車輛載荷的流體。“徑向的”和“徑向地”用于表示在徑向方向上朝著或遠(yuǎn)離輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線的方向?！白游缇€簾布層結(jié)構(gòu)”意味著具有加強(qiáng)簾線的一個或多個胎體簾布層或至少一個簾布層，且所述加強(qiáng)簾線相對于輪胎的赤道面定向在65度與90度之間的角度?！白游缇€輪胎”意味著帶束或周向地限制的充氣輪胎，其中，至少一個簾布層具有以相對于輪胎赤道面在65度與90度之間的簾線角從胎圈延伸至胎圈的簾線?！拜嗇y”意味著用于輪胎或內(nèi)外胎總成的支撐，輪胎緊固在其上?！皵嗝娓叨取币馕吨谳喬コ嗟烂嫔蠌臉?biāo)稱輪輞直徑到輪胎外直徑的徑向距離?！皵嗝鎸挾取币馕吨詷?biāo)準(zhǔn)壓力對輪胎充氣對小時之時或之后，但并未承載的情況下，平行于輪胎軸線且位于其側(cè)壁的外部之間的最大線性距離，不包括由于標(biāo)簽、裝飾或保護(hù)帶而導(dǎo)致的側(cè)壁升高造成的寬度。“側(cè)壁”意味著輪胎在胎面與胎圈之間的部分。“彈簧剛度”意味著表示為載荷一撓度曲線的斜率的輪胎或彈簧的剛度。“超抗拉強(qiáng)度鋼(ST)”意味著以0. 20 mm的長絲直徑具有至少3650 MPa的抗拉強(qiáng)度的碳鋼?！绊g度”為表示為無應(yīng)變樣品的每單位線性密度的力的應(yīng)力(克/特克斯或克/ 旦)。用在紡織品中?！皬埩Α睘橐粤?截面積表示的應(yīng)力。psi=12，800的強(qiáng)度乘以比重乘以克/旦尼爾為單位的韌度?！白o(hù)趾膠”指的是輪胎的在各胎圈軸向內(nèi)側(cè)的周向配置的彈性輪輞接觸部分。“胎面”意味著當(dāng)粘合至輪胎外胎時，包括輪胎正常充氣并在標(biāo)準(zhǔn)載荷下時輪胎與道路接觸的那部分的模制橡膠組件?！疤ッ鎸挾取币馕吨ッ姹砻嬖诎ㄝ喬バD(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)的圓弧長度?！胺窗恕币馕吨ンw簾布層的從簾布層包繞的胎圈向上(即徑向向外)翻折的部分?！俺呖估瓘?qiáng)度鋼(UT)”意味著以0. 20 mm的長絲直徑具有至少4000 MPa的抗拉強(qiáng)度的碳鋼?！凹喚€”為用于紡織纖維或長絲的連續(xù)絲線的專業(yè)術(shù)語。紗線以下列幾種形式出現(xiàn)1)扭絞在一起的多根纖維；2)布置在一起沒有扭絞的多根長絲；3)以一定程度的扭絞而布置在一起的多根長絲；4)有或沒有扭絞的單根長絲(單絲)；5)有或沒有扭絞的窄條材料。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料包括形成嵌在聚合物中的結(jié)構(gòu)的多個彈簧。每個彈簧都與至少一個其它彈簧交織，從而形成全覆聚合物結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，每個彈簧都以相鄰的彈簧橫向地拉伸，使得每個彈簧的每圈的內(nèi)部都與相鄰彈簧的每圈的內(nèi)部接合。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，每個彈簧都以相鄰的彈簧橫向地壓縮，使得每個彈簧的每圈的外部都與相鄰彈簧的每圈的內(nèi)部接合。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述彈簧為橢圓形。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述彈簧由選自下列組的材料構(gòu)成金屬、塑料、聚氨基甲酸酯、橡膠和碳。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述彈簧由標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度鋼構(gòu)成，具有0. 35”(英寸)的彈簧外徑、0. 055”的線(直)徑和0. 28”的節(jié)距。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述復(fù)合材料的彎曲剛度比形成所述復(fù)合材料之前分別測量的所述彈簧的彎曲剛度和所述聚合物的彎曲剛度大。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述復(fù)合材料形成繞著非充氣輪胎的整個圓周延伸的環(huán)形胎體結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述聚合物可為，例如，賓夕凡尼亞州伊斯頓的Polytek Development Corporation 的 Poly PT Flex 20、Poly PT Flex 60、Poly PT Flex 70、禾口 /或Poly PT Flex 85。另一例子材料可為俄亥俄州阿文郡的Freeman Manufacturing & Supply Company的Itepro超輕快速鑄塑的氨基甲酸乙酯。另外，根據(jù)本發(fā)明的用于構(gòu)造非充氣輪胎的方法包括如下步驟滑動胎體簾布層結(jié)構(gòu)與氣膽接合；將胎體簾布層結(jié)構(gòu)的第一圓形胎圈坐落在模具上；給氣膽部分地充氣， 以形成膨脹的胎體簾布層結(jié)構(gòu)；將彈性體注入所述模具；將胎體簾布層結(jié)構(gòu)的第二圓形胎圈坐落在模具蓋上；使用模具蓋封閉模具，用以封裝所述彈性體；給氣膽完全充氣，用以促進(jìn)彈性體與胎體簾布層結(jié)構(gòu)的接合；固化所述彈性體；以及取出現(xiàn)在限定了所述非充氣輪胎的組合的胎體簾布層結(jié)構(gòu)/彈性體。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述胎體簾布層結(jié)構(gòu)包括多個彈簧，每個彈簧都從所述第一圓形胎圈延伸到所述第二圓形胎圈。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，每個彈簧都包括第一端部部分、第二端部部分、以及將所述第一端部部分與所述第二端部部分互相連接的弓形中間部分。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，每個彈簧都與在所述彈簧第一側(cè)上的相鄰彈簧交織，進(jìn)一步與在所述彈簧的相對的第二側(cè)上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著所述非充氣輪胎的整個圓周延伸的環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述彈性體為氨基甲酸乙酯。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法還包括在所述封閉步驟之后重新定位所述獨(dú)立的整裝的模具/模具蓋的步驟。另外，根據(jù)本發(fā)明的一種非充氣輪胎包括多個可為螺旋形的彈簧。每個彈簧都包括第一端部部分、第二端部部分、以及弓形中間部分。每個彈簧都與至少另一個螺旋彈簧交織，從而形成繞著所述非充氣輪胎的整個圓周延伸的環(huán)面結(jié)構(gòu)。所述環(huán)面結(jié)構(gòu)至少部分地覆有彈性體。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述彈簧緊固至車輪的環(huán)形輪輞。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，每個環(huán)形彈簧的第一和第二端部部分都緊固至所述環(huán)形輪輞。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述環(huán)面結(jié)構(gòu)限定了所述非充氣輪胎的第一簾布層。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述非充氣輪胎使用上述方法來構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述非充氣輪胎還包括具有與多個彈簧的交織環(huán)面結(jié)構(gòu)的第二環(huán)面結(jié)構(gòu)。所述第二環(huán)面結(jié)構(gòu)與所述第一環(huán)面結(jié)構(gòu)重疊，并且可具有與所述第一環(huán)面結(jié)構(gòu)的至少一個彈簧交織的至少一個彈簧。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述第二環(huán)面結(jié)構(gòu)至少部分地覆有所述彈性體。并且，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造非充氣輪胎的一種系統(tǒng)，包括多個彈簧。每個彈簧都包括第一端部部分、第二端部部分、以及弓形中間部分。每個彈簧都與至少另一個彈簧交織，從而形成繞著所述非充氣輪胎的整個圓周延伸的環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)。所述環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)至少部分地覆有固化粘結(jié)至所述環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)的彈性體。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)被帶入與氣膽接合。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，所述環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)還包括用于在固化所述彈性體期間將所述環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)坐落在模具結(jié)構(gòu)上的兩個圓形胎圈。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述彈性體包括用于在環(huán)境溫度將所述彈性體化學(xué)地固化在所述環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)上的雙組分聚氨酯。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述固化彈性體形成用于產(chǎn)生所述非充氣輪胎在各種接觸表面上的牽引的胎面部分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)形成沿所述非充氣輪胎的周向方向和沿所述非充氣輪胎的徑向方向具有不同機(jī)械特性的各向異性結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述系統(tǒng)還包括用于將所述彈性體固化至所述環(huán)面胎體簾布層結(jié)構(gòu)的分段式模具。


結(jié)合附圖，通過研究下面的描述可更加清楚本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第一步
馬聚O圖2示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第
-~‘步驟。圖3示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第
三步驟。圖4示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第四步驟。圖5示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第五步驟。圖6示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第六步驟。圖7示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的第七步驟。圖8示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第八步驟。圖9示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第九步驟。
圖10示意性地示出了構(gòu)造包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的非充氣輪胎的例子的第十步驟。圖11表示傳統(tǒng)金屬絲網(wǎng)片材的示意圖。圖12表示用于與本發(fā)明的復(fù)合材料一起使用的一片交織螺旋彈簧。圖13表示形成圖12中片材的中間步驟。圖14表示形成圖12中片材的另一中間步驟。圖15表示將兩個片材(例如圖12的片材)緊固在一起的步驟。圖16表示用于與本發(fā)明的復(fù)合材料一起使用的螺旋彈簧例子。圖17表示圖16的螺旋彈簧處于撓曲狀態(tài)。圖18表示包括根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的輪胎與車輪總成的例子的示例圖。圖19表示通過圖18中線19-19的斷面。圖20表示通過圖19中線20-20的斷面。圖21表示本發(fā)明的復(fù)合材料制成的輪胎例子的示意性透視圖。圖22表示圖21的輪胎的示意性正交視圖。圖23表示圖21的輪胎的示意性斷面圖。圖M表示示例的載荷/撓度曲線的示意圖。圖25表示另一個示例的載荷/撓度的示意圖。圖沈表示又一個示例的載荷/撓度曲線的示意圖。圖27表示又一個示例的載荷/撓度曲線的示意圖。
具體實(shí)施例方式系統(tǒng)可包括構(gòu)造用于車輛的非充氣支撐的輪胎的方法500、用于支撐車輛的非充氣輪胎100，或者兩者。所述方法500可包括提供分段式圓柱形開口模具510、對應(yīng)于所述模具的圓形模具蓋520、和可充氣/可膨脹氣膽530。在第一構(gòu)造步驟510中，開口圓柱形胎體簾布層，例如下面由彈簧310限定的胎體簾布層，可在氣膽530上滑動或繞著氣膽530下降。在第二步驟502中，第一圓形胎圈541裝在模具510中相應(yīng)的第一圓形槽(未示出)內(nèi)。在第三步驟503中，氣膽530被部分地充氣以形成膨脹的簾布層。在第四步驟504中，彈性體550， 例如聚氨酯，被注入模具510中。在第五步驟505中，模具蓋520被下降到與模具510緊密接合，從而使第二圓形胎圈542裝在模具蓋中相應(yīng)的第二圓形槽(未示出)內(nèi)，并且軸向地壓縮胎體簾布層的胎圈M1542，產(chǎn)生環(huán)面胎體結(jié)構(gòu)。在第六步驟506中，氣膽530進(jìn)一步充氣，從而進(jìn)一步膨脹胎體簾布層，促進(jìn)彈性體550環(huán)繞胎體簾布層的暴露表面的流動。在該第六步驟506期間，空氣及過量彈性體550通過模具/模具蓋中的單向止回閥(未示出)從模具510/模具蓋520的內(nèi)部排出。在第七步驟507中，氣膽530被完全充氣，從而將空氣和過量彈性體550完全從模具510/模具蓋520的內(nèi)部排出。在該第七步驟507之后，可將模具/模具蓋組件510、520 重新布置在方便位置，這是因?yàn)樵摻M件在該點(diǎn)是獨(dú)立整裝的。第八步驟508中，在充分固化時間之后，氣膽530被放氣，模具蓋520被升起，脫離與模具510的接合，各模具段511彼此分離并與新固化的輪胎600分離。在第九步驟509中，輪胎600被從與氣膽530的接合完
10全移開，并準(zhǔn)備使用。在第五、第六、和第七步驟505-507期間，氣膽530、模具510/模具蓋520、及胎體簾布層的實(shí)際尺寸會確定胎體簾布層是否會被彈性體550 (圖23)完全裝入，或者胎體簾布層的內(nèi)表面是否形成輪胎600的內(nèi)環(huán)面。換句話說，或者完全充氣的氣膽530直接接合胎體簾布層被胎圈541、542的軸向會聚所膨脹的內(nèi)表面，從而形成具有內(nèi)環(huán)面的輪胎600，所述內(nèi)環(huán)面為胎體簾布層的內(nèi)表面；或者完全充氣的氣膽無法達(dá)到胎體簾布層的內(nèi)表面，從而允許彈性體流入該間隙，并形成被完全包圍的胎體簾布層。例子輪胎300、600可包括交織或交錯編織的多個螺旋彈簧(即，在載荷下彈性變形而幾乎沒有能量損失的螺旋線)。輪胎300、600可限定用于安裝至車輪200的環(huán)面形結(jié)構(gòu)。輪胎300、600可吻合輪胎接合的表面，以便于牽引，同時減輕傳遞至相應(yīng)車輛的振動。 螺旋彈簧支撐和/或分布車輛的負(fù)載。輪胎300、600可為充氣的或不充氣的。在車輛的重量下，輪胎300、600可被驅(qū)動、拖動或給車輛提供轉(zhuǎn)向。輪胎300、600 的螺旋彈簧可通過相對于彼此彎曲和移動而被動地吻合任何地形。螺旋彈簧的交織結(jié)構(gòu)給輪胎300、600提供了穩(wěn)定性，并且在輪胎旋轉(zhuǎn)和接合變化地形時防止該結(jié)構(gòu)塌縮。輪胎300、600的螺旋彈簧可在有限變形范圍內(nèi)是有彈性的，從而可使用類似于胎體簾布層的相對較剛性的框架來防止過大變形。彈簧的徑向取向部分可用于將輪胎300、 600連接到車輪200上。這些彈簧可以是交織的或交錯編織的。以分布負(fù)荷為目的，其它彈簧可從徑向到周向以任意的偏角與輪胎相結(jié)合。這些其它彈簧可為螺旋彈簧。另外，例如， 這些其它彈簧可在輪胎300、600的徑向外部部分繞著輪胎周向地延伸?？稍黾幽愁愅飧矊?S卩，胎面、彈性體550)，以部分地或完全地保護(hù)螺旋彈簧不受沖擊損害和/或改變輪胎漂移和產(chǎn)生牽引的能力。作為一個例子，可使用四個基本步驟來制造用于輪胎300、600的一個示例胎體簾布層結(jié)構(gòu)i)將螺旋彈簧扭絞在一起，以形成具有對應(yīng)于期望輪胎周長的長度的矩形片；ii)將彈簧矩形片的端部交織，形成網(wǎng)狀圓筒(圖 2);iii)折疊網(wǎng)狀圓筒的一端，并將其連接到車輪200的輪輞；和iv)將網(wǎng)狀圓筒的另一端里面朝外地翻，并將其連接到車輪200的另一軸向相對的輪輞。例子輪胎300、600可用在地球、月球、火星和/或任意其它行星體上，這是因?yàn)樗脑谶@些行星的大氣和地形條件下能可靠地操作。輪胎300、600可獨(dú)立地應(yīng)用，或者結(jié)合進(jìn)其它輪胎類型中作為局部或輔助載荷支撐/分布系統(tǒng)。然而，輪胎300、600不需要空氣，操作在困難環(huán)境中，并且吻合所有地形。輪胎300、600提供了對阿波羅月球車的傳統(tǒng)絲網(wǎng)的非充氣輪胎的改進(jìn)。由于螺旋彈簧的線材尺寸可被增大而功能改變相對很小，所以輪胎300、600提供了更高的承載能力。由于螺旋彈簧的線材應(yīng)力在整個胎體簾布層狀結(jié)構(gòu)上分布得更加均勻，所以輪胎300、 600提供了更長的循環(huán)壽命。另外，由于交織的螺旋彈簧網(wǎng)織品(像胎體簾布層)比卷曲的金屬絲網(wǎng)從根本上強(qiáng)度更高，所以對于每單位的被支撐的車輛重量，輪胎300、600提供相對低的重量。另外，螺旋彈簧能夠壓縮和伸長，以適應(yīng)制造的變化。最后，由于可在不同的輪胎位置和方向增加載荷分布彈簧來改變輪胎強(qiáng)度，所以輪胎300、600提供了改進(jìn)的設(shè)計(jì)多用性。由于螺旋彈簧在變形期間幾乎不消耗能量，所以與在胎體中使用摩擦或遲滯材料的輪胎相比，例子輪胎300、600還提供了相對較低的能量損失。示例輪胎300、600含有冗余載荷承載元件，即便在顯著的損壞之后也能正常地操作。因此，對于低車輛能量消耗、造成嚴(yán)重危險(xiǎn)的輪胎故障、行駛通過不平地形、暴露于極端溫度或高水平輻射、和/或暴露于炮火或炸彈爆炸可利用示例輪胎300、600。如圖11中所示，編織金屬絲網(wǎng)已經(jīng)被用于傳統(tǒng)的月球車輪胎。然而，如上所述，期望更高的強(qiáng)度和耐用性。圖12示出了可比金屬絲網(wǎng)提供更高強(qiáng)度和耐用性的交織螺旋彈簧55的網(wǎng)狀片50。圖13、14和15示出了形成圖12中所示網(wǎng)狀片50的中間步驟。在圖13 中，第一螺旋彈簧55圖示為正在旋轉(zhuǎn)，從而將同一第一彈簧與第二螺旋彈簧55交織。在圖 14中，第三螺旋彈簧55圖示為正在旋轉(zhuǎn)，從而將第三彈簧與已經(jīng)編織好的第一和第二彈簧 55交織。在圖15中，一個螺旋彈簧55圖示為正在旋轉(zhuǎn)，用于連接由多個螺旋彈簧55制成的兩個網(wǎng)狀片50 (S卩，圖12的網(wǎng)狀片)。圖16示出了用作上述圖12-15中的一個螺旋彈簧 55。圖17示出了用在輪胎(例如輪胎300、600)中撓曲的一個螺旋彈簧55，如下所述。如圖18-20中所示，例子總成100包括車輪200和輪胎300。車輪200在每個軸向側(cè)都具有環(huán)形輪輞202，用于將輪胎300緊固到車輪上。每個輪輞202都相對于另一輪輞 202固定。每個輪輞202可包括用于將輪胎300與輪輞對齊的多個插口孔204?？墒褂萌我馄渌m當(dāng)?shù)难b置來將輪胎300緊固到輪輞200上。例子輪胎300可包括以弓形結(jié)構(gòu)從車輪200徑向向遠(yuǎn)處延伸并徑向延伸回車輪的多個螺旋彈簧310。每個彈簧310的每個端部315可以在車輪的相應(yīng)輪輞202上緊固至車輪上。每個彈簧310都具有互連端部315的中間部分。每個端部315都可在軸向方位(圖 19)或在有角度的方位被緊固，每個彈簧310都從一個輪輞202軸向向外地延伸，然后遠(yuǎn)離車輪300，再折回自身，然后向內(nèi)延伸，最后朝著另一輪輞202軸向地延伸。從而每個彈簧的每個端部315可與相同彈簧的另一端部315同軸地(或以一定角度)定向。另外，每個彈簧55可與相鄰的彈簧55交織(圖12)，能夠在彈簧之間分擔(dān)載荷。如圖12中所示，每個彈簧55都與在該彈簧的第一側(cè)上的相鄰彈簧55交織或交錯編織，并進(jìn)一步與在該彈簧的相反的第二側(cè)上的相鄰彈簧陽交織。因此，彈簧310徑向地和軸向地延伸，形成繞著輪胎300的整個圓周延伸的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)(圖8-10)，類似于充氣輪胎的胎體簾布層。螺旋彈簧310可為任意適當(dāng)?shù)拈L度、規(guī)格、節(jié)距和形狀(S卩，卵形彈簧、橢圓彈簧等)。螺旋彈簧310可改變線圈直徑(S卩，可使用圓筒形彈簧)，以在輪胎300中徑向位置的整個范圍產(chǎn)生連續(xù)網(wǎng)狀織物(即，使胎圈處的線圈寬度變窄)。螺旋彈簧310還可構(gòu)造為兩個或多個層，一個或多個徑向內(nèi)部層被一個或多個徑向外部層徑向地重疊。另外，一個層的至少一個螺旋彈簧可與另一層的至少一個螺旋彈簧交織，用以有利地提高整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。螺旋彈簧310可為Ti-N合金、鋼、鈦、聚合物、陶瓷或任意其它適當(dāng)?shù)牟牧稀Ｉ鲜黾兘饘?、非充氣彈簧輪?00已經(jīng)開發(fā)用于空間應(yīng)用。如圖20中所示，該結(jié)構(gòu)為一系列的交織彈簧。該結(jié)構(gòu)良好地適于因溫度變化(40 K到400 K)而不允許使用橡膠的空間應(yīng)用。另外，彈簧輪胎300在土壤成分可為軟砂的地方(例如月球)可獲得卓越的牽引。然而，在地球上，路面的變化使得以上例子輪胎300的純金屬接觸界面具有有限的應(yīng)用?；谠撚邢奚虡I(yè)應(yīng)用，可增強(qiáng)示例輪胎300的交織結(jié)構(gòu)以用于地球應(yīng)用。為了在廣泛變化的地球路面上獲得牽引，可在全金屬例子輪胎300上添加聚合物作為胎面。對于方法500的步驟504，一種選擇是使用雙組分聚氨酯，該雙組分聚氨酯可被注入含有預(yù)裝配的示例彈簧輪胎300的模具510中。一旦所述兩個組分混合在一起，那么就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在環(huán)境溫度和壓力固化該聚合物。一旦固化完成，就從模具取出產(chǎn)生的輪胎300，以備使用。 在實(shí)驗(yàn)樣品中，通過以1. 5英寸的撓曲循環(huán)超過一百萬次來測試下方表格1中每個尺寸的疲勞?；陬A(yù)期載荷需求和地形規(guī)格，聚合物覆層輪胎典型地定位于全地形車輛 (ATV)0如圖21-23中所示，這種例子輪胎600確定為具有由圖M所示的非充氣輪胎600 的載荷/撓度曲線示出的載荷/撓度特性。輪胎600的結(jié)構(gòu)剛度顯著地高于彈簧結(jié)構(gòu)本身預(yù)計(jì)的剛度。使用的聚合物——氨基甲酸乙酯——本身不僅承受一部分彎曲載荷，而且以提高彈簧彎曲剛度的方式(例如，阻止旋轉(zhuǎn))來約束彈簧運(yùn)動。
表1實(shí)驗(yàn)室樣品的彈簧尺寸
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料，其特征在于，包括形成嵌在聚合物內(nèi)的結(jié)構(gòu)的多個彈簧，每個彈簧都與至少一個其它彈簧交織在一起，從而形成全覆聚合物結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，每個彈簧都與相鄰的彈簧橫向地拉伸， 使得每個彈簧的各簧圈的內(nèi)部與相鄰彈簧的各簧圈的內(nèi)部接合。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，每個彈簧都與相鄰的彈簧橫向地壓縮， 使得每個彈簧的各簧圈的外部與相鄰彈簧的各簧圈的內(nèi)部接合。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述彈簧為橢圓形。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述彈簧由選自下列組的一種材料構(gòu)成金屬、塑料、聚氨基甲酸酯、橡膠和碳。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述彈簧由標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度鋼構(gòu)成，具有 0. 35”的彈簧外側(cè)直徑、0. 055”的線直徑和0. 28，，的節(jié)距。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料的彎曲剛度比形成所述復(fù)合材料之前分別測量的所述彈簧的彎曲剛度和所述聚合物的彎曲剛度大。
8.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料形成繞著非充氣輪胎的整個圓周延伸的環(huán)形胎體結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述聚合物為可塑彈性體。
全文摘要
復(fù)合材料包括形成嵌在聚合物中的結(jié)構(gòu)的多個彈簧。每個彈簧都與至少一個其它彈簧交織，從而形成全覆聚合物結(jié)構(gòu)。
文檔編號C08K3/08GK102433010SQ201110252438
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者林 C-H., A. 因卡沃 J., A. 本京二世 J., C. 萊蒂里 J., B. 科爾曼 R. 申請人:固特異輪胎和橡膠公司