CN101448654A - 充气轮胎及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够通过抑制带束增强层的胎面中央部分和胎面侧部部分的径向膨胀量之差来有效地防止在胎面侧部部分中发生故障的充气轮胎。根据本发明的充气轮胎包括带束增强层(7)，通过沿轮胎的轴向螺旋状缠绕一根以上的帘线并且在带束部(6)的外周侧覆盖带束部(6)的整个宽度来形成该带束增强层(7)，其中，通过加捻低弹性纤维和高弹性纤维使得在应力－应变曲线中具有低弹性区域和高弹性区域来形成带束增强层(7)的帘线，包括轮胎赤道面(E)的胎面中央区域W0中的每根带束增强层帘线和胎面侧部区域W1中的每根带束增强层帘线具有在40N～100N的范围中的残余张力，并且胎面中央区域W0中的带束增强层帘线的残余张力与胎面侧部区域W1中的带束增强层帘线的残余张力之差被设定为不大于20N。

Description

充气轮胎及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎、特别是充气子午线轮胎及其制造方法。特别地，本发明旨在提供用于提高高速耐久性和耐磨损性的技术。
背景技术
传统上已知，在轮胎的胎面部中在带束部的外周的设置带束增强层，该带束增强层由覆盖带束部的整个宽度的一个以上的冠带层(cap)和/或覆盖带束部的一部分宽度的一个以上的层构成。在这种情况下，作为用于形成带束增强层的帘线，例如，广泛使用由如尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯等低弹性有机纤维构成的帘线或者由如聚萘二甲酸乙二醇酯、芳香族聚酰胺以及芳香族聚酰胺和尼龙的复合材料等高弹性有机纤维构成的帘线。
在需要提高驱动稳定性和高速耐久性的所谓的高性能轮胎中经常高弹性帘线，以进一步增强用于约束带束部的力。
发明内容
在通常的轮胎中，胎面部在其包括轮胎赤道面的中央区域的周长大于胎面侧部区域的周长。从而，例如，在成型生胎(green tire)的情况下，特别是在筒状成型鼓的整个轴向长度上具有均一外径的筒状成型鼓上成型带束增强层构件的情况下，在生胎的硫化成型中，带束增强层构件较大地膨胀，特别是与包括成品胎的赤道面的中央部分对应的区域较大地膨胀。结果，成品胎的带束增强层帘线在胎面中央部分的残余张力比在胎面侧部部分的残余张力大很多，使得相对于胎面侧部部分的环箍效果(hoop effect)相对不足。因此，存在如下问题：在车辆高速行驶期间，胎面侧部部分的径向膨胀量增加，使得容易引起故障等。
应当注意，说明书和权利要求书中使用的“带束增强层帘线的残余张力”指的是使从成品胎中取出后收缩了的带束增强层帘线伸长到当该帘线存在于轮胎内部时的原始长度所需的张力。
可以以如下方式进行该残余张力的测量：除去轮胎的胎面胶以露出带束增强层，从轮胎中取出在轮胎中具有预定长度(例如，30cm)的带束增强层的帘线，测量由张力试验机使通过上述处理收缩的帘线伸长到其原始的预定长度所需的张力作为残余张力。
本发明旨在解决传统轮胎的这些问题，本发明的目的是提供一种能够限制胎面中央区域中的带束增强层的径向膨胀量与胎面侧部区域中的带束增强层的径向膨胀量之差从而有效地防止胎面侧部区域的故障的充气轮胎，并且提供一种该轮胎的制造方法。
根据本发明的充气轮胎包括：胎面部；侧壁部，其从胎面部的两侧连续地沿轮胎的径向向内延伸；胎圈部，其分别延续到各侧壁部的内周侧；帘布层，其从一个胎圈部环状延伸到另一个胎圈部以增强胎面部、侧壁部和胎圈部；带束部，其由布置在帘布层的胎冠区域的外周侧的一个以上的带束层构成；以及带束增强层，其通过沿轮胎的轴向螺旋状缠绕一根以上的帘线而形成，该带束增强层在带束部的外周侧沿轮胎的宽度方向覆盖至少一部分带束部，其中，通过加捻如尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇等低弹性纤维和如芳香族聚酰胺、全芳香族聚酯、弹性比上述材料的弹性高的聚乙烯醇、碳等高弹性纤维使得在应力-应变曲线中具有低弹性区域和高弹性区域来形成带束增强层的帘线，包括轮胎赤道面E的胎面中央区域中的带束增强层帘线和胎面侧部区域中的带束增强层帘线中的每根帘线具有位于40N～100N的范围的残余张力，优选具有位于40N～70N的范围的残余张力，该胎面中央区域例如具有胎面宽度的至少10％的宽度，该胎面侧部区域例如均具有胎面宽度的5％～10％的宽度，并且胎面中央区域中的带束增强层帘线的残余张力与胎面侧部区域中的带束增强层帘线的残余张力之差不大于20N，优选不大于10N。
在该情况下，优选地，胎面侧部区域中的带束增强层帘线的残余张力比胎面中央区域中的带束增强层帘线的残余张力大。
另外，根据本发明的充气轮胎的制造方法包括以下步骤：在生胎的成型过程中，对通过加捻如上所述的低弹性纤维和高弹性纤维使得在应力-应变曲线中具有低弹性区域和高弹性区域而形成的至少一根带束增强层帘线或者彼此平行布置的多根帘线涂覆橡胶，并且沿中央部分具有凸状曲面的成型鼓的轴向绕该成型鼓从成型鼓的一端向另一端或者从成型鼓的轴向中央向成型鼓的两侧螺旋状缠绕被涂覆了橡胶的帘线，以成型带束增强层构件。
在根据本发明的充气轮胎中，由于胎面中央区域中的带束增强层帘线的残余张力和胎面侧部区域中的带束增强层帘线的残余张力都被设定在40N～100N的范围内，并且胎面中央区域中的带束增强层帘线的残余张力与胎面侧部区域中的带束增强层帘线的残余张力之差被设定为不大于20N，因此，轮胎的圆周方向上的张力能够在轮胎的宽度方向上十分均一，使得在高速行驶期间胎面部的径向膨胀能够在胎面部的宽度方向上十分均等，这使得有效地防止胎面中央区域和胎面侧部区域发生故障并且显著地提高耐磨损性。
当带束增强层帘线的残余张力小于40N时，由于过低的残余张力导致帘线不能发挥其增强带束部的功能，使得难以实现期望的高速耐久性。另一方面，当带束增强层的残余张力大于70N时，由于过大的残余张力，在有限的层间橡胶厚度时，带束增强层和带束层之间容易产生分离。
当胎面中央区域中的带束增强层帘线的残余张力与胎面侧部区域中的带束增强层帘线的残余张力之差大于20N时，在高速行驶过程中帘线的径向膨胀量在胎面部的宽度方向上变化太大，使得难以实现期望的高速耐久性和耐磨损性。
在该轮胎中，能够通过加捻低弹性纤维和高弹性纤维二者容易地实现具有如上所述的范围(40N～100N)的残余张力，从而形成带束增强层帘线。
如果仅由如尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯等低弹性纤维形成带束增强层帘线，则在硫化成型过程中的径向膨胀变形中，帘线的纤维的非结晶部分伸长变形，从而取决于径向膨胀量产生永久变形，因此，不可能提供如上所述的残余张力。相反地，如果仅由如芳香族聚酰胺等高弹性纤维形成带束增强层帘线，则残余张力将过大。
由于带束增强层帘线在应力-应变曲线中具有低弹性区域和高弹性区域，因此，在带束增强层帘线具有大伸长率的车辆高速行驶过程中，可以有效地抑制径向膨胀。另一方面，在带束增强层具有低伸长率的低速行驶状态下，可以有效地抑制带束增强层的约束力，并且带束部和胎面部相对自由地变形，使得可以提高低速行驶过程中的乘坐舒适性并且获得优异的耐久性。
在这种情况下，从低弹性区域到高弹性区域的转变点优选存在于带束增强层帘线的伸长率为2％～7％的范围中，更优选存在于2％～4％的范围中。
当转变点小于2％时，在通常的行驶状态下，胎面部的整个区域的约束力明显地增大并且带束部的刚性也增大，使得在载荷的直接作用下的变形容易集中在侧部，并且担心侧部的耐久性降低。
另一方面，当转变点超过7％时，在通常的行驶状态下，胎面中央区域径向膨胀太大，使得容易在胎面中央区域中引起早期故障。
在这种轮胎中，当胎面侧部部分中的带束增强层帘线的残余张力比胎面中央区域中的带束增强层帘线的残余张力大不超过20N时，能够有效地抑制橡胶质量尤其增加的胎面侧部区域在高速行驶过程中的径向膨胀。
在生胎的成型过程中，更直接地在带束增强层构件的成型过程中，可以通过考虑成品胎的周长来调整带束增强层帘线的缠绕张力、通过取决于胎面部的宽度方向的位置改变带束增强层帘线的线密度等来控制如上所述的充气轮胎中的带束增强层帘线的残余张力。然而，可以通过在一定的张力下绕中央部分具有凸状曲面的成型鼓螺旋状缠绕带束增强层帘线以成型带束增强层构件来容易地且可靠地控制成品胎中的帘线的残余张力。
换句话说，在通过调整帘线的缠绕张力来缠绕帘线时以及在取决于胎面部的缠绕位置而改变帘线的线密度时，帘线的缠绕操作麻烦，并且难以提高张力的控制精度。然而，当绕具有凸状曲面的成型鼓以一定的张力和一定的线密度缠绕带束增强层帘线时，能够完全解决上述问题。
附图说明
图1是示出根据本发明的轮胎的实施方式的宽度方向的剖视图。
图2是示出带束增强层帘线的应力-应变曲线的图。
图3是示出根据本发明的方法的实施方式的成型鼓的一部分径向截面的侧视图。
附图标记的说明
1    胎面部
2    侧壁部
3    胎圈部
4    胎圈芯
5    帘布层
6    带束部
6a，6d  带束层
7    带束增强层
7a   冠带层
7b   层
11   带束增强层帘线
12   带状条(ribbon-like strip)
13   成型鼓
13a  曲面
14   带束材料
15   带束增强层构件
E    轮胎赤道面
W    胎面宽度
W0  胎面中央区域
W1  胎面侧部区域
具体实施方式
图1是示出根据本发明的轮胎的实施方式的轮胎的宽度方向的剖视图。在图1中，附图标记1表示胎面部，附图标记2表示从胎面部1的两侧连续地沿轮胎的径向向内延伸的一对侧壁部，附图标记3表示分别延续到各侧壁部2的内周侧的胎圈部。
附图标记4表示分别埋设在各胎圈部3中的环状胎圈芯，附图标记5表示帘布层，该帘布层5可以具有辐射结构(radialstructure)，且由一个以上的分帘布层构成，在两个胎圈芯之间环状延伸、并且帘布层的各侧部绕各胎圈芯4折返。
另外，由两个带束层6a、6b构成的带束部6被布置在该帘布层5的胎冠区域的外周上，由覆盖图1中的带束部6的整个宽度的冠带层7a构成的带束增强层7被布置在该带束部6的外周上。
可以任意选择形成带束增强层7的冠带层7a的数量、宽度等。如图1中的虚线所示，冠带层7a和在冠带层7a的两侧重叠的一个以上的层7b可以形成带束增强层7。
作为可选方案，沿胎面的宽度方向之间具有间隔地设置的未示出的一个以上的层可以形成带束增强层7。
通过沿轮胎的轴向螺旋状缠绕彼此平行布置的一根以上的帘线来形成该带束增强层7，通过加捻(twist)如尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯等低弹性纤维和如芳香族聚酰胺、全芳香族聚酯等高弹性纤维使得在应力-应变曲线中具有应变低的低弹性区域和应变高的高弹性区域来形成带束增强层的帘线，图2示出了该应力-应变曲线的一个例子。
在这些帘线中，从低弹性区域到高弹性区域的转变点优选存在于帘线伸长率为2％～7％的范围中，更优选存在于帘线伸长率为2％～4％的范围中。
在轮胎内部，包括轮胎赤道面E的胎面中央区域W0中的每根带束增强层帘线和胎面侧部区域W1中的每根带束增强层帘线具有位于40N～100N的范围的残余张力，优选具有位于40N～70N的范围的残余张力，该胎面中央区域W0例如具有胎面宽度W的至少10％的宽度并且以胎面赤道面E为中心，该胎面侧部区域W1例如具有从与胎面接地端对应的位置向轮胎赤道面E测量时胎面宽度W的5％～10％的宽度，并且胎面中央区域W0中的带束增强层帘线的残余张力与胎面侧部区域W1中的带束增强层帘线的残余张力之差不大于20N。
优选地，胎面侧部区域W1中的带束增强层帘线的残余张力比胎面中央区域W0中的带束增强层帘线的残余张力大。
在根据本发明的具有上述构造的该充气轮胎的制造方法中，制备具有如上所述的加捻构造和弹性特性的带束增强层帘线，例如，如示意性示出成型鼓13的一部分径向截面的侧视图的图3所示，彼此平行布置的多根帘线11被一体地涂覆橡胶以形成宽度为2mm～15mm的带状条12，并且沿中央部分具有与成品胎的内面形状近似的凸状曲面13a的成型鼓13的轴向在预成型的带束材料14上绕该成型鼓13在预定范围内以预定形态螺旋状缠绕该带状条12，以成型带束增强层构件15。
如此成型的带束增强层构件15在与成品胎的胎面中央区域对应的中央部分的周长大于在与成品胎的胎面侧部区域对应的侧部的周长，使得在如此成型的生胎的硫化成型中，即使带束增强层构件15的中央部分径向膨胀，也可以确保获得成品胎中的带束增强层帘线的期望的残余张力。
为了使成品胎中的胎面侧部区域中的帘线的残余张力大于胎面中央区域中的帘线的残余张力，在生胎的硫化成型过程中，可以根据成品胎的形状来选择带束增强层构件的形状，使得带束增强层构件15在侧部中的径向膨胀大于在中央部分中的径向膨胀。
实施例1
制备尺寸为215/45 R17的实施例轮胎和比较例轮胎，将实施例轮胎和比较例轮胎中的每一个安装到7J×17的轮辋上并且在4.0kN的载荷、对各轮胎填充200kPa的气压的空气。然后，测量各轮胎的高速耐久性和耐磨损性，以提供如表1所示的指数值的结果。
应该注意，在利用比较例轮胎1的值作为对照的情况下，指数值越大意味着结果越好。
另外，表1中示出实施例轮胎和比较例轮胎的参数。
在如图3所示的具有凸状曲面的成型鼓上成型实施例轮胎的带束增强层构件。该成型鼓的凸状曲面在中央区域中具有1900mm的曲率半径，在中央区域外侧的轴向端部区域具有220mm的曲率半径，该中央区域具有100mm的宽度并且以成型鼓中心为中心。
通过在鼓试验中从120km/h的速度起每5分钟加速10km/h并且测量故障发生时的速度来获得高速耐久性。另外，通过测量直到实际车辆的胎面表面完全磨耗时的行驶距离来获得耐磨损性。
[表1]
 
实施例轮胎1  实施例轮胎2  比较例轮胎1  比较例轮胎2 
 
带束增强层帘线 (芳香族聚酰胺纤维1670dtex×2+尼龙940dtex)/3  (芳香族聚酰胺纤维1670dtex×2+尼龙940dtex)/3  (芳香族聚酰胺纤维1670dtex×2+尼龙940dtex)/3    尼龙1400dtex/2
胎面中央区域的残余张力[N]      80 60 80 25
胎面侧部区域的残余张力   70 70 40 15
高速耐久性(指数) 119 130 100 88
耐磨损性(指数)   128 131 100 110
从表1的结果明显看出，与比较例轮胎相比，在适当地选择残余张力的情况下，所有的实施例轮胎都能够显著地提高高速耐久性和耐磨损性。

Claims (3)

1.一种充气轮胎，其包括：
胎面部；
一对侧壁部，其从所述胎面部的两侧连续地沿所述轮胎的径向向内延伸；
胎圈部，其分别延续到各侧壁部的内周侧；
帘布层，其从一个胎圈部环状延伸到另一个胎圈部以增强所述胎面部、所述侧壁部和所述胎圈部；
带束部，其由布置在所述帘布层的胎冠区域的外周侧的一个以上的带束层构成；以及
带束增强层，其通过沿所述轮胎的轴向螺旋状缠绕一根以上的帘线而形成，所述带束增强层在所述带束部的外周侧沿所述轮胎的宽度方向覆盖至少一部分所述带束部，其中，
通过加捻低弹性纤维和高弹性纤维使得在应力-应变曲线中具有低弹性区域和高弹性区域来形成所述带束增强层的所述帘线，包括轮胎赤道面的胎面中央区域中的每根带束增强层帘线和胎面侧部区域中的每根带束增强层帘线均具有位于40N～100N的范围的残余张力，并且所述胎面中央区域中的所述带束增强层帘线的残余张力与所述胎面侧部区域中的所述带束增强层帘线的残余张力之差不大于20N。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎面侧部区域中的所述带束增强层帘线的残余张力大于所述胎面中央区域中的所述带束增强层帘线的残余张力。
3.一种充气轮胎的制造方法，其包括以下步骤：在生胎的成型过程中，对通过加捻低弹性纤维和高弹性纤维使得在应力-应变曲线中具有低弹性区域和高弹性区域而形成的至少一根带束增强层帘线涂覆橡胶，并且沿中央部分具有凸状曲面的成型鼓的轴向绕所述成型鼓螺旋状缠绕被涂覆了橡胶的帘线，以成型带束增强层构件。
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