基于彈性構件的防爆安全輪胎設計與成型工藝的研究進展

唐 帆，聶衛云

（1.安徽世界村新材料有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.南京鯨翼電力新能源有限公司，江蘇 南京 211200）

輪胎是支撐各類車輛的重要組成部件，其極大地推動了交通行業的發展。然而，隨著車輛使用率的提高，長期高速行駛中產生的各種問題，如輪胎被扎漏氣、外胎磨損嚴重、爆胎等也越來越多，這些問題已經成為輪胎行業關注和研究的焦點[1-5]。

市場上常用的輪胎是有內胎的充氣輪胎，因其具有良好的承載能力和優異的減震緩沖效果而被廣泛應用[6-7]。然而，隨著交通工具種類和使用頻率的增加，這種輪胎的缺點也日益顯現，如長期使用或在路況不良的道路上造成嚴重的摩擦損耗，以及在高負載情況下長期使用產生的摩擦熱易引發輪胎爆胎，從而導致交通事故。因此，解決傳統充氣輪胎摩擦損耗高且安全性低等問題的新型輪胎的需求越來越迫切，這大大推動了防爆安全輪胎的出現和發展[8-9]。

防爆安全輪胎的發展過程中，涌現出各種設計思路。結構上，主要設計方向包括實心輪胎、實心鏤空輪胎、真空胎、蜂窩結構輪胎和免充氣空心輪胎等；材料選擇上有橡膠和熱塑性彈性體等；加工成型工藝上包括傳統模壓工藝、注射成型工藝和3D打印工藝[10-12]。然而，這些輪胎也出現了各種問題。例如：實心輪胎雖然在耐磨性能和負載能力上優于傳統充氣輪胎，但騎行過程中易產生顛簸，且長期使用后散熱性差，易發生變形甚至脫圈；真空胎雖解決了傳統充氣輪胎被扎漏氣的問題，但其在行駛過程中減震緩沖效果及舒適度較差。免充氣空心輪胎的出現在一定程度上解決了傳統輪胎的問題，可實現輪胎負載能力與減震緩沖能力之間的平衡[13-14]。

本文分析現有防爆安全輪胎結構的優缺點，并從結構設計、材料選擇和成型工藝方面介紹基于彈性構件的防爆安全輪胎設計與成型工藝的研究進展。

1 現有防爆安全輪胎結構的優缺點

1.1 實心鏤空輪胎

2013年，依托“橫向或中鏤空加強筋”結構設計的實心鏤空輪胎在共享單車盛行時期得到快速的推廣與使用。其優點包括：（1）采用高性能熱塑性彈性體（TPE）材料，相較于傳統材料，該材料具備無毒環保、極佳的耐化學腐蝕和耐候性等特點；（2）結構特點為設計橫向或中鏤空加強筋，使相鄰3個鏤空孔呈三角形排布，形成一個穩定的整體，在車輛行駛過程中，鏤空孔承受負載后發生變形，然后通過回彈復原與材料本身的彈性相協同，發揮緩沖減震作用；（3）鏤空孔位于胎側，與外界空氣相通，在騎行過程中受到負載擠壓變形與回彈復原作用產生的熱量能夠及時得到有效散發，防止輪胎因長期高溫老化而損傷，從而延長輪胎的使用壽命；（4）輪胎無需充氣，因此無需擔心被尖銳物體扎破漏氣而無法行駛[15]。

然而，在生產制造和使用過程中，該輪胎也存在一系列問題：（1）在生產方面，采用模具注射制成長條狀半成品，再硫化成型，導致工藝成本高，難以均勻硫化，增大了廢品率。硫化過程中可能發生內部孔隙高壓氣體膨脹導致爆炸，使得成品動平衡性能不佳。此外，硫化需要專用設備，耗能、耗時、成本高。（2）長期騎行過程中，輪胎骨架受到反復擠壓和回彈復原作用，導致鏤空孔之間粉化和開裂。（3）采用TPE材料，長期高溫暴曬和侵蝕使得輪胎易出現空洞塌陷、軟化等問題。（4）鏤空孔與外界相通，在騎行過程中易積存水或雜物，長期積累可能會在騎行中甩出，帶來安全隱患。冬天騎行時，孔隙內的水和雜物結冰易導致輪胎彈性減弱、質量增大和側滑等問題[16-17]。

1.2 真空胎

為解決傳統充氣輪胎在使用過程中的安全問題（例如爆胎、被尖銳物體扎破漏氣難以維護以及耐磨性能差等），國內數家輪胎公司推出了一種替代產品—真空胎，并已在電動車中成功推廣使用。

真空胎由胎體、外胎面及簾布組成。安裝時，真空胎與車輪輪輞需緊密相契合形成一個密封的整體，然后依靠真空胎外胎的密封墊與車輪輪輞外邊結構封閉輪胎內部氣體，使得外胎起到替代內胎的作用。其優點包括：（1）相較于傳統充氣輪胎，耐磨性能顯著增強；（2）省去了充氣內胎與墊帶，整體質量減小，行駛阻力降低，耗電少；（3）被尖銳物體刺穿后漏氣相對緩慢，允許在一定距離內繼續騎行前往維修點進行修理；（4）由于省去內胎與墊帶，減少了充氣內胎與輪胎內腔間的摩擦生熱，同時內部的空氣與車輪輪輞直接接觸，騎行過程中產生的熱量能夠通過車輪輪輞直接散發，降低輪胎爆胎風險，延長使用壽命[18-19]。

然而，在生產制造和使用過程中，真空胎也存在一系列問題：（1）與傳統充氣輪胎相比，價格相對較高；（2）被尖銳物體刺破導致漏氣時，維修相對繁瑣且成本較高；（3）耐壓性較差，過載容易導致輪胎變形脫圈，不適用于超載的車輛，尤其是重載貨車；（4）在柏油、水泥路面上適應性良好，但在土質路面，尤其是泥濘路面上行駛時，真空胎附著力較小，行駛穩定性較差。

1.3 免充氣空心輪胎

免充氣空心輪胎主要基于三角形力學原理和內外胎一體設計的構思，其優點包括：（1）采用納米技術對傳統高分子材料進行改性優化，省去了傳統充氣輪胎中的鋼絲和簾布等骨架材料，簡化了生產工序，降低了原材料消耗，節約能耗超過40%；（2）采用內外胎一體設計，胎內設計多個大小不一的小孔，實現行駛過程中的防顛簸、減震緩沖效果；（3）無需充氣，解決了傳統充氣輪胎易漏氣、易爆胎、維修麻煩的問題，提高了輪胎的安全性并延長使用壽命；（4）內側設置多個排氣孔，促使內腔產生的熱量散發，避免輪胎因過熱而發生老化。

然而，在生產制造和使用過程中，免充氣空心輪胎同樣遇到了一系列問題：（1）內腔設計不易過大，過大容易導致骨架結構不穩定，使得騎行過程中輪胎容易發生變形塌陷而損壞；（2）內腔三角形原理設計存在較多的應力集中點，長時間騎行容易導致內腔受到負載擠壓-回彈而發生永久性變形損壞；（3）在生產制造過程中，采用模具注射長條狀半成品，然后根據規格裁剪截斷，再轉入模具中硫化成型，使得輪胎均勻性難以完全保證。同時，接頭處若膠料過多，容易出現應力集中點，輪胎在騎行過程中易出現抖動。若接頭處膠料過少，長時間騎行易發生輪胎斷裂，帶來危險[20-21]。

1.4 其他產品

除了上述介紹的輪胎外，其他產品還有橡膠外胎＋免充氣發泡內胎組合輪胎、橡膠彈性體復合發泡一體輪胎和聚氨酯實心輪胎等。

橡膠外胎＋免充氣發泡內胎組合輪胎采用微閉孔整體發泡內胎替代傳統充氣內胎，其優點包括：（1）采用微閉孔整體發泡結構設計，在內腔中形成無數獨立的小氣腔體，增強了內胎與外胎的緊密結合，提高了輪胎的負載能力和舒適性；（2）具備較強的抗刺扎能力，騎行過程中相對安全穩定；（3）不受高溫影響，不易發生變形，使用壽命較長。其存在的問題有：（1）相較于傳統輪胎，生產增加了發泡工藝，復雜性大大增強；（2）經過長期騎行，發泡內胎與外胎受到負載和回彈作用而產生的大量熱量難以散發，容易導致輪胎長期過熱而發生老化[22-23]。

橡膠彈性體復合發泡一體輪胎由中國科學院寧波材料所超臨界流體綠色加工團隊與中策橡膠集團有限公司合作開發。該輪胎采用真空與流體輔助技術，其彈性比傳統實心輪胎大幅增強，但相對于傳統充氣輪胎彈性略弱。其最大缺陷在于最大行駛里程相對較短，目前仍處于試驗優化階段。

由圖2可知，在試點中萬家店的菌棒單產最高為510克，其次為王院415克，最低是納黑240克。同一品種接種時間不同以致出菇季節的差異，在該地脫袋與不脫袋轉色及人工管理都致使三者產量互存顯著性差異(P>0.05)。因此，該品種在當地的栽培時期選擇，轉色方式及技術管理都需根據當地氣候環境而加強考慮。

聚氨酯實心輪胎歷經美國大衛兄弟公司、英國鄧祿普公司、美國固特異輪胎公司、德國Schwalbe公司的長期研究與發展，仍然存在一些問題。例如，聚氨酯實心輪胎在長期騎行過程中產生的大量熱量難以散發，導致輪胎變軟最終脫圈或爆胎。此外，由于聚氨酯材料的特性，在低溫時會變硬、變脆，在高溫時會變軟甚至成為液體，嚴重限制了其在輪胎中的應用[24]。

2 基于彈性構件的防爆安全輪胎的設計

鑒于現有防爆安全輪胎在設計、加工和使用過程中存在多種問題，結合當前輪胎采用的相關材料的物理性能特征，優化設計免充氣輪胎基本結構，以最大限度實現防爆安全輪胎結構與相關材料性能的相互協調。此舉旨在解決防爆安全輪胎使用過程中存在的舒適性低、負載能力有限、易顛簸、易塌陷變形、易斷裂和易脫圈等問題[25-26]，以進一步提升使用性能和安全性。

2.1 設計要點

現有防爆安全輪胎得到迅速發展，但在設計方面仍存在一系列問題：（1）結構設計未平衡輪胎內腔與輪胎骨架，導致防顛簸、減震緩沖效果不佳，輪胎負載效果差，易發生安全事故；（2）內部應力集中，導致輪胎變形破損；（3）制造工藝問題可能引起輪胎斷裂或抖動；（4）設計未考慮使用對象、道路路況、周圍溫度等因素，缺乏輪胎相關材料性能和結構的協調考慮，影響輪胎的安全性和舒適性。

為解決這些問題，從材料選擇與調配以及輪胎結構優化兩個方面展開研究。隨著輪胎材料的發展，除了傳統的橡膠材料外，聚氨酯、熱塑性彈性體等多種高分子材料的相互配合逐漸成為主流。輪胎結構設計主要涉及輪胎內腔，設計要點包括輪胎內腔的形狀和大小、位置分布、數量、加強構件布局與接觸情況、散熱孔設置、彈性構件設置、密封工藝以及接頭處理工藝等。

2.2 設計成果

2.2.1 基于封閉式不同形狀的輪胎內腔作為彈性構件的防爆安全輪胎的設計

防漏氣囊腔輪胎的設計如圖1所示[27]，其輪胎內腔采用多個囊狀空腔設計，通過通道相互串聯形成整體結構。胎面與囊腔之間設置加強孔，同時串聯的囊狀空腔在胎體支撐和減震緩沖方面發揮有效作用。這種設計提高了胎體的強度，當輪胎被刺破時，漏氣速度顯著減緩，防止輪胎突然變形，從而大幅降低了爆胎的風險。加強孔在胎面與囊腔之間的設置形成了加強防扎層，提高了輪胎胎面與地面接觸區域的強度，使尖銳物難以刺破胎面，即使在尖銳物刺入內腔后也可通過加強孔將其卡在創口處，避免尖銳物脫落導致創口擴大，進一步提高了輪胎的安全性。此外，加強防扎層的設計不僅不影響輪胎囊腔結構效果，還實現了用料的節約，從而降低了制造成本。

圖1 防漏氣囊腔輪胎設計

可充氣防爆輪胎的設計如圖2所示[28]，輪胎內腔采用環形設計，內腔表面環繞有螺旋狀凸紋，這些凸紋起輪胎骨架增強作用。該設計具有以下優點：（1）螺旋狀結構有助于消除內腔架構應力，減輕輪胎的疲勞程度，從而延長輪胎使用壽命；（2）螺旋狀凸紋增加了輪胎內腔的散熱效果，有效防止內腔溫度升高導致胎壓升高，降低爆胎風險；（3）輪胎加設螺旋狀凸紋無需額外配置材料，可在輪胎制作過程中與輪胎一體化成型，不增大輪胎質量，制作過程簡單，成本低；（4）螺旋狀凸紋圍繞內腔中心軸線環繞整個內腔一周，類似骨架支撐在內腔表面。在輪胎受到外力而被刺破時，凸紋增強刺破口附近輪胎的強度，防止輪胎大面積撕裂而導致車輛失衡。在凸紋的支撐下，即使輪胎漏氣或胎壓不足，仍可保持安全行駛時的形狀，防止胎側著地。此外，凸紋還在內腔四周表面起到加強效果，增加輪胎各方向的強度，延長輪胎使用壽命，降低輪胎受損時的變形程度；（5）在輪胎的胎面與內腔間沿內腔中心軸線方向設置防扎孔，形成防扎層。這增強了輪胎行駛時胎面的強度，使尖銳物不易刺穿胎面，進一步提高了輪胎的安全性。

圖2 可充氣防爆輪胎設計

內腔為萊洛三角形形狀的輪胎設計如圖3所示[29]，其內腔采用萊洛三角形設計，具有三角形穩定性、圓形整體受力均勻、明確的受力方向性（每個角呈現類似U形支撐緩沖結構）以及相對更大限度地增大腔體而不影響胎體支撐作用等特點。該設計的優勢包括：（1）萊洛三角形內腔尖端呈現U形結構，減小內腔的應力集中，將胎冠處傳遞的壓力經萊洛三角形內腔分散至胎側部位，提高輪胎內腔的支撐強度；（2）萊洛三角形內腔中一個尖端與胎冠正對，當胎冠受力被壓扁時，萊洛三角形內腔尖端的支撐力將壓力分散至胎側部位，提高輪胎內腔的支撐強度；（3）萊洛三角形內腔設置靠近輪輞，使得輪胎受壓力時能通過萊洛三角形內腔得到緩沖作用。萊洛三角形內腔的尖端到胎冠的距離與萊洛三角形內腔的圓弧最低點到胎腹的距離一致，以避免在騎行過程中胎冠處發生壓癟現象，降低騎行難度和電耗。

圖3 內腔為萊洛三角形形狀的輪胎設計

2.2.2 基于內側開放式不同形狀的輪胎內腔作為彈性構件的防爆安全輪胎的設計

高耐久免充氣減震防顛輪胎設計如圖4所示[30]，其胎體內圈面沿周向開設環形凹槽，并在凹槽壁面向內圈面方向凸起形成凸筋。該設計具有以下優點：（1）通過在胎體內圈面上開設凹槽，減小胎體自身質量，降低制作成本。形成不易損壞的空腔結構有效減震，提高胎體的耐久性能。在凹槽壁面設置凸筋，加速胎體受到沖擊時凹槽結構的回彈恢復，同時減小在炎熱環境下胎體軟化變形的程度，降低滾動阻力。（2）凹槽采用光滑曲面結構，無應力集中點，沖擊力傳來時能夠均勻分散，提高減震效果，延長壽命。（3）凸筋的結構從凹槽壁面至內圈面逐漸減小，有利于胎體成型時模芯脫模，提高成型率，進一步降低生產成本。（4）凸筋均勻分布在凹槽中，確保胎體平衡度，增強騎行穩定性，提升騎行體驗。

圖4 高耐久免充氣減震防顛輪胎設計

腔體支撐架結構輪胎設計如圖5所示[31]，其內腔采用多個類似橢圓球形囊腔設計，具有以下優點：（1）根據輪胎使用環境差異，可以調整胎體內部相鄰囊腔相離、相切或相交，以有效平衡輪胎在使用過程中的負載支撐強度，減小輪胎質量，同時提升輪胎的行駛舒適性；（2）腔體支撐架結構的垂直投影呈現囊腔相連的彈簧環結構，各相鄰囊腔相互聯通，彈簧環結構環形連接，形成彈簧狀的支撐架結構。這不僅加強了輪胎結構強度，還提高了胎體的緩沖能力，增強騎行舒適性。

圖5 腔體支撐架結構輪胎設計

波浪式延展周期性內腔支撐結構的免充氣輪胎設計如圖6所示[32]，其具有以下優點：（1）波浪式延展周期性內腔支撐結構由沿胎腹凹槽周向開設的若干組囊腔組成，相鄰囊腔相互聯通。波浪式延展周期性內腔凸起的支撐結構頂端呈現圓滑的扁平橢圓狀，與輪輞貼合面趨于相切，形成波浪式延展周期性支撐結構，保證了輪胎結構強度，提高了胎體的緩沖能力，增強了騎行舒適性。（2）通過在胎冠凹槽內放入一層環狀模圈，并向模圈內注射物料B，形成呈周向分布的胎冠結合層。在胎冠結合層以外的胎冠凹槽內填充物料A，形成胎面為耐磨防滑材料、內部為輕質緩沖材料的胎冠，這有效減小了輪胎質量，提高騎行舒適性。（3）胎冠結合層與胎體為一體結構，其表面為圓潤扁平的橢圓球狀，增強了與胎冠、胎體的結合能力，同時消除了應力集中。

圖6 波浪式延展周期性內腔支撐結構的免充氣輪胎設計

2.2.3 基于輪胎內腔彈性構件設置的防爆安全輪胎的設計

減震防爆輪胎設計如圖7所示[33]，其在無內胎輪胎基礎上，通過在胎體內部開設環形空腔，內腔中設置彈性骨架，并在胎面與內腔之間開設防扎腔。該設計具有以下優點：（1）在無內胎輪胎基礎上增設支撐架，提升了減震性能，支撐架對輪胎內腔形狀的支撐作用使輪胎在不充氣的情況下仍可正常使用，擴大了適用范圍。同時，在內腔與胎面之間設置防扎腔，有效避免內腔受到損傷，提高了輪胎的安全性，降低爆胎率；（2）支撐架沿內腔方向螺旋分布，均勻地對內腔進行支撐減震，無需安裝多組支撐架，有助于控制減震輪胎的質量。螺旋結構消除了內腔的架構應力，使得輪胎使用時的應力均勻傳遞，緩解了輪胎的疲勞，延長了使用壽命；（3）支撐架外邊緣部分嵌入內腔中，采用半結合結構，有助于固定支撐架于內腔中，防止長時間行駛或沖擊導致支撐架移位，減少內腔表面磨損和氣密層損耗，延長輪胎使用壽命。該結構還強化了胎體強度，避免大面積破裂導致車輛失去平衡，同時使胎體受到的沖擊力及時傳遞到支撐架上，減輕胎體自身負荷，增強減震效果，進一步保護胎體。

圖7 減震防爆輪胎設計

內腔、胎側、胎冠填充成型的免充氣輪胎設計如圖8所示[34]，其包括胎冠、胎腹和胎側。該設計具有以下優點：（1）在胎冠處沿其周向設置胎冠凹槽，凹槽內填充高耐磨、抗濕滑的橡膠材料（填充物A），以解決模壓工藝中輪胎接頭處凹凸不平引發的輪胎跳動、斷裂等問題，提高了安全性；（2）在胎側上沿其周向設置凹槽，凹槽內填充輕質緩沖材料（填充物B）。用于胎側的輕質緩沖材料與用于胎冠的高耐磨、抗濕滑橡膠材料復合后，不僅減小胎體質量，降低了成本，還能確保足夠的支撐強度，延長輪胎使用壽命；（3）內腔注射填充發泡等輕質緩沖材料（填充物C），以減小胎體質量、降低成本，并確保輪胎良好的彈性，提高騎行舒適性。

圖8 內腔、胎側、胎冠填充成型的免充氣輪胎設計

基于環形彈性構件的減震防爆輪胎設計如圖9所示[35]，其包括胎體內部的環形空腔，內腔中設有與其形狀相匹配的彈性支撐架和與內腔表面粘合的結合層。該設計具有以下優點：（1）內腔中的彈性支撐架增強了輪胎的減震性能，支撐架在受到沖擊力后能夠迅速回彈并恢復原狀。結合層將支撐架與內腔表面連接為一體，防止支撐架在使用過程中脫落或移位，同時強化了輪胎的防爆性能。支撐架的形狀與內腔相匹配，使輪胎在不充氣的情況下仍可正常使用，充氣后在氣壓和支撐架雙重作用下提供更好的減震效果。（2）支撐架沿內腔周向環形布置，相比于徑向布置，減小了輪胎的質量。周向布置的支撐架消除了內腔的架構應力，通過螺旋狀結構均勻傳遞和分散輪胎使用時的應力，極大緩解了輪胎的疲勞，延長了使用壽命。支撐架與內腔表面的接觸面積大且均勻，通過結合層均勻結合，提升了防脫落和防移位效果，同時增強了內腔強度，提高了防爆效果。（3）結合層由纖維繩纏繞在支撐架表面形成，生產工藝更易實現，且在保證防脫落和防移位效果的同時，節約纖維材料用量。螺旋式纏繞在環形彈簧上的纖維繩有助于緩沖吸收沖擊力，提升了輪胎的減震性能和舒適度。

圖9 基于環形彈性構件的減震防爆輪胎設計

3 基于彈性構件的防爆安全輪胎的成型工藝

3.1 模壓成型工藝

模壓成型工藝需通過螺桿擠出機提供動力，并與所需輪胎設計結構模具配合擠出輪胎坯條，根據輪胎尺寸裁剪坯條，然后將坯條首尾相連形成封閉圓形的輪胎基體。在合模階段，打開成型模具的上、下模，并將輪胎基體放入內部的模腔，然后合模。在硫化成型階段，成型模具內的輪胎基體在特定條件下進行交聯硫化，形成整體。在出模階段，拆除上模和下模，打開模腔，取出成型后的輪胎。該工藝的優點包括：（1）原材料利用率高；（2）操作簡便、模具設備維護成本低、生產效率高，便于實現批量化、專業化和自動化生產；（3）產品內應力低，翹曲變形小，機械性能穩定。此外，該工藝也存在一些缺點：（1）操作勞動強度較大，不適合成型相對復雜的產品；（2）模具內物料控制的重現性存在一定難度，尤其是物料接頭處的對接牢固程度影響較大；（3）產品的飛邊較厚，去除飛邊需要額外的工作[36-37]。

在一種橡膠制品多色雙密度一次性模壓成型工藝[38]中，可以在一個系統內完成多色雙密度手動加料、中空、發泡以及硫化的過程。該工藝有效解決了橡膠制品生產中多次加壓、加溫，二次膠水粘貼所導致的能源、時間和成本高的問題，避免了制品在各工序間的流轉，降低了橡膠制品的成本費用，縮短了成型時間，減少了能耗。此外，該工藝還減少了多次加熱帶來的有害氣體排放，降低了橡膠制品的廢品率，減少了多次加熱加壓帶來的能量消耗，達到了環保節能的效果。該工藝制得的橡膠制品具有耐熱性能、耐磨性能和耐候性能優良的特性，且同一模腔生產保證了產品質量穩定，動平衡均勻性良好。此外，該工藝能夠持續無間斷生產，生產效率和自動化程度較高。

3.2 注射成型工藝

注射成型工藝包括以下步驟：首先，通過塑化將橡膠顆粒轉化為流體狀膠料；合模階段將中模具通過安裝槽安裝在下模具上，上、下模具合模后，在型腔內抽真空并加熱至一定條件；然后進行注射，保持注射的料溫和時間條件下，通過注射孔將塑化后的流體狀膠料注入整個型腔，注射完成后靜置一段時間進行成型；對型腔內的橡膠制品進行一段時間的硫化；硫化完成后開模，取出成型的胎體，并將中模具從開口結構中取出。該工藝的優點包括：（1）每次注射的流體狀膠料量能夠保持一致性，確保成型產品質量穩定，具有良好的動平衡均勻性；（2）整個成型過程在一個系統內完成，有效解決了生產中的二次重新加壓、加溫問題，減少了成本費用和能耗，縮短了成型時間。此外，該工藝還減少了二次加熱帶來的有害氣體排放，降低了廢品率，減少了二次加熱加壓帶來的能量消耗，達到了環保節能的效果。

在一種一次成型免充氣中空輪胎及其模具組的制作方法[39]中，通過改進胎體結構使中空結構能夠一次性成型。開口結構的設計不僅減小了胎體質量，進一步降低了材料成本和輪胎滾動阻力，且在不降低中空輪胎使用性能的前提下，實現了中空結構的一次性成型。采用一次合模后注射硫化的方式，即可直接得到成型的一體化中空結構的胎體。該工藝簡單，降低了生產成本，縮短了生產周期，提高了生產效率。由于制作的胎體是一體化成型，其均勻性和平衡性較高，具有良好的使用體驗和安全性。

3.3 注射/模壓復合成型工藝

注射/模壓復合成型工藝結合了注射工藝和模壓工藝，以滿足輪胎在負載、舒適性、能耗、耐磨性能等方面的差異化定制設計與成型加工需求。

一種擠出與注射復合成型免充氣輪胎及其加工方法[40]中，在內胎層外層適配式套接有復合胎層，內胎層外周面與復合胎層之間形成的螺紋型凹凸槽采用圓弧相連的設計，內外兩種胎層交匯處通過螺紋型凹凸槽相互嵌合，并利用硫化交聯而融為一體，解決了輪胎接頭處不均勻引發的行駛中抖動、顛簸甚至斷裂等安全問題。此外，內胎層外周面與復合胎層之間的螺紋型凹凸槽還可以采用V形相連的設計，增大了內外兩種胎層結合處的接觸面積，確保內胎層與復合胎層有效粘合，解決了輪胎接頭處不均勻的問題。內胎層材質選用側重于負載的擠出膠料A，其具備骨架材料性能，提高了輪胎結構強度；復合胎層材質選擇側重于舒適度的注射膠料B，其使輪胎具有良好耐磨性能、耐屈撓性能、抗濕滑性能和緩沖性能。擠出膠料A外層復合注射膠料B后，在更安全的前提下，兼顧輪胎的騎行舒適性與負載能力，并在一定程度上解決傳統生產工藝中存在的輪胎接頭處不均勻的問題。A模具成型腔內壁采用螺紋型凹凸結構，使其內部模壓的內胎層外周面形成相應的螺紋型凹凸槽，膠料B注射后形成的復合胎層內周面與內胎層外周面的螺紋型凹凸槽相契合，使內胎層作為支撐架結構構件，承擔輪胎負載及緩沖作用等。注射的膠料B所形成的復合胎層起到耐磨、防滑等作用，從而集擠出工藝與注射工藝兩大優勢于一體。在放入B模具內的胎體厚度大于B模具合模后的模腔高度的情況下，通過將胎體內外周面完全隔開，合模后充入壓縮空氣，使胎體外徑一定程度撐大，為消除接頭工藝的顛簸或斷裂隱患預留強化軌道，以保證注射機上的B模具合模后能夠將胎體壓緊，防止在強壓力注射膠料B時，膠料B進入內胎層的胎體內周面，從而影響成品輪胎的整體結構。

4 結語

現有防爆安全輪胎存在質量大、負載小、易顛簸、舒適性差、易塌陷變形、易斷裂、易脫圈、成型工藝復雜等問題，而通過結構設計、材料選擇與成型工藝相結合的系統優化方案可解決現有防爆安全輪胎存在的問題，設計出的針對不同應用場景下的基于彈性構件的防爆安全輪胎負載能力、舒適性和安全性提升，使用壽命延長。未來，隨著科技的不斷進步和市場需求的變化，防爆安全輪胎有望逐步取代充氣輪胎，甚至成為輪胎的主流選擇[41-42]。這一變革的實現需要持續不斷的研究和探索，以解決可能出現的新問題，確保防爆安全輪胎能夠充分滿足市場需求。