CN105142927B - 用于由弹性体材料制成的物品、优选用于充气车辆轮胎的加强层以及充气车辆轮胎 - Google Patents

用于由弹性体材料制成的物品、优选用于充气车辆轮胎的加强层以及充气车辆轮胎 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于由弹性体材料制成的物品、优选用于车辆轮胎的用橡胶处理的加强层，该加强层具有多个平行的彼此间隔开的轮胎帘线并且所述轮胎帘线是至少两种捻合在一起的复丝纱线的复合帘线，该第一复丝纱线是一种粘胶复丝纱线并且该另一种复丝纱线是一种由与该第一复丝纱线不相同的材料组成的非金属复丝纱线。该粘胶复丝纱线根据DIN EN ISO 139‑1：2005在标准大气中进行调节并且在调节之后具有＜1100dtex的纱线纤度以及≥45cN/tex的拉伸强度。该复合帘线具有≤3000dtex的帘线纤度。

Description

用于由弹性体材料制成的物品、优选用于充气车辆轮胎的加 强层以及充气车辆轮胎
技术领域
本发明涉及一种用于由弹性体材料制成的物品、优选用于车辆轮胎的用橡胶处理的加强层，其中该加强层包括多个呈一种平行排列的相互间隔开的强度构件，其中这些强度构件是由至少两种彼此捻合的复丝纱线构成的复合帘线，该第一复丝纱线是一种粘胶复丝纱线并且该另一种复丝纱线是一种由与该第一复丝纱线不相同的材料构成的非金属复丝纱线。本发明进一步涉及一种包含这种加强层的充气车辆轮胎。
背景技术
用于由弹性体材料制成的物品(例如像工业橡胶产品和(充气)车辆轮胎)的加强层具有极度的重要性并且对于本领域技术人员是公知常识。这些加强层结合多个加强线形元件，这些加强线形元件被称为强度构件。这些被完全嵌入至弹性体材料中。这些加强层的强度构件具有例如编织织物或压延的强度构件(以一种连续的方式缠绕)的形式。
其中这些强度构件由至少两种纱线(各自由不同的材料组成)构成时，这些强度构件被称为复合帘线。复合帘线的使用允许通过一方面针对性的选择用于单独纱线的材料并且另一方面纱线的构造定制(tailoring)该强度构件的物理特性。
使具有合适尺寸和构型的用橡胶处理的加强层与另外的零部件结合以形成一种工业橡胶产品或充气车辆轮胎。这些用橡胶处理的加强层在所讨论的产品中的功能是来加强它。
例如DE 10 2009 003 359 A1披露了一种上述加强层。该加强层是一种充气车辆轮胎的带状包带(belt bandage)，包括由两种纱线(人造丝复丝纱线和PET复丝纱线)的复合帘线组成的强度构件。该人造丝复丝纱线归入粘胶复丝纱线之列。该人造丝复丝纱线的线密度是1840dtex；该PET复丝纱线的线密度是1440dtex。该复合帘线具有迄今惯用的直径。这些强度构件的直径决定性地确定嵌入这些强度构件的加强层的厚度。具有低直径的强度构件允许比具有大直径的强度构件相对更薄的加强层。
然而，由于节约成本的原因，努力在弹性体产品中使用具有减小厚度的加强层，但是这些加强层旨在具有与具有迄今惯用厚度的加强层大致相同的物理特性。此外，环境顾虑推动尝试尽可能使用天然的、可再生的原料用于这些加强层的强度构件。
发明内容
通过本发明解决的问题因此是提供了一种用于由弹性体材料制成的物品的相对薄的加强层，该加强层具有生态友好的设计并且具有大致等于迄今为止所使用的具有合成强度构件的加强层的那些的物理特性。通过本发明解决的一个问题进一步是提供一种以环境友好的方式制成的并且具有相对低的滚动阻力的充气车辆轮胎。
当该粘胶复丝纱线在DIN EN ISO 139-1:2005标准大气中调节之后具有＜1100dtex的纱线线密度和≥45cN/tex的韧度时并且此外当该复合帘线具有≤3000dtex的帘线线密度时，就该加强层而言解决了该问题。
提供了一种相对薄的加强层，其强度构件是一种由至少两种复丝纱线构成的复合强度构件，这些复丝纱线之一是粘胶复丝纱线。该帘线线密度是≤3000dtex，由此允许一种相对薄的复合帘线并且因此允许一种相对薄的加强层。粘胶复丝纱线是从纤维素通过所谓的“粘胶方法”获得的。纤维素是世界各地最常见且重要的天然的、可再生的并且因此环境友好的聚合物。迄今，已经有必要在轮胎中的用橡胶处理的加强层中使用厚的具有粘胶或人造丝复丝纱线(具有＞1840dtex的纱线线密度)的强度构件，以便提供用于使用的必需的韧度。现在，在用于生产粘胶纱线的改良方法的基础上，已经提出了制造一种薄的粘胶复丝纱线的可能性，该粘胶复丝纱线具有用于粘胶的出人意料地≥45cN/tex的高韧度。惊奇的是一种具有复合帘线的加强层在工业橡胶产品，尤其(充气)车辆轮胎中是非常有用的，这些复合帘线包括至少一种具有＜1100dtex的纱线线密度的粘胶复丝纱线。
本发明的加强层尤其具有破断力、弹性模量、抗疲劳性和断裂伸长率以满足用于尤其在充气车辆轮胎中使用的要求。
本发明的加强层的复合帘线可由两种或更多种复丝纱线组成，其中第一复丝纱线总是一种上述的“薄的”粘胶复丝纱线，并且其中第二复丝纱线总是由一种与该第一复丝纱线不相同的材料组成。然而，该复合帘线还可包括三种或更多种复丝纱线，其中第三复丝纱线或另一种复丝纱线可以与该第一或第二复丝纱线的材料相同亦或可由另一种非金属材料组成。
在以下条件下根据DIN EN ISO 2062:2009测量了该粘胶复丝纱线的调节的纺织数据：
·在标准大气中≥16h的调节时间
·具有气动夹具的CRE拉伸试验机[CRE：等速伸展]
·具有100t/m(t/m＝圈数/米)初始捻度的复丝纱线的测试
·样品的夹紧长度：500mm
·伸展速率(加载速度)：500mm/min(100％/min)。
在上述标准中陈述的调节和测试条件与制造纤维工业的相关的标准(BISFA“用于粘胶、铜氨丝、醋酸纤维、三醋酸纤维和莱赛尔单丝纱线的测试方法”(“Testing methodsfor viscose,cupro,acetate,triacetate and lyocell filament yarns”)，2007版)可比较。
当在GB 685,631的实例2中描述的方法以若干技术特征进行改良时，出人意料地获得了该粘胶复丝纱线，如下文中描述的。
·使用松柏科木浆代替棉短绒。
·在纺丝之前，将该粘胶与粘胶改性剂(例如，胺乙氧基化物如乙氧基化脂肪酸胺或聚乙二醇如PEG 1500)(基于粘胶呈在从0.01至1.0wt％范围内的浓度)混合。
·所使用的喷丝头模头具有＜100μm、优选在从40至80μm范围内的孔直径。
·第一卷取辊的纺丝速率是小于50m/min并且优选地在从10至40m/min的范围内。
·将线从该喷丝头模头穿过一个纺丝管运输至凝固浴中，该线在该纺丝管中的运输通过一个凝固浴流在纤维取出的方向上增大。
·在该凝固浴中的硫酸浓度是大于15g/升并且优选地在从20至120g/升的范围内。
·将硫酸钠和硫酸锌添加到该凝固浴中，优选以25至250g/升凝固浴的浓度。
·凝固浴温度是大于30℃，并且优选地在从40℃至95℃的范围内。
·随后的固着浴含有硫酸，优选地以在从20至120g/升固着浴的范围内的浓度，并且还充当用于黄原酸纤维素的分解浴。
·纺成的纱线被拉伸至大于175％；优选地该拉伸是在从180％至220％的范围内。
·本发明的粘胶复丝纱线优选地以一种两步方法生产，其中在第一步骤中纺成并且卷起该纱线并且在第二步骤中解开并且拉伸该卷起来的纱线。
有利的是该另一种复丝纱线具有在≥50与≤1800dtex范围内、优选地在≥200与≤1200dtex范围内、更优选地在≥250与≤800dtex范围内的纱线线密度。这提供了一种具有复合帘线的相对薄的加强层，这些复合帘线的纱线各自具有低的线密度并且因此低的整体帘线直径，但是其物理特性与具有目前惯用直径的复合帘线的那些接近。
该粘胶复丝纱线是一种人造丝复丝纱线或莱赛尔(lyocell)复丝纱线。
有利的是该复合帘线具有≤2500dtex、优选地≤2000dtex的帘线线密度。
有利的是该粘胶复丝纱线具有在≥150dtex至＜1100dtex范围内、优选地在≥170dtex至＜900dtex范围内的纱线线密度，以及在≥45cN/tex至≤60cN/tex范围内、优选地在≥45cN/tex至≤56cN/tex范围内的韧度。每dtex的高韧度允许关于破断力的稀疏的纱线线密度。
有用的是该粘胶复丝纱线具有在≥170dtex至＜900dtex、优选地≥200dtex至＜800dtex范围内的纱线线密度，以及在≥45cN/tex至≤56cN/tex、优选地≥45cN/tex至≤53cN/tex范围内的韧度。关于使用本发明的加强层作为其胎体层和/或作为其带状包带的充气车辆轮胎的疲劳特性并且还关于该加强层的制造程序的运行功能性，这产生优势。
当该粘胶复丝纱线具有在1.2与4.0dtex、优选2.4与3.0dtex范围内的单丝线密度时，对于使用本发明的加强层作为其胎体层和/或作为其带状包带的充气车辆轮胎的抗疲劳性是有利的。
有用的是该粘胶复丝纱线具有在≥5％与≤20％、优选≥6％与≤15％范围内的断裂伸长率。具有此类加强层作为其胎体层和/或作为其带状包带的工业橡胶产品或充气车辆轮胎是甚至在极端条件(如路边石接触的实例)下更耐疲劳的，和/或特别地适合于高速用途。
在本发明的一个实施例中，该另一种非金属复丝纱线是一种芳族聚酰胺复丝纱线和/或聚酰胺复丝纱线，优选PA66复丝纱线。与在例如PA66 940×2帘线构造的情况下相比，获得了更高的弹性模量和更低的收缩以及还有更高的稳定性连同更低的帘线直径。
在本发明的一个第一优选的实施例中，该加强层包括一种由两种复丝纱线构成的复合帘线，其中该第一复丝纱线是一种人造丝复丝纱线并且其中该另一种复丝纱线是一种PA66复丝纱线，并且其中该复合帘线的构造是人造丝780×1+PA66 700×1，优选地以450tpm S(Z)+450tpm S(Z)、450tpm Z(S)加捻。每一根人造丝复丝纱线的单丝具有3dtex的单丝线密度。人造丝复丝纱线的韧度是在≥45cN/tex至≤53cN/tex的范围内。每一根人造丝复丝纱线具有在≥6％与≤15％范围内的断裂伸长率。该复合帘线具有0.48mm的直径。可以从表1中看到该复合帘线的其他参数。这些复合帘线以60至190epdm的密度、优选地以120至170epdm的密度被安排在该加强层中，该加强层优选地是一种带状包带。
在本发明的一个第二优选的实施例中，该加强层包括一种同样由两种复丝纱线构成的复合帘线，其中该第一复丝纱线是一种人造丝复丝纱线并且其中该另一种复丝纱线是一种芳族聚酰胺复丝纱线，并且其中该复合帘线的构造是人造丝620×1+芳族聚酰胺550×1，优选地以600tpm S(Z)+600tpm S(Z)、600tpm Z(S)加捻。每一根人造丝复丝纱线的单丝具有2.4dtex的单丝线密度。人造丝复丝纱线的韧度是在≥45cN/tex至≤53cN/tex的范围内。每一根人造丝复丝纱线具有在≥6％与≤15％范围内的断裂伸长率。该复合帘线具有0.40mm的直径。可以从表1中看到该复合帘线的其他参数。这些复合帘线以60至210epdm的密度、优选地以150至200epdm的密度被安排在该加强层中。
在本发明的一个第三优选的实施例中，该加强层包括一种由三种复丝纱线构成的复合帘线，其中该第一复丝纱线是一种人造丝复丝纱线、其中该第二复丝纱线是一种芳族聚酰胺复丝纱线、并且其中该第三复丝纱线是一种与该第一复丝纱线相同的人造丝复丝纱线，并且其中该复合帘线的构造是人造丝620×1+芳族聚酰胺550×1+人造丝620×1，优选地以600tpm S(Z)+600tpm S(Z)、600tpm Z(S)加捻。每一根人造丝复丝纱线的单丝具有2.4dtex的单丝线密度。人造丝复丝纱线的韧度是在≥45cN/tex至≤53cN/tex的范围内。每一根人造丝复丝纱线具有在≥6％与≤15％范围内的断裂伸长率。该复合帘线具有0.50mm的直径。可以从表1中看到该复合帘线的其他参数。这些复合帘线以60至190epdm的密度、优选地以120至170epdm的密度被安排在该加强层中。
有利的是该复合帘线以60epdm至280epdm的密度被安排在该加强层中。
“epdm”表示每分米的经纱(ends)并且描述在该加强层中的帘线密度。
除此之外，这些纤维素纤维的性质或组成不受任何限制。该粘胶复丝纱线因此本身或者作为短切纤维可加工成一种强度构件、编织或针织的织物。还可能的是在轮胎的制造中直接地使用含有该粘胶复丝纱线的强度构件。
当充气车辆轮胎包括一种如以上描述的用橡胶处理的加强层时，就该充气车辆轮胎而言本发明解决了。
其中的加强层尤其是一种胎体(carcass)和/或带状包带(belt bandage)和/或胎圈(bead)加强件。
附图说明
下文通过对于附图的描述而进一步说明本发明。其中：
图1示出了以kN/dm计的两种未用橡胶处理的织物的力-伸长率曲线；
图2示出了以kN/dm计的三种未用橡胶处理的织物的力-伸长率曲线。
具体实施方式
下文的表1给出了在本发明的加强层中使用的复合帘线的示例性综述，并且它们在所述加强层中的密度以epdm计。
表1
图1示出了以kN/dm计的两种未用橡胶处理的织物的力-伸长率曲线，其中一种织物包括在表1中描述的复合帘线1(人造丝780+PA66 700)并且另一种织物包括一种现有技术帘线(PA66 940×2)。在图注中的“e”代表epdm。
复合帘线1例如优选地作为充气车辆轮胎的带状包带加强层中的编织织物使用。该复合帘线的弹性模量由于该人造丝复丝纱线有利地是相对高的，而PA66是收缩效应的原因，该收缩效应对于带状包带应用是必要的。
在具有本发明的加强层的充气车辆轮胎的滚动阻力上的改进是在1％至3％之间(尽管较高的帘线密度)，但是取决于轮胎涂胶和轮胎构造。
图2示出了以kN/dm计的三种未用橡胶处理的织物的力-伸长率曲线，其中一种织物包括在表1中描述的复合帘线2(人造丝620+芳族聚酰胺550)、另一种织物包括在表1中描述的复合帘线3(人造丝620+芳族聚酰550+人造丝620)、并且第三种织物包括一种现有技术帘线(人造丝1220×2)。在图注中的“e”代表epdm。
这些力-伸长率测量是根据ASTM D885进行的。
复合帘线2和3例如优选地用于充气车辆轮胎的胎体加强层中的编织织物中。该复合帘线的弹性模量由于该人造丝复丝纱线有利地是相对高的，而芳族聚酰胺是有利高的整体破断力的原因。
在具有本发明的加强层的充气车辆轮胎的滚动阻力上的改进是在2％至4％之间(尽管较高的帘线密度)，但是取决于轮胎涂胶和轮胎构造。

Claims (28)

1.一种用于由弹性体材料制成的物品的用橡胶处理的加强层，其中该加强层包括多个呈一种平行排列的相互间隔开的强度构件，其中这些强度构件是由至少两种彼此捻合的复丝纱线构成的复合帘线，所述至少两种彼此捻合的复丝纱线其中的第一种复丝纱线是一种粘胶复丝纱线并且其中的第二种复丝纱线是一种由与该第一种复丝纱线不相同的材料组成的非金属复丝纱线，其特征在于该粘胶复丝纱线在DIN EN ISO 139-1:2005标准大气中调节之后具有＜1100dtex的纱线线密度和≥45cN/tex的韧度并且还在于该复合帘线具有≤3000dtex的帘线线密度。
2.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该第二种复丝纱线具有在≥50与≤1800dtex范围内的纱线线密度。
3.如权利要求2所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该第二种复丝纱线具有在≥200与≤1200dtex范围内的纱线线密度。
4.如权利要求3所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该第二种复丝纱线具有在≥250与≤800dtex范围内的纱线线密度。
5.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该复合帘线具有≤2500dtex的帘线线密度。
6.如权利要求5所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该复合帘线具有≤2000dtex的帘线线密度。
7.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该粘胶复丝纱线具有在≥150dtex至＜1100dtex范围内的纱线线密度以及在≥45cN/tex至≤60cN/tex范围内的韧度。
8.如权利要求7所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该粘胶复丝纱线具有在≥170dtex至＜900dtex范围内的纱线线密度。
9.如权利要求7所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该粘胶复丝纱线具有在≥45cN/tex至≤56cN/tex范围内的韧度。
10.如权利要求7所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该粘胶复丝纱线具有在≥200dtex至＜800dtex范围内的纱线线密度以及在≥45cN/tex至≤53cN/tex范围内的韧度。
11.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该粘胶复丝纱线具有在1.2与4.0dtex范围内的单丝线密度。
12.如权利要求11所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该粘胶复丝纱线具有在2.4与3.0dtex范围内的单丝线密度。
13.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该粘胶复丝纱线具有在≥5％与≤20％范围内的断裂伸长率。
14.如权利要求13所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该粘胶复丝纱线具有在≥6％与≤15％范围内的断裂伸长率。
15.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该非金属复丝纱线是一种芳族聚酰胺复丝纱线和/或聚酰胺复丝纱线。
16.如权利要求15所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该非金属复丝纱线是一种PA66复丝纱线。
17.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该非金属复丝纱线是一种聚酯复丝纱线。
18.如权利要求17所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该非金属复丝纱线是一种PET复丝纱线。
19.如权利要求18所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该非金属复丝纱线是一种高模量低收缩的PET复丝纱线。
20.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该第一种复丝纱线是一种人造丝复丝纱线并且在于该第二种复丝纱线是一种PA66复丝纱线，该复合帘线的构造是人造丝780×1+PA66700×1。
21.如权利要求20所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该人造丝780×1与PA66700×1分别以450tpm S捻向加捻并且最终以Z捻向加捻成帘线，或者该人造丝780×1与PA66 700×1分别以450tpm Z捻向加捻并且最终以S捻向加捻成帘线。
22.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该第一种复丝纱线是一种人造丝复丝纱线并且在于该第二种复丝纱线是一种芳族聚酰胺复丝纱线，该复合帘线的构造是人造丝620×1+芳族聚酰胺550×1。
23.如权利要求22所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该人造丝620×1与该芳族聚酰胺550×1分别以600tpm S捻向加捻并且最终以600tpm Z捻向加捻成帘线，或者该人造丝620×1与该芳族聚酰胺550×1分别以600tpm Z捻向加捻并且最终以600tpm S捻向加捻成帘线。
24.如权利要求1所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该第一种复丝纱线是一种人造丝复丝纱线、在于该第二种复丝纱线是一种芳族聚酰胺复丝纱线、并且在于第三种复丝纱线是一种与该第一种复丝纱线相同的人造丝复丝纱线，该复合帘线的构造是人造丝620×1+芳族聚酰胺550×1+人造丝620×1。
25.如权利要求24所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于该人造丝620×1、该芳族聚酰胺550×1以及该人造丝620×1分别以600tpm S捻向加捻并且最终以600tpm Z捻向加捻成帘线，或者该人造丝620×1、该芳族聚酰胺550×1以及该人造丝620×1分别以600tpm Z捻向加捻并且最终以600tpm S捻向加捻成帘线。
26.如权利要求1至25中任意一项所述的用橡胶处理的加强层，其特征在于所述用橡胶处理的加强层是用于车辆轮胎的加强层。
27.一种充气车辆轮胎，所述车辆轮胎包括至少一个如权利要求1-26中任意一项所述的用橡胶处理的加强层。
28.如权利要求27所述的充气车辆轮胎，其特征在于该加强层是一种胎体；和/或是一种带状包带；和/或是一种胎圈加强件。
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