CN102216091B - 包含低渗透性的胎体增强缆线和减小厚度的橡胶合成物的轮胎 - Google Patents

包含低渗透性的胎体增强缆线和减小厚度的橡胶合成物的轮胎 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有径向胎体增强件的轮胎，所述径向胎体增强件由至少一层金属增强元件构成，所述轮胎包括胎冠增强件，该胎冠增强件径向地覆盖有胎面，所述胎面经由两个胎侧连接到两个胎圈。根据本发明，至少一个胎体增强层的金属增强元件为非环箍缆线，该非环箍缆线在所谓的渗透性试验中具有小于20cm3/min的流速，并且轮胎模腔的内表面与胎体增强件的金属增强元件的最接近模腔的所述内表面的点之间的橡胶合成物的厚度小于4mm。

Description

包含低渗透性的胎体增强缆线和减小厚度的橡胶合成物的轮胎
本发明涉及一种具有径向胎体增强件的轮胎，更特别地涉及一种旨在装备匀速行驶的重型车辆的轮胎，比如例如卡车、拖拉机、拖车或大客车这样的重型车辆。
轮胎的增强件，并且特别是重型车辆轮胎的增强件当前(最经常地)由一摞一个或多个帘布层组成，所述帘布层传统上表示为“胎体帘布层”、“胎冠帘布层”等。表示这些增强件的方式源于制造工艺，所述制造工艺在于制造一系列帘布层形式的半成品，这些半成品通常具有纵向的像丝线状的增强构件，所述增强构件随后被组装或堆叠起来以制造轮坯。帘布层以大尺寸被平直地制造，然后根据给定产品的尺寸切割。帘布层的组装同样首先近似平直地完成。然后如此被制造的轮坯经历成形工序以取得轮胎的典型的环形复曲(toroidal)轮廓。然后将这些半成品或“成品”应用到轮坯上以获得准备硫化的产品。
特别地就制造轮坯阶段而言，这种“传统的”工艺包括锚固元件(一般是胎圈钢丝)的使用，所述锚固元件用于将胎体增强件锚固或保持在轮胎的胎圈区域中。因此，对于这种工艺来说，构成胎体增强件(或只是其一部分)的全部帘布层的一部分围绕布置在轮胎的胎圈中设置的胎圈钢丝向上包边。这将胎体增强件锚固在胎圈中。
尽管在帘布层和组件的制造方法上有许多不同，但在这种传统工艺的产业中的普遍原理已经引领本领域中的一般技术人员使用从这些工艺中取得的词汇：因此一般接受的术语特别地包括术语“帘布层”、“胎体”、“胎圈钢丝”、“成形”等等，以表示从平直轮廓向环形复曲轮廓的转变。
现今，出现严格来说并不具有根据上述定义的“帘布层”或“胎圈钢丝”的轮胎。例如，文件EP 0 582 196公开了不借助帘布层形式半成品而制造的轮胎。例如，各增强结构的增强元件直接应用到橡胶合成物邻接的层，整个组件应用于环形复曲芯部上的连续的层中，环形复曲芯部的形状直接形成与在制造的轮胎的最终轮廓相同的轮廓。因此，在这种情况下，不再有“半成品”或“帘布层”或“胎圈钢丝”。基础产品，例如橡胶合成物和丝线或细丝形式的增强元件，直接应用于芯体。因为该芯体具有环形复曲形状，所以不再有必要为了从平直轮廓变为环形复曲轮廓而形成轮坯。
此外，在上述文件中公开的轮胎不具有围绕胎圈钢丝向上包边的“传统的”胎体帘布层。这种锚固被一种布置取代，在该布置中圆周丝线邻接所述胎侧增强件结构而设置，整个组件嵌入锚固的或粘合的橡胶合成物中。
还出现了在环形复曲芯体上的组件工艺，该工艺使用特别适于在中央芯体上的快速、有效且简单地铺设的半成品。最后，还能够使用包括两种特定半成品的混合物，以制造特定的结构特征(例如帘布层、胎圈钢丝等等)，而其它特征通过合成物和/或增强元件的直接应用而制造。
在本文件中，考虑到在制造领域中和在产品设计中的最新的技术发展，例如“帘布层”、“胎圈钢丝”等这样的传统术语有利地被中性术语或独立于所使用的工艺类型的术语取代。因此，对于表示使用无半成品的工艺制造的轮胎的传统工艺中的胎体帘布层的增强元件和一般应用于胎侧的相应的增强元件来说，术语“胎体型增强构件”或“胎侧增强构件”是有效的。对于术语“锚固区域”而言，其恰好不但表示围绕传统工艺的胎圈钢丝向上包边的“传统的”胎体帘布层，还表示由底部区域的圆周增强元件、橡胶合成物和相邻的胎侧增强部分所组成的组件，所述底部区域通过在环形复曲芯体上应用的工艺而制造。
通常在重型车辆轮胎中，胎体增强件锚固在胎圈区域的任一侧并且径向地覆盖有胎冠增强件，该胎冠增强件由至少两个叠置层构成并且由每层中平行的丝线或帘线组成，所述丝线或帘线在一层与另一层之间交叉，与圆周方向形成在10°至45°之间的角度。组成工作增强层的所述工作层可以覆盖有至少一层保护层，该保护层有利地由称为弹性元件的金属可延展增强元件构成。胎冠增强件还可以包括一层低延展性的金属丝线或帘线，它们与圆周方向形成在45°至90°之间的角度，称为三角帘布层的该帘布层径向地位于胎体增强件与称为工作帘布层的第一胎冠帘布层之间，它们由角度绝对值至多等于45°的平行的丝线或帘线组成。三角帘布层与至少所述工作帘布层组成三角增强件，该三角增强件在承受各种应力时几乎不经历形变，三角帘布层的实质作用是吸纳轮胎的胎冠区域中的所有增强元件都会承受的横向压缩力。
在重型车辆轮胎的情况下，通常出现单一保护层，并且在多数情况下该保护层的保护元件定向的方向和角度的绝对值与径向最外并因此径向相邻的工作层的增强元件相同。在用于行驶于略微不平的地面的土木工程车辆轮胎的情况下，两层保护层的存在是有利的，增强元件在一个层与下一层之间交叉，并且径向内部保护层的增强元件与邻近所述径向内部保护层的径向外部工作层的可延展增强元件交叉。
轮胎的圆周方向或纵向方向是对应于轮胎的外围且由轮胎的行驶方向限定的方向。
轮胎的横向方向或轴向方向平行于轮胎的旋转轴线。
径向方向是与轮胎的旋转轴线相交并且与其垂直的方向。
轮胎的旋转轴线是其在正常使用中旋转所围绕的轴线。
径向平面或子午平面是包含轮胎的旋转轴线的平面。
圆周中平面或赤道平面是垂直于轮胎的旋转轴线且将轮胎分成两半的平面。
因为在全世界范围内的公路网的改进和高速公路的扩建，某些当前的“公路”轮胎拟用于高速地行驶过日益延长的路程。要求这样的轮胎行驶所处的全部条件无疑使轮胎能够行驶更多的公里数，这就要求减少轮胎的磨损。但是，对这种轮胎的耐久性持怀疑态度。为了允许这类轮胎上的一次或甚至两次翻新作业以延长它们的寿命，有必要保留一个结构并且特别地保留具有耐久性能的胎体增强件，该耐久性能足以经受所述多次翻新作业。
如此构造的轮胎在特别严酷条件下的持久行驶实际上导致了在这些轮胎的耐久性方面的限制。
胎体增强件的元件在行驶过程中特别地承受不利地影响其耐久性的挠曲应力和压缩应力。组成胎体层的增强元件的帘线实际上在轮胎行驶时承受大的应力，特别是承受反复的挠曲应力或曲率的变化，从而导致丝线之间的摩擦，并且因此导致磨损和疲劳：这种现象被称为“疲劳磨损”。
为了满足其增强轮胎的胎体增强件的功能，所述帘线必须首先具有良好的弹性和高的挠曲耐久性，这特别地意味着它们的丝线必须具有相对小的直径，该直径优选地小于0.28mm，更优选地小于0.25mm，一般地小于用于轮胎的胎冠增强件的传统帘线的丝线的直径。
胎体增强件的帘线也承受正是由帘线特性引起的“疲劳腐蚀”现象，帘线特性提升了腐蚀剂的通路或者甚至对所述腐蚀剂进行导流，所述腐蚀剂例如氧气和水分。具体而言，例如由于切割之后的降解或更简单地由于轮胎内表面的即使很低的渗透性，空气或水渗透轮胎，由于帘线中形成的通道的特有结构，这些空气或水可以被这些通道输送。
所有这些疲劳现象一般统一于通用术语“疲劳磨损腐蚀”之下，这些疲劳现象是帘线的机械性能逐渐降低的原因，并且在最严酷行驶条件下可能会影响所述帘线的寿命。
为了改进胎体增强件的这些帘线的耐久性，特别地已知的是，增加构成轮胎的模腔的内壁的橡胶层的厚度，其目的是使所述层的渗透性最小化。该层通常部分地由丁基橡胶构成，以更好地密封轮胎。这种材料的缺点是增加了轮胎的成本。
还已知的是，改变所述帘线的结构，以特别地通过橡胶提高其渗透性并且因此限制氧化剂的通道大小。
此外，特别是在使用驱动轴上或拖车上的双重结构时，道路拖运的重型车辆上的轮胎的使用导致它们意外地在泄气的模式下使用。这是因为完成的分析已显示，通常的情况是，轮胎在未充满气的模式下使用而驾驶员却并未发觉。未充满气的轮胎因此经常在相当长的行驶距离上使用。以此方式使用的轮胎经历比正常使用条件下更大的变形，这可能会导致“屈曲”型的胎体增强件的帘线的变形，特别地对于经受膨胀压力引起的应力来说，这些变形是极其有害的。
为了限制胎体增强件的增强元件的屈曲的风险引起的问题，已知的是，使用包覆有附加丝线的缆线环绕帘线并且防止帘线或帘线的构成丝线发生屈曲的任何风险。虽然以此方式制造的轮胎由于低充气压力行驶引起损坏的风险被降低，但是这些轮胎的挠曲耐久性的性能降低，这一性能的降低特别地归因于在轮胎行驶时的变形过程中帘线的环箍丝线和外部丝线之间的摩擦。
还已知的是，为了解决未充满气的轮胎行驶之中的这种帘线屈曲问题，在面对易于屈曲的胎体增强件区域的多个区域中，至少局部地增加构成轮胎的模腔的内壁的橡胶层的厚度。如上文所述，使胎体增强件与轮胎的模腔分开的橡胶层的厚度的任何增大，甚至是局部的增大，都会导致轮胎的更高的成本。
发明人因此以向重型车辆提供轮胎为目的，所述轮胎的磨损性能在公路使用中得以维持，且特别地所述轮胎对于特别在任何行驶条件下的“疲劳腐蚀”或“疲劳磨损腐蚀”现象的耐久性能得以提高，特别是在充气方面的耐久性能得以提高，所述轮胎的制造成本保持在可接受的范围。
根据本发明，所述目的已经由一种具有径向胎体增强件的轮胎所实现，所述径向胎体增强件由至少一层增强元件构成，所述轮胎包括胎冠增强件，该胎冠增强件自身径向地覆盖有胎面，所述胎面经由两个胎侧连接到两个胎圈，至少一层胎体增强件的金属增强元件为非环箍帘线，该非环箍帘线在渗透性试验中具有小于20cm3/min的流速，轮胎的模腔的内表面与胎体增强件的金属增强元件的最接近模腔的所述内表面的点之间的橡胶合成物的厚度小于4mm。
所述渗透性试验通过测量在恒压下在给定时间内穿过试样的空气的体积，从而用于确定被试验帘线的空气的纵向渗透性。该试验的原理对于本领域的一般技术人员来说是公知的，所述原理在于证明帘线的处理的效力，从而使帘线对于空气来说是不可渗透的。该试验已经例如在标准ASTM D2692-98中做出了描述。
该试验在通过剥脱直接从帘线增强的硫化橡胶帘布层抽出的帘线上完成，因此该试验在已经被硫化橡胶渗透的帘线上完成。
该试验在2cm长的帘线上完成，因此帘线按以下方式覆盖有在其周围的硫化状态的橡胶合成物(或包覆橡胶)：空气在1bar的压力下送入帘线，使用流量计(例如标有从0至500cm3/min的刻度)测量离开帘线的空气的体积。在测量的过程中，帘线试样封装在受压密封件(例如密实泡沫或橡胶制成的密封件)中，以此方式使得在测量中只考虑从帘线的一端到另一端沿着其纵向轴线穿过的空气的量。事先使用固体橡胶试验样本检查密封件自身所提供的密封，换言之，该试验样本没有帘线。
测得的平均空气流速(10个试验样本的平均值)越小，帘线的纵向不渗透性越高。因为所述测试是以±0.2cm3/min的精确度进行的，所以等于或小于0.2cm3/min的测得值被视为零，并且对应的帘线可以被称为沿其轴线(即在其纵向方向上)是气密的(完全气密的)。
该渗透性试验还建立了一种间接测量帘线被橡胶合成物渗透的程度的简单方法。测得的流速越小，帘线被橡胶渗透的程度越高。
在渗透性试验中具有小于20cm3/min的流速的帘线具有大于66％的渗透程度。
还可以使用下述方法估算帘线的渗透程度。在分层帘线的情况下，这种方法首先在于去除长度在2cm至4cm之间的试样上的外层，然后沿着纵向方向且沿着给定轴线测量由试样的长度所分开的橡胶合成物的多个长度的总和。这些橡胶合成物长度测量排除未该沿纵向轴线被渗透的空间。这些测量沿着分布在试样的外围上的三个纵向轴线重复进行，并且在五个帘线试样上重复进行。
当帘线包括多个层时，在新的外层重复第一去除步骤且沿着多个纵向轴线测量橡胶合成物的多个长度。
然后对如此确定的橡胶合成物的多个长度与多个试样长度的所有比值取平均值，以确定帘线的渗透程度。
轮胎的模腔的内表面与增强元件的最接近所述表面的点之间的橡胶合成物的厚度等于增强元件的最接近所述表面的点的端部在轮胎的模腔的内表面上的正交投影的长度。
橡胶合成物厚度的多次测量在轮胎的横截面上完成，该轮胎因此处于未充气的状态。
发明人已经证明，以此方式生产的根据本发明的轮胎在耐久性和制造成本之间的折衷方面产生了非常有利的改进。实际上，无论是在正常行驶条件下还是在未充满气的模式下行驶时，这种轮胎的耐用特性都至少与上文所述的最佳方案的耐用特性同样好。此外，因为这种胎体增强件与轮胎的模腔之间的橡胶合成物层的厚度小于标准轮胎的相应橡胶合成物层的厚度，这一厚度构成轮胎的最耗成本的部件之一，所以这种轮胎的制造成本低于标准轮胎的制造成本。在渗透性试验中具有小于20cm3/min的流速的胎体增强件的帘线一方面能够限制腐蚀引起的风险，另一方面似乎赋予反屈曲作用，因此使轮胎模腔的内表面与胎体增强件之间的橡胶合成物的厚度能够最小化。
根据本发明的优选实施方案，胎体增强件的帘线在渗透性试验中具有小于10cm3/min的流速，并且优选地具有小于2cm3/min的流速。
根据本发明的优选实施方案，轮胎的模腔与径向最内的胎体增强件层的增强元件之间的橡胶合成物由至少两层橡胶合成物构成，径向最内层橡胶合成物具有小于2mm的厚度，并且优选地具有小于1.8mm的厚度。如上文所述，为了提高轮胎的不渗透性，通常该层部分地由丁基橡胶构成，并且因为这种材料的成本并不低廉，所以减少在该层中的用量是有利的。
此外，根据本发明优选地，径向邻接径向最内层橡胶合成物的那层橡胶合成物具有小于2.5mm的厚度，并且优选地具有小于2mm的厚度。该层的成分能够特别地固定空气的氧，为了进一步降低轮胎的成本，该层的厚度也可以减小。
这两层的每一者的厚度等于一个表面上的点到所述层的另一表面上的正交投影的长度。
根据本发明的一个有利的实施方案，至少一层胎体增强件的金属增强元件是具有至少两个层的帘线，至少内层包覆有包括可交联或交联橡胶合成物的层，优选地该可交联或交联橡胶合成物基于至少一种二烯弹性体。
本发明还提供一种具有径向胎体增强件的轮胎，所述径向胎体增强件由至少一层增强元件构成，所述轮胎包括胎冠增强件，该胎冠增强件自身径向地覆盖有胎面，所述胎面经由两个胎侧连接到两个胎圈，至少一层胎体增强件的金属增强元件为非环箍帘线，该非环箍帘线具有至少两个层，至少内层包覆有由可交联或交联橡胶合成物构成的层，该可交联或交联橡胶合成物优选地基于至少一种二烯弹性体，并且轮胎的模腔的内表面与胎体增强件的金属增强元件的最接近模腔的所述内表面的点之间的橡胶合成物的厚度小于4mm。
表述“基于至少一种二烯弹性体的合成物”公知的意思是，该合成物主要(即质量百分比大于50％)包括这种或这些二烯弹性体。
应当注意的是，为了形成具有有利地基本上圆形的横截面的连续的套筒，根据本发明的包鞘围绕其覆盖的层连续地延伸(也就是说，该包鞘在帘线的“正交径向(orthoradial)”方向上是连续的，该“正交径向”方向垂直于其半径)。
还应当注意的是，该包鞘的橡胶合成物是可交联或交联的，也就是说，就其定义而言，其包括适当的交联系统，该交联系统由此允许合成物在其正经历硫化(即其硫化且未熔化)的同时发生交联。因此，该橡胶合成物可以被称为“非熔化的”，因为不能通过将其加热至任何温度使其熔化。
术语“二烯”弹性体或橡胶的公知的意思是，至少部分地源自二烯单体(带有两个共轭或非共轭的碳-碳双键的单体)的弹性体(即均聚物或共聚物)。
按已知的方式，二烯弹性体可以分成两类：“基本不饱和的”二烯弹性体和“基本饱和的”二烯弹性体。通常，“基本不饱和的”二烯弹性体在此的意思是，至少部分地从具有大于15％(mol％)的二烯单元(共轭二烯)的原始含量的共轭二烯单体获得的二烯弹性体。因此，例如，诸如丁基橡胶或者EPDM类型的二烯和α-烯烃的共聚物的二烯弹性体并未落入上述定义中，并且特别地可以被称为“基本饱和的”二烯弹性体(具有低的或非常低的并且总是小于15％的二烯单元的原始含量)。在“基本不饱和的”二烯弹性体这一类中，术语“高度不饱和的”二烯弹性体的意思特别地是，具有大于50％的二烯单元(共轭二烯)的原始含量的二烯弹性体。
考虑到这些定义，可以在根据本发明的帘线中使用的二烯弹性体更特别地意思是：
(a)通过使具有从4到12个碳原子的共轭二烯单体聚合而获得的均聚物；
(b)通过使一个或多个共轭二烯彼此共聚或与一个或多个具有从8到20个碳原子的芳香乙烯基化合物共聚而获得的共聚物；
(c)通过使乙烯、具有3到6个碳原子的α-烯烃和具有从6到12个碳原子的非共轭二烯单体共聚而获得的三元共聚物，例如从乙烯或丙烯和上述类型的非共轭二烯单体获得的弹性体，例如1，4-己二烯、亚乙基降冰片烯和二环戊二烯；
(d)异丁烯/异戊二烯共聚物(丁基橡胶)以及这种共聚物的卤化的，特别地含氯的或溴化变体。
虽然其适用于任何类型的二烯弹性体，但是本发明主要用基本不饱和的二烯弹性体来实施，特别地用上述(a)或(b)类型的基本不饱和的二烯弹性体来实施。
因此，所述二烯弹性体优选地选自：聚丁二烯(BR)、天然橡胶(NR)、合成聚异戊二烯(IR)、各种丁二烯共聚物、各种异戊二烯共聚物以及这些弹性体的混合物。更优选地，这些共聚物选自：苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)、丁二烯-异戊二烯共聚物(BIR)、苯乙烯-异戊二烯共聚物(SIR)以及苯乙烯-丁二烯-异戊二烯共聚物(SBIR)。
根据本发明更优选地，所选的二烯弹性体主要(即就大于50phr而言)由异戊二烯弹性体构成。术语“异戊二烯弹性体”的公知的意思是，异戊二烯均聚物或共聚物，换言之，该二烯弹性体选自：天然橡胶(NR)、合成聚异戊二烯(IR)、各种异戊二烯共聚物以及这些弹性体的混合物。
根据本发明的一个有利的实施方案，所选的二烯弹性体排它地(即100phr)由天然橡胶、合成聚异戊二烯或这些弹性体的混合物构成，所述合成聚异戊二烯的1，4-顺键的含量(mol％)优选地大于90％，并且甚至更优选地大于98％。
根据本发明的一个特别的实施方案，还能够使用该天然橡胶和/或这些合成聚异戊二烯与其它高度不饱和的二烯弹性体的馏分(cuts)(混合物)，特别是与上述SBR或BR弹性体的馏分(混合物)。
本发明的帘线的橡胶包鞘可以包含一种或多种二烯弹性体，除了所述的二烯类型外，这些二烯弹性体可以与任何类型的合成弹性体结合使用，或者甚至与弹性体以外的例如热塑聚合物这样的聚合物结合使用，弹性体以外的这些聚合物随后以少量聚合物存在。
虽然所述包鞘的橡胶合成物优选地缺乏任何塑性体，并且只包含作为聚合基的二烯弹性体(或二烯弹性体的混合物)，但是所述合成物也可以包括至少一种质量部分为xp的塑性体，xp小于弹性体的质量部分xe。在这种情况下，下述关系优选地适用：0＜xp＜0.5xe，并且更优选地下述关系适用：0＜xp＜0.1xe。
优选地，橡胶包鞘的交联系统是称为硫化系统的系统，也就是说基于硫磺(或硫磺供体)和主硫化催化剂的系统。可以在这种基本硫化系统中增加公知的第二硫化催化剂或硫化活化剂。硫磺的优选用量在0.5phr到10phr之间，更优选地在1phr到8phr之间，例如磺胺这样的主硫化催化剂的优选用量在0.5phr到10phr之间，更优选地在0.5phr到5.0phr之间。
在所述交联系统之外，根据本发明的包鞘的橡胶合成物还包括可以用于轮胎的橡胶合成物中的所有的共同成分，例如基于炭黑的增强填料和/或例如二氧化硅这样的无机增强填料、例如防氧化剂的抗老化剂、填充油、塑化剂或更易于在未硫化状态下加工合成物的加工辅料，亚甲基供体和受体、树脂、双马来酰亚胺、RFS(间苯二酚-甲醛-二氧化硅)类型的公知的粘附促进剂系统或金属盐，特别是钴盐。
优选地，在交联状态下，根据ASTM D 412(1998)的标准测量的在10％伸长率(表示为M10)的伸长下的橡胶包鞘的合成物具有小于20MPa、优选地小于12MPa、特别地在4MPa到11MPa之间的正割模量。
优选地，该包鞘的所选合成物与用于根据本发明的帘线意在增强的橡胶基质的合成物相同。因此，在包鞘的各种材料和橡胶基质之间没有不相容的问题。
优选地，所述合成物基于天然橡胶，并且包含作为增强填料的炭黑，例如ASTM 300、600或700等级的炭黑(例如N326、N330、N347、N375、N683或N772)。
根据本发明的变体，至少一层胎体增强件的金属增强元件为可用作轮胎胎体增强件的增强元件的[L+M]或[L+M+N]结构的分层金属帘线，该分层金属帘线包括第一层C1，该第一层C1具有L根直径为d1的丝线，其中L在从1至4的范围内变化，所述第一层C1被至少一个中间层C2包围，该中间层C2具有以捻距p2螺旋缠绕在一起的M根直径为d2的丝线，其中M在从3至12的范围内变化，所述层C2可选地被外层C3包围，该外层C3具有以捻距p3螺旋缠绕在一起的N根直径为d3的丝线，其中N在从8至20的范围内变化，由基于至少一种二烯弹性体的可交联或交联橡胶合成物构成的包鞘在[L+M]结构中覆盖所述第一层C1，在[L+M+N]结构中覆盖至少所述层C2。
优选地，内层的第一层(C1)的丝线的直径在0.10mm至0.5mm之间，外层(C2、C3)的丝线的直径在0.10mm至0.5mm之间。
更优选地，外层(C3)的所述丝线缠绕的螺旋捻距在8mm至25mm之间。
在本发明的含义中，捻距代表平行于帘线的轴线测得的长度，具有该捻距的丝线在该长度的末端围绕帘线的轴线完成一整圈；因此，如果轴线被垂直于所述轴线的两个平面分段并且以等于帘线的组成层的丝线的捻距的长度分开的话，该丝线的轴线在这两个平面中在与所述丝线的层对应的两个圆上具有相同的位置。
有利地，帘线具有一个特征，并且更优选地还具有全部的下述特征，该特征/这些特征确定为：
-层C3是饱和的层，也就是说在该层中没有足够的空间将直径为d3的至少第(N+1)根丝线加入其中，N代表能够作为围绕层C2的层缠绕的丝线的最大数量；
-橡胶包鞘此外还覆盖内层C1和/或分开中间层C2的成对的相邻丝线；
-橡胶包鞘实际上以此方式覆盖层C3的每一丝线的径向内侧半圆周，使得其分开该层C3的成对的相邻丝线。
在根据本发明的L+M+N结构中，中间层C2优选地包括六或七根丝线，并且根据本发明的帘线具有以下优选的特征(d1、d2、d3、p2和p3，单位是mm)：
(i)0.10＜d1＜0.28；
(ii)0.10＜d2＜0.25；
(iii)0.10＜d3＜0.25；
(iv)M＝6或M＝7；
(v)5π(d1+d2)＜p2≤p3＜5π(d1+2d2+d3)；
(vi)所述层C2、C3的丝线以相同的捻合方向(S/S或Z/Z)缠绕。
优选地，特征(v)存在p2＝p3的情况，以此方式使得此外考虑到特征(vi)的情况下(层C2和C3的丝线以相同的方向缠绕)帘线被称为是“紧凑的”。
根据特征(vi)，层C2和C3的全部的丝线以相同的捻合方向缠绕，也就是说，或者以方向S(“S/S”布置)或者以方向Z(“Z/Z”布置)缠绕。通过使层C2和C3以相同的方向缠绕，有利地能够在根据本发明的帘线中使这两个层C2和C3之间的摩擦最小化，因此使组成它们的丝线的磨损最小化(因为在丝线之间不再有交叉的接触)。
优选地，本发明的帘线是1+M+N结构的分层帘线，也就是说其内层C1由单根丝线构成。
还是有利地，根据层C2中的丝线的数量M(6或7)，(d1/d2)比值优选地设定在如下的给定范围内：
对于M＝6：0.9＜(d1/d2)＜1.3；
对于M＝7：1.3＜(d1/d2)＜1.6。
比值d1/d2的过低的值可能对于内层与层C2的丝线之间的磨损是不利的。对于过高的值，由于几乎不变的限定水平的强度，则会损害帘线的紧凑性，并且也可能损害其弹性。直径d1过大引起的内层C1的较大的硬度可能此外在拧合操作的过程中对帘线的完全可行性是不利的。
层C2和C3的丝线可以具有相同的直径或者其可以在一个层与另一层之间不同。优选地，特别地为了简化拧合工序并且为了降低成本，使用相同直径(d2＝d3)的丝线。
当然，能够作为围绕层C2的单个饱和的层C3缠绕的丝线的最大数量Nmax取决于多个参数(内层的直径d1、层C2的丝线的数量M和直径d2以及层C3的丝线的直径d3)。
优选地，本发明用选自以下结构的帘线实施：1+6+10、1+6+11、1+6+12、1+7+11、1+7+12或1+7+13结构。
为了在一方面的帘线的强度、可行性和屈曲耐久性与另一方面的橡胶的渗透性之间进行更好地折衷，优选地，无论层C2和C3的丝线的直径是否相等，它们都在0.12mm与0.22mm之间。
在这种情况下，优选地具有以下关系，这些关系确定为：
0.14＜d1＜0.22；
0.12＜d2≤d3＜0.20；
5＜p2≤p3＜12(小捻距，单位mm)或者20＜p2≤p3＜30(大捻距，单位mm)。
小于0.19mm的直径有助于减小在帘线的曲率的大的变化过程中帘线承受的应力的水平，同时特别地由于丝线强度和工业成本的原因，优选地选择大于0.16mm的直径。
例如，一个有利的实施方案在于选择8mm到12mm之间的p2和p3以及有利地1+6+12结构的帘线。
优选地，橡胶包鞘具有在从0.010mm到0.040mm的范围内变化的平均厚度。
通常，为了构成上述胎体增强帘线，本发明可以用任何类型的金属丝线实施，特别地用钢丝线实施，例如碳素钢丝线和/或不锈钢丝线。优选地使用碳素钢，但是当然能够使用其它钢或其它合金。
当使用碳素钢时，其含碳量(占钢的重量％)优选地在0.1％到1.2％之间，更优选地从0.4％到1.0％。这些含量代表了轮胎的所需机械性能与丝线的可用性之间的良好折衷。应当注意的是，在0.5％到0.6％之间的含碳量最终使这些钢成本较低，因为它们较易于拉制。按照预期应用，本发明的另一有利的实施方案可以还在于使用低碳钢，例如使用具有在0.2％到0.5％之间的含碳量的低碳钢，特别地因为它们具有较低成本并且拉制更容易。
根据本发明的帘线可以通过本领域一般技术人员公知的各种技术获得，例如通过以下两个步骤获得：首先，经由挤出头包覆L+M中间结构或芯部(层C1+C2)，其次，在首先的步骤之后的最终工序中，围绕由此被包覆的层C2拧合或捻合N根余下的丝线(层C3)。在可能的中间缠绕或解绕工序过程中，在橡胶包鞘造成的未硫化状态下的粘合的问题可以按照本领域中一般技术人员公知的方式解决，例如通过使用中间塑料薄膜解决。
根据本发明的一个实施方案，轮胎的胎冠增强件由至少两个工作胎冠层的不可延展的增强元件构成，这些增强元件在一个层与另一层之间交叉，与圆周方向形成在10°至45°之间的角度。
根据本发明的其它实施方案，胎冠增强件还包括至少一层圆周增强元件。
在本发明的优选实施方案中，所提供的胎冠增强件在径向外侧被至少一个补充保护层所增补，该补充保护层由弹性增强元件构成，这些弹性增强元件以10°至45°之间的角度朝圆周方向定向，该定向与和其径向邻接的工作层的不可延展的元件形成的角度的定向的指向相同。
保护层可以具有小于最窄工作层的轴向宽度的轴向宽度。所述保护层还可以具有大于最窄工作层的轴向宽度的轴向宽度，使得其覆盖最窄工作层的边缘，并且在径向上层最窄的情况下，使得在附加增强件的轴向延伸上，其连接于在轴向宽度上最宽的工作胎冠层，从而其后在轴向外侧通过具有至少2mm厚度的轮廓元件与所述最宽工作层分离。在上述情况下，由弹性增强元件构成的保护层可以一方面可选地通过轮廓元件与最窄工作层的边缘分离，另一方面具有小于或大于最宽胎冠层的轴向宽度的轴向宽度，所述轮廓元件的厚度基本上小于分开两个工作层的边缘的轮廓元件的厚度。
根据本发明的上述实施方案中的任何一者，在胎体增强件与最接近所述胎体增强件的径向内侧工作层之间的径向内侧，胎冠增强件还可以增补有钢制成的不可延展的金属增强元件的三角层，所述金属增强元件与圆周方向形成大于60°的角度，该角度与胎体增强件的径向最接近的层的增强元件形成的角度的指向相同。
在下文中，通过参考图1至图4对本发明的示例性实施方案的描述，本发明的其它细节和优点将变得清晰明了，附图中示出了：
-图1a是示出了根据本发明的一个实施方案的轮胎的示图的子午面视图；
-图1b是图1a中所示的示图的一部分的局部放大图；
-图2是在图1中所示的轮胎的胎体增强帘线的横截面上的示意图；
-图3是在根据本发明的胎体增强帘线的第一附加实例的横截面上的示意图；以及
-图4是在根据本发明的胎体增强帘线的第二附加实例的横截面上的示意图。
为了使这些附图更易于理解，它们并非按比例绘制。
在图1a中，轮胎1的型号是315/70R 22.5，其包括径向胎体增强件2，该径向胎体增强件2围绕胎圈钢丝4而锚固在两个胎圈3中。胎体增强件2由单层金属帘线11和两个压延层13组成。胎体增强件2环箍有胎冠增强件5，胎冠增强件5自身覆盖有胎面6。胎冠增强件5在径向上从内侧到径向外侧包括：
-第一工作层，该第一工作层由在该帘布层的整个宽度上连续的非环箍的不可延展的金属帘线11×35组成，所述帘线以18°的角度定向；
-第二工作层，该第二工作层由在该帘布层的整个宽度上连续的非环箍的不可延展的金属帘线11×35组成，所述帘线以18°的角度定向并且与第一工作层的金属帘线交叉；以及
-保护层，该保护层由弹性的金属帘线6×35组成。
组成胎冠增强件5的所有这些层并未在图中详细示出。
图1b示出了图1a的区域7的放大图，并且特别地表明了轮胎的模腔8的内表面10与增强元件11最接近所述表面10的点12之间的橡胶合成物的厚度E。该厚度E等于增强元件11最接近所述表面10的点12在表面10上的正交投影的长度。该厚度E是胎体增强件2的所述增强元件11之间设置的各橡胶合成物的厚度的和，一方面包括胎体增强件的径向内压延层13的厚度，另一方面包括形成轮胎1的内壁的橡胶合成物的各层14、15的厚度e1、e2。这些厚度e1、e2分别还等于相关的各层14、15的一个表面上的点到另一表面的正交投影的长度。
这些厚度尺寸在轮胎的横截面上测得，所以该轮胎是尚未安装且尚未充气的轮胎。
E的测量值等于3.4mm。
e1、e2的值分别等于1.5mm和1.7mm。
图2是经过图1中所示的轮胎1的胎体增强帘线21的横截面的示意图。该帘线21是1+6+12结构的非环箍的分层帘线，其由中央芯部、中间层和外层构成，该中央芯部由丝线22形成，该中间层由六根丝线23形成，该外层由十二根丝线25形成。
该帘线具有以下特征(d和p的单位是mm)：
-1+6+12结构；
-d1＝0.20；
-d2＝0.18；
-p2＝10；
-d3＝0.18；
-p2＝10；
-(d2/d3)＝1；
其中d2和p2分别是中间层的直径和螺旋捻距，d3和p3分别是外层的丝线的直径和螺旋捻距。
帘线的芯部通过由丝线22形成的中央芯部和由六根丝线23形成的中间层构成，所述帘线的芯部被基于未硫化的(处于未硫化状态的)二烯弹性体的橡胶合成物24包覆。在使用挤出头对由包围有六根丝线23的丝线22构成的芯部进行包覆之后，围绕如此被包覆的芯部对12根丝线25进行捻合或拧合的最终操作。
根据上文所述方法测得的帘线31的渗透性等于95％。
构成橡胶包鞘24的弹性体合成物由上文所述的合成物制成，并且在该情况中，具有与帘线所旨在增强的胎体增强件的压延层13的配方相同的配方，即基于天然橡胶和炭黑的配方。
图3示出了经过能够用于根据本发明的轮胎的另一胎体增强帘线31的横截面的示意图。该帘线31是3+9结构的非环箍的分层帘线，其由中央芯部和外层构成，该中央芯部由捻合在一起的三根丝线32构成的帘线形成，该外层由九根丝线33形成。
该帘线具有以下特征(d和p的单位是mm)：
-3+9结构；
-d1＝0.18；
-p2＝5；
-(d1/d2)＝1；
-d2＝0.18；
-p2＝10，
其中d1和p1分别是中央芯部的丝线的直径和螺旋捻距，d2和p2分别是外层的丝线的直径和螺旋捻距。
中央芯部通过由三根丝线32形成的芯部构成，所述中央芯部包覆有基于未硫化的(处于未硫化状态的)二烯弹性体的橡胶合成物34。在通过挤出头对帘线32进行包覆之后，围绕如此被包覆的芯部对九根丝线33进行拧合的最后操作。
根据上文所述方法测得的帘线31的渗透性等于95％。
图4示出了经过能够用于根据本发明的轮胎的另一胎体增强帘线41的横截面的示意图。该帘线41是1+6结构的非环箍的分层帘线，其由中央芯部和外层构成，该中央芯部由丝线42形成，该外层由六根丝线43形成。
该帘线具有以下特征(d和p的单位是mm)：
-1+6结构；
-d1＝0.200；
-(d1/d2)＝1.14；
-d2＝0.175；
-p2＝10，
其中d1是芯部的直径，d2和p2分别是外层的丝线的直径和螺旋捻距。
由丝线42构成的中央芯部包覆有基于未硫化的(处于未硫化状态的)二烯弹性体的橡胶合成物44。在通过挤出头对丝线42进行包覆之后，围绕如此被包覆的芯部对六根丝线43进行拧合的最后操作。
根据上文所述方法测得的帘线41的渗透性等于95％。
这些试验在如图1和图2所示的根据本发明生产的轮胎上完成，其它的试验在对照(control)轮胎上完成。
这些对照轮胎与根据本发明的轮胎的不同之处在于，胎体增强件的帘线不具有包覆层24，轮胎的模腔的内表面与增强元件上的最接近所述内表面的点之间的橡胶合成物的厚度E等于5mm，厚度e1和e2每一者等于2.5mm。
轧鼓耐久性试验在试验机上完成，该试验机在轮胎上施加4415daN的负载，这些轮胎以40km/h的速度行驶，并且这些轮胎被掺氧充气。在根据本发明的轮胎上完成的试验的条件与这些对照轮胎所处条件相同。这些轮胎的胎体增强件一出现损坏就停止行驶试验。
如此完成的这些试验显示，在这些试验的每一个的过程中行驶过的距离对于根据本发明的轮胎来说是有利的，所述轮胎行驶过的距离为300000km，而这些对照轮胎只行驶过250000km。
其它的轧鼓耐久性试验在车辆驱动轴上完成，这些试验在轮胎上施加3680daN的负载，这些轮胎以40km/h的速度行驶，并且这些轮胎具有0.2bar的轮胎压力。在根据本发明的轮胎上完成的试验的条件与这些对照轮胎所处条件相同。这些行驶试验在12000km的距离上完成，或者这些轮胎的胎体增强件一出现损坏就停止行驶试验。
如此完成的这些试验显示，根据本发明的轮胎在这些试验的每一个的过程中行驶过的距离仍然能够达到12000km的距离，而这些对照轮胎至多只行驶过10000km。
此外，根据本发明的轮胎的制造成本降低，在根据本发明的轮胎的情况下的材料成本降低7％。
并且，根据本发明的轮胎还具有比对照轮胎轻6％的优点。

Claims (15)

1.一种轮胎，其具有径向胎体增强件，所述径向胎体增强件由至少一层金属增强元件构成，所述轮胎包括胎冠增强件，该胎冠增强件自身径向地覆盖有胎面，所述胎面经由两个胎侧连接到两个胎圈，其特征在于，至少一层胎体增强件的金属增强元件为非环箍帘线，该非环箍帘线在渗透性试验中具有小于20cm3／min的流速，并且其特征在于，轮胎的模腔的内表面与胎体增强件的金属增强元件的最接近模腔的所述内表面的点之间的橡胶合成物的厚度小于4mm。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，至少一层胎体增强件的金属增强元件是具有至少两个层的帘线，并且其特征在于，至少内层包覆有由可交联或交联橡胶合成物构成的层，该可交联或交联橡胶合成物基于至少一种二烯弹性体。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎，其特征在于，帘线在渗透性试验中具有小于10cm3／min的流速。
4.一种轮胎，其具有径向胎体增强件，所述径向胎体增强件由至少一层增强元件构成，所述轮胎包括胎冠增强件，该胎冠增强件自身径向地覆盖有胎面，所述胎面经由两个胎侧连接到两个胎圈，其特征在于，至少一层胎体增强件的金属增强元件为非环箍帘线，该非环箍帘线具有至少两个层，至少内层包覆有由可交联或交联橡胶合成物构成的层，该可交联或交联橡胶合成物基于至少一种二烯弹性体，并且其特征在于，轮胎的模腔的内表面与胎体增强件的金属增强元件的最接近模腔的所述内表面的点之间的橡胶合成物的厚度小于4mm。
5.根据权利要求1或4所述的轮胎，轮胎的模腔与径向最内的胎体增强件层的增强元件之间的橡胶合成物由至少两层橡胶合成物构成，其特征在于，径向最内层橡胶合成物具有小于2mm的厚度。
6.根据权利要求1或4所述的轮胎，轮胎的模腔与径向最内的胎体增强件层的增强元件之间的橡胶合成物由至少两层橡胶合成物构成，其特征在于，径向邻接径向最内层橡胶合成物的那层橡胶合成物具有小于2.5mm的厚度。
7.根据权利要求1或4所述的轮胎，其特征在于，至少一层胎体增强件的金属增强元件为能够用作轮胎胎体增强件的增强元件的[L+M]或[L+M+N]结构的分层金属帘线，该分层金属帘线包括第一层C1，该第一层C1具有L根直径为d1的丝线，其中L在从1至4的范围内变化，所述第一层C1被至少一个中间层C2包围，该中间层C2具有以捻距p2螺旋缠绕在一起的M根直径为d2的丝线，其中M在从3至12的范围内变化，所述层C2可选地被外层C3包围，该外层C3具有以捻距p3螺旋缠绕在一起的N根直径为d3的丝线，其中N在从8至20的范围内变化，并且其特征在于，由基于至少一种二烯弹性体的可交联或交联橡胶合成物构成的包鞘在[L+M]结构中覆盖所述第一层C1，在[L+M+N]结构中覆盖至少所述层C2。
8.根据权利要求7所述的轮胎，其特征在于，第一层C1的丝线的直径在0.10mm至0.5mm之间，并且其特征在于，中间层C2和外层C3的丝线的直径在0.10mm至0.5mm之间。
9.根据权利要求7所述的轮胎，其特征在于，外层C3的所述丝线缠绕的螺旋捻距在8mm至25mm之间。
10.根据权利要求2或4所述的轮胎，其特征在于，二烯弹性体选自聚丁二烯、天然橡胶、聚异戊二烯、丁二烯共聚物、异戊二烯共聚物以及这些弹性体的混合物。
11.根据权利要求2或4所述的轮胎，其特征在于，基于至少一种二烯弹性体的可交联或交联橡胶合成物在交联状态下具有范围小于20MPa的正割模量。
12.根据权利要求1或4所述的轮胎，其特征在于，胎冠增强件由至少两个工作胎冠层的不可延展的增强元件构成，所述不可延展的增强元件在一个层与另一层之间交叉，与圆周方向形成在10°至45°之间的角度。
13.根据权利要求1或4所述的轮胎，其特征在于，胎冠增强件还包括至少一层圆周增强元件。
14.根据权利要求1或4所述的轮胎，其特征在于，胎冠增强件在径向外侧被至少一个补充保护帘布层所增补，该补充保护帘布层由弹性增强元件构成，所述弹性增强元件以10°至45°之间的角度相对圆周方向定向，该定向与和其径向邻接的工作帘布层的不可延展的元件形成的角度的定向的指向相同。
15.根据权利要求1或4所述的轮胎，其特征在于，胎冠增强件还包括三角层，该三角层由金属增强元件构成，这些金属增强元件与圆周方向形成大于60°的角度。
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