CN103140361A

CN103140361A - 改进的轮胎胎面

Info

Publication number: CN103140361A
Application number: CN2011800475293A
Authority: CN
Inventors: M·博纳穆尔
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: FR2965512B1; WO2012041876A1; FR2965512A1; DE202011110278U1; EP2643172A1; CN103140361B; US20130306209A1

Abstract

本发明公开了一种轮胎胎面（30），所述轮胎胎面（30）由肖氏A硬度大于或等于58且小于或等于65的橡胶组合物制得，并设有构造为与地面接触的滚动表面（35）以及由浮凸基元所形成的胎面花纹，所述胎面具有多个切口（140），所述多个切口（140）具有大于或等于0.3mm且小于或等于2mm的宽度WI和并具有深度DI，每个切口由至少两个单独的橡胶壁（141、142）限定，所述切口中的至少一个由至少一个壁（142）限定，所述至少一个壁（142）设有从所述壁突出的具有最大厚度TMAX的至少一个突出部（150）用以减少所述切口的宽度，所述突出部在切口的深度DI的方向上在内部深度DPI与外部深度DPE之间延伸，所述内部深度DPI和外部深度DPE为非零的，且所述最大厚度TMAX大于或等于所述切口的宽度WI的40%。本发明还公开了一种包括这种胎面的轮胎。

Description

改进的轮胎胎面

技术领域

本发明涉及客车轮胎，特别地涉及这种轮胎的胎面。

背景技术

当前，由于环境和经济需要，所有的车辆制造商面临必须降低燃料消耗的要求。车辆所装备的轮胎对降低消耗具有显著的贡献。因此，降低轮胎的滚动阻力变得日益重要。

滚动阻力主要源于制造轮胎的橡胶混合物为粘弹性材料这一事实。当该类材料承受变形时，其以热量的形式耗散能量。当轮胎滚动时，其在负载的作用下变形，从而在接触区域中变得平扁。所述变形导致能量损失，因此导致滚动阻力。

在对能量耗散具有影响的因素中，可提及如下因素：轮胎胎面的材料的刚度、应力频率、操作温度以及变形程度。材料耗散能量的能力与变形导致的刚度下降相关（“非线性”）。

因此，为了降低轮胎的滚动阻力，有利的是使用低耗散材料。然而，使用这种材料导致多个缺点，例如胎面的更低耐磨性和更小抓着力。

处理这些缺点导致使用具有相对较低刚度的材料制得的胎面。因此，已发现肖氏A硬度大于或等于55但小于或等于70的橡胶组合物能够获得抓着力、耐磨性和滚动阻力之间的高度有利的折衷。

然而，在胎面中使用的这些橡胶组合物的低刚度的确具有缺点。特别地，其导致更低的侧偏刚度，即轮胎对方向盘的移动响应较差，这对车辆的性能具有不利影响。可以通过降低胎面花纹的径向高度来恢复侧偏刚度，但该降低导致胎面的耐磨性受损。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种胎面，其具有极低的滚动阻力以及令人满意的侧偏刚度和良好的耐磨性。

该目的通过由具有相对较低的刚度的材料制造胎面以及通过形成由至少两个橡胶壁限定的切口而实现，所述橡胶壁中的至少一个设置有突出部，当具有切口的胎面部分与装配该胎面的轮胎所滚动的地面接触时，所述突出部与相对的壁形成接触。

更精确地，该目的通过一种轮胎胎面实现，所述轮胎胎面由肖氏A硬度大于或等于58且小于或等于65的橡胶组合物制得，并设有构造为与地面接触的滚动表面以及由浮凸基元所形成的胎面花纹，所述胎面具有多个切口，所述多个切口具有大于或等于0.3mm且小于或等于2mm的宽度WI并具有深度DI，每个切口由至少两个单独的橡胶壁限定，所述切口中的至少一个由至少一个壁限定，所述至少一个壁设置有从所述壁突出的具有最大厚度TMAX的至少一个突出部用以减少所述切口的宽度，所述突出部在切口的深度DI的方向上在内部深度DPI与外部深度DPE之间延伸，所述内部深度DPI和外部深度DPE为非零，且所述最大厚度TMAX大于或等于所述切口的宽度WI的40%。

聚合物的粘弹性特性通过动态力学分析研究，其中将正弦力（应力σ）施加至材料，并测量产生的位移（应变）。对于完全弹性的固体，所述产生的应变和所述应力将完全同相。对于完全粘性的液体，应变相对于应力将存在90度相位滞后。粘弹性聚合物具有介于其间的特征，即在DMA（动态力学分析）测试过程中将发生一定的滞相。

σ=σ₀sin(tω+δ)

ε=ε₀sin(tω)

其中

ω为应变振荡的频率，

t为时间，

δ为应力与应变之间的滞相。

储能模量E”测量储存的能量，从而表示弹性部分，损耗模量E’测量作为热量耗散的能量，从而表示粘性部分。拉伸储能模量和损耗模量如下定义：

E^{'^{'}} = \frac{σ_{0}}{ϵ_{0}} \sin δ

E^{'} = \frac{σ_{0}}{ϵ_{0}} \cos δ

\tan δ = \frac{E^{''}}{E^{'}}

优选地，根据本发明的一个实施方案，橡胶组合物的tanδ在40°C和10Hz下大于或等于0.19且小于或等于0.25。在40°C下的tanδ为橡胶组合物的滚动阻力的良好量度。

根据一个有利的实施方案，当轮胎为新的时，胎面花纹的径向高度HTP大于或等于5mm且小于或等于8mm（并优选大于或等于6mm且小于或等于7mm）。这种极不寻常的径向高度HTP可以进一步增加使用胎面所获得的侧偏刚度。

根据另一有利的实施方案，每个突出部的最大厚度TMAX大于或等于所述切口的宽度WI的60%。

根据第三个有利的实施方案，所述突出部的所述最大厚度TMAX与所述切口的宽度WI之间的差大于或等于0.15mm且小于或等于0.3mm。

根据第四个有利的实施方案，对于每个突出部，深度DPI大于或等于突出部所位于的切口的深度DI的20%，且小于或等于该切口的深度DI的80%。

根据第五个有利的实施方案，所述胎面包括与滚动表面具有交叉的多个胎面花纹块，其中每个胎面花纹块与滚动表面的交叉具有大于或等于10mm的周向长度，且所述多个切口设置于所述多个胎面花纹块中，从而使得两个相邻切口之间的周向距离大于或等于10mm。

当然，组合这些各种实施方案是可能的，甚至是有利的。

本发明还涉及一种包括根据本发明的实施方案的胎面的轮胎。

附图说明

图1显示了根据现有技术的轮胎。

图2显示了根据现有技术的轮胎的局部立体图。

图3在径向横截面中显示了设有根据本发明的实施方案的胎面的轮胎的一部分。

图4至7示意性地显示了根据本发明的实施方案的胎面30的一部分，其具有两个周向槽121和122以及设有切口140的胎面花纹块130。图4显示了该部分的立体图，而图5显示了自上方观察的该部分。图6沿着图5的线I-I显示了相同部分的径向截面，而图7沿着图5的线II-II显示了沿着胎面花纹块130的厚度的截面。

图8显示了用于模制根据本发明的一个实施方案的胎面中的切口的模制元件。

具体实施方式

当在轮胎领域中使用术语“径向”时，应区分本领域技术人员对该词语的数种不同的使用。首先，该表述指轮胎的半径。因此，如果点P1相比于点P2更接近轮胎的旋转轴线，则点P1称为在点P2的“径向内部”（或在点P2“径向上的内部”）。相反，如果点P3相比于点P4更远离轮胎的旋转轴线，则称点P3在点P4的“径向外部”（或在点P4“径向上的外部”）。“径向向内”（或“径向向外”）应理解为意指通向更小（或更大）的半径。当指代径向距离时，术语的该含义也适用。

相比而言，当丝线或增强件的增强元件与周向方向形成大于或等于80°且小于或等于90°的绝对值角度时，则将该丝线或增强件称为“径向的”。应该指出，在本文中，术语“丝线”应以极通常的意义理解，并包括单丝、复丝、帘线、纱或等同组件的形式的丝线，而不考虑构成丝线的材料或用以提高丝线对橡胶的粘附的表面处理。

最后，术语“径向截面”或“径向横截面”在本文应理解为意指在含有轮胎的旋转轴线的平面中的截面或横截面。

“轴向”方向为与轮胎的旋转轴线平行的方向。如果点P5相比于点P6更接近轮胎的中平面，则称点P5在点P6的“轴向内部”（或“轴向上在点P6的内部”）。相反，如果点P7相比于点P8更远离轮胎的中平面，则称点P7在点P8的“轴向外部”（或“轴向上在点P8的外部”）。轮胎的“中平面”为垂直于轮胎的旋转轴线，并离每个胎圈的环状增强结构等距设置的平面。

“周向”方向与轮胎的半径以及轴向方向两者都垂直的方向。

当术语“径向”、“轴向”和“周向”用于仍未固定至轮胎上的胎面（例如用于翻新磨损轮胎的胎面）时，在想象胎面固定至轮胎上的情况下使用所述术语。举例而言，如果仍未固定至轮胎上的胎面上的点P1称为“径向上在另一个点P2的内部”，则这意指当所述胎面固定至轮胎上时，点P1径向上在点P2的内部（在如上给出的定义的含义内）。

轮胎的“滚动表面”由胎面上的一组点形成，当轮胎充气至其工作压力并在平坦地面上滚动时，所述点易于与所述地面形成接触。

在本文的上下文中，表述“橡胶组合物”意指包含至少一种弹性体和至少一种填料的橡胶组合物。有时同义词“橡胶混合物”用于简称，表述“橡胶混合物”和“橡胶组合物”在这里可互换。

当指代“肖氏A硬度”的值时，应了解这些值为根据ASTMD67549T标准测得的硬度值。

根据ASTM D5992-96标准在粘度分析仪（Metravib VA4000）上测量tanδ值。经硫化的组合物的试样（厚度为4mm并且横截面为400mm²的圆柱形测试件）的响应被记录，其在0.7MPa的固定应力下，在0°至100°C之间的温度扫描过程中，经受频率为10Hz的交变简单剪切。特别地，记录在40°C下观察到的tanδ值。

图1示意性地显示了根据现有技术的轮胎10。轮胎10包括胎冠，所述胎冠具有由胎面30覆盖的胎冠增强件（图1中未显示），所述胎面30包括胎面花纹块31和中心肋32。两个胎侧40径向向内延伸胎冠，两个胎圈50径向上在胎侧40的内部。

图2示意性地显示了根据现有技术的另一轮胎10的局部立体图，并且示出了轮胎的各种组件。轮胎10包括胎体增强件60和两个胎圈50，所述胎体增强件60由嵌入橡胶混合物中的丝线61组成，所述两个胎圈50各自具有将轮胎10保持在轮辋（未显示）上的周向增强件70（在本文为胎圈线）。胎体增强件60锚固在胎圈50的每一个中。轮胎10还包括胎冠增强件，所述胎冠增强件包括两个帘布层80和90。帘布层80和90的每一个由丝状增强元件81和91增强，所述增强元件81和91在每个帘布层中平行，并且从一个帘布层交叉至另一帘布层，从而与周向方向形成10°至70°之间的角度。所述轮胎还包括环箍增强件100，所述环箍增强件100在径向上位于胎冠增强件的外部，所述环箍增强件由螺旋缠绕的周向定向的增强元件101形成。将胎面30安置于所述环箍增强件上，轮胎10正是经由该胎面30而与道路接触。所示的轮胎10为“无内胎”轮胎。其包括“内衬”110，所述“内衬”110由不渗透充气气体的橡胶组合物制成，并且覆盖轮胎的内表面。

图3在径向横截面中示意性地显示了根据本发明的实施方案的轮胎10的一部分。该轮胎10具有设计为与安装轮辋（未显示）形成接触的两个胎圈50。每个胎圈具有环状增强结构70（在本文为胎圈线），两个胎侧40径向向外延伸胎圈50，所述两个胎侧40在包括由帘布层80和90所形成的胎冠增强件的胎冠中连结，环箍增强件100在径向上位于胎冠增强件的外部，并由胎面30覆盖，所述胎面30设置有构造为与地面接触的滚动表面35。胎冠增强件和环箍增强件100在轮胎的中平面200的任一侧上轴向延伸。轮胎10还包括胎体增强件60，所述胎体增强件60从胎圈50通过胎侧40延伸至胎冠。所述胎体增强件包括多个胎体增强元件，并且在该情况下在两个胎圈中通过围绕胎圈线70向上翻边锚固至环状增强结构。

所述胎冠增强件包括径向内帘布层80和径向外帘布层90，所述帘布层的每一个用丝状增强元件增强，每个帘布层的增强元件相互平行，且两个相邻帘布层的增强元件从一个帘布层交叉至另一个帘布层。

环箍增强件100以本领域技术人员已知的方式由至少一个周向定向的增强元件形成。

所示的轮胎10为“无内胎”轮胎，其包括“内衬”110，所述“内衬”110由不渗透充气气体的橡胶组合物制成，并且覆盖轮胎的内表面。

所述胎面由肖氏A硬度大于或等于58且小于或等于65，在此情况下等于62的橡胶组合物制成。具有这种肖氏A硬度的橡胶组合物的配方和配混本身是已知的，并且在本领域技术人员的能力范围内。

作为一个实例，表I显示了可使用的橡胶组合物。组成以phr（“每100份橡胶或弹性体”）给出，即以每100重量份橡胶或弹性体的重量份给出。

所述橡胶组合物优选基于至少一种二烯弹性体、增强填料和交联体系。

术语“二烯”弹性体（或橡胶）应该如已知的那样理解为意指至少部分获自二烯单体（即带有两个碳-碳双键的单体，无论其共轭与否）的弹性体（即均聚物或共聚物）。所用的二烯弹性体优选选自：聚丁二烯（BR）、天然橡胶（NR）、合成聚异戊二烯（IR）、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）、苯乙烯-丁二烯-异戊二烯共聚物（SBIR）和这些弹性体的共混物。

一个优选的实施方案使用“异戊二烯”弹性体，即异戊二烯均聚物或共聚物，换言之，选自天然橡胶（NR）、合成聚异戊二烯（IR）、各种异戊二烯共聚物和这些弹性体的共混物的二烯弹性体。

表I

S-SBR弹性体[1]	80
		BR弹性体[2]	20
二氧化硅[3]	73
		炭黑[4]	3
偶联剂[5]	5.8
		增塑树脂[6]	20
MES非芳族油	6
		抗臭氧蜡	1.7
抗氧化剂（6PPD）[7]	2.2
		DPG[8]	1.5
ZnO	1.0
		硬脂酸	2
硫	1
		促进剂[9]	1.6
肖氏A硬度	63
		在40°C和10Hz下的tanδ	0.234

表I的注释：

[1]SBR：油充溶液（以干燥SBR表示的含量）；25%的苯乙烯、58%的1,2-聚丁二烯单元和23%的反式1,4-聚丁二烯单元（TG=-24°C）；

[2]具有4.3%的1,2-单元、2.7%的反式单元和93%的顺式1,4-单元的BR（TG=-106°C）

[3]来自Rhodia的“HD”型“Zeosil1165MP”二氧化硅；

[4]N234系列炭黑（ASTM级）

[5]TESPT偶联剂（来自Degussa的“Si69”)

[6]苯乙烯/C₅馏分树脂（来自Neville Chemical Company的“Super Nevtac85”）；

[7]N-1,3-二甲基丁基-N-苯基对苯二胺（来自Flexsys的“Santoflex6-PPD”）；

[8]二苯胍（来自Flexsys的“Perkacit DPG”）；

[9]N-环己基-2-苯并噻唑基-次磺酰胺（来自Flexsys的“SantocureCBS”）

异戊二烯弹性体优选为天然橡胶或顺式-1,4型的合成聚异戊二烯。在这些合成聚异戊二烯中，优选使用顺式-1,4键的量（以mol%计）大于90%，更优选还大于98%的聚异戊二烯。根据其他优选实施方案，二烯弹性体可以全部或部分地由另一二烯弹性体组成，所述另一二烯弹性体例如可能与另一弹性体（例如BR型弹性体）共混的SBR弹性体（E-SBR或S-SBR）。

橡胶组合物也可包括在制造轮胎的橡胶基质中常规使用的添加剂的全部或一些，例如，增强填料（如炭黑）或者无机填料（如二氧化硅）、用于偶联无机填料的偶联剂、抗老化剂、抗氧化剂、增塑剂或增量油（不论增量油为芳族性质或非芳族性质（特别是具有高粘度或优选低粘度的环烷型或链烷型的非芳族或极略微芳族的油、MES油或TDAE油、具有30°C以上的高TG的增塑树脂））、使加工未硫化状态的组合物更容易的加工助剂、增粘树脂、基于硫或基于硫给体和/或过氧化物基的交联体系、促进剂、硫化活化剂或阻滞剂、抗硫化返原剂、亚甲基受体和给体（例如HMT（六亚甲基四胺）或H3M（六甲氧基甲基三聚氰胺））、增强树脂（如间苯二酚或双马来酰亚胺），以及已知的助粘剂体系（例如金属盐，特别是钴盐或镍盐型）。

这些组合物在合适的混合器中使用本领域技术人员公知的两个连续制备阶段制得，即，在高温下，达到110°C至190°C之间，优选130°C至180°C之间的最大温度下的第一热机械加工或捏合阶段（称作“非制备”阶段），接着在达到通常110°C以下的较低温度下的第二机械加工阶段（称作“制备”阶段），在该完工步骤的过程中引入交联体系。

举例而言，非制备阶段在持续数分钟（例如2至10分钟之间）的单个热机械步骤中进行，在所述单个热机械步骤的过程中，将除了交联或硫化体系之外的所有必要的基本成分和其他添加剂引入合适的混合器（如标准密闭式混合器）中。在由此获得的混合物冷却之后，然后将硫化体系引入保持在低温（例如30°C至100°C之间）下的外部混合器（如双辊开炼机）中。然后将所有成分混合（在制备阶段过程中）数分钟（例如5至15分钟之间）。

硫化（或固化）可通常在130°C至200°C之间的温度下，优选在压力下以已知方式进行足够长的时间，该时间可特别地取决于固化温度、所用的硫化体系和所述的组合物的硫化速率而在例如5至90分钟之间变化。

回到根据本发明的实施方案的轮胎的几何结构，胎面30设置有由浮凸基元所形成的胎面花纹。在图3中，可见到三个周向槽121至123，但所述胎面还具有横向切口（在该径向横截面中不可见）。术语“横向切口”这里应理解为意指这样的切口，其最大尺寸的方向与周向方向形成非零角度。

胎面花纹具有径向高度HTP，如图6所示。该高度对应于滚动表面与形成胎面花纹的元件（周向和横向槽和切口）的径向最内点之间的最大距离。当胎面在充气至其工作压力的轮胎上时，可通过测量所有的槽和切口的径向深度来确定该高度：径向高度HTP对应于测得深度的最大值。在根据本发明的实施方案的胎面中，径向高度HTP优选大于或等于5mm且小于或等于8mm。在本实例中，当轮胎为新的（即未磨损）时，径向高度HTP为7mm。

深度为DI的切口140（示于图7）由至少两个橡胶壁141和142限定，所述至少两个橡胶壁141和142在胎面花纹块130的整个轴向宽度上和胎面花纹块的整个径向高度上（即在垂直于图平面的方向上）延伸。宽度WI为两个橡胶壁141和142之间的距离，在此处宽度WI等于0.5mm。

限定切口140的壁中的一个，即壁142，设有三个突出部，所述三个具有最大厚度TMAX的突出部，并从所述壁突出用以减小切口的宽度。当然，突出部的精确数量不是关键因素，可以提供单个宽的突出部或更大数量的更小的突出部。最大厚度TMAX相对于壁142测得，突出部从所述壁142突出。在此情况下，TMAX等于0.3mm。因此，所述突出部将切口的宽度局部降低至相当于宽度WI的约40%的值。当胎面的该部分与轮胎在其上滚动的地面形成接触时，所述突出部构造为快速建立与相对壁的接触。具体地，当胎面与地面形成接触时，突出部150的面152压在相对壁141上，并因此限制胎面花纹块130的变形。

在设计本发明的过程中，本发明人了解在低刚度的胎面中使用这种切口使得所述切口特别有效，所述切口例如由文献JP02/303908和WO01/60642而本身是已知的。本发明人已发现，使用这种切口不仅对胎面的剪切有影响，还部分限制了泊松效应。因此，本发明有可能获得低滚动阻力与优良的处理之间的显著折衷，或者换言之，磨损的经济性与安全性之间的显著折衷。

所述突出部在切口的深度DI的方向上在内部深度DPI与外部深度DPE之间延伸（图7中示出），所述内部深度DPI与外部深度DPE为非零。

图8显示了用于模制具有其三个突出部150的切口140的模制元件250。该模制元件250由薄金属板制得，所述薄金属板具有对应于切口期望尺寸的厚度WI和长度。在所述板的面的一个上，通过使用铣刀型工具去除材料而制得三个凹处260。

图4至图8显示了具有突出部的切口，所述突出部具有极简单的几何结构。当然，提供更复杂的几何结构是可能的甚至是有利的，例如以使脱模更容易，特别是根据以引用方式并入本文的文献WO01/60642的教导。

使用这种切口与由具有低刚度的橡胶组合物制得的胎面一起可以获得具有极低滚动阻力以及令人满意的侧偏刚度和良好的耐磨性的胎面。

表II显示了使用参照轮胎和使用根据本发明的一个实施方案的轮胎而获得的结果。尺寸为205/55R16的两个轮胎彼此区别仅在于胎面的刚度和在某些横向切口中存在图4至图7所示类型的突出部：

表II

轮胎	肖氏A硬度	滚动阻力	侧偏刚度	磨损
					参照	68.5	100	100	100
本发明	62	91	98	97

Claims

1.轮胎胎面（30），所述轮胎胎面（30）由肖氏A硬度大于或等于58且小于或等于65的橡胶组合物制得，并设有构造为与地面接触的滚动表面（35）以及由浮凸基元所形成的胎面花纹，所述胎面具有多个切口（140），所述多个切口（140）具有大于或等于0.3mm且小于或等于2mm的宽度WI和并具有深度DI，每个切口由至少两个单独的橡胶壁（141、142）限定，所述切口中的至少一个由至少一个壁（142）限定，所述至少一个壁（142）设有从所述壁突出的具有最大厚度TMAX的至少一个突出部（150）用以减少所述切口的宽度，所述突出部在切口的深度DI的方向上在内部深度DPI与外部深度DPE之间延伸，所述内部深度DPI和外部深度DPE为非零的，且所述最大厚度TMAX大于或等于所述切口的宽度WI的40%。

2.根据权利要求1所述的胎面，其中当轮胎为新的时，所述胎面花纹的径向高度HTP大于或等于5mm且小于或等于8mm。

3.根据权利要求2所述的胎面，其中当轮胎为新的时，所述胎面花纹的径向高度HTP大于或等于6mm且小于或等于7mm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的胎面，其中所述突出部（150）的所述最大厚度TMAX大于或等于所述切口（140）的宽度WI的60%。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的胎面，其中所述突出部（150）的所述最大厚度TMAX与所述切口（140）的宽度WI之间的差大于或等于0.15mm且小于或等于0.3mm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的胎面，其中对于每个突出部（150），所述深度DPI大于或等于所述突出部所位于的所述切口（140）的深度DI的20%，且小于或等于所述切口的深度DI的80%。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的胎面，其中所述橡胶组合物具有大于或等于0.19且小于或等于0.25的在40°C和10Hz下的tanδ。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的胎面，其中所述胎面包括与所述滚动表面具有交叉的多个胎面花纹块，其中每个胎面花纹块与所述滚动表面的交叉具有大于或等于10mm的周向长度，其中所述多个切口设置于所述多个胎面花纹块中，且其中两个相邻切口之间的周向距离大于或等于10mm。

9.包括根据前述权利要求中任一项所述的胎面的轮胎。