CN101384768B - 钢丝帘线、橡胶-钢丝帘线复合体以及轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特别是有用于轮胎胎冠部的加强用途的、不存在以往那样的制造上的问题且能效率良好地以稳定品质生产出的钢丝帘线、使用该钢丝帘线的橡胶-钢丝帘线复合体以及轮胎。所述钢丝帘线具有由加捻了多条线材(1)的N条(N＝2～8)股线(2)加捻而成的复合加捻结构；在将上述股线的直径设为d(mm)、帘线的外接圆直径设为D(mm)、且帘线的加捻节距设为P(mm)时，由下式定义的ε_c值满足ε_c≥0.005。[式中，b＝-1+π²(-4R²+d²)/P²；c＝π²d²k(4π²R²+P²)/P⁴；R＝(D-d)/2；k＝tan²(π/2-π/N)]。

Description

钢丝帘线、橡胶-钢丝帘线复合体以及轮胎

技术领域

本发明涉及一种钢丝帘线、橡胶-钢丝帘线复合体(下文也分别简称为“帘线”、“复合体”)以及轮胎，具体涉及一种很好地适用于对轮胎、胶层(belt)和软管(hose)等各种橡胶产品进行加强的钢丝帘线、使用该钢丝帘线的橡胶-钢丝帘线复合体以及轮胎。

背景技术

以将钢丝帘线埋设于橡胶等基体(matrix)中以加强复合体为目的而经常使用钢丝帘线，使用钢丝帘线来加强橡胶的橡胶-钢丝帘线复合体也是因为橡胶产品若为橡胶单体则不具有足够的强度、刚性而被广泛地应用到轮胎、胶层以及软管等各种橡胶产品上。

通常，含有这样的复合体的产品经过在使基体流动化或软化的状态下进行成型加工的工序而被产品化，但是在这样的工艺中，由于用于加强的钢丝帘线是刚性的，因此其成型加工时的挠性常常受到制约。因此，在以往的钢丝帘线中，提高了用于制作产品时的强度、刚性与制造工序中的自由度相违背。

特别是轮胎因为其形状为圆形而曲面部占大半部分，所以在其制造工序中要求具有柔软性，尤其在硫化工序中，通常为了嵌合于模具而使其在罐中膨胀。另一方面，为了在制成产品后能耐长时间的苛刻使用、发挥稳定的性能，具有很高的强度及刚性、尺寸稳定性很重要。有时，特别是轮胎的胎冠部在使用时常因内压而受到向圆周方向的拉伸输入，经过使用发生蠕变而使其周长变长，从而有时产生应变而使耐久性变差，或使轮胎的截面形状发生变化而致使磨损特性变差。

对此，作为强化轮胎胎冠部的技术，例如在专利文献1公开了一种这样的技术：在胎体层周围的胎面部配置2层的交错带束层和胎冠强化层，其中该胎冠强化层位于交错带束层的下层、由至少1层结构构成、且由以呈波浪形或锯齿形的多条帘线(或单纤维)的加强元件作为一个整体来沿着赤道取向的胶条构成，由此可在不增加轮胎重量的情况下有效防止发生脱层(separation)。

而且，在上述专利文献1中也公开了如下内容：以将呈波浪形或锯齿形的帘线或单纤维(filament)为一个整体来沿着赤道取向的胶条作为胎冠强化层来使用，这样容易获得硫化时的延展而在制造上变得更为简便。

专利文献1：日本特开平2-208101号公报(权利要求书等)

但是，在上述专利文献1所公开的技术中，为了在制成产品后使该钢丝帘线发挥充足的刚性，需要在产品负荷了内压的状态下使上述波浪形或锯齿形产生延展以便能大致消除该负荷。为此，为了使作为产品轮胎的物理特性达到目标值，需要在成型加工工序中具有很高的精度，因而在生产效率方面存在问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种特别有用于轮胎胎冠部的加强用途的钢丝帘线、即消除了以往那样的制造上存在的问题且能效率良好地以稳定品质生产出的钢丝帘线、使用该钢丝帘线的橡胶-钢丝帘线复合体以及轮胎。

为了解决上述课题，本发明的钢丝帘线的特征在于，其具有由加捻了多条线材而成的股线(stra nd)N条(N＝2～8)加捻而成的复合加捻结构；将上述股线的直径设为d(mm)、帘线的外接圆直径设为D(mm)、且帘线的加捻节距设为P(mm)时，存在如下的关系式：

${\mathrm{\ϵ}}_c=\sqrt{\frac{-b}{2}+\sqrt{\frac{b^2}{4}-c}}-1$

[式中，b＝-1+π²(-4R²+d²)/P²；c＝π²d²k(4π²R²+P²)/P⁴；R＝(D-d)/2；k＝tan²(π/2-π/N)]由上式定义的ε_c值满足ε_c≥0.005。本发明的钢丝帘线优选满足ε_c≥0.015。

另外，本发明的橡胶-钢丝帘线复合体的特征在于，将上述本发明的钢丝帘线埋设于橡胶中。在本发明的复合体中，优选在上述N条股线之间至少存在一处间隙。

进而，本发明的轮胎的特征在于，其具有将上述本发明的橡胶-钢丝帘线复合体用作加强材的加强层，优选通过将上述加强材至少卷绕于轮胎胎冠部1圈来形成上述加强层。

更具体来说，本发明的轮胎以跨过至少一对胎圈芯间而延伸为环状的至少一对胎体层作为骨架，在该胎体层外周具有至少一层的带束层，该带束层以相对于轮胎赤道面形成10～40度的倾斜角的多条帘线或单纤维作为加强元件；其特征在于，在上述带束层的内周侧且胎体层的外周具有至少一层的胎冠强化层，该胎冠强化层由以上述橡胶-钢丝帘线复合体作为整体而沿着轮胎圆周方向取向的胶条形成。

另外，本发明的其它的轮胎以跨过至少一对胎圈芯间而延伸为环状的至少一对胎体层作为骨架，在其外周具有至少二层的交错带束层，该交错带束层以与轮胎赤道面形成10～40度的倾斜角且在层间相互夹着赤道面而交差的多条帘线或单纤维作为加强元件；其特征在于，在该交错带束层的内周侧且胎体层的外周设有至少一层的胎冠强化层，该胎冠强化层由以上述发明的橡胶-钢丝帘线复合体作为整体而沿着轮胎圆周方向取向的胶条形成。

根据本发明，通过上述构成可实现一种特别有用于轮胎胎冠部的加强用途、且能效率良好地以稳定品质生产出的钢丝帘线、使用该钢丝帘线的橡胶-钢丝帘线复合体以及轮胎。

附图说明

图1是表示本发明的钢丝帘线一例的剖视图。

图2是表示本发明的轮胎一例的胎面部附近的放大剖视图。

图3中(a)是表示比较例的轮胎的胎面部附近的放大剖视图；(b)是表示比较例的橡胶-钢丝帘线复合体的概略俯视图。

图4是表示比较例和实施例的橡胶-钢丝帘线复合体的应变与应力关系的线图。

附图标记说明

1、线材；2、股线；10、轮胎；11、胎体层；12、交错带束层；13、胎冠强化层

具体实施方式

以下，对本发明的最佳实施方式进行详细的说明。

图1表示本发明的钢丝帘线一例的剖视图。如图所示，本发明的钢丝帘线具有将多条线材1、优选5～49条线材1加捻而成的股线2(N条(N＝2～8))、如图示例中以5条加捻而成的复合加捻构造，将上述股线的直径设为d(mm)、帘线的外接圆直径设为D(mm)、且帘线的加捻节距设为P(mm)时，由下式定义的ε_c值满足ε_c≥0.005：

${\mathrm{\ϵ}}_c=\sqrt{\frac{-b}{2}+\sqrt{\frac{b^2}{4}-c}}-1$

[式中，b＝-1+π²(-4R²+d²)/P²；c＝π²d²k(4π²R²+P²)/P⁴；R＝(D-d)/2；k＝tan²(π/2-π/N)]。

由上式定义的ε_c值满足ε_c≥0.005、优选满足ε_c≥0.015，如如图所示，由此在钢丝帘线当中N条股线2之间至少有一处、而在图示例中所有的股线2之间形成固定值以上的间隙，并且在将该钢丝帘线埋设于橡胶等的基体中时也在股线2之间存在间隙，因此，在基体处于柔软的状态的情况下，对帘线的拉伸应变成为可容易地延伸到某种程度的应变。据此，容易进行产品的成型加工，并且，会使制造轮胎时的硫化膨胀时的迟延变大，因而可具有容易进行制造的优点。

另一方面，若如硫化后的橡胶那样使基体的流动性变小，则即使如上所述在股线2之间存在间隙，钢丝帘线也不会发生如减小该间隙那样的螺旋弹簧式的变形，且可以如不存在间隙时那样发挥钢所具备的刚性。因此，在制成产品时，本发明的钢丝帘线的拉伸刚性不容易受到加工工序中施加给钢丝帘线的应变大小的影响，而能一直保持高刚性。另外，从疲劳性方面出发优选产品中呈在股线间留有间隙的状态，但是，如上所述在本发明帘线中，即使在上述那样的状态下，拉伸刚性与各股线2彼此间紧贴一起时的拉伸刚性相比也不会发生很大的下降。

因此，根据本发明，可实现生产效率良好、且制成产品轮胎后可发挥作为加强材的足够的刚性的钢丝帘线、以及将该钢丝帘线埋设于橡胶中而成的橡胶-钢丝帘线复合体。

另外，本发明的轮胎只要具有将所述的本发明的橡胶-钢丝帘线复合体用作加强材的加强层即可，由此，能够实现可在加强层中发挥出所期望的高刚性且耐久性、耐磨损性良好的轮胎。特别是，本发明在应用到高内压下使用的、在胎冠部受到较大的圆周方向张力作用的卡车/大客车用(TBR)轮胎上时是有用的。本发明的轮胎优选为，具有在轮胎胎冠部将由上述橡胶-钢丝帘线复合体构成的加强材至少卷绕1圈形成的加强层。

图2表示将本发明的橡胶-钢丝帘线复合体用作加强材的本发明的轮胎一例的胎面部附近的放大剖视图。图示的轮胎10以跨过至少一对胎圈芯(未图示)间而延伸为环状的至少一对胎体层11作为骨架，在其外周具有至少二层的交错带束层12，该交错带束层12以与包括轮胎中央圆周的平面、即轮胎赤道面形成10～40度的倾斜角、在层间相互夹着赤道面而交差的多条帘线或单纤维作为加强元件；在该交错带束层12的内周侧且胎体层11的外周具有至少一层的胎冠强化层13，该胎冠强化层13由以上述橡胶-钢丝帘线复合体作为整体而沿着轮胎圆周方向而取向的胶条形成。

本发明的效果并不仅限于图示例，在任何轮胎中都可获得，但如上所述，特别对TBR轮胎较为有效，其中，通过将本发明的复合体应用到如图2所示的胎冠强化层13上，能够容易获得硫化时的延展而在制造上变得更简便，并且，产品的物理特性的变动比该硫化时膨胀的变动小，从而在可确保稳定品质方面是优选。

而且，虽未作图示，但在用以代替交错带束层12，而具有以与轮胎赤道面形成0～40度的倾斜角的多条帘线或单纤维作为加强元件的至少一层的带束层的轮胎中，在该带束层的内周侧且胎体层的外周，设有将本发明的复合体应用为加强材料的胎冠强化层13，由此当然也可获得与上述同样情况的效果。

另外，本发明的轮胎的加强层、特别是胎冠强化层的加强材，只要应用上述本发明的橡胶-钢丝帘线复合体即可，由此可获得本发明所期待的效果，可依照常规方法对具体的帘线直径、加捻节距、加强层中的加强材的埋入数目以及具体的轮胎结构、材质等进行适当的设定，没有特别的限制。

实施例

接着，使用实施例对本发明进行更详细的说明。

(比较例1)

如图3(b)的俯视图所示，使以往一般用作TBR轮胎加强材的帘线结构3+9+15×0.23的帘线20压型为波浪形形状(波长：λ；摆幅：2a)而平行排列，并埋设于橡胶中，从而制作出比较例1的橡胶-钢丝帘线复合体。

(实施例1、2以及比较例2)

而且，将具有与比较例1同样结构的帘线作为股线来使用，加捻5条股线并将其埋设于橡胶中，而制作成实施例1、2以及比较例2的橡胶-钢丝帘线复合体。所获得的复合体的股线直径d、帘线的外接圆直径D、帘线的加捻节距P以及ε_c的值如下述的表1所示。

图4的线图表示对比较例1以及实施例1中获得的各复合体的应变与应力的关系进行评价的结果。图中，膨胀0.5％硫化后以及膨胀1％硫化后的值是在将各复合体分别膨胀0.5％或1％的状态下进行硫化后测定的值。如图所示，作为结果可知，实施例1的复合体在硫化前是低刚性而加工性良好，另一方面，在硫化后显示出刚性比作为以往产品的比较例1的复合体高。另外，可知硫化后的物理特性也不易受硫化时膨胀的影响。

接着，在图3中(a)所示的比较例1的轮胎构造、图2所示的实施例1、2以及比较例2的轮胎构造中，将制作的复合体作为径向强化层的加强材来应用，分别制作成4条轮胎规格为265/60R22.5的轮胎，按8.25的轮辋宽度进行装配并安装到运输用卡车中，填充上900kPa的内压。其后，在施加平均值为25480N(2600kgf)的载荷的状态下，在铺装高速路面占30％、铺装一般路面占70％的行驶路面上行驶10万km，测定行驶结束时的中心沟深度和肩沟深度，对相对于新轮胎时的磨损量(不均匀磨损台阶)进行比较。其结果是，比较例1的轮胎产生了2mm以上的磨损台阶，但实施例1、2以及比较例2的轮胎的磨损台阶在1mm以内。另外，若磨损量在1mm以内，则没有问题表现良好。下表1同时表示该结果以及成形加工性的评价结果。在成形加工性的评价基准中各符号所代表的意义分别是，◎：没有问题；○：若高精度进行制作则没有问题；×：不能嵌入模型、胎冠形状不良。

[表1]

如上表1所示，可确定将由上述式子定义的ε_c值满足ε_c≥0.005的复合加捻帘线作为加强材来应用的实施例1、2的轮胎不仅不均匀磨损性良好，而且成型加工性也优异。

Claims (8)

1.一种钢丝帘线，其特征在于，该钢丝帘线具有由加捻了多条线材的N条股线加捻而成的复合加捻结构，N为2～8；将上述股线的直径设为d，单位为mm、帘线的外接圆直径设为D，单位为mm、且帘线的加捻节距设为P，单位为mm时，由下式定义的ε_c值满足ε_c≥0.005：

式中，b＝-1+π²(-4R²+d²)/P²；c＝π²d²k(4π²R²+P²)/P⁴；R＝(D-d)/2；k＝tan²(π/2-π/N)。

2.根据权利要求1所述的钢丝帘线，其ε_c值满足ε_c≥0.015。

3.一种橡胶-钢丝帘线复合体，其特征在于，其将权利要求1或2所述的钢丝帘线埋设于橡胶中。

4.根据权利要求3所述的橡胶-钢丝帘线复合体，在上述N条股线之间至少存在一处间隙。

5.一种轮胎，其特征在于，其具有将权利要求3或4所述的橡胶-钢丝帘线复合体用作加强材的加强层。

6.根据权利要求5所述的轮胎，通过将上述加强材至少卷绕于轮胎胎冠部1圈来形成上述加强层。

7.一种轮胎，其以跨过至少一对胎圈芯间而延伸为环状的至少一对胎体层作为骨架，在该胎体层外周具有至少一层带束层，该带束层以与轮胎赤道面形成10～40度的倾斜角的多条帘线或单纤维作为加强元件；其特征在于，

在该带束层的内周侧且胎体层的外周具有至少一层的胎冠强化层，该胎冠强化层由以权利要求3或4所述的橡胶-钢丝帘线复合体作为整体而沿着轮胎圆周方向取向而成的胶条形成。

8.一种轮胎，其以跨过至少一对胎圈芯间而延伸为环状的至少一对胎体层作为骨架，在该胎体层外周具有至少二层交错带束层，该交错带束层以与轮胎赤道面形成10～40度的倾斜 角且在层间相互夹着赤道面而交差的多条帘线或单纤维作为加强元件；其特征在于，

在该交错带束层的内周侧且胎体层的外周具有至少一层的胎冠强化层，该胎冠强化层由以权利要求3或4所述的橡胶-钢丝帘线复合体作为整体而沿着轮胎圆周方向取向而成的胶条形成。 

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