CN104023962A - 充气轮胎的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在采用了刚性模芯的制造方法中，抑制束带帘线的断裂的同时提高高速耐久性。本发明的充气轮胎的制造方法包括在刚性模芯之上依次贴合轮胎构成部件从而形成生胎的生胎形成工序。生胎形成工序包括将束带帘线排列体被贴胶包覆而得到的条带状的胶条以螺旋状卷绕的束带帘布层形成步骤。束带帘线由芳族聚酰胺纤维的第1股线和热收缩性的有机纤维的第2股线捻合而成的复合帘线组成。复合帘线在应力-伸长率曲线中具有从原点到拐点的低弹性域和越过该拐点的高弹性域。在所述拐点，复合帘线的伸长率为0.9～3.3％的范围，并且复合帘线在所述低弹性域中的模量为11～31N％的范围。

Description

充气轮胎的制造方法
技术领域
本发明涉及使用了刚性模芯的充气轮胎的制造方法。
背景技术
子午线结构的充气轮胎中，由于旋转时的离心力而会发生胎面部向半径方向外部膨胀的被称作隆起(lifting)的现象。该隆起会使以带束层的外端为起点的剥离损伤发生。因此，隆起对充气轮胎的高速耐久性带来很大影响。有人提议，为抑制隆起的发生，在带束(belt)层的外侧设置将有机纤维的束带帘线(band cord)螺旋状卷绕而成的束带帘布层(band ply)。这样的束带帘布层通过环箍效应抑制隆起。
以往作为充气轮胎的制造方法，已知有一种方法，该方法包括形成比成品轮胎小的生胎的步骤、以及使生胎在硫化模具内膨胀(以下有时称“硫化拉伸”)、通过将生胎的外表面推压在模具内表面从而实施硫化成形的步骤。以该方法制造的轮胎的束带帘线，由于硫化拉伸，即使在内压未得到填充的状态下也具有3～4％的伸长率。因此，即便在采用具有较小模量的尼龙帘线作为束带帘线的情况下，使用轮胎时也能发挥充分的环箍效应，抑制隆起。
然而，如专利文献1提出了采用具有近似于成品轮胎的内表面形状的外表面的刚性模芯的轮胎制造方法(以下有时称“模芯作法”)。模芯作法中，通过在刚性模芯的外表面依次贴合未硫化的胎体帘布层(carcass ply)、带束帘布层(belt ply)、束带帘布层(band ply)、胎圈芯、胎面橡胶、胎侧橡胶等轮胎构成部件，由此形成形状与成品轮胎大致相同的生胎。此外，将生胎与刚性模芯一起投入到硫化模具中进行硫化成形。
然而，以模芯作法形成的轮胎几乎不受硫化拉伸。因此，所述轮胎的束带帘线在未填充内压的情况下不具有伸长率。因此，采用具有较小模量的尼龙帘线作为所述轮胎的束带帘线时，对带束层的拘束力不足，难以抑制隆起。
为提高束带帘布层(band ply)的拘束力，有采用高模量的芳族聚酰胺纤维帘线作为束带帘线的情况。然而，芳族聚酰胺纤维帘线由于不会热收缩，因此以模芯作法制造的轮胎的束带帘线采用高模量的芳族聚酰胺纤维帘线时，束带帘线不受张力，容易在轮胎的内部松弛或弯曲(蛇行)。这样的轮胎在行驶时会在束带帘线的弯曲部反复发生压缩变形，帘线可能会断裂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-254906号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于以上所述的问题而研究出来的，目的在于提供一种充气轮胎的制造方法，该充气轮胎的制造方法基于采用芳族聚酰胺纤维和热收缩性的有机纤维的复合帘线作为束带帘线、并规定该复合帘线在拐点的伸长率及在低弹性域中的模量，从而可以抑制硫化成形时的束带帘线的弯曲，抑制帘线的断裂，同时可以发挥很高的拘束力，提高高速耐久性。
用于解决课题的手段
本发明是一种充气轮胎的制造方法，所述充气轮胎具有由从胎面部经过胎侧部到达胎圈部的胎体帘布层构成的胎体、配置于该胎体的轮胎半径方向外侧以及所述胎面部的内部的包含带束帘布层的带束层、和配置于所述带束层的轮胎半径方向外侧的包含束带帘布层的束带层(band layer)，其特征在于，所述制造方法包括生胎形成工序以及硫化工序，所述生胎形成工序是通过在刚性模芯的外表面依次贴合包括未硫化的胎体帘布层、带束帘布层和束带帘布层的轮胎构成部件，由此形成生胎的工序，所述硫化工序是将所述生胎与所述刚性模芯一起投入到硫化模具中进行硫化成形的工序，所述生胎形成工序包括束带帘布层形成步骤，在该束带帘布层形成步骤中，通过将胶条在所述带束帘布层的外侧螺旋状卷绕从而形成束带帘布层，所述胶条是1根束带帘线或多根束带帘线排列而成的束带帘线排列体被贴胶包覆的条带状的胶条，所述束带帘线由复合帘线构成，所述复合帘线是由芳族聚酰胺纤维组成的第1股线和由热收缩性的有机纤维组成的第2股线捻合而成的，所述复合帘线在其应力-伸长率曲线中具有低弹性域和高弹性域，所述低弹性域是从原点到拐点的区域，所述高弹性域是越过所述拐点的区域，所述复合帘线在所述拐点的伸长率的范围为0.9～3.3％，并且复合帘线在所述低弹性域中的模量为11～31N％。
所述热收缩性的有机纤维理想的是尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
所述第1股线理想的是总细度为2200dtex以下。
所述第2股线理想的是总细度为1100dtex以下。
发明效果
本发明中，以模芯作法制造充气轮胎。该充气轮胎的束带帘线中，采用了由芳族聚酰胺纤维组成的第1股线和由热收缩性的有机纤维组成的第2股线捻合而成的复合帘线。
复合帘线在硫化成形时，第2股线会受热而收缩。因此，即使在没有硫化拉伸的模芯作法中，复合帘线会在轮胎内收缩，受到张力。由此，束带帘线的松弛或弯曲受到抑制，进而束带帘线的断裂被抑制。
复合帘线在其应力-伸长率曲线的拐点处具有0.9～3.3％的范围的伸长率。复合帘线具有低弹性域，其在低弹性域中的模量的范围被定为11～31N/％。当复合帘线在拐点的伸长率超过3.3％时，在大的离心力产生作用的轮胎的高速行驶时，对带束层的拘束力变得不充分，不能期待高速耐久性会提高。另一方面，复合帘线在拐点的伸长率不足0.9％时，需要缩小由芳族聚酰胺纤维组成的第1股线的捻数。但是，这样的帘线有可能会发生芳族聚酰胺纤维的物性的影响变大、由高模量导致的乘坐舒适性能的恶化和由复合帘线的弯曲导致的帘线的断裂。
复合帘线在拐点处的伸长率即使在适当的范围时，在低弹性域中的模量不足11N/％时，对带束层的拘束力降低，不能充分地得到高速耐久性的提高效果。当在所述低弹性域中的模量超过31N/％时，可能会发生芳族聚酰胺纤维的物性的影响变大、由高模量导致的乘坐舒适性能的恶化和由复合帘线的弯曲导致的帘线的断裂。因此，若要兼顾高速耐久性和帘线断裂，限制在拐点处的伸长率和低弹性域中的模量这两者变得很重要。
附图说明
图1是显示由本发明的制造方法形成的充气轮胎的一实施例的截面图。
图2是显示生胎形成工序的截面图。
图3是显示硫化工序的截面图。
图4是显示束带帘布层形成步骤的截面图。
图5是显示束带帘布层用胶条的立体图。
图6的(A)、(B)是显示复合帘线的立体图。
图7是显示复合帘线的应力-伸长率曲线的图表。
符号说明
1N  生胎
2   胎面部
3   胎侧部
4   胎圈部
6   胎体
6A  胎体帘布层
7   带束层
7A、7B 带束帘布层
9   束带层
9A  束带帘布层
15  束带帘线
16  贴胶(Topping rubber)
17  胶条
18  股线
18A 第1股线
18B 第2股线
19  复合帘线
20  刚性模芯
21  硫化模具
Ka  生胎形成工序
Kb  硫化工序
P   拐点
YH  高弹性域
YL  低弹性域
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的一实施方式。
图1是由本发明的制造方法制造的充气轮胎1的一例的截面图。充气轮胎1具有从胎面部2经过胎侧部3到达胎圈部4的胎体6、配置于该胎体6的半径方向外侧以及所述胎面部2的内部的带束层7和配置于该带束层的半径方向外侧的束带层(band layer)9。
胎体6由使胎体帘线以子午线排列而成的至少1张、在本例中由1张胎体帘布层6A形成。该胎体帘布层6A形成跨越一对胎圈部4、4之间的环状。各胎圈部4中配置有胎圈芯5。各胎圈芯5由轮胎轴方向内侧的芯片5i和轮胎轴方向外侧的芯片5o构成。胎体帘布层6A的两侧的端部，例如不需要在配置于各胎圈部4的胎圈芯5的周围折返，而是在胎圈芯5的位置终结。具体地，胎体帘布层6A的两端被夹于各胎圈芯5的芯片5i、5o之间。
胎圈芯5的芯片5i、5o通过非拉伸性的胎圈钢丝5a在轮胎圆周方向以漩涡状卷绕从而形成。外芯片5o的胎圈钢丝5a的卷绕数与内芯片5i的卷绕数相比，例如理想的是多1.2～2.0倍左右。由此，外芯片5i具有比内芯片5i更大的刚性。这将有助于抑制胎圈钢丝5a的总的卷绕数、同时相对地提高胎圈部4的抗弯刚性、提高驾驶稳定性等。
胎圈部4中配置有三角胶条8。该三角胶条8例如由具有80～100度的硬度的橡胶构成，从各芯片5i、5o以锥形向轮胎半径方向外侧延伸。
在本说明书中，橡胶的硬度是指，根据JIS-K6253在23℃的环境下测定到的硬度计A硬度。
带束层7由带束帘线相对于轮胎圆周方向、例如以10～35°的角度排列而成的至少一张、在本例中由2张带束帘布层7A、7B形成。带束层7中，各带束帘线在帘布层7A、7B之间相互交叉着。由此，带束层7具有较高的刚性，在胎面部2的几乎全境发挥环箍效应。
束带层9由束带帘线在轮胎圆周方向螺旋状卷绕而成的束带帘布层9A构成。作为束带帘布层9A，可适宜选择仅覆盖带束层7的轮胎轴方向外端部的左右一对边部束带帘布层、或者覆盖带束层7的大体全境的完全束带帘布层。在本实施方式中，束带层9由1张完全束带帘布层形成。
在胎体6的内侧配置有形成轮胎的内腔面1S的薄的内衬层10。为了防止填充在轮胎内腔内的空气的泄漏，内衬层10由例如丁基橡胶或卤化丁基橡胶等非透气性的橡胶构成。
胎体6的外侧配置有形成胎侧部3的外表面的胎侧橡胶11。
在束带层9的半径方向外侧配置有形成胎面部2的外表面的胎面橡胶12。
接下来，说明充气轮胎1的制造方法。
如图2所示，本实施方式的制造方法采用刚性模芯20。刚性模芯20的外表面具有与充气轮胎1的内腔面1S的形状实质上一致的轮胎形成面部20S。
如图2所示，在生胎形成工序Ka中，在刚性模芯20的轮胎形成面部20S之上贴合轮胎构成部件，形成具有与充气轮胎1相近的形状的生胎1N。轮胎构成部件至少包括未硫化的胎体帘布层6A、带束帘布层7A、7B以及束带帘布层9A等。
如图3所示，在硫化工序Kb中，生胎1N被与刚性模芯20一起投入到硫化模具21中进行硫化成形。由此制造所述充气轮胎1。
生胎形成工序Ka中，在刚性模芯20的轮胎形成面部20S上进行例如贴合形成内衬层10用部件的内衬层形成步骤、贴合形成胎体帘布层6A用部件的胎体帘布层形成步骤、贴合形成胎圈芯5用部件的胎圈芯形成步骤、贴合形成三角胶条8用部件的胎圈芯形成步骤、贴合形成带束帘布层7A、7B用部件的带束帘布层形成步骤、贴合形成胎侧橡胶11用部件的胎侧成形步骤、贴合形成胎面橡胶12用部件的胎面形成步骤、形成束带帘布层9A的束带帘布层形成步骤。其中，束带帘布层形成步骤以外的工序中适当采用公知的各种方法。因此，在本说明书中省略这些说明。
如图4或图5所示，在束带帘布层形成步骤中，胶条17在带束帘布层(belt ply)7B的外侧螺旋状卷绕而形成束带帘布层9A，所述胶条17是1根束带帘线15或多根束带帘线15排列而成的束带帘线排列体被贴胶16包覆而成的宽面小的条带状的胶条。
如图6所示，束带帘线15由复合帘线19构成，该复合帘线19是由芳族聚酰胺纤维组成的第1股线18A和由热收缩性的有机纤维组成的第2股线18B捻合而成的。
作为所述复合帘线19，例如理想的是下述帘线(a)～(c)的任意一个。此外，预先对各股线18实施初捻。
(a)如图6(A)所示，由包括1根第1股线18A和1根第2股线18B的合计2根的股线18构成的帘线
(b)如图6(B)所示，由含有2根第1股线18A和1根第2股线18B的合计3根的股线18构成的帘线
(c)图未示，由含有1根第1股线18A和2根第2股线18B的合计3根的股线18构成的帘线
在所述帘线(b)的情况，首先，2根第1股线18A被捻合而形成中间股线，然后，中间股线与1根第2股线18B被捻合而形成。
同样地，在所述帘线(c)的情况，首先，2根第2股线18B被捻合而形成中间股线，然后，中间股线与1根第1股线18B被捻合而形成。
但是，这些情况下，通过形成中间股线，由于较大的捻拧的影响，可能难以得到期望的特性。此时，如图6(B)所示，不需要形成中间股线，也可以同时捻合3根股线。
图7中显示复合帘线19的应力-伸长率曲线J。应力-伸长率曲线J中，复合帘线19具有作为从原点0到拐点P的区域的低弹性域YL和作为越过该拐点P的区域的高弹性域YH。复合帘线19在所述拐点P处的伸长率Ep的范围为0.9～3.3％。此外，复合帘线19的模量M在所述低弹性域YL，为11～31N％的范围。
所述拐点P被定义为：通过点Px的垂直线与所述应力-伸长率曲线J相交叉的点，其中，所述点Px是通过伸长率0％的点Pa的应力-伸长率曲线J的切线T1与通过断裂点Pb的应力-伸长率曲线J的切线T2的交叉点。
如图7中用单点划线表示，当包含断裂点Pb的断裂点附近Ypb处的应力-伸长率曲线J急剧变化时，将该断裂点附近Ypb除外而求出所述切线T2。此外，复合帘线19在低弹性域YL中的模量M被定义为所述切线T1的斜率。
这样，由芳族聚酰胺纤维组成的第1股线18A和由热收缩性的有机纤维组成的第2股线18B捻合而成的复合帘线19，因在硫化工序Kb中受到的热，其第2股线18B发生热收缩。因此，即使在模芯作法的情况下，轮胎内部的复合帘线19的松弛和弯曲也受到抑制，帘线的断裂受到抑制。
当复合帘线19在拐点P的伸长率Ep超过3.3％时，如在很大的离心力发生作用的高速行驶时，复合帘线19只显示出较低的模量，由复合帘线19(束带帘线15)引起的拘束力变得不充分，不能充分提高高速耐久性。另一方面，当复合帘线19在拐点P的伸长率Ep小于0.9％时，需要缩小由芳族聚酰胺纤维组成的第1股线18A的捻数。但是，这样的帘线，芳族聚酰胺纤维的物性的影响变大，可能会产生由高模量导致的乘坐舒适性能的恶化、由复合帘线的弯曲导致的帘线的断裂。出于这样的观点，优选复合帘线19在所述拐点P的伸长率Ep为1.6％以上。
即使拐点Pb的伸长率Ep适当，当低弹性域YL中的模量M小于11N/％时，复合帘线19的拘束力也会降低，不能充分提高高速耐久性。相反，当所述模量M超过31N/％时，芳族聚酰胺纤维的物性呈支配性，可能会产生乘坐舒适性能的降低和帘线的断裂。因此，为了兼顾高速耐久性和帘线断裂，需要将复合帘线19在拐点P的伸长率Ep和低弹性域YL中的模量M都限制在所述范围。所述模量M优选在11N/％以上，优选在18N/％以下。
复合帘线19在拐点P的伸长率Ep及在低弹性域YL中的模量M可以通过第1、第2股线18A、18B的粗细度(细度)、初捻数、复捻数等来调整。
这里，作为热收缩性的有机纤维，优选热收缩率为3.0％以上的有机纤维。当热收缩率低于3.0％时，不能充分发挥抑制束带帘线弯曲的效果。作为这样的有机纤维，如理想的是尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。所述“热收缩率”是指，依据JIS-L1017的8.10(b)项的“加热后干热收缩率(B法)”，将帘线以无负荷的状态在温度180℃下加热30分钟后的加热后干热收缩率。
本实施方式的复合帘线19中，第1股线18A和第2股线18B的初捻方向和复捻方向为同一方向。第1股线18A的初捻数na例如为42±5次/10cm左右，被设定为小于第2股线18B的初捻数nb及复捻数nc。
第1股线18A优选芳族聚酰胺纤维的总细度为2200dtex以下。超过该数时，乘坐舒适性可能会降低。此外，第2股线18A的热收缩性的有机纤维的总细度优选是1100dtex以下，超过该数时，低弹性域YL的模量变得难以被设定在所述范围。
以上，对本发明的特别优选的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于图示的实施方式，可以变形为各种方式后实施。
实施例
根据采用了刚性模芯的本发明的制造方法和表1、2的规格试制作了具有图1所示的内部结构的充气轮胎(尺寸215/45R17)。并且，对各供试验轮胎的乘坐舒适性能、耐久性能(束带帘线断裂性)、高速耐久性能进行试验。
表1及2所示的构成以外的胎体、带束层、束带层的规格如下所述地相同。
·胎体
帘布层数：2张
帘线：1100dtex(PET)
帘线角：90度
帘线织数：38根/5cm
·带束层
帘布层数：2张
帘线：1×3×0.27HT(钢丝)
帘线角：+20度/-20度
帘线织数：40根/5cm
·束带层
帘布层数：1张(全束带层)
帘线织数：40根/5cm
以夹板间隔250mm、速度300mm/分钟进行拉伸试验至帘线断裂为止，根据此时得到的“应力-伸长率曲线J”求出束带帘线的拐点P、低弹性域YL的模量M。此外，当束带帘线由1种有机纤维组成、并不具有拐点时，求出3％伸长率时的“应力-伸长率曲线J”的切线的斜率作为低弹性域YL的模量M。
(1)乘坐舒适性能：
将轮胎以17×7.0JJ的轮辋、200kPa的内压安装于乘用车(国产2000cc)的全部轮子上，在轮胎测试场的干柏油路面上关于凹凸不平感、顶起、突然落下，以10分法进行驾驶员的感官评价。数值越大，性能越良好。
(2)耐久性能(束带帘线断裂)：
使用转鼓行驶试验机，以17×7.0JJ的轮辋、200kPa的内压、负荷(标准负荷)、速度60km/h的条件行驶30000km，行驶后将轮胎解体，确认有无束带帘线的断裂。如下所述地进行评价。
A：没有束带帘线断裂之处。
B：束带帘线断裂之处有1处。
C：束带帘线断裂之处有2处以上。
(3)高速耐久性能：
使用转鼓试验机，在17×7.0JJ的轮辋、200kPa的内压的条件下，依据ECE30规定的负荷/速度性能试验，由梯级速度方式实施。试验从时速80km/h开始，每行驶10分钟增加10km/h的速度，测定了轮胎断裂为止的行驶距离。以比较例1为100，以指数表示评价，数值越大，越良好。
(4)轮胎质量：
测定每1个轮胎的重量，以比较例1为100指数表示。指数小的为良好。
此外，表1、2的原材料中，“N”是尼龙66，“A”是芳族聚酰胺，“PET”是聚对苯二甲酸乙二醇酯，“PEN”是聚萘二甲酸乙二醇酯。此外，N的热收缩率为4.5％，A的热收缩率为0％，PET的热收缩率为4.0％，PEN的热收缩率为1.6％。
此外，表1、2的帘线构成中，符号的意义如下所述。
X/2：将初捻的股线X的2根以复捻的方式相互捻合而成的帘线；
X/Y/2：将初捻的股线X的1根与初捻的股线Y的1根以复捻的方式相互捻合而成的帘线；
X/1：由初捻的1根股线X组成的帘线(单捻帘线)；
X/X/Y/Y/4：将初捻的股线X的2根与初捻的股线Y的2根合计4根股线，以复捻的方式相互捻合而成的帘线；
X/X/Y/3：将初捻的股线X的2根与初捻的股线Y的1根合计3根股线，以复捻的方式相互捻合而成的帘线；
(X/2+/Y/2)/2：将初捻的股线X的2根捻合而成的1根中间股线与将初捻的股线Y的2根捻合而成的1根中间股线，以复捻的方式相互捻合而成的帘线；
(X+Y/2)/2：将初捻的股线X的1根与1根中间股线以复捻的方式相互捻合而成的帘线，其中，所述中间股线是将初捻的股线Y的2根捻合而成的股线。
表1
可以确认：实施例的轮胎维持乘坐舒适性能的同时提高高速耐久性，并且能抑制帘线断裂。

Claims (4)

1.一种充气轮胎的制造方法，所述充气轮胎具有由从胎面部经过胎侧部到达胎圈部的胎体帘布层构成的胎体、配置于该胎体的轮胎半径方向外侧且配置于所述胎面部的内部的包含带束帘布层的带束层、和配置于所述带束层的轮胎半径方向外侧的包含束带帘布层的束带层，其特征在于，
所述制造方法包括生胎形成工序以及硫化工序，所述生胎形成工序是通过在刚性模芯的外表面依次贴合包括未硫化的胎体帘布层、带束帘布层和束带帘布层的轮胎构成部件，由此形成生胎的工序，所述硫化工序是将所述生胎与所述刚性模芯一起投入到硫化模具中进行硫化成形的工序，
所述生胎形成工序包括束带帘布层形成步骤，在该束带帘布层形成步骤中，通过将胶条在所述带束帘布层的外侧螺旋状卷绕从而形成束带帘布层，所述胶条是1根束带帘线或多根束带帘线排列而成的束带帘线排列体被贴胶包覆而得到的条带状的胶条，
所述束带帘线由复合帘线构成，所述复合帘线是由芳族聚酰胺纤维组成的第1股线和由热收缩性的有机纤维组成的第2股线捻合而成的，
所述复合帘线在其应力-伸长率曲线中具有低弹性域和高弹性域，所述低弹性域是从原点到拐点的区域，所述高弹性域是越过所述拐点的区域，
所述复合帘线在所述拐点的伸长率的范围为0.9～3.3％，并且所述复合帘线在所述低弹性域中的模量为11～31N％。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎的制造方法，所述热收缩性的有机纤维是尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN。
3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎的制造方法，所述第1股线的总细度为2200dtex以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的充气轮胎的制造方法，所述第2股线的总细度为1100dtex以下。
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