CN103459688B - 橡胶制品补强用帘线以及充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

橡胶制品补强用帘线通过将其中初捻纤维素纤维的线与其中初捻尼龙纤维的线加捻来形成。尼龙纤维的初捻数小于纤维素纤维的初捻数。此外，将橡胶制品补强用帘线作为胎体的帘布层帘线用于充气轮胎。

Description

橡胶制品补强用帘线以及充气轮胎
技术领域
本发明涉及橡胶制品补强用帘线，并涉及在胎体的帘布层帘线中使用所述帘线的充气轮胎。
背景技术
在作为典型的橡胶制品的充气轮胎中，特别是在摩托车轮胎中的胎体帘布层中使用为高刚性纤维的人造丝纤维，以便实现高操纵稳定性(steering stability)。此外，天丝纤维(lyocell fiber)(其也是纤维素纤维)比人造丝的刚性高，因此可用于获得甚至更高的操纵稳定性。
例如，JP2006-290164A(专利文献1)公开了通过在摩托车轮胎的胎体帘线中使用人造丝作为纤维来改善操纵稳定性的技术。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP2006-290164A
发明内容
发明要解决的问题
然而，纤维素纤维例如人造丝纤维或天丝纤维等是高刚性的，这些纤维具有差的耐疲劳性是一个问题。天丝纤维具有特别差的耐疲劳性。
特别是在摩托车轮胎中的胎体帘布层通常具有相对于轮胎周向倾斜的帘布层帘线交替叠加的斜交结构(bias structure)。对帘布层之间的交叉部分(intersection)反复输入引起容易发生疲劳断裂的问题。
由于由纤维素纤维形成的帘布层帘线具有不良的耐疲劳性，需要在斜交结构中以相对于轮胎周向在80°至90°角度配置胎体，以便降低帘布层帘线之间的交叉部分的磨蚀磨损(fretting wear)。
特别地，当使用由纤维素纤维制造并在具有胎冠结构(cap structure)的轮胎中以相对于轮胎周向在80°至90°的角度配置于帘布层中的帘线时，帘线由于压缩应变(compressive strain)而经受疲劳，引起轮胎较低的耐久性的问题。
因此，本发明的目的是提供具有改善的耐疲劳性同时保持高刚性的橡胶制品补强用帘线，和在胎体的帘布层帘线中使用所述帘线的高耐久性充气轮胎。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，在反复试验后，发明人发现使用在高刚性的纤维素纤维中混合耐疲劳性优异的尼龙纤维的帘线可使纤维素纤维的高刚性与尼龙纤维的耐疲劳性相容。具体地，发明人进一步发现，为了实现该相容性，需要适当地设定各纤维的初捻数(ply twist number)的条件。
根据本发明的充气轮胎的主要特征如下。
(1)一种橡胶制品补强用帘线，其是将由纤维素纤维初捻而成的线与由尼龙纤维初捻而成的线加捻而成的，其中尼龙纤维的初捻数小于纤维素纤维的初捻数。
(2)根据(1)所述的橡胶制品补强用帘线，其中满足以下关系：
0≤n/m≤0.75
其中n为尼龙纤维的初捻数(捻(twist)/10cm)，m为纤维素纤维的初捻数(捻/10cm)，且n/m为尼龙纤维的初捻数与纤维素纤维的初捻数之比。
(3)根据(1)或(2)所述的橡胶制品补强用帘线，其中纤维素纤维的初捻数为32(捻/10cm)以上。
(4)根据(1)至(3)任一项所述的橡胶制品补强用帘线，其中尼龙纤维的初捻数为30(捻/10cm)以下。
(5)根据(1)至(4)任一项所述的橡胶制品补强用帘线，其中尼龙纤维在帘线中的含量在17%至45%的范围内。
(6)根据(1)至(5)任一项所述的橡胶制品补强用帘线，其包含至少一根初捻纤维素纤维和至少一根初捻尼龙纤维。
(7)根据(1)至(6)任一项所述的橡胶制品补强用帘线，其中纤维素纤维的细度为500dtex至3000dtex，且尼龙纤维的细度为400dtex至3000dtex。
(8)根据(1)至(7)任一项所述的橡胶制品补强用帘线，其中帘线以相对于轮胎周向在60°和90°之间的角度配置。
(9)一种充气轮胎，其将根据(1)至(8)任一项所述的橡胶制品补强用帘线用于胎体的帘布层帘线。
(10)根据(9)所述的充气轮胎，其包括通过沿轮胎周向设置的高弹性帘线来补强的胎冠结构。
发明的效果
根据本发明，通过在适当的初捻数的条件下同时使用纤维素纤维和尼龙纤维可提供兼具高刚性和耐疲劳性的帘线以及将所述帘线用于胎体的帘布层帘线的充气轮胎。
附图说明
下面参考附图进一步描述本发明，其中：
图1说明当尼龙和纤维素的初捻数相当时的终捻(cable twist)；
图2说明当纤维素的初捻数大于尼龙的初捻数时的终捻；和
图3为具有胎冠结构的轮胎的截面图。
具体实施方式
以下参考附图详细描述本发明。图1至3说明用于根据本发明的实施方案的充气轮胎的胎体帘布层的帘线。
本实施方案中，为了使高刚性与耐疲劳性相容，使用混合高刚性的纤维素纤维和耐疲劳性优异的尼龙纤维的帘线。
图1示出当尼龙纤维和纤维素纤维的初捻数为30(捻/10cm)时的情况。
该情况下，尼龙纤维2和纤维素纤维1交替排列于一股帘线中，并且当将压缩应变输入(place)到帘线上时，压缩应变被均匀地施加到尼龙纤维和纤维素纤维上。因此，即使帘线包含一起加捻的尼龙纤维和纤维素纤维，施加到耐压缩疲劳性差的纤维素纤维上的压缩应变也不会变化。因此，在该情况下帘线的耐疲劳性不会改善。
注意捻数根据JIS L1017(1983)表示为每10cm线的值。
本实施方案中，为了使纤维素纤维的高刚性与尼龙纤维优异的耐疲劳性相容，关键是纤维素的初捻数大于尼龙的初捻数。例如，尼龙的初捻数设定至5(捻/10cm)，和纤维素的初捻数设定至30(捻/10cm)。
图2示出沿与初捻相反的方向一起加捻(终捻)的初捻的纤维素纤维的线和初捻的尼龙纤维的线。
如图2所示，在所得结构中，纤维素纤维位于帘线的更外侧，而尼龙纤维位于帘线的更内侧。
通过采用上述结构，纤维素纤维比尼龙纤维位于更外侧，因此当将压缩应变施加于加捻帘线上时，大部分应变被施加到尼龙纤维上。
因此，施加于耐压缩疲劳性差的纤维素纤维上的压缩应变较少，由此改善整个加捻帘线的耐疲劳性。
例如，优选满足以下关系：
0≤n/m≤0.75
其中n为尼龙纤维的初捻数(捻/10cm)，m为纤维素纤维的初捻数(捻/10cm)，且n/m为尼龙纤维的初捻数与纤维素纤维的初捻数之比。
原因在于如果上述比例设定为大于0.75，则不再足以获得将纤维加捻在一起以使纤维素纤维比尼龙纤维位于更外侧的效果。
即使上述比例为0，与仅纤维素纤维的帘线相比耐疲劳性也改善。
然而，为了防止尼龙纤维上的压缩应变变得过大，上述比例更优选为0.3以上。
纤维素的初捻数优选为32(捻/10cm)以上。原因在于数量小于32(捻/10cm)，则不再足以获得将纤维加捻在一起以使纤维素纤维比尼龙纤维位于更外侧的效果。
尼龙的初捻数优选为30(捻/10cm)以下。原因在于数量大于30(捻/10cm)，则尼龙纤维的耐疲劳性得到改善，然而加捻帘线的刚性却降低。
尼龙纤维在帘线中的含量优选在17%至45%的范围内。原因在于尼龙纤维含量小于17%，则纤维素纤维不能足以接收尼龙纤维的缓冲作用，因此耐疲劳性不能得到改善。在含量大于45%时，尼龙纤维在帘线中的比例增高，因此与纤维素纤维相比，尼龙纤维的弹性模量降低，妨碍了帘线本身的刚性和操纵稳定性两者的维持。
注意“含量”指尼龙纤维相对于整个帘线重量的重量百分数。
此外，在帘线中，纤维素纤维的细度优选为500dtex至3000dtex，并且尼龙纤维的细度优选为400dtex至3000dtex。
原因在于如果纤维素纤维的细度小于500dtex且尼龙纤维的细度小于400dtex，则断裂强度过低，然而如果纤维素纤维和尼龙纤维的细度大于3000dtex，则重量变得过大。
此外，在胎体中使用本实施方案的帘线的轮胎具有优异的耐疲劳性，因此所述帘线可以相对于轮胎周向在60°和90°之间的角度配置。
另外，根据本发明的帘线是高度刚性的并具有优异的耐疲劳性，因此优选用于充气轮胎中胎体的帘布层帘线。
例如如图3所示，充气轮胎具有包括在一对胎圈芯之间环形延伸的胎体3以及从胎体3沿轮胎径向向外配置的带束层(belt)的结构。
根据本发明的帘线是高度刚性的并具有优异的耐疲劳性，因此将所述帘线用于充气轮胎的胎体的帘布层帘线中获得具有优异的操纵稳定性和耐久性的轮胎。
特别地，根据本发明的帘线优选用于由于压缩应变而具有低耐久性并具有图3所示的胎冠结构的轮胎中。
注意胎冠结构指如图3所示的具有带束增强层5的结构，所述带束增强层5从带束层4沿轮胎径向向外侧配置，延伸至少跨过带束层的整个宽度，并且通过使有机纤维帘线嵌入橡胶并基本上平行于轮胎周向排列来形成。
实施例
接下来，为了确认常规轮胎和根据本发明的轮胎之间耐久性的差异，进行在转鼓上的试验。作为发明例1至7以及比较例1至5，在胎体的帘布层帘线中使用具有沿与初捻相反的方向加捻在一起的纤维素纤维(人造丝或天丝)和尼龙的帘线来生产轮胎。作为常规例1至4，在胎体帘布层中使用仅由尼龙形成的帘线来制备轮胎。
为了检验该试验中的耐久性，将具有180/55R17轮胎尺寸的轮胎安装到适用轮辋(rim)上，并施加140kPa的气压。然后将4.58kN的负荷施加到各轮胎，并通过以81km/h的速度行驶进行转鼓试验。表1至3示出发明例1至7、比较例1至5和常规例1至4的比较结果以及各轮胎的规格。
表1至3中，表示低内压时耐久性的发明例的INDEX由下式计算，其中常规例1的轮胎指定为100的值。
(发明例的INDEX)=((发明例轮胎的行驶距离)/(常规例1的轮胎的行驶距离))×100
注意INDEX越大表示耐久性越好。
此外，发明例的操纵稳定性的INDEX通过基于在试验路程中行驶实际车辆的试验司机的行驶感觉的综合评价来计算，常规例1的轮胎指定为100的值。所述值越大越好。注意以相同的方式评价比较例。
表1
这里，帘线材料的结构中的标记x/y(例如，1840/2)表示细度x(dtex)的y根纤维的加捻。
表2
表3
常规例3 常规例4 发明例6 发明例7
帘线材料1 人造丝 人造丝 人造丝 人造丝
帘线材料1的结构 1840/2 1840/2 1840/2 1840/2
帘线材料2 - - 尼龙 尼龙
帘线材料2的结构 - - 1400/1 1400/1
终捻数(捻/10cm) 39 39 39 39
帘线材料1的初捻数(捻/10cm) 39 39 39 39
帘线材料2的初捻数(捻/10cm) - - 5 5
胎体角度(°) 80 75 75 65
低内压行驶时的耐久性(INDEX) 100 90 110 102
操纵稳定性(INDEX) 100 105 105 110
比较表1中的常规例1和常规例2，显示采用使用天丝的帘线的轮胎具有比使用人造丝时更差的耐久性。
另一方面，比较发明例1至3以及常规例1和2，显示即使每个发明例都使用尼龙和天丝两者，耐久性也比仅使用人造丝的常规例1的耐久性更好。操纵稳定性也是优异的。
此外，表1显示帘线材料1的初捻数和帘线材料2的初捻数之间的关系在优选范围内的发明例1至3的耐久性和操纵稳定性两者均优异，而上述关系不在优选范围内的比较例1和2的耐久性比常规例1的耐久性更差。
此外，比较发明例5和比较例1，显示天丝、纤维素纤维的初捻数在优选范围内的发明例5比天丝的初捻数在优选范围之外的比较例3具有更好的耐久性。
此外，表2中，比较发明例3、比较例4和比较例5，显示尼龙的含量在优选范围内的发明例3比尼龙含量超过优选范围的比较例4具有更好的操纵稳定性，并且比尼龙含量不足优选范围的比较例5具有更好的耐久性。
另外，表3显示常规轮胎例如常规例4中胎体角度相对于轮胎周向设定为小于80°引起耐久性劣化，而根据本发明的发明例6和7即使当胎体的角度相对于轮胎周向设定为小于80°时也具有良好的耐久性和操纵稳定性。
产业上的可利用性
可制造和在市场上提供使刚性与耐久性相容的橡胶制品补强用帘线以及将在所述帘线用于胎体的帘布层帘线并具有高操纵稳定性和优异耐久性的充气轮胎。
附图标记说明
1：纤维素
2：尼龙
3：胎体
4：带束层
5：带束增强层

Claims (16)

1.一种橡胶制品补强用帘线，其是将由纤维素纤维初捻而成的线与由尼龙纤维初捻而成的线加捻而成的，其中
所述尼龙纤维的初捻数小于所述纤维素纤维的初捻数，
所述帘线以相对于轮胎周向在60°和90°之间的角度配置，
所述尼龙纤维在所述帘线中的含量在17％至45％的范围内。
2.根据权利要求1所述的橡胶制品补强用帘线，其中满足以下关系：
0≤n/m≤0.75
其中n为所述尼龙纤维的初捻数，以捻/10cm计，m为所述纤维素纤维的初捻数，以捻/10cm计，且n/m为所述尼龙纤维的初捻数与所述纤维素纤维的初捻数之比。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶制品补强用帘线，其中所述纤维素纤维的初捻数为32捻/10cm以上。
4.根据权利要求1或2所述的橡胶制品补强用帘线，其中所述尼龙纤维的初捻数为30捻/10cm以下。
5.根据权利要求3所述的橡胶制品补强用帘线，其中所述尼龙纤维的初捻数为30捻/10cm以下。
6.根据权利要求1或2所述的橡胶制品补强用帘线，其包含至少一根初捻纤维素纤维和至少一根初捻尼龙纤维。
7.根据权利要求3所述的橡胶制品补强用帘线，其包含至少一根初捻纤维素纤维和至少一根初捻尼龙纤维。
8.根据权利要求4所述的橡胶制品补强用帘线，其包含至少一根初捻纤维素纤维和至少一根初捻尼龙纤维。
9.根据权利要求5所述的橡胶制品补强用帘线，其包含至少一根初捻纤维素纤维和至少一根初捻尼龙纤维。
10.根据权利要求1或2所述的橡胶制品补强用帘线，其中所述纤维素纤维的细度为500dtex至3000dtex，且所述尼龙纤维的细度为400dtex至3000dtex。
11.根据权利要求3所述的橡胶制品补强用帘线，其中所述纤维素纤维的细度为500dtex至3000dtex，且所述尼龙纤维的细度为400dtex至3000dtex。
12.根据权利要求4所述的橡胶制品补强用帘线，其中所述纤维素纤维的细度为500dtex至3000dtex，且所述尼龙纤维的细度为400dtex至3000dtex。
13.根据权利要求5,7-9任一项所述的橡胶制品补强用帘线，其中所述纤维素纤维的细度为500dtex至3000dtex，且所述尼龙纤维的细度为400dtex至3000dtex。
14.根据权利要求6所述的橡胶制品补强用帘线，其中所述纤维素纤维的细度为500dtex至3000dtex，且所述尼龙纤维的细度为400dtex至3000dtex。
15.一种充气轮胎，其将根据权利要求1至14任一项所述的橡胶制品补强用帘线用于胎体的帘布层帘线。
16.根据权利要求15所述的充气轮胎，其包括通过沿轮胎周向设置的高弹性帘线来补强的胎冠结构。
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