CN101678717A - 航空器用子午线轮胎 - Google Patents

Abstract

一种航空器用子午线轮胎，其具有由多层带束层组成的带束层部。在所述带束层部的全部宽度范围内沿周向的总强度T_belt[N]满足T_belt/WD≥1.5×10⁶的关系，其中D[m]为所述轮胎的外径，W[m]为所述轮胎的宽度。所述带束层部由包含有机纤维帘线的至少两层带束层组成，所述有机纤维帘线在3.2cN/dtex负荷下沿伸长方向测量的伸长率为2.2－9.3％。沿周向刚性低于所述带束层部的周向刚性的保护带束层配置在所述带束层部沿径向的外侧。所述保护带束层的周向刚性与所述带束层部的周向刚性的比例为小于0.5。所述保护带束层包括具有6.3cN/dtex以上的扯断强度和0.5－5.0％的热收缩率的有机纤维帘线。因此，所述航空器用子午线轮胎实现了增强胎面部的耐久性而不损害对异物的优良耐久性。

Description

航空器用子午线轮胎

技术领域

本发明涉及航空器用子午线轮胎，更特别地，涉及能够维持对异物侵入的轮胎耐久性和实现优良的胎面部的高速耐久性的航空器用子午线轮胎。

背景技术

在航空器用子午线轮胎中，通过法定标准限定超过10个大气压的极高规定内压，而且轮胎补强构件需要具有对应于四倍规定内压的耐压性。此外，强制实行轮胎安全性的严格要求，因而，要求即使轮胎踩踏飞机跑道上的异物或施加超过通常使用条件的重负荷，也提供能够安全行驶的耐久性。

为了符合这些要求，提出在高内压下在充气状态下防止异物侵入轮胎胎面部中的轮胎结构(WO 2003/061991)。此时，通过将高强度和高弹性模量的帘线应用于轮胎的带束层部以抑制在内压填充时轮胎胎面沿周向的伸长，可以提供优良的对异物的耐久性。然而，当将该高弹性模量构件用于带束层帘线时，在轮胎制造步骤，特别是施加高温/高压至生胎的硫化步骤中存在技术问题。

轮胎的硫化步骤是促进构成轮胎的橡胶的交联反应以及粘合在轮胎成型中层压的橡胶构件之间的界面。在轮胎的胎面部中，橡胶界面的粘合性在胎面部的耐久性中起到特别重要的作用。在轮胎硫化步骤中，由于通常形成与硫化模具相比更小的生胎，因此通常在硫化时通过施加高压至硫化胶囊(bladder)和模具之间的生胎而使生胎扩张一些。在硫化期间扩张的生胎比例是指轮胎扩张率，其是制造方面的重要参数。作为确保橡胶构件之间粘合的要求，通常提及以下两点：(1)充分的硫化压力和(2)在硫化期间的橡胶流动(在构件之间的界面处)。已知：如果缺少这些因素，橡胶构件之间的粘合劣化。关于上述项目(2)的橡胶流动，存在以下常识：轮胎扩张率越大，由此在硫化期间轮胎伸长率越大，橡胶流动越大。

由于在WO 2003/061991中描述的轮胎与以前航空器用子午线轮胎相比使用高弹性模量帘线，如果使扩张率等于常规轮胎的扩张率，则由扩张的带束层帘线承担在硫化期间通过胶囊施加的部分压力，因而，施加至胎面部中的橡胶界面的压力降低，没有获得期望的粘合，因此需要设定小的扩张率。另一方面，通过降低扩张率，橡胶流动趋于降低。为了确立这些冲突的因素，要求严格控制扩张率，这阻碍改进生产性。即使考虑到轮胎性能，该控制也类似地变成在进一步改进胎面的高速耐久性的尝试中的障碍。

迄今为止，如日本专利申请S63-307691中公开的，轮胎的保护带束层通过将以芳香族聚酰胺(通常已知为芳族聚酰胺纤维)为代表的高强力(high-tenacity)有机纤维帘线成型为波纹形，并沿周向卷绕大量该帘线来构成，所述保护带束层起到防止异物侵入的作用。常规有机纤维帘线不造成加热时的帘线收缩或在轮胎硫化时帘线长度的改变，因此它们不具有改进硫化压力或橡胶流动的效果。

发明内容

本发明的目的是解决传统技术的这些问题并提供航空器用子午线轮胎，所述航空器用子午线轮胎能够改进橡胶界面的粘合性，即，胎面部的耐久性，而不损害对异物的优良耐久性。

为了解决上述问题，本发明提供航空器用子午线轮胎，其包括在一对胎圈芯之间环状延伸并包括至少一层胎体帘布层的子午线轮胎胎体和配置在子午线轮胎胎体的胎冠区域外周上并由各自包含有机纤维帘线的多个带束层组成的带束层部，所述航空器用子午线轮胎的特征在于，所述带束层部在其全部宽度范围内沿周向的总强度T_belt[N]满足T_belt/WD≥1.5×10⁶，其中D[m]为所述轮胎的外径，W[m]为所述轮胎的宽度；

所述带束层部由各自包含有机纤维帘线的至少两个带束层组成，所述有机纤维帘线具有在3.2cN/dtex负荷下沿伸长方向的伸长率为2.2-9.3％；

将具有比所述带束层部的周向刚性低的周向刚性的保护带束层配置在带束层部沿径向的外侧；

所述保护带束层的周向刚性与所述带束层部的周向刚性的比例为小于0.5；和

所述保护带束层由具有不小于6.3cN/dtex的扯断强度和0.5-5.0％的热收缩率的有机纤维帘线组成。

在根据本发明的航空器用子午线轮胎中，带束层部在全部宽度范围内沿周向的总强度T_belt满足特定关系，将高模量有机纤维帘线应用于带束层部，使保护带束层的周向刚性与带束层部相比足够小，并且带束层部和保护带束层之间的周向刚性比在特定范围内，此外，使保护带束层的特性，即扯断强度和热收缩率在一定范围内，由此在航空器用子午线轮胎中可以改进胎面部的耐久性，同时维持对异物侵入的耐久性。

附图说明

图1为根据本发明的航空器用子午线轮胎的示意性横截面图。

图2为示出在航空器用子午线轮胎中带束层部和保护带束层结构细节的分解透视图。

图3为示出保护带束层为(a)包括预成型为波纹形的有机纤维帘线的实施方案和(b)包括两层倾斜有机纤维帘线层的实施方案的图。

具体实施方式

以下将参考附图详细地描述本发明。图1为根据本发明的航空器用子午线轮胎的示意性横截面图。在图1中，附图标记1为胎面部，附图标记2为各自从胎面部1侧部连续沿径向向内延伸的一对胎侧部，附图标记3为在各胎侧部2的内周连续配置的胎圈部。

此外，由至少一层胎体帘布层组成的子午线轮胎胎体4在两个胎圈部3之间环状延伸。补强这些部1、2、3的子午线轮胎胎体4通过从内侧向外侧围绕在各胎圈部3中埋置的环形胎圈芯5卷绕各侧部来配置。

在该子午线轮胎胎体4的胎冠区域的外周上，设置由多层带束层6组成的带束层部7，此外，将保护带束层8配置在带束层部沿轮胎径向的外侧。显示根据本发明航空器用子午线轮胎中的带束层部和保护带束层结构细节的分解透视图示于图2中。

在本发明中，当D[m]为轮胎的外径，W[m]为轮胎的宽度时，将带束层部在其全部宽度范围内沿周向的总强度T_belt[N]定义为T_belt/WD≥1.5×10⁶，由此能够达到航空器用轮胎的耐压性所需要的高安全率。当T/WD小于1.5×10⁶时，难以满足规定的安全率。

此处使用的轮胎的外径和轮胎的宽度是指通过将新轮胎组装到轮辋上，填充在TRA中制定的规定内压以进行稳定化至少12小时，其后再调整至规定内压获得的轮胎外径和轮胎宽度。

此处使用的总强度是指带束层部沿周向的强度，并且为通过将一根帘线的强度乘以帘线数量计算的值。此外，当将帘线相对于周向成角度θ倾斜时，总强度通过将上述强度乘以cosθ计算。带束层部在其全部宽度范围内沿周向的总强度为构成带束层部的所有帘线的帘线强度的总和。

在示于图1的实施方案中，带束层部7由四个带束层6(6a-6d)组成，但构成带束层部7的带束层6可为至少两层。带束层部不限于图1的实施方案。

在构成带束层部7的带束层6中的至少两层中，使用具有高弹性模量以致在3.2cN/dtex的负荷下沿伸长方向的伸长率为2.2-9.3％的有机纤维帘线，由此能够获得优良的在轮胎胎冠部中的″轮箍(hoop)″效果。该效果可有效地抑制在高内压填充时沿胎面部周向的伸长率并确保优良的对异物侵入的耐久性。此外，此处使用的术语“在3.2cN/dtex负荷下沿伸长方向的伸长率”为根据JIS L1017测量的值。

在本发明中，将保护带束层8设置在带束层部7沿径向的外侧。保护带束层通过应用具有扯断强度不小于6.3cN/dtex的高强度有机纤维帘线形成对异物的优良保护体(protector)。此外，将保护带束层的周向刚性设定为比带束层部的周向刚性足够小。优选地，使两者之间的比例或保护带束层的周向刚性与带束层部的周向刚性的比例小于0.5。由此，即使通过填充内压导致轮胎的径向生长，也不施加大的张力至构成保护带束层的帘线，并且在使用中也可维持优良的耐切割性。当保护带束层与带束层部之间的周向刚性的比例为不小于0.5时，通过填充内压将大的张力施加至构成保护带束层的帘线，并且不期望地损害帘线的耐切割性。此外，此处使用的术语″扯断强度″为根据JIS L1017测量的值。

此处使用的带束层部/保护带束层的周向刚性是指沿构成带束层部/保护带束层的帘线的周向刚性，并表示为当将给予2％伸长率的负荷施加至一根帘线时，每单位尺寸的帘线张力(cN/dtex)。当将帘线相对于轮胎赤道面成角度θ倾斜时，将帘线张力乘以cosθ。当轮胎内侧的帘线沿轮胎周向以波纹形延伸时，不计算帘线在笔直延伸状态下的强度，而计算假如其沿周向延伸时帘线在以波纹形在轮胎中埋置的状态下的强度。

此外，确认：当将具有0.5-5.0％热收缩率的有机纤维帘线应用于保护带束层时，在轮胎硫化期间在加热时引起在帘线周围的橡胶的相对运动或橡胶流动。因而，发现：用于改进轮胎胎面部中的粘合性需要的构件之间的橡胶流动通过在硫化期间轮胎内部构件的收缩作用而不是轮胎扩张率的增大来获得。因而，获得胎面部中粘合性，即胎面部的高速耐久性的改进，而且可改进对生产条件改变的耐用(robust)性。此外，此处使用的热收缩率是将帘线水平保持并在施加50g张力的状态下在177℃下放置2分钟之后，帘线收缩的量，以％表示。

在本发明中，优选将聚酮纤维帘线应用于航空器用子午线轮胎中的带束层和/或保护带束层。该纤维帘线的应用可获得构成保护带束层的帘线需要的物性值，因此可以生产轮胎，同时建立对异物的优良耐久性和胎面耐久性。

作为聚酮纤维帘线，使用基本具有由通式(I)表示的重复单元的聚酮纤维帘线：

(其中A为源自用不饱和键聚合的不饱和化合物的部分，并且各重复单元可相同或不同)。

此外，在聚酮中，优选其中不小于97mol％的重复单元为1-氧基三亚甲基(1-oxotrimethylene)[-CH₂-CH₂-CO-]的聚酮，更优选其中不小于99mol％为1-氧基三亚甲基的聚酮，最优选其中100mol％为1-氧基三亚甲基的聚酮。

在作为聚酮纤维原料的聚酮中，酮基团可部分地彼此键合，或源自不饱和化合物的部分可彼此键合，但优选源自不饱和化合物的部分与酮基团的交互排列的比例为不小于90质量％，更优选不小于97质量％，最优选100质量％。

形成在式(I)中的A的不饱和化合物最优选乙烯，可为除乙烯之外的不饱和烃如丙烯、丁烯、戊烯、环戊烯、己烯、环己烯、庚烯、辛烯、壬烯、癸烯、十二碳烯、苯乙烯、乙炔或丙二烯等；包含不饱和键的化合物如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯基酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、十一碳烯酸、十一烯醇、6-氯己烯、N-乙烯基吡咯烷酮、磺酰基膦酸(sulfonylphosphonic acid)的二乙基酯、苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠、乙烯基吡咯烷酮或氯乙烯等；等。

关于聚酮的聚合度，优选由下式定义的极限粘度[η]在1-20dL/g，更优选2-10dL/g，甚至更优选3-8dL/g的范围内：

$\left[\mathrm{\η}\right]=\underset{C\→0}{\lim }\frac{(T-t)}{(t\·G)}$

(其中t为具有纯度不小于98％的六氟异丙醇在25℃下通过粘度管的流过时间，T为溶解于六氟异丙醇的聚酮的稀释溶液在25℃下通过粘度管的流过时间；C为在100ml稀释溶液中溶质的质量(g))。当该极限粘度小于1dL/g时，分子量过小，难以获得高强度聚酮纤维帘线，而且在纺丝、干燥和拉伸的步骤中经常引起问题如起绒和扯断等。而当该极限粘度超过20dL/g时，聚合物的合成花费很多时间和成本，而且难以均匀地溶解该聚合物，这可能恶劣地影响纺丝性(spinability)和物性。

作为用于形成聚酮纤维的方法，优选以下方法：(1)包括将未拉伸纤维纺丝并进行多阶段热拉伸的步骤的方法，其中在特定温度和牵引率(draft ratio)下进行在多阶段热拉伸步骤中的最终拉伸，和(2)包括将未拉伸纤维纺丝，进行热拉伸，然后在高张力下骤冷的步骤的方法。通过方法(1)或(2)形成聚酮纤维，可获得适合于生产聚酮纤维帘线的期望细丝。

用于将未拉伸聚酮纤维纺丝的方法不特别限定，但可采用常规公知方法。具体地，提及如JP-A-H02-112413、JP-A-H04-228613和JP-A-H04-505344中公开的使用有机溶剂如六氟异丙醇或间甲酚等的湿式纺丝法，以及如WO99/18143、WO00/09611、JP-A-2001-164422、JP-A-2004-218189和JP-A-2004-285221中公开的使用锌盐、钙盐、硫氰酸盐或铁盐等的水溶液的湿式纺丝法。在它们中，优选使用所述盐的水溶液的湿式纺丝法。

例如，在使用有机溶剂的湿式纺丝法中，将聚酮聚合物以0.25-20质量％的浓度溶解于六氟异丙醇或间甲酚等中，并通过喷丝嘴挤出以形成纤维，然后在甲苯、乙醇、异丙醇、正己烷、异辛烷、丙酮或甲乙酮等的非溶剂浴中除去溶剂，由此在洗涤后能够获得未拉伸聚酮纤维。

另一方面，在使用水溶液的湿式纺丝法中，将聚酮聚合物以2-30质量％的浓度溶解于锌盐、钙盐、硫氰酸盐或铁盐等的水溶液中，并通过喷丝嘴挤出进入在50-130℃下的凝固槽中以进行凝胶纺丝，然后脱盐并干燥，从而获得未拉伸聚酮纤维。在溶解聚酮聚合物的水溶液中，优选使用卤化锌和碱金属或碱土金属的卤化物的混合物。在凝固浴中，可使用水、金属盐的水溶液，或有机溶剂如丙酮或甲醇等。

作为拉伸未拉伸纤维的方法，优选热拉伸方法，其中将未拉伸纤维通过加热至高于未拉伸纤维的玻璃化转变温度的温度来拉伸。此外，在上述方法(2)中的未拉伸纤维的拉伸可在一阶段中进行，但优选进行多阶段拉伸。热拉伸方法不特别限定，可采用在例如热辊或热板等上运转纤维的方法。此时，热拉伸温度优选在110℃至(聚酮的熔点)的范围内，总拉伸率优选不小于10倍。

当通过方法(1)进行聚酮纤维的形成时，在多阶段热拉伸的最终拉伸步骤中的温度优选在110℃至(即将在最终拉伸步骤之前的拉伸步骤中的拉伸温度-3℃)的范围内，在多阶段热拉伸的最终拉伸步骤中的拉伸率优选在1.01至1.5倍的范围内。另一方面，当通过方法(2)进行聚酮纤维的形成时，热拉伸后施加至纤维的张力优选在0.5至4cN/dtex的范围内，在骤冷中的冷却速率优选不小于30℃/秒，在骤冷中的冷却结束温度优选为不大于50℃。热拉伸聚酮纤维的骤冷方法不特别限定，可采用常规已知方法。具体地，优选使用轧制(roll)的冷却方法。然而，由于如此获得的聚酮纤维的弹性应变保持率(retention of elastic strain)大，因此优选通常将纤维进行松弛热处理以使纤维长度短于热拉伸后的纤维长度。此时，松弛热处理的温度优选在50-100℃的范围内，松弛率优选在0.980至0.999倍的范围内。

根据本发明的保护带束层可采用能够给予胎面部对异物侵入的优良保护体效果的结构。在本发明的保护带束层中，将大量预成型为波纹形的有机纤维帘线沿周向盘旋，由此即使在填充较高轮胎内压时，也防止施加张力至构成保护带束层的帘线，并且可以保持胎面部的保护效果而不损害帘线固有的高耐切割性。在图3(a)中，示出其中保护带束层包括预成型为波纹形的有机纤维帘线的实施方案。

可选择地，通过相对于轮胎的赤道面成30-60°的角度配置大量有机纤维帘线，能够类似地获得高保护效果。更优选地，通过配置多个保护带束层以将这些层的帘线沿左右方向交叉，能够更有效地防止较小异物的侵入。当有机纤维帘线的角度小于30°，在填充内压时施加张力，从而引起耐切割性的恶化。而当其超过60°时，不能预期沿轮胎横向的对最高危险性切割的耐切割性的足够效果。在图3(b)中，示出其中配置各自具有倾斜有机纤维帘线的两层保护带束层的实施方案。

为了进一步增强对异物侵入胎面部的耐久性，沿轮胎横向的构成保护层的有机纤维帘线的密度为每10mm宽度3.0-10.0根帘线。当该密度小于3.0根帘线/10mm时，帘线之间的间隔变得较宽，难以防御小异物的侵入。而当该密度超过10.0根帘线/10mm时，由于帘线密集，不能够充分地确保帘线之间的橡胶厚度(gauge)，这恶化在该区域中的粘合性。

《实施例》

在本发明的说明中给出以下实施例，但不作为本发明的限定。

为了确认本发明的效果，提供常规例的一种轮胎、根据本发明实施例的六种轮胎和比较例的两种轮胎，并测量其耐切割性和高速耐久性。此外，轮胎尺寸为46×17R20 30PR。对这些轮胎评价的性能结果示于表1中。在实施例1至实施例6中，将聚酮纤维帘线用于保护带束层。在实施例1、实施例3和实施例5中，保护带束层通过配置预成型为波纹形的聚酮纤维帘线(图3a)来构成。在实施例2、实施例4和实施例6中，两层保护带束层通过配置倾斜聚酮纤维帘线来构成(图3b)。在表1中，角度[°]是指相对于轮胎赤道面的角度。

在表1中的耐切割性为通过以下测试获得的值：其中将宽度50mm、高度30mm和切割边缘角30°的锋利切割机(sharpcutter)沿轮胎横向压向在特定内压下的充气的轮胎，同时逐渐增大负荷，并通过基于在比较例轮胎中保护带束层破裂时的负荷为100的指数来表示。该指数值越大，性能越好。

在表1中的高速耐久性通过在规定条件下在特定内压和负荷下在鼓测试机上重复进行起飞测试来评价，并通过基于在常规例轮胎中直到出现问题的测试次数为100的指数来表示。该指数值越大，直到轮胎出现问题的起飞次数越大，高速耐久性越好。在实施例中，高速耐久性通过重复进行起飞测试，并计数直到出现问题的测试次数来评价，在所述起飞测试中，将轮胎以TRA中规定的内压和负荷并以恒定比例从速度为0加速至规定速度，从而行驶距离达到11,500英尺。

此外，在比较例1-2中保护带束层的周向刚性与带束层部的周向刚性的比例为不小于0.5，在比较例2和实施例4的两层保护带束层中的倾斜帘线的角度在规定范围之外，在实施例5-6的保护带束层的帘线密度在规定范围之外。

如从表1所见，实施例轮胎具有耐切割性和高速耐久性两者的优良性能，特别是其高速耐久性比常规例轮胎的高速耐久性更优良。另一方面，比较例的轮胎不优于与实施例轮胎不同的常规例轮胎的耐切割性和高速耐久性两者。

在航空器用子午线轮胎中，带束层部在全部宽度范围内沿周向的总强度T_belt满足特定关系，将高模量有机纤维帘线应用于带束层部，使保护带束层的周向刚性与带束层部相比足够小，并且带束层部与保护带束层之间的周向刚性比在规定范围内，此外，使保护带束层的物性，即，扯断强度和热收缩率在一定范围内，由此可以改进胎面部的耐久性，同时维持航空器用子午线轮胎中对异物侵入的耐久性。根据本发明的轮胎具有此类优良物性，并可用作航空器用子午线轮胎。

Claims (7)

1.一种航空器用子午线轮胎，其包括在一对胎圈芯之间环状延伸并包括至少一层胎体帘布层的子午线轮胎胎体，和配置在所述子午线轮胎胎体的胎冠区域外周上并由各自包含有机纤维帘线的多层带束层组成的带束层部，所述航空器用子午线轮胎的特征在于，所述带束层部在其全部宽度范围内沿周向的总强度T_belt[N]满足T_belt/WD≥1.5×10⁶，其中D[m]为所述轮胎的外径，W[m]为所述轮胎的宽度；

所述带束层部由各自包含有机纤维帘线的至少两层带束层组成，所述有机纤维帘线具有在3.2cN/dtex负荷下沿伸长方向的伸长率为2.2至9.3％；

将具有比所述带束层部的周向刚性低的周向刚性的保护带束层配置在所述带束层部沿径向的外侧；

所述保护带束层的周向刚性与所述带束层部的周向刚性的比例为小于0.5；和

所述保护带束层包括具有不小于6.3cN/dtex的扯断强度和0.5至5.0％的热收缩率的有机纤维帘线。

2.根据权利要求1所述的航空器用子午线轮胎，其中构成所述保护带束层的所述有机纤维帘线为聚酮纤维帘线。

3.根据权利要求2所述的航空器用子午线轮胎，其中所述聚酮纤维为基本由以下通式(I)表示的重复单元组成的聚酮纤维：

其中，A为源自用不饱和键聚合的不饱和化合物的部分，并且各重复单元可相同或不同。

4.根据权利要求3所述的航空器用子午线轮胎，其中在所述式(I)中的A为乙烯。

5.根据权利要求1至4任一项所述的航空器用子午线轮胎，其中所述保护带束层通过将大量预成型为波纹形的有机纤维帘线沿所述轮胎周向盘绕构成。

6.根据权利要求1至4任一项所述的航空器用子午线轮胎，其中所述保护带束层由至少一层组成并通过相对于所述轮胎的赤道面成30至60°的角度配置大量有机纤维帘线构成。

7.根据权利要求1至6任一项所述的航空器用子午线轮胎，其中沿所述轮胎横向，构成所述保护带束层的有机纤维帘线的密度为3.0至10.0根帘线/10mm。

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