本发明涉及非充气轮胎技术领域，特别是涉及一种树脂基纤维复合片材、轮辐及非充气轮胎。
背景技术：
自充气轮胎诞生以来，其结构及制备工艺不断发展，性能不断提升，已经完全能满足高载荷高速、操控性强、舒适度佳等要求，然而充气轮胎始终潜藏着爆胎的风险，有研究表明高达76％的高速公路事故由轮胎爆胎引起，因此，或许在本世纪，具备更高安全系数的非充气轮胎或将大范围推广、应用。
非充气轮胎则是结构承载轮胎，除了与地面接触的胎面有刚度要求外，对连接胎面和中心轮毂的轮辐也有结构上、材料上的要求，目的是更好地承担、传递载荷、保证操作性和舒适性等。轮辐合适的径向刚度是高静承载负荷的前提，刚度过大会影响舒适性；合适的轴向刚度是良好操作性的前提，即可以有效传递来自轮毂的扭转力，高速行驶对轮辐的轴向刚度有着更高的要求。
因此，研发具有良好性能的材料用来制备非充气轮胎的承载部件，对提高非充气轮胎的力学性能、保证非充气轮胎的操作性和舒适性具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的是：提供一种树脂基纤维复合片材、采用了该树脂基纤维复合片材制成的轮辐及非充气轮胎，该树脂基纤维复合片材能够提高非充气轮胎的力学性能、保证非充气轮胎的操作性和舒适性。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种树脂基纤维复合片材，其用于非充气轮胎，所述树脂基纤维复合片材包括热固性树脂基体和嵌入于所述热固性树脂基体中的纤维，所述热固性树脂基体的玻璃化转变温度≥180℃。
进一步的，所述热固性树脂基体由环氧树脂、聚酯树脂或乙烯基酯材料制成。
进一步的，所述热固性树脂基体由基于酚醛或双酚a的环氧乙烯基酯树脂材料制成。
进一步的，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或聚酯纤维；所述纤维在所述热固性树脂基体中呈单向、双向或多向排布。
进一步的，所述纤维在所述热固性树脂基体中呈层叠或三维编织状。
进一步的，所述树脂基纤维复合片材上设置有沿所述树脂基纤维复合片材的厚度方向开设的孔。
进一步的，所述树脂基纤维复合片材上设置有沿所述树脂基纤维复合片材的宽度方向开设的槽。
为了实现上述目的，本发明另一方面提供了一种轮辐，其包括作为承力结构的支腿，所述支腿包括如上述任一项方案所述的树脂基纤维复合片材，所述树脂基纤维复合片材的两个相对的侧面上均设有橡胶覆件，两个相对的所述侧面均垂直于所述树脂基纤维复合片材的厚度方向。
进一步的，上述轮辐还包括中心腹件，所述支腿具有四个，四个所述支腿均自所述中心腹件向远离所述中心附件的方向延伸，四个所述支腿排布为x形。
为了实现上述目的，本发明又一方面提供了一种非充气轮胎，其包括胎面、轮毂及如上述任一项方案所述的轮辐，所述轮辐设于所述胎面与所述轮毂之间。
上述技术方案所提供的一种树脂基纤维复合片材、轮辐及非充气轮胎，与现有技术相比，其有益效果在于：树脂基纤维复合片材的热固性树脂基体的分子链通过化学交联在一起，形成一个刚性的三维网络结构，不能重复加工成型，因此具有高强度、耐热性好、抗腐蚀、耐老化、尺寸稳定等优良性能，相应的用于非充气轮胎上时，这些优良性能能够体现在非充气轮胎的承力结构中，而嵌入纤维也能够增加片材的力学性能；热固性树脂基体的玻璃化转变温度≥180℃能够保证树脂基纤维复合片材在后续与橡胶复合时的硫化工序不受微/宏观结构上的破坏，使热固性树脂基体与纤维的结合提高了非充气轮胎的力学性能、保证了非充气轮胎的操作性和舒适性。
附图说明
图1是本发明实施例一的树脂基纤维复合片材的结构示意图；
图2是图1的主视透视图；
图3是本发明实施例二的树脂基纤维复合片材的结构示意图；
图4是本发明实施例三的树脂基纤维复合片材的结构示意图；
图5是本发明实施例四的轮辐的横截面示意图；
图6是本发明实施例五的非充气轮胎的结构示意图。
其中，1－热固性树脂基体，2－纤维，3－孔，4－槽，20－轮辐，5－支腿，6－中心腹件，7－连接掌，8－胎面，9－轮毂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1和图2所示，本发明实施例一所提供的是一种树脂基纤维复合片材，该树脂基纤维复合片材用于非充气轮胎中，具体可作为轮辐承力结构或胎面中剪切带/层的生产材料，该树脂基纤维复合片材包括热固性树脂基体1和嵌入于热固性树脂基体1中的纤维2，热固性树脂基体1的玻璃化转变温度≥180℃。
基于上述方案，热固性树脂基体1的分子链通过化学交联在一起，形成一个刚性的三维网络结构，不能重复加工成型，因此具有高强度、耐热性好、抗腐蚀、耐老化、尺寸稳定等优良性能，相应的用于非充气轮胎上时，这些优良性能能够体现在非充气轮胎的承力结构中，而嵌入纤维2也能够增加片材的力学性能；热固性树脂基体1的玻璃化转变温度≥180℃能够保证树脂基纤维复合片材在后续与橡胶复合时的硫化工序不受微/宏观结构上的破坏，使热固性树脂基体1与纤维2的结合提高了非充气轮胎的力学性能、保证了非充气轮胎的操作性和舒适性。
其中，热固性树脂基体1可由环氧树脂、聚酯树脂或乙烯基酯材料制成，优选聚酯树脂和乙烯基酯树脂，更加优选乙烯基酯树脂，具体可采用基于酚醛或双酚a的环氧乙烯基酯树脂材料制成。可选的，树脂一旦交联(固化)，其在25℃下的初始拉伸模量大于2gpa，更优选大于3gpa。
另外，纤维2可为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或聚酯纤维，优选具备价格优势、高模量、低断裂伸长率的玻璃纤维，更优选满足以下条件的玻璃纤维：作为其最小单元的单丝纤维初始拉伸模量大于35gpa，优选大于40gpa；断裂伸长率大于4％，优选大于4.2％。
其中，纤维2在热固性树脂基体1中可呈单向、双向或多向排布，多向意为大于两个方向，单向、双向、多向是指在纤维平面内纤维2走向存在一个、两个、多个，纤维2走向应该理解为平行于横截面为圆形的纤维的轴向方向。所述单向、双向、多向的纤维排布可以通过直接购买市面的单向、双向、多向纤维布实现，或通过人工排布单向纤维复丝实现，所述复丝是指含有不同根数的单丝纤维的纤维束，通常有6k、12k、24k等规格，24k表示一束纤维束含有24000根单丝纤维。
另外，纤维2在热固性树脂基体1中可呈层叠状，层叠数目可以是任何数字，也可为三维编织状，交织、层叠主要目的是为了使得最终产品在垂直纤维走向平面获得一定厚度和力学强度。三维编织是借助计算机编程和自动化仪器实现的纤维2编织工艺，其可以编织出更多纤维走向、空间分布密度更高的立体纤维体，有望满足未来产品的更多更具挑战性的力学要求。树脂基纤维复合片材的制备工艺包括纤维2的定向排布/层叠或三维编织、真空浸渍、热压固化成型或光固化成型。
此外，树脂基纤维复合片材的厚度范围可在0.2－8mm，优选0.3－3mm，更优选0.5－1mm。所述厚度应理解为复合片材三个空间维度(x，y，z)方向中具有最小单位长度的方向厚度，一般的，厚度方向为垂直纤维走向平面的方向，三维编织成型除外。所述树脂基纤维复合片材优选弯曲弹性模量范围≥60gpa，优选≥65gpa，更优选≥70gpa。所述树脂基纤维复合片材优选纤维2的含量范围50％－80％，优选60％－75％，更优选65％－75％。
具体的，如图1和图2所示，在本实施例中，热固性树脂基体1选用来自dsm公司的乙烯基酯树脂“e－novafw2045”，其固化后树脂的玻璃化转变温度为185±2℃。本实施例采用了双向纤维布，双向纤维布选用国内巨石公司ewr270牌号的无捻平纹粗纱布，该牌号粗纱布单位面积质量260g/cm2－1600g/cm2，在模具上层铺5层后，借助真空袋，真空辅助成型，产品厚度约为1mm。测得该复合片材的三点弯曲弹性模量为62.5gpa，玻璃化转变温度为186℃，尺寸为45×25×1mm的复合片材抗弯刚度约为58000nmm2。
实施例二
如图3所示，本发明实施例二所提供的是另一种树脂基纤维复合片材，本实施例与实施例一的区别仅在于：本实施例的树脂基纤维复合片材上设置有沿树脂基纤维复合片材的厚度方向开设的孔3。
具体的，如图3所示，上述孔3为圆孔，圆孔通过热冲压工艺加工得到，圆孔直径d等于5mm，相邻圆孔边缘间隙l等于5mm。在本实施例中，尺寸为45×25×1mm的复合片材抗弯刚度约为46000nmm2。当然，上述孔3也可为方孔或异形孔等，也能够实现与圆孔相应的作用；孔3的加工方式可以采用类似金属加工的工序，如铣磨、钻孔、锯、激光切割、热切割等，也可以在成型模具中预先设计对应结构；孔3可以设置为通孔，也可设置为具有一定的深度。
开设上述孔3结构虽然降低了热固性树脂基体1中纤维2的连续性，但提供了复合片材力学表现的更多可能性，包括宏观的各向异性、刚度可控等。上述的可能性影响着最终非充气轮胎的力学表现以及舒适性、操作性。
另外，可以通过控制孔3的结构、数量来控制复合片材的抗弯刚度，从而一定程度上实现后续轮辐力学性能的可调节性，同时孔3结构也有利于加强复合片材与橡胶的连接。
本实施例其他内容与实施例一相同，这里不再赘述。
实施例三
如图4所示，本发明实施例三所提供的是另一种树脂基纤维复合片材，本实施例与实施例二的区别仅在于：树脂基纤维复合片材上设置有沿树脂基纤维复合片材的宽度方向开设的槽4。
具体的，如图4所示，本实施例的槽4为矩形的方槽，方槽通过线切割工艺加工得到，复合片材尺寸为170×45×1mm，方槽尺寸为40×3mm，相邻方槽间隙为2mm。在本实施例中，尺寸为45×25×1mm复合片材的竖向抗弯刚度约为37000nmm2，横向几乎呈现柔韧性，几乎无抗弯刚度，所述竖向是指平行于方槽长度方向的方向，所述横向是指垂直于方槽长度方向的方向。当然，上述槽4也能够设置为圆槽或异形槽等，也能够实现与方槽相应的作用；槽4的加工方式可以采用类似金属加工的工序，如铣磨、钻孔、锯、激光切割、热切割等，也可以在成型模具中预先设计对应结构；槽4可以设置为贯通板材的厚度方向，也可设置为具有一定的深度。
开设上述槽4结构虽然降低了热固性树脂基体1中纤维2的连续性，但提供了复合片材力学表现的更多可能性，包括宏观的各向异性、刚度可控等。上述的可能性影响着最终非充气轮胎的力学表现以及舒适性、操作性。
另外，可以通过控制槽4的结构、数量来控制复合片材的抗弯刚度，从而一定程度上实现后续轮辐力学性能的可调节性，同时槽4结构也有利于加强复合片材与橡胶的连接。
本实施例其他内容与实施例二相同，这里不再赘述。
实施例四
如图5所示，本发明实施例四所提供的是一种轮辐20，其包括作为承力结构的支腿5，支腿5包括上述任一实施例所述的树脂基纤维复合片材，树脂基纤维复合片材的两个相对的侧面上均设有橡胶覆件，该两个相对的侧面均垂直于树脂基纤维复合片材的厚度方向。
上述方案的轮辐20采用了树脂基纤维复合片材作为承力部件的制作材料，因此能够提高非充气轮胎的力学性能、保证非充气轮胎的操作性和舒适性。
其中，树脂基纤维复合片材与其相对的两侧面上设置的橡胶覆件共同形成了橡胶复合材料，该橡胶复合材料可以作为非充气轮胎中轮辐的部件半成品/成品，也可以作为胎面中剪切带/层的元件，本实施例将其用于制作轮辐20的支腿5。
具体的，上述橡胶复合材料包含了树脂基纤维复合片材、橡胶及其二者间的界面，为了实现二者界面的强力结合，通常先对树脂基纤维复合片材进行“一浴法”或者“二浴法”处理，“一浴法”是指使用氯酚或封闭型异氰酸酯与rfl(间苯二酚－甲醛－胶乳)的混合物进行浸胶处理；“二浴法”是指浸胶第一浴使用封闭型异氰酸酯和水溶性环氧的组合物进行预处理，第二浴再使用rfl处理。一般来说，经“二浴法”处理后的界面粘合效果优于“一浴法”。经“一浴法”或“二浴法”处理后的树脂基纤维复合片材与生橡胶进行半硫化或者全硫化，即得到片材与橡胶的复合材料。生胶指未经过硫化，分子结构未形成三维网络的橡胶，选择范围为天然橡胶或合成橡胶制作橡胶覆件，优选模量＞5mpa的橡胶，更优选模量＞10mpa。半硫化或全硫化片材/橡胶复合材料可以通过任何结合形式结合其他部件制备非充气轮胎的轮辐，结合形式通常包括再硫化、胶黏剂粘合、物理机械结合等。
如图5所示，在本实施例中，轮辐20还包括中心腹件6，支腿5具有四个，四个支腿5均自中心腹件6向远离中心腹件6的方向延伸，四个所述支腿5排布为x形。其中，位于上方的两个支腿5的上端用于连接胎面，位于下方的两个支腿5的下端用于连接轮毂。另外，支腿5远离中心腹件6的一端还设有连接掌7，用于增加支腿5与轮毂或胎面之间的连接强度。支腿5具有合适的抗弯刚度，其主要作用为承载和传递载荷，并且在一定程度保证轮胎的舒适性。
具体的，为了制备支腿5，需要提前制备橡胶复合材料，具体步骤如下：将树脂基纤维复合片材裁为尺寸170×40×1mm和170×35×1mm的小样，尺寸的长、宽为支腿5对应长、宽，然后经过“二浴法”处理，其中第一浴为封闭型异氰酸酯与水性环氧乳液，第二浴为rfl溶液，处理程序均为160℃下处理60s，230℃下处理60s，最后将同样尺寸的生橡胶片覆于片材两面，进行半硫化得到上述的橡胶复合材料。
再将上述制得的作为支腿5的橡胶复合材料与其它已预成型的部件在模具中进行全硫化，即得到横截面如图5所示的轮辐20；连接掌7与台面内表面、轮毂外表面连接，可以选择某些胶粘剂实现连接，如氰基丙烯酸酯类胶粘剂。
实施例五
如图6所示，本发明实施例五所提供的是一种非充气轮胎，其包括胎面8、轮毂9及实施例四所述的轮辐20，轮辐20设于胎面8与轮毂9之间，多个轮辐20呈周向排布。本实施例的非充气轮胎采用了树脂基纤维复合片材作为承力部件的制作材料，因此能够提高非充气轮胎的力学性能、保证非充气轮胎的操作性和舒适性。
综上，本发明实施例提供的树脂基纤维复合片材、轮辐及非充气轮胎，采用了具有良好力学性能的树脂基纤维复合片材作为承力部件的制作材料，因此能够提高非充气轮胎的力学性能、保证非充气轮胎的操作性和舒适性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
1.一种树脂基纤维复合片材，其特征在于，用于非充气轮胎，所述树脂基纤维复合片材包括热固性树脂基体和嵌入于所述热固性树脂基体中的纤维，所述热固性树脂基体的玻璃化转变温度≥180℃。
2.根据权利要求1所述的树脂基纤维复合片材，其特征在于，所述热固性树脂基体由环氧树脂、聚酯树脂或乙烯基酯材料制成。
3.根据权利要求1所述的树脂基纤维复合片材，其特征在于，所述热固性树脂基体由基于酚醛或双酚a的环氧乙烯基酯树脂材料制成。
4.根据权利要求1所述的树脂基纤维复合片材，其特征在于，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或聚酯纤维；所述纤维在所述热固性树脂基体中呈单向、双向或多向排布。
5.根据权利要求1所述的树脂基纤维复合片材，其特征在于，所述纤维在所述热固性树脂基体中呈层叠或三维编织状。
6.根据权利要求1所述的树脂基纤维复合片材，其特征在于，所述树脂基纤维复合片材上设置有沿所述树脂基纤维复合片材的厚度方向开设的孔。
7.根据权利要求1所述的树脂基纤维复合片材，其特征在于，所述树脂基纤维复合片材上设置有沿所述树脂基纤维复合片材的宽度方向开设的槽。
8.一种轮辐，其特征在于，包括作为承力结构的支腿，所述支腿包括如权利要求1－7任一项所述的树脂基纤维复合片材，所述树脂基纤维复合片材的两个相对的侧面上均设有橡胶覆件，两个相对的所述侧面均垂直于所述树脂基纤维复合片材的厚度方向。
9.根据权利要求8所述的轮辐，其特征在于，还包括中心腹件，所述支腿具有四个，四个所述支腿均自所述中心腹件向远离所述中心附件的方向延伸，四个所述支腿排布为x形。
10.一种非充气轮胎，其特征在于，包括胎面、轮毂及如权利要求8或9所述的轮辐，所述轮辐设于所述胎面与所述轮毂之间。
技术总结