CN100333928C - 充气轮胎 - Google Patents
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Abstract
一种含有胎面胶层(16)的轮胎(10)的胎面(14)。胎面胶层(16)具有包括基层(23)和保护层(24)的双层结构。基层(23)具有梳子状的凸起部(26)。凸起部(26)近似形成为沿轮胎(10)的圆周方向延伸的圆环。多个凸起部(26)沿轮胎(10)的轴向排列，并沿径向突出。当轮胎(10)还未使用(全新)时，至少有一部分凸起部(26)暴露在胎面表面(17)。保护层(24)含有二氧化硅，而基层(23)不含二氧化硅。
Description
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎(后文中称为“轮胎”)的结构。
背景技术
轮胎与路面接触的那一部分特别被称作胎面。胎面含有一胎面胶层。构成胎面胶层的橡胶的物理性质直接影响轮胎的性能。传统上认为轮胎性能主要跟湿抓地性能和滚动阻力有关。但是，当湿抓地性能提高时，通常滚动阻力就会变大。因此，传统观点认为在提高轮胎湿抓地性能的同时还应对滚动阻力进行抑制。其具体做法为，在胎面胶的组成中混入二氧化硅以替代炭黑作为增强剂。或者，将胎面胶分为内外两层结构，使外层橡胶具有极佳的湿抓地性能，而内层橡胶则属于低发热型橡胶。这一做法已由日本专利公开No.2003-104009公布。
但是，由于有些胎面胶中混入的二氧化硅的导电性很差而容易在车辆上引起静电积聚。为防止静电积聚，有时可以在胎面胶中加入聚乙二醇酯等类似物质作为抗静电剂。然而，这些抗静电剂的使用却带来如下问题。具体讲，如果聚乙二醇酯的加入量小，则不会有什么抗静电效果；如果聚乙二醇酯的加入量大，虽然取得了抗静电效果，但轮胎的抗磨性能却由于混入了抗静电剂而被破坏了。
为克服这一缺点，传统的做法是设置一导电层，在胎面胶层的内侧径向上设置一导电元件。导电元件与导电层相连，并穿透到胎面的外表面。这一做法已由日本专利公开No.9-71112公布。一旦设置了导电元件，静电便因接地而取得抗静电效果。但是，由于导电单元位于轮胎的径向方向上，因此要使这种两层结构同时兼具高湿抓地性能和低滚动阻力并非易事。
发明内容
基于上述背景，本发明的目的在于提供一种能展现出高抗静电效果和降低滚动阻力的轮胎。
(1)为了达到这一目的，根据本发明中的轮胎包括胎面，该胎面具有设置在径向内侧上的基层和设置在径向外侧上的保护层，并且在构成胎面表面的外周面上设置有凹槽，从而形成胎面花纹。基层设置有沿轴向排列的若干环形凸起部。环形凸起部在径向上突出并在圆周方向上延伸。当轮胎未使用时，至少有一个环形凸起部暴露于胎面表面。
根据这一结构，胎面具有基层和保护层的双层结构。基层含有若干环形凸起部部分并至少有一个凸起部暴露于胎面表面。换句话讲，环形凸起部在圆周方向上暴露在轮胎表面上。同样，在构成保护层的橡胶在导电性方面不是很好的情况下，电流也很容易在轮胎和路面间通过。因此，比如在构成胎面的橡胶中混入二氧化硅的情况下，轮胎和路面之间的导电性仍可保持，且同时滚动阻力得以降低。
(2)可以采用这种结构，即：保护层含有二氧化硅而基层不含有二氧化硅，采用这种结构，二氧化硅仅仅混入在保护层中。因此，只有轮胎的接触部分的湿抓地性能得到有效地提高，此外，能降低滚动阻力。
(3)需要的话，可以使用一种结构，该结构中，凹槽设置在外周面上，使得多个环形槽脊部形成在外周面上，且环形凸起部设置在一个环形槽脊部中。使用这种结构，暴露于胎面表面的环形凸起部的数量增加。因此，导电性得到更大提升。
(4)基层的硬度可以比保护层的低。在这种情况下，基层和保护层的JIS A硬度最好设定在55到65之间。采用这种结构，轮胎的湿抓地性能得到进一步提升而滚动阻力被进一步降低。
根据本发明，胎面具有双层结构，作为内层的基层具有多个环形凸起部暴露于胎面表面。此时，即使保护层橡胶的导电性能并不好，轮胎和路面也能保持足够的导电性。同时，如果在胎面橡胶中混入二氧化硅，轮胎就可以在具有高导电性的同时大大降低滚动阻力。
附图说明
图1为本发明一个实施例轮胎主要部分的截面放大图；
图2为该实施例轮胎胎面主要部分的截面放大图；
图3为本发明又一实施例轮胎主要部分的截面放大图；
图4为测量轮胎抗静电值的典型装置图。
具体实施方式
下面基于优选实施方式并结合图例对本发明进行详细说明。
图1是沿轮胎10中心切面并垂直于赤道面E所得到的轮胎截面图。图1中，垂直方向被定为轮胎10的径向方向，而横向方向设定为轮胎10的轴向方向。轮胎10采用相对于赤道面为近似对称的形状，其结构包括胎体11、胎侧壁12、胎圈13、胎面14以及对胎体11起加固作用的加固带15。
胎面14包含以交联橡胶构成的胎面胶层16。胎面胶层16的形状接近圆弧，并沿径向呈向外凸起部状。胎面胶层16的外周面构成胎面表面17以与路面相接触。胎面表面17具有凹槽18。从而，胎面14上形成了槽脊部19。由于凹槽18和槽脊部19的存在，形成了胎面花纹。下面对胎面胶层16的结构加以详细描述。
轮胎侧壁12自胎面14的两端沿径向向内延伸。支撑部22设置在胎侧壁12与胎面14之间的边界部分中。侧壁12也是由交联橡胶构成。侧壁12的弯曲形状使其可以缓冲来自地面的冲击力。此外，侧壁12防止胎体11的外部损害。
胎圈13含有胎圈芯20。胎圈芯呈环形，由若干股不可伸缩金属线组成(典型地，金属线由钢丝制成)。
胎体11含有胎体帘布层21，胎体帘布层21构成了轮胎10的框架。胎提帘布层21沿胎面14、侧壁12和胎圈13的内周面设置，并位于胎圈芯20的上方。加固带15通过用交联橡胶包覆带体帘线来获得，并覆盖和增强胎体11。
胎体11、加固带15、轮侧壁12、胎圈13等都是用传统常用的方法制造，它们整体构成在形成的轮胎10中。
如前所述，胎面14包括由交联橡胶形成的胎面胶层16。支撑部22形成在侧壁12和胎面14之间的边界部分中。本实施方式的特征在于胎面胶层16的结构。具体地讲，本实施方式的特征在于：
(1)胎面胶层16具有一种包括基层23和保护层24的双层结构；
(2)轮胎10还未使用时(全新)基层23暴露于胎面表面17；以及
(3)基层23有下面将要描述的材料形成，并且设置在随后将要描述的位置中。
如图2所示，基层23形成为如同在径向向外突出的梳子，保护层24设置为在径向外侧处覆盖基层23。基层23和保护层24分别由橡胶(所谓“胎面胶”)构成。基材(橡胶)中加入交联剂或其他化合物，加热(交联化)一定时间而得到基层23和保护层24。基材橡胶可以是天然橡胶(NR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR)、异戊二烯橡胶(IR)或者是它们的混合物，尤其以苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)为佳。炭黑、二氧化硅等物质可作为增强剂添加到基材中。此外，基材中还可添加其他类型的填充剂。
本实施方式中采用了这些增强剂和类似物质。因此，基层23的硬度与保护层24的硬度是不同的。更具体地，基层23的JIS A硬度是60，而保护层24的JIS A硬度是64。但基层23与保护层24的硬度并不限定于这些数值。基层23的硬度最好比保护层24的硬度低，且他们的JIS A硬度优选在55到65之间。在本实施方式中，保护层24的橡胶中混入了二氧化硅而基层23则不含有二氧化硅。
保护层24的外周面(胎面表面17)上设置有凹槽18。凹槽18在圆周方向上环形地形成在胎面表面上。本实施方式中，凹槽18位于胎面表面17的中央，并且关于中心部分在轴向上对称设置(见图1)。当然，还可以有更多数量的凹槽18基于赤道面E对称设置。
如图2所示，凹槽18的内壁表面呈U形。本实施方式中，胎面胶层16的厚度D为10mm，凹槽18的深度d1设定为8.2mm。相应地，次胎面厚度H1为1.8mm。次胎面厚度H1表示凹槽18的底部28到胎面胶层16底面25间的距离。D、d1和H1等尺寸根据轮胎的规格而正确地制定和改变。
如前所述，基层23形成为如同梳子并包括多个凸起部26(环形凸起部)，如图2所示。如图1所示，基层23在轮胎10的轴向上排列，且每个基层23的凸起部26设置成被槽脊部19所覆盖。更具体地讲，如图2所示，基层23含有4个凸起部26，每个凸起部26沿径向排列(图2的横向)，它与相邻的凸起部26通过圆弧部27光滑而连续地设置。尽管凸起部26的数量并不局限于4个，但设置在每个槽脊部19中的凸起部26的数量优选为2到5个之间。
凸起部26的高度h1适合设置为凹槽18的深度d1的15％到50％。凸起部26的高度h1表示凸起部26的顶部到凹槽18的内底部28的距离。另一方面，从圆弧部27的基底部29(基层的基底部)到胎面表面17的距离H设定为8.0mm。因胎面胶层16的厚度D为10mm，因此，圆弧部27的基底部29到胎面胶层16的底面25的距离h2设定为2.0mm。
基层23与保护层24的比率可有不同地设计和变化。基层23与保护层24的比率表示h2与H的比值。该比值的优选值为h2∶H＝10∶90到30∶70，进一步优选为h2∶H＝20∶80到30∶70。
基底部29设置在某一位置上，该位置具有基于凹槽18的内底部28的距离Δh，且设定Δh≤1.6mm。因此，距离Δh设定为小于1.6mm或更小，这样可以得到如下效果。
如果Δh设定位大于1.6mm，那么基层23被完全暴露，以至于轮胎10的抓地力倾向于在轮胎10磨损的最后阶段(通常在凹槽18深度为1.6mm的时刻)显著地降低。然而，如在本实施方式中Δh设定为≤1.6mm，那么在轮胎磨损的最后阶段，保护层24留在胎面表面17的比例就会变大。因此，轮胎10的抓地力的下降便能受到抑制。
本实施例中，当基底部29基于凹槽18的内底部28设置在径向的外侧(图2上方)时，它不受限制。基底部29也可以基于凹槽18的内底部28定位在径向内侧(图2下方)。
本实施方式中，如图1所示，当基层23构造形成在各个槽脊部19中时，这种结构不受到限制。如图3所示，在每个基层的下部(径向上内侧)可以设置有一个薄膜层30，且每个基层23可以通过该薄膜层30连续设置。因此基层23被连续设置，从而能获得如下的优点。
在制造轮胎10时，对构成胎面胶层16的橡胶片进行挤压成型。更具体地说，构成保护层24的橡胶和构成基层23的橡胶被分别加入到一个凹模中，并同时挤出。因此，得到了构成胎面胶层16的橡胶片。相应地，在基层23通过薄膜层30连续设置的情况下，具有的优点是，使用凹模的成型操作将变得容易进行。而且，薄膜层30的设置使得基层23在胎面胶层16中的面积比重增大，因此轮胎10的发热将受到更大程度的抑制。结果是，可以提高轮胎10的高速耐久性。
实施例
尽管从下面的例子中可看出本发明的优点是显而易见的，但例子中的描述不应成为本发明的限制条件。
表1显示了根据本发明的各个实施例1-6的轮胎对传统轮胎(比较实施例1～比较实施例3)在滚动阻力和电阻值方面的比较测试的结果。有关各实施例和比较实施例的电阻的测试方法将在下文中描述。参考各实施例和比较实施例的轮胎的滚动阻力，按照各个实施例和比较实施例的轮胎的滚动阻力值用一个指数来表示，设定比较实施例1的滚动阻力值的指数为100。
各实施例和比较实施例中轮胎的规格定为225/55R16(夏日轮胎)。凹槽深度d1为8.2mm，胎面胶厚度(胎面胶层的厚度D)为10.0mm，保护层橡胶厚度(从基层的基底部到胎面表面的距离H)为8.0mm，基层橡胶厚度(基层的基底部到胎面底面的距离h2)为2.0mm，次胎面厚度H1为1.8mm。
各实施例和比较实施例的详细数据如下。
[实施例1]
胎面胶层中，保护层的比例为80％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另外，胎面橡胶中基层的比例为20％，橡胶硬度为60。凸起部的数量为2，且暴露于胎面表面的凸起部的数量也为2。此外，构成基层的橡胶组合物为混合II型，未加入二氧化硅，但添加了较大比例的炭黑。
[实施例2]
胎面胶层中，保护层的比例为80％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另一方面，胎面橡胶中基层的比例为20％，橡胶硬度为59。凸起部的数量为2，且暴露于胎面表面的凸起部的数量也为2。此外，构成基层的橡胶组合物为混合III型，且未加入二氧化硅，但添加了较小比例的炭黑。
[实施例3]
胎面胶层中，保护层的比例为80％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另一方面，胎面胶层中，基层的比例为20％，橡胶硬度为59。凸起部的数量6，其中暴露于胎面表面的凸起部的数量为2。此外，构成基层的橡胶组合物为混合III型，未加入二氧化硅，但添加了较小比例的炭黑。
[实施例4]
胎面胶层中，保护层的比例为80％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另一方面，胎面胶层中，基层的比例为20％，橡胶硬度为59。凸起部的数量为10，其中暴露于胎面表面的凸起部的数量为4。此外，构成基层的橡胶组合物为混合III型，未加入二氧化硅，但添加了较小比例的炭黑。
[实施例5]
胎面胶层中，保护层比例为80％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另一方面，胎面胶层中，基层的比例为20％，橡胶硬度为59。凸起部的数量为16，其中暴露于胎面表面的凸起部的数量为8。此外，构成基层的橡胶组合物为混合III型，未加入二氧化硅，但添加了较小比例的炭黑。
[实施例6]
胎面胶层中，保护层的比例为70％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另一方面，胎面胶层中，基层的比例为30％，橡胶硬度为60。凸起部的数量为10，其中暴露于胎面表面的凸起部的数量为4。此外，构成基层的橡胶组合物为混合II型，未加入二氧化硅，但添加了较大比例的炭黑。
[比较实施例1]
胎面胶层中，保护层的比例为80％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另一方面，胎面胶层中，基层的比例为20％，橡胶硬度为60。凸起部的数量为1，且暴露于胎面表面的凸起部的数量为1。此外，构成基层的橡胶组合物为混合II型，未加入二氧化硅，但添加了较大比例的炭黑。
[比较实施例2]
胎面胶层中，保护层的比例为80％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另一方面，胎面胶层中，基层的比例为20％，橡胶硬度为59。凸起部的数量为1，暴露于胎面表面的凸起部的数量为1。此外，构成基层的橡胶组合物为混合III型，未加入二氧化硅，但添加了较小比例的炭黑。
[比较实施例3]
胎面胶层中，保护层的比例为70％，橡胶硬度(JIS A硬度)64。构成保护层的橡胶组合物为混合I型，并混有一定量的二氧化硅。另一方面，胎面胶层中，基层的比例为20％，橡胶硬度为66，这要比其他实施例和比较实施例的硬度值大很多。凸起部的数量为10，其中暴露于胎面表面的凸起部的数量为4。此外，构成基层的橡胶组合物为混合IV型，未加入二氧化硅，但添加了较大比例的炭黑。
接下来，将给出测试按照各实施例和比较实施例的轮胎的电阻值的方法的描述。如图4所示，装置40包括接地绝缘板41、设置于绝缘板41上的金属板42、用于支撑样品轮胎T(更具体地说，是各实施例和比较实施例中的轮胎)的轮胎连杆43，和电阻测量装置44。轮胎连杆43由导体制成。轮胎T的电阻是依据JATMA标准，通过测量轮胎/轮圈间的电阻值来实现的。
测量前要先清除轮胎T表面的润滑油和污渍，并充分干燥轮胎T。轮圈由导体构成，并符合各实施例和比较实施例的轮胎(225/55R16)的尺寸。测试中，轮圈为铝合金材质，尺寸为16×7-JJ。轮胎T的内压为200kPa。根据标准，轮胎T所受载荷为最大载荷的80％(本例中为5.3kN)。测试环境温度(测试室内的温度)为25℃，湿度为50％。
金属板表面经过平滑抛光处理，其电阻小于或等于10Ω。绝缘板41的电阻大于或等于1012Ω。电阻测量装置44的测量范围为103～1.6×1016Ω，测量电压(实际电压)为1000V。
如图4所示，装置40是接电的。具体地，轮胎连杆43接地，轮胎T被安装在其上的金属板42和连杆43是相互电连接的。换句话说，通过金属板42和连杆43，电压被施加在样品轮胎T上，然后根据欧姆定律(V＝IR，V：电压，I：电流，R：电阻)计算轮胎T的电阻值。
测量按照下面步骤来进行。
(1)轮胎T进行充分清洗，去除润滑油或污渍，充分干燥后装上轮圈。此操作中使用肥皂水。
(2)轮胎T先在测试室内放置2小时，然后接上轮胎连杆43。
(3)测试前要往轮胎上施加载荷。具体地，将预先确定的载重在轮胎上加载0.5分钟，接着再一次加载0.5分钟，最后是维持2分钟以上的加载。
(4)然后通上测试电压。通电5分钟后，使用电阻测量装置44测定轮胎连杆43和金属板42之间的电阻值。
(5)移去测试电压和负载。将轮胎T沿径向旋转90度，按照步骤3和步骤4再次测量电阻值。随后，轮胎T以相同的方式每旋转90度一次便按照步骤3和步骤4对电阻测量一次。换句话讲，每个轮胎T有4处位置测量了电阻，取四者的最大值作为轮胎T的电阻值(测量值)。
另一方面，轮胎T的滚动阻力是通过将比较实施例1的滚动阻力定为“100”，而后将各实施例和其他比较实施例的滚动阻力与其对比得到的系数来表示的。在本测试中，测试速度分别取40km/h、80km/h和120km/h，将不同速度下测得数值的平均值作为滚阻系数。该系数的表明，系数值越大，滚动阻力越大。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 比较实施例1 | 比较实施例2 | 比较实施例3 | |
| 保护层 | 混合I | 混合I | 混合I | 混合I | 混合I | 混合I | 混合I | 混合I | 混合I |
| 比率(％) | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 70 | 80 | 80 | 70 |
| 橡胶硬度(JIS A) | 64 | 64 | 64 | 64 | 64 | 64 | 64 | 64 | 64 |
| 基层 | 混合II大量碳 | 混合II大量碳 | 混合II大量碳 | 混合II大量碳 | 混合II大量碳 | 混合II大量碳 | 混合II大量碳 | 混合II大量碳 | 混合II大量碳 |
| 比率(％) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 30 | 20 | 20 | 30 |
| 橡胶硬度(JIS A) | 60 | 59 | 59 | 59 | 59 | 60 | 60 | 59 | 66 |
| 凸起部的数量 | 2 | 2 | 6 | 10 | 16 | 10 | 1 | 1 | 10 |
| 暴露于表面的数量 | 2 | 2 | 2 | 4 | 8 | 4 | 1 | 1 | 4 |
| 滚动阻力指数 | 100 | 97 | 95 | 94 | 92 | 98 | 100 | 97 | 102 |
| 电阻(×108Ω) | 0.6 | 1.3 | 1.2 | 0.9 | 0.6 | 0.6 | 0.8 | 2.4 | 0.5 |
如图1所示，混入大量炭黑的轮胎，其导电性能很好，因此其电阻小、滚动阻力大。而且，随着炭黑加入量的增大，导电性随之变大。因此，即使暴露的凸起部数量很小，仍具有较好的导电性。另一方面，对那些炭黑混入量较小的轮胎，随着凸起部数量的增大，其导电性得到提高，同时滚动阻力也得到抑制。对出现上述情况的可能解释是，由于基层体积比的相对增加，轮胎在滚转过程中的能量损失减小了。
Claims (2)
1、一种充气轮胎它包括胎面，所述胎面具有设置在径向方向内侧上的基层和设置在径向方向外侧上的保护层，并在构成胎面表面的外周面上设置有凹槽，从而形成胎面花纹；
其特征在于，所述基层设置有多个环形凸起部，所述环形凸起部轴向排列，在径向方向凸起，且在圆周方向上延伸；
未使用时，环形凸起部暴露在胎面的表面上，并且凹槽设置在外周面上以使得多个环形槽脊部形成于外周面上，且环形凸起部设置在每个环形槽脊部中，
基层具有一个主部和多个从主部突起的环形突起部，且环形突起部的橡胶组合物和主部的橡胶组合物相同，环形突起部作为主部的一部分而加工成形，
保护层含有二氧化硅，该保护层的导电性较差，
基层含有炭黑。
2、如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述基层的硬度比所述保护层的硬度低，且其JIS A硬度为55～65。
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