CN107428201B - 用于制备轮胎的增强结构的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备轮胎的增强结构(20)的方法,所述增强结构(20)的形式是由两个增强条带层(24、26)形成的分层组件,所述两个增强条带层(24、26)具有完全对应的横截面并且具有扁平的形状。本发明的方法包括:‑沿着主要放置方向并排设置每层的条带,将第一层(24)的条带(22)以小于第二层(26)的条带(22)的宽度的距离彼此隔开,从而使得第一层(24)的条带(22)的边缘与第二层(26)的条带(22)的边缘重叠,以及‑用脱离联接橡胶层(30)将两个条带层分开。
Description
技术领域
本发明落入轮胎制造领域内,并且更具体地涉及子午线胎体轮胎的改进的胎体增强帘布层结构的制造,所述胎体增强帘布层结构即这样的增强件:其中的增强体包含在含有旋转轴线的径向平面中或与这些径向平面形成小角度。
背景技术
众所周知,子午线轮胎的结构包括数个区域,每个区域在轮胎的运行中具有明确界定的作用。因此,轮胎包括旨在与安装轮辋的支座协作的两个胎圈区域,这些胎圈在周向方向上包括锚固有胎体增强件的增强结构。胎冠增强件在径向上设置在胎体增强件的外侧,并且在轮胎被加压时环箍胎体增强件。胎面在径向上设置在胎冠增强件的外侧,并且在运行过程中提供轮胎与地面之间的接触。轮胎胎侧在每个胎圈与胎冠的每个轴向端部之间延伸,并且提供轮胎的胎圈与胎冠之间的机械连接。在轮胎内部,在两个胎圈之间存在充气气体不可渗透的层,该层被称作“内衬”,因为它覆盖轮胎的整个内壁。
为了形成这样的结构,通常通过将数个橡胶帘布层依次堆叠至旋转轮胎成型鼓上来使轮胎成型,这些橡胶帘布层各自都具有特定的性质,可能配备有增强元件,一些帘布层还与胎圈线(胎圈围绕这些胎圈线形成)相连接。
待铺设在轮胎成型鼓上的第一帘布层是内衬,因为它形成充气气体不可渗透的轮胎内壁。这种内衬在申请人公司名下的文献WO 2008/145277中有描述,其由基于丁基橡胶(已知具有气密性性质)或基于聚苯乙烯和聚异丁烯嵌段共聚物热塑性弹性体的配混物形成。虽然这些内衬令人满意地起作用,但是必须定期检查配备有这种气密橡胶的轮胎的充气压力,因为随着时间可能出现气体泄漏。
为了提高轮胎的气密性,申请人公司名下的文献EP2205452描述了一种轮胎,其包括气密橡胶外胎和由嵌入橡胶中的纤维形成的增强结构,该增强结构由胎体层和胎冠层以及这些层之间的连接装置形成。在该文献中,用于形成增强结构的纤维各自具有完全连接的横截面,它们在形状上是扁平的,具有预定尺寸的相互正交的尺寸并且基本上在轮胎的径向方向上延伸。在该文献中描述的增强结构使得轮胎的气密性提高并且降低其机械疲劳性。
还从文献EP 1397262中已知一种轮胎,其包括由橡胶条带形成的附加胎侧增强件,该橡胶条带通过相对于轮胎的周向方向倾斜的帘线来增强。在使轮胎坯体成型时,通过在内衬与胎体帘布层之间将一个条带缠绕并部分地重叠于另一个条带上来施用增强橡胶条带。这种附加增强件的作用是当轮胎在行驶过程中经受高应力负荷时赋予胎侧更大的机械强度。
虽然这些文献中描述的轮胎在寿命、气密性和强度方面显示出良好的性能,但是它们具有复杂的结构,并且它们的制备方法包括许多经证明难以进行并且耗时的步骤。
还从文献EP 2781369和US 4011899中已知的是基于嵌入弹性体材料中的条带制备的复合增强结构。这种复合结构确实具有更好的机械强度,但其影响是增加轮胎的重量。
发明内容
本发明的一个目的是减轻本文所述的文献中的至少一个缺点,并且提出一种制备改进的增强结构的方法,所述增强结构使得轮胎质量显著下降而不会降低其性能。
为此,本发明提出一种制备轮胎的增强结构的方法,所述增强结构的形式是由两个增强条带层形成的分层组件,所述两个增强条带层具有完全连接的横截面并且在形状上是扁平的,所述方法的特征在于:
-沿着铺设主方向并排铺设每层的条带,将第一层的条带以小于第二层的条带的宽度的距离隔开,从而使得第一层的条带的边缘与第二层的条带的边缘重叠,并且
-通过脱离联接橡胶层使两个条带层分开。
根据本发明,使用有利的方法制得分层增强组件,该方法将增强条带设置在由脱离联接橡胶层彼此分开的至少两层中,本发明的增强条带具有良好的机械性质和良好的充气气体不可渗透性。通过这种方法,获得轮胎增强结构,该轮胎增强结构设置为沿径向最大程度地朝向轮胎内侧,因为其在轮胎胚体成形后能够相对于充气气体保持气密性,同时提供已知类型的胎体增强帘布层的机械强度。
这种增强结构的优点在于提供至少与现有技术方案相当的相对于充气气体的气密性,同时能够相对于常规轮胎而言大幅减小轮胎的厚度和重量。
实际上,根据本发明的增强结构呈现为扁平的单丝条带,每个单丝条带对充气气体是不可渗透的,当“平坦化”或在成型鼓上使轮胎胚体成型的阶段期间,各个条带以交错的构造设置,从而使得它们的边缘在轮胎成形过程中连续重叠。根据本发明的一个重要方面,通过脱离联接橡胶层使条带层分开,每层的条带粘合至所述脱离联接橡胶层。脱离联接橡胶的伸长系数大于条带的伸长系数,这意味着,在使轮胎胚体成形时,条带相对于彼此的分离受到它们所遵循的脱离联接橡胶的伸长的控制。因此,在实验室测试的过程中已经发现,在两个条带层之间不存在脱离联接橡胶层时,在成形的过程中,条带彼此滑动,从而导致在两个条带层之间节距有差异的构造,并因此导致获得的结构中缺乏气密性的风险。现在,用具有预定厚度的脱离联接橡胶层进行的测试显示条带之间的分离保持恒定,因为条带遵循脱离联接橡胶的变形并随其移动。更重要的是,将条带铺设在橡胶层上使得更容易制备增强结构。
这种增强结构显示出良好的气密性性质和良好的机械强度,并且因此,其本身能够代替包含于常规轮胎构造中的数个帘布层。因此,当必要时,这种增强结构可代替内衬和胎体帘布层,甚至还有胎侧增强帘布层。
优选地,第一层和第二层的条带具有相同的宽度L,并且它们的边缘在宽度L的至少20%上重叠。这能够确保在成形之后的良好气密性,甚至是在成形程度最大的轮胎区域如胎肩区域中的良好气密性。
有利地,条带的弹性模量大于500MPa。这使得增强结构提供轮胎的机械强度。
优选地,所述分层组件设置在两个橡胶层之间并与两个橡胶层接触。这使得分层组件与包含于轮胎结构中的其它橡胶层之间的粘合更好。
优选地,所述增强结构按以下顺序包括:厚度介于0.1至0.5mm之间的弹性体层,厚度介于0.05至0.35mm之间的第一增强条带层,厚度介于0.1至0.5mm之间的脱离联接橡胶层,厚度介于0.05至0.35mm之间的第二条带层,以及厚度介于0.1至0.5mm之间的弹性体层。
有利地,每个条带具有宽度L,并且形成层的条带以小于2L的节距p设置。条带以节距p并排设置,所述节距p大于条带的宽度L,但小于条带的宽度L的两倍。
优选地,在两个层的条带的边缘之间重叠的量为节距p的0.2至0.5倍之间。
有利地,条带的宽度介于1至12mm之间,优选3至7mm之间。
优选地,所述条带由单一的材料制成。
还优选地,所述材料选自PET、PEN、铝、钢或聚酰胺。
在本发明的第一实施方案中,所述增强结构通过压延而制得。
在本发明的第二实施方案中,所述增强结构通过将连续的层缠绕到旋转壳环上而制得。
本发明的目的还通过使用本发明的方法获得的轮胎增强结构来实现。
本发明的目的还通过无气密内衬的轮胎来实现,所述轮胎包括使用本发明的方法获得的增强结构。
附图说明
本发明的其它特征和优点将通过以下的描述变得显而易见。通过非限制性示例给出的该描述参考以下附图,其中:
-图1是已知类型的轮胎的径向截面图;
-图2是已知类型的胎体增强件的横截面示意图;
-图3是根据本发明的增强结构的立体示意图;
-图4是在轮胎胚体成形之前根据本发明的增强结构的横截面示意图;
-图5是在轮胎胚体成形之后根据本发明的增强结构的横截面示意图;
-图6是根据本发明的第一实施方案的用于制备增强结构的装置的示意图;
-图7是根据本发明的第二实施方案的用于制备增强结构的装置的示意图。
在各个附图中,相同或相似的元件带有相同的附图标记。因此不对其进行系统地重复描述。
具体实施方式
在图1中,示意性描绘出的轮胎1包括胎冠2、两个不可伸展的胎圈4,所述胎冠2包括胎面3,所述胎面3的径向外部3a旨在与路面接触,在所述两个不可伸展的胎圈4中锚固有胎体增强件6。通过两个胎侧5连接至所述胎圈4的胎冠2以本身已知的方式通过胎冠增强件或“带束层”7增强,所述胎冠增强件或“带束层”7至少部分为金属的并且相对于胎体增强件6在径向上位于外部。轮胎带束层通常由至少两个重叠的带束帘布层(有时被称为“工作”帘布层或“交叉”帘布层)组成,所述带束帘布层的增强元件或“增强体”在帘布层内几乎彼此平行地设置,但是从一个帘布层至另一个帘布层交叉,亦即相对于圆周中平面以通常在10°至45°之间(根据所考虑的轮胎类型)的角度对称或不对称地倾斜。这两个交叉帘布层的每一者由橡胶基质或“压延橡胶”组成,所述橡胶基质或“压延橡胶”覆盖增强体。在带束层中,交叉帘布层能够由各种其它辅助的橡胶帘布层或层增补,所述辅助的橡胶帘布层或层的宽度能够根据情况而变化并且包括或不包括增强体;举例而言,将提及简单的橡胶垫、“保护”帘布层或者“环箍”帘布层,所述“保护”帘布层的作用在于保护带束层的剩余部分免受外部冲击或穿孔;所述“环箍”帘布层包括基本上沿着周向方向取向的增强体(“零度”帘布层),而无论相对于交叉帘布层在径向上是在外部还是内部。
为了增强上述带束层,特别是它们的交叉帘布层、保护帘布层或环箍帘布层,通常使用钢帘线或织物帘线形式的增强体,所述钢帘线或织物帘线由通过编结或捻合而组装在一起的细丝线组成。
胎体增强件6在此处通过围绕两个胎圈线4a、4b缠绕而锚固于每个胎圈4中,所述增强件6的卷边6a、6b例如向轮胎1的外部设置,所述卷边6a、6b在此处描绘为安装在轮胎的轮辋9上。胎体增强件6由帘布层组成,所述帘布层通过径向织物帘线增强,亦即这些帘线几乎彼此平行地设置并且从一个胎圈延伸至另一胎圈,从而与圆周中平面(垂直于轮胎旋转轴线的平面,其位于离两个胎圈4的中间距离处,并且经过胎冠增强件7的中央)形成在80°至90°之间的角度。当然,该轮胎1以已知的方式另外包括内部橡胶或弹性体层10(通常被称为“内衬”),所述内部橡胶或弹性体层10界定了轮胎的径向内部表面并且旨在保护胎体帘布层免受来自轮胎内部空间的空气的扩散。
胎侧5有时通过附加的增强帘布层增强,以便对高的机械应力负荷作出反应。这些附加的增强帘布层通常包括增强元件或“增强体”,所述增强元件或“增强体”在橡胶基质中彼此平行地设置并且相对于胎体增强件沿径向设置在内侧或外侧。
在已知类型的胎体增强件中,增强体采用包括捻合或编结的丝线集合的帘线的丝线形式。构成增强体的一根或多根丝线在性质上可以是金属的、聚合的、天然的或复合的。
图2示出了在胎体增强件6的横截面中可见的增强体8。胎体增强件6的增强体8隔开并嵌入橡胶基质中。X-X'表示充气气体通过胎体增强件6所采取的路径。
如图3至图7所示,本发明涉及采用条带22的有利设置的增强结构20的制备,所述条带22设置于重叠层中以形成分层组件。本发明的条带22具有完全连接的横截面并且在形状上是扁平的。扁平形状的条带是指窄的条带,其宽度大于高度或厚度。将要回顾的是,完全连接的表面是其任何两个部分必须接合在一起的表面。
分层组件是指包括彼此接触的至少两个平面形状或非平面形状的层的任何产品,这些平面形状或非平面形状的层可以是连接的或非连接的,其中“连接”理解为包括任何组装方式,特别是粘合。
橡胶或弹性体是指优选任何类型的二烯或非二烯弹性体(例如热塑性弹性体),或弹性体(天然橡胶和合成橡胶)、增强填料(炭黑和二氧化硅)、增塑剂(油)、树脂和其它化学元素(例如硫)的共混物。
层是指厚度相对于其它尺寸而言非常小的条带,其中厚度与其它尺寸中的最大尺寸的比值小于0.5,优选小于0.1。
更具体地,根据本发明,增强结构以分层组件的形式制得,所述分层组件由两个隔开、重叠的条带层形成并且包括脱离联接橡胶,所述脱离联接橡胶设置在两个条带层之间并与两个条带层接触。
这些条带由单轴拉伸或多轴拉伸的膜制成,所述膜的拉伸模量E大于500MPa。该膜优选由热塑性聚合物制成,所述热塑性聚合物优选为聚酯,更优选为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)。该膜还可以由聚酰胺制成。两层的条带可以由同一种材料制成或由不同的材料制成。
优选地,还对条带进行热处理,以便限制其在整体温度上升时的热收缩。这种热处理为例如退火、回火或这些处理中数种处理的组合。
在替代形式中,膜可以是金属的,例如由铝或钢制成。
在另一替代形式中,复合材料包含PET、PEN、PA或环氧树脂的基质,并通过玻璃纤维或碳纤维或合成纤维(例如尼龙或芳纶等纤维)来增强。
选择条带的材料使得其显示出良好的充气气体不可渗透性。举例而言,条带需要具有在0.001至10cm3mm/m2/天/atm之间,优选在0.1至1cm3mm/m2/天/atm之间的氮气渗透性。
图3以立体图示出了根据本发明的增强结构20,其包括:条带22的第一层24,所述条带22并排设置并且隔开;条带22的第二层26,所述条带22并排设置、隔开并且平行于第一层的条带和铺设方向A。第一层24的条带在垂直于铺设方向A的方向上相对于第二层的条带偏移。两个条带层通过脱离联接橡胶层30分开。增强结构由两个橡胶层即外层32和内层34增补。
图4以横切于铺设方向A的平面的截面示意图示出了在轮胎胚体成形之前或者在铺平时的铺设过程中的增强结构,而图5示出了在轮胎胚体成形之后获得的相同视图。将要回顾的是,成形是指轮胎胚体从圆柱形整体形状向环形整体形状过渡的操作。
在附图所示的实施例中,使用具有宽度“L”和厚度“e”的相同条带,并且通过将数个条带设置为彼此平行、以距离“d”隔开、具有节距“p”来生成条带的第一层24。条带的第二层26以相同的方式生成,但与条带22偏移使得它们的边缘与第一层24的条带以重叠距离“r”重叠。将注意到在图5中,成形之后的条带之间的距离变为“d'”,d'>d,而重叠距离变为“r'”,r'<r。
在实验室测试之后,已经发现有利的是使用宽度L在1至12mm之间,优选在3至7mm之间的条带22,并且以小于宽度L的两倍的节距p铺设它们,以生成条带的第一层24。条带的第二层26优选地通过相同的条带生成,所述相同的条带以相同的节距铺设但是相对于第一层24的条带以在节距p值的0.2至0.5倍之间的距离偏移。以这种方式,获得分层组件,其中在成形之前两个层的条带的边缘重叠(图4)。选择重叠的值使得两层的条带在成形之后也重叠,其中图5示出了轮胎胚体的胎肩区域的横截面。胎圈区域的增强结构在成形过程中只有一点点改变,即使在成形之后,两层的条带的偏移实际上如图4那样。图4和图5中的Y-Y'表示充气气体为了成功通过增强结构20而必须采取的路径。因此可以看出,路径Y-Y'比图2的路径X-X'长,在图2中充气气体沿着垂直于胎体增强件的方向通过胎体增强件。在本发明的增强结构20中,气体的路径由条带22转向(有利地选择条带的拉伸方向使其垂直于充气气体的移动),从而迫使充气气体覆盖额外的路径长度,并且能够通过增强结构20减少充气气体的损失。
还有一个重要参数是条带的厚度,该厚度需要较薄并且良好受控,其介于0.05至0.35mm之间,优选0.05至0.15mm之间。
在制备本发明的分层组件中的另一个重要参数是脱离联接橡胶层30的厚度及其对增强条带22的粘合。因此,脱离联接橡胶层需要具有良好受控的厚度,以确保其在分层组件的整个表面上均匀变形。脱离联接橡胶层的厚度具有介于0.1至0.5mm之间的值,其公差为该层的厚度值的+/-5%。
就脱离联接橡胶30与条带22之间的粘合而言,粘合需要是完美的以能够确保在轮胎胚体成形过程中增强体的受控移动。有许多提出的解决方案用以确保这种粘合。解决方案之一是在热态下制备分层组件。用于使脱离联接橡胶粘合到条带上的另一个解决方案是使用合适的粘合剂。例如,推荐“RFL”(间苯二酚-甲醛-乳胶)类型的织物粘合剂,用以实现在热塑性聚合物制成的条带与橡胶层之间的粘合。因此可以使用已知用于提供橡胶与条带之间令人满意的粘合的任何其它合适的粘合剂。
分层组件的条带沿着铺设方向铺设从而各自构成条带层,两个层在两个平行的平面中延伸并且通过脱离联接橡胶层彼此分开。取决于分层组件的制备方法,条带的铺设方向是纵向的或周向的,如随后所述。当使轮胎胚体成型时,将分层组件铺设在鼓上使得条带铺设主方向或铺设方向基本上是轴向的(这意味着平行于轮胎胚体的对称轴线或鼓的旋转轴线)。
为了实施该方法,根据第一实施方案,本发明提出了如图6所示的压延装置50,其包括两个压延辊52、54,它们各自的轴线AA'和BB'基本上平行于彼此。两个辊之间的空间界定了间隙53,以下的层通过该间隙53:橡胶外层32,条带22的第一层24,脱离联接橡胶层30,条带22的第二层26以及橡胶内层34。将条带层和分开它们的脱离联接橡胶层夹在两个橡胶层之间,并且由辊52、54施加的压力迫使橡胶渗入条带之间的空间,从而能够改进整体的粘合。向压延装置供应来自橡胶卷轴(未示出)的橡胶层,并且将条带从条带卷轴中放出,通过使每层的条带通过具有U形凹槽的凹槽辊(位于压延辊上游)来引导每层的条带。这种条带导向辊(未示出)是在增强帘布层的压延中已知的类型。有利地,外层32和内层34可以由两个附加辊供应,所述附加辊的轴线平行于辊52、54的轴线,这两个附加辊与辊52、54协作,从而使得在制备过程中在由辊52、54形成的间隙中同时形成外层32和内层34。因此,该方法允许热压延形成增强结构的组件,以实现各个层的更好的粘合。
由此获得的分层组件沿着平行于条带铺设主方向的输送方向C高速通过。为了获得用于轮胎胚体的成型中的增强结构20,将来自压延操作的组装帘布层的长度切割成大致对应于待成型的轮胎胚体中胎圈线之间的距离大小的尺寸。然后将由此切割的部段铺设在轮胎成型鼓上从而构成组件的第一层,因此形成气密胎体增强结构。
图7示出了能够实施根据本发明的第二实施方案的方法的装置。该装置包括壳环,在该壳环上通过连续的缠绕操作铺设增强结构20的组成所涉及的各个层。图7示出了具有圆形横截面和纵向轴线CC'的圆柱形壳环60。壳环60包括驱使其围绕它的纵向轴线CC'旋转的装置。形成外层32的橡胶层已经铺设在壳环上,在壳环上已通过螺旋缠绕铺设具有厚度e和节距p的层条带22,在铺设过程中使用辊子62向下挤压这些条带以确保条带与已经铺设的橡胶层之间的粘合。在这种情况中,条带22铺设主方向是壳环60的周向方向。
已经完成将条带缠绕到壳环上并且由此形成条带的第一层24,然后用脱离联接橡胶层30覆盖该层。然后将条带20施加到脱离联接橡胶层并且使其相对于第一层24的条带以距离d偏移,再次通过螺旋缠绕获得条带的第二层26。然后用橡胶层34覆盖该第二层26。于是这样就形成了分层组件形式的增强结构,其能够用于轮胎的成型中。为了能够用作子午线轮胎的胎体增强结构,该缠绕的分层组件需要在径向上切割成大致对应于待成型的轮胎胚体中胎圈线之间的距离的长度。有利的是选择大直径的壳环60,以获得近乎平面形状的分层组件。然后将由此切割的部段铺设在旋转轮胎成型鼓上,从而使得条带的铺设方向基本上平行于鼓的旋转轴线,所述部段构成轮胎胚体的第一层,从而形成气密胎体增强结构。
在附图中未示出的替代形式中,具有宽度的条带22涂覆有橡胶并将其铺设在轮胎成型鼓上。为了做到这一点,计算围绕具有宽度L和厚度e的条带22的橡胶涂层的尺寸(宽度和厚度),以获得根据本发明的增强结构,而无需铺设另外的橡胶层。
在不脱离这些权利要求的范围的情况下,可以设想本发明的其它替代形式和实施方案。因此,也可以设想具有由脱离联接橡胶彼此分开的三个或更多个条带层的结构。
Claims (15)
1.一种制备轮胎的增强结构(20)的方法,所述增强结构(20)的形式是由两个增强条带层(24、26)形成的分层组件,所述两个增强条带层(24、26)具有完全连接的横截面并且在形状上是扁平的,其特征在于:
-沿着铺设主方向并排铺设每层的条带,将第一层(24)的条带(22)以小于第二层(26)的条带(22)的宽度的距离隔开,从而使得第一层(24)的条带(22)的边缘与第二层(26)的条带(22)的边缘重叠,并且
-通过脱离联接橡胶层(30)使两个条带层分开。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,第一层和第二层的条带(22)具有相同的宽度L,并且它们的边缘以宽度L的至少20%重叠。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,条带(22)的弹性模量大于500MPa。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述分层组件设置在两个橡胶层(32、34)之间,并且与两个橡胶层(32、34)接触。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述增强结构按以下顺序包括:厚度介于0.1至0.5mm之间的弹性体外层(32),厚度介于0.05至0.35mm之间的第一增强条带层(24),厚度介于0.1至0.5mm之间的脱离联接橡胶层(30),厚度介于0.05至0.35mm之间的第二条带层(26),以及厚度介于0.1至0.5mm之间的弹性体内层(34)。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,每个条带(22)具有宽度L,并且形成层的条带(22)以小于2L的节距p设置。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在两个条带层(24、26)的条带(22)的边缘之间重叠的量介于节距p的0.2至0.5倍之间。
8.根据权利要求6或7任一项所述的方法,其特征在于,条带(22)的宽度L介于1至12mm之间。
9.根据权利要求6或7任一项所述的方法,其特征在于,条带(22)的宽度L介于3至7mm之间。
10.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述条带(22)由单一的材料制成。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述材料选自PET、PEN、铝、钢或聚酰胺。
12.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,增强结构(20)通过压延而制得。
13.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,增强结构(20)通过将连续的层缠绕到旋转壳环(60)上而制得。
14.一种轮胎增强结构,其使用根据权利要求1至13中任一项所述的方法而获得。
15.一种无气密内衬的轮胎,其包括使用根据权利要求1至13中任一项所述的方法获得的增强结构(20)。
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