CN101277825A - 具有冠部/基部胎面的气动车轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆轮胎，特别是多功能车轮胎，包括一个具有胎面冠部(9)和胎面基部(8)的胎面，二者均由橡胶混合物生产，以及一个多层的帘布结构(3，4，5，6)，该结构具有至少一个底胎面带(7，7’)，它覆盖帘布层边缘并且将它们与胎面基部分离，该底胎面带同样地由橡胶混合物生产。本发明的目的是在帘布层边缘区域中降低温度和热量的增长。为此目的，该胎面基部(8)具有比胎面冠部(9)至少高出20％的热传导性以及比这一个或多个底胎面带(7，7’)至少高出10％的热传导性，并且胎面基部(8)含有至少25phr的乙炔黑。
Description
技术领域
本发明涉及一种气动车轮胎，特别是一种用于商业车辆的轮胎，该轮胎具有胎面橡胶，该胎面橡胶具有一个胎面橡胶冠部和一个胎面橡胶基部，它们在各自情况下由一种橡胶混合物生产，并且具有至少一个多层帘布缓冲带组件，该组件具有至少一层由橡胶混合物生产的底胎面橡胶，覆盖缓冲层边缘并且使它们与该胎面橡胶基部相分离。
背景技术
在轮胎的使用或者工作期间，所发生的挠曲力和离心力以及由于轮胎中固化的橡胶混合物的滞后性的损失所造成的相关动态变形导致热能的形成，该热能仅仅能不良地发散掉。伴随温度的升高，特别是在缓冲层边缘附近发生一种独特的热量形成。这导致损害轮胎的耐久性以及轮胎翻新的可行性。由于增强元件(缓冲层边缘)端部处的模量增加、发生的高度变形以及伴随的机械负荷，该缓冲层边缘也承受了高度的结构负荷。这些应力和负荷可导致缓冲层边缘松脱的情形，这不仅损害翻新的可行性而且还导致缓冲层带完全脱离或者甚至是轮胎被损坏。
在轮胎暴露于特殊热负荷的情况下，现有技术中是将胎面橡胶分为冠部和基部。用于胎面橡胶基部的橡胶混合物在此情况下具有降低热量积蓄的任务。因此，与用于胎面橡胶冠部的混合物中所使用的碳黑相比，具有更低活性(更低的BET表面面积和更低的CTAB表面面积)的碳黑被用于胎面橡胶基部的橡胶混合物中。进而，在基部混合物中的全部填料含量通常低于冠部的混合物的含量。胎面橡胶基部的硬度因此经常低于胎面橡胶冠部的硬度。
从DE-A-1755301已知通过使轮胎(并且特别是使轮胎的胎面)含有匀质地结合于橡胶中的石墨来降低气动车辆轮胎中(并且特别是在胎面中)温度的升高。所以，在常规的交叉帘布轮胎的情况下，全部由含有石墨的橡胶混合物生产的胎面橡胶因此使之有可能通过其改进的热传导性而降低在胎面橡胶的肩部内的温度。然而，专门对用于胎面橡胶的橡胶混合物添加石墨具有的后果是固化混合物的特性发生改变。在用于胎面橡胶的橡胶混合物中包含石墨具有的不利效果是，例如，影响湿路附着力、干路附着力，以及特别是磨损。这可归咎的原因之一在于石墨颗粒的滑动特性。
为了在靠近气动车辆轮胎的缓冲带的区域中有效地降低橡胶混合物的温度，在EP-A-1 031 441中提出，在胎面凹槽的基部并且在轮胎的肩部区域中布置具有比围绕它的橡胶混合物的热传导性至少高出5％的热传导性的橡胶混合物。为了提高这些混合物的热传导性，提出了将填料例如铝、镁、铜、锡、镍或者含金属的物质例如氧化锌、氢氧化铝等用作除了碳黑之外的添加剂。
发明内容
本发明所依据的目的是寻找一种特别有效的措施以便在缓冲层边缘的区域中降低温度和热量的增长而不降低在这些区域中的机械特性，特别是撕裂特性，并且不加重胎面橡胶的磨损。
根据本发明，通过使胎面橡胶基部具有比胎面橡胶冠部高出至少20％的热传导性和比一层或多层底胎面橡胶高出至少10％的热传导性而实现了该既定目的。
因此在本发明的情况下，完全出人意料的是，在缓冲层边缘处产生的热能不是必需由连续地延伸到外部的一个热传导性构件而被发散掉。在缓冲层边缘的区域中热量的形成并且因此发生的极高温度仅仅在较小的局部区域中产生。先前的理念是，这种热量必须被发散到外部以允许轮胎有效地冷却。已经出人意料的发现，在经受较小机械应力的构件中形成的热量的内部分布完全足以显著地改进缓冲层边缘的耐久性。还出人意料的是，不必使紧邻缓冲层边缘的每一个轮胎构件都具备提高的热传导性。为了实现轮胎耐久性的显著改进，如果胎面橡胶基部相对于胎面橡胶冠部和底胎面橡胶具有所提及的提高的热学传导性，这也就足够了。结果，同时保证了在缓冲层边缘处具有良好的抗撕裂性。
通过在初始混合物中使用乙炔黑能够以一种特别容易的和有效的方式在胎面橡胶基部中实现更高的热传导性。在此情况下，相对于在初始混合物中按重量计100份的橡胶，该胎面橡胶基部含有按重量计至少25份、特别是按重量计在42和60份之间的乙炔黑。
如果胎面橡胶基部的肖氏A硬度比胎面橡胶冠部的硬度至多低两个点，则对于其抗撕裂性是有利的。这一措施防止了不利的应力集中，并且特别是避免了在胎面橡胶基部中形成疲劳裂纹。
也可通过使用某些类型的橡胶而有利地影响胎面橡胶基部的抗撕裂性。在这方面，有利的是如果该胎面橡胶基部是由一种橡胶混合物生产，该橡胶混合物含有按重量计55到100份的天然橡胶、按重量计高达35份的聚丁橡胶以及按重量计高达10份的至少一种另外的橡胶，在每一情况下均基于在该混合物中按重量计100份的橡胶。
在这方面，另一有利的措施是该胎面橡胶基部是由一种橡胶混合物生产，该橡胶混合物含有硫磺的比例是在加速剂比例的0.5和2.5倍之间。
优选利用含有一种钢丝绳粘结系统的橡胶混合物生产该一层或多层底胎面橡胶。这一措施有利于该一层或多层底胎面橡胶到缓冲层的钢丝绳切缘的良好粘结。
由于其稍微更差的磨损特性，胎面橡胶基部轮胎中应当布置为使它完全位于轮胎内部并且不达到轮胎的横向外部区域。
通过除了乙炔黑之外使用按重量计在5和20份之间的N326型和/或N339型碳黑可以提高胎面橡胶基部的耐磨损性。
附图说明
基于附图更加详细地说明了本发明另外的特征、优点和细节，附图展示了示例性的实施例并且在附图中：
图1和图2示出在具有本发明的两种不同构型变体的胎面橡胶和缓冲带的区域中通过一个轮胎的局部截面。
具体实施方式
附图示出通过用于商业车辆的轮胎的上侧壁区域之一和与其临近的胎面橡胶区域中的截面。所示意的常规轮胎构件具有标准构造，例如，特别配备有作为加强元件的钢丝绳的构架插件2、气密性内层1、包括四个帘布层3、4、5和6的缓冲带组件，以及侧壁10。肩垫11被装配在缓冲带组件、构架插件2和侧壁10之间。该胎面橡胶包括胎面橡胶冠部9和胎面橡胶基部8；缓冲帘布层4、5和6的边缘被一层底胎面橡胶7(图1)或者7’(图2)覆盖。可由已知的方式构造未被示意的轮胎构件，例如胎圈区域。
在所示意的实施例的情况下，该第四个、径向最外的缓冲帘布层6在所有的帘布层中具有最小宽度并且是所谓的保护性帘布层，它已经相对地终止于远离轮胎肩部的区域。第一缓冲帘布层3是所谓的屏障帘布层，第二缓冲帘布层4和第三缓冲帘布层5为所谓的工作层。所有的缓冲帘布层3、4、5和6均包括嵌入一个橡胶混合物(缓冲橡胶复合物)中的加强元件(特别是钢丝绳)。钢丝绳在每一帘布层3、4、5和6中相互平行地延伸，但是与轮胎圆周方向形成一定角度。对于第四缓冲帘布层6的钢丝绳，这个角度总体上是从5°到25°，对于第二和第三缓冲帘布层4、5的钢丝绳，它在15°和25°之间，并且使帘布层4、5的钢丝绳彼此相交，而对于第一缓冲帘布层3的钢丝绳，它在45°和70°之间。橡胶混合物的缓冲垫12被引入第二和第三缓冲帘布层4、5的横向边缘部分之间。侧壁10的上端横向地交叠在胎面橡胶冠部9上。覆盖了缓冲帘布层5，6的边缘部分、缓冲垫12以及缓冲帘布层4的边缘并且常规地被称为底胎面的覆盖橡胶7、7’是由一种橡胶混合物构成并且防止缓冲帘布层4、5和6的缓冲边缘与胎面橡胶基部8的直接接触。使用具有三个到五个缓冲帘布层的缓冲带的其他构造变型或者具有专门在5°和25°之间的缓冲帘布层角度的4或5帘布层的变型也是可能的。也可以使用其中一个或者两个帘布层具有0°到5°的角度的缓冲带的变体。
胎面橡胶基部8在冠部9中径向地延伸而横向直至侧壁10并且具有至少1mm、至多高达8mm的一个基本恒定的厚度。胎面橡胶基部8由特别导热的橡胶混合物制成；其热传导性比胎面橡胶冠部9的热传导性至少高出20％。与用于底胎面橡胶7、7’的橡胶混合物相比，胎面橡胶基部8的热传导性至少高出10％。
通过使用乙炔黑作为填料实现了胎面橡胶基部8的热传导性。相对于在混合物中按重量计的100份橡胶，在用于基部8的混合物中的乙炔黑的比例是按重量计至少为25份。
在此情况下，除了乙炔黑之外，可以使用至少另一种类型的碳黑。相对于该混合物中按重量计100份的橡胶，碳黑总比例按重量计至少为40份。为了实现胎面橡胶基部8的最大热传导性，可以只使用乙炔橡胶。在该混合物中乙炔黑的最佳比例按重量计在42和60份之间。
乙炔黑是通过乙炔的热分解来生产并且其特点在于具有超过平均比例的石墨状结构和很低的含氧基团含量。乙炔黑通常具有根据ASTM-D2414的在150和260cm3/100g之间的DBP值(邻苯二甲酸二丁酯吸收值)和根据ASTM-D1510的高于85g/kg的碘吸收值。基本颗粒的颗粒直径在30和45nm之间。
有可能被添加到胎面橡胶基部混合物的另外的碳黑优选地为抗磨损碳黑，其比例为按重量计5到20份。高度抗磨损的碳黑为炉黑，其显著特点在于具有低颗粒尺寸的高结构。这些碳黑具有75到105g/kg的碘吸收值和60到160cm3/100g的DBP值。特别值得考虑的是N326型或者N339型碳黑。
因为乙炔黑降低了胎面橡胶基部8的撕扯，胎面橡胶基部8的肖氏A硬度应该比胎面橡胶冠部9的硬度低至少2个点。这一措施防止了在轮胎运行期间在胎面橡胶基部8中产生不希望的应力集中并且避免在胎面橡胶基部8中形成疲劳裂纹。胎面橡胶基部8的硬度应该在肖氏A 55和肖氏A 70之间。
通过使用天然橡胶也可在一定程度上补偿胎面橡胶基部8的较低抗撕裂性。除了天然橡胶，聚丁橡胶可在用于胎面橡胶基部8的混合物中用作第二橡胶组分，因为这种类型的橡胶具有出色的抗撕裂性和抗撕裂传播性并具有低的拉伸幅度。聚丁橡胶的比例在此情况下不应超过按重量计35份。除了天然橡胶和聚丁橡胶，原则上可以添加其他类型的橡胶(优选地以少量添加)例如丁苯共聚物(SBR、E-SBR、S-SBR)、合成聚异丙烯基(IR)和聚丁二烯(BR)，其中其他类型橡胶的总比例不应超过按重量计10份。
在用于胎面橡胶基部8的橡胶混合物中，使用了一个硫磺加速剂系统作为固化系统，其中硫的比例高达加速剂比例的0.5到2.5倍的。在此情况下，例如，秋兰姆衍生物和吗啉衍生物可被用作硫磺的供体。由于胎面橡胶基部8具有低的抗撕裂性，应该避免胎面橡胶基部8与缓冲帘布层3到6中的钢丝绳的切口边缘的直接接触。底胎面橡胶7、7’防止了直接接触并且优选由保证高抗撕裂性的橡胶混合物来生产。用于底胎面橡胶7、7’的橡胶混合物应该含任何乙炔黑或者仅含有按重量计至多15份的一个小比例的乙炔黑。该底胎面橡胶7、7’具有0.1到3mm的基本恒定的厚度。在此情况下，如图1所示，在每一情况下将橡胶7配置为基本上仅仅覆盖缓冲帘布层4、5和6的边缘区域，但是它可配置为使橡胶7’延伸过缓冲带或者胎面橡胶的整个宽度，如图2中所示。
通过在用于底胎面橡胶7、7’的橡胶混合物中使用一种钢丝绳粘结系统确保了在缓冲帘布层4、5和6中底胎面橡胶7、7’良好地粘结到钢丝绳的切口边缘上。在此情况下，通过高比例的硫、通过添加与树脂系统结合的钴盐(例如间苯二酚、六亚甲基四胺、六甲氧基三聚氰胺)、通过一定比例的硅石，并且通过使用黏附增强物质例如松香或者Koresin可以实现所希望的钢丝绳粘结。任何情况下，通过胎面橡胶基部8的高的热传导性均更好地补偿了在橡胶7、7’的混合物中由于钢丝绳粘结系统而造成的更大的热量积蓄。
由于胎面橡胶基部8具有低的抗撕裂性和稍微地更差的磨损特性，它并不延伸到轮胎的横向外部区域中，如图1和图2所示。
表1包括用于典型胎面橡胶冠部混合物的一个混合物(M1)的实例和由根据本发明制成的胎面橡胶基部混合物构成的两个混合物(M2和M3)的实例。所规定的数量为按重量计的份数(phr)，它们基于在混合物中按重量计100份的橡胶。通过在160℃下进行固化而利用这些混合物生产出测试件。利用这些测试件，确定在橡胶工业中典型的一些材料特性，在表2中含有其数值。在这些测试件上使用了以下测试方法：
-根据DIN 53 504在室温下的拉伸强度
-根据DIN 53 504在室温下断裂时的伸长度
-根据DIN 53 504在室温下在100％、200％和300％伸长率时的静态模量(应力数值)
-根据DIN 53 504在室温和在70°摄氏度下的肖氏A硬度
-根据DIN 53 512在室温和在70°摄氏度下的回弹性
-在根据DIN 53 504拉伸测试中确定的断裂能量密度，该断裂能量密度为直至断裂时需要的功，相对于试样体积
-根据DIN 52 612利用来自Kyoto Electronics的KernthermQTM-D3-PD3装置的热传导性(初始温度：室温)
-根据DIN 53 515的Graves撕裂传播测试
表1
| 成分 | 单位 | M1 | M2 | M3 |
| 天然橡胶 | phr | 100 | 100 | 100 |
| N 121 | phr | 50 | 0 | 0 |
| 乙炔黑 | phr | 0 | 45 | 53 |
| 抗氧化剂 | phr | 3 | 3 | 3 |
| 抗臭氧蜡 | phr | 2.5 | 0 | 0 |
| 氧化锡 | phr | 3 | 3 | 3 |
| 硬脂酸 | phr | 2 | 2 | 2 |
| 加速剂 | phr | 1 | 1 | 1 |
| 硫磺 | phr | 1.7 | 1.7 | 1.7 |
表2
| 特性 | 单位 | M1 | M2 | M3 |
| 拉伸强度 | MPa | 24 | 19.8 | 18.9 |
| 断裂伸长度 | ％ | 530 | 503 | 463 |
| 模量100％ | MPa | 1.9 | 2.33 | 2.7 |
| 模量200％ | MPa | 5.9 | 0.6 | 7.3 |
| 模量300％ | MPa | 12.3 | 11.13 | 12.6 |
| RT硬度 | 肖氏A | 61.3 | 61.5 | 63.3 |
| 70°时硬度 | 肖氏A | 56 | 56 | 59.2 |
| RT回弹性 | ％ | 46.5 | 57.2 | 49.8 |
| 70°时回弹性 | ％ | 55.2 | 65.8 | 57.9 |
| 断裂能量密度 | J/cm3 | 42.2 | 39.5 | 36.4 |
| 热传导性 | W/(m*K) | 0.263 | 0.394 | 0.425 |
| Graves | N/mm | 82.5 | 53 | 56 |
| Graves 100℃ | N/mm | 65 | 48.5 | 53.5 |
Claims (9)
1.一种具有胎面橡胶的气动车轮胎，特别是用于商业车辆的轮胎，该轮胎具有在各自情形下由一种橡胶混合物生产的一个胎面橡胶冠部(9)和一个胎面橡胶基部(8)，并且具有一个多层帘布缓冲带组件(3，4，5，6)，该组件具有同样由一种橡胶混合物生产的至少一个底胎面橡胶(7，7’)，它覆盖缓冲层边缘并且将它们与该胎面橡胶基部(8)分离，其特征在于，该胎面橡胶基部(8)具有比该胎面橡胶冠部(9)高出至少20％的一种热传导性以及比该一个或多个底胎面橡胶(7，7’)高出至少10％的一种热传导性。
2.根据权利要求1所述的气动车辆轮胎，其特征在于，相对于在初始混合物中按重量计100份的橡胶，该胎面橡胶基部(8)含有按重量计至少25份的乙炔黑。
3.根据权利要求1或者2所述的气动车辆轮胎，其特征在于，相对于在初始混合物中按重量计100份的橡胶，该胎面橡胶基部(8)含有按重量计在42和60份之间的乙炔黑。
4.根据权利要求1到3之一所述的气动车辆轮胎，其特征在于，该胎面橡胶基部(8)具有的肖氏A硬度比该胎面橡胶冠部(9)的肖氏A硬度低最多2个肖氏A点。
5.根据权利要求1到4之一所述的气动车辆轮胎，其特征在于，该胎面橡胶基部(8)是由一种橡胶混合物生产，该橡胶混合物含有按重量计55到100份的天然橡胶，按重量计0到35份的聚丁橡胶以及按重量计高达10份的至少一种另外的橡胶，在每种情形下均基于在该混合物中按重量计的100份橡胶。
6.根据权利要求1到5之一所述的气动车辆轮胎，其特征在于，该胎面橡胶基部(8)是由一种橡胶混合物生产，该橡胶混合物含硫磺的比例是在加速剂比例的0.5和2.5倍之间。
7.根据权利要求1到6之一所述的气动车辆轮胎，其特征在于，该底胎面橡胶(7，7’)是由一种橡胶混合物生产，该橡胶混合物含有一种钢丝绳粘结系统。
8.根据权利要求1到7之一所述的气动车辆轮胎，其特征在于，该胎面橡胶基部(8)完全位于该轮胎内部。
9.根据权利要求1到8之一所述的气动车辆轮胎，其特征在于，该胎面橡胶基部(8)是由一种橡胶混合物生产，该橡胶混合物除了乙炔黑之外还含有按重量计在5和20份之间的N326型和/或N339型碳黑。
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