一种自修复自行车轮胎产品及其刺穿修复方法与流程

本发明是涉及自行车轮胎刺穿防漏安全保护领域的技术和产品，具体是针对自行车领域当前广泛应用的有内胎系统，在内胎与外胎之间创新性地设置泄漏控制修复层，优化传统结构，通过应用这种形式的产品及其自修复方法，实现在轮胎刺穿时提供安全保障，避免轮胎泄气和爆胎。

背景技术：

1、自行车有内胎系统轮胎的结构分内外两层，内层（内胎）负责密封气体以维持轮胎气压，外层（外胎+轮圈）包裹内胎形成封闭空间，提供保护、牵引及机械支撑功能。这种结构在刺穿场景下缺陷明显：内外胎之间有间隙，使泄漏气体可以在间隙中自由扩散，加上外胎与轮圈的接缝、辐条孔、气嘴孔等位置不密封，并且都是大开口的泄漏通道，这样的结构导致胎压迅速流失，即使修补外胎，也无法奏效。

2、当前市面上的有内胎自修复自行车轮胎基于以上原因，只能采取在内胎里面注入密封液的技术，但这种方案存在显著缺陷：密封液仅封闭内胎刺穿孔。在无法修复外胎破损和封堵存在于外层的其它泄漏通道的情况下，这样修补不完整，作用也不稳定。这是因为内胎刺穿孔边缘与密封液的物理结合状态不稳定，长期使用易因振动、温度变化等因素影响而可能会导致二次漏气，这种自修复方法本质上属于临时性补救措施。自行车的另一种轮胎是无内胎系统的轮胎，这种轮胎也是自修复轮胎，但这种自行车轮胎气密性差，每2-3天需补气，还需配置专用配件和使用密封液，尤其是需要准真空胎、特制轮圈，推高了成本，加上密封液会干涸，所以无内胎系统的轮胎应用并不广泛。基于上述痛点，在自行车领域，大众市场迫切需要的是一种不用密封液的、能自修复的有内胎自行车轮胎。

3、鉴于有内胎的自行车轮胎现行结构中存在问题，本发明的目的是克服现有技术中的不足，同时绕开现行的自行车自修复轮胎应用密封液存在的问题，提供一种自修复轮胎及其自修复方法。

技术实现思路

1、本发明通过以下技术方案实现：

2、在自行车的有内胎系统轮胎的内胎与外胎之间新增设置一层泄漏控制修复层。

3、所述的泄漏控制修复层是一层可剥离的、预涂覆或预贴敷于内胎外表面或外胎内表面的密封胶，是一种固态的可变形的弹性的粘性密封材料。

4、所述的密封胶优选汽车自修复轮胎密封胶。

5、所述的密封胶在本发明的方法下，在内胎与外胎之间形成厚度均匀的连续的泄漏控制修复层，能够在轮胎刺穿时同时实现泄漏限制（隔离气体扩散）和动态修复（封堵刺穿孔）的双重功能。

6、技术方案包括以下步骤：①涂覆密封胶层：在标准的内胎产品本体外圈表面或外胎产品本体内表面均匀涂覆或贴敷密封胶，形成均匀连续层，涂覆厚度约2-3mm，覆盖宽度为内胎本体表面50%-80%，或覆盖宽度为外胎本体接触地面的胎冠部100%和非接触地面的胎侧部0%-100%。②轮胎安装：将涂覆或贴敷有密封胶层的内胎装入外胎，或在涂覆或贴敷有密封胶层的外胎套入内胎，并将内外胎组合安装到轮圈上。③充气操作形成泄漏控制修复层：轮胎充气，密封胶层被内外胎对向挤压，形成一层稳定的、不存在软化流淌、脱胶、起皱、鼓包、移位和堆积等问题的泄漏控制修复层，与内胎、外胎一起组合成内、中、外三层物理结构。密封胶层分别与内胎本体表面、外胎本体表面粘接，轮胎充气压力在2.5-8.5bar范围内。

7、泄漏限制机制：当异物刺穿轮胎时，密封胶环绕异物粘附在其表面，与异物结合为一体被带进到内胎刺穿孔中，沿着异物四周堵塞在异物与刺穿孔之间，内胎没有泄漏缝隙，气体不能流出；当轮胎刺穿拔出异物时，内胎泄漏到内外胎之间的气体被密封胶层就地隔离在刺穿口附近的小范围内，无法扩散，避免气体在外层的轮圈接缝、辐条孔、气嘴孔等泄漏路径逃逸。

8、轮胎刺穿拔出异物后的动态修补机制：①当轮胎刺穿拔出异物时，密封胶层限制轮胎泄漏范围。泄漏气体在内外胎之间不能随意扩散，只能通过内胎破损口-泄漏控制修复层破损口-外胎破损口这条单一通道向外逃逸，这条通道被密封胶层挤压成一个近似圆锥体的空腔，圆锥体空腔的轴延伸方向与泄漏气体流出方向一致，底部位于密封胶层的内胎侧，与内胎刺穿孔相通，顶部位于密封胶层的外胎侧，与外胎刺穿孔相通。此时，内胎刺穿孔开口半径r，外胎刺穿孔开口半径r，空腔轴向延伸长度h，空腔底部半径d，满足r＜r和r≈d，空腔体积满足（1/3）πd²h≤v＜πd²h。空腔是密封胶层中的局部气压区，腔内气压梯度分布，空腔的底部呈高压，但其压强p比内胎内部的低，空腔的顶部呈低压，但其压强p比外胎外部的低，此时满足p＜p。②在轮胎自身的内部压强下，密封胶层整体一直在内外胎之间被挤压。圆锥体空腔形成后，与内胎内部气压产生压强差（≥1.5 bar，由轮胎最小充气气压2.5bar减轮胎外部气压1bar生成 ），密封胶层此时响应气压动态变化，向空腔方向流动延伸。相对而言，流向空腔的高压区的胶体流速慢，流向空腔的低压区的胶体流速快。③延伸的密封胶层与流动的气体交互生成气-胶两相流，两相流一起从空腔涌向外胎破损孔，其中气相流流动速度快，胶相流流动速度慢，胶相流微粒沿着外胎破损孔四周向中心方向逐步堆积。随着胶相流微粒在外胎刺穿孔内不断堆积，胶相流不断挤占气相流的空间，气相流占比不断减少，当气相流下降到占比小于50%时，密封胶层填充破损孔作用开始显著增强，气体流速进一步加快，p与p的压差进一步加大，密封胶流动加速，按先低后高的气压顺序依次充满外胎破损孔-空腔低压区-空腔高压区，实现外胎和泄漏控制修复层的破损修复。完全填充后密封胶层在≤7.5bar（轮胎最大充气气压8.5bar减轮胎外部气压1bar所得的值）的压强差下趋于保持稳定，空腔消失，胶层恢复原状。④修复的外胎和泄漏控制修复层一起，从内胎外侧封堵内胎破损孔，共同限制气体流出，实现内中外三层内外协同密封。至此，内胎气压恢复稳定，密封胶无凹陷，气体泄漏完全阻断。

1.一种预涂密封胶层的自行车内胎，其特征在于：内胎本体外圈表面连续涂覆或贴敷一层固态的可变形的弹性的粘性密封胶。

2.一种预涂密封胶层的自行车外胎，其特征在于：外胎本体内侧表面连续涂覆或贴敷一层固态的可变形的弹性的粘性密封胶。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎，所述内胎本体与所述外胎本体通过连接可固定为一体式结构的轮胎，其特征在于：所述密封胶层位于内胎与外胎的接触界面之间。

4.一种自行车轮胎的自修复功能实现方法，其特征在于包括： ①将权利要求1所述的预涂胶内胎装入外胎；或将权利要求2所述的预涂胶外胎套入内胎；或采用权利要求3所述的预涂胶的一体化结构内外胎； ②安装所述的预涂胶轮胎组合至轮圈并进行充气，在气压作用下所述胶层被外胎与内胎对向挤压，与胎体（外胎或内胎）的接触面粘合，轮胎组成内、中、外三层结构。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于刺穿修复包括以下物理过程：①内胎与外胎被中间层密封胶粘接，内胎与外胎之间的间隙被中间层密封胶填充，气体在内外胎之间扩散通道被中间层物理阻断。②当异物刺穿轮胎时，密封胶环绕异物粘附在其表面，与异物结合为一体被带进到内胎刺穿孔中，沿着异物四周堵塞在异物与刺穿孔之间。内胎没有泄漏缝隙，气体不能流出。③当从轮胎拔出刺穿异物时，密封胶层限制轮胎泄漏范围。泄漏气体在内外胎之间不能随意扩散，只能通过内胎破损口-密封胶层破损口-外胎破损口这条单一通道向外逃逸，这条通道被密封胶层挤压成一个近似圆锥体的空腔。圆锥体空腔的轴延伸方向与泄漏气体流出方向一致，底部位于密封胶层的内胎侧，与内胎刺穿孔相通，顶部位于密封胶层的外胎侧，与外胎刺穿孔相通。空腔是密封胶层中的局部气压区，腔内气压梯度分布，空腔的底部呈高压，但其压强p比内胎内部的低，空腔的顶部呈低压，但其压强p比外胎外部的低，此时满足p＜p。内胎高气压推动被挤压在内外胎之间的密封胶层延伸流向空腔，按先低后高的气压顺序依次充满外胎破损孔-空腔低压区-空腔高压区，实现外胎和泄漏控制修复层的破损修复。此后，修复的密封胶层和修复的外胎一起，从内胎外侧封堵内胎破损孔，共同限制气体流出，修复轮胎的内中外三层。