CN102218975A

CN102218975A - 充气轮胎

Info

Publication number: CN102218975A
Application number: CN2011100643337A
Authority: CN
Inventors: 福本徹
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-10-19
Also published as: JP2011225085A; US20110253284A1; EP2377695A2; EP2377695A3

Abstract

一种充气轮胎包含由至少一层胎体帘布层组成的胎体，所述帘布层由排列的帘线数量为E的胎体帘线制成。各个胎体帘线由最终捻在一起的两股绞线组成。两股中的每一股由首次捻在一起的聚对苯二甲酸乙二酯纤维组成。两股绞线的聚对苯二甲酸乙二酯纤维具有不超过2200分特的线密度D。以分特为单位的线密度D、胎体帘布层每5cm宽度的帘线数E(根/5cm)、胎体帘线的断裂强度S(N)、以及胎体帘线的葛利式刚度B(mN)满足条件式：E≤-30.6Ln D+307；B≥357/E；S≥4161/E。

Description

充气轮胎

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎，更具体地讲，涉及一种由聚对苯二甲酸乙二酯纤维帘线的胎体结构，所述帘线能够在不增加轮胎生产成本和轮胎重量的情况下改进轮胎强度。

背景技术

近年来，通过二氧化碳的排放，全球变暖进一步加剧，并且这强烈促进了降低二氧化碳排放和汽车尾气的要求。因此，对于汽车燃料效率的需求变得越来越强烈。对于轮胎，尽可能地降低滚动阻力和轮胎重量是必要的。

从减轻轮胎重量的角度来看，有效的方法是降低胎体重量。人们可以想到的是芳族聚酰胺纤维帘线或者聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate)纤维帘线作为帘线，因为这些种类的帘线是高模量的帘线，以便即使为了降低胎体重量而降低了粗细(thickness)或直径，帘线也能够提供足够的拉伸强度。

然而，在这样的情况下，仍存在如下问题。

一个问题是，与通常使用的其它有机纤维帘线例如聚酯和人造丝相比，芳族聚酰胺纤维帘线或者聚萘二甲酸乙二酯纤维帘线较昂贵，因此，不可避免的是材料成本和轮胎生产成本上升。

另一个问题是，芳族聚酰胺纤维帘线或者聚萘二甲酸乙二酯纤维帘线耐疲劳性能较差，因此，为了提供胎体帘线所需要的强度，虽然意图降低成本，但需要将帘线的粗细(线密度)维持在特定值以上。换而言之，很难降低帘线粗细从而降低胎体重量。

人们也能够想到使用聚对苯二甲酸乙二酯纤维帘线作为胎体帘线。与芳族聚酰胺纤维帘线或者聚萘二甲酸乙二酯纤维帘线相比，聚对苯二甲酸乙二酯纤维帘线相对成本较低，但是其模量较低。这似乎难以降低帘线粗细从而降低胎体重量。

本发明人已经深入研究了如何在聚对苯二甲酸乙二酯纤维帘线用作胎体帘线的基础上创造出一种耐用的轻质胎体，并且发现通过特别限定的捻线结构(twist structure)、线密度、帘线的断裂强度和葛利式(Gurley)刚度、以及胎体帘布层中的胎体帘线数量，可以在改进胎体强度的同时降低胎体的重量。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种充气轮胎，所述轮胎通过使用聚对苯二甲酸乙二酯纤维帘线，能够在不增加轮胎生产成本的情况下改进轮胎的强度和重量。

根据本发明，充气轮胎包含：由至少一层胎体帘布层组成的胎体，所述帘布层排列的帘线数量为E的胎体帘线，其中

每个所述胎体帘线由最终捻在一起的两股绞线组成，

每一股所述绞线由聚对苯二甲酸乙二酯纤维制成，

所述两股绞线的聚对苯二甲酸乙二酯纤维具有不超过2200分特(dtex)的线密度D，并且

以分特为单位的线密度D、单位为根/5cm的所述胎体帘布层每5cm宽度的帘线数E单位为N的所述胎体帘线的断裂强度S、以及单位为mN的所述胎体帘线的葛利式刚度B满足条件式(1)～(3)：

(1)E≤-30.6Ln D+307

(2)B≥357/E

(3)S≥4161/E

其中Ln是指自然对数。

因为胎体帘线由低成本的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维制成，所以与芳族聚酰胺纤维或者聚萘二甲酸乙二酯纤维相比，能够降低生产成本。

胎体帘线的线密度D限于2000分特以下的相对较低值，因此能够降低轮胎的重量。

胎体帘线数E(根/5cm)的上限定义为作为线密度D函数的(-30.6lnD+307)，因此，随着胎体帘线变粗，胎体帘线数E会下降。因此，在相邻的胎体帘线之间，能够提供足够的间距，并且能够防止这样的问题：在构建生胎期间贴胶橡胶与胎体帘线分离。这也有助于防止相邻的胎体帘线在行驶中相互接触。因此，改进了轮胎的耐久性。

胎体帘线的葛利式刚度B(mN)限于相对于胎体帘线数E的相对较高值357/E以上，因此，保证了未硫化胎体帘布层的弯曲刚度，并且防止未硫化胎体帘布层在输送装置(conveyer)中纠缠在一起和起褶(wrinkled)，因此，可以改进生产效率。

胎体帘线的断裂强度S(N)限于相对于胎体帘线数E的不低于4161/E的值，因此，随着胎体帘线数E降低，胎体帘线会变得牢固(strong)，并且保持了轮胎强度。

葛利式刚度根据JIS L1096(“A”方法或葛利式方法)，例如使用Tester Sangyo公司生产的葛利式型刚度测试仪(ST-401)来测定。在接触移动样品的钟摆(pendulum)(或指针)上端处的三角翼(triangular vane)和附着于在围绕与钟摆相同几何中心的臂上的样品夹之间，胎体帘线的样品长度为25mm。由于葛利式刚度报告为葛利式单位，并且一个葛利式单位等于一毫克力(one milligram of force)(mgf)，为了换算为国际单位毫牛(mN)，需要乘以9.807×10^-3。在本说明书中，葛利式刚度值是指显示为毫牛的10个样品的平均值。

附图说明

图1是根据本发明的充气轮胎的横截面示意图。

图2(A)是由胎体帘线组成的胎体帘布层的横截面图。

图2(B)是胎体帘线的透视示意图。

图3是用于说明相对于胎体帘线线密度D的胎体帘布层中胎体帘线数E范围的曲线图。

图4是用于说明相对于胎体帘线数E的胎体帘线的葛利式刚度范围的曲线图。

图5是用于说明相对于胎体帘线数E的胎体帘线的断裂强度范围的曲线图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

根据本发明，充气轮胎1包含：胎面部2、其内各自具有胎圈芯5的一对轴向间隔的胎圈部4、一对在胎面边缘和胎圈部4之间延伸的胎侧壁部3、在胎圈部4之间延伸的胎体6、以及位于胎面部2中且位于胎体6径向外侧的带束层7。

图1显示了作为本发明具体实施方式的乘用车轮胎。

带束层7包含：至少两层补强帘线的交叉缓冲层(breaker plies)，所述补强帘线以相对轮胎赤道C方向10°～35°的角度排列。在此具体实施方式中，带束层7由径向内缓冲层7A和径向外缓冲层7B组成。对于补强帘线，在此具体实施方式中使用钢帘线。但是，可以使用有机纤维帘线例如芳族聚酰胺、人造丝等。

胎体6包含至少一层胎体帘布层6A，所述胎体帘布层6A在胎圈部4之间经由胎面部2和胎侧壁3延伸，并在各个胎圈部4中围绕胎圈芯5从轴向内侧向轴向外侧卷起，以便形成一对卷起部6b和在卷起部之间的主体部分6a。胎体帘布层6A由胎体帘线10制成，胎体帘线10以相对轮胎圆周方向成一定角度70°～90°径向排列，并且用如图2(A)中所示的贴胶橡胶12来浸胶(rubberized)。

在此具体实施方式中，胎体6仅由一层胎体帘布层6A组成，并且胎体帘线10以相对轮胎圆周方向成一定角度80°～90°径向排列。卷起部6b沿着由硬橡胶制成的胎圈三角胶8径向向外延伸，所述胎圈三角胶8位于卷起部6b和主体部分6a之间，并从胎圈芯5径向向外延伸。

各个胎体帘线10是通过将大量聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维首次捻在一起而形成绞线11、然后将两股绞线11最终捻在一起形成帘线10。换而言之，胎体帘线10是仅由两股由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维所形成的绞线11组成的。最终捻的方向与第一次捻的方向相反。

与芳族聚酰胺纤维或者聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纤维相比，PET纤维耐疲劳性能较好，因此，可以使用线密度D低于2200分特的PEN纤维帘线作为胎体帘线10。换而言之，可以使用相对较细的胎体帘线10。在此具体实施方式中，两股绞线11各自线密度相同。但是，也可以使用具有不同线密度的两股绞线11。

为了提供帘线的结构稳定性，将首次捻线的数目和最终捻线的数目设定为相同值，例如考虑到耐疲劳性能，每10cm的帘线长度在40～80圈范围内。

由于与芳族聚酰胺纤维或者PEN纤维相比，PET纤维是低成本纤维，因此可以降低胎体帘线10的生产成本。此外，由于胎体帘线10的线密度D可以被设定在不超过2200分特的较低值，这可以降低轮胎的重量。

另一方面，与芳族聚酰胺纤维或者PEN纤维相比，PET纤维的弹性模量较低，因此，相信其难以给胎体帘线由PET纤维制成的充气轮胎提供足够的强度。为了增加胎体帘线由PET纤维制成的充气轮胎的强度，本发明人进行了研究，并且最后发现，可以通过满足以下条件式(1)～(3)来改进轮胎强度：

(1)E≤-30.6Ln D+307

(2)B≥357/E

(3)S≥4161/E

其中

E是胎体帘布层每5cm宽度的胎体帘线数，

D是以分特为单位的胎体帘线的线密度，

B是胎体帘线的葛利式刚度(mN)，并且

S是胎体帘线的断裂强度(N)。

条件式(1)提供了帘线数E(根/5cm)的上限。在如图3所示的曲线图中，纵坐标轴表示帘线数E(根/5cm)，并且横坐标轴表示以分特为单位的线密度D。如图所示，条件式(1)描述了一条光滑的向下倾斜的曲线。通过条件式(1)，例如，当线密度D是1660分特时，胎体帘线数E限定为不超过80(根/5cm)的值，并且当线密度D为2200分特时，胎体帘线数E限定为不超过71(根/5cm)的值。

这意味着随着线密度D增加，胎体帘线数E的上限变低。结果，在胎体帘线10之间可以保证正的距离L1(positive distance)，因此可以防止由于在行驶期间相邻的胎体帘线10之间的接触引起的微动磨损(fretting wear)，并且可以防止由微动磨损引起的轮胎强度的下降。此外，由于胎体帘线10必定用贴胶橡胶12覆盖，可以改进胎体帘布层6A的耐久性。条件式(1)是当改变线密度D和胎体帘线数E时，条件式由胎体帘线的微动磨损的发生率(incidence)的多元回归分析所获得的。

条件式(2)提供了葛利式刚度B(mN)的下限。在如图4所示的曲线图中，纵坐标轴表示葛利式刚度B(mN)，并且横坐标轴表示帘线数E(根/5cm)。

如图所示，条件式(2)描述了一条光滑的向下倾斜的曲线，随着胎体帘线数E下降，葛利式刚度B上升，并且葛利式刚度B(mN)的下限设定在曲线的上侧，这种胎体帘线10可用于本发明。

因此，未硫化胎体帘布层6A的弯曲刚度会上升。结果，在构建生胎期间，可以防止未硫化胎体帘布层与输送装置粘结以及防止在输送装置中纠缠在一起。此外，可以防止帘布层起褶。因此，可以改进生产效率。条件式(2)是当改变葛利式刚度B和胎体帘线数E时，条件式由构建生胎期间的问题发生率的分析所获得的。

条件式(3)提供了断裂强度S(N)的下限。在如图5所示的曲线图中，纵坐标轴表示断裂强度S(N)，并且横坐标轴表示帘线数E(根/5cm)。条件式(3)描述了一条光滑的向下倾斜的曲线，随着胎体帘线数E下降，断裂强度S上升，并且断裂强度S的下限设定在曲线的上侧。由于使用这种胎体帘线10，可以改进轮胎强度。条件式(3)是当改变断裂强度S和胎体帘线数E时，由轮胎强度的多元回归分析所获得的。

为了有效地获得上述条件式，胎体帘线10的线密度D优选设定为不超过1660分特，更优选不超过1400分特。如果线密度D过度下降，那么胎体帘布层6A的弯曲刚度下降，并且存在轮胎强度和生产效率下降的可能性。因此，胎体帘线10的线密度D优选设定为不低于560分特，更优选不低于700分特，更优选不低于1120分特。

为了通过抑制胎体帘线数E的过度下降来获得足够的轮胎强度，优选相对于线密度D限定胎体帘线数E，使得胎体帘线数E不低于63840/D，更优选不低于70560/D。

如果胎体帘线10的弯曲刚度过度增加，那么存在未硫化胎体帘布层6A卷曲的可能性，并且由此导致生产效率下降。因此葛利式刚度B(mN)优选设定为不超过D/75，更优选不超过D/65。

为了抑制胎体帘线10的线密度D的过度增加并由此抑制轮胎重量的增加，优选相对于胎体帘线数E限定断裂强度S(N)，使得断裂强度S(N)设定为不超过10360/E，更有效不超过8640/E。

可以通过在制造帘线时运用浸渍处理(dip treatment)和拉伸处理(stretch treatment)来调整葛利式刚度B(mN)和断裂强度S(N)。更具体地说，在浸渍处理中，这些参数能够易于通过改变与绞线11粘结的树脂量来调节，所述树脂是包含在浸渍涂敷溶液中的；并且在拉伸处理中，易于通过改变施加于绞线11的拉力来调节。

在此具体实施方式中，为了增加葛利式刚度B(mN)和断裂强度S(N)，可以增加拉力和粘结树脂量。

对于浸渍涂敷溶液，例如，可以适当使用间苯二酚-甲醛乳胶(RFL)溶液。

由于PET纤维对橡胶的粘附性较差，所以优选在浸入RFL溶液之前，将绞线11浸入环氧化合物、异氰酸酯化合物、脲化合物或其它等预处理溶液中并干燥。

对于拉伸处理，将绞线11拉伸0％以上、但不超过4％，同时在230℃～245℃范围内的温度下加热30～120秒。

对比试验

制备并测试具有如图1所示基本结构的155/65R13尺寸的充气轮胎(轮辋尺寸：13×4.5JJ)。

胎体帘线和胎体帘布层的规格如表1中所示，除此之外轮胎具有相同的规格。

<柱塞强度试验(plunger strength test)>

将安装在轮辋上并充气至200kPa的试验轮胎放在一侧，并且30kg的柱塞(plunger)从特定高度自由坠落至在最大轮胎宽度位置处的胎侧壁部上。然后，目测检查胎侧壁部是否存在由于胎体帘线破损引起的凸起。如果没有，增加高度，并再次使柱塞自由坠落。直至凸起出现为止，重复增加高度。

由引起凸起出现的高度和柱塞的重量(30kg)，计算出作为高度和重量乘积的破坏能。

所获得的破坏能显示在表1中，其是基于实施例2的轮胎为100时的指数，其中，指数越大，强度越高。

<材料成本>

用于胎体中胎体帘线的材料成本显示在表1中，其是基于比较例1为100时的指数，其中指数越小，胎体帘线成本越低。

<抗分离试验>

将作为材料的未硫化胎体帘布层沿垂直于其内胎体帘线的横向方向拉伸100％，然后检查贴胶橡胶与胎体帘线是否分离。

结果如表1所示，其中

“○”是指贴胶橡胶没有分离，并且，

“×”是指贴胶橡胶分离了。

<生产效率>

对于各试验轮胎，制造五十个生胎样品，并且测定未硫化胎体帘布层是否在输送装置中纠缠在一起以及/或者起褶。

结果如表1所示，其中

“○”是指不存在问题，并且，

“×”是指问题发生。

从试验结果来看，可以确定，可以在降低材料成本和轮胎重量的同时改进轮胎强度。

Claims

1.一种充气轮胎，其包含由至少一层胎体帘布层组成的胎体，所述胎体帘布层在胎圈部之间经由胎面部和胎侧壁部延伸，所述胎体帘布层由排列有帘线数为E的胎体帘线制成，其中

每个所述胎体帘线由最终捻在一起的两股绞线组成，

每一股所述绞线由聚对苯二甲酸乙二酯纤维制成，

所述两股绞线的聚对苯二甲酸乙二酯纤维具有不超过2200分特的线密度D，并且

以分特为单位的所述线密度D、单位为根/5cm的所述胎体帘布层每5cm宽度的帘线数E、单位为N的所述胎体帘线的断裂强度S、以及单位为mN的所述胎体帘线的葛利式刚度B满足条件式(1)～(3)：

(1)E≤-30.6Ln D+307

(2)B≥357/E

(3)S≥4161/E。

2.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，单位为根/5cm的所述帘线数E不低于63840/D。

3.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，单位为N的所述断裂强度S不超过10360/E。

4.如权利要求1、2或3所述的充气轮胎，其特征在于，单位为mN的所述葛利式刚度B不超过D/75。

5.如上述权利要求1-4中任一项中所述的充气轮胎，其特征在于，所述线密度D不低于560分特。

6.如上述权利要求1-4中任一项中所述的充气轮胎，其特征在于，所述线密度D不低于1120分特且不超过1660分特。