CN104755279A - 充气轮胎胎面和具有所述胎面的充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种充气轮胎胎面和具有所述胎面的充气轮胎，为了提高冰上和雪上性能，在所述轮胎胎面的花纹块(5)的前侧壁(52)、(53)上设有增强部(7)，其中，从轮胎旋转轴线至花纹块的顶表面最外侧测得的距离(Rt)和同样从轮胎旋转轴线至两个前边缘测得的距离(Re)之间的差值(G)在0.2mm至2.0mm的范围内，从旋转轴线至花纹块上表面(前边缘除外)上的区域的任意点的距离大于Re，沿着径向方向在增强部的最外侧部分和前边缘之间测得的距离为2.0mm或更小。

Description

充气轮胎胎面和具有所述胎面的充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎胎面和具有所述胎面的充气轮胎，并且特别是涉及借助设置在花纹块的前表面侧壁上的增强部提高在雪上和冰上性能的充气轮胎胎面，以及涉及具有所述胎面的充气轮胎。
背景技术
冬季轮胎(也被称为“无钉防滑轮胎”)众所周知是可在覆盖有积雪和冰的冬季路面上行驶的轮胎。冬季轮胎通常设有多个被称为刀槽花纹的窄切口，所述窄切口通向触地表面并且通过已知的“边缘”效应和水膜去除效应并且还通过使用比用于非冬季使用的轮胎更柔软的复合物提高冬季对路面的附着力。
冬季轮胎中与路面产生摩擦力的机制实际上依照路面是积雪路面或者冰面而不同，因此已知的是，即便使用柔软的复合物和在作为触地元件的花纹块中设置大量窄切口以提高冰上性能，也会导致花纹块刚度的减小，并且这将妨碍任何雪上性能的提高。
众所周知，在花纹块的侧壁上引入增强部作为用于同时实现良好的冰上性能和良好的雪上性能的方法是有效的。
例如，专利文件1(主要是图3)描述了一种充气轮胎，其中通过在设有三个窄切口和一个副花纹沟的花纹块中设置增强部来实现雪上性能与冰上性能之间的平衡，所述增强部在面向横向花纹沟和副横向花纹沟的花纹块侧壁上采用具有80至95度的JIS A硬度的橡胶。
此外，专利文件2(主要是图2)描述了一种充气轮胎，其中通过使用其中至少50重量份数的碳黑和/或二氧化硅与含有30wt％或更多橡胶组分(玻璃转变温度为-60℃或更高)的100重量份数的二烯基橡胶组合的组合物并且通过设置增强部来实现雪上性能与冰上性能之间的平衡，所述增强部在花纹块的侧壁上采用具有-30℃或更低的脆性温度的橡胶。
此外，作为在先申请的专利文件3(主要是图1)描述了一种充气轮胎胎面，其通过以下事实、即在花纹块侧壁的至少50％的区域中小于0.5mm的厚度上设置增强层(增强部)实现雪上性能与冰上性能之间的平衡，所述增强层(增强部)具有200MPa或者更高的材料模量(弹性模量)。
现有技术文件
专利文件
专利文件1：JP 7-047814A
专利文件2：JP 2010-105509A
专利文件3：PCT/JP2011/079188(WO 2013/088570)
发明内容
本发明所要解决的问题
然而，对于专利文件1、2和3中所描述的充气轮胎，很难实现雪上性能与冰上性能之间的高水平平衡，并且特别是冰上性能的提高是不足的，并且从在冬季路面上的行驶安全性的观点看，存在对可以实现雪上性能与冰上性能之间的更高水平平衡的充气轮胎的需求。
本发明预定用于解决如上所述的现有技术的问题，并且其目的在于提供一种可以实现雪上性能与冰上性能之间的更高水平平衡的充气轮胎胎面，以及提供一种具有所述胎面的充气轮胎。
解决问题的方式
为了实现上述目的，本发明提供了一种由至少一种橡胶组合物(混合物)形成的充气轮胎胎面，其特征在于：所述至少一种橡胶组合物具有由在标准ASTM D882-09中规定的拉伸试验计算出的弹性模量Et；所述胎面包括：至少一个周向主花纹沟、多个副花纹沟和由周向主花纹沟与副花纹沟限定的多个花纹块；所述多个花纹块中的至少一个花纹块包括：构成当轮胎滚动时至少部分地与路面接触的触地表面的上表面、沿着轮胎的周向方向定位的两个前表面侧壁和沿着轮胎轴向方向定位的两个侧表面侧壁；花纹块的上表面具有形成在与两个前表面侧壁相交的位置处的两个前表面边缘；花纹块具有设置在两个前表面侧壁中的至少一个上的增强部，所述增强部由具有为形成胎面的橡胶组合物的弹性模量Et的至少20倍(大)的弹性模量Ef的材料形成、具有在0.1mm和2.0mm之间的平均厚度，并且被设置为使得其在前表面侧壁的至少60％的区域上至少面向所述副花纹沟；并且花纹块的上表面被形成使得当从轮胎旋转轴线的方向观察时，如果在除了两个前表面边缘之外的区域中测量从轮胎旋转轴线至所述上表面上的任意点的距离，所述距离大于从轮胎旋转轴线至两个前表面边缘测得的距离Re，在新产品中从轮胎旋转轴线至所述上表面上的径向最外面的位置测得的距离Rt与从轮胎旋转轴线至两个前表面边缘测得的距离Re之间的差值G在0.2mm和2.0mm之间，并且增强部的径向最外面的位置和前表面边缘之间的距离不大于2.0mm。
此处，“花纹沟”是指通过另一表面(底表面)连接两个在通常使用条件下相互不接触的相对表面(壁表面、侧壁)而构成的、具有一定宽度和深度的空间。
此外，“主花纹沟”是指主要负责排放流体并且在形成于胎面中的各种类型的花纹沟中具有相对大的宽度的花纹沟。在许多情况中，“主花纹沟”是指沿着轮胎周向方向以直线、Z字形或者波浪形方式延伸的花纹沟，但是也包含主要负责排放流体并且相对于轮胎的旋转方向成一定角度地延伸的具有相对大的宽度的花纹沟。
此外，除了“主花纹沟”之外的花纹沟被称为“副花纹沟”。
此外，“边缘”是指花纹块的上表面和前表面侧壁或者侧表面侧壁之间的相交处(在花纹块的上表面上的边缘部或者花纹块的上表面上与前表面侧壁或侧表面侧壁的边界)。形成部分触地表面的花纹块的上表面由诸如这些组成部分的边缘限定。如果在上表面和前表面侧壁或者侧表面侧壁之间形成斜面(坡口)，则所述斜面部被理解为部分上表面。沿着旋转方向在花纹块的上表面和前表面侧壁之间的相交处是指“前表面边缘”。根据本发明，如以下将描述的那样，前表面边缘在特定路面条件下与路面接触。
此外，“弹性模量”是指由拉伸试验曲线计算出的拉伸弹性模量，所述拉伸试验曲线从在标准ASTM D882-09中规定的拉伸试验获得。例如，如“POLYMER PHYSICS(聚合物物理学)”(牛津大学，ISBN978-0-19-852059-7，第7.7章，第296页)中所描述，拉伸弹性模量E与弹性剪切模量G具有以下关系：
E＝2G(1+ν)
此处，v是泊松比，橡胶材料的泊松比为非常接近0.5的值。
此外，当要确认形成增强部的材料的弹性模量Ef为形成胎面的橡胶组合物的弹性模量Et的至少20倍时，可以通过利用复合弹性模量(材料的动态剪切模量：G*)M替代上述弹性模量Et和弹性模量Ef作出上述确认。使用由原始(未加工)组合物模制的试样或者与硫化后的组合物结合的试样借助于粘度分析仪(粘度分析仪:Metravib VB4000)测量已知为动态性能的由G′表示的储存弹性模量和由G″表示的损耗弹性模量。所使用的试样在标准ASTM D 5992-96(在1996年初始批准、2006年9月公布的版本)的图X2.1(圆形方法)中描述。试样的直径“d”为10mm(因此，试样具有78.5mm2的圆形横截面)，橡胶复合物的各部分的厚度“L”为2mm，并且比率“d/L”(在ASTM标准的X2.4段中描述，对比于标准ISO2856中推荐的2的比率“d/L”)为5。在试验中，以10Hz的频率测量经受单纯(简单)的交替正弦剪切负载的由硫化橡胶组合物组成的试样的响应。在试验期间施加的最大剪切应力为0.7MPa。通过使温度以1.5℃/分钟的速率从Tmin(其是低于橡胶材料的玻璃转变温度(Tg)的温度)变化至100℃附近的最高温度Tmax来进行所述测量。在开始试验前，使试样在Tmin下稳定大约20分钟，以便在试样中获得令人满意的温度均匀性。获得的结果是在规定温度下的储存弹性模量(G′)和损耗弹性模量(G″)。依据储存弹性模量和损失弹性模量的绝对值，使用以下公式定义复合弹性模量G*：
G * G ′ 2 + G ′ ′ 2
根据具有上述构造的本发明，从轮胎旋转轴线至上表面的除了两个前表面边缘之外的区域的距离大于从轮胎旋转轴线至两个前表面边缘测得的距离Re，并且在新产品中从轮胎旋转轴线至花纹块的上表面上的径向最外面的位置测得的距离Rt和从轮胎旋转轴线至两个前表面边缘测得的距离Re之间的差值G不小于0.2mm，因此当轮胎在其摩擦系数不足以使触地元件变形的诸如结冰的路面上行驶时，能够防止形成在花纹块的上表面与增强部设置在其上的前表面侧壁的相交处的前表面边缘接触路面。这意味着，能够防止在胎面与冰之间产生水膜，并且其结果是能够提高冰上性能，所述水膜公知为冰上摩擦系数减小的原因之一。换句话说，如果差值G小于0.2mm，则即便路面的摩擦系数不足以使触地元件变形，前表面边缘接触路面，并且其结果是水膜在胎面和冰之间生成，因此存冰上性能降低的风险。
另外，根据本发明，差值G不大于2.0mm，因此当轮胎在其摩擦系数足够高以使触地元件变形的诸如积雪的路面上行驶时，能够由于形成在花纹块上表面和增强部设置到其上的前表面侧壁之间的相交处的前表面边缘接触路面而产生高局部边缘压力。也就是说，设置在前表面侧壁上的增强部的作用是使前表面边缘能够有效地咬入积雪中，并且其结果是能够提高雪上性能。换句话说，如果差值G大于2.0mm，则即使在其摩擦系数足够高以使触地元件变形的诸如积雪的路面上，前表面边缘不太可能接触路面，并且其结果是前表面边缘不太可能咬入积雪中，因此存在雪上性能降低的风险。
另外，根据本发明，增强部的径向最外侧的位置和前表面边缘之间的距离不大于2.0mm，所以当轮胎在其摩擦系数足够高以使触地元件变形的诸如积雪的路面上行使时，能够由于增强部的作用而有效地产生高局部边缘压力。换句话说，如果增强部的径向最外侧的位置和前表面边缘之间的距离大于2.0mm，则即便当轮胎在其摩擦系数足够高以使触地元件变形的诸如积雪的路面上行驶时前表面边缘接触路面，高局部边缘压力不太可能产生，并且因此存在雪上性能降低的风险。
根据本发明，优选地，设置在前表面侧壁上的增强部以至少部分地沿着前表面边缘的宽度方向延伸的方式设置在前表面边缘处。
根据具有如上所述构造的本发明，能够由于增强部的作用借助于前表面边缘可靠地生成高局部边缘压力，并且其结果是能够进一步提高雪上性能，同时冰上性能也被提高。
根据本发明，优选地，设置在前表面侧壁上的增强部以在前表面边缘的整个宽度方向上延伸的方式设置在前表面边缘处。
根据具有如上所述构造的本发明，能够借助于前表面边缘更可靠地生成高局部边缘压力。
根据本发明，优选地，花纹块的上表面上的差值G不大于1.5mm。
根据具有如上所述构造的本发明，能够借助于前表面边缘更可靠地在积雪上生成高局部边缘压力，并且结果是能够进一步提高雪上性能，同时冰上性能也被提高。
根据本发明，优选地，设置在花纹块的前表面侧壁上的增强部设置在花纹块的两个前表面侧壁两者上。
根据具有如上所述构造的本发明，借助于形成在花纹块的上表面与增强部设置在其上的前表面侧壁的相交处的前表面边缘，能够在积雪上加速和减速两者期间生成高局部边缘效应，并且结果是能够进一步提高雪上性能，同时冰上性能也被提高。
根据本发明，优选地，当从轮胎旋转轴线的方向观察花纹块的上表面时，联接两个前表面边缘的直线和穿过前表面边缘的上表面的切线之间的角度为20°或更大。
根据具有如上所述构造的本发明，当轮胎在其摩擦系数不足以使触地元件变形的诸如结冰的路面上行驶时，作为触地表面的花纹块的上表面的部分和路面之间适当的接触能够被确保，同时防止前表面边缘接触路面，并且其结果是能够进一步提高冰上性能。换句话说，如果所述角度小于20°，则不能可靠地防止前表面边缘接触路面，并且存在冰上性能降低的风险。
根据本发明，优选地，设置在花纹块的前表面侧壁上的增强部在前表面侧壁的至少75％的区域上设置。
根据具有如上所述构造的本发明，借助于形成在花纹块上表面与增强部设置在其上的前表面侧壁的相交处的前表面边缘，能够更可靠地生成高局部边缘压力，并且结果是能够进一步提高雪上性能，同时冰上性能也被提高。
根据本发明，优选地，设置在花纹块的前表面侧壁上的增强部在前表面侧壁的整个区域上设置。
根据具有如上所述构造的本发明，能够更可靠地提高雪上性能，同时也提高冰上性能。
根据本发明，优选地，花纹块以使两个前表面边缘之间沿着轮胎周向方向的平均距离至少为15mm的方式形成。
根据具有如上所述构造的本发明，即便轮胎在其摩擦系数不足以使触地元件变形的诸如结冰的路面上行驶，能够防止花纹块变形，并且使得能够防止在胎面与冰之间产生水膜，并且其结果是冰上性能可以被进一步提高。
根据本发明，优选地，花纹块还具有通向上表面并且在花纹块内部延伸同时还沿着轮胎宽度方向延伸的窄切口。
此处，“窄切口”是指借助于刮刀或者刀片等形成的切口并且也作为“刀槽花纹”已知；所述在胎面表面处的窄切口的宽度为大约2mm或更小并且通常小于副花纹沟的宽度。
根据具有如上所述构造的本发明，窄切口部分地减小花纹块的刚度，所述花纹块的刚度借助于增强部总体上增大，因此与路面的附着力并且特别是与带冰的路面的附着力能够被提高，并且其结果是能够提高冰上性能。同时，当轮胎在其摩擦系数足够高以使触地元件变形的诸如积雪的路面上行驶时窄切口能够协助花纹块变形，由前表面边缘赋予的高局部边缘压力被进一步增大，前表面边缘可以充分地咬入积雪中，并且其结果是雪上性能可被进一步提高。此外，众所周知的是，窄切口可以起到用于除去在胎面和冰之间生成的水膜的附加储存区域的作用，所述水膜公知为减小冰上的摩擦系数的原因之一，并且其结果是冰上性能可以被进一步提高。
本发明的优点
根据本发明的充气轮胎胎面和具有所述胎面的充气轮胎能够实现在雪上性能和冰上性能之间的更高水平平衡。
附图说明
图1是示意性地显示根据本发明的实施例的第一模式的充气轮胎胎面的透视图；
图2是沿着图1中的线II-II观察充气轮胎胎面的花纹块的横截面的放大图；
图3是根据本发明的实施例的第二模式的充气轮胎胎面的花纹块的横截面的放大图；
图4是根据本发明的实施例的第三模式的充气轮胎胎面的花纹块的横截面的放大图；以及
图5是传统的充气轮胎胎面的花纹块的横截面的放大图。
具体实施方式
下面将参照附图描述根据本发明的实施例的优选模式的充气轮胎胎面和采用所述胎面的充气轮胎。
首先，将借助于图1和图2描述根据本发明的实施例的第一模式的充气轮胎胎面。图1是示意性地显示根据本发明的实施例的第一模式的充气轮胎胎面的透视图，并且图2是沿着图1中的线II-II观察充气轮胎胎面的花纹块的横截面的放大图。
首先，如图1所示，附图标记1是根据本发明的实施例的第一模式的充气轮胎胎面。应当注意到，在所述实例中，应用所述充气轮胎胎面1的充气轮胎的尺寸为205/55R16。
接下来，将借助于图1和图2描述胎面1的总体结构。
包括具有弹性模量Et的橡胶组合物(或由所述橡胶组合物组成)的胎面1具有当轮胎滚动时接触路面的触地表面2以及形成在其中的两个周向主花纹沟3和多个副花纹沟4。多个花纹块5由周向主花纹沟3和副花纹沟4限定。
花纹块5包括：形成触地表面2的一部分的上表面51；两个侧壁(前表面侧壁)52、53，所述两个侧壁(前表面侧壁)52、53沿着轮胎的周向方向纵向地定位并且以面向副花纹沟4的方式形成；以及两个侧壁(侧表面侧壁)54、55，所述两个侧壁(侧表面侧壁)54、55沿着轮胎旋转轴线的方向横向地定位并且以面向周向花纹沟3的方式形成。
上表面51包括在与前表面侧壁52、53相交的边缘部上形成的前表面边缘521、531。此外，通向上表面51并且沿着轮胎宽度方向延伸同时还在径向上在花纹块5内部延伸的窄切口6在花纹块5中形成。窄切口6还通向侧表面侧壁54、55。应当注意到，窄切口6可在相对于径向方向的预定角度上延伸，所述预定角度在使得所述窄切口6的各种功能能够被展现或发挥的范围内。此外，在实施例的所述模式中，“轮胎宽度方向”是指垂直于轮胎周向方向的方向，但是也包含相对于轮胎周向方向以预定角度倾斜地延伸的方向。
其次，在两个前表面侧壁52、53上设置增强部7，所述增强部7由具有弹性模量Ef的材料组成，所述弹性模量Ef为形成胎面1的橡胶组合物的弹性模量Et的至少20倍并且优选地至少为其50倍。在实施例的所述模式中，形成胎面1的橡胶组合物的弹性模量Et为5.4MPa，并且形成增强部7的材料是以其弹性模量为270MPa的天然树脂为基础的，因此弹性模量Ef以为弹性模量Et的50倍的方式形成。
接下来，将描述增强部7在胎面1的花纹块5上的布置。
根据实施例的所述模式，增强部7以面向副花纹沟4的方式设置在前表面侧壁52、53的至少60％的区域上、优选至少75％的区域上且更优选整个区域上。此外，增强部7以其平均厚度t(图2中示出)小于2.0mm并且优选小于1.0mm的方式设置。此处，增强部7的厚度构成沿着垂直于增强部7面向副花纹沟4地设置在其上的前表面侧壁52、53的表面的方向的厚度，并且“平均厚度”是从副花纹沟4的底表面侧至花纹块5的上表面51侧测得的增强部7(的厚度)的平均值，换句话说，为基本上在增强部7的整个表面上(测得)的平均值。根据实施例的所述模式，增强部7被设置在前表面侧壁52、53的84％的区域上，并且平均厚度t为0.5mm。此处，优选地，增强部7的平均厚度t至少为0.2mm。
接下来，将描述胎面1的花纹块5的上表面51。
上表面51形成当轮胎滚动时接触路面的胎面1的触地表面2的一部分，上表面51被定义为在特定条件下可部分地接触路面的花纹块5的区域。上表面51由两个周向边缘(前表面边缘)521、531在周向方向上限界。换句话说，上表面51包括在其边缘部处的两个周向边缘521、531，所述边缘部位于轮胎周向方向侧。
根据实施例的所述模式，胎面1的花纹块5的上表面51被形成为使得如果在除了两个前表面边缘521、531之外的区域中测量从轮胎旋转轴线至上表面51上的任意点的距离，则所述距离大于从轮胎旋转轴线至两个前表面边缘521、531测得的距离Re。更具体地，如图2的横截面中所示，沿着周向方向上表面51包括：从前表面边缘521、531向上表面51内延伸的两个部分511，在所述两个部分511处，相对于轮胎旋转轴线的径向距离逐渐增大；以及位于在其位置处所述径向距离逐渐增大的所述部分511之间的中间部分512。中间部分512以曲线形状形成，以具有与轮胎基本上相同的半径。此外，在很大程度上可以认为，按所述方式形成的花纹块5的主表面51的中间部分512始终接触路面而与路面状况无关，但这根据负载状况等而变化，并且在其处径向距离逐渐增大的两个部分511的一部分始终与路面接触也是可行的。应当注意到，如稍后将描述的那样，前表面边缘521、531以在特定路面条件下与路面接触的方式形成。
接下来，将描述胎面1的花纹块5的增强部7与增强部7设置在其上的前表面侧壁52、53的尺寸关系。
根据实施例的所述模式，增强部7设置在其上的前表面侧壁52、53被形成为使得沿着径向方向在增强部7的最外侧的位置(增强部7的沿着径向方向的外侧的边缘部)和前表面边缘521、531之间测得的距离不大于2.0mm。增强部7优选以至少部分地包含前表面边缘521、531的方式并且更优选以包含整个前表面边缘521、531的方式形成。在图2所示实例中，在增强部7的沿着径向方向的最外侧的位置和前表面边缘521、531之间的距离为零(0mm)，并且设置在前表面侧壁52、53上的增强部7的沿着径向方向的最外侧的边缘部以沿着宽度方向存在于整个前表面边缘521、531上的方式设置。另一方面，设置在前表面侧壁52、53上的增强部7的沿着径向方向的最外侧的边缘部可以沿着前表面边缘521、531的宽度方向至少部分地存在于前表面边缘521、531上的方式设置。
此外，增强部7仅被设置在花纹块5上的前表面侧壁52、53的部分区域中，但是增强部7优选存在于前表面侧壁52、53的整个区域上，以便使其优势最大化。当然，这种增强部7当然可以以与实施例的所述模式相同的包含整个前表面边缘521、531的方式设置。
接下来，将描述花纹块5的上表面51与前表面边缘521、531的尺寸关系。
在实施例的所述模式中，当胎面1为崭新胎面的时，从轮胎旋转轴线至花纹块5的上表面51的沿着径向方向的最外侧的部分(位置)测得的距离Rt和同样从轮胎旋转轴线至两个前表面边缘521、531测得的距离Re之间的差值G在0.2mm和2.0mm之间，并且所述“差值G”在图2所示的实例中为0.5mm。
此外，根据实施例的所述模式，如图2所示，在垂直于轮胎旋转轴线的横截面视图中，在联接两个前表面边缘521、531的直线和穿过前表面边缘521、531的上表面51的切线之间形成角度A，所述角度A以其为20°或更大的方式形成。其结果是，当轮胎在其摩擦系数足够高以使花纹块变形的诸如积雪的路面上行驶时，前表面边缘521、531接触路面；另一方面，当轮胎在其摩擦系数不足以使花纹块变形的诸如结冰的路面上行驶时，前表面边缘521、531可被防止与路面发生接触。上述角度A在图2所示实例中为28°。此处，优选地，角度A不大于60°。
此外，根据实施例的所述模式，至少一个花纹块5以使得沿着轮胎周向方向测得的两个前表面边缘521、531之间的平均距离至少为15mm的方式形成，由此即使当轮胎在其摩擦系数不足以使触地元件变形的诸如结冰的路面上行驶时，能够防止花纹块变形。这使得能够防止在胎面与冰之间产生水膜，并且其结果是冰上性能可以被进一步提高。
接下来，将描述由根据本发明的实施例的上述第一模式的充气轮胎胎面赋予的作用和效果。
根据实施例的所述模式，首先，增强部7被设置为使得其在前表面侧壁52、53的至少60％的区域上面向主花纹沟3和/或副花纹沟4，并且形成增强部7的材料的弹性模量Ef被设定成为形成胎面1的橡胶组合物的弹性模量Et的至少20倍；这使得当轮胎在其摩擦系数足够高以使花纹块5变形的诸如积雪的路面上行驶时，能够通过增强部7的作用生成高局部前表面边缘压力。在所述情况中，在加速或者正常行驶期间，主要是前表面边缘521(或者531)之一与地面接触，并且在减速期间，主要是另一个前表面边缘531(或者521)与地面接触。也就是说，根据实施例的所述模式的胎面被形成为使得在这些路面状况下，在其处上表面51的径向距离逐渐增大的两个部分511中的任一个与地面接触。这意味着，借助于实施例的所述模式的胎面，花纹块5的前表面边缘521、531可以进一步咬入积雪中，并且其结果是能够提高雪上性能。
此外，根据实施例的所述模式，增强部7的平均厚度被设定在0.1mm和2.0mm之间，因此当轮胎在其摩擦系数不足以使花纹块5变形的诸如结冰的路面上行驶时，前表面边缘521、531可以被防止与路面发生接触。也就是说，根据实施例的所述模式的胎面被形成为使得在这些路面状况下，在前表面边缘52、53附近的上表面51的部分(例如，在其处径向距离逐渐增大的两个部分511)不接触地面。这使得能够防止在胎面与冰之间生成水膜的产生，并且其结果是根据实施例的所述模式的胎面能够提高冰上性能，其中所述水膜公知为减小冰上摩擦系数的原因之一。
接下来，将描述根据本发明的实施例的第一模式的充气轮胎胎面的变型实例。
除了以天然树脂(包含橡胶材料)为基础的上述材料以外，其中纤维与以天然树脂、热塑性树脂为基础的材料混合或由其浸渍的材料或者其中层压或混合热塑性树脂的材料同样能够被用作增强部7的材料；为了提高与花纹块5的附着力或者提供进一步增强的目的，也可以与由以天然树脂为基础的材料浸渍的纺织物或者无纺织物等相结合地使用这些材料。诸如由以天然树脂为基础的材料浸渍的纺织物或者无纺织物等的纤维材料可以被单独用作增强部7。
此外，当对于轮胎胎面规定轮胎的旋转方向时，增强部7可以设置在两个前表面侧壁52、53中的任一个上。
此外，在实施例的所述模式中，副花纹沟4的底表面未被增强部7覆盖，但是为了当设置增强部7时提高可生产性等目的，同样能够采取其中在轮胎内侧沿着径向方向的增强部7的边缘部被延伸以使得增强部7覆盖花纹沟3、4的部分或全部底表面的布置。
此外，在实施例的所述模式中，增强部7仅在花纹块的前表面侧壁52、53上面向副花纹沟4地设置，但是增强部7也可以同样方式面向周向主花纹沟3地设置在花纹块的侧壁(侧表面侧壁)54、55上。这主要使得能够提高由增强部7赋予的沿着轮胎宽度方向的雪上性能的效果，并且特别是能够提高操纵性能。
此外，花纹块5的上表面51的形状不限于实施例的所述模式的图1和图2中所示的形状，或者不限于稍后将描述的实施例的第二和第三模式的图3和图4中所示的形状，并且如上所述，假定花纹块上表面51的除了前表面边缘521、531之外的整个区域相对于轮胎旋转轴线的距离大于前表面边缘521、531相对于轮胎旋转轴线的距离并且距离Re和差值G等的条件被满足，当在垂直于轮胎旋转轴线的横截面中观察时，上表面51可被形成为曲线，以总体上具有预定的曲率，或者总体上以三角形的方式形成。
接下来，将借助于图3描述根据本发明的实施例的第二模式的充气轮胎胎面。图3是示意性地显示根据本发明的实施例的第二模式的充气轮胎胎面的花纹块的横截面的放大图。
如图3中所示，根据实施例的第二模式的胎面1包括当轮胎滚动时接触路面的触地表面2和以与如上所述实施例的第一模式相同的方式形成于其中的两个周向主花纹沟3以及多个副花纹沟4。多个花纹块5由周向花纹沟和副花纹沟限定。花纹块5包括：形成触地表面2的一部分的上表面51；沿着对应于轮胎周向方向的纵向方向分离的两个侧壁(前表面侧壁)52、53；以及沿着对应于轮胎轴向方向的横向方向分离的两个侧壁(侧表面侧壁)54、55。上表面51与前表面侧壁52、53相交，并且在相交处形成前表面边缘521、531。此外，在花纹块5中形成窄切口6，所述窄切口6通向上表面51并且沿着轮胎宽度方向延伸，同时还沿着轮胎径向方向(或者基本上沿着径向方向)延伸。增强部7设置在两个前表面侧壁52、53上。
根据实施例的所述模式，增强部7被设置为使得其在前表面侧壁52、53的至少60％的区域上且优选至少75％的区域上面向副花纹沟4，并且其平均厚度t小于2.0mm且优选小于1.0mm。增强部7设置在其上的前表面侧壁52、53被设置为使得沿着径向方向在增强部7的最外侧的位置和前表面边缘521、531之间测得的距离不大于2.0mm。在图3所示的实例中，增强部7被设置在前表面侧壁52、53的90％的区域上，平均厚度t为0.5mm，并且沿着径向方向在增强部7的最外侧的位置和前表面边缘521、531之间测得的距离为1.0mm。
前表面边缘521、531以与如上所述实施例的第一模式相同的方式在上表面51上形成。此外，在实施例的所述模式中，从前表面边缘521、531延伸的两个斜面部56在上表面51上形成。根据实施例的所述模式，与前表面边缘521、531分离的边缘561由斜面部56形成在上表面51上，但是由斜面部56形成的边缘561不同于前表面边缘521、531并且与路面状况无关地始终接触路面。上表面51的处于边缘561之间的中间区域512与路面状况无关地始终与路面接触。
此外，在实施例的所述模式中，当胎面1为崭新胎面时，从旋转轴线至花纹块5的上表面的最外侧测得的距离Rt和同样从旋转轴线至两个前表面边缘521、531测得的距离Re之间的差值G在0.2mm和2.0mm之间，并且胎面被形成为使得从旋转轴线至除了前表面边缘521、531之外的上表面51上的任意点(除了前表面边缘521、531之外的上表面51的整个区域上的任意点)的距离大于Re。在图3所示的实例中，差值G为0.5mm。
此外，根据实施例的所述模式，如图3中所示，在联接两个前表面边缘521、531的直线和穿过前表面边缘521、531的上表面51的切线之间形成角度A，所述角度A以其为20°或更大的方式形成。根据实施例的所述模式，穿过前表面边缘521、531的上表面51的切线是斜面部56的直线，并且斜面部56的成形角度基本上为上述角度A。其结果是，当轮胎在其摩擦系数足够高以使花纹块变形的诸如积雪的路面上行驶时，前表面边缘521、531接触路面；另一方面，当轮胎在其摩擦系数不足以使花纹块变形的诸如结冰的路面上行驶时，前表面边缘521、531可被防止与路面发生接触。在图3所示实例中上述角度A为45°。
接下来，将描述由根据本发明的实施例的上述第二模式的充气轮胎胎面赋予的作用和效果。
根据实施例的所述模式，在前表面边缘521、531上不包含增强部7，换句话说，增强部7不以延伸直至前表面边缘521、531的方式设置，但是即使在所述情况中，当轮胎在其摩擦系数足够高以使花纹块5变形的诸如积雪的路面上行驶时，增强部7的效果使得能够在花纹块5的前表面边缘521、531处生成高局部边缘压力，并且雪上性能可有效地提高。
此外，从前表面边缘521、531延伸的斜面部56在花纹块5的上表面51上形成，因此当轮胎在其摩擦系数不足以使花纹块5变形的诸如结冰的路面上行驶时，前表面边缘521、531能够被更可靠地防止接触路面，能够防止在胎面与冰之间生成的水膜的产生，并且其结果是能够提高冰上性能，所述水膜公知为减小冰上摩擦系数的原因之一。
此外，根据附图中未示出的变型实例，在由设置在花纹块5中的窄切口6形成的侧壁部分上设置或者不设置增强部7的情况下，上述距离Rt、Re和差值G之间的关系可在由窄切口6形成的侧壁部分和前表面侧壁51、52之间被满足，并且当设置多个窄切口6时，所述关系可在由窄切口6形成的侧壁部分和由另一窄切口6形成的侧壁部分之间被满足。
接下来，将借助于图4描述根据本发明的实施例的第三模式的充气轮胎胎面。图4是示意性地显示根据本发明的实施例的第三模式的充气轮胎胎面的花纹块的横截面的放大图。
如图4中所示，根据实施例的第三模式的胎面1包括当轮胎滚动时接触路面的触地表面2和以与如上所述实施例的第一模式中相同的方式形成在其中的两个周向主花纹沟3以及多个副花纹沟4。多个花纹块5由周向主花纹沟和副花纹沟限定。花纹块5包括：形成触地表面2的一部分的上表面51；沿着对应于轮胎周向方向的纵向方向定位的两个侧壁(前表面侧壁)52、53；以及沿着对应于轮胎轴向方向的横向方向定位的两个侧壁(侧表面侧壁)54、55。上表面51与前表面侧壁52、53相交，并且前表面边缘521、531在相交处形成。增强部7设置在两个前表面侧壁52、53上。
还是根据实施例的所述模式，增强部7被设置为使得其在前表面侧壁52、53的至少60％的区域上且优选至少75％的区域上面向副花纹沟4，并且其平均厚度t小于2.0mm且优选小于1.0mm。此外，增强部7被设置为使得沿着径向方向在增强部7的最外侧的位置和前表面边缘521、531之间测得的距离不大于2.0mm。在图4所示的实例中，增强部7在前表面侧壁52、53的整个区域上设置并且被形成为使得其包含整个前表面边缘，平均厚度t为1.0mm，并且沿着径向方向在增强部7的最外侧的位置和前表面边缘521、531之间测得的距离为零(0mm)。
此外，根据实施例的所述模式，从前表面边缘521、531延伸的两个斜面部56形成在上表面51上。与前表面边缘521、531分离的边缘561由斜面部56形成在上表面51上，但是由斜面部56形成的边缘561不同于前表面边缘521、531并且与路面状况无关地始终接触路面。处于边缘561之间的上表面51的中间区域512与路面状况无关地始终与路面接触。
此外，还是在实施例的所述模式中，当胎面1为崭新胎面时，从旋转轴线至花纹块5的上表面51的最外侧测得的距离Rt和同样从旋转轴线至两个前表面边缘521、531测得的距离Re之间的差值G在0.2mm和2.0mm之间，并且胎面被形成为使得从旋转轴线至除了前表面边缘521、531之外的上表面51上的任意点的距离大于Re。在图4所示的实例中，差值G为0.5mm。
此外，根据实施例的所述模式，如图4中所示，角度A形成在联接两个前表面边缘521、531的直线和穿过前表面边缘的上表面51的切线之间，所述角度A以其为20°或更大的方式形成。根据实施例的所述模式，穿过前表面边缘的上表面51的切线是斜面部56的成形角度，并且根据实施例的所述模式，斜面部56的成形角度基本上为上述角度A。其结果是，当轮胎在其摩擦系数足够高以使花纹块变形的诸如积雪的路面上行驶时，前表面边缘521、531接触路面；另一方面，当轮胎在其摩擦系数不足以使花纹块变形的诸如结冰的路面上行驶时，前表面边缘521、531可被防止与路面发生接触。在实施例的所述模式中，上述角度A为45°。
接下来，将描述由根据本发明的实施例的上述第三模式的充气轮胎胎面赋予的作用和效果。
根据实施例的所述模式，增强部7具有1.0mm的平均厚度并且被设置在包含整个前侧边缘521、531的前表面侧壁52、53的整个区域上，因此当轮胎在其摩擦系数足够高以使花纹块5变形的诸如积雪的路面上行驶时，能够借助于增强部7的作用在花纹块5的前表面边缘521、531处生成较高的局部边缘压力，并且雪上性能可被更有效地提高。
此外，斜面部56被设置，并且因此当轮胎在其摩擦系数不足以使花纹块5变形的诸如结冰的路面上行驶时，表面边缘521、531被防止接触路面，因此能够防止产生在胎面与冰之间生成的水膜，并且其结果是冰上性能可被提高。
以上描述了本发明的实施例的优选模式，但是本发明不限于附图中所示的实施例的模式并且可以实施许多变型模式。
此外，图5是示意性地显示传统的充气轮胎胎面的花纹块的横截面的放大图。所述传统的充气轮胎胎面的花纹块15包括形成触地表面12的一部分的上表面151，以及形成在前表面侧壁152、153的相交处的前表面边缘1521、1531。通向上表面151并且横向地和径向地在轮胎内部延伸的窄切口16形成在花纹块15中。增强部17以包含整个前表面边缘1521、1531的方式设置在两个前表面侧壁152、153上。增强部17的平均厚度t为0.5mm，并且增强部17以在前表面侧壁152、153的84％的区域上面向副花纹沟14的方式设置。从旋转轴线至花纹块15的上表面的最外侧的部分测得的距离Rt等于同样从旋转轴线至两个前表面边缘1521、1531测得的距离Re，并且从旋转轴线至上表面151上的任意点的距离也等于Rt和Re。
示例性实施例
接下来，为了明了本发明的优点，将描述使用采用市售计算机软件的模拟(有限元法)执行的试验的结果，所述试验涉及到根据设有已知形式的增强层的传统实例的充气轮胎胎面的花纹块和六种根据本发明的示例性实施例的充气轮胎胎面的花纹块。
示例性实施例1至3涉及设有根据实施例的第一模式的增强部的花纹块模型，其中在从轮胎旋转轴线至花纹块的上表面的最外侧的部分测得的距离和同样从轮胎旋转轴线至两个前表面边缘测得的距离之间的差值G具有三个不同的值。示例性实施例4至6涉及设有根据实施例的第二模式的增强部的花纹块模型，其中在从轮胎旋转轴线至花纹块的上表面的最外侧的部分测得的距离和同样从轮胎旋转轴线至两个前表面边缘测得的距离之间的差值G也具有三个不同的值。
在各种情况中，传统实例中和根据示例性实施例的六个模型中的花纹块模型的尺寸为使用相同的橡胶基材料(弹性模量为5.4MPa)形成的、具有长度为10mm的短边、长度为20mm的长边以及10mm的高度的立方体花纹块，各个窄切口具有0.4mm的宽度和7mm的深度并且通向花纹块的上表面。增强部由相同材料(弹性模量为270MPa)形成，并且增强部的材料的弹性模量为花纹块的橡胶基材料的弹性模量的50倍。
随着向以所述方式设定的花纹块模型施加合适的负载，在对应于结冰路面的路面状况下的摩擦系数被获得。表1和表2中示出计算结果。在表1和表2中，计算值以假定传统实例为100的指数示出，并且数值越高则越有利。
[表1]
[表2]
如表1和表2中所示，可以确认，根据示例性实施例1至6的充气轮胎胎面能够有效地实现提高的冰上性能。
附图标记说明
1         充气轮胎胎面
2         触地表面
3         周向主花纹沟
4         副花纹沟
5         花纹块
51        花纹块的上表面(其中包含触地表面2的部分)
52、53    周向方向侧的侧壁、前表面侧壁
521、531  前表面边缘
54、55    轮胎宽度方向侧的侧壁、侧表面侧壁
56        斜面部
6         窄切口(刀槽花纹)
7         增强部

Claims (11)

1.由至少一种橡胶组合物形成的充气轮胎胎面，其特征在于：
所述至少一种橡胶组合物具有由在标准ASTM D882-09中规定的拉伸试验计算出的弹性模量Et；
所述胎面包括：至少一个周向主花纹沟、多个副花纹沟以及由所述周向主花纹沟和所述副花纹沟限定的多个花纹块；
所述多个花纹块中的至少一个花纹块包括：构成当轮胎滚动时至少部分地与路面接触的触地表面的上表面、沿着轮胎的周向方向定位的两个前表面侧壁以及沿着轮胎的轴向方向定位的两个侧表面侧壁；
所述花纹块的上表面具有在与所述两个前表面侧壁相交的位置处形成的两个前表面边缘；
所述花纹块具有设置在所述两个前表面侧壁的至少一个上的增强部，所述增强部由具有为形成所述胎面的橡胶组合物的弹性模量Et的至少20倍的弹性模量Ef的材料形成、具有在0.1mm和2.0mm之间的平均厚度，并且以在所述前表面侧壁的至少60％的区域上至少面向所述副花纹沟的方式设置；以及
所述花纹块的上表面被形成为使得当从轮胎旋转轴线的方向观察时，如果在除了所述两个前表面边缘之外的区域中测量从轮胎旋转轴线至所述上表面上的任意点的距离，则所述距离大于从轮胎旋转轴线至所述两个前表面边缘测得的距离Re，在新产品中从轮胎旋转轴线至所述上表面上的径向最外面的位置测得的距离Rt和从轮胎旋转轴线至所述两个前表面边缘测得的距离Re之间的差值G在0.2mm和2.0mm之间，并且所述增强部的径向最外面的位置和所述前表面边缘之间的距离不大于2.0mm。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎胎面，其特征在于，设置在所述花纹块的前表面侧壁上的所述增强部以至少部分地沿着所述前表面边缘的宽度方向延伸的方式设置在所述前表面边缘处。
3.根据权利要求2所述的充气轮胎胎面，其特征在于，设置在所述花纹块的前表面侧壁上的所述增强部以在所述前表面边缘的整个宽度方向上延伸的方式设置在所述前表面边缘处。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的充气轮胎胎面，其特征在于，所述花纹块的上表面上的上述差值G不大于1.5mm。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的充气轮胎胎面，其特征在于，设置在所述花纹块的前表面侧壁上的所述增强部设置在所述花纹块的所述两个前表面侧壁两者上。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的充气轮胎胎面，其特征在于，当从轮胎旋转轴线的方向观察所述花纹块的上表面时，在联接所述两个前表面边缘的直线和穿过所述前表面边缘的所述上表面的切线之间的角度为20°或更大。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的充气轮胎胎面，其特征在于，设置在所述花纹块的前表面侧壁上的所述增强部设置在所述前表面侧壁的至少75％的区域上。
8.根据权利要求7所述的充气轮胎胎面，其特征在于，设置在所述花纹块的前表面侧壁上的所述增强部设置在所述前表面侧壁的整个区域上。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的充气轮胎胎面，其特征在于，所述花纹块以在所述两个前表面边缘之间沿着所述轮胎的周向方向的平均距离至少为15mm的方式形成。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的充气轮胎胎面，其特征在于，所述花纹块还具有通向所述上表面并且在所述花纹块内部延伸同时还沿着轮胎宽度方向延伸的窄切口。
11.具有根据权利要求1至10中的任一项所述的胎面的充气轮胎。
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