CN101247966B - 充气轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可维持行驶耐久性、同时操纵稳定性提高、且实现轻型化的充气轮胎，其中特别提供二次熟化膨胀压力高、使用压力高的作为小型卡车用最合适的充气轮胎，形成帘布层的帘线使用由通过下式(a)所示并且干热150℃下的热收缩应力值为0.19cN/dtex以上的聚酮纤维形成的加捻帘线，-(CH2-CH2-CO)n-(R-CO-)m- ……式(a)，这里，式(a)中n与m的关系如下式(b)所示，另外R是碳数为3以上的亚烷基，1.05≥(n+m)/n≥1.00 ……式(b)。
Description
技术领域
本发明涉及充气轮胎。更加详细地说，涉及轮胎帘线使用聚酮纤维，特别是作为小型卡车用的充气轮胎，在轻型化、良好的操纵稳定性等方面具有优异特性的充气轮胎。
背景技术
一直以来，由于可期待聚酮纤维具有高强度、高弹性率，同时耐疲劳性、加工性、耐热性、尺寸稳定性、进而粘结性等也优异，所以已提出了在轮胎帘线等领域中使用的方案(专利文献1～3等)。
从上述那样的聚酮纤维的特性来看，期待着实现这样的充气轮胎：其具有与以往的同种类的充气轮胎同等或更好的行驶耐久性能，同时可提高操纵稳定性、更加轻型化。然而，在以往的提案中，任一种均不能说充分发挥了聚酮纤维的优异特性，特别是从良好地发挥轮胎的载重耐久性、高速耐久性的观点来看，现实的情况是还没有发挥充分的性能。
例如，在专利文献1中，提出了一种重载重用充气轮胎，其中：通过使用由聚酮纤维和具有规定的物理性能的涂覆橡胶形成的帘布层，来减小帘线-橡胶间的刚性梯度差，维持与目前同等的行驶耐久性，同时实现轻型化。然而，现实的情况是：使用具有所规定物理性能的涂覆橡胶在用途方面受到制约，特别是作为上述小型卡车用充气轮胎，还没有实现。
另外，在专利文献2中提出了一种重载重用充气子午线轮胎，该重载重用充气轮胎的胎体使用5500～17000dtex的聚酯、芳纶、人造丝、或聚酮等有机纤维帘线，进而将帘布层的折回部沿着胎圈芯的半径方向的外侧面折回，但其不能说是利用了聚酮的特性，另外现实的情况是：其是关于重载重用充气轮胎的，作为上述小型卡车用充气轮胎，还没有实现。
另外，在专利文献3中提出了在重载重用充气轮胎的胎体中使用5500～17000dtex、并且从轮胎抽出的帘线的每1dtex帘线在19.8mN时的伸长率为5.0％以下的有机纤维帘线，作为该有机纤维使用聚酯、人造丝、聚酮等有机纤维帘线从而构成重载重用充气子午线轮胎，但其不能说是利用了聚酮的特性，另外现实的情况是：其是关于重载重用充气轮胎的，作为上述小型卡车用充气轮胎，还没有实现。
如上所述，专利文献1～3的任一个所述的发明还难以说是提出了特别最大限度地巧妙利用聚酮纤维特有性质的优异的充气轮胎。
特别是，由于聚酮纤维是高强度、高弹性率的纤维，所以如果提及轮胎的制造工艺，由于在硫化工序中产生的热收缩应力比聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维还高，所以硫化后，从模具取出轮胎后，在接着马上进行的施加规定的空气压的二次熟化膨胀(PCI)工序中，尺寸变化小，耐久性和操纵稳定性提高，同时胎体的层数减少，或使用的纤维帘线的粗度(dtex数)减少，可以期待由此产生的轮胎整体的轻型化。
但在轮胎的制造中，为了如所期望的目标那样发挥这样的效果，有效的是使聚酮纤维具有的热收缩特性设为与轮胎制造工艺匹配的最佳状态，并且一定程度对采用的轮胎种类进行缩小。
专利文献1：特开2004-306631号公报(权利要求1)
专利文献2：特开2000-142039号公报(权利要求3)
专利文献3：特开2000-142019号公报(权利要求2)
发明内容
本发明的目的在于，鉴于上述那样的方面，提供一种充气轮胎，其使用具有高强度、高弹性率的特性的聚酮纤维，行驶耐久性维持为与以往的使用PET的轮胎同等或更好，同时操纵稳定性提高，且可实现轻型化。
其中目的特别在于，提供这样的充气轮胎：其二次熟化膨胀(PCI)时的空气压力高，使用空气压高，作为小型卡车用的充气轮胎最合适。
实现上述目的的本发明的充气轮胎具有下面(1)的构成。
(1)一种充气轮胎，具有至少1层以上的帘布层、和该帘布层外围侧的带束层，其特征在于，形成帘布层的帘线使用由通过下式(a)所示并且干热150℃下的热收缩应力值为0.19cN/dtex以上的聚酮纤维形成的加捻帘线，
-(CH2-CH2-CO)n-(R-CO-)m- ……式(a)
这里，式(a)中n与m的关系如下式(b)所示，另外R是碳数为3以上的亚烷基，
1.05≥(n+m)/n≥1.00 ……式(b)。
另外，对本发明的充气轮胎而言，更具体地优选具有下面的(2)～(4)的任一构成。
(2)上述(1)所述的充气轮胎，其特征在于，帘布层使用的由聚酮纤维形成的加捻帘线，是由1根以上的1100～2200dtex的聚酮长丝合股加捻而成的。
(3)上述(1)或(2)所述的充气轮胎，其特征在于，使用的空气压在350～650kPa范围内。
(4)上述(1)、(2)或(3)所述的充气轮胎，其特征在于，是小型卡车用的充气轮胎。
根据技术方案1所涉及的本发明的充气轮胎，可提供行驶耐久性维持为与以往的胎体纤维帘线使用PET纤维的充气轮胎同等或更好，同时操纵稳定性提高，且实现了轻型化的充气轮胎。特别是可实现作为使用压更高的小型卡车用充气轮胎的优异的轮胎，其使用空气压为350～650kPa范围内。
根据权利要求2～4的任一项所涉及的本发明的充气轮胎，特别可实现作为小型卡车用充气轮胎优异的轮胎。
附图说明
图1是对本发明的充气轮胎的实施形态的一例进行说明的充气轮胎的子午线方向的剖面示意图。
符号说明
1：胎面部
2：胎侧部
3：胎圈部
4：帘布层
5：胎圈芯
6：带束层
7：覆盖带束层6整个面的带束层覆盖层
7a：仅覆盖带束层6的两端部的带束层覆盖层
具体实施方式
下面，对本发明的充气轮胎进行更详细的说明。
本发明的充气轮胎，具有至少1层以上的帘布层、和该帘布层外围侧的带束层，其特征在于，形成帘布层的帘线使用由通过下式(a)所示并且干热150℃下的热收缩应力值为0.19cN/dtex以上的聚酮纤维形成的加捻帘线，
-(CH2-CH2-CO)n-(R-CO-)m- ……式(a)
这里，式(a)中n与m的关系如下式(b)所示，另外R是碳数为3以上的亚烷基，
1.05≥(n+m)/n≥1.00 ……式(b)。
本发明中使用的聚酮纤维，可以通过例如在特开平1-124617号公报、特开平2-112413号公报、美国专利第5194210号公报、特开平9-324377号公报、特开2001-115007号公报、或特开2001-131825号公报等中公开的熔融纺丝或湿式纺丝得到，但重要的是使用具有上示(a)式所示结构的聚酮纤维。
如果该聚酮纤维的m比例(亚乙基以外的亚烷基单元)增加，则轮胎的行驶成长变大，耐久性降低，所以不优选。这可以认为是由于m单元增加改变了纺丝纤维的结晶结构，从而使分子链间的二次结合力降低的缘故。另外，如果该纤维的强度变低，则在制成加捻帘线时强度进一步降低，所以需要增加帘线的使用量以确保轮胎的破坏强度，难以提供轻型且经济性高的轮胎。
这里更加优选的是，使用m＝0的实质上仅由乙烯和一氧化碳形成的交替共聚物，在制造这样的纤维时优选使用湿式纺丝。
本发明着眼于，一般如果胎体帘线使用具有高强度、高弹性率的特性，且特别具有上述热收缩应力特性的聚酮纤维，则由于轮胎硫化工序中产生的热收缩应力比例如以往的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维还高(一般PET为0.07～0.18cN/dtex)，所以在施加规定的空气压的二次熟化膨胀(PCI)工序中的尺寸变化更加减小，所述二次熟化膨胀工序是在硫化后将轮胎从模具中取出，然后进行的。
这会导致下述的结果：特别是在制造PCI工序中的附加空气压力更高、即轮胎使用空气压更高的小型卡车用充气轮胎的情况等中，例如在以往的使用PET纤维的胎体中需要叠层使用3层，但通过使用本发明的使用聚酮纤维的胎体，叠层使用2层即可，或即使是叠层3层时，但使用更细的聚酮纤维丝或以更少重量的聚酮纤维丝的总使用量即可。而且，由此实现了操纵稳定性与以往同等或比以往更高、并且达成了轻型化的充气轮胎。
本发明的胎体加捻帘线中使用的聚酮纤维，重要的是干热150℃下的热收缩应力值为0.19cN/dtex以上。
以干热150℃下的热收缩应力值为参量作为基准，是由于：在硫化后，在将轮胎从模具中取出后，在接着马上进行的施加规定的空气压的二次熟化膨胀(PCI)工序中，轮胎温度从150℃以上慢慢冷却，所以在该过程中产生的热收缩应力值使轮胎尺寸变化；将干热150℃下的热收缩应力值作为一个基准，是由于这在从影响该尺寸变化水平的方面是有意义的。
在本发明中，由于干热150℃下的热收缩应力值为0.19cN/dtex以上，所以在二次熟化膨胀(PCI)工序中可抑制由胎体帘线产生的张力造成的形变，在该干热150℃下的热收缩应力值小于0.19cN/dtex时，热收缩应力不足，在二次熟化膨胀(PCI)工序中张力导致形变，难以得到维持规定尺寸的充气轮胎。
特别是，干热150℃下的热收缩应力值优选范围为0.19cN/dtex以上0.81cN/dtex以下，更优选0.19cN/dtex以上0.69cN/dtex以下。通过满足该范围，可以使上述本发明的效果更高并理想地发挥。
图1是对本发明的充气轮胎的实施形态的一例进行说明的充气轮胎的子午线方向剖面示意图，1是胎面部，2是胎侧部，3是胎圈部。在轮胎内部，以遍及胎面部1、左右的胎侧部2和胎圈部3的整体的方式，埋设有由相对于轮胎圆周方向基本排列成90度的有机纤维帘线形成的帘布层4，其两端部围绕胎圈芯5从轮胎内侧向外侧折回。在帘布层4的外围设置了2层由钢丝帘线形成的带束层6，在该带束层6的外围侧设置了覆盖带束层6的整个宽度的带束层覆盖层7、和仅覆盖两端部的带束层覆盖层7a。
对本发明的充气轮胎而言，由聚酮纤维形成的加捻帘线，优选将由聚酮纤维形成的1100～2200dtex的1根聚酮长丝丝条加捻形成，或进而将多根合股加捻形成。
对构成聚酮长丝丝条的单纤维的粗度(单纤维纤度)没有特殊限定，但根据本发明者们的认识，优选为0.5～7dtex，更优选为1～4.5dtex的范围内。
单纤维纤度小于0.5dtex时，在制丝工序、捻丝工序、织制工序等原料纤维阶段，很多情况出现起毛，有时导致帘线强力的降低，所以一般不优选。另外在超过7dtex的情况下，聚酮纤维一般是通过湿式纺丝法制造的，纤维表面的皮芯结构变得显著，成为容易出现原纤化的结构，这有时也导致帘线强力的降低，所以一般不优选。
为了制造干热150℃下的热收缩应力值为0.19cN/dtex以上的聚酮纤维，可以通过在形成聚酮纤维后，对该聚酮纤维丝条进行适当的热处理而得到。特别是在本发明中，可以将该热处理工序与轮胎制造工艺(胎体制造工艺)组合。也就是说，虽然没有特殊限定，但特别优选例如通过进行以下的热处理等来得到。
也就是说，为了将由聚酮纤维形成的加捻帘线形成帘布层，一般预先设置赋予作为粘结剂的RFL(间苯二酚-福尔马林-乳胶)液的工序，以提高与作为构成胎体的其它材料的橡胶的粘结性，但通过将由聚酮纤维形成的加捻帘线浸渍在该RFL液中从而使该RFL液附着在加捻帘线上，然后使为了该RFL液的干燥和正火而进行的拉伸热处理条件处于特殊条件而进行拉伸热处理，能够形成干热150℃下的热收缩应力值为0.19cN/dtex以上的聚酮纤维。
具体地讲，将拉伸热处理分为热定形区(ヒ一トセツト·ゾ一ン)和正火区(ノルマライジング·ゾ一ン)2个区进行，特别重要的是，热定形区在190℃～260℃×60秒～180秒下并且对帘线施加的张力为0.20cN/dtex～1.50cN/dtex的条件范围下进行，正火区在190℃～260℃×60秒～180秒下并且对帘线施加的张力为0.015cN/dtex以上的条件下进行。
关于这些条件，特别要紧的是使上述范围的热定形区的张力比正火区的张力还高而进行拉伸热处理。
另外，关于间苯二酚·福尔马林·乳胶的附着量(有效固体成分的附着量)，优选为7重量％以下(相对于帘布层重量)，特别优选该附着量为3.0重量％以上6.0重量％以下。
本发明的充气轮胎，在PCI工序中的附加空气压力更高即轮胎使用空气压更高的小型卡车用充气轮胎中，发挥特别良好的效果。如果不论车的类型，而根据轮胎的使用空气压，则用于350～650kPa范围内的充气轮胎效果更好。
实施例
下面通过实施例来更具体说明本发明的充气轮胎的具体构成和效果。
另外，本发明的说明中使用的参量是通过下述方法测定或判断出的。(1)干热150℃下的热收缩应力：
将纤维帘线安装在间隔250mm的卡盘上，将施加了(显示dtex数×0.45)mN的载重的状态下的试样长(卡盘间)作为试样长度。维持该试样长度，以下述升温模式进行升温，测定在150℃下产生的热收缩应力。
将n数设为2进行测定，取其平均值。
升温模式
·从室温在1分钟之内升温至40℃，保持1分钟。
·然后以5℃/分钟的升温速度升温至250℃，在该状态下保持10分钟，然后冷却。
(2)胎体强度指数：
从(胎体总使用根数×胎体强力值)求出可得到的总强力，以比较例2的总强力作为基准(100)来表示。该值越大越优异。
(3)操纵稳定性：
使用通过各实施例、比较例制造的轮胎，将空气压设定为650kPa，用4吨的卡车进行障碍行驶，计测一圈时间，以指数表示。指数以比较例2的一圈时间为基准(100)进行表示。该值越小，表示操纵稳定性越优异。
(4)轮胎重量：
测量通过各实施例、比较例制造的轮胎的重量，以比较例2的重量为基准(100)来表示。该值越小表示越轻越优异。
实施例1～9、比较例1～2
在将轮胎尺寸设为750R15 12PR的充气轮胎中，如表1、表2所示的那样，帘布层使用干热150℃下的热收缩应力不同的各种聚酮纤维(表1、表2中记作“POK”)和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(表2中记作“PET”)，以各种帘布层的层数(2层或3层)和末端数(每50mm的胎体宽度所排列的末端数)，共制造出11种小型卡车用充气轮胎。
实施例1～4、比较例1～2：将2根丝条纤度1670dtex(T)(表1、表2中将“dtex”记作“T”)的长丝丝条合股加捻成为双股线，作为胎体帘线。
实施例5～6：将2根丝条纤度1100dtex(T)的长丝丝条合股加捻成为双股线，作为胎体帘线。
实施例7：将2根丝条纤度2200dtex(T)的长丝丝条合股加捻成为双股线，作为胎体帘线。
实施例8：将3根丝条纤度550dtex(T)的长丝丝条合股加捻成为三股加捻线，作为胎体帘线。
实施例9：将2根丝条纤度2750dtex(T)的长丝丝条合股加捻成为双股线，作为胎体帘线。
另外，在实施例1～9、比较例1中，胎体帘线使用聚酮纤维。仅比较例2胎体帘线使用PET纤维丝条，作为根据现有技术制造的小型卡车用充气轮胎，是非常标准的。
实施例1～9、比较例1中使用的聚酮纤维，具有本文中的式(a)所示那样的化学式，式(b)的{(n+m)/n}值均为(n+m)/n＝1.01.
另外，用于使干热150℃下的热收缩应力各不相同的、在间苯二酚-福尔马林-乳胶液的浸渍附着处理后进行的拉伸热处理条件，在热定形区(ヒ一トセツト·ゾ一ン)和正火区(ノルマライジング·ゾ一ン)分别如表3所示那样，其中在除去比较例1的实施例1～9的聚酮纤维中，干热150℃下的热收缩应力都如表3的最右栏所示那样，在0.21～0.62cN/dtex的范围内。
在各实施例和比较例中，间苯二酚-福尔马林-乳胶的附着量约为5重量％(相对胎体帘线的重量)。
对如此得到的11种小型卡车用充气轮胎评价的结果分别如表1和表2所示那样。
从各实施例、比较例中可发现，根据本发明的充气轮胎，使用了具有高强度、高弹性率的特性的聚酮纤维，可实现行驶耐久性维持与以往使用PET的充气轮胎同等或更好，同时操纵稳定性提高，且实现轻型化的充气轮胎。
表1
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 比较例1 | 比较例2 |
| 纤维种类 | POK | POK | POK | POK | POK | PET |
| 胎体帘线 | 1670T/2 | 1670T/2 | 1670T/2 | 1670T/2 | 1670T/2 | 1670T/2 |
| 帘布层数(层) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 |
| 帘线末端数(根/50mm) | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 50 |
| 150℃干热收缩应力(cN/dtex) | 0.57 | 0.41 | 0.21 | 0.62 | 0.18 | 0.14 |
| 帘线强度指数 | 100 | 100 | 100 | 106 | 100 | 100 |
| 操纵稳定性 | 96 | 97 | 97 | 95 | 99 | 100 |
| 轮胎重量 | 95 | 95 | 95 | 95 | 95 | 100 |
表2
| 项目 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 |
| 纤维种类 | POK | POK | POK | POK | POK |
| 胎体帘线 | 1100T/2 | 1100T/2 | 2200T/2 | 550T/3 | 2750T/2 |
| 帘布层数(层) | 3 | 3 | 2 | 3 | 2 |
| 帘线末端数(根/50mm) | 60 | 60 | 50 | 75 | 45 |
| 150℃干热收缩应力(cN/dtex) | 0.57 | 0.41 | 0.57 | 0.62 | 0.57 |
| 帘线强度指数 | 103 | 108 | 125 | 100 | 125 |
| 操纵稳定性 | 96 | 95 | 94 | 93 | 97 |
| 轮胎重量 | 96 | 96 | 97 | 99 | 99 |
表3
| 热定形区处理条件 | 正火区处理条件 | 150℃干热收缩应力(cN/dtex) | |
| 实施例1 | 0.38cN/dtex×220℃×60秒 | 0.19cN/dtex×220℃×60秒 | 0.57 |
| 实施例2 | 0.29cN/dtex×220℃×120秒 | 0.06cN/dtex×220℃×120秒 | 0.41 |
| 实施例3 | 0.20cN/dtex×240℃×180秒 | 0.016cN/dtcx×240℃×180秒 | 0.21 |
| 实施例4 | 0.53cN/dtex×220℃×60秒 | 0.26cN/dtex×220℃×60秒 | 0.62 |
| 实施例5 | 0.53cN/dtex×200℃×60秒 | 0.19cN/dtex×200℃×60秒 | 0.57 |
| 实施例6 | 0.35cN/dtex×220℃×120秒 | 0.06cN/dtex×220℃×120秒 | 0.41 |
| 实施例7 | 0.53cN/dtex×240℃×60秒 | 0.19cN/dtex×240℃×60秒 | 0.57 |
| 实施例8 | 1.50cN/dtex×220℃×60秒 | 0.26cN/dtcx×220℃×60秒 | 0.62 |
| 实施例9 | 0.38cN/dtex×200℃×60秒 | 0.19cN/dtex×200℃×60秒 | 0.57 |
| 比较例1 | 0.14cN/dtex×250℃×180秒 | 0.014cN/dtex×250℃×180秒 | 0.18 |
| 比较例2 | 0.82cN/dtex×235℃×60秒 | 0.41cN/dtex×235℃×60秒 | 0.14 |
Claims (4)
1.一种充气轮胎，具有至少1层以上的帘布层、和该帘布层外围侧的带束层，其特征在于，形成帘布层的帘线使用由通过下式(a)所示并且干热150℃下的热收缩应力值为0.41cN/dtex以上的聚酮纤维形成的加捻帘线，
-(CH2-CH2-CO)n-(R-CO-)m- ......式(a)
这里，式(a)中n与m的关系如下式(b)所示，另外R是碳数为3以上的亚烷基，
1.05≥(n+m)/n≥1.00 ......式(b)。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，帘布层使用的由聚酮纤维形成的加捻帘线，是由1根以上的1100～2200dtex的聚酮长丝合股加捻而成的。
3.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，使用的空气压在350～650kPa范围内。
4.如权利要求1、2或3所述的充气轮胎，其特征在于，是小型卡车用的充气轮胎。
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