CN103153650B - 具有径向胎体增强层的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明尤其涉及一种客车轮胎，其胎冠增强层由以下部分组成：径向胎体增强层（2）；工作增强层（53），其由相对于轮胎的周向（DC）以角度“α”倾斜的单层增强件（531）组成，所述角度α在4度和7度之间，其中由聚合物制成的扁平周向增强件（9）设置在胎冠的中心部分中。

Description

具有径向胎体增强层的轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎，且更特别地涉及具有径向胎体（子午线轮胎胎体）的客车轮胎。

背景技术

通常称为“子午线轮胎”的具有径向胎体（子午线轮胎胎体）的轮胎在大多数市场中已逐渐称为标准，尤其在客车（客运车辆）轮胎市场中更是如此。这种成功尤其由子午线轮胎技术具有的耐久性、舒适性、轻质和低滚动阻力的特性导致。

子午线轮胎主要由柔性侧壁（胎侧）以及更刚性的胎冠组成，侧壁从胎圈径向延伸远至胎肩，它们之间的胎肩界定胎冠，胎冠支撑轮胎胎面。由于这些轮胎部分中的每一个具有其特定功能，因此它也具有其特有的增强层。子午线轮胎技术的一个特征在于，这些部分中的每一个的增强层可彼此独立地相对精确适配或调整。

客车子午线轮胎（通常称为“客车轮胎”）的胎冠增强层已知包括以下元件：

·由增强件（通常为织物）形成的径向胎体增强层（子午线轮胎胎体增强层），其连接该轮胎的两个胎圈，

·主要由增强件（通常为金属帘线）组成的两个交叉胎冠三角层（或帘布层），其中每个增强件与轮胎的周向形成大约30度的角度，

·主要由实践中平行于轮胎的周向的增强件组成的胎冠带束层，这些增强件通常称为“零度增强件”，尽管由于所述增强件的卷绕，它们大体上与周向形成非零角度。

广义上，胎体可据称具有承受轮胎内部压力的主要功能，交叉帘布层具有与胎体相互作用以向轮胎提供其转弯刚度的主要功能，并且胎冠带束层具有抵抗高速下胎冠、尤其是其中心部分上的离心效应的主要功能。也可据称，所有这些增强元件之间的相互作用向轮胎提供面对各种应力负载保持相对圆柱形形状的能力。

胎冠增强层的这些元件中的每一个通常通过压延与橡胶混料结合。这些元件的叠层接着在轮胎硫化期间接合在一起。

在数十年对子午线轮胎结构的研究、进展和开发之后，所有这些增强元件（胎体、交叉层、带）的组合使得子午线轮胎能够获得不可否认的舒适性、使用寿命和成本性能，这些均给子午线轮胎带来了成功。在整个开发期间，已尝试改善轮胎性能，例如改善其质量和其滚动阻力。随着采用越来越高性能的增强件并且使用越来越薄的压延橡胶层，子午线轮胎的胎冠厚度因而已逐渐降低，从而使得轮胎可制造得尽可能轻。

发明内容

本发明的一个目的在于在不降低安全性和使用寿命方面的性能的情况下，允许胎冠的质量进一步显著降低以及因此客车轮胎的质量显著降低。

该目的由本发明实现，本发明提出了一种客车轮胎，其胎冠增强层由以下部分组成：

·径向胎体增强层，

·工作增强层，其由相对于轮胎的周向DC以角度α倾斜的单层增强件组成，所述角度α在4度和7度之间，

·扁平周向聚合物增强件，其设置在所述胎冠的中心部分中。

优选地，所述角度α在5度和6度之间。

根据本发明的第一变型，工作层的增强件优选为钢帘线。

根据本发明的第二变型，工作层的增强件优选为芳族聚酰胺帘线。

根据本发明的第三变型，工作层的增强件优选为钢带。

优选地，扁平周向增强件由热塑性聚合物薄膜制成。

更优选地，热塑性聚合物薄膜为多轴拉延的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜。

优选地，扁平周向增强件在径向上位于所述工作增强层的外部。

优选地，扁平周向增强件具有在0.25毫米和0.50毫米之间的厚度。

优选地，扁平周向增强件的宽度至少等于轮胎的宽度的一半。

附图说明

通过基于以下附图的其余描述可更好地了解本发明：

·图1是示意性地示出根据现有技术的轮胎的结构的剖切图；

·图2是示出根据本发明的第一实施例的轮胎的结构的剖切图；

·图3是示出根据本发明的第二实施例的轮胎的结构的剖切图；

·图4是根据本发明的第三实施例的工作增强层的透视图；

·图5和6是工作层以及它如何从半成品开始获得的的俯视图。

具体实施方式

在各图中，相同或相似的元件使用了相同的附图标号。其描述因而也不再系统性地重复。

图1以剖切图示意性地呈现了根据现有技术的客车子午线轮胎。可以看到其胎体增强层2，所述胎体增强层连接围绕胎圈钢丝31形成的两个胎圈3。胎体增强层由径向定向的增强件21形成。增强件21为织物帘线（例如由尼龙、人造丝或聚酯形成）。胎体构成侧壁8的单独增强层。

在胎冠中，即在轮胎的两个胎肩之间，胎体由两个交叉三角层51和52以及带束层4在顶部覆盖。

两个交叉胎冠三角层51和52包括在轮胎周向的每一侧以大体上在20度和40度之间的角度定向的增强件（分别为511和521）。交叉层的增强件主要为金属帘线。这些交叉帘布层通常以“工作帘布层”名称指示，且它们一起形成所谓的“工作增强层”5。

胎冠带束层4主要由平行于轮胎的周向定向的增强件41（通常称为“零度增强件”）组成。这些增强件通常为织物帘线（例如由尼龙、人造丝、聚酯、芳族聚酰胺）或混合帘线（例如芳族聚酰胺-尼龙帘线）。实践中，由于其螺旋状卷绕，胎冠带束层的增强件不严格平行于周向，而是与该方向形成一定角度。极其小的该角度被认为是可忽略的。它大体上处于十分之一度的量级，例如根据增强帘线的直径或所使用的增强件的帘线条宽度而在0.05度和0.5度之间。

内衬层7覆盖轮胎的空腔。胎面6覆盖胎冠增强层。

图2表示根据本发明的轮胎的第一实施例。在此视图的剖切部分，增强件以无遮盖的形式示出，即没有各橡胶层。本发明的一个主要特征在于，胎冠增强层包括单个工作增强层53。第二个主要特征在于，工作增强层的增强件531的倾角、即增强件的方向DR与周向DC之间的角度“α”在4度和7度之间。角度α在此实例中等于7度。本发明的第三个主要特征在于，存在设置在胎冠的中心部分中的扁平周向聚合物增强件9。

在此实例中，工作增强层的增强件531为用于根据现有技术的交叉帘布层的那些类型的金属帘线，例如用于尺寸为205/55R16的客车轮胎的所谓的“2×30”钢帘线，因为它们由两根扭绞钢丝组成，每根钢丝的直径为0.3毫米。也可使用芳族聚酰胺帘线来取代钢帘线。

因此，根据本发明的轮胎包括单个工作层53且另外缺少胎冠带束层，胎冠带束层的角色由工作层实现。

径向胎体2和胎圈3可与图1中针对现有技术描述的内容相同或相似。

令人惊讶地，该轮胎的功能特征可与根据现有技术的轮胎的那些特征完全相当。另一方面，其重量明显更低。这当然由于缺少根据现有技术的三层增强件中的两个而引起，而且也由于轮胎胎冠的总体厚度减小而引起。

图3以与图2类似的方式表示了本发明的第二实施例。此实施例与第一实施例的主要不同之处在于，工作增强件是扁平钢带532而非帘线。此处钢带的宽度约为3毫米。与第一实施例一样，这些增强件与周向DC形成的角度α等于约7度。举例而言，厚度为0.3至0.4毫米的钢带看起来适用于具有尺寸205/55R16的轮胎。使用扁平增强件取代帘线使得可以增加工作层的增强件密度。因此，可以进一步减小工作层和整个胎冠的厚度。因此，轮胎质量可进一步减小。此外，与扁平聚合物增强件9的结合更好，这对轮胎的转弯刚度有利。

图4表示根据本发明的轮胎的第三实施例的工作增强层53。此处增强件由宽度约为10毫米的增强橡胶条533形成。16个条并排设置，以形成宽度约为160毫米的工作增强层，其适用于具有尺寸205/55R16的客车轮胎。此处角度α等于5.5度。每个条可包括一定数目的钢帘线，例如间距为0.8毫米的上述2×30帘线或间距为0.9毫米的直径为0.7毫米的167/2TEX芳族聚酰胺帘线。

在图4的视图中，其中一个条被加黑，以使得读者能够在其整个长度上观察到它。因此可以看到，在一个胎肩上的条533的起点10与在另一个胎肩上的同一条的端点11之间，每个条行进大约轮胎的一个圆周的长度。该大约一个圆周的长度构成本发明的一个优选特征。很容易理解，根据轮胎直径、根据条宽度、根据工作增强层53的宽度并且当然也根据特定选择的角度α，条长度以及因此工作层的增强件的长度将在一个轮胎圆周的该值左右变化。然而，通常根据本发明，此长度优选保持在0.5个圆周和2个圆周之间。此视图关于工作增强层中的增强件的配置和长度的图解内容不限于一个特定类型的工作增强件，相反，对于所有类型的工作增强件适用。该图也可图解10毫米宽的钢带作为增强件的使用。

图5示意性地图解了为了形成根据本发明的工作增强层53而制备的半成品的一个实例。此处它是一个帘布层，其增强件531相对于在胎体上的的装配方向（DP）倾斜5.5度，即相对于轮胎的周向DC倾斜5.5度。此半成品具有菱形的形状。边缘55和56预定用于在装配时彼此相向地靠近，即上点59靠近右角61定位，而下点60靠近左角62定位。边缘57和58的长度L对应于装配后的工作增强层的周长。为了更好地表示工作层的定位，可参照图4且可以想象，加黑的条的一个边缘例如对应于装配至胎体上后的半成品的边缘55和56的接合。

图6图解了从非常长的半成品帘布层制备根据本发明的工作层的方式。半成品以角度α切割，以形成图5中的菱形。两个切口之间的长度L’对应于菱形的边缘55和56。由于此实例中的5.5度的角度，切割长度L’几乎不比上述长度L长。就工作层的相同长度和相同宽度而言，应理解，更接近7度的切割角度α将产生更短的切割长度L’，而更接近4度的切割角度α将对应于更长的切割长度L’。

如参照图2和3进一步描述的那样，本发明的一个主要特征在于，存在设置在胎冠的中心部分中的扁平周向聚合物增强件9。此增强件的尺寸设计使得可以独立于其他特征精确地调节轮胎的转弯刚度。本领域技术人员了解如何根据给定轮胎期望的刚度值确定此尺寸设计，例如通过进行连续测试来确定此尺寸设计。中心周向增强件9的宽度优选至少等于轮胎宽度的一半。措辞“轮胎宽度”应理解为表示其标称宽度，即针对具有尺寸205/55R16的轮胎为205毫米。

中心周向增强件9可布置在胎体增强层2与工作增强层5之间，或者在径向上布置在这两个增强层的外部，如图2和3所示。所表示的配置的一个优点在于，它也为胎冠提供了抵抗冲击（穿刺、切割）的保护。

中心周向增强件9可以是连续的，即沿轮胎的整个圆周不间断地延伸。它于是可与重叠部分邻接，或者相反具有自由端，优选为边缘至边缘地形成且以约45度的角度切割。中心周向增强件9也可以不连续，即由沿轮胎的圆周相继设置的若干部分组成，优选为边缘至边缘地形成且以45度的角度切割。

中心周向增强件9优选由热塑性聚合物制成。举例而言，可以使用多轴拉延的薄膜，即沿多于一个的方向压延或定向的薄膜。这种多轴拉延的薄膜已知目前主要用于在包装工业、食品工业、电气领域等中作为磁性涂层的支撑。

它们根据各种已知拉延技术制备而成，这些技术均预定用于使薄膜在若干主方向上具有高机械性能，而不是如标准热塑性聚合物纤维（例如PET或尼龙纤维）那样在单一方向上具有高机械性能，这些标准热塑性聚合物纤维在其熔融纺丝期间以已知方式单轴拉延。

这些技术要求沿若干方向的多重拉延操作，即纵向拉延、横向拉延和平面拉延操作。举例而言，可尤其提到由双轴拉伸-吹塑模制技术形成。

在许多专利文献中，例如在文献FR2539349（或GB2134442）、DE3621205、EP229346（或US4876137）、EP279611（或US4867937）、EP539302（或US5409657）和WO2005/011978（或US2007/0031691）中，均描述了多轴拉延的热塑性聚合物薄膜以及获得它们的方法。

可在一个或多个阶段实施拉延操作；当存在若干个拉延操作时，这些操作可同时或按顺序进行。所采用的拉延率（拉伸比）为目标最终机械性能的函数或取决于最终机械性能，通常大于2。

优选地，不论涉及的拉伸方向如何，所使用的热塑性聚合物薄膜具有由E表示的拉伸模量，该拉伸模量大于500MPa（尤其在500MPa和4000MPa之间），更优选大于1000MPa（尤其在1000MPa和4000MPa之间），更进一步优选大于2000MPa。在2000MPa和4000MPa之间、尤其在3000MPa和4000MPa之间的模量E的值对于本发明的胎冠三角层是特别理想的。

根据另一个优选实施例，不论涉及的拉伸方向如何，由σ_max表示的热塑性聚合物薄膜的最大拉伸应力优选大于80MPa（尤其在800MPa和200MPa之间），更优选大于100MPa（尤其在100MPa和200MPa之间）。大于150MPa、尤其在150MPa和200MPa之间的应力σ_max的值是特别理想的。

根据本发明的再一个优选实施例，不论涉及的拉伸方向如何，由Yp表示的热塑性聚合物薄膜的屈服点位于3%的伸长率以上，尤其在3%和15%之间。位于4%以上、尤其在4%和12%之间的Yp的值是特别理想的。

本领域技术人员已知上述机械性能可从力-伸长率曲线推导出来，例如对于厚度大于1毫米的条根据标准ASTMF638-02测量而得，或者对于厚度至多等于1毫米的薄片或薄膜根据标准ASTMD882-09测量而得；上述以MPa表示的模量E和应力σ_max关于经受拉伸测试的测试样品的初始横截面计算而得。

所使用的热塑性聚合物薄膜优选为热稳定化型薄膜，即在拉延后，其已经经受一个或多个热处理，这些热处理以已知方式预定用于限制其在高温下的热收缩（或皱缩）；所述热处理尤其可由后固化或硬化处理或者这种后固化或硬化处理的组合组成。

因而，且优选地，所使用在热塑性聚合物薄膜在150摄氏度下放置30分钟后具有相对于其长度的小于5%、优选小于3%（根据ASTMD1204测量而得）的收缩率。

所使用的热塑性聚合物的熔点（“Tm”）优选被选定为高于100摄氏度，更优选高于150摄氏度，尤其高于200摄氏度。

热塑性聚合物优选地选自于由聚酰胺、聚酯和聚酰亚胺组成的组，更特别地选自于由聚酰胺和聚酯组成的组。在聚酰胺中，尤其可提及由聚酰胺PA-4,6,PA-6,PA-6,6,PA-11或PA-12制成。在聚酯中，尤其可提及例如由PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、PBT（对苯二甲酸丁二醇酯）、PBN（聚萘二甲酸丁二醇酯）、PPT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）和PPN（聚萘二甲酸丙二醇酯）。

热塑性聚合物优选为聚酯，更优选为PET或PEN。

适用于本发明的胎冠三角层的多轴拉延的PET热塑性聚合物薄膜的实例例如为以名称“Mylar”和“Melinex”销售（杜邦帝人薄膜）或以“Hostaphan”（三菱聚酯薄膜）销售的双轴拉延的PET薄膜。

在周向增强件9中，热塑性聚合物薄膜的厚度优选在0.05毫米和1毫米之间，更优选在0.1毫米和0.7毫米之间。举例而言，0.25毫米至0.50毫米的薄膜厚度已证明是特别适合的。

热塑性聚合物薄膜可包括添加至聚合物中的添加剂，所述添加剂尤其在聚合物形成时添加，这些添加剂可例如为抗老化剂，增塑剂，诸如硅石、粘土、滑石、高岭土或短纤维的填料；填料例如可使薄膜表面粗糙且因而有助于改善其粘合剂摄取和/或其粘附至所述薄膜预定接触的橡胶层。

根据本发明的一个优选实施例，热塑性聚合物薄膜设有面向与之接触的每个橡胶混合物层的粘合层。

为了使橡胶附着至热塑性聚合物薄膜，可使用任何适当的粘合剂体系，例如包括诸如天然橡胶的至少一个二烯弹性体的“RFL”（间苯二酚-甲醛-胶乳）型简单织物粘合剂，或已知用于赋予橡胶与诸如聚酯或聚酰胺纤维的传统热塑性纤维之间的令人满意的附着力的任何等同粘合剂。

举例而言，粘合剂涂覆工艺可主要包括下述连续步骤：穿过粘合剂浴室，接着排出（例如通过吹动、筛分）以移除过多粘合剂；接着例如通过传送进烤箱（例如在180摄氏度下持续30秒）进行干燥以及进行最终热处理（例如在230摄氏度下持续30秒）。

在上述粘合剂涂覆之前，可有利地活化薄膜表面，例如通过机械和/或物理和/或化学方式，以改善其粘合剂摄取和/或其最终附着至橡胶。机械处理例如可由褪光或刮划表面的先前步骤组成；物理处理例如可由经由辐射（诸如电子束）的处理组成；化学处理可例如由先前传送进环氧树脂和/或异氰酸酯（盐）化合物的浴室组成。

由于热塑性聚合物薄膜的表面通常是特别光滑的，可有利地添加增稠剂至所使用的粘合剂，从而改善其粘合剂涂覆期间薄膜的总粘合剂摄取。

本领域技术人员易了解，在轮胎的最终固化（交联）期间确定地提供热塑性聚合物薄膜和与之接触的每个橡胶层之间的连接。

根据图2的实施例的轮胎与根据现有技术的客车轮胎进行了比较。

测试尺寸为205/55R16。根据现有技术的轮胎（MICHELINENERGY^tmSaver205/55R16）的质量为8千克。当工作层的增强件为钢帘线时，根据本发明的轮胎的质量为7.1千克，且当工作层的增强件为芳族聚酰胺帘线时，根据本发明的轮胎的质量为6.8千克。因此，质量分别减少了11%和15%。

Claims (10)

1.客车轮胎，其胎冠增强层由以下部分组成：

·径向胎体增强层(2)，

·单个工作增强层(53)，其由相对于所述轮胎的周向(DC)以角度“α”倾斜的单层增强件(531)组成，所述角度α在4度和7度之间，

·扁平周向聚合物增强件(9)，其设置在所述胎冠的中心部分中。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述角度α在5度和6度之间。

3.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述工作层的增强件为钢帘线。

4.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述工作层的增强件为芳族聚酰胺帘线。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述工作层的增强件为钢带(532)。

6.根据权利要求1和2之一所述的轮胎，其特征在于，所述扁平周向增强件由热塑性聚合物薄膜制成。

7.根据权利要求6所述的轮胎，其特征在于，所述热塑性聚合物薄膜为多轴拉延的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。

8.根据权利要求1和2之一所述的轮胎，其特征在于，所述扁平周向增强件在径向上位于所述工作增强层的外部。

9.根据权利要求1和2之一所述的轮胎，其特征在于，所述扁平周向增强件具有在0.25毫米和0.50毫米之间的厚度。

10.根据权利要求1和2之一所述的轮胎，其特征在于，所述扁平周向增强件的宽度至少等于所述轮胎的宽度的一半。