CN102529582B - 轮胎帘布以及包括它的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎帘布以及包括它的轮胎，该轮胎帘布包括无纺布形式的多孔纳米纤维网。所述轮胎帘布由于纤维直径为纳米尺寸的无纺布形式，所以提高了橡胶与帘布的粘合性，可制造出轮胎侧部被补强的轮胎，与以往的尼龙或聚酯轮胎帘布相比提高了拉伸强度及耐热性。

Description

轮胎帘布以及包括它的轮胎

技术领域

本发明涉及一种轮胎帘布以及包括它的轮胎，更具体地说，涉及一种既保持了纤维帘布优点又弥补了作为纤维帘布最大缺点的低强度的轮胎帘布以及包括它的轮胎。

背景技术

为了使轮胎充分发挥耐久性，需要用各种补强材料来补强强度或刚性。一般用于汽车用轮胎的补强材料有纤维帘布和钢帘布。所述纤维帘布重量较轻，乘车感好，与橡胶的粘合力强，但强度和耐热性低，相反所述钢帘布虽具有高强度，但具有与橡胶的粘合力差、重量重的缺点。

此外，所述轮胎帘布随着棉线、人造丝、尼龙或聚酯等有机纤维的依次出现，其强度和耐久性逐渐得到提高。之后，出现了高强度的钢帘布，提高了轮胎的高速行驶和操纵的稳定性，最近，不断开发出属于高强度有机纤维的玻璃纤维等。

另一方面，最近世界汽车市场致力于亲环境技术，即为了应对高油价和环境问题在车辆轻量化方面下足功夫。随着该步伐，轮胎市场也努力开发更轻量的轮胎。特别是，组成轮胎的材料中，所述轮胎帘布在整个轮胎重量中的比例为，轿车子午线(PCR：passenger car radial)轮胎的情况占9至12重量％，卡车客车子午线(TBR，truck bus radial)轮胎的情况占12至15重量％。

因此，目前需要开发既保持作为纤维帘布优点的重量小、优良乘车感及强粘合力的同时，又弥补了作为纤维帘布最大缺点的低强度及低弹性和低耐热性的轮胎帘布。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种轮胎帘布，该轮胎帘布由于采用了纤维直径为纳米尺寸的无纺布，所以可制造出提高了橡胶与帘布的粘合性且轮胎侧部被补强的轮胎，该轮胎帘布与以往的尼龙或聚酯轮胎帘布相比提高了拉伸强度及耐热性。

本发明的另一目的在于，提供一种包括所述轮胎帘布的轮胎。

为了实现所述目的，本发明的一实施例涉及的轮胎帘布包括无纺布形式的多孔纳米纤维网。

所述纳米纤维可以是聚芳酰胺纳米纤维。

所述纳米纤维的平均长度可以在0.5μm至20μm，平均直径处于1nm以上且小于1000nm。

所述无纺布形式的多孔纳米纤维网是可以将电纺丝的纳米纤维进行层叠而制造。

所述无纺布形式的多孔纳米纤维网的厚度可以在10nm至1000μm之间。

本发明的另一实施例涉及的轮胎包括所述轮胎帘布。

所述轮胎可以包括将所述轮胎帘布与胎体橡胶进行粘合之后压延而制造的胎体压延物。

本发明的一实施例涉及的轮胎帘布采用纤维直径为纳米尺寸的无纺布形式，所以能够提高橡胶与帘布的粘合性，制造出轮胎侧部得到补强的轮胎，与以往的尼龙或聚酯轮胎帘布相比提高了拉伸强度及耐热性。

附图说明

图1是概略示出通过电纺丝制造本发明的一实施例涉及的无纺布形式的多孔纳米纤维网的过程的立体图。

图2是概略示出本发明的另一实施例涉及的轮胎剖面的剖视图。

图3是示出本发明的一实施例涉及的胎体压延物的分解立体图。

图4是概略示出将对所述图3的压延物进行压延过程的立体图。

附图标记

110：管            111：毛细管尖端

120：收集板        130：无纺布形式的多孔纳米纤维网

131：纳米纤维      200：轮胎

210：胎面部        211：胎面行驶面

212：胎面基部      220：轮胎侧壁部

230：带束部      240：胎体部

250：内衬部      300：胎体压延物

330：胎体橡胶    410：压延辊

具体实施方式

下面，为了使本发明所属技术领域的技术人员容易实施，对本发明的实施例进行详细说明。但本发明可以以多种不同方式实施，但并不限定于在此说明的实施例。

所述轮胎帘布包括无纺布形式的多孔纳米纤维网。所述无纺布(Non-woven cloth)形式是一种不需要纺纱织布而如字面上的意思将对纤维进行机械、化学或者热处理而结合纤维聚合体直接形成布形状。由于所述无纺布形式的多孔纳米纤维网是纤维直径为纳米尺寸的无纺布，所以，能够提高橡胶与帘布的粘合性。

所述无纺布形式的多孔纳米纤维网可以将电纺丝的纳米纤维进行层叠而制造。图1是概略示出通过电纺丝制造本发明的一实施例涉及的无纺布形式的多孔纳米纤维网的过程的立体图。

参照所述图1，所述电纺丝是，对装有熔融聚合物或聚合物溶液的管110施加正电荷(charge)，对接收纳米纤维131的由金属构成的收集板(collector)120施加负电荷，从而在装有溶液的管110的毛细管尖端(capillary tip)111与所述收集板120之间形成电磁场而制造纳米纤维131的方法。

即，在由于表面张力和重力在毛细管尖端11的末端以半球状形成的聚合物溶液上施加与表面张力相同强度的电磁场时，半球状聚合物溶液变成锥形状，这种现象称为泰勒锥(taylor cone)。在这种状态下，施加聚合物溶液所具有的表面张力以上的电荷时，带电荷的聚合物液滴不稳定，以单一喷射流(single jet)形式向接地方向喷射。被喷射的单一喷射流由于电荷斥力发生被分成很多单丝(filament)的雾化(spraying)现象，从而能够制造具有纳米尺寸直径的纤维。喷射流向收集板120方向喷射的同时溶剂被挥发，溶剂的挥发通过电磁场而被加速。所以，在收集板120上只有被凝固的薄纤维以三维网结构层叠，从而可形成无纺布形式的多孔纳米纤维网130。

所述纳米纤维131的平均长度可以是0.5μm至20μm，平均直径为1nm以上且小于1000nm，可以优选平均长度是1μm至10μm，平均直径是20nm至200nm。当所述纳米纤维131属于所述平均长度和所述平均直径范围内时，可以以三维网结构层叠而形成无纺布形式的多孔纳米纤维网130，这样形成的多孔纳米纤维网130可具有优良的拉伸长度和耐热性。

所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130的厚度可以是10nm至1000μm，优选是10μm至100μm。当所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130的厚度小于10nm时，可能发生轮胎帘布的强度下降的问题，当超过1000μm时，轮胎的重量可能增加，从而增加制造费用。

所述纳米纤维131可以是从聚乙烯醇、聚酰胺、聚芳酰胺、聚酯以及它们的组合中选择的任一个，可以优选是聚芳酰胺纳米纤维。

所述聚芳酰胺在分子中CO和NH直接与两个芳香环结合。根据结构区分为，作为骨架的苯核直线连接的对位系(para系)和与对位系不同的间位系(meta系)。对位聚芳酰胺纤维不仅重量轻且具有高强度、高弹性、低收缩等优异的特性，而间位聚芳酰胺纤维的耐热性非常优秀。

此外，所述聚芳酰胺纤维与普通有机纤维相比具有非常优良的拉伸强度和弹性率及优异的耐热性，张拉强度是尼龙的两倍，钢铁的约五倍，并且弹性率超过尼龙的十倍。由于所述聚芳酰胺纤维芳香族较多，所以耐热性及强度优良，而且分子间不仅为氢键结合且结合成线形，因此非常结实。

所述聚芳酰胺纤维不仅适合利用电纺丝形成无纺布形式的多孔纳米纤维网130，当制造成纳米纤维时，也能够维持如上所述的固有特性。

因此，当轮胎帘布包括所述聚芳酰胺纳米纤维131时，与以往的尼龙或聚酯轮胎帘布相比，提高了拉伸强度、弹性及耐热性，特别是，因轮胎帘布采用将直径为纳米尺寸的纤维进行三维层叠的无纺布形式，因此即使在侧部施加尖锐的物理刺激，轮胎也不会被穿孔。

根据本发明的另一实施例，提供一种包括所述轮胎帘布的轮胎。图2是概略示出所述轮胎剖面的剖视图。

参照所述图2，所述轮胎200包括：胎面部210；轮胎侧壁部220；带束部230；胎体部240；以及内衬部250。所述轮胎帘布作为补强材料可以任一使用在所述胎面部210、轮胎侧壁部220、带束部230、胎体部240或者内衬部250，特别是，可以适用在所述胎体部240。所述轮胎200并不限于所述结构，以往已知的所有轮胎的结构都可适用。

所述胎面部210是直接与地面接触的部分，将汽车的驱动力及制动力传递给路面，其包括胎面行驶面211和胎面基部212。所述轮胎侧壁部220从外部冲击保护所述胎体部240，并且起到将方向盘的转动通过胎圈(未图示)传递给所述胎面部210的中间位置作用。所述带束部230可以包括钢带(Steelbelt)、补强冠带层(Cap ply)和垫带(belt Cushion)等，该钢带用于调节路面抓地力及操作稳定性等性能的主要部分，该补强冠带层用于防止所述钢带层之间发生分离。

所述胎体部240起到构成轮胎骨骼的骨架作用，与所述内衬250一起保持气压，从而起到支撑从外部施加的荷重的作用。所述内衬250起到保持轮胎内部气压的作用。

另外，所述胎体部240可以包括将所述轮胎帘布和胎体橡胶粘合之后压延而制造的胎体压延物。图3是示出胎体压延物的分解立体图，图4是概略示出将对所述胎体压延物进行压延过程的立体图。

参照所述图3及图4，所述胎体压延物300可以包括两个相互对置的胎体橡胶330及处于所述两个胎体橡胶330之间的所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130。所述胎体压延物300可以以如下方式制造，裁剪所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130，并使其介于两个胎体橡胶330之间之后进行粘合，然后使相粘合的所述胎体橡胶330和所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130经过压延辊410之间进行压延而制造。

在所述胎体橡胶330与所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130之间可以投入用于粘合的粘合剂，由于所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130的纤维直径为纳米尺寸，且相对于体积，其表面积大，所以与所述胎体橡胶330接触面积增大，从而其粘合强度也增加。

此外，通过将对相粘合的所述胎体橡胶330和所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130进行压延，从而使所述胎体橡胶330和所述无纺布形式的多孔纳米纤维网130在高压和高温下进行物理及化学结合。

所述轮胎200可以是轿车用轮胎、赛车用轮胎、飞机轮胎、农机用轮胎、越野(off-the-road)轮胎、卡车轮胎或巴士轮胎等。另外，上述轮胎200可以是子午线(radial)轮胎或斜交(bias)轮胎。

实施例

比较例1至4

作为轮胎帘布材料分别将尼龙6(商品名：NYLON 6 1260D/2，晓星公司产品)、钢(商品名：5×0.25(O.C)，高丽钢丝公司产品)、聚酯(商品名：PET1000 D/2，晓星公司产品)以及聚芳酰胺(商品名：Aramid 1500D/220EPI，Teijin公司产品)使用在胎体上。将所述轮胎材料使用在胎体上的方法与以往的制造条件相同。

实施例

在常温、常压及大气中通过电纺丝将原料聚芳酰胺制造成纳米尺寸的聚芳酰胺纳米纤维，并且将所制造的纳米纤维未经另外的织造过程以无纺布形式相互交错而制造出了多孔纳米纤维网。

裁剪所制造的多孔纳米纤维网并粘合在胎体橡胶上。在各层之间投入了有助于使所述多孔纳米纤维网和胎体橡胶粘合的粘合剂。

而且，将所述多孔纳米纤维网和胎体橡胶进行粘合之后，将其在常温、常压及大气中进行压延，从而形成胎体压延物。

使用在所述比较例1至4以及实施例中制造的胎体而制造了轮胎，并进行了轮胎高速行驶耐久性评价(ECER30)及初期操纵稳定性评价、高速行驶(160km/hr，行驶30分钟)后的行驶稳定性评价。其结果，与作为轮胎帘布材料分别使用尼龙6、钢、聚酯以及聚芳酰胺的比较例1至4相比，使用了多孔纳米纤维网的实施例在轮胎高速行驶耐久性及初期操纵稳定性、高速行驶后行驶稳定性等方面都取得了优异结果。

以上对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本发明的保护范围并不限定于此，技术人员利用权利要求书中所定义的本发明的基本概念进行的多种变形及改良形式均属于本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种轮胎帘布，包括无纺布形式的多孔纳米纤维网，

所述纳米纤维是聚芳酰胺纳米纤维，

所述纳米纤维的平均长度是1μm至10μm，平均直径是20nm至200nm，

所述无纺布形式的多孔纳米纤维网通过将电纺丝的纳米纤维进行层叠而制造，其厚度在10至100μm之间。

2.一种轮胎，包括权利要求1所述的轮胎帘布。

3.如权利要求2所述的轮胎，所述轮胎包括将所述轮胎帘布与胎体橡胶粘合之后进行压延而制造的胎体压延物。