CN102753366B - 利用短的定向并交叉的纤维增强的轮胎胎面 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设有用于接触道路的胎面表面（10）的轮胎胎面（1），该胎面包括由限定出至少两条大致沿周向定向的沟槽（21）的隆起元件（31、32）形成的花纹，该胎面包括由多个橡胶层（C1、C2）叠置而成的复合材料，每个层包括多个短增强纤维，所述短增强纤维相互平行并且在单个方向上定向，所述短纤维从一个橡胶层（C1）到相邻层（C2）是交叉的。本发明还涉及设有所述胎面的轮胎。

Description

利用短的定向并交叉的纤维增强的轮胎胎面

技术领域

本发明的主题是一种设计为装配到重型货车上的轮胎的胎面的改进；其特别涉及所述胎面的花纹（刻纹）。

本发明特别是、但非唯一地旨在用于具有子午线胎体的轮胎并且旨在用于重型货车的转向轴。然而，其还可以用于重型货车的非转向轴并且可用于例如农业（林木）机械的越野车辆或者用于施工（建筑）机械。

所述轮胎通常包括在径向外侧被胎冠层从顶部覆盖的胎体增强层，该胎冠层自身被胎面覆盖。该胎面设有基本上由具有相同定向的沟槽（花纹沟）限定的大致周向定向的肋或者由周向沟槽和横向沟槽限定的块体所形成的花纹或者由块体和肋的组合形成的花纹。胎面沿轴向由边缘肋限定。

背景技术

在用于区域地带（在区域道路上中短距离行驶）的具有带周向定向的肋和沟槽的胎面花纹的轮胎的情况中，可能注意到对取决于行驶和使用条件的边缘肋的边缘的撕裂的敏感性。特别是在例如当在送货期间驶上或驶下路缘时的显著应力期间或者在撞击到路缘或障碍物或者道路或地面上存在的异物时获得所述条件。这种对撕裂的敏感性部分取决于形成边缘肋的胶料的性能，并且当所使用的胶料是天然橡胶与一种或多种对减小胎面的磨损有益的合成橡胶的混合物时经常更明显。

为了防止如上所述的撕裂的出现并且为了限制由所述应力引起的剪切应变，已经提出了多种通常旨在通过增大所述边缘肋的宽度来减小边缘肋的高宽比、即肋的高度/宽度的比值的解决方案。所述几何改进具有必须重新定义胎面的整体花纹的缺点。

本发明提出通过使得能够在不需要改变胎面的几何结构的情况下防止或者至少延迟并大大限制边缘肋的胶料的撕裂或者甚至大致沿周向定向的沟槽的切口的底部的损坏来解决所暴露出的技术问题，所述技术问题可能由例如驶上或驶下路缘的显著应力或者撞击路缘或者道路或胎面表面上存在的其他障碍物所引起。

为了在不改变胎面的花纹的情况下解决所述技术问题，本发明提出通过利用相对于轮胎外胎的径向基本上以+/-45°定向的短纤维来增强胶料并且从而将其转变为层叠的复合材料而以至少等于三的因子来增大形成轮胎胎面的弹性体材料的剪切模量。

对于在用于轮胎胎面的橡胶组分中添加各种类型的短纤维是众所周知的。美国专利US 1746948描述了一种具有包括弹性体层的交叉胎体的轮胎胎面，所述弹性体层包括围绕橡胶芯缠绕的长纺织纤维，所述长纤维相对于胎面的表面倾斜并且与所述胎面表面齐平，以便在道路上形成抓地点，并且从而防止或者延迟轮胎在潮湿或滑溜道路上的打滑。

美国专利US 3057389描述了一种具有交叉胎体的客车轮胎胎面或者飞机轮胎胎面，所述交叉胎体包括大致纵向定向的沟槽和沿周向连续地隆起元件，形成整个胎面的胶料由许多利用相互平行的短纺织纤维增强的橡胶帘布层叠层构成，以便增大轮胎对在高速时倾向于被破坏的离心力的抵抗力。相互平行定向的短纤维可以沿周向被放置在平行于与胎面表面相切的平面的平面中，并且在方向OX（OX是周向）上或者可以在平行于与胎面表面相切的平面的平面中交叉，并且在方向OY（OY是旋转轴线的方向）上或者相互平行定向的短纤维被沿周向放置在平行于与胎面表面相切的平面的平面中，并且在方向OX上可能包含在平行于与胎面表面相切的平面的平面中的两个短交叉纤维帘布层之间，并且在方向OY上被分别放置在包含沿周向定向的短纤维的帘布层的顶部和下面。

专利申请WO 2008/027045-A1描述了一种用于客车轮胎和重型货车轮胎并包括大致纵向定向的沟槽和沿周向连续的隆起元件的胎面，并且教导形成帘布层的沿周向连续的肋或利用短玻璃微纤维增强的橡胶薄层的胶料的使用，所述短玻璃微纤维相互平行并且在方向OX上沿周向定向或者在平面YOZ（也就是说，在垂直于包含平行于旋转轴线方向的方向和根据方向OZ上的隆起元件的厚度来定向的旋转轴线的方向的胎面表面的平面）中定向，或者在方向OY上横向地定向，或者在平面XOZ中大致以+45°或者-45°定向，或者在平面XOY中以45°定向，使得能够获得良好的性能折衷，即，在不使滞后现象以及拉伸和耐磨性能恶化或者甚至改善所述性能的情况下增大刚度。

发明内容

本发明的主题是一种设有设计成与道路接触的胎面表面的轮胎胎面，该胎面包括由通过沟槽相互分开的隆起元件形成的花纹，该胎面由一个抵靠另一个叠置的橡胶薄层组成的胶料形成，每个薄层包括在所述层中相互平行并且在所述层的平面中以同一角度沿一个方向定向的短增强纤维。所述胎面的特征在于，所述薄层一个抵靠另一个地叠置（彼此叠置），以使所述短纤维从一层到下一层交叉。

因此，所述短增强纤维相对于所述层的平面中的径向方向以绝对值从10°到80°的范围内的角度沿周向从一层到相邻层交替地对称定向。根据本发明的有利实施例，短纤维相对于所述层的平面中的径向方向以绝对值从30°到60°的范围内的角度定向。根据一个变型实施例，短增强纤维的定向可以在交叉平面中变化并且可能是不对称的。类似地，可能还沿周向（与周向相切的方向）发生交叉角方面的变化。

根据本发明的一优选实施例，短增强纤维在胎面的整个宽度上以大致+45°和-45°的角度沿周向从一层到相邻层交替地定向。“大致”等于一角度值应被理解成是指在绝对值上可能与该角度值相差至多3°的角度。

根据本发明的另一实施例，由短纤维增强的各个薄层相对于径向方向（垂直于胎面表面的方向）倾斜等于至多45°的角度。

根据本发明的另一实施例，可以仅在胎面宽度的一部分、优选靠近轮胎的轴向边缘的侧面部分上局部地增强胎面。

至于根据本发明可以使用的短增强纤维，对于本领域技术人员来说众所周知的且可购买到的天然或人造有机纤维或者无机纤维是合适的，例如，由棉线、人造丝或纤维素制成的纤维，由芳族聚酰胺制成的纤维，例如由芳纶制成的纤维，如由Dupont de Nemours销售的制成的纤维，由例如尼龙46和66的脂族聚酰胺制成的纤维，由聚酯制成的纤维，由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成的纤维，由聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）制成的纤维，由聚酰亚胺制成的纤维，由聚乙烯醇制成的纤维，碳纤维和玻璃纤维。根据本发明的优选实施例，短增强纤维由芳纶制成。短金属丝可能也是合适的。

增强纤维可具有等于或小于10mm的长度，优选为从5μm到10mm的范围且更优选从3mm到8mm的范围，具有从0.2μm到0.1mm的平均直径，其剖面可以是圆形或非圆形的，其可以是空心或非空心的。形成各定向纤维层的胶料中的纤维含量按重量计算可在橡胶的0.1%到45%的范围内，且优选按重量计算在橡胶的从0.5%到10%的范围内。

在本说明书中，所有的百分比（%）都是按重量计算来表示的百分比。此外，由措辞“在a与b之间”所表示的任何数值范围表示大于数值a且小于数值b的数值范围（也就是说排除极限值a和b），而由措辞“从a到b”所表示的任何数值范围表示从数值a到数值b并包括极限值a和b的数值范围。

包括根据本发明的胎面的轮胎优选具有（径向）子午线胎体增强层并且特别是用于装配到为与区域货物运输市场相关的使用而设计的重型货车的转向轴上。其还可被用于重型货车（拖拉机和拖车单元）的非转向轴，用于非常频繁地在包括许多障碍物或者异物的地面上操作以被驱动并使轮胎经受很大的剪切力的例如农业（林木）机械或施工机械的越野车辆或者其他运输或装卸车辆。

为了制备包含沿一个方向以选定角度定向的短增强纤维的弹性体层，可以使用任何本来已知的方法，特别是例如专利申请WO 2008/027045中所描述的方法。所述弹性体层可用于为新轮胎的制造或者翻新使用过的轮胎而设计的胎面的制造。

本发明的另一主题是一种包括具有如上所述特征的轮胎胎面的轮胎外胎（胎身）。

包括根据本发明的胎面的轮胎外胎的一个有利实施例的特征在于，借助于利用圆筒基工具的内衬，生产包含短增强纤维的未硫化弹性体板坯，然后切割所述板坯并且借助于微喷嘴对其进行挤塑，以便生产出其中短增强纤维沿挤出方向定向的弹性体条。然后，通过在旋转制造鼓上叠置若干层（优选四层）并置且以+（加）或者-（减）45°交替地放置的条来形成所述胎面；然后沿周向切割该叠层，以便生产出许多与为胎面的隆起元件而选择的大致沿周向定向的增强肋的数量（n）对应的半成品切片，该切片被并排地放置在自身置于轮胎制造鼓上的未硫化轮胎上。

如上已经描述过的变型可以很容易被本领域技术人员结合到一起，以寻求尤其是具有子午线胎体的重型货车的轮胎的对由于例如当驶上或者驶下路缘时经受的显著应力或者由于撞击到路缘或异物所引起的撕裂的抵抗力方面的性能的改善。

附图说明

本发明的其他特征和优点从以下参照附图的说明中变得显而易见，所述附图以非限制性实例显示了本发明的主题的若干实施例。

图1显示了两个薄层，每层包括以一角度定向或者以一相反角度定向的纤维（该叠层被标记如下：层+和层-）；

图2显示了根据本发明的轮胎胎面的花纹的局部视图，其中整个胎面由多个薄层+和-形成；

图3显示了根据本发明的胎面的平面图，其中仅边缘部分通过薄层增强；

图4是根据本发明的胎面的一变型，其中块体由薄层形成。

为了使附图更容易理解，使用相同的附图标记来表示相同结构或功能元件。此外，“+”置于由以正角度定向的短纤维增强的层上，且“-”置于由以负角度定向的短纤维增强的层上。

具体实施方式

图1中示出了两个利用在各层中以正角度A（称为层（+））或者以负角度B（称为层（-））定向的短纤维f增强的橡胶基材料的连续层C1、C2。通过短纤维在各层C1、C2中的定向，当然必须理解，平均起来，一层的全部或者几乎全部纤维f以同一平均角度A或B定向，相对于层的主方向（一旦处于胎面中，则该方向对应于径向方向）标出了该角度。根据为生产所述层而选择的制造方法，可以使所述层中的一定数量的短增强纤维的定向不同于所述纤维的平均定向。相对于胎面上对应于径向方向（也就是说，垂直于设有所述胎面的轮胎的旋转轴线的方向）的方向获得纤维的定向角度。

图2显示了根据本发明的轮胎的一变型实施例。用于重型货车的该轮胎包括具有胎面表面10的胎面1，该胎面表面10由所述胎面设有的各隆起元件的径向外侧的表面形成。在所示情况中，胎面设有两个周向沟槽21，这些沟槽21限定中间肋32和两个边缘肋31，这些肋沿周向连续。所述胎面由包含非常大量的一个抵靠另一个叠置的层C1、C2的复合材料形成，每个层为具有以角度A定向的短增强纤维的层（层+），或者为具有以角度B定向的短纤维的层（层-）。这些层彼此叠置，以便各层的短增强纤维交叉并且以便沿周向（由附图中的箭头T表示）形成所述层的叠层。

各层包括橡胶基材料，多个长度等于3mm且直径等于12μm的短PET纤维被浸入在该橡胶基材料中。各层的纤维密度按重量计算为2%。此外，已经测试了芳纶纤维。在该情况中，各层C1、C2中的所有的短纤维具有相同种类和绝对值上相同的定向。在崭新状态下，该轮胎的沟槽具有大于短增强纤维的平均长度的深度（通常，重型货车的轮胎沟槽的深度至少等于10mm）。

图3显示了根据本发明的变型，其胎面包括限定中间肋32和边缘肋31的三个周向沟槽。边缘肋沿轴向位于胎面的边缘上，并且其由本发明所限定的复合材料形成。此外，层（+）和层（-）被如此放置，以便使得胎面表面和与周向（由图2中的箭头T表示）相切的方向形成角度C。在所示实例中，赋予或具有标记的该角度C在两个边缘上相同并且等于30°。在该情况中，胎面通过配置由短纤维增强的材料层获得一种方向性。在所示实例中，在边缘行之间的两个中间行由未用短纤维增强的均匀材料形成。该变型使得能够特别地增强胎面的边缘，以抵抗重型货车的轮胎可能经受的冲击。

自然地，本领域的技术人员可以适当修改每个边缘上的角度，例如以便考虑到轮胎在车辆上的位置（因此，可以考虑到轮胎相对于车辆的外部边缘，在将所述轮胎安装到所述车辆上时，与轮胎的边缘对应的内部边缘面向车辆）。

图4显示了根据本发明的轮胎的另一变型，其胎面包括由周向沟槽21和横向沟槽22限定的多个块体4。每个块体4由在横向方向叠置以短增强纤维增强的层C1、C2而获得的复合材料所形成，所述层彼此叠置，以便使具有以正角度（+）定向的短纤维的层和具有以负角度（-）定向的短纤维的层交替。

在一未显示的变型中，一些块体可由沿与图3所示方向相同的方向叠置而形成，其他叠层根据按如图4所示方向叠置而形成。

此处所描述的实例显示了沿径向方向一个抵靠另一个的薄层，也就是说，相对于垂直于轮胎的旋转轴线的方向不倾斜。自然地，本发明包含其中所述薄层可与径向方向形成不为零的微小倾斜度以用于例如产生方向效应的变型。

本发明不限于所描述并示出的实例，并且在不脱离其上下文的情况下可以进行各种改进。还设想其以等同方式应用于必须经受可能冲击其胎面边缘的大应力的有篷货车类或客车类轮胎领域。如果所选用的短增强纤维的长度与胎面厚度成比例，则应用是同等的。

Claims (15)

1.设有设计为接触道路的胎面表面(10)的轮胎胎面(1)，该胎面包括由限定至少两个大致沿周向定向的沟槽(21)的隆起元件形成的花纹，该胎面至少部分地由复合材料形成，所述复合材料由多个橡胶薄层组成，每个橡胶薄层包括短增强纤维(f)，所述短增强纤维(f)相互平行并且以与包含在所述橡胶薄层中并垂直于所述胎面表面的方向形成的非零度的角度(A、B)在所述胎面中沿一方向定向，该胎面的特征在于，所述短增强纤维(f)从一个橡胶薄层到下一橡胶薄层是交叉的。

2.根据权利要求1所述的胎面，其特征在于，该胎面包括中心部分和位于每一侧的边缘部分，并且仅所述边缘部分的隆起元件由多个分别包含短增强纤维的橡胶薄层形成，所述短增强纤维相互平行并且以与包含在所述橡胶薄层中并垂直于所述胎面表面的方向形成的非零度的角度在所述胎面中沿一方向定向，所述短增强纤维从一个橡胶薄层到下一橡胶薄层是交叉的。

3.根据权利要求1所述的胎面，其特征在于，该胎面包括中心部分和位于每一侧的边缘部分，所述胎面的中心部分和边缘部分的隆起元件包括借助于处于多个橡胶薄层中的短增强纤维增强的胶料，所述中心部分中的短增强纤维的角度不同于所述边缘部分中的短增强纤维的角度。

4.根据权利要求1至3之一所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维从一层到另一层以相对于径向方向对称的角度交叉。

5.根据权利要求1至3之一所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维从一层到下一层以等于或接近+45°和-45°角度交叉。

6.根据权利要求1至3之一所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维从一层到下一层以相对于径向方向不对称的方式交叉。

7.根据权利要求1至3之一所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维选自于植物纤维，棉线，人造丝，纤维素，由芳族聚酸胺制成的纤维，由脂族聚酰胺制成的纤维，由聚酯制成的纤维，由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的纤维，由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制成的纤维，由聚酰亚胺制成的纤维，由聚乙烯醇制成的纤维，碳纤维和玻璃纤维。

8.根据权利要求7所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维选自于由芳纶制成的纤维。

9.根据权利要求7所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维选自于由尼龙46和66制成的纤维。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维具有至多等于10mm的长度。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维具有至少等于3mm且至多等于8mm的长度。

12.根据权利要求10所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维具有在从0.2μm到0.1mm的范围内的平均截面直径。

13.根据权利要求11所述的胎面，其特征在于，所述短增强纤维具有在从0.2μm到0.1mm的范围内的平均截面直径。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的胎面，其特征在于，每层中的短增强纤维的含量按重量计算至少等于所述层的橡胶的0.1％并且至多等于所述层的橡胶的45％。

15.用于重型货车的具有子午线胎体增强层的轮胎，其特征在于，该轮胎包括根据权利要求1至14中任一项所述的胎面。