CN101500789A - 用于将硬材料装入轮胎胎面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造轮胎胎面的方法，其中将颗粒状生橡胶混合物与硬材料颗粒混合，以加工成含硬材料颗粒的外胎花纹层。该外胎花纹层被铺放在胎体上并将这样得到的轮胎坯件在硫化压力机中压制，以形成花纹型廓。

Description

用于将硬材料装入轮胎胎面的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、用于制造含硬材料颗粒的轮胎胎面的方法，一种用于制造相应的轮胎胎面的设备以及一种带含硬材料颗粒的轮胎胎面的轮胎，特别是用于机动车、飞机和工业用车辆，例如叉式自动装卸车(Gabelstapler)。
背景技术
用于车辆的橡胶轮胎的常用制造方法是，在带件注塑设备中将橡胶混合物挤出成为橡胶带，所述橡胶混合物可包含有不同的化学品(例如软化剂、防老化剂或防光剂)、填料和炭黑以及不同种类的橡胶。接着进一步加工所述带，以便可将其用作侧壁、胎面或轮胎的其它带有橡胶的部分。
橡胶轮胎设计成充气轮胎或实心橡胶轮胎。尽管两种类型的轮胎的区别原理上在于轮胎结构，然而，两种类型的轮胎都具有共同的特征，即类似的轮胎胎面，所述胎面通常形成花纹型廓。对于充气轮胎以及实心橡胶轮胎，轮胎胎面的耐久性通常决定了轮胎的寿命。
对于实心橡胶轮胎以及充气轮胎，在胎体上施加轮胎胎面通常是轮胎制造中的倒数第二个步骤。对于充气轮胎，首先在织物胎体、即所谓的骨架(Karkasse)上铺放覆盖有橡胶的钢胎帘带层(Stahlkordgürtellage)，所述骨架围绕由被橡胶包覆的钢丝圈组成的凸起形成，在所述钢胎帘带层上接着施加后来的胎面。没有形成型廓的轮胎坯件接着在轮胎压力机中在约175℃下硫化并在此时同时使其形成花纹型廓。在制造实心橡胶轮胎时，在芯或轮胎底脚(Reifenfuβ)上铺放一中间层，在该中间层上再施加胎面。轮胎坯件同样在热压力机中硫化并同时又形成花纹型廓。
用于施加到轮胎胎面上的外胎花纹层/外胎条带(Laufstreifen)通常通过挤出法制造。这样得到的带子在挤出后被施加到胎体上，轮胎的所有构件被牢固地挤压成一轮胎坯件，该轮胎坯件然后在热压力机中硫化。
为了延长轮胎的寿命，开发出一种更新轮胎胎面的方法。在翻新磨损的轮胎时，将旧的胎面机械地弄粗糙或剥下，并在上面铺放新的胎面，然后以常用的方式进行硫化。还尝试通过向胎面中装入耐磨的颗粒来自动地延长胎面的寿命。
在EP 0 961 696 B1中公开了对上述两种方法的组合。这里，在向经预处理的胎体上卷绕挤出的橡胶胎面带时，向挤出的橡胶胎面带的表面的一部分上分布设置硬材料颗粒。硬材料颗粒的供给装置位于挤出机出口与胎体之间，从而随着卷上胎面而将硬材料颗粒卷入胎面中，接着在轮胎硫化时将其固定地接合到胎面中。
尽管相比于以前的在挤出之前便将橡胶混合物与硬材料颗粒相混合的方法，该方法具有避免对挤出机的磨损的优点，然而，在EP0 961696 B1中说明的方法却难以实现硬材料颗粒在胎面中的均匀分布，因为为此必须使带子的速度非常精确地与硬材料颗粒的供给相协调。所述方法的另一缺点在于，在向较为狭窄的外胎花纹层上铺撒硬材料颗粒时由于颗粒的侧向落下而出现较高的生产损失。此外，必须较慢地将薄的胎面带卷绕在胎体上，从而能够在铺撒时实现硬材料颗粒的均匀分布，这又导致方法本身的生产效能低。
因此仍存在对简单有效地延长轮胎寿命的方法的需要。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种方法，该方法不具有现有技术的缺点，并且借助于该方法可实现，硬材料颗粒在轮胎胎面中的均匀分布，而不会影响轮胎制造的生产能力。
所述目的通过具有权利要求1的特征在方法实现，有利的实施形式由各从属权利要求给出。
本发明的目的还在于，提供一种装置，借助于该装置能够实施根据本发明的方法的。
所述目的通过具有权利要求20的特征的装置实现。
在寻求用于在轮胎胎面中均匀分布硬材料颗粒的方法时发现，通过将颗粒状生橡胶混合物与硬材料颗粒混合，然后将该混合物压制成外胎花纹层，能够得到含按目的分布的硬材料颗粒的外胎花纹层，然后可将该外胎花纹层铺放在胎体上并由热压力机中的进一步处理将其加工成橡胶轮胎，在该橡胶轮胎的胎面中嵌入均匀分布的硬材料颗粒。这种方法既可用于具有覆盖有钢胎帘带的骨架作为胎体的充气轮胎，也可用于包括例如具有钢索加强的硬橡胶制成的芯的实心橡胶轮胎。
与常规的外胎花纹层制造方法的主要区别在于，在本发明中，使用粉末形式的作为颗粒的生橡胶混合物，该混合物能在不使用强制混合器/搅拌器的情况下，例如在一自落式混合器/搅拌器中，自动地与较粗大的硬材料颗粒无问题地均匀地混合，而常规的粘弹性橡胶混合物是在高温下在一揉捏机中进行加工并随后挤出。硬材料，特别是较粗大的、平均粒度为0.05mm到3mm的硬材料的装入，在常规方法中导致对揉捏机和挤出机极大的磨损，例如在极短的时间内特别是损坏挤出机的(出入)口部，从而不能确保可靠的生产需要的尺寸精度。
颗粒制造本身需要另外的工步，其中要切割(粗磨)或切碎(切割研磨)生橡胶块，以便接着将其作为粉末状的颗粒提供。对于这种加工有利地降低生橡胶的弹性，并在低于或接近橡胶的玻璃化温度的温度范围内工作。
另外一种制造颗粒的可能性在于，挤出纤维状的橡胶块，然后借助于旋转的切割研磨机将其粉碎。在这种情况下同样适宜的是，在粉碎之前使所述块冷却。
利用这样制成的粉末状颗粒可以制造均匀的橡胶/硬材料混合物，该混合物此时可以不再在挤出机中连续挤出成外胎花纹层，而是例如必须在一静力的压力机中对其不连续地进一步加工。
在本发明的一种有利的实施形式中，使用不同的、由硬材料颗粒和生橡胶颗粒组成的混合物，所述混合物例如被上下层叠地挤压。对一种或多种混合物的挤压有利地在一压模中进行，该压模具有希望的外胎花纹层的尺寸。这里，压模优选填充以多个具有不同的生橡胶颗粒和硬材料混合物的组合物构成的层和填充有由纯的生橡胶颗粒组成的中间层，然后将所述层压制成外胎花纹层。在这种布置形式中也可以在一个层内改变混合物，并且例如这样分布硬材料颗粒，即，使得在一个层内的颗粒尺寸从胎面的外侧区域向中央发生改变。同样可以在一个层内使嵌入的颗粒量改变。
在一种优选的实施形式中，可改变生橡胶颗粒的硬度，由此能够按目的地调节轮胎性能。这样便可通过应用与硬材料颗粒直接接触的硬橡胶，例如将由压、拉、剪应力产生的机械负荷大部分转移到较软的基体橡胶中，从而改善颗粒的整体附着性。
有利地在真空下、在一位于室温与低于硫化温度的温度之间的温度范围内进行对所述层的压制。
除了压模以外，在根据本发明的方法中还可通过一辊子将生橡胶颗粒和硬材料颗粒组成的混合物加工成外胎花纹层，然后根据本发明将该外胎花纹层施加在胎体上，然后在热压力机中进行硫化。这种替代方案的优点在于，进一步提高了生产能力，然而以这种方法不能够如上述的实施形式那样实现在胎面中按目的地和不同地分布硬材料颗粒。为保护辊子防止侵蚀性磨损，优选例如陶瓷辊子。另外当通过在辊子之间的压制来制造外胎花纹层时，优选在30℃到硫化温度(约120℃)之间的温度下进行。通过辊子的压制制造的行驶带在压制过程后整修成适合的外胎花纹层。
本发明的另一种优选实施形式在于，将多个外胎花纹层叠置或在制造较小的外胎花纹层时将其并排地或错开地铺放在胎体上。以这种方式可使胎面形成(凸凹)结构，其中另外的变型方案在于，可以使用例如带有不同的嵌入颗粒的或带有不同的橡胶硬度的外胎花纹层。
根据本发明，硬材料颗粒可以是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物和硼化物。有利的实施形式中提出，采用金刚砂或碳化硅。所使用的硬材料颗粒的平均粒度在0.05mm和3mm之间，优选在0.5mm和2mm之间，其莫氏硬度优选至少为7。
因为使用的硬材料颗粒是磨蚀性材料，该材料在应用于胎面中时会随时间流逝发生自由切割(freischneiden)，因此特别有利的是，硬材料颗粒具有基本上为圆形的颗粒形状。另外，附着材料颗粒在橡胶基体中的附着进一步通过使用增粘剂来改善，该增粘剂在硬材料与生橡胶颗粒混合之前施加在硬材料上。为此可以使用所有在生橡胶工业中与此目的相关的已知的增粘剂。
已证实，当生橡胶颗粒的平均颗粒尺寸具有小于或最大等于硬材料颗粒的平均粒度的三倍的值时，硬材料颗粒在原料混合物中的均匀分布是特别有利的。
为获得硬材料颗粒在橡胶混合物中尽可能均匀地并且无团块的分布，本发明的一种优选实施形式设定，生橡胶颗粒的平均颗粒尺寸为硬材料颗粒的平均颗粒尺寸的六分之一到最大等于硬材料颗粒的平均颗粒尺寸。通过这种简单的措施并结合下面说明的体积比例实现了，对较重的、非反应性的、作为分散的微粒的硬材料颗粒和较轻的、反应性的生橡胶颗粒一起进行非强制性混合，所述生橡胶颗粒在接下来的压制和硫化中形成一整体的单元。
通常，在混合物中使用的生橡胶颗粒另外还包括填料、炭黑、软化剂、防老化剂、遮光剂以及其它对轮胎制造有利的化学品。在混合物中使用的硬材料的量是受限制的并且有利的是，相对于外胎花纹层总体积的在3到50体积％之间，优选为8到30体积％之间。在制造中这样选择混合物量，使得在压制后外胎花纹层的厚度为约1到20mm，优选约10mm。
本发明的内容还包括用于制造轮胎胎面的设备，该设备主要包括至少一个存储及进料容器，该存储及进料容器填充有生橡胶颗粒和硬材料颗粒组成的混合物。将一压模引导到进料容器的下方，并以至少一个由生橡胶颗粒和硬材料组成的混合物层填充该压模。一旦压模中的混合物达到了希望的填充高度，就将压模引导到压制凸模下方，并将生橡胶颗粒-硬材料混合物压制成轮胎胎面。这种压力机的一种优选实施形式设想，所述胎面的压制在真空下进行。在另一优选的实施形式中，在低于硫化温度的温度下，即在30到120℃之间压制胎面。
附图说明
下面结合附图详细说明根据本发明的方法。其中：
图1示出一充气轮胎的横向剖视图，
图2示出一外胎花纹层的俯视图，
图3示出用于制造胎面的设备的示意图，和
图4示出一实心橡胶轮胎的横向剖视图。
具体实施方式
图1中示出一充气轮胎1的横向剖视图，该充气轮胎由骨架5构成，该骨架围绕一凸起12布设并朝轮胎内部具有一气密的橡胶层6。骨架5由一钢胎帘带4覆盖，在该钢胎帘带上布置有胎面2。经过花纹型廓3直至侧面橡胶7，整个胎面2都混有硬材料颗粒。在图1所示的实施形式中，在轮胎1的外侧区域中嵌入较粗大的硬材料颗粒，而在胎面2的中间区域中设置较细的硬材料颗粒。由此，通过在胎面2的、通常受到摩擦较大的边缘区域中嵌入较粗大的微粒，可例如为所述边缘区域提供附加的保护，另外相对于胎面的体积，所述较粗大的微粒所占据的比例大于在轮胎胎面的中间区域中的较细的微粒。
用这种具有不同大小的微粒的轮胎胎面实现的覆盖可以在图2中轮胎胎面2的一个局部的俯视中特别清楚地看到。
图3示出用于制造根据本发明的胎面2的设备的示意图。这里一压模13可移动地布置在进料容器15下方。进料容器15中填充有不同的原料混合物16、17，所述原料混合物可经由出口18分层地填入压模13中。在图3所示的实施形式中，压模被交替地填充以基本橡胶混合物17和生橡胶-硬材料混合物16。这里，两个外层都由基本生橡胶混合物形成，在所述外层上分别邻接一生橡胶-硬材料混合物16，该生橡胶-硬材料混合物16又包围一基本生橡胶混合物17。将填充完的压模13移动到挤压阳模14下方，然后借助于该挤压阳模压制出胎面2。有利地在真空中在较高的温度下进行压制，而这在这个纯粹示意性的示图中不能看出。
图4示出一实心橡胶轮胎1的横向剖视图，其中，由用钢索加强的由硬橡胶组成地轮胎芯21以及由较软的和弹性较大的橡胶制成的中间层组成的胎体用形成花纹轮廓的胎面2覆盖，在该胎面中嵌入较粗大的硬材料颗粒。将含硬材料的胎面用于制造或翻新工业用轮胎是根据本发明的方法的优选应用领域之一，这里所述方法既可以用于实心橡胶轮胎也可以用于充气轮胎。
1           轮胎
2           胎面
3           花纹型廓
4           钢胎帘带
5           织物胎体(骨架)
6           气密橡胶层
7           侧面橡胶
8           阀
9           轮辋
10          轮辋护罩
11          轮辋角
12          凸起
13          压模
14          挤压阳模
15          进料容器
16          生橡胶硬材料混合物
17          基体生橡胶混合物
18          出口
19         钢索
20         中间层
21         轮胎芯

Claims (21)

1.一种用于制造含硬材料颗粒的轮胎胎面(2)、特别是橡胶轮胎(1)的胎面(2)的方法，所述方法包括以下步骤：
a)基于生橡胶制造含硬材料颗粒的外胎花纹层，
b)将至少一个外胎花纹层铺放到胎体上，以得到轮胎坯件，和
c)在一硫化压力机中硫化轮胎坯件，
其特征在于，为了制造外胎花纹层，将至少一种颗粒形式的生橡胶混合物与硬材料颗粒混合，然后将这种生橡胶颗粒/硬材料混合物(16)压制成外胎花纹层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述橡胶轮胎(1)是充气轮胎，而胎体包括覆盖有钢胎帘带(4)的骨架(5)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述橡胶轮胎(1)是实心橡胶轮胎，而胎体包括实心橡胶轮胎的芯(21)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在一压模(13)中进行对所述至少一种生橡胶颗粒/硬材料混合物的压制，该压模(13)具有希望的外胎花纹层的尺寸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，给压模(13)填充多个由生橡胶颗粒和硬材料组成的不同的组合物构成和/或由纯的生橡胶颗粒构成的层，接着将各所述层压制成外胎花纹层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，按目的地调节和改变一胎面层内的硬材料分布、硬材料类型、硬材料的颗粒尺寸和硬材料量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述压制在真空下进行。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过一辊子进行所述压制，其中形成一胎面带，接着将该胎面带整修成适合的外胎花纹层。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述压制在一在室温与硫化温度以下的温度之间的温度下进行。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，为制造轮胎坯件将多个外胎花纹层叠置和/或并排地铺放在胎体上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，使用氧化物、碳化物、氮化物、硅化物和硼化物，特别是金刚砂和碳化硅作为硬材料颗粒。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，硬材料颗粒具有在0.05mm和3mm之间、优选在0.5mm和2mm之间的平均粒度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，硬材料的莫氏硬度至少为7。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，硬材料颗粒具有基本上为圆形的颗粒形状。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，硬材料颗粒用增粘剂包覆。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，生橡胶颗粒的平均颗粒尺寸具有小于或最大等于硬材料颗粒的平均粒度的三倍的值，并优选小于硬材料颗粒的平均粒度。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其特征在于，生橡胶混合物包括填料、炭黑、软化剂、防老化剂、光保护剂以及其它对轮胎制造有利的化学品。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征在于，相对于外胎花纹层的总体积，外胎花纹层的硬材料体积含量为3％到50％，优选为8％到30％。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征在于，外胎花纹层的厚度为约1到20mm，优选约10mm。
20.一种用于根据权利要求1至7和9至19中任一项来制造轮胎胎面(2)的装置，其中，
-将一压模(13)引导到至少一个存储及进料容器(15)的出口(18)下方，
-此时，用至少一种生橡胶颗粒/硬材料混合物(16)填充该压模，并且
-接着在一压力机中将由生橡胶颗粒和硬材料颗粒组成的层压制成外胎花纹层。
21.带有根据权利要求1至19中任一项所述的胎面(2)的轮胎(1)，特别是用于机动车辆、飞机以及工业用车辆，如叉式自动装卸车。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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