CN104903120B - 轮胎覆盖层组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轮胎，其包括覆盖层帘布层，其中（i）所述覆盖层的胎肩部分包含弹性体和以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物或非聚合物增强纤维，所述短纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎噪声，并且（ii）在所述轮胎胎冠中的覆盖层部分包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线，所述帘线在围绕所述轮胎的周向上对齐。

Description

轮胎覆盖层组合物
背景技术
1.技术领域
本发明涉及降低轮胎噪声的轮胎覆盖层组合物。
2.相关领域的说明
客车和卡车轮胎性能需要不断改进。关键性能属性包括噪声、操纵稳定性、磨损、滚动阻力和行驶舒适性。因为轮胎公司致力于降低汽车和卡车轮胎产生的噪声，所以降低轮胎噪声正在成为业界关注的焦点。例如，欧盟正在就显著降低轮胎产生的通过噪声进行立法。
某些纤维已用于高性能轮胎生产中。美国专利公布2002/0069948教导了以很大程度上垂直于轮胎表面的角度使用短纤维。这些构造的目的据称是为了改进操纵稳定性和/或提高加速度。美国专利公布2007/0221303在构造中使用了增强胎面方向性刚度的短纤维。这些纤维据称略微垂直于胎面的纵向、周向而排列。美国专利4,871,004公开了芳族聚酰胺增强的弹性体，其中短的、不连续的原纤化芳族聚酰胺纤维分散在橡胶中。该专利中公开的排列方式据称可以使侧向（轴向或周向）刚度和模量最大化。然而，并未提出这些排列方式有利于降噪。
美国专利公布2010/0236695涉及具有复合胎面块的轮胎，所述胎面块包含固化弹性体和0.1至10份纤维/100重量份所述弹性体，所述纤维的特征在于具有至少6克/分特的韧度和至少200克/分特的模量。所述纤维的大部分在一方向上取向，使得降低由接触路面的轮胎胎面所产生的噪声。
发明内容
本发明涉及轮胎，所述轮胎包括覆盖层帘布层，其中：
(i) 所述覆盖层的胎肩部分包含弹性体和以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物或非聚合物增强纤维，所述短纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎噪声，并且
(ii) 在所述轮胎胎冠中的覆盖层部分包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线，所述帘线在围绕所述轮胎的周向上对齐。
本发明还涉及轮胎，其包括覆盖层，其中：
(i) 所述轮胎胎冠部分中的覆盖层包含弹性体和以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物或非聚合物增强纤维，所述短纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎噪声，并且
(ii) 在所述轮胎的覆盖层的胎肩部分包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线，所述帘线在围绕所述轮胎的周向上对齐。
附图说明
图1是轮胎坐标系的示意图。
图2是轮胎横截面。
图3是示出本发明第一实施例的覆盖层区域的轮胎横截面的一部分。
图4是示出本发明第二实施例的覆盖层区域的轮胎横截面的一部分。
图5是示出本发明第三实施例的覆盖层区域的轮胎横截面的一部分。
图6描绘了示出本发明第三实施例的轮胎覆盖层区域的轮胎横截面。
图7描绘了在同一方向上的平面取向。
图8描绘了两个方向上的平面取向。
具体实施方式
车辆轮胎噪声由许多来源产生。图1将有助于描述这种噪声如何产生以及如何限定本文所用的方向。图1大致示出了具有胎面块11的轮胎10，以及与轮胎有关的主坐标轴。周向是在行进方向；X。经向示为Y并且径向示为Z。经向有时被称为轴向或侧向。为阐明空间关系，路面在XY平面上。轮胎还使用在胎面正下方的被称为胎基的组件，其对胎面块11提供支撑。胎基介于胎面块和第一增强层之间，所述第一增强层为覆盖层（也称为冠带层）、带束层或缓冲层。
图2大致示出了轮胎横截面20，其包括两个主要部分，胎侧部分21和胎冠部分22。轮胎胎侧是从胎圈23到胎面29的区域。“胎冠”是指在轮胎胎面宽度范围内的轮胎部分。轮胎胎肩21a和21b是在胎面边缘正下方的胎侧上部部分。胎圈23定位在轮胎位于轮辋凸缘上之处。胎圈由成型为不可延展的辋圈的高强度钢丝构成。胎圈用于锚定所述帘布层并将组合件保持在轮胎的轮辋上。胎圈的形状或轮廓与车轮的凸缘匹配，以防止轮胎在轮辋上摆动或滑动。胎体帘线24向轮胎提供强度和承重能力。“胎体”是指除帘布层之上的带束结构、胎面、下胎面和胎侧橡胶之外的轮胎结构，但其包括胎圈。胎体有时被称为外胎。胎体帘线通过将其围绕胎圈钢丝23包裹来锚定。图2还示出了车轮轮辋25。“胎面”是指当轮胎正常充气并在正常负荷下时与路面接触的轮胎的部分。“带束层”是指轮胎胎冠中直接在胎面下方的轮胎帘线材料的狭窄层。在卡车轮胎中，带束层常常被称为缓冲层。覆盖层26是位于一个或多个轮胎钢带束层18的面向外表面之间并在轮胎胎面29下方的加强层。传统地，覆盖层包含在轮胎周向上运行的连续长丝帘线。
本发明的第一实施例为轮胎，所述轮胎包括覆盖层，其中：
(i) 所述覆盖层的胎肩部分包含弹性体和以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物增强纤维，所述短纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量，以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎胎面噪声，并且
(ii) 胎冠中的轮胎覆盖层部分包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线，所述帘线围绕轮胎周向对齐。
图3描绘了该第一实施例并且大致示出包括胎体24和带束层18的轮胎部分30。带束层上方的是覆盖层。在轮胎胎肩区域21a中，所述覆盖层包含弹性体和短聚合物增强纤维31。在胎冠区域中，所述覆盖层包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线32。需注意，纯粹为了进行示意性的说明，短纤维被示为在经向上取向。
本发明的第二实施例为轮胎，所述轮胎包括覆盖层，其中：
(i) 所述胎冠部分覆盖层包含弹性体和以0.1至8份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物增强纤维，所述短纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎胎面噪声，并且
(ii) 轮胎覆盖层胎肩部分包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线，所述帘线围绕轮胎周向对齐。
图4描绘了第二实施例并且大致示出包括胎体24和带束层18的轮胎部分40。带束层上方的是覆盖层。在轮胎胎肩区域21a中，所述覆盖层包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线32。在轮胎胎冠区域中，所述覆盖层包含弹性体和短聚合物增强纤维31。
图5描绘了本发明的第三实施例并大致示出包括覆盖层的轮胎部分50，其中所述覆盖层胎肩部分21a和覆盖层胎冠部分两者均包含弹性体和短聚合物增强纤维31以及连续聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线32。
图6描绘了本发明的第四实施例，并大致示出轮胎的横截面60。所述覆盖层的一半，第一半部（H1）包括胎肩部分21aa和胎冠部分63aa。所述覆盖层的第一半部还包含弹性体和短聚合物增强纤维31。所述覆盖层的另一半，第二半部（H2）包括胎肩部分21ab和胎冠部分63ab。所述覆盖层的第二半部还包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合32。H1和H2的位置可互换，作为轮胎被置于车辆上时所述轮胎的内侧或外侧。
在另一个实施例中，所述轮胎覆盖层帘布层包含弹性体和以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物或非聚合物增强纤维，所述短纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎噪声。在所述覆盖层中不存在连续长丝聚合物纤维或连续金属股线。
包含短纤维或连续纤维的弹性体部分可由一个片材或在所述部分的整个宽度或所述部分的整个厚度内彼此相邻定位的多个片材形成。
短纤维
弹性体中的短纤维形成所述覆盖层的一个组件。通过审慎选择包含短纤维的覆盖层中的短纤维取向和层的平面排列方式，可以定制覆盖层设计，以应对特定的降噪方面的挑战。在一些轮胎构造中，纤维在所述覆盖层内在经向上基本上对齐。在某些轮胎中，短纤维在大致周向上基本上彼此对齐。在某些轮胎中，短纤维在大致径向上基本上彼此对齐。所谓基本上，意指层内50%以上的短纤维都以一个方向取向。更优选的是层内70%以上的短纤维都以一个方向取向。最优选的是层内85%以上的短纤维都以一个方向取向。所谓对齐或取向，意指将纤维排列成使得纤维的长尺寸沿对齐方向取向。该纤维对齐给予包含所述短纤维的轮胎覆盖层区域各向异性的机械刚度特性。在一些实施例中，短纤维的长度为0.1至8mm，然而在其它实施例中其为0.1至3mm。
包含对齐纤维的覆盖层还可以不同的平面排列方式取向。例如，图7描绘了覆盖层的XY平面取向。这些层可以包含经向（Y）取向的纤维、周向（X）取向的纤维或在经向（Y）和周向（X）取向之间交替排列的纤维。对于具有不同平面取向覆盖层的不同部分，纤维取向同样可以不同，如图8所示，并且具体地可包括两个增强方向。例如，在XZ平面内，纤维可以是周向（X）或径向（Z）的，然而在XY平面内，纤维可以是周向（X）或经向（Y）的。在YZ平面内（未示出），纤维可以是经向（Y）或径向（Z）的。例如，已确定在覆盖层中经向和周向取向的纤维和在覆盖层内径向取向的纤维在降低噪声方面非常有效。另一方面，在覆盖层内周向取向的纤维可能最容易制备，但在降噪方面提供较小的相对有益效果。在这两种情况中，覆盖层结构中存在许多可能的纤维取向。例如，进一步参见图8，覆盖层的XZ平面中的纤维可以在周向（X）和径向（Z）之间以某个角度取向。同样，覆盖层的XY平面中的纤维可以在周向（X）和经向（Y）之间以某个角度取向。适当选择包括挤出模头在内的加工和制造系统，将在每个胎基的挤出轮廓中获得所需的纤维取向。
尽管XY、YZ或XZ平面中的层中的纤维取向优选为正交，但纤维也可以非正交地排列，与周向、经向或径向成介于5至85度之间的角度。更优选的是，纤维以介于15和70度之间的角度排列。可以通过在两个方向上压延弹性体片而获得此类偏角取向。
本发明的另一个方面涉及制备本文所述的复合覆盖层的方法，其中所述方法包括通过压延或挤出弹性体和增强纤维的混合物而制备一个或多个层。在一些实施例中，所述方法还包括将多个层压实。
因此，其中在弹性体中具有可控取向的纤维的本发明，不同于显示出无规或各向同性的增强的炭黑或其它粒状增强的橡胶化合物。短纤维增强添加有短纤维、絮状物或浆状物。在一些实施例中，短纤维或浆状物模量越高，则获得的性能越好。因此，高模量纤维（诸如芳族聚酰胺纤维）和浆状物可以有利地放入覆盖层的平面中。然而，应当指出的是，除芳族聚酰胺以外，任何提高经向覆盖层刚度的短纤维或浆状物都能起到一定程度的作用。示例性短纤维包括由聚合物制成的那些，所述聚合物诸如芳族聚酰胺、芳族共聚酰胺、脂族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚唑以及它们的混合物。可以在配混纤维期间直接使用此类纤维，或者可以将其作为预混物或母料进行添加，其中将纤维预共混到具有一些弹性体的浓缩物中。
本发明的轮胎覆盖层包含固化弹性体，其具有0.1至10份短纤维/100重量份弹性体（phr）、絮状物或浆状物。在一些实施例中，短纤维含量为1至8phr或甚至2至6phr。所述纤维具有至少2克/分特的韧度和至少10克/分特的模量。在一些实施例中，纤维具有500至1100克/分特的韧度。短纤维可以由连续纤维制备，形成絮状物、浆状物和其他短切纤维形式，除非本文另外指明，否则这些形式的任何一种都可以视为纤维。一些纤维具有5至10,000、更优选10至5000的长度直径比。如本文所述，与本发明相关的直径小于15微米的短纤维包括浆状物和称为絮状物的纤维。通过将连续纤维切割成约0.1-8毫米、更优选约0.1-6毫米的短长度来制备絮状物。此类纤维的制造对于本领域的技术人员来说是熟知的。这些纤维中的某一些，包括涂覆有粘合促进剂的那些纤维都可以商购获得。
本发明中使用的一些纤维是浆状物形式。浆状物包含原纤化纤维，所述原纤化纤维在一些情况下是通过短切较长的纤维而制备。例如，可以通过精炼芳族聚酰胺纤维来制备芳族聚酰胺浆状物，并且在一些实施例中，所述芳族聚酰胺浆状物具有至多约8毫米、平均长度为约0.1至4毫米的长度分布。可商购获得的芳族聚酰胺浆状物包括Kevlar®浆状物，其购自E. I. du Pont de Nemours and Company，Wilmington DE（DuPont），以及Teijin™Twaron®浆状物。浆状物的另一种形式（称为微浆）可根据美国专利公布2003/0114641进行制备。短纤维还可以为金属或陶瓷。
帘线
覆盖层的胎肩和/或胎冠部分还包含帘线作为覆盖层结构的第二组件。所述帘线可包含连续聚合物长丝、金属线股线或上述两者。如本文所用的“长丝”是指相对柔韧、宏观上均匀的主体，所述主体在与其长度垂直的横截面上具有高的长宽比。在本文中，术语“纤维”与术语“长丝”互换使用。所述帘线可以为单根聚合物长丝或钢丝股线，或多根聚合物长丝或钢丝股线。在一些实施例中，可将两根或更多根帘线加捻在一起以形成合并帘线。合并帘线有时被称为成缆帘线或混合帘线。合并帘线的示例由美国专利5,551,498；4,176,705；4,807,680和4, 878, 343；以及美国专利公布2009/0159171例示。所述帘线围绕轮胎在周向上排列。
优选的金属丝为钢丝。典型的钢组合物包含0.60%至1.1%的碳含量、0.20至0.90%范围内的锰含量和0.10至0.90%范围内的硅含量。其它元素例如硫、磷、铬、硼、钴、镍和钒可各自以低于0.5%的含量存在。
钢丝可具有包括一条或多条对称轴的横截面。例如，椭圆形或矩形横截面具有两条对称轴，而三角形横截面具有三条对称轴。在优选的实施例中，钢丝横截面为圆形，或基本上圆形。
在一些实施例中，钢丝的主要横截面尺寸在0.04mm至1.1mm的范围内，并且更优选地在0.07mm至0.60mm的范围内。就圆形横截面而言，该尺寸为直径。钢丝通常具有可赋予橡胶亲和力的涂层。此类涂层包括可与橡胶中的硫原子反应的那些，例如铜、锌以及此类金属的合金，如黄铜。在一个优选的实施例中，当聚酰胺纱线形成混合帘线的外表面时，锌被用作涂层基材，否则黄铜是优选的涂覆材料。
包含短纤维或连续纤维的弹性体组件可由一个片材或由彼此相邻定位的多个片材形成。
纤维聚合物
用于弹性体组件的短纤维和帘线组件的连续长丝中的聚合物材料可由任何制备高强度纤维的聚合物制成。合适的聚合物材料为芳族聚酰胺、芳族共聚酰胺、脂族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚唑以及它们的混合物。合适的非聚合物材料为玻璃、碳和纤维素纤维。一些纤维可以呈纳米管的形式。单壁和多壁纳米管两者均是合适的。优选的芳族聚酰胺为对位芳族聚酰胺。当聚合物为聚酰胺时，在一些实施例中，优选芳族聚酰胺。术语“芳族聚酰胺”是指其中至少85%的酰胺键（-CONH-）直接连接到两个芳族环的聚酰胺。合适的芳族聚酰胺纤维包括Twaron®、Sulfron®、Technora®（均得自Teijin Aramid）、Heracon™（得自KolonIndustries Inc.）或Kevlar®（得自Dupont）。芳族聚酰胺纤维在Man-Made Fibres -Science and Technology第2卷（Interscience Publishers，1968年）的标题为“Fibre-Forming Aromatic Polyamides”的章节中（第297页，W. Black等人）有所描述。芳族聚酰胺纤维和它们的制备还公开于美国专利3,767,756、4,172,938、3,869,429、3,869,430、3,819,587、3,673,143、3,354,127和3,094,511中。
在一些实施例中，优选的芳族聚酰胺为对位芳族聚酰胺。一种优选的对位芳族聚酰胺是被称为PPD-T的聚(对苯二甲酰对苯二胺)。所谓PPD-T，是指由对苯二胺和对苯二甲酰氯的等摩尔比聚合反应产生的均聚物，以及由少量其它二胺与对苯二胺结合、少量其它二酰氯与对苯二甲酰氯结合所得的共聚物。作为一般原则，其它二胺和其它二酰氯可按至多达约10摩尔%的对苯二胺或对苯二甲酰氯，或可能略高的量使用，唯一的前提条件是其它二胺和二酰氯不含干扰聚合反应的反应性基团。PPD-T也指其它芳族二胺和其它芳族二甲酰氯，例如2,6-萘亚甲基酰氯或氯代对苯二甲酰氯或二氯对苯二甲酰氯或3,4’-二氨基二苯醚结合所得的共聚物。
添加剂可与芳族聚酰胺一起使用，并且已发现，至多达10重量%或更多的其他聚合物材料可与芳族聚酰胺共混。可使用这样的共聚物，其中多达10%或更多的其他二胺取代了芳族聚酰胺的二胺或者其中多达10%或更多的其他二酰氯取代了芳族聚酰胺的二酰氯。
当聚合物为聚烯烃时，在一些实施例中，优选聚乙烯或聚丙烯。当配混纤维和弹性体、压延或挤出化合物或固化轮胎组合件中的化合物所要求的加工温度低于聚烯烃的熔点时，只可以使用聚烯烃纤维。术语“聚乙烯”是指分子量优选地大于一百万的占主导地位的线性聚乙烯材料，其可以包含微量的链分支或每100个主链碳原子中不超过5个改性单元的共聚单体，并且其还可以包含与其混合在一起的不超过约50重量%的一种或多种聚合物添加剂，如烯烃-1-聚合物，具体地讲是低密度聚乙烯、丙烯等，或低分子量添加剂，如通常掺入的抗氧化剂、润滑剂、紫外线遮蔽剂、着色剂等。此类聚烯烃通常被称为伸展链聚乙烯（ECPE）或超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。聚乙烯纤维的制备在美国专利4,478,083、4,228,118、4,276,348和4,344,908中有所讨论。高分子量线性聚烯烃纤维可以商购获得。聚烯烃纤维的制备在美国专利4,457,985中讨论。
在一些优选的实施例中，聚唑为聚芳唑，如聚苯并唑和聚吡啶并唑。合适的聚唑包括均聚物和共聚物。添加剂可与聚唑一起使用，并且至多达10重量%的其他聚合物材料可与所述聚唑共混。还可使用具有多达10%或更多的取代聚唑的单体的其他单体的共聚物。合适的聚唑均聚物和共聚物可以用已知的工序制备，诸如描述于或源自美国专利4,533,693、4,703,103、5,089,591、4,772,678、4,847,350和5,276,128的那些工序。
优选的聚苯并唑包括聚苯并咪唑、聚苯并噻唑和聚苯并唑，更优选的是可以形成具有30克/旦尼尔(gpd)或更大的纱线韧度的纤维的此类聚合物。在一些实施例中，如果聚苯并唑为聚苯并噻唑，则它优选地为聚对亚苯基苯并二噻唑。在一些实施例中，如果聚苯并唑为聚苯并唑，则它优选地为聚对亚苯基苯并二唑，更优选地为被称为PBO的聚(对亚苯基-2,6-苯并二唑)。
优选的聚吡啶并唑包括聚吡啶并咪唑、聚吡啶并噻唑和聚吡啶并唑，更优选地，此类聚合物为可以形成具有30gpd或更大的纱线韧度的纤维的聚合物。在一些实施例中，优选的聚吡啶并唑为聚吡啶并二唑。一种优选的聚(吡啶并二氧杂唑)为聚(1,4-(2,5-二羟基)亚苯基-2,6-吡啶并[2,3-d:5,6-d']二咪唑，其被称为PIPD。包括聚吡啶并二唑在内的合适的聚吡啶并唑可以用已知的工序制备，如美国专利5,674,969中所述的那些工序。
如本文所用，术语“聚酯”旨在包括其中至少85%的重复单元为二羧酸和二羟醇的缩合产物的聚合物，其中缩合产物具有通过酯单元的形成而生成的键。这包括芳族、脂族、饱和的和不饱和的二酸和二醇。如本文所用，术语“聚酯”还包括共聚物（如嵌段、接枝、无规和间规共聚物）、共混物和它们的改性形式。在一些实施例中，优选的聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和液晶聚酯。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)可包含多种共聚单体，包括二甘醇、环己烷二甲醇、聚乙二醇、戊二酸、壬二酸、癸二酸和间苯二甲酸等。除了这些共聚单体外，还可以使用支化剂，如均苯三甲酸、均苯四甲酸、三羟甲基丙烷和三羟甲基乙烷、以及季戊四醇。可以通过已知的聚合技术由对苯二甲酸或其低级烷基酯（如对苯二甲酸二甲酯）和乙二醇或它们的共混物或混合物获得聚对苯二甲酸乙二醇酯。另一种可能有用的聚酯为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。PEN可采用已知的聚合技术由2,6-萘二羧酸和乙二醇获得。
本发明中也可以使用液晶聚酯。本文中所谓“液晶聚酯”(LCP)是指当使用TOT测试或其任何合理变型进行测试时具有各向异性的聚酯，如美国专利4,118,372中所述。液晶聚酯的一种优选形式为“全芳族”；即，聚合物主链中的所有基团都是芳族（例如酯基等连接基团除外），但可存在不是芳族的侧基。
E-玻璃是可商购获得的低碱玻璃。一种典型的组合物由54重量% SiO2、14重量%Al2O3、22重量% CaO/MgO、10重量% B2O3和小于2重量% Na2O/K2O组成。一些其它材料还可以杂质含量存在。
S-玻璃是可商购获得的氧化镁-氧化铝-二氧化硅玻璃。该组合物比E-玻璃更硬、更坚固、也更贵，其通常用于聚合物基体复合材料中。
碳纤维是可商购获得的，并且是本领域的技术人员所熟知的。在一些实施例中，这些纤维的直径为约0.005至0.010mm，并且主要由碳原子构成。
可以通过对纤维素酯（纤维素甲酸酯和纤维素乙酸酯）的液晶溶液进行纺丝、随后进行皂化以生成再生纤维素纤维，来制备纤维素纤维。
弹性体
如本文所用，术语“橡胶”和“弹性体”可以互换使用，除非另有说明。术语“橡胶组合物”、“复合橡胶”和“橡胶化合物”可以互换使用，是指“与多种成分和材料共混或混合的橡胶”，此类术语是橡胶混合或橡胶配混领域的技术人员所熟知的。除非另有规定，术语“固化”和“硫化”可互换使用。在本发明的描述中，术语“phr”是指每100重量份的橡胶或弹性体中相应的材料的份数。
本发明的弹性体包括天然橡胶、合成天然橡胶和合成橡胶。合成橡胶化合物可溶解于常用有机溶剂中，并可以包括（除了许多别的以外）聚氯丁二烯和硫改性的氯丁二烯、烃橡胶、丁二烯-丙烯腈共聚物、丁苯橡胶、氯磺化聚乙烯、含氟弹性体、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁基和卤化丁基橡胶等。天然橡胶、丁苯橡胶、聚异戊二烯橡胶和聚丁二烯橡胶是优选的。还可以利用橡胶的混合物。
轮胎的制备
在一些方面，本发明涉及制备如本文所述的复合覆盖层方法，其中所述方法包括按一步法，通过压延或挤出弹性体和短增强纤维的混合物来制备一个或多个层。所述方法还可包括对弹性体中的多个短纤维层进行压实。不同的层可以具有或可以不具有相同的纤维取向。对此类复合材料层进行压延、挤出和压实的方法是本领域技术人员所熟知的并如下文所述。覆盖层可以用本领域技术人员熟知的方法形成。
可以用若干种熟知的方法实现纤维对齐。一种方法涉及高剪切混合原材料（聚合物、纤维和其它添加剂）以配混弹性体，然后进行辊轧和/或压延。高剪切混合确保纤维和其他添加剂均匀分散在弹性体中。在该阶段，弹性体内的纤维是无规取向的。配混方法的第一阶段涉及聚合物的粉碎或破碎。可以用开放式辊磨机来破碎天然橡胶，但更常见的做法是使用具有反转刀片的高剪切搅拌器，诸如班伯里密炼机或Shaw搅拌器。有时可以使用单独的预粉碎步骤。对于合成橡胶而言，只有在化合物包含聚合物共混物时才有必要进行预粉碎。随后，当大部分成分掺入到橡胶中时，进行母料的制备。这确保了成分在橡胶中彻底且均匀的分散。在混合过程中，保持尽可能低的温度非常重要。未包含在该步骤中的成分是构成固化体系的成分。通常在最后一步中，并通常在较低的温度下加入这些成分。
以下是典型混合方法的实例。这是将Kevlar®浆状物分散在弹性体（Kevlar®工程弹性体(Kevlar® EE)）中形成氯丁橡胶的二阶段混合法。
第一阶段
在搅拌的同时，相继添加一半氯丁橡胶，然后添加Kevlar® EE并且最终添加剩余的氯丁橡胶和氧化镁，有效混合1-1.5分钟，添加松散的纤维（如果有的话），混合至少30秒，添加纤维、增塑剂、抗氧化剂和其它添加剂。根据需要提高搅拌器速度，以达到所需的温度，并继续混合，直到纤维获得良好的分散为止，在不超过105至110℃的倾倒温度下倒出第一阶段化合物，并让其冷却。
第二阶段
相继添加冷却的第一阶段化合物的一半、氧化锌、固化剂和剩余的第一阶段混合物。在100至105℃下倒入压片机中。
关于弹性体配混的其它信息包含在由R. T. Vanderbilt Company Inc.，Norwalk，CT出版的The Vanderbilt Rubber Handbook，第十三版，第496至507页以及美国专利5,331,053；5,391,623；5,480,941和5,830,395中。
在某些情况下，还可以通过辊轧对各成分进行混合。在压延和/或轧制过程中实现纤维对齐，所述压延和/或轧制过程在热和压力下进行的。压延机是可将橡胶化合物挤压成薄片的多个大直径辊的组合。
另一种方法是使用挤出方法，其中通过单进程将原材料混合并挤出成片。挤出机由螺杆和料筒、螺杆传动装置、加热器和模头组成。挤出机对化合物施加热和压力。通过适当选择挤出模头的通道设计和几何形状，可以使挤出物中的纤维分别以对应覆盖层中的周向、经向和径向的X、Y或Z方向对齐。在逐渐会聚的模头中，通道厚度朝模头出口方向减小，使得纤维沿纵向（挤出片材的平面内的周向）对齐。在模头组合件中插入挡板会导致纤维在挤出片材的平面内沿横向（经向）对齐。通道开口的厚度朝模头出口面方向增大的模头设计可以获得垂直于挤出片材的平面的纤维取向（径向）。对于轮胎胎面而言，模头横截面轮廓适于所需的胎面设计，并且胎面可以被完整无损地挤出。在此类胎面中，所有纤维都沿由所选择模头决定的方向对齐。如果在整个胎面的不同部分或区中需要不同的纤维取向，那么就需要多个模头，并需要对每个模头进行选择来获得适合于该区的所需纤维取向。
轮胎的制备具有三个主要阶段，即组件组装、压制和固化。在组件组装阶段，以转筒或滚筒为工具，将各种组件铺放到其上。在组装过程中，可以用粘合剂接合或粘合各种组件。铺放轮胎组件的典型顺序是首先安置胶皮内衬。此类内衬中配混有添加剂，导致其具有低透气性。这使其可以将空气密封在轮胎中。第二组件是一层涂覆有橡胶和粘附促进剂的压延的胎体帘布层织物或帘线。一个或多个胎体帘布层在转筒出向下转动。施加钢圈并且使内衬帘布层向上转动从而包裹钢圈。胎圈橡胶包含可使强度和韧性最大化的添加剂。然后安装三角胶条。三角胶条是与胎圈相配的三角形挤出型材，其在刚性胎圈、柔性内衬和胎体帘布层组合件之间提供缓冲。然后安装一对垫带和侧壁。当将轮胎安装到轮辋上时，这些组件抵抗磨损。然后使转筒塌缩，准备将第一阶段的组合件用于第二组件的组装阶段。
第二阶段的组装是在安装于钢圈上的可充气胆上进行。将第一阶段的组合件坯装配到钢圈上，并用可充气胆对组合件进行充气，直到带束层导向组合件为止。然后将提供耐刺穿性的钢丝带束层安装到位。带束层为由橡胶层、紧密排列的钢帘线层和第二橡胶层组成的压延片材。钢帘线在径向轮胎构造中以径向取向，在斜交轮胎构造中以对角取向。客车轮胎通常由两个或三个带束层制成。在上带束层上方施加覆盖层。就如本文所述的复合材料覆盖层而言，包含取向的纤维的短纤维弹性体带组件和连续长丝帘线组件定位于期望的位置上，例如，按照3至5所述。使弹性体中的纤维对齐的技术是在混合/配混步骤期间提供剪切条件的方法。此类方法包括轧制、压延、注塑和挤出。这些技术的示例可见于美国专利6,106,752（注塑）、6,899,782（挤出）和7,005,022（挤出和针刺）中。
然后安装最后一个组件，即胎基和胎面块层的胎面橡胶型材。辊压胎面组合件，将其压实在带束层上，然后将精制的组合件（外胎坯）从成型机上分离。许多性能较高的轮胎在带束层包与胎面之间包括任选的挤出衬垫组件，用于使胎面免受钢丝带束层的机械磨损。如果需要，可以将轮胎成型工艺自动化，使得沿多个组装点单独贴合每个组件。组装好之后，向组合件施压，以将所有组件压实成非常接近最终轮胎尺寸的形态。
在热的模具中使弹性体固化或硬化成最终的轮胎形状。模具上刻有轮胎胎面图案。将胎坯组合件放置到胎圈座下模上，将橡胶球胆插入胎坯中，然后将模具闭合，同时球胆进行充气至约25kgf/cm2的压力。这可以使胎坯流入模具中，从而呈现胎面图案。球胆中充满再循环热传递介质，如蒸气、热水或惰性气体。对于不同的轮胎类型和弹性体配方，固化温度和固化时间有所不同，但典型的固化温度值为约150至180℃、固化时间为约12至25分钟。对于大型轮胎而言，固化时间可能长得多。固化结束时，释放压力，打开模具，然后将轮胎与模具分离。可以将轮胎放置在后固化充气机上，该充气机使轮胎在冷却时保持充分膨胀。
实例
本发明通过以下实际上被设计用于例示性而非进行限制的实例进行说明，其中除非另外指明，否则所有份数、比例和百分比均按重量计。
在组成和尺寸两者上均相同的试样用于表示覆盖层组合物和结构。在常规轮胎的构造中，不同的组成可用于该组件部分。
类似于上文所述的橡胶化合物用于所有实例中。所述橡胶经由铣削和压延成形为片。
比较例A
在该实例中，将包含每英寸32经密（约每厘米13经密）的尼龙66的连续长丝帘线的橡胶片掺入复合橡胶带中。将所述带置于圆柱形模塑橡胶复合材料上方，模拟具有保持在适当的位置的内衬、胎体和带束组件的轮胎。在芯轴上组装所述组件，并且橡胶在热和压力下固化以产生代表轮胎的固化橡胶圆柱体。
实例1
实例1模拟了轮胎覆盖层，其包含在胎肩中的比较例A的尼龙帘线和在中心的短芳族聚酰胺纤维（Kevlar EE®）。
所用的Kevlar EE®为可从DuPont商购获得的合并1F722，并且用量为3份/100份橡胶。橡胶组合物与用于比较例A的相同。通过类似于Kevlar®工程化弹性体加工指南中对于两次混合所述的方法将纤维掺入橡胶化合物中。然后将包含纤维的化合物进行研磨以对齐纤维并形成为片。将两个比较例A的第二片带放在圆柱形模具芯轴上方，一个带在另一个的末端。围绕芯轴的中心部分放置包含配混的Kevlar EE®弹性体的第一带。然后在热和压力下将橡胶固化，以获得固化的橡胶圆柱体，其具有5.25英寸（133.3mm）的内径和0.1875英寸（4.76mm）的厚度。Kevlar® EE中的纤维在周向上对齐。
实例2
实例2模拟了轮胎覆盖层，其中整个覆盖层包含短芳族聚酰胺纤维和橡胶。KevlarEE®弹性体和橡胶材料与用于实例1的相同。
模拟由轮胎发出的噪声的上述样品的测试将展示当与比较例A的设计进行比较时，来自实例1和2的设计的显著降噪。

Claims (13)

1.一种轮胎，所述轮胎包括覆盖层帘布层，其中
(i) 所述覆盖层的胎肩部分包含弹性体和以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物或非聚合物增强纤维，所述短聚合物或非聚合物增强纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在所述覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎噪声，并且
(ii) 所述轮胎胎冠中的覆盖层部分包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线，所述帘线在围绕所述轮胎的周向上对齐，并且所述胎肩部分和胎冠部分中的增强纤维是长度不同的。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述短聚合物或非聚合物增强纤维的取向选自周向、经向、径向、以及它们的组合。
3.根据权利要求2所述的轮胎，其中所述短聚合物或非聚合物增强纤维选自在周向取向上的至少一个XY或XZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维，在经向取向上的至少一个XY或YZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维，以及在径向取向上的至少一个XZ或YZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维。
4.一种轮胎，所述轮胎包括覆盖层，其中
(i) 所述轮胎胎冠部分中的覆盖层包含弹性体和以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物或非聚合物增强纤维，所述短聚合物或非聚合物增强纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在所述覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎噪声，并且
(ii) 所述轮胎的覆盖层的胎肩部分包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线，所述帘线在围绕所述轮胎的周向上对齐，并且所述胎肩部分和胎冠部分中的增强纤维是长度不同的。
5.根据权利要求4所述的轮胎，其中所述短聚合物或非聚合物增强纤维的取向选自周向、经向、径向、以及它们的组合。
6.根据权利要求5所述的轮胎，其中所述短聚合物或非聚合物增强纤维选自在周向取向上的至少一个XY或XZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维，在经向取向上的至少一个XY或YZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维，以及在径向取向上的至少一个XZ或YZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维。
7.一种轮胎，所述轮胎包括不含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线的覆盖层帘布层，其中所述轮胎的胎肩部分和胎冠部分中的一者的覆盖层包含弹性体和以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物或非聚合物增强纤维，所述短聚合物或非聚合物增强纤维具有至少2克/分特的韧度、至少10克/分特的模量以及0.1至8mm的长度，并且其中所述纤维在所述覆盖层内以可控的取向角彼此基本上平行对齐，其中选择所述取向使得其降低轮胎噪声，并且所述轮胎的胎肩部分和胎冠部分中的另一者的覆盖层包含连续长丝聚合物纤维或连续金属股线或它们的组合的帘线。
8.根据权利要求7的轮胎，其中所述短聚合物或非聚合物增强纤维的取向选自周向、经向、径向、以及它们的组合。
9.根据权利要求8所述的轮胎，其中所述短聚合物或非聚合物增强纤维选自在周向取向上的至少一个XY或XZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维，在经向取向上的至少一个XY或YZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维，以及在径向取向上的至少一个XZ或YZ层中的短聚合物或非聚合物增强纤维。
10.一种降低由根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎的轮胎胎肩产生的噪声的方法，所述方法包括以下步骤：
(a) 识别产生所述噪声的机构，
(b) 提供用于所述轮胎覆盖层的弹性体化合物，
(c) 基于步骤（a）中所识别的机构，以适于降低轮胎噪声的取向，将短增强聚合物或非聚合物纤维引入所述弹性体化合物中，以及
(d) 将帘线引入轮胎覆盖层的所述胎冠中，所述帘线包含邻近步骤（c）的所述胎肩化合物设置的连续增强纤维。
11.一种降低由根据权利要求4至6中任一项所述的轮胎的轮胎胎肩产生的噪声的方法，所述方法包括以下步骤：
(a) 识别产生所述噪声的机构，
(b) 提供用于轮胎覆盖层的所述胎冠部分的弹性体化合物，
(c) 基于步骤（a）中所识别的机构，以适于降低轮胎噪声的取向，将短增强聚合物或非聚合物纤维引入所述弹性体化合物中，以及
(d) 将帘线引入轮胎覆盖层的所述胎肩中，所述帘线包含邻近步骤（c）的胎冠化合物设置的连续增强纤维。
12.一种用于制备根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎的方法，所述轮胎包括复合覆盖层，所述复合覆盖层还包含：
弹性体；以及以0.1至10份纤维/100份弹性体的量存在的短聚合物或非聚合物增强纤维；所述纤维的特征在于具有0.1至8mm的长度、至少6克/分特的韧度、以及至少10克/分特的模量，其中所述纤维的大部分在基本上平行于或正交于所述轮胎圆周的平面中取向；
所述方法包括以下步骤：
(a) 在高剪切搅拌器、辊磨机或挤出机中配混包含短聚合物或非聚合物纤维、弹性体和聚合物添加剂的未固化的弹性体，
(b) 压延或挤出所述未固化的弹性体形成一个或多个层或片，其中所述纤维以期望的方向对齐，
(c) 依次在转筒上组装轮胎组合件的第一阶段组件，
(d) 依次在筒胆压制工具上组装轮胎组合件的第二阶段组件，包括将步骤（b）的所述片定位在覆盖层的所述胎肩部分中，以及
(e) 将所述轮胎组合件放入模具中并通过热和压力来固化所述弹性体化合物。
13.一种用于制备根据权利要求4至6中任一项所述的轮胎的方法，所述轮胎包括复合覆盖层：
所述纤维的特征在于具有0.1至8mm的长度、至少6克/分特的韧度以及至少10克/分特的模量，其中所述纤维的大部分在基本上平行于或正交于所述轮胎圆周的平面中取向；
所述方法包括以下步骤：
(a) 在高剪切搅拌器、辊磨机或挤出机中配混包含短纤维、弹性体和聚合物添加剂的未固化的弹性体，
(b) 压延或挤出所述未固化的弹性体形成一个或多个层或片，其中所述纤维以期望的方向对齐，
(c) 依次在转筒上组装轮胎组合件的第一阶段组件，
(d) 依次在筒胆压制工具上组装轮胎组合件的第二阶段组件，包括将步骤（b）的所述片定位在覆盖层的所述胎冠部分中，以及
(e) 将所述轮胎组合件放入模具中并通过热和压力来固化所述弹性体化合物。
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