CN102529591A

CN102529591A - 低滚动阻力及湿路面牵引力和胎面磨损改善的客车轮胎

Info

Publication number: CN102529591A
Application number: CN2011103545088A
Authority: CN
Inventors: J.赵; M.S.斯库里奇
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN102529591B; EP2452834A2; EP2452834A3; EP2452834B1; BRPI1106827A2

Abstract

本发明公开了低滚动阻力及湿路面牵引力和胎面磨损改善的客车轮胎。该轮胎具有胎面，所述胎面包括外部胎面层和内部胎面层。内部胎面层包括第一混炼胶和第二混炼胶之一。外部胎面层包括第一和第二混炼胶的另一种。第二混炼胶比第一混炼胶具有更低的滚动阻力和更大的胎面耐磨性。内部胎面层横跨外部胎面层的至少横向部分提高厚度，其中内部胎面层和外部胎面层之一的最大厚度在胎面的第一胎肩和第二胎肩的至少一个的附近出现。随着胎面磨损，内部胎面层限定胎面跑合面的更大部分。

Description

低滚动阻力及湿路面牵引力和胎面磨损改善的客车轮胎

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月10日提交的US专利申请12/943,584的权益并且是其继续申请。

技术领域

本发明总体上涉及充气子午线轮胎，和更具体地涉及客车用子午线轮胎，其在轮胎的整个使用寿命期间保持低滚动阻力同时具有良好的湿路面牵引力和胎面磨损。

背景技术

胎面的主要目的是提供对于路面的牵引力。足够的牵引力在路面覆盖有沉积物时的恶劣天气下是特别重要的。为在不太理想的路况中保持牵引力，胎面最经常设计有胎面花纹。胎面花纹由轮胎表面中的一个或多个花纹沟或沟槽组成。花纹沟可以将胎面划分成为多个经常称为“花纹块”的区域。通过允许胎面从花纹块和路面之间排出沉积物，花纹沟帮助胎面保持对于道路的牵引力。牵引力还取决于胎面的胶料。具有良好牵引力的胶料是已知的，但是为改善牵引力而简单选择胶料可能对如下所述的轮胎的其它特性，例如耐磨性和滚动阻力具有消极影响。

轮胎的滚动阻力轮胎影响车辆的燃油效率。希望的是减少滚动阻力以增加燃油效率。通常随着轮胎磨损，因为轮胎质量减少，其滚动阻力减少。和牵引力一样，滚动阻力也取决于轮胎的胶料。但是，虽然具有低滚动阻力的胶料对于改善燃油效率是所希望的，但是那些相同的胶料经常不提供必要的最小牵引力。反之亦然。也即，具有良好牵引力性能的胶料通常显示不可接受的高滚动阻力水平。

另外，胎面的另一个特性是其耐磨性。轮胎的使用寿命通常由胎面变得由安全关切决定的不可接受的薄之前轮胎行驶的英里数决定。由于这个原因和其它原因，希望的是胎面耐磨。制造胎面的胶料同样决定轮胎的耐磨性。但是，类似于上述胎面的滚动阻力和牵引力特性之间的竞争特性，对于减少胎面磨损理想的胶料通常显示差的牵引力。

使问题复杂化的是，胎面的滚动阻力和牵引力随着胎面不可避免的磨损而改变—这些特性之间存在动态关系。例如，轮胎的滚动阻力通常随着胎面简单磨损而减少，因为胎面重量同时减少。此外，当胎面磨损或变薄时，胎面花纹的体积减少。因为胎面花纹主要负责允许胎面对于潮湿或积雪道路保持牵引力，所以胎面厚度的减少，以及胎面花纹的空隙容积和刀槽花纹深度的间接损失降低了这些情况下的胎面牵引力。因此，当滚动阻力通常减少时，这是所希望的趋势，恶劣天气下的胎面牵引力同样减少，这是不希望的趋势。

因此，通常的做法是构造由基本是牵引力、滚动阻力和胎面磨损之间折衷的胶料组成的胎面。轮胎的应用可以决定这些特性的任一个是否加强。但是，当加强特性之一时，轮胎的其余特性可能不及最佳值。

因此，仍然需要显示可在整个轮胎使用寿命期间保持的牵引力、滚动阻力和胎面磨损特性的所希望组合的胎面。

发明内容

本发明涉及充气轮胎，其在整个轮胎使用寿命期间保持低滚动阻力，同时具有良好的湿路面牵引力和胎面磨损。

在一个实施方案中，充气轮胎包括具有与内部胎面层直接并连续接触的外部胎面层的外部圆周胎面。外部和内部胎面层一起限定胎面的厚度。内部胎面层包括第一混炼胶或第二混炼胶之一，外部胎面层包括第一混炼胶或第二混炼胶的另一种。第二混炼胶比第一混炼胶具有更低的滚动阻力和更大的胎面耐磨性。横跨外部胎面层的至少横向部分，内部胎面层厚度增加。内部胎面层和外部胎面层之一的最大厚度接近胎面的第一胎肩和第二胎肩的至少一个。随着胎面磨损，内部胎面层限定胎面跑合面的更大部分。

在另一个实施方案中，外部圆周胎面具有与内部胎面层直接并连续接触的外部胎面层。外部和内部胎面层一起限定胎面厚度。具有轮胎花纹沟的胎面花纹延伸穿过外部胎面层并且进入内部胎面层中。轮胎花纹沟的凹纹没有外部胎面层。内部胎面层在胎面中心区域附近具有最大厚度，并且包括第一混炼胶。外部胎面层包括比第一混炼胶具有更低的滚动阻力和更大的胎面耐磨性的第二混炼胶。横跨外部胎面层的至少横向部分，外部胎面层的厚度从靠近胎面中心区域增加至靠近胎面的第一胎肩和第二胎肩的至少一个的最大厚度，在至少一个胎肩处提供更持久的轮胎耐磨性。随着胎面磨损，内部胎面层限定胎面跑合面的更大部分。

附图说明

本发明将通过实施例以及参考附图加以描述，其中：

图1为具有根据本发明实施方案构造的胎面的轮胎的剖视图；

图2为显示部分磨损胎面的图1的轮胎的剖视图；

图3为额外的胎面磨损之后的图2的轮胎的剖视图；

图4为具有根据本发明另一个实施方案构造的胎面的轮胎的剖视图；

图5为具有根据本发明另一个实施方案构造的胎面的轮胎的剖视图；和

图6为根据本发明的一个实施方案的两种不同混炼胶的温度和Tanδ之间的关系图示。

具体实施方式

总体上参考图1-5，显示包括侧壁12、不可延伸胎圈14、支撑胎体16和外部圆周胎面18的充气轮胎10。单独的侧壁12从胎面18的轴向外缘或胎肩20、22向内辐射状延伸，连接各个不可延伸胎圈14。相对的胎肩20、22限定胎面18的宽度并且将各个侧壁12与胎面18连接。支撑胎体16可以包括补强结构24，补强结构24进一步包括在支撑胎体16外部配置的带束层结构26。内衬(未显示)可以为支撑胎体16的内部加衬，以在长时间段内抑制空气或其它气体从轮胎10内部通过。在轮胎10使用期间，外部圆周胎面18适宜于接触道路。并且在这一点上，外部圆周胎面18提供在整个轮胎使用寿命期间保持的牵引力、滚动阻力和胎面磨损特性的组合。

为此和参考图1，外部圆周胎面18包括基质或胎面花纹28，所述基质或胎面花纹28包括限定其间的花纹块或胎面单元32的一个或多个花纹沟30。在轮胎10使用期间，胎面单元32共同限定胎面18的接触表面或跑合面34。当单元32与路面接触时，花纹沟30在相邻的胎面单元32之间形成空隙。该空隙为例如水的材料从单元32和路面之间逸出提供汇集点，由此改善轮胎10和道路之间的接触，和由此改善牵引力。缺少花纹沟30，当涉水时，轮胎10将更可能水上打滑。但是，应理解花纹沟30的优点可能随着胎面18磨损而削弱。如将在以下更详细描述的，胎面18的跑合面34的胶料随着胎面18磨损而变化，使得胎面18在整个轮胎10寿命期间在性能方面显示较少的变化。此外，胶料的变化是位置特定的。因此，胎面18的胶料根据跑合面34的区域变化。

在这方面，外部圆周胎面18包括设置来随着胎面18磨损而引起它们的暴露变化的两个或多个层。在一个实施方案中和参考图1，胎面18包括外部胎面层36和内部胎面层38。如所示，外部胎面层36离轮胎10的旋转轴(未显示)的径向距离通常比内部胎面层38更大。通常，对于外部和内部胎面层36、38，在胎面18的寿命方面，更大部分的外部胎面层36比内部胎面层38更早磨损，原因在于其相应的径向位置。当轮胎10是新的时，外部和内部胎面层36、38可以彼此直接和连续接触，使得它们一起限定胎面厚度T。外部和内部胎面层36、38可以为如下所述在横跨两者之间界面的胶料方面具有可区别变化的界线分明的层。可选地，外部和内部胎面层36、38可以通过同时挤出多种胶料，由此在外部和内部层36、38之间形成胶料梯度来形成。因此，外部和内部层36、38之间的界面不能界限分明。

继续参考图1，当轮胎10是新的时，胎面18的厚度T可以由外部胎面层36和内部胎面层38的组合厚度限定。花纹沟30的深度可以小于胎面18的厚度T。因此，花纹沟30可以延伸穿过外部胎面层36，但是仅部分进入内部胎面层38之中。花纹沟的凹纹是花纹沟30的最深区域，因此可以没有外部胎面层38。由于花纹沟30，外部胎面层36因此在单元32之间可以是不连续的或断开的。并且，内部胎面层38可以在花纹沟30中露出，但是内部胎面层38可以连续横跨胎面18的宽度。但是应理解本发明的实施方案不限于此。例如，当外部胎面层36的厚度近似等于胎面18的厚度T时，花纹沟30可以不延伸穿过外部胎面层36。一部分外部胎面层36因此将在相邻的胎面单元32之间保持完整。但是，因为如下所述的厚度变化，花纹沟30可能在另一个横向位置延伸穿过外部胎面层36，使得内部胎面层38在胎面18中的至少一个花纹沟30的凹纹部分处或其附近露出。另外，虽然未显示，底胎面层可以存在于补强结构24和胎面18之间，例如直接存在于内部胎面层38和结构24之间，并且可以由与外部或内部胎面层36、38类似的胶料形成。

除了径向位置方面的差异之外，内部胎面层38还由与外部胎面层36不同的混炼胶制成。除非在此另外指出，内部胎面层38可以由第一混炼胶制成，外部胎面层36可以由第二混炼胶制成。当在以下更详细地描述第一和第二混炼胶的每一种时，在一个实施方案中，第二混炼胶可以具有比第一混炼胶更低的滚动阻力和更高的耐磨性。可选地或另外地，第一混炼胶可以具有比第二混炼胶更高的湿路面牵引力。

根据本发明的实施方案，胎面层36、38的胶料性能和布置的组合提供具有可以在轮胎10寿命期间保持的滚动阻力、湿路面牵引力和耐磨性水平的胎面18。与根据由同质材料的整料制成的胎面或由均匀层制成的胎面观察到的相比，在轮胎10的寿命期间，一个或多个这些性能的整体变化可以较小。例如，当胎面是同质的时，耐磨性、湿路面牵引力和滚动阻力可在整个轮胎寿命期间变化，和在有些情况下，变化显著。特别地，如果轮胎胎面是同质的并且为0.35至0.60英寸厚，则在胎面寿命期间的滚动阻力变化可以为20%至40%。也即，从新的状态到靠近胎面用坏的时间，滚动阻力可以减少多至40%。类似地，胎面的湿路面牵引力特性可显著变化。例如，随着胎面磨损，水上打滑可能更可能发生，频率可能增加40至60%。如由潮湿表面上的断开距离测量的湿路面牵引力在同质胎面的寿命期间可减少10至30%。随着胎面变薄，车辆因此需要增加停止距离。同质胎面的预期寿命可以为20,000至80,000英里。应理解同质胎面的上述特性的变化可以取决于轮胎尺寸、其构造、胎面花纹、胎面胶料和测试程序中的变化。

在一个实施方案中和参考图1，当胎面18是新的或接近新的时，外部和内部胎面层36、38各自或者相对于胎面18的横向区域中的其它层厚度不均。在这方面，外部和内部胎面层36、38各自的厚度可以描述为横向区域中的连续增加或连续降低特性之一。如在此阐述的，横向区域延伸超过一个胎面单元32。例如，横向区域可以延伸横跨两个胎面单元32，横跨大部分胎面18，或几乎横跨胎面18的整个宽度。

特别地，在一个实施方案中和参考图1，由于连续的厚度变化，内部胎面层38的厚度在沿着横向区域的任何两个位置可以不同。例如，在横向区域中，内部胎面层38的厚度从其最大厚度至其最小厚度的变化可以具有连续增加的关系。如图1所示，内部胎面层38厚度的连续增加可以大致为线性的。类似地，外部胎面层36的厚度同样在横向区域中连续变化。在本发明的实施方案中，其中外部胎面层36弥补内部胎面层38厚度的变化以形成具有均匀厚度的胎面18，外部胎面层36也可以横跨横向区域线性地改变厚度，尽管是以降低的方式。

如上所述，外部胎面层36的厚度和内部胎面层38的厚度之间可以没有关系，除了在横向区域中的任何特殊位置以外，在该位置，两个厚度可以限定胎面18的厚度T。因此，在横跨横向区域的所有点处，外部胎面层36可以比内部胎面层38显著更厚。可选地，在沿着横向区域的所有位置处，内部胎面层38可以比外部胎面层36显著更厚。应理解层36、38的相对厚度可以取决于花纹沟30的深度以及外部和内部胎面层36、38的胶料，以及其它因素。但是，在一个实施方案中，外部胎面层36的最大厚度可以几乎与内部胎面层38的最小厚度一致。虽然外部和内部胎面层36、38各自的最大厚度显示为近似相等，但是本发明的实施方案不限于此，如上所述。

继续参考图1，横向区域从靠近一个胎肩20延伸到靠近另一个胎肩22。外部胎面层36的最大厚度出现在靠近胎肩20，内部胎面层38的最大厚度出现在靠近相对的胎肩22。为此，外部和内部胎面层36、38的各自最小厚度分别出现在胎肩22和胎肩20。在胎肩20、22之间从最小厚度至最大厚度的厚度方面，内部胎面层38连续升高，而外部胎面层36连续降低。如所示，在胎肩20、22之间，对于外部和内部胎面层36、38，厚度变化是大致线性的。虽然没有显示，应理解内部胎面层38的厚度从胎肩20至胎肩22可以降低而不是升高，而外部胎面层36可以升高而不是降低。同样应理解虽然显示和描述了线性关系或其近似，但是外部和内部胎面层36、38之间的相对厚度变化可以由另一个数学表达式，例如二次方程关系表示，并且仍然保持连续升高或降低的厚度关系。

作为图1中显示的胎面构造的结果，随着胎面18磨损，部分胎面层36、38两者被去除。根据这一构造，内部胎面层38的连续升高的部分，和外部胎面层36的连续降低的部分，沿着胎面18的宽度形成跑合面34。现在参考图1和2，因为外部胎面层36由第二混炼胶，即比内部胎面层38的胶料更耐磨和具有更低滚动阻力的胶料制成，外部胎面层18比由湿路面牵引力大于第二混炼胶的同质材料制成的胎面更持久。因此，将胎面18从图1的新的或接近新的状态磨损至图2的部分磨损状态，可能比对于这种同质材料需要更长的时间。此外，在一个实施方案中，外部胎面层36的厚度在经历高磨损或将可能促进胎面磨损的载荷位置处可能升高。

在轮胎10寿命期间的一些时间，胎面18磨损至图2中显示的状态。如所示，内部胎面层38可以从胎肩22至胎面宽度中点附近形成跑合面34。内部胎面层38因此从胎肩22至其中残留外部胎面层36的跑合面34上的位置形成跑合面34的连续部分。因为第一混炼胶相比第二混炼胶显示改善的湿路面牵引力，所以胎面18在包括胎肩22的区域中显示相比第二混炼胶改善的湿路面牵引力。胎面18还显示胎面耐磨性和较低的滚动阻力，因为外部胎面层36在包括胎肩20的胎面区域中露出。因此，随着胎面18从图1的状态磨损至图2的状态，第一混炼胶性能对胎面18性能的影响增加，并且通常可与第一混炼胶的露出表面积沿着跑合面34的逐渐增加成比例。类似地，第二混炼胶性能对胎面18的影响逐渐减少，因为外部胎面层36的表面积随着一定比例的跑合面34同样减少而减少。因此，通过连续增加或降低厚度关系，整体胎面性能随着胎面18磨损而变化。轮胎10因此可以特征在于随着胎面磨损，最初降低的滚动阻力和改善的耐磨性逐渐转变为改善的湿路面牵引力。此外，逐渐转变根据外部和内部胎面层36、38之间的厚度关系预先确定。应理解可以调节每个外部和内部胎面层36、38的连续厚度变化和胶料，以获得如上所述在轮胎10的寿命期间的类似时段下，同质胎面中或均匀分层胎面中观察不到的滚动阻力、湿路面牵引力和耐磨性之间预先确定的平衡。

参考图3，在胎面18进一步磨损之后，在胎面10的跑合面34可能接近花纹沟30的最深部分或凹纹部分的至少一个的情况下，内部胎面层38形成大部分跑合面34，可能仅保留少部分的外部胎面层36靠近胎肩20。但是，应理解在轮胎10的寿命期间，可以完全去除外部胎面层36，仅保留内部胎面层38，例如直至略微小于花纹沟30的深度的点。补强结构24因此可以在轮胎10的使用期间从不接触路面。

有利地，具有图1中所示新构造及图2和3中所示磨损花纹的轮胎10可以构造为在磨损或变形最大的位置处设置的外部胎面层36的厚度最大，以改善轮胎10的耐久性或寿命。另外，外部和内部胎面层36、38之间厚度关系的连续变化可以提供花纹沟30体积损失的预先确定的渐变的补偿，以及改进由内部胎面层38提供的湿路面牵引力。外部和内部胎面层36、38的关系可以使得内部胎面层38的露出速率在轮胎10的寿命期间基本弥补轮胎花纹沟30体积的连续减少。外部和内部胎面层36、38的厚度关系也可以配置来保持胎面18的最小滚动阻力，同时保持胎面18的湿路面牵引力靠近“新”状态下观察到的水平。最小滚动阻力提供可接受的燃油效率。应理解外部和内部胎面层36、38之间特定横向区域上的连续厚度变化可以进行调整，使得外部胎面层36可以在轮胎10的寿命期间更早或更晚磨损。外部胎面层36的任何完全去除的时机可以预先确定并且可以取决于第一和第二混炼胶的组成、胎面18的厚度和花纹沟30的深度，以及其它因素。

现在参考图4，在本发明的另一个实施方案中，层36、38之间的连续厚度变化及其组成差异可以在胎面18的两个横向区域(40A和40B)之上延伸。如同上述实施方案一样，横向区域40A、40B可以包括超过一个胎面单元32。横向区域40A、40B可以是大致相同的总宽度，或它们可以具有不同的总宽度。一个区域40A可以在胎肩20和胎面18的中心区域或中心线(C)之间，另一个区域40B可以在胎面18的中心线(C)和胎肩22之间。仅作为示例，两个区域40A、40B可以在中心线(C)的两侧对称排列，如同所示。因此，相对于胎面18的中心线(C)，外部和内部胎面层36、38可以几乎对称地排列。应理解虽然在此示出和描述了胎面18的两个横向区域40A、40B，但是根据在此示出和描述的本发明实施方案可以形成多个横向区域。

继续参考图4，横向区域40A、40B从胎肩20延伸到胎面宽度的中心线(C)，以及从中心线(C)延伸到胎肩22。因此，两个区域40A、40B基本延伸胎面18的整个宽度。内部胎面层38的最大厚度可以靠近胎面18的中心线(C)设置。因此，内部胎面层38可以从靠近胎肩20到胎面18的中心线(C)连续增加厚度，然后从胎面18的中心线(C)到胎肩22连续减少厚度。外部和内部胎面层36、38的单独的厚度可以没有关联。显示的内部胎面层38的厚度变化横跨各个区域40A、40B是大致线性的。因此，内部胎面层38的厚度相对于各个横向区域40A、40B内的横向位置线性地改变。当胎面18具有均匀厚度时，外部胎面层36厚度变化，使得其补偿内部胎面层38的厚度变化。外部胎面层36从胎肩20到中心线(C)逐渐减少厚度，然后从中心线(C)到胎肩22逐渐增加厚度。例如，外部胎面层36可以横跨两个横向区域40A、40B线性地变化。应理解虽然显示和描述了线性关系或其近似，但是外部和内部胎面层36、38之间的相对厚度变化可以由其它数学表达式表示，并且仍然保持连续升高或降低的厚度关系。外部和内部胎面层36、38的组合厚度因此可以在胎面18上的任何横向位置代表胎面18的厚度。应理解本发明不局限于具有均匀厚度的胎面。此外，虽然所示线性关系在各个各自的横向区域40A、40B中是类似的，但是本发明的实施方案不局限于两个区域40A、40B之间的类似线性关系。应理解一个区域可以是线性关系，而第二个或其它横向区域可以是非线性的，尽管具有连续升高或降低厚度特性。

类似于图1-3中显示的轮胎10的实施方案，图4的内部胎面层38可以由第一混炼胶制成，而外部胎面层36可以由第二混炼胶制成。第二混炼胶可以具有比第一混炼胶更高的耐磨性和更低的滚动阻力。可选地或另外地，第一混炼胶可以具有比第二混炼胶更高的湿路面牵引力。但是，当需要替代的磨损花纹或湿路面牵引力和/或滚动阻力的变化以寻求特殊轮胎构造时，图1和4中的内部胎面层38可以由第二混炼胶制成，而外部胎面层36可以由第一混炼胶制成。

在具有图4中所示构造的胎面18磨损期间，胎面18的中心区域中的外部胎面层36最初可磨损，尽管其在各胎肩20、22处形成胎面18的一部分，在中心区域中露出内部胎面层38。因此，在其中第二混炼胶具有比第一混炼胶更高的耐磨性和更低的滚动阻力的实施方案中，轮胎10相比由具有更大湿路面牵引力的同质胶料制成的胎面显示更长的寿命。另外，在一个实施方案中，当第一混炼胶具有比第二混炼胶更大的湿路面牵引力时，中心区域中的内部胎面层38最初可以弥补中心区域中花纹沟30的深度损失。应理解在其中两个横向区域非对称地排列的一个实施方案中，相对于胎面18的中心线或中点，内部胎面层38的露出也可以不是对称的。内部胎面层38相对于胎面18的中心线不对称的露出可以弥补胎面18上的已知不对称的载荷或者轮胎10的另一个特性。

现在参考图5，在本发明的另一个实施方案中，层36、38之间的连续厚度变化及其组成差异可以在胎面18的两个横向区域42A和42B之上延伸。类似于图4中示出的实施方案，图5的横向区域42A、42B限定胎面18的总宽度，并且可以包括多于一个胎面单元32。横向区域42A、42B可以是大致相同的总宽度，或它们可以具有不同的总宽度。一个区域42A可以在胎肩20和胎面18的中心区域或中心线(C)之间，而另一个区域42B可以在胎面18的中心线(C)和胎肩22之间。仅作为示例，两个区域42A、42B可以在中心线(C)的两侧对称排列，如同所示。因此，相对于胎面18的中心线(C)，外部和内部胎面层36、38可以几乎对称地排列。应理解虽然在此示出和描述了胎面18的两个横向区域42A、42B，但是根据在此示出和描述的本发明实施方案可以形成多个横向区域。

继续参考图5，横向区域42A、42B分别从胎肩20延伸到胎面宽度的中心线(C)，以及从中心线(C)延伸到胎肩22。因此，首尾相连排列的两个区域42A、42B基本延伸胎面18的整个宽度。与图4中所示胎面18的实施方案相反，图5的内部胎面层38的最大厚度可以设置在胎面18的胎肩20、22之一或两者附近。因此，内部胎面层38可以从靠近胎肩20到胎面18的中心线(C)连续降低厚度，然后从胎面18的中心线(C)到胎肩22连续升高厚度。外部和内部胎面层36、38的单独的厚度可以没有关联。显示的内部胎面层38的厚度变化横跨各个区域42A、42B是大致线性的。因此，内部胎面层38的厚度相对于各个横向区域42A、42B内的横向位置线性地改变。当胎面18具有均匀厚度时，外部胎面层36厚度变化，使得其补偿内部胎面层38的厚度变化。外部胎面层36从胎肩20到中心线(C)厚度逐渐升高，然后从中心线(C)到胎肩22厚度逐渐减少。例如，外部胎面层36可以横跨两个横向区域42A、42B线性地变化。应理解虽然显示和描述了线性关系或其近似，但是外部和内部胎面层36、38之间的相对厚度变化可以由其它数学表达式表示，并且仍然保持连续升高或降低的厚度关系。外部和内部胎面层36、38的组合厚度因此可以在胎面18上的任何横向位置代表胎面18的厚度。应理解本发明不局限于具有均匀厚度的胎面。此外，虽然所示线性关系在各个各自的横向区域42A、42B中是类似的，但是本发明的实施方案不局限于两个区域42A、42B之间的类似线性关系。应理解一个区域可以具有线性关系，而第二个或其它横向区域可以是性质上非线性的，尽管具有连续升高或降低的厚度。

另外，应理解相对于中心线(C)，两个横向区域42A、42B可以不对称排列。因此，相对于胎面18的中心线或中点，内部胎面层38的露出也可以不是对称的。内部胎面层38相对于胎面18的中心线不对称的露出可以弥补胎面18上的已知不对称的载荷或者轮胎10的另一个特性。

如同图1和4中显示的本发明的示例性实施方案一样，图5的内部胎面层38可以由第一混炼胶制成，而外部胎面层36可以由第二混炼胶制成。可选地，内部胎面层38可以由第二混炼胶制成，而外部胎面层36可以由第一混炼胶制成。各层36、38的胶料的选择可以取决于各种因素，其中包括轮胎类型和预期工作特性。

胶料的组成与外部和内部胎面层36、38之间的连续厚度变化一起在轮胎10的寿命期间提供改善的耐磨性和湿路面牵引力。如上所述，第二混炼胶可以具有比第一混炼胶更高的耐磨性和/或更低的滚动阻力。另外或可选地，第一混炼胶可以具有比第二混炼胶更高的湿路面牵引力。更高的耐磨性通常意味着胶料的给定厚度以比具有较低耐磨性的胶料更低的速率变薄。并且，较低的滚动阻力通常意味着滚动给定胎面经过给定距离所需的能量比另一种胶料更少。湿路面牵引力表示当路面潮湿时，与路面接触的摩擦系数。具有较高湿路面牵引力的胶料具有较高的摩擦系数，因此当所有其它因素保持相同时，当与潮湿表面接触时，其不可能滑动。制动期间这一点是特别有关系的。

通常，可以配置第二混炼胶以减少胎面磨损的速率。并且，可以配置第一混炼胶以弥补作为随着胎面18磨损，胎面18中的花纹沟30的深度减少的结果的牵引力损失。通过这样的构造，胎面的磨损首先去除第二混炼胶的外部胎面层36，由此露出第一混炼胶的内部胎面层38，其弥补由于胎面磨损的湿路面牵引力损失。同样预期外部和内部胎面层36、38可以可选地分别由第一和第二混炼胶制成。可以进行外部和内部胎面层36、38和胶料的可选配置以获得具有由同质胶料制成的胎面的轮胎不可能获得的特殊性能改善。

特殊混炼胶的材料性能可以表现为胶料的湿路面牵引力、滚动阻力和耐磨性。通常，除了玻璃化转变温度或T_g之外，提供湿路面牵引力和滚动阻力的一定指示的材料性能还包括回弹性和Tanδ的测量值。表示胎面的胎面耐磨性的材料性能包括Grosch耐磨损性或速率的测量值。

Tanδ为动态损耗模量G''对动态储能模量G'的比率，并且取决于测量期间胶料的温度。Tanδ为粘性响应对弹性响应的比率，并且是迟滞性的量度。因此，tanδ可以与在恒定能量输入的条件下产生的能量损失成比例。如由较小的tanδ值指示的，较低的迟滞性通常是当胶料受到循环载荷时，较低能量损失和较少热量产生的指示。迟滞性能量损失越低或tanδ值越小，滚动阻力越小。较高的tanδ值表现为较好的湿路面牵引力。

虽然tanδ值取决于胶料，但是其也取决于温度，如图6所示。参考图6，通常，tanδ值与温度之间的关系在特定温度下在tanδ值中产生一个或多个峰值或最大值(在图6中标记为“Tanδ峰”)。tanδ中的峰值通常表示恒定载荷频率下，胶料的能量的最大吸收。胶料之间的性能差异可以由tanδ中峰值出现处的温度之间的差异指示。例如，第一混炼胶可以为约75份高苯乙烯SSBR至约25份BR与树脂的共混物，第二混炼胶可以为约70份低苯乙烯SSBR至约30份BR但没有树脂的共混物。在这种情况下，第一混炼胶可以在温度对tanδ曲线中具有峰值，所述峰值在比第二混炼胶的温度对tanδ曲线中的峰值更高的温度下出现。

不同于横跨大温度范围测量tanδ，在特定测量温度下可以根据工业标准，例如ASTM D5992测量tanδ。通常，这些温度为0℃、60℃、90℃和100℃。据信约60℃下较低的tanδ值是较好的滚动阻力的指示。同样据信约0℃下较高的tanδ值是较好的湿路面牵引力的指示。例如，第一混炼胶可以在约0℃具有比第二混炼胶的对应tanδ更高的tanδ，并且因此第一混炼胶可以具有比第二混炼胶更好的湿路面牵引力。另外例如，第二混炼胶可以在约60℃具有比相同温度下的第一混炼胶更低的tanδ，并且因此第二混炼胶可以具有比第一混炼胶更好的滚动阻力。在一个实施方案中，在大于0℃的所有温度下，第一混炼胶的tanδ值大于第二混炼胶的tanδ值。

回弹性也是胶料受到载荷时的迟滞性的量度，尽管回弹性由ASTM D1054测量。通常，0℃下测定的回弹性越低，湿路面牵引力越高。60℃下测定的回弹性越高，滚动阻力越低。

胶料的耐磨性可以通过测量Grosch磨损速率来评价。Grosch磨损速率较低表示胶料较耐磨。为测量Grosch磨损速率，将胶料的试样在恒定载荷下以一定滑动角放置，使其在旋转砂轮(来自HB Schleifmittel GmbH)上经过给定距离。可以使用常规的三-轴载荷传感器测量由磨损试样产生的横向和圆周的摩擦力连同载荷。测试期间监测磨损轮的表面温度并以平均温度的形式报告。

Grosch磨损速率测试可以在LAT-100磨损仪上进行，并且按照磨掉的材料的mg/km度量。胶料可以经历三个磨损苛刻度水平(低、中等和高)。在低苛刻度测试中，将试样以2°的滑动角、20牛顿装载在以20或40公里/小时(kph)的速率运行7,500米距离的盘上。根据中等苛刻度测试，对以6°滑动角取向的试样使用40牛顿的载荷。盘速率为20 kph，试样移动距离为1,000米。高磨损苛刻度测试可以以12°的滑动角、70牛顿载荷、20公里/小时的盘速率和250 m的试样移动距离进行。在一个实施方案中，测定的第二混炼胶的Grosch磨损速率小于测定的第一混炼胶的Grosch磨损速率。

可以用作胶料性能指示的另一个材料性能为胶料的玻璃化转变温度或T_g。玻璃化转变温度可以定义为一种温度，高于该温度胶料表现为弹性或橡胶状方式而不是玻璃状或脆性方式。当胶料由两种或多种不混溶的材料组成时，那些材料各自可以显示一个T_g，使得胶料可以具有多个玻璃化转变温度，一个对应胶料中的各个相。在一个实施方案中，第一混炼胶的T_g比第二混炼胶的T_g高。例如，第一混炼胶的T_g可以为约-10℃至约-40℃，第二混炼胶的T_g可以为约-30℃至约-60℃。

填料可以加入到第一和第二混炼胶之一或两者中，以改变其各自性能。但是，虽然向胶料添加填料可以提高所需特性，例如湿路面牵引力，但是添加也可能引起另一个特性，例如滚动阻力的劣化。根据一个实施方案，可以向胶料中添加二氧化硅以改善胶料的湿路面牵引力。但是，添加二氧化硅也可能增加滚动阻力。高水平的二氧化硅可以为第一混炼胶的一个组分。在另一个实施方案中，第一和第二混炼胶可以包括二氧化硅，但是二氧化硅含量不同。第一混炼胶的二氧化硅含量可以比第二混炼胶的二氧化硅含量更高。

例如，第一混炼胶可以包括约70 phr至约110 phr二氧化硅，第二混炼胶可以包括小于70 phr二氧化硅。另外例如，第二混炼胶可以包括约50 phr至约70 phr二氧化硅的二氧化硅量，第一混炼胶可以包括大于70 phr二氧化硅的二氧化硅量。但是应理解当其中包括二氧化硅时，第二混炼胶可以有仅仅40 phr二氧化硅。同样应理解其它填料，例如炭黑，可以用于胶料中，以在第一和第二混炼胶之间产生湿路面牵引力差异。另外，胶料之一或两者也可以包括一种或多种填料组分，其可以包括碳酸钙、粘土、云母、硅酸盐、滑石、二氧化钛、淀粉和其它有机填料，例如木屑。

另外，为在tanδ峰值中的温度方面获得相对差异，树脂可以加入到第一和第二混炼胶之一或两者中，以改变其各自性能。但是，虽然向胶料添加树脂可以提高所需特性，例如湿路面牵引力，但是添加也可能引起另一个特性，例如滚动阻力和胎面磨损的劣化。反之亦然，即添加树脂也可能增加滚动阻力和降低胎面耐磨性。在一个实施方案中，第一混炼胶可以包含较高百分比树脂。在另一个实施方案中，第一和第二混炼胶可以包括树脂，但是树脂组成可以不同。在一个实施方案中，第一混炼胶可以包括约5 phr至约20 phr树脂，第二混炼胶可以包括至多约10 phr树脂。

应理解存在许多可以用于制造外部和内部胎面层36、38以获得T_g中的相对差异或tanδ曲线中的峰值位置之间的温度差异的聚合物和树脂，如在此描述的。同样应理解许多附加的添加剂是本领域中已知的，并且也可以添加以提供具有所需物理性能的胶料。这种已知的和通常使用的添加剂材料为活化剂，迟延剂和促进剂，橡胶加工油，树脂，包括增粘树脂，增塑剂，脂肪酸，氧化锌，蜡，抗降解剂，抗臭氧剂、塑解剂和固化剂。如本领域普通技术人员已知的，根据轮胎10的预定用途，选择并以常规量使用上述添加剂。

根据一个实施方案，可以通过本领域普通技术人员已知的方法混合胎面18的胶料的全部组分。例如，各成分可以在至少两个非生产阶段中混合，接着是生产混合阶段。最终的硫化剂通常在通常称为“生产”混合阶段的最后阶段混合，其中混合通常在低于弹性体的硫化温度的温度或极限温度下发生。术语“非生产”和“生产”混合阶段是橡胶混合领域技术人员公知的。层36和/或层38可以提供为例如通过挤出浇注形成的片材。可选地，可以通过将胶料引入装有不同区域口模的四重挤出机中，或者引入齿轮泵挤出机中，使得形成具有当硫化时产生上述不同层的不同胶料的生胎面来制备胎面18。

此外，充气轮胎10可以在轮胎形成鼓(未示出)上制造，硫化温度可以为约100℃至约250℃。例如，客车轮胎可以在约150℃至约180℃范围的温度下硫化，卡车轮胎可以在约130℃至约170℃范围的温度下硫化。硫化时间可以从约五分钟至几小时变化。硫化时间和温度取决于本领域中公知的许多变量，包括轮胎部件的组成，包括各层中的硫化体系，整体轮胎尺寸和厚度等。胎坯的硫化使得轮胎组件的全部元件或层，例如胎面18、胎体16和侧壁12，完全或基本完全硫化或交联。除了形成各层和整体结构的所需强度特性之外，硫化还增强了这些元件之间的粘合性，由分离的多个层产生硫化的整体轮胎10。

以下公开根据详细说明的用于外部和内层36、38的第一和第二混炼胶的非限制实例。实施例仅用于举例说明的目的，并不认为是对本发明的范围或可以实施的方式的限制。本领域普通技术人员将了解其它实施例。

表1

¹ 丁二烯和苯乙烯的充油甲氧基硅烷官能化溶液聚合共聚物，SSBR，具有40%结合苯乙烯、14.4%乙烯基含量，以SE SLR-6430商购自Dow Deutschland Anlagengesellschaft GmbH

² 官能化SBR，用烷氧基硅烷基团和由硫醇基组成的官能团官能化的苯乙烯/丁二烯橡胶溶液聚合制备，具有21%结合苯乙烯，以SLR SE4602?购自Dow Europe GmbH

³ 高顺式1,4-聚丁二烯橡胶，以Bud1208?购自The Goodyear Tire & Rubber Company

⁴ 约95%至约98%顺式1,4-异构单元，约1%至约3%顺式1,4-异构反式单元，和约0.3%至约9%的1,2-乙烯基含量；数均分子量(Mn)为约230,000至约250,000，多分散性指数(Mw/Mn)为约1.5至1到约2至1，和T_g为约-104℃至约-109℃，以CB25?购自Lanxess

⁵ 沉淀二氧化硅，以Zeosil 1165MP?商购自Rhodia

⁶ ASTM牌号N134

⁷ ASTM牌号N330

⁸ 橡胶加工油和蜡

⁹ 双-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)聚硫醚，在其多硫桥键中具有平均约3.6至约4个连接硫原子，以Si69?商购自Evonic Degussa

¹⁰ 苯乙烯/α-甲基苯乙烯树脂和中硬度古马隆茚树脂。

第一和第二混炼胶分别根据工业标准实践制备。胶料在约160℃下硫化约14分钟，评价胶料的物理性能。物理性能数据在表2中提供。

表2

¹ 由ASTM D1054测量的回弹性

² 由ASTM B5992以3%应变和10 Hz的温度扫描进行动态测定

³ 橡胶工艺分析仪(RPA)仪器

⁴ 在LAT-100磨损机上测量

⁵ 自动测试系统(ATS)仪器。

如由表2中的数据显示的，第一混炼胶具有比第二混炼胶更大的湿路面牵引力。对于第一混炼胶和第二混炼胶之间的相等的露出，这一点转换为更短的停车距离。如以上阐述的，较低的回弹性值是更好的湿路面牵引力的指示。参见表2，第一混炼胶的8.2的0℃回弹性值表示其比具有25.2的0℃回弹性值的第二混炼胶具有更好的湿路面牵引力。第一混炼胶和第二混炼胶的湿路面牵引力之间的相应改进由略大于3比1的两者之间的比率指示。

各胶料的0℃、3%应变和10 Hz下的tanδ值同样是湿路面牵引力的相应指示。0℃下的较高tanδ值是更好的湿路面牵引力的指示。如所示，第一混炼胶在0℃具有0.615的tanδ值，第二混炼胶具有0.337的tanδ值或约1.8比1的比率。第一和第二混炼胶之间值的相对差表示湿路面牵引力的成比例和显著的差异。

同样如由表2中的数据显示的，第二混炼胶表征为具有比第一混炼胶更低的滚动阻力。这一点是因为所有室温和高温回弹性值都大于第一混炼胶的各自的室温和高温回弹性值。如所示，测定的第二混炼胶的室温回弹性为约51.2，而第一混炼胶的各自的回弹性为约23.6。对于相应的室温回弹性，两者的比率因此略微大于2比1。高温回弹性值类似地不同，其中第二混炼胶大于第一混炼胶，比率为约1.2比1。

此外，表2也提供指示第二混炼胶的30℃和60℃的tanδ值低于第一混炼胶的30℃和60℃的Tanδ值的数据。因此，在这些温度下，第二混炼胶具有比第一混炼胶更低的迟滞性能量损失。因此，第二混炼胶具有比第一混炼胶更低的滚动阻力。如由它们各自的值计算的，相对于第一混炼胶，第二混炼胶具有更大的tanδ值，对于30℃和60℃下的每个测量值，比率为约2.3比1。类似地，第二混炼胶的10%应变、100℃和11 Hz下的tanδ值大于第一混炼胶的对应值，比率为约1.6比1。这一点被认为是重要的，因为用在此描述的第一和第二混炼胶构造的胎面相比同质轮胎可以具有降低的迟滞性损失，促进了低滚动阻力并因此改善了燃油效率，尽管该胎面将被预期随着胎面磨损而保持湿路面牵引力。

关于耐磨性，表2中的数据显示第二混炼胶相比第一混炼胶具有较高的耐磨性。特别地，测定的第二混炼胶的每一个磨损速率都低于第一混炼胶的。根据该数据，第二混炼胶以小于对于第一混炼胶用“严重”磨损速率测定的磨损速率一半的速率磨损，比第一混炼胶的磨损速率小约38%。

同样根据表2，机械性能指示两种胶料满足或超过胎面中材料的用途的工业标准。

虽然本发明已经通过其一个或多个实施方案的叙述加以举例说明，并且虽然已经非常详细地描述了这些实施方案，但是它们并不希望将附加的权利要求的范围约束或以任何方式限制到这种细节。附加的优点和改进对于本领域技术人员来说将是立即显而易见的。因此本发明在其更宽方面不局限于所示和所述的具体细节、代表性方法以及说明性实施例。因此，在不脱离申请人一般发明构思的范围或精神的前提下，可以由这种细节加以变化。

Claims

1.充气轮胎，其特征在于：

外部圆周胎面，其具有与内部胎面层直接和连续接触的外部胎面层，外部和内部胎面层一起限定胎面厚度，内部胎面层包括第一混炼胶或第二混炼胶，并且外部胎面层包括第一混炼胶或第二混炼胶的另一种，第二混炼胶具有比第一混炼胶更低的滚动阻力和更高的胎面耐磨性，内部胎面层横跨胎面的至少横向部分提高厚度，其中内部胎面层和外部胎面层之一的最大厚度出现在胎面的第一胎肩和第二胎肩的至少一个附近，由此随着胎面磨损，内部胎面层限定胎面跑合面的更大部分。

2.权利要求1的轮胎，特征在于内部胎面层的最大厚度大致等于胎面厚度。

3.权利要求1的轮胎，特征在于内部胎面层的最大厚度靠近第一胎肩。

4.权利要求1的轮胎，特征在于外部胎面层的最大厚度靠近第一胎肩，而外部胎面层的最小厚度靠近胎面中心线。

5.权利要求1的轮胎，特征在于外部胎面层从最大厚度到最小厚度的厚度变化是大致线性的。

6.权利要求1的轮胎，特征在于外部胎面层从靠近胎面的中心区域到靠近第一胎肩连续提高厚度。

7.权利要求1的轮胎，特征在于第一混炼胶在比第二混炼胶中的tanδ峰值处的温度更高的温度下具有更大的峰值。

8.权利要求1的轮胎，特征在于第一混炼胶具有比第二混炼胶更大的湿路面牵引力。

9.权利要求1的轮胎，特征在于胎面包括胎面花纹，胎面花纹包括延伸穿过外部胎面层并进入内部胎面层中的轮胎花纹沟，内部胎面在轮胎花纹沟中露出，并且其中胎面构造为磨损使得内部胎面层的露出速率基本上弥补轮胎花纹沟体积的减少。

10.权利要求1的轮胎，特征在于第一混炼胶具有比第二混炼胶更高的玻璃化转变温度。