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CN102555692A - 一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯及其成型方法 - Google Patents

一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯及其成型方法 Download PDF

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carbon fiber
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tyre bead
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杨卫民
张阁
丁玉梅
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Beijing University of Chemical Technology
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Abstract

本发明公开一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯及其成型方法，胎圈芯断面形状为水滴型，胎圈芯所运用材料为由粘结剂包覆的碳纤维束形成的复合材料，成型方法为：首先将连续的碳纤维复合材料胎圈芯条的一末端通过模具上部的开口缠绕在旋转模具内部空腔内；之后旋转模具以一定的速度绕着中心旋转轴转动，同时不断输送连续的包覆有粘结剂的碳纤维束的复合材料胎圈芯条，使其模具空腔内不断产生连续缠绕，直至形成与模具空腔断面同为水滴状的碳纤维胎圈芯。本发明的水滴型胎圈芯可以将轮胎胎圈紧紧固定于轮辋中，避免发生轮胎脱辋事故或者防止轮胎产生相对于轮辋的滑移或转动，另外该种结构轮胎的下沉量会降低，乘坐的舒适性和安全性增加。

Description

一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯及其成型方法
技术领域
本发明涉及一种轮胎胎圈，特别是涉及一种水滴型碳纤维复合材料的胎圈芯及其成型方法，此发明尤其适用于航空轮胎。
背景技术
轮胎胎圈是指至少一个胎体帘布层末端在缠绕环形增强件后向后折叠形成反包胎体层的区域，而胎圈芯即指胎体帘布层所缠绕的环形增强件的主要组成部分，是主要乘力部件之一。在胎圈芯径向外侧，一般要插入胎圈三角胶或其他填料，其从断面形状看呈大体三角形状，以此来约束固定胎圈芯。
轮胎胎圈在轮胎的转动过程中发挥着重要的作用，特别是胎圈芯体，其不仅把轮胎胎体锚定在轮胎胎圈上，而且起到将轮胎紧固至轮辋的作用，从而保证无内胎轮胎与轮辋之间的密封效果，确保无内胎轮胎的保压性能和耐久性能。
目前胎圈芯材料常为钢丝或钢丝绳股，但也有已经公布的专利中运用新材料代替钢丝。
美国专利US4823857提出一种胎圈结构，其是由纤维层嵌入到聚合物基体中形成环形加强结构，在两层复合材料之间还夹有一并不依附于厚层复合材料的薄层复合材料。
美国专利US4320791公布了一种轮胎，其胎圈部位包含有高模量纤维和聚合物基体，利用高模量有机纤维或无机纤维来形成细长的胎圈元件，此胎圈元件具有高的比强度和比模量。
日本专利JP6286426公开了一种轮胎胎圈，其胎圈芯是由非金属纤维材料通过环形缠绕后制成的，以此加强胎圈部位结构。
CN101193763公布了一种具有复合胎圈芯的充气轮胎，此类轮胎的胎圈芯包括至少一个金属丝组成的细长元件和至少一个碳纤维组成的第二细长元件。
航空轮胎属于飞机的重要零部件之一，由于在飞机落地和起飞过程中轮胎需要承受高速度、高载荷、高内压，所以一般对航空轮胎的性能要求较苛刻，特别是胎圈部位要承受较高的载荷。
飞机在落地或起飞瞬间，轮胎的速度一般会达到360km/h，其内部充气压力达1.3MPa左右，有的主轮胎承受载荷高达15000kg，在如此极端条件下还需要进行加速或减速过程，故对于航空轮胎来说，将胎圈部位紧紧固定在飞机轮辋上是相当重要的，为了防止胎圈部位在飞机起飞或降落过程中从轮辋脱落或者与轮圈部位产生相对滑动，就需要使胎圈芯拥有较大的抗拉强度和较高的模量，这样胎圈在受到充气压力和飞机的冲击载荷时会产生较小的形变，可以有效防止胎圈部位相对于轮辋产生滑动或脱落。
上述专利中都从材料上对轮胎胎圈进行改进，运用复合材料制造胎圈芯等部件，如果仅仅将胎圈芯改用高模量的复合材料，在胎圈加工过程中难以将以复合材料为基体的胎圈芯和以橡胶为基体的三角胶芯合并到一起，不但在制造加工过程中有一定的难度，而且容易引起胎圈芯和三角胶芯之间的相对滑动，不能保证从轮辋向轮胎传递力和扭矩的良好效果。
另外，三角胶芯或者胎圈填充体的主要作用是将胎圈芯固定于胎圈内部，防止其在径向方向发生滑动等，但上述资料中胎圈在承受较大的压力载荷后，并无法保证由复合材料制成的胎圈芯会在橡胶主体填充料的固定作用下不产生径向移动，并可能由此引起一系列轮胎脱离轮辋等故障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种断面呈水滴型碳纤维胎圈芯结构及其成型方法，该种胎圈芯结构直接具有之前胎圈芯和三角胶芯的双重作用，无需再填充三角胶芯或者胎圈填料来固定胎圈芯。
根据本发明，提供一种适于承载能力强的轮胎(例如航空轮胎)的水滴型碳纤维胎圈芯，胎圈芯为圆环状结构，胎圈芯断面形状为一端呈圆弧形、另一端由圆弧过渡到尖形的水滴型，所运用材料为由粘结剂(例如改性的环氧树脂)包覆的碳纤维束形成的复合材料，其强度约为1000MPa，模量为100GPa左右，这样其可以具有足够的机械性能来满足航空轮胎复杂苛刻的工况条件。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯的成型方法，该方法包括以下步骤：
首先使用一个能够旋转的模具，模具闭模时模具内部空腔是断面呈所述的水滴型胎圈芯截面结构；将连续的碳纤维复合材料胎圈芯条的一末端通过模具上部的开口缠绕在旋转模具内部空腔内；
之后旋转模具以一定的速度绕着中心旋转轴转动，同时不断输送连续的包覆有粘结剂的碳纤维束的复合材料胎圈芯条，使其模具空腔内不断产生连续缠绕，直至形成与模具空腔断面同为水滴状的碳纤维胎圈芯；
形成一完整的水滴型碳纤维胎圈芯后，打开模具，取出水滴型碳纤维胎圈芯，将其用于准备后续轮胎的加工工序中。
本发明一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯不仅在制造过程中工艺简单，易于操作，而且节省了橡胶原料，由于整个水滴型胎圈芯结构全部采用由粘结剂(例如改性的环氧树脂)包覆的碳纤维复合材料，其具有更强的抗拉伸能力和更高的模量，这样可以将轮胎胎圈紧紧固定于轮辋中，尽量避免发生轮胎脱辋事故或者防止轮胎产生相对于轮辋的滑移或转动，另外其另一优点是由于水滴型碳纤维胎圈芯结构的径向长度大于普通结构的钢丝胎圈芯结构，使得轮胎在径向方向上形变较少，这样在飞机着陆或者起飞瞬间，轮胎的下沉量会降低，增加乘坐的舒适性和安全性。
从下面对根据本发明优选的但不排他的实施例的描述中，可以进一步更好地理解本发明的优点和特征，该描述将参考非限制性实施例给出的附图，本发明说明书也应参照附图阅读。
附图说明
图1是本发明一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯的轮胎的横断面视图；
图2示出了根据本发明一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯的轮胎胎圈部位的放大图；
图3为根据本发明一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯的成型方法的成型示意图；
图4为根据本发明一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯的成型方法的成型模具的水滴型模具半模一移开后示意图；
图中各标注如下：
1-胎圈；2-第一胎圈增强层；3-第二胎圈增强层；4-反包胎体帘线层；5-胎圈耐磨胶；6-胎体帘线层；7-水滴型碳纤维胎圈芯；8-内衬层；9-胎侧；11-航空轮胎；12-水滴型模具半模一；13-水滴型模具半模二；14-碳纤维胎圈芯条
具体实施方式
以下结合示例性实施例对本发明一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯的实施方式进行描述。
如图1和图2所示，根据本发明的航空轮胎11，其胎圈1主要由断面呈水滴型碳纤维胎圈芯7、第一胎圈增强层2、第二胎圈增强层3、胎圈耐磨胶5、胎体帘线层6、内衬层8及反包胎体帘线层4等组成，从断面位置看，其与胎侧9相连接。
水滴型碳纤维胎圈芯7由胎体帘线层6及反包胎体帘线层4所紧密缠绕，相互之间形成无缝隙的连接，在胎体帘线层6、反包胎体帘线层4径向内侧，由第一胎圈增强层2、第二胎圈增强层3依次紧紧缠绕，为使胎圈1具有足够高的机械性能，其第一胎圈增强层2、第二胎圈增强层3的末端端部延长至水滴型碳纤维胎圈芯7径向最外部的尖点部位，反包胎体帘线层4则从水滴型碳纤维胎圈芯7径向最外部的尖点部位开始压在胎体帘线层6上一直延伸到另一胎圈处，这样反包胎体帘线层4可以使航空轮胎11承受更强的冲击载荷。
图3和图4示出了水滴型碳纤维胎圈芯7的一种实施例的成型方法，其中水滴型模具半模一12与水滴型模具半模二13合模后形成水滴型空腔，水滴型模具半模一12与水滴型模具半模二13合模后以一定的速度绕着中心旋转轴转动，在转动的同时，带动着连续输送的包覆有粘结剂的碳纤维胎圈芯条14转动，使碳纤维胎圈芯条14缠绕在水滴型模具半模一12与水滴型模具半模二13合模后的呈水滴型的内腔中，当碳纤维胎圈芯条14缠绕充满内腔后由于粘结剂的作用，胎圈芯相互粘结在一起形成断面呈水滴型的胎圈芯，随后切断连续输送的碳纤维胎圈芯条14，打开水滴型模具半模一12与水滴型模具半模二13合模后便可取出水滴型碳纤维胎圈芯7。

Claims (2)

1.一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯，其特征在于：胎圈芯为圆环状结构，胎圈芯断面形状为一端呈圆弧形、另一端由圆弧过渡到尖形的水滴型，胎圈芯所运用材料为由粘结剂包覆的碳纤维束形成的复合材料。
2.权利要求1所述的一种用于轮胎的水滴型碳纤维胎圈芯的成型方法，其特征在于：首先使用一个能够旋转的模具，模具闭模时模具内部空腔是断面呈所述的水滴型胎圈芯截面结构，将连续的碳纤维复合材料胎圈芯条的一末端通过模具上部的开口缠绕在旋转模具内部空腔内；之后旋转模具以一定的速度绕着中心旋转轴转动，同时不断输送连续的包覆有粘结剂的碳纤维束的复合材料胎圈芯条，使其模具空腔内不断产生连续缠绕，直至形成与模具空腔断面同为水滴状的碳纤维胎圈芯；形成一完整的水滴型碳纤维胎圈芯后，打开模具，取出水滴型碳纤维胎圈芯，将其用于准备后续轮胎的加工工序中。
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