CN104755282B - 车轮用轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种车轮用轮胎(100)，它包括：含至少一层胎体层的胎体结构，所述胎体层具有与相对环形的增强结构相连的对边边缘，在径向外部的位置上，相对于所述胎体结构采用的胎冠，和相对于所述胎体结构，在对边上侧面采用的一对胎侧；其中所述环形增强结构包括通过交联可交联的弹性体组合物获得的已交联的弹性体材料，所述可交联的弹性体组合物包括具有纳米尺寸的硅酸镁和/或硅酸铝无机纤维，其中在70℃和10Hz的频率下，所述已交联的弹性体材料的动态弹性模量E'大于约55MPa。

Description

车轮用轮胎
技术领域
本发明涉及车轮用轮胎。
特别地，本发明涉及要求高的行驶速度和/或极端驾驶条件的应用用两轮或四轮车辆的车轮用高性能轮胎，和典型地，但不专有地，能耐受至少约210km/h的最大速度或者支持至少约210kg的最大负载或这二者的组合的轮胎。本发明还涉及重型运输车辆的车轮用轮胎。本发明还涉及改进车轮用轮胎性能的方法。
背景技术
以本申请的申请人名义，在专利申请EP1193085A2，EP1310385，EP1535762，FR2670160A1和JP59126442A中，以及在WO2006010479A1专利申请中描述了车轮用轮胎。
发明内容
车轮用高性能轮胎或重型运输车轮用轮胎在各种技术动作(manoeuvre)下可遭受显著的周向，横向应力和结合的应力。
这些应力从轮缘经轮胎的胎圈(bead)结构传递到轮胎上，和反之亦然，从而引起变形，变形可导致在胎圈结构本身中的胎边芯内裂纹和断裂的引发与扩展。
用于汽车和用于摩托车的高性能(HP)和超高性能(UHP)轮胎，以及用于重型运输车辆的轮胎，典型地提供有刚性的胎圈结构，以便抵消例如在高速下或者在极端驾驶条件下，例如分别当在抓牢(adhesion)极限下行进时或者在携带重负载的同时执行的技术动作情况下进行转向的过程中发生的显著的侧向推力。
申请人考虑到胎边芯在环形锚定构件和轮胎胎侧之间形成胎圈结构的过渡构件，所述环形锚定构件具有金属材料(例如钢)典型的高刚度，所述轮胎胎侧具有低得多的刚度。
胎边芯由于其位置及其功能导致典型地包括具有刚度值的混合物，使得它以有效的方式可提供前述过渡功能。
基于这些观察结果，申请人假设可通过进一步增加胎边芯的刚度，来实现在高速下和/或在极端驾驶条件下和/或在重负载下轮胎的结构和功能特性方面的进一步改进，以满足市场日益增加的苛刻要求。
申请人观察到通过增加加入到该混合物中的热固性树脂量来产生刚度不可能提供该问题的解决方案，这是因为在混合物的制备期间以及在轮胎的建造期间均难以加工胎边芯。申请人还假设过量存在树脂可导致轮胎组件过大的热塑性，后者表明随着温度变化，弹性动态模量显著变化。
因此申请人最初测试了在胎边芯的弹性体材料内增加硫或炭黑百分比的可能性。尽管这些解决方案确实导致较大的刚度，但它们对所得弹性体材料增加的脆度形式具有负面的副作用，和在炭黑用量增加的情况下，还导致粘度显著增加，从而使得该混合物的可操作性更低。
申请人因此集中其注意力在这些结果上，并尝试在没有对结构的其他特性和/或可操作性产生任何负面影响的情况下，在胎边芯的弹性体材料内实现较大的刚度。
申请人发现，通过由含纳米尺寸的无机纤维，优选由硅酸镁和/或硅酸铝组成的无机纤维的弹性体材料制造胎边芯，可获得在极端使用条件下，尤其针对稳定性和可控性，具有改进的性能的轮胎。
申请人发现，添加纳米尺寸的无机纤维到胎边芯由其制造的弹性体材料内，导致胎边芯增加的刚度，且没有出现较大的脆度和较低的可加工性问题。
这是令人惊奇的，因为申请人注意到用前述纳米尺寸的硅酸镁和/或硅酸铝的无机纤维增强的弹性体材料显示出动态剪切模量的显著下降，当动态变形增加时，换句话说，大的Payne效应，使得该材料可能被视为不适合于在高性能轮胎中使用。
由于大的Payne效应典型地导致增强性能损失和增加的变形，因此，将预期到轮胎性能的下降。
尽管如此，但申请人在轮胎上进行了试验，所述轮胎具有由用前述纤维增强的弹性体材料制造的胎边芯，且令人惊奇地发现，就稳定性和可控性来说，能发现优良的性能，和另外在胎圈区域内没有发生轮胎变脆。
因此，根据第一方面，本发明涉及在高速下和/或在重负载下执行的技术动作期间，增加车轮用轮胎性能的方法，所述方法包括：
实现配有一对胎圈结构的轮胎，其中每一胎圈包括具有预定刚度的至少一个胎边芯且包括通过交联可交联的弹性体组合物获得的已交联弹性体材料；
其中通过在所述可交联的弹性体组合物内调节选自弹性体聚合物，硫化剂，促进剂，热固性树脂，炭黑和具有纳米尺寸的硅酸镁和/或硅酸铝无机纤维中的一种或多种成分的存在和用量，从而确定在成品轮胎内胎边芯的刚度。
在第二方面中，本发明涉及车轮用轮胎，它包括：
-含至少一层胎体层的胎体结构，所述胎体层具有与相对环形的增强结构相连的对边边缘；
-在径向外部的位置上，相对于所述胎体结构采用的胎冠(tread band)；和
-相对于所述胎体结构，在对边上侧面采用的一对胎侧；
其中所述环形增强结构包括通过交联可交联的弹性体组合物获得的已交联的弹性体材料，所述可交联的弹性体组合物包括具有纳米尺寸的硅酸镁和/或硅酸铝无机纤维，其中在70℃和10Hz的频率下，所述已交联的弹性体材料的动态弹性模量E'大于约55MPa。
优选地，在70℃和10Hz的频率下，所述已交联的弹性体材料的动态弹性模量E'大于60MPa。
优选地，在23℃和10Hz的频率下，所述已交联的弹性体材料的动态弹性模量E'大于65MPa，或更优选大于70MPa。
优选地，所述已交联的弹性体材料的断裂伸长率值大于115％，或优选大于120％。
典型地，根据本发明的轮胎包括在径向向外的位置上，相对于胎体结构采用的带束层结构。
在本说明书中，术语“纤维”是指一个尺寸(长度)比截面直径大得多的伸长的构件，和涉及无机纤维的措辞“纳米尺寸”是指无机纤维的直径小于500nm。
术语"phr"，正如本领域已知的，表示相对于100重量份弹性体聚合物，弹性体材料中的具体组分的重量份。
在优选的实施方案中，通过交联可交联的弹性体组合物，获得所述已交联的弹性体材料，其中所述可交联的弹性体组合物包括(a)二烯烃弹性体聚合物和(b)直径小于100nm的硅酸镁和/或硅酸铝无机纤维。
在优选的实施方案中，所述可交联的弹性体组合物包括用量大于约5phr，优选大于约8phr的无机纤维。优选地，无机纤维的用量小于约25phr，优选小于约22phr。有利地，无机纤维的用量为约10phr-约20phr。
在优选的实施方案中，所述弹性体组合物进一步包括(c)炭黑增强填料。
在优选的实施方案中，炭黑增强填料在弹性体组合物内的存在量为大于约30phr，优选大于约40phr。
优选地，炭黑增强填料的存在量小于约100phr，优选小于约90phr。
有利地，炭黑增强填料为约50phr-约80phr。
有利地，所述弹性体组合物进一步包括(d')至少一种亚甲基供体化合物和(d")至少一种亚甲基受体化合物。
有利地，可交联的弹性体组合物优选包括大于约1phr，优选大于约3phr的亚甲基供体化合物量。
优选地，亚甲基供体化合物的用量小于约15phr，优选小于约10phr。有利地，亚甲基供体化合物的用量为约4phr-约8phr。
有利地，可交联的弹性体组合物优选包括大于约5phr，优选大 于约8phr的亚甲基受体化合物量。优选地，亚甲基受体化合物的用量小于约25phr。有利地，亚甲基受体化合物的用量为约10phr-约20phr。
有利地，所述可交联的弹性体组合物包括(e)硫化剂。
在优选的实施方案中，所述可交联的弹性体组合物包括大于约3.5phr，优选大于约4phr的硫化剂量。
优选地，硫化剂的用量小于或等于约7.5phr，优选小于或等于约7phr。有利地，硫的用量为约4.5phr-约6.5phr。
在优选的实施方案中，可在本发明中使用的二烯烃弹性体聚合物(a)可选自在尤其适合于轮胎生产的硫可交联的弹性体材料中常用的那些，也就是说，玻璃化转变温度(Tg)通常低于20℃，和优选范围为0℃至-110℃的具有不饱和链的弹性体聚合物或共聚物。这些聚合物或共聚物可以是天然来源的或者可以使任选地与选自单乙烯基芳烃和/或极性共聚单体中的至少一种共聚单体混合的一种或多种共轭二烯烃通过溶液聚合，乳液聚合或气相聚合而生产。
共轭二烯烃通常含有4-12，优选4-8个碳原子，且可选自例如1,3-丁二烯，异戊二烯，2,3-二甲基-1,3-丁二烯，1,3-戊二烯，1,3-己二烯，3-丁基-1,3-辛二烯，2-苯基-1,3-丁二烯或其混合物。尤其优选1,3-丁二烯和异戊二烯。
可任选地用作共聚单体的单乙烯基芳烃通常含有8-20，优选8-12个碳原子，且可选自例如苯乙烯；1-乙烯基萘；2-乙烯基萘；苯乙烯的各种烷基，环烷基，芳基，烷芳基或芳烷基衍生物，例如α-甲基苯乙烯，3-甲基苯乙烯，4-丙基苯乙烯，4-环己基苯乙烯，4-十二烷基苯乙烯，2-乙基-4-苄基苯乙烯，4-对甲苯基苯乙烯，4-(4-苯基丁基)苯乙烯，或其混合物。尤其优选苯乙烯。
可任选地使用的极性共聚单体可选自例如乙烯基吡啶，乙烯基喹啉，丙烯酸的酯和烷基丙烯酸的酯，腈类，或其混合物，例如丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，丙烯腈或其混合物。
优选地，可在本发明中使用的二烯烃弹性体聚合物(a)可选自例如顺式-1,4-聚异戊二烯(天然或合成，优选天然橡胶)，3,4-聚异戊二烯，聚丁二烯(尤其具有高1,4-顺式含量的聚丁二烯)，任选地卤化的异戊二烯/异丁烯共聚物，1,3-丁二烯/丙烯腈共聚物，苯乙烯/1,3-丁二烯共聚物，苯乙烯/异戊二烯/1,3-丁二烯共聚物，苯乙烯/1,3-丁二烯/丙烯腈共聚物，或其混合物。
在优选的实施方案中，所述弹性体组合物包括至少10wt％，优选20％-100wt％天然橡胶，相对于所述至少一种二烯烃弹性体聚合物(a)的总重量。
前述弹性体组合物可任选地包括一种或更多种单烯烃与烯键式共聚单体或其衍生物的至少一种弹性体聚合物(a')。单烯烃可选自乙烯和通常含有3-12个碳原子的α-烯烃，例如丙烯，1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯或其混合物。优选下述：乙烯和α-烯烃，任选地二烯烃的共聚物；异丁烯均聚物或其与小量二烯烃的共聚物，其任选地至少部分被卤化。存在的任何二烯烃通常含有4－20个碳原子，且优选选自1,3-丁二烯、异戊二烯、1,4-己二烯、1,4-环己二烯、5-偏亚乙基-2-降冰片烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、乙烯基降冰片烯或其混合物。在这些当中，尤其优选下述：乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯烃(EPDM)共聚物；聚异丁烯；丁基橡胶；卤代丁基橡胶；尤其氯丁橡胶或溴丁橡胶；或其混合物。
也可使用通过与合适的封端剂或偶联剂反应而官能化的二烯烃弹性体聚合物(a)或弹性体聚合物(a')。特别地，可通过使由引发剂衍生的残留的有机金属基团与合适的封端剂或偶联剂，例如亚胺、碳二亚胺、卤化烷基锡、取代二苯甲酮、烷氧基硅烷或芳氧基硅烷反应，官能化在有机金属引发剂(尤其有机锂引发剂)存在下通过阴离子聚合获得的二烯烃弹性体聚合物。
如上所述，所述弹性体组合物优选包括优选直径小于100nm的无机纤维(b)。
有利地，所述无机纤维的直径为1-100nm，更优选约5-约50 nm。
优选地，所述无机纤维的长度小于约10μm，更优选约0.2-约10μm，甚至更优选约0.2-约5μm。
有利地，在本发明中使用的无机纤维选自硅酸镁和/或硅酸铝纤维，例如海泡石纤维，坡缕石纤维(也称为绿坡缕石)或其混合物。尤其优选海泡石的无机纤维。
有利地，用增容剂处理无机纤维。
在优选的实施方案中，所述增容剂可以例如选自具有通式(I)的季铵或鏻盐：
其中：
Y表示N或P；
R1，R2，R3和R4可以彼此相同或不同，表示直链或支链的C1-C20烷基或羟烷基；直链或支链的C1-C20链烯基或羟基链烯基；基团-R5-SH或-R5-NH2，其中R5表示直链或支链的C1-C20链烯基；C6-C18芳基；C7-C20芳烷基或烷芳基；C5-C18环烷基，所述环烷基任选地含有杂原子，例如氧，氮或硫；
Xn-表示阴离子，例如氯离子，硫酸根离子，或磷酸根离子；和
n表示1，2或3。
用增容剂处理无机纤维，以便获得硅酸盐在弹性体基体内高的分散。通过例如用相对长链的季烷基铵阳离子交换碱性阳离子，进而改变硅酸盐表面的极性，从而使得典型地亲水的硅酸盐变得亲有机物。进一步的细节例如公开于专利US 4,136,103；US5,747,560或US5,952,093中。根据本发明可使用且可在市场上获得的无机纤维的实例是因名称Pangel B5已知的产品，它由Tolsa Group供应 (http://www.tolsa.com/)。
如上所述，所述弹性体组合物优选还包括至少一种炭黑增强填料(c)。
在优选的实施方案中，可在本发明中使用的炭黑增强填料(c)可选自表面积至少20m2/g的那些(根据ISO 18852:2005，由STSA-统计的厚度表面积测定)。
至少一种额外的增强填料可有利地加入到前述弹性体组合物中，其用量通常为1phr-70phr，优选约10phr-约60phr。增强填料可选自交联产品，尤其轮胎常用的那些，例如二氧化硅，氧化铝，硅铝酸盐，碳酸钙，高岭土或其混合物。
可在本发明中使用的二氧化硅通常可以是热解硅石或优选沉淀二氧化硅，且BET表面积(根据标准ISO 5794/1测量)为约50m2/g–约500m2/g，优选约70m2/g–约200m2/g。
如上所述，所述弹性体组合物优选还包括(d')至少一种亚甲基供体化合物和(d")至少一种亚甲基受体化合物。
在优选的实施方案中，亚甲基供体化合物(d')可例如选自：六亚甲基四胺(HMT)；六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)；甲醛；聚甲醛；三噁烷，2-甲基-2-硝基-1-丙醛；取代的三聚氰胺树脂，例如N-取代的氧甲基三聚氰胺树脂；甘脲化合物，例如四甲氧基甲基甘脲，脲醛树脂，例如丁基化脲醛树脂；或其混合物。尤其优选六亚甲基四胺(HMT)或六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)。
在优选的实施方案中，亚甲基受体化合物(d")可例如选自：间苯二酚；儿茶酚；氢醌；邻苯三酚；间苯三酚；1-萘酚；2-萘酚；通过缩合被醛，例如甲醛，乙醛，糠醛任选取代的苯酚获得的酚树脂(例如间苯二酚-甲醛树脂)；或其混合物。尤其优选可溶可熔类型的固体酚树脂。
所述亚甲基供体化合物(d')和所述亚甲基受体化合物(d")也可以预缩合形式加入到可交联的弹性体组合物(也就是说，在加入到所述可交联的弹性体组合物中之前，缩合)，例如间苯二酚-甲醛树脂，取代 的三聚氰胺树脂，例如N-取代的氧甲基三聚氰胺树脂或其混合物。所述预缩合的树脂能自交联，因为它们含有各种反应性基团。
如上所述，所述弹性体组合物优选包括(e)至少一种硫化剂。
可通过已知方法，尤其通过常用于二烯烃弹性体聚合物的硫-基硫化体系，硫化可交联的弹性体组合物。对于这一目的来说，在一段或多段热机械处理之后，将硫-基硫化剂与硫化促进剂一起引入到该材料内。在最后的处理步骤中，温度通常保持低于120℃，和优选低于100℃，以便防止任何非所需的交联现象。
优选地，所述硫化剂包括含硫或含硫分子(硫供体)以及本领域已知的硫化促进剂和/或活化剂的硫-基硫化体系。
尤其有效的活化剂是锌化合物，和尤其ZnO、ZnCO3、含有8－18个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸的锌盐，例如硬脂酸锌，它优选在弹性体组合物中由ZnO和脂肪酸就地形成，以及BiO、PbO、Pb3O4、PbO2，或其混合物。
常用的促进剂可选自二硫代氨基甲酸盐、胍、硫脲、噻唑、次磺酰胺、秋兰姆、胺、黄原酸盐(xanthate)或其混合物。
在优选的实施方案中，所述弹性体组合物进一步包括能与二氧化硅相互作用的硅烷偶联剂，它可以增强填料形式和/或与硅酸盐一起存在，并在硫化期间，将它们键合到二烯烃弹性体聚合物上。
在优选的实施方案中，可在本发明中使用的硅烷偶联剂可选自具有至少一个可水解的硅烷基的那些，它可例如通过下述通式(II)确定：
(R)3Si-CnH2n-X(II)
其中基团R可以相同或不同，选自烷基、烷氧基或芳氧基或卤素原子，条件是基团R中的至少一个是烷氧基或芳氧基；n是1－约6的整数，包括端值；X是选自下述的基团：亚硝基、巯基、氨基、环氧基、乙烯基、酰亚胺基、氯、-(S)mCnH2n-Si-(R)3或-S-COR，其中m和n是1－6的整数，包括端值，和基团R如上所定义。
尤其优选的硅烷偶联剂是四硫化双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)和二硫化双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)。所述硅烷偶联剂可原样使用或者作为与惰性填料(例如炭黑)的合适混合物形式使用，以便促进它们引入到弹性体组合物内。
在优选的实施方案中，所述硅烷偶联剂以0.01phr–约10phr，优选约0.5phr-约5phr的用量存在于弹性体组合物内。
所述弹性体组合物可包括基于组合物打算的具体应用而选择的其他常用的添加剂。例如，下述可加入到所述材料中：抗氧化剂、防老化剂、增塑剂、粘合剂、抗臭氧剂、改性树脂或其混合物。
特别地，为了改进加工性，通常从矿物油、植物油、合成油，或其混合物，例如芳族油、环烷油、邻苯二甲酸酯、大豆油或其混合物中选择的增塑剂可加入到所述弹性体组合物中。增塑剂的用量通常为0phr－70phr，优选约5phr－约30phr。
可根据本领域已知的方法，通过一起混合聚合物组分与增强填料以及可能存在的任何其他添加剂，制备弹性体组合物。可例如通过开放式炼胶机类型的开炼机或者具有切向转子或具有联锁式转子(IntermixTM)类型的密炼机，或者在Ko-KneaderTM或者双螺杆或多螺杆类型的连续混炼机中实施混合。
附图说明
下面参考附图做出说明，所述附图仅仅为了阐述的目的而提供，和因此不是限制，其中：
-图1在径向一半的截面上示出了车轮用轮胎；
-图2图示了摩托车用轮胎的径向切面。
具体实施方式
在图1中，“a”表示轴向和“r”表示径向。为了简便起见，图1仅仅示出了一部分的轮胎，没有表示的其余部分相同且相对于径向“r”对称排列。
四轮车辆用轮胎100包括含至少一层胎体层101的至少一个胎体结构，所述胎体层101分别具有在各自的环形锚定结构102(称为钢丝圈)内啮合的相对的端部边缘，任选地与胎边芯104相连。含钢丝圈102和胎边芯104的轮胎区域形成意欲锚定轮胎在相应的安装轮圈(未示出)上的环形增强结构103，所谓的胎圈。该环形增强结构103，和尤其胎边芯104由含纳米尺寸的硅酸镁和/或硅酸铝的无机纤维的弹性体材料制造。
胎体结构通常为径向类型，换句话说，至少一层胎体层101中的增强构件位于含轮胎旋转轴的平面内，且基本上垂直于轮胎的赤道面(equatorial plane)。所述增强构件通常由，例如人造丝、尼龙，或聚酯(例如聚萘二甲酸乙二酯(PEN))制成的纺织品帘线组成。为了形成图1所示的所谓的胎体翻起物(turn-up)101a，通过在环形锚定结构102周围翻起至少一层胎体层101的相对侧面边缘，从而使每一环形增强结构与胎体结构相连。
在一个实施方案中，可通过相对于第一胎体层，在径向外部位置采用的第二胎体层(图1中没有示出)，提供在胎体结构和环形增强结构之间的连接。
耐磨的长条105置于每一环形增强结构103的外部位置上。优选地，每一耐磨的长条105相对于环形增强结构103，至少置于径向外部的位置上，从而至少在胎侧108和环形增强结构103下方径向的部分之间延伸。
优选地，放置耐磨的长条105，以便沿着环形增强结构103的轴向内部和外部以及径向的下部区域围绕环形增强结构103卷绕，以便插入后者与轮圈之间，当在轮圈上安装轮胎100时。
胎体结构与带束层结构106相连，所述带束层结构106包括相对于彼此和相对于胎体层，径向交叠排列，具有增强帘线，典型地金属帘线的一层或更多层带束层106a，106b。相对于轮胎100延伸的圆周方向，这些增强帘线可具有交叉的取向。术语“圆周”方向是指通常沿着轮胎旋转方向转动的方向。
相对于带束层106a，106b，在径向最外的位置上，可采用至少一层0度增强层106c，通常称为“00带束层”，所述0度增强层106c通常引入在基本上圆周方向上取向的多个增强帘线，典型地纺织品帘线，从而相对于轮胎的赤道面，形成数度的角度(例如约0°至6°的角度)，并用弹性体材料覆盖。
相对于带束层结构106，在径向外部的位置上，采用由弹性体混 合物制造的胎冠109，因为它是构成轮胎100的其他半成品。
还在胎体结构的侧面表面上，在轴向外部的位置上采用弹性体混合物的相应胎侧108，其中所述胎体结构的表面各自从胎面109的侧面边缘之一延伸达到相应的环形增强结构103。
在径向外部的位置上，胎冠109具有拟与地面接触的跑合面(running surface)109a。通常在这一表面109a中形成通过横向槽口(在图1中没有示出)连接以确定在跑合面109a上分布的各种形状与尺寸的多个块的周向沟槽，为了简单起见，在图1中是以光滑的表面示出。
底层111置于带束层结构106和胎冠109之间。
由弹性体材料110制成的长条，常常称为“微型胎侧(mini-side wall)”，可任选地存在于胎侧108和胎冠109之间的连接区域内，这一微型胎侧通常通过与胎冠109一起共挤出制成和使得在胎冠109和胎侧108之间的机械相互作用得到改进。优选地，胎侧108的末端部分直接覆盖胎冠109的侧面边缘。
在无内胎的轮胎情况下，也可相对于胎体层101，在径向内部的位置上提供轮胎充气所需的不可渗透性的橡胶层112，通常称为“气密层”。
在没有示出的一个实施方案中，轮胎可以是用于重型运输车辆，例如卡车，公共汽车，拖车，货车，和更一般地其中轮胎遭受重负载的车辆的车轮用轮胎。
优选地，这一种类的轮胎适合于安装在导向轮或拖车车轮用的直径等于或高于17.5英寸的轮圈上。重型运输车辆例如是根据"ECE Consolidated Resolution of theConstruction of Vehicles(R.E.3)，附件7，Classification and definition of powerdriven vehicles and trailers"，分类为M2，M3，N2，N3，O2，O3和O4之一的车辆，或者根据"ETRTO Engineering design information"(2010ed.)，"General Information"部分，第G15和G16页，标题为"International codes for wheeled vehicle classification asUN/ECE 29/78and Directive 2003/37"的章节，分类为M3，N2，N3，O3，O4之一的车辆。重型运输车辆的种类包括卡车，牵引车挂车，铁路货车，公共汽车和类似车辆。
重型运输车辆的车轮用轮胎包括至少一层胎体帘布层，与各自的环形增强结构相连的相对侧面边缘，所谓的胎圈(它包括称为钢丝圈的环形锚定结构)，和至少一个胎边芯。该环形增强结构，和尤其胎边芯由含纳米尺寸的硅酸镁和/或硅酸铝的无机纤维的弹性体材料制造。典型地通过在所述环形锚定结构周围，和在所述至少一个胎边芯周围，翻起所述至少一侧胎体帘布层的相对侧面边缘，获得在所述至少一层胎体帘布层和所述环形增强结构之间的连接，以便形成胎体翻起物。
相对于每一环形增强结构，耐磨的长条置于外部的位置上。
所述至少一层胎体帘布层通常包括基本上平行于彼此布置且至少部分被弹性体材料层覆盖的多个胎体帘布层增强构件。尤其在卡车轮胎情况下，这些胎体帘布层增强构件，通常包括金属帘线，优选由钢制造的金属帘线。
所述至少一层胎体帘布层通常为径向类型，换句话说，它引入到以基本上垂直于圆周方向的方向布置的增强构件内。
相对于所述至少一层胎体帘布层，在径向外部的位置上采用带束层结构。
带束层结构包括径向叠加且引入多个带束层增强构件的至少两层承重带束层，所述带束层增强构件典型地是金属帘线，优选由钢制造的金属帘线。该带束层结构也可包括例如相对于第二层承重带束层，在径向外部的位置上采用的0度增强层。
在带束层结构的层中使用的金属帘线，和尤其在承重带束层中使用的那些包括多个长丝。
在带束层结构中(和典型地还在轮胎的其他增强层中)使用的金属帘线中的长丝优选是NT(正常拉伸)，HT(高拉伸)，SHT(超高拉伸)或UHT(超级高拉伸)钢的长丝。典型地，这些钢的长丝具有小于约1％的碳含量。优选地，碳含量高于或等于约0.7％。典型地用黄铜或其他耐 腐蚀的涂层(例如Zn/Mn)涂布该长丝。
相对于所述带束层结构，在径向外部的位置上圆周施加胎冠。胎冠在外部具有适合于与地面接触的跑合面。
可通过横向槽口(未示出)连接的周向槽纹定义了胎面花纹，所述胎面花纹包括在跑合面上分布的各种形状和尺寸的多个肋条和/或块。
在胎体帘布层上外部采用胎侧。胎侧在轴向外部的位置上从环形增强结构延伸到胎冠。
底层置于其中胎冠的侧面边缘与胎侧相连的区域内。
提供轮胎充气所需的不可渗透性的弹性体层(通常称为“气密层”)可以相对于胎体帘布层，在径向内部的位置中提供。
在图2中，数字100表示机动车辆的车轮用的整个轮胎。
在轮胎100中定义了赤道面X-X和旋转轴Z(在该附图中未示出)。还定义了圆周方向(在该附图中通过轮胎旋转方向上的箭头点表示)和垂直于赤道面X-X的轴向方向。
轮胎100包括胎体结构2，所述胎体结构2包括由弹性体材料制成的至少一层胎体帘布层3，且包括平行于彼此布置的多个增强构件。
胎体帘布层3通过它的相对圆周边缘与至少一个环形增强结构9啮合。
特别地，胎体帘布层3的相对侧面边缘3a绕称为钢丝圈的环形锚定结构4翻起。
在钢丝圈4的轴向外部周边上采用锥形(tapered)弹性体填料5，所述锥形弹性体填料5占据在胎体帘布层3和胎体帘布层3的相应翻起的侧面边缘3a之间确定的空间。
含钢丝圈4和填料5的轮胎区域形成称为胎圈的环形增强结构9，其拟锚定轮胎在未示出的相应的安装轮圈上。环形增强结构9，和尤其填料5由含纳米尺寸的硅酸镁和/或硅酸铝的无机纤维的弹性体材料制造。
耐磨的长条15置于每一环形增强结构9的外部位置上。
优选地，每一耐磨的长条15相对于环形增强结构9，至少置于轴 向外部的位置上，从而至少在胎侧和环形增强结构9的径向内部的部分之间延伸。
在胎体帘布层3内包括的增强构件优选包括纺织品帘线，其选自在建造轮胎胎体中常用的那些，例如由尼龙，人造丝，PET，PEN制造的那些，其绳股直径为0.35-1.5mm。
在未示出的一个实施方案中，在没有翻起的情况下，胎体结构具有其与提供有两个环形插件(inserts)的特定环形增强结构相连的相对侧面边缘。弹性体材料的填料可置于第一环形插件轴向外侧的位置内。另一方面，第二环形插件置于胎体帘布层端部轴向外侧的位置内。最后，完成环形增强结构的构造的进一步的填料可在所述第二环形插件轴向外侧的位置内提供，且不必与后者接触。
典型地，在胎体结构2上的径向外部的位置上周向采用带束层结构6，胎冠8周向叠加在带束层结构上，和布置纵向和/或横向的槽口，以便定义所需的胎面花纹，所述胎面花纹典型地在胎冠内通过与轮胎硫化同时进行的模塑操作形成。
轮胎100可包括在所述胎体结构2的相对侧上侧面采用的一对胎侧。
优选地，轮胎100的截面具有特别大的横向曲率。
特别地，轮胎100具有在胎冠的顶部和配件(fitting)直径之间的赤道面上测量的截面高度H，其中配件直径通过穿过轮胎胎圈的参考线a鉴定。
轮胎100还具有通过胎面本身的侧面相对的端部E之间的距离确定的宽度C，和通过在轮胎的赤道面上测量的胎面顶部离穿过胎面本身的端部E的线的距离f和前述宽度C之间的特定比值确定的曲率。可以形成具有成角的边缘的胎面端部E。
在本说明书和以下的权利要求中，措辞“曲率大的轮胎”是指曲率比f/C为至少0.2，和优选f/C≥0.25，例如0.28的轮胎。优选地，这一曲率比f/C不大于0.8，优选f/C≤0.5。
优选地，轮胎具有特别低的胎侧。也就是说，措辞“具有低或降 低的胎侧的轮胎”是指其中高度胎侧(H-f)/H之比小于0.7，更优选小于0.65，例如0.6。
在优选的实施方案中，用于摩托车的轮胎拟安装在弦的尺寸范围基本上为100-260mm的后轮上。
在优选的实施方案中，轮胎拟安装在弦的尺寸范围基本上为80-140mm摩托车前轮上。
优选地，胎面的径向外部的点和穿过前轮胎的胎面的侧面相对端部的线之间的距离(f)基本上可以是45-65mm。优选地，横向曲率和弦之间的比值(f/C)基本上可以是0.35-0.70，或甚至更优选0.35-0.60。优选地，(总高度)/弦之比(H/C)基本上为0.6-0.9。
在无内胎轮胎情况下，典型地在其内壁上用称为“气密层”的密封层覆盖胎体结构2，所述密封层基本上由适合于气密密封轮胎的气密的弹性体材料层组成，当轮胎被充气时。
优选地，带束层结构6由具有与彼此轴向相邻布置的多个周向绕线(turns)7a的层7组成，所述周向绕线7a通过相对于轮胎的赤道面X-X，以角度基本上等于0度(典型地0°至5°)螺旋缠绕的橡胶化帘线或含数个橡胶化帘线(优选数量为2-5个)的长条形成。
优选地，带束层结构基本上在轮胎的整个冠状部分上延伸。
在优选的实施方案中，带束层结构6可由至少两层径向叠加的层组成，其中每一层由用平行于彼此布置的帘线增强的弹性体材料组成。布置各层，其方式使得第一带束层的帘线相对于轮胎的赤道面倾斜取向，而第二层的帘线也具有倾斜取向，但对称地越过第一层的帘线(称为“交叉帘线带束层”)。
在这两种情况下，带束层结构中的帘线通常是纺织品或金属帘线。
优选地，轮胎100可包括在所述胎体结构2和所述带束层结构6之间布置的一层弹性体材料10。
可借助至少一个组装装置，通过在胶面转鼓(building drum)(未示出)上组装相应的半成品产品，建造以上所述的轮胎100。
可在胶面转鼓上建造和/或组装拟形成轮胎中胎体结构的至少一 些构件。更特别地，胶面转鼓可最初接收任选的气密层，接着是胎体结构和耐磨的长条。接下来，未示出的装置啮合在每一端部周围共轴的环形锚定结构之一，将含带束层结构和胎冠的外部套筒定位在以围绕圆柱形胎体套筒为中心的共轴的位置内，并通过胎体结构的径向膨胀，在环形构造内使胎体套筒成型，以便引起它对着套筒的径向内表面施加。
当建造生胶轮胎时，通过交联弹性体混合物，同时压印所希望的胎面花纹在胎冠上，并压印任何要求的特征性图表符号到胎侧上，进行模塑和硫化处理，提供轮胎结构稳定性。
以下借助许多制备例，进一步阐述本发明，所述实施例纯粹为了阐述目的而提供，且绝不对本发明做任何限制。
实施例1
以下述方式制备表1所示的弹性体材料(以phr为单位给出各组分的用量)。
在密炼机(型号Pomini PL 1.6)内混合除了硫，促进剂(TBBS)，和延迟剂(PVI)以外的所有组分约5分钟(第一步)。一旦温度达到145±5℃，则排放该弹性体组合物。在开放式炼胶机内添加硫，促进剂(TBBS)，和延迟剂(PVI)，并进行混炼(第二步)。
表1
样品 1(R) 2(C) 3(C) 4(I)
第一步
IR 100.00 100.00 100.00 100.00
CB 75.00 75.00 85.00 75.00
Pangel B5 - - - 13.00
硬脂酸 2.00 2.00 2.00 2.00
氧化锌 8.00 8.00 8.00 8.00
增粘树脂 2.00 2.00 2.00 2.00
油 3.00 3.00 3.00 3.00
固化树脂 15.00 15.00 15.00 15.00
承载的硅烷 4.00 4.00 4.00 4.00
HMMM 65％ 8.00 8.00 8.00 8.00
第二步
TBBS 1.50 1.50 1.50 1.50
PVI 0.30 0.30 0.30 0.30
硫化剂 5.30 6.70 5.30 5.30
(R):参考混合物
(C):对比混合物
(I):本发明中使用的混合物
IR高顺式-1 ,4-聚异戊二烯合成橡胶，SKI-3,Lee Rubber
CB炭黑，N375，Cabot
硬脂酸Sogis
氧化锌Zincol Ossidi
Pangel用约20wt％季铵盐改性的海泡石(13 phr Pangel B5
B5:相当于约10 phr 矿物填料)，长度为0.2 μm-2μm和直径为5 nm -30 nm的Tolsa Group纤维
增粘树脂 辛基酚树脂，SP1068，Si Group
油MES(温和萃取的溶剂化物)，ENI SPA
固化树脂 可溶可熔类型的固体酚树脂，Durez 12686，Sumitomo Bakelite
承载的硅在50％炭黑上的50％ 四硫化双[3-(三乙氧基甲硅烷 烷基)丙基]，Evonik-Degussa
HMMM65％ 在惰性载体上的六甲氧基甲基三聚氰胺(65％)，Cyrez 964 P.C.，Cytec
TBBS:N-叔丁基-2-苯并噻唑基-次磺酰胺， NZ/EGC，Lanxess
PVI环己基硫代邻苯二甲酰亚胺，Santogard PVI,Flexsys
硫化剂:硫，Redball Superfine，International SulphurInc.
根据标准ISO 289-1:2005，在如上所述生产的未交联材料上，测量在100℃下的门尼粘度ML(1+4)。表2中给出了结果。
根据UNI 6065标准，在不同的伸长率(50％，100％)下，在170℃下硫化10分钟的前述弹性体材料的样品上测量静态机械性能(在50％伸长率下的CA05负载和在100％伸长率下的CA1负载)。在表2中给出了结果。
采用Monsanto MDR流变仪，进行MDR流变学分析。在170℃下，在1.66Hz的振荡频率(100次振荡/分钟)和±0.5°的振幅下，进行试验。测量最小扭矩值(ML)和最大扭矩值(MH)。
根据下述方法，使用Instron 1341动态装置，在拉伸-压缩模式下测量动态机械性能E'和tgδ。已交联(在170℃下10分钟)的材料的试样具有圆柱形状(长度＝25mm；直径＝14mm)，相对于起始长度，压缩-预负载达到25％的纵向变形，并在整个试验当中保持在预定温度(23℃，70℃或100℃)下，其中采用10Hz的频率，相对于预负载下的长度，对该试样进行振幅为±3.5％的动态正弦应变。以动态弹性模量(E`)和tgδ(损耗因子)值表达动态机械性能。以动态粘性模量(E")与动态弹性模量(E`)之比计算tgδ值。以根据弹性体组合物的类型及其在轮胎中的应用而选择的两个参考温度测量的动态弹性模量值之差ΔΕ'，评价热塑性行为。
还在剪切模式下，使用RPA Alpha Technologies装置，测量动态机械性能G'和tgδ。
在70℃下，在10Hz的频率下，在0.4％-10％的变形下，对已经交联(在170℃下10分钟)的弹性体组合物的圆盘形状的样品(体积＝5cm3)进行弹性动态剪切模量(G')测量。以弹性动态剪切模量(G')和tgδ(损耗因子)值表达动态机械性能。以粘性动态剪切模量(G")和弹性动态剪切模量(G')之比计算tgδ值。
根据在0.5％和10％的变形百分比下测量的模量(G')之差，评价Payne的效应。
表2
(R):参考混合物
(C):对比混合物
(I):本发明中使用的混合物
表2中报道的参考1和对比2的数据表明，尽管增加硫含量导致静态和动态增强值增加，但它以断裂性能变糟和因此较高脆度的形式具有负面的副作用。
表2中报道的参考1和对比3的数据表明，尽管增加炭黑含量导致静态和动态增强值增加，但它以断裂性能变糟以及显著增加的粘度，从而导致加工难度的形式具有负面的副作用。
表2中报道的对比3和样品4的数据表明尽管采用相同的硫化体系，用海泡石部分替代炭黑，导致所有静态机械性能(就模量和断裂而言)改进，但它以滞后和Payne效应显著增加的形式具有负面的副作用。
实施例2
制备车辆轮胎，其包括由根据样品1(参考)和样品4(本发明)的弹性体材料制造的胎边芯。
在Mitsubishi LM 2002.5TDI后轮上安装尺寸为235/70R16的轮胎，并在跑道上测试。在表3中示出了结果。
为了评价轮胎的行为，测试者模拟一些特征性的技术动作(例如，换车道，进入弯道，离开弯道)。然后测试者评估轮胎的行为，并在所述技术动作过程中针对轮胎性能给分。
在极端驱动条件下进行试验，所述极端驱动条件描绘了在极限抓牢时轮胎的行为。然后测试者进行一个平均水平的驾驶者可能在预料不到且危险的情况下被迫执行的技术动作，例如在高速下突然改变方向，突然换车道以避免障碍物，和突然刹车等。
测试者评价各种行为，例如方向盘上的力，当它猛烈地旋转时；进入的容易程度，换句话说，在极限速度下，当进入弯道时，轮胎的行为；平衡，换句话说，车辆的转向过度或转向不足的程度；效率，换句话说，在没有过大变形且没有牺牲车辆的稳定性和可控性的情况下，轮胎吸收由突然换车道导致的大且快速负载转移的能力；弯道上的释放，换句话说，在极限速度下，轮胎衰减在弯道中突然释放加速器引起的不稳定性效果的能力；可控性，换句话说，在抓牢损失之后， 轮胎保持车辆在其道路上和/或使其复原的能力。
表3概述了针对轮胎的可控性，测试者的计分表。这些试验的结果通过评估量表来表达，所述评估量表代表使用分数制度，由测试者表达的主观观点。在下表中所示的数值代表由在数个试验阶段(例如5-6次试验)中获得的那些的平均值。应当注意，分数值从最小4到最大8。
表3
(R):对比的轮胎
(I):根据本发明的轮胎
上表3给出的结果表明，尽管根据本发明的轮胎，样品4由具有高Payne效应值的弹性体材料制造，但其行为好于参考轮胎，样品1，所述样品1已经被视为优良，尤其就高速下执行的技术动作，例如进入弯道的容易程度，以及具有较小的倾向转向不足，和在笔直道路上较大的稳定性和较少的滚动来说。

Claims (19)

1.一种车轮用轮胎(100)，它包括：
-含至少一层胎体层的胎体结构，所述胎体层具有与相对环形增强结构相连的对边边缘；
-在径向外部的位置上相对于所述胎体结构采用的胎冠；和
-相对于所述胎体结构在对边上侧面采用的一对胎侧；
其特征在于所述环形增强结构包括通过交联可交联的弹性体组合物获得的已交联的弹性体材料，所述可交联的弹性体组合物包括具有纳米尺寸的硅酸镁和/或硅酸铝无机纤维，和特征在于在70℃和10Hz的频率下，所述已交联的弹性体材料的动态弹性模量E'大于55MPa。
2.权利要求1的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括(a)二烯烃弹性体聚合物。
3.权利要求1的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括(b)直径小于500nm的硅酸镁和/或硅酸铝无机纤维。
4.权利要求1的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括(b)直径小于100nm的硅酸镁和/或硅酸铝无机纤维。
5.权利要求1的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括(b)长度小于或等于10μm的硅酸镁和/或硅酸铝无机纤维。
6.前述任何一项权利要求的车轮用轮胎，其中所述无机纤维选自海泡石纤维，坡缕石纤维或其混合物。
7.权利要求6的车轮用轮胎，其中所述无机纤维是海泡石纤维。
8.权利要求1-5任一项的车轮用轮胎，其中所述无机纤维在所述可交联的弹性体组合物内的存在量为5phr-25phr。
9.权利要求8的车轮用轮胎，其中所述无机纤维在所述可交联的弹性体组合物内的存在量为10phr-20phr。
10.权利要求1-5任一项的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括用量为30-100phr的至少一种炭黑增强填料。
11.权利要求10的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括用量为40-90phr的至少一种炭黑增强填料。
12.权利要求1-5任一项的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括用量为1-15phr的至少一种亚甲基供体化合物。
13.权利要求12的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括用量为5-25phr的至少一种亚甲基受体化合物。
14.权利要求13的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括用量为4-8phr的至少一种亚甲基供体化合物和用量为10-20phr的至少一种亚甲基受体化合物。
15.权利要求1-5任何一项的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括用量范围为3.5phr-7.5phr的硫化剂。
16.权利要求15的车轮用轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包括用量范围为4.5phr-6.5phr的硫化剂。
17.权利要求1-5任何一项的车轮用轮胎，其中所述已交联的弹性体材料层在70℃和10Hz的频率下的动态弹性模量E'值大于60MPa。
18.权利要求17的车轮用轮胎，其中所述已交联的弹性体材料层在23℃和10Hz的频率下的动态弹性模量E'值大于65MPa。
19.权利要求17的车轮用轮胎，其中所述已交联的弹性体材料层在23℃和10Hz的频率下的动态弹性模量E'值大于70MPa。
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