CN101462466B - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及充气轮胎。具体而言，涉及一种充气子午线轮胎，其具有用于代替传统三角胶的切片包布，该切片包布位于胎体主要部分和翻折部分之间。该切片包布层可由短切碳纤维和芳族聚酰胺复合增强弹性材料层组成。该轮胎侧壁具有径向高度SH和断面宽度SW，其中断面宽度SW定位在从胎圈芯所测量的侧壁径向高度SH的0.4倍至0.44倍的范围内。断面宽度SW在径向上可进一步地定位成距切片包布层的径向外端在0.1到0.3英寸的范围内。胎面可为双层结构，包括由相对低的滚动阻力的混合物所形成的径向内部第一层以及由含硅混合物所形成的径向外部第二层。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎。更具体地说，本发明涉及一种证明为既具有低滚动阻力同时为满足操纵性又保持了令人满意的刚度水平的充气轮胎。
背景技术
用于客车的充气轮胎典型地具有对称的内部结构；该对称以轮胎的横向中心或赤道平面为中心。设计出充气客车轮胎以便提高车辆燃料经济性(使滚动阻力最小)是值得期望的。然而，市场上可接受的在减小滚动阻力方面的理想改善，不应以降低轮胎的操纵性能为代价。但众所周知，通过减小轮胎的质量或重量来降低轮胎的滚动阻力，从而获得低滚动阻力且同时保持操纵性能已证明是有疑问的。
发明内容
本发明涉及一种轮胎，该轮胎设计为既具有改善的更低滚动阻力同时又具有可接受的轮胎操纵性能。
在本发明的一方面，提供了一种具有周向延伸的轮胎赤道平面的充气子午线轮胎，该轮胎包括胎体和位于胎体径向外部的胎面。该胎体具有至少一个胎体增强帘布层、相对的胎圈部分以及相对的侧壁。该胎体增强帘布层具有在相对的胎圈部分之间延伸的主要部分和一对翻折部分。各翻折部分均从主要部分的一端延伸，各胎圈部分均具有胎圈芯和位于各胎圈芯外部的增强腔体。该增强腔体位于主要部分和至少一个胎体增强帘布层的一个翻折部分之间。切片包布层(chipperlayer)位于轮胎各胎圈部分的各个增强腔体中，且邻近至少一个胎体增强帘布层，该切片包布层为短切碳纤维和芳族聚酰胺复合增强弹性材料层，且切片包布层沿切片包布层中间截面具有大致恒定的厚度，中间截面在切片包布层径向外端和邻近胎圈芯的切片包布层径向内端之间延伸。
在本发明的另一方面，切片包布层定位成与胎体增强帘布层的翻折部分相邻且在其轴向内部，并且与胎体增强帘布层的主要部分相邻且在其轴向外部。
在本发明的另一方面，切片包布层具有沿中间截面的恒定厚度，其范围在0.005英寸到0.015英寸之间。
在本发明的另一方面，轮胎侧壁具有径向高度SH，径向高度SH从接近胎圈芯的径向内端延伸并且延伸至接近胎面的径向外端，该轮胎具有断面宽度SW，其定位在从胎圈芯测量的侧壁径向高度SH的0.4倍到0.44倍的范围内。
在本发明的另一方面，断面宽度SW在径向上定位在距切片包布层的径向外端为0.1英寸到0.3英寸的范围内。
在本发明的又一方面，胎面包括由相对低滚动阻力的混合物(compound)形成的径向内部第一层以及由含硅混合物形成的径向外部第二层。
附图说明
现在将通过示例并参照附图来描述本发明，附图中：
图1为代表现有技术的轮胎的截面图；
图2为本发明一个实施例的截面图；
图3为示出五个轮胎样本的改善百分比的性能图；其中两个是根据本发明构造的轮胎，而另外三个则代表现有技术的轮胎产品。
具体实施方式
用语定义
以下定义应用于本公开内容且如以下所定义的那样一致地使用：
“三角胶”指径向上位于胎圈芯之上且处于帘布层和翻折帘布层之间的弹性填充物。
“高宽比”指轮胎截面高度与其截面宽度的比值。
“胎圈”指包括环状拉伸部件的轮胎部分，由帘布层帘线包绕并成形，带有或不带有使其适合设计轮辋的其它增强元件如胶织物、切片包布、三角胶、护趾胶和胎圈包布。
“带束结构”或“增强带束”指至少两个环状的平行帘线层或帘布层，其是编织或非编织的，位于胎面的下方，未锚定在胎圈上，并且具有相对于轮胎赤道面成17°至27°范围内的左右帘线角度。
“外胎”指胎体、带束层结构、胎圈、侧壁以及轮胎除胎面和底胎面以外的所有其它组成构件。外胎可以是用以装配新胎面的非硫化橡胶或预先硫化的橡胶。
“胎圈包布”指围绕胎圈外部放置的窄带状材料，用于保护帘布层免受轮辋损伤，分散轮辋上的挠曲，以及用于密封轮胎。
“切片包布”指位于胎圈区域的织品或钢丝帘线窄带，其作用是增强胎圈区域并使得下侧壁稳定。
“周向”指沿着环状胎面表面的周边延伸且垂直于轴向方向的线或方向。
“帘线”指组成帘布层的其中一条增强线束。
“横向”指轴向方向。
“帘布层”指涂有橡胶的平行帘线的连续层。
“径向”和“径向地”指径向朝向或远离轮胎转动轴线的方向。
“子午线帘布层轮胎”指束带的或周向受限的充气轮胎，其中，从胎圈延伸至胎圈的帘布层帘线处于相对于轮胎赤道面成65°至90°之间的帘线角度。
“断面高度”指从轮辋名义直径到轮胎赤道平面处的外径的径向距离。
“断面宽度”(“SW”)指当轮胎在正常压力充气且无载状态下持续24小时之后，平行于轮胎轴线且处在轮胎侧壁外部之间的最大线性距离，不包括由于标记、装饰或保护带所引起的侧壁提升。
“胎肩”指恰位于胎面翘边以下的侧壁上部，胎面肩部或胎肩顺条纹指胎面靠近胎肩的部分。
“侧壁”指轮胎位于胎面和胎圈之间的部分。
“胎面”指在正常充气和负载情况下，轮胎与路面相接触的部分。
“胎面宽度(TW)”指胎面表面在轴向方向上即通过轮胎转动轴线的平面上的弧长。
以下文字是目前实现本发明设想的最佳模式。该说明是出于举例说明本发明的总体原则的目的而做出的，并且不应以限制意义去理解。本发明的范围最好通过参照附属权利要求来确定。
图1显示了现有技术的代表性轮胎。充气轮胎2是低高宽比的子午线轮胎，优选地设计成用作生产客车轮胎。该充气轮胎具有胎体、位于胎体径向外部的带束结构8以及位于带束结构8径向外部的胎面10。带束结构8可以是常规用于客车轮胎的任何类型，并且通常将包括两层帘线增强帘布层，且盖层(overlay)帘布层至少覆盖单个的带束增强帘布层的轴向外边缘。
胎体具有内衬11、至少一个胎体增强帘布层12、一对相对的胎圈部分14和一对相对的侧壁16。图1中所示的轮胎具有内衬11和一个胎体增强帘布层12，但将图1的轮胎形成为两层帘布层胎体属于本领域的技术范畴。帘布层12具有经相对侧壁16延伸的主要部分18和起始于胎圈部分14中的两个翻折部分20。胎体增强帘布层12的各胎体翻折部分20均从胎体增强帘布层12的主要部分18延伸，并且绕着胎圈部分14中的胎圈芯22和胎圈三角胶24包绕；因此其最小限度地包封了各胎圈部分14中的胎圈芯22和胎圈三角胶24的下部。图1所示轮胎的翻折部分20沿径向终止于轮胎最大断面宽度之上或之下的一定距离处。
在相对的胎圈部分14中，胎圈三角胶24通常具有相同的径向高度。胎圈三角胶24典型地构造成在基部具有0.30英寸、在中点处具有0.16英寸以及接近顶部具有0.075英寸的尺寸。三角胶的高度可大约为1.46英寸。胎圈增强层26安放在轮胎的一个胎圈部分14中。胎圈增强层26可为具有短切碳纤维含量的短切碳纤维增强弹性材料层。在其它现有技术的轮胎中(未示出)，传统的切片包布层由织物帘线制成。在胎圈增强层26处使用碳纤维增强材料提供了比传统织物材料更高的抗拉强度和破坏载荷强度。
在图1所示的轮胎中，胎圈增强层26位于翻折包封部分内且与胎圈三角胶24直接相邻。胎圈增强层26从接近胎圈芯22的起点32延伸至径向外终端30。胎圈增强层26的径向内起点32与胎圈芯22不存在任何重叠，而是与胎圈芯22的径向外表面隔开；防止胎圈增强层26的端点32夹在胎圈芯22和胎体增强帘布层12之间。内衬11延伸到下端25。
图1中的轮胎刚度可受选择成用于横穿轮胎胎面10的横向区的胎面橡胶混合物的变化的影响。如果要增加或提高外侧半胎面的刚度，可选择比内侧半胎面具有更大硬度或刚度特性的胎面橡胶或甚至仅是胎面基部橡胶。如果要使半胎面的刚度均衡，则内侧半胎面可设有更大硬度或刚度特性的胎面橡胶或胎面基部橡胶。众所周知，胎面10由提供了理想的潮湿和干燥操纵特性的混合物所形成。由于胎面10会随着轮胎的使用而磨损，因此新露出来的无覆盖的材料将会是与之前使用轮胎的胎面10的外表面相似的材料成分，且将呈现出相同的性能特性。
参看图2，显示出增强的低滚动阻力的轮胎34包括：胎面10；内衬36，胎体增强帘布层38；胎圈部分(2)40；以及侧壁(2)42。帘布层38具有从胎圈部分40径向向外延伸的帘布层主要部分44。帘布层38的翻折部分47绕着位于胎圈部分40中的胎圈芯48延伸，并终止于翻折端46。切片包布50位于帘布层主要部分44和帘布层翻折部分47之间。胎圈包布51定位成从翻折部分47向外且位于胎圈部分40中，用以抵抗轮辋(未示出)对轮胎的摩擦。轮胎内衬36延伸至终端52，终端52位于胎圈芯48的径向内部且与之相对。胎面10构造为具有胎冠层54和底胎面层或下胎面层56。
切片包布50为位于帘布层翻折部分47和帘布层主要部分44之间的伸长层，并从外端58延伸至内端60。切片包布50优选但不必由芳族聚酰胺和碳纤维织物形成，且替代传统的三角胶，用以去除隔距(gauge)、重量和迟滞性材料而又保持轮胎的刚度以便操纵。可使用芳族聚酰胺(Flex 10)尼龙。切片包布50形成为在端部58和端部60之间具有大致均匀的隔距厚度。在沿切片包布50的所有点处可采用优选为0.030″的均匀厚度。切片包布的均匀厚度以及切片包布50的轻质但高强度的芳族聚酸胺织物成分保持了用于操纵的刚度，同时又减小了滚动阻力和质量。图2所示轮胎与常规轮胎相比，其断面宽度SW位于距轮胎胎圈部分40更低的位置。如图所示，断面宽度SW处于如从胎圈48所测量的侧壁高度SH的40％到44％的范围内。断面宽度SW与胎圈区域的相对位置连同切片包布50的结构(在切片包布各点处标称为0.030英寸的均匀隔距厚度)、成分(芳族聚酰胺和碳纤维复合材料织物)以及切片包布50在胎圈部分40中的位置(位于帘布层主要部分44和帘布层翻折部分47之间)一起，用来维持轮胎下侧壁的刚度以便操纵。切片包布外端58优选地定位成靠近轮胎断面宽度SW，例如在0.1到0.3英寸的距离范围“D”内。因此，切片包布50大体上跨越从侧壁断面宽度SW到胎圈芯48的侧壁下部，再次获得了更为刚性的下侧壁以便操纵。切片包布50相应的替代了传统的三角胶，且因此减小了轮胎的质量从而减小了轮胎的滚动阻力，同时仍维持了下侧壁刚度以便操纵。
采用了双层胎冠混合物，其中，胎冠54具有提供了良好的滚动阻力和良好的潮湿和干燥性能的外部硅基混合物层，以及位于外部混合物层之下用于减小轮胎滚动阻力的低滚动阻力底层。底层优选由刚性较大的呈低迟滞性的混合物形成，这将有助于减小轮胎的滚动阻力。因此双层胎冠通过材料选择和胎冠层的混合而减小轮胎的滚动阻力，同时，通过上文描述的方式，切片包布和轮胎降低的低断面宽度SW有助于减小轮胎的滚动阻力。
为了进一步减小滚动阻力，图中的轮胎构造成具有相对窄的胎面弧宽(TAW)、较宽的模制基部宽度和减小的断面宽度SW。内衬36可由一圈0.026英寸隔距的材料构成，而非常规的两圈0.026英寸的材料，以便减小质量和滚动阻力。胎圈包布51的隔距可在轮胎的护趾胶终止于0.01英寸而非常规0.07英寸的参照点处可减小，以便进一步减小质量和滚动阻力。如图2所示，轮胎具有优选为148mm的顶部带束62和158mm的底部带束64，以减小重量并进一步地减小滚动阻力。图2中优选的带束角度针对顶部带束62和底部带束64为21度。胎面层56的底胎面隔距在胎面中心线处和胎肩内可为0.06英寸。层54中的胎面基部构造为具有0.015英寸的隔距。上述的隔距厚度意在给出适于满足滚动阻力和操纵目的的代表性的构件厚度。但本发明并非意图限制所述的隔距，并且可调整构件隔距以适应特定的轮胎应用结构。
下表给出了图1所示现有技术的轮胎构件和图2所示本发明实施例的G’储能模量数值范围。图2中标识的轮胎构件所用材料的G’储能模量数值范围(单位为MPa)最终得到理想的减小滚动阻力的效果。
Figure GSB00000367856100081
Figure GSB00000367856100082
图3所示的五个样本的性能图显示了在七种轮胎参数方面的改善或下降百分比。两个测试的轮胎样本66和68按上文描述且如图2所示地构造。对样本66测得滚动阻力改善136％(滚动阻力的减小)以及滑行滚动阻力改善139％。样本66的印迹改善(减小)至104％；轮胎质量(减小)改善122％。对于样本68，滑行滚动阻力改善(减小)130％；滚动阻力改善(减小)130％；主观操纵性下降94％；主观胎面接缝噪声(harshness)维持不变(100％)；主观噪声改善(减小)102％；轮胎质量改善112％；以及印迹下降97％。如依照本发明所构造的样本66和样本68二者所了解的那样，获得了在滚动阻力方面显著的改善(减小)而不会明显地牺牲在轮胎操纵、耐粗糙性、噪音和印迹方面的性能。其它三个样本70、72和74均基于如图1所示的常规结构的轮胎，同样地在图3中绘出。
综上所述，注意到的是，构造为如图2所示且在上文描述的轮胎根据需要将呈现出改善的低滚动阻力和操纵性。如图3所示，图2中有效的低重量、低滚动阻力的轮胎既是高效的又保持了操纵性能。图2所示的轮胎与现有的产品控制轮胎70、72和74相比，其质量降低22％、实验室滑行滚动阻力改善39％且实验室4点滚动阻力改善36％，且具有几乎相当的操纵性。

Claims (10)

1.一种充气子午线轮胎，其具有周向延伸的轮胎赤道平面，所述轮胎包括胎体和位于所述胎体的径向外部的胎面，所述胎体包括至少一个胎体增强帘布层、相对的胎圈部分以及相对的侧壁，所述胎体增强帘布层具有在所述相对的胎圈部分之间延伸的主要部分以及一对翻折部分，各翻折部分均从所述主要部分的一端延伸，各胎圈部分均具有胎圈芯和位于各胎圈芯的外部的增强腔体，所述增强腔体位于所述主要部分和所述至少一个胎体增强帘布层的一个翻折部分之间，所述轮胎其特征在于：
切片包布层位于所述轮胎的各胎圈部分中的各个所述增强腔体中，且邻近所述至少一个胎体增强帘布层，其中，所述切片包布层为短切碳纤维和芳族聚酰胺复合增强弹性材料层，且所述切片包布层沿切片包布层中间截面具有大致恒定的厚度，所述中间截面在切片包布层径向外端和邻近所述胎圈芯的切片包布层径向内端之间延伸。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述切片包布层定位成与所述胎体增强帘布层翻折部分相邻且在其轴向内部。
3.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述切片包布层定位成与所述胎体增强帘布层主要部分相邻且在其轴向外部。
4.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述切片包布层具有范围在0.005英寸至0.015英寸的厚度。
5.根据权利要求4所述的轮胎，其特征在于，所述切片包布层位于所述胎体帘布层主要部分和翻折部分之间，以及所述胎体包括单个的所述胎体增强帘布层。
6.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述轮胎侧壁具有径向高度SH，所述径向高度SH从接近胎圈芯的径向内端延伸且延伸至接近所述胎面的径向外端，所述轮胎具有断面宽度SW，所述断面宽度SW定位在距所述胎圈芯的所述侧壁径向高度的0.4倍到0.44倍的范围内，且所述断面宽度SW在径向上定位成距所述切片包布层的径向外端在0.1英寸到0.3英寸的范围内。
7.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述胎面包括由相对低的滚动阻力的混合物所形成的径向内部第一层，以及由含硅混合物所形成的径向外部第二层。
8.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述轮胎侧壁具有径向高度SH，所述径向高度SH从接近胎圈芯的径向内端延伸且延伸至接近所述胎面的径向内部第一层的径向外端，所述轮胎具有断面宽度SW，所述断面宽度SW定位在距所述胎面的径向内部第一层的所述侧壁径向高度的0.6倍至0.56倍的范围内。
9.根据权利要求8所述的轮胎，其特征在于，所述断面宽度SW在径向上定位成距所述切片包布层的径向外端在0.1英寸到0.3英寸的范围内。
10.根据权利要求9所述的轮胎，其特征在于，所述切片包布层沿切片包布层中间截面具有范围在0.005英寸至0.015英寸的大致恒定的厚度。
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