CN105564161B - 具有三维组件的充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有三维组件的充气轮胎。充气轮胎包括旋转轴线，胎体，其具有至少一个加强的帘布层和加强结构，其提供缓冲以用于吸收剪切应变，设置在胎体的径向向外处的胎面，以及径向设置在胎体和胎面之间的带束层结构。加强结构包括至少一层三维织物，其包括织物的框架结构和由框架结构限定的开放单元。

Description

具有三维组件的充气轮胎

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎，更具体地，涉及子午线轿车轮胎或高性能轮胎，其具有三维间隔物组件。

背景技术

充气轮胎通常包括一对轴向地分开的不可伸展的胎圈。周向地设置的胎圈填料三角胶芯从每个相应的胎圈径向向外地延伸。至少一个胎体帘布层在两个胎圈之间延伸。胎体帘布层具有轴向相对的端部部分，其每个围绕各自的胎圈卷起并固定到其上。胎面橡胶和胎侧橡胶分别相对于胎体帘布层轴向和径向向外地定位。

由于也导致热积累的循环挠曲，胎圈区域是轮胎对轮胎的滚动阻力有大量贡献的一部分。在严酷操作的条件下，如瘪胎行驶（runflat）和高性能轮胎一样，胎圈区域中挠曲和加热会是特别有问题的，导致具有不同性质（例如相应的弹性模量）的互相邻近组件的分离。特别地，帘布层反包端会易于从轮胎的邻近结构元件分离。

传统帘布层可以用材料加强，例如尼龙、聚酯、人造丝，和/或金属，其具有比制造大部分轮胎的邻近橡胶化合物大得多的刚性（即，弹性模量）。在使用期间，当轮胎受应力并变形的时候，互相邻近的轮胎元件的弹性模量的差别会导致分离。

各种结构设计方法已经用于控制轮胎的胎圈区域中的轮胎元件的分离。例如，一种方法已经提供“胎圈芯包布”，其包围胎圈和胎圈填料。胎圈芯包布用作间隔物，其防止帘布层与不可伸展的胎圈直接接触，允许在帘布层之间的某些程度的相对运动，在此处其在胎圈和各自的胎圈下向上翻。在此角色中作为间隔物，胎圈芯包布可以减少在帘布层上的和在轮胎的邻近橡胶组件上的应变差异（例如，胎圈区域中的填料三角胶芯，胎侧橡胶，和帘布层本身的弹性体部分）。

胎圈芯包布可以由平织布制成，平织布是一种织物，其中每个纤维，股，或线大致具有圆形截面。当胎圈芯包布与轮胎一起固化的时候，纤维/线的刚性在织物胎圈芯包布的平面内在任何方向上变成基本上相同的。

除了使用胎圈芯包布作为减小帘布层分离趋势的装置以外，作为替代，已经使用的另一方法涉及放置“胎跟加强层”。胎跟加强层是圆周布置的金属或织物层，其设置在轮胎的胎圈装配到车轮轮辋上的一部分中的胎圈区域内。更具体地，胎跟加强层位于车轮轮辋的围绕胎圈向上翻的帘布层部分的向内（即，朝向胎圈）和向外（即，相对于截面中可视的胎圈径向向外）。胎跟加强层用于硬化邻近的橡胶材料并且增加对邻近的橡胶材料的挠曲的阻力，其本身通常邻近反包帘布层端。

发明内容

根据本发明的充气轮胎具有旋转轴线，胎体，其具有至少一个加强的帘布层和加强结构，其提供缓冲以用于吸收剪切应变，设置在胎体的径向向外处的胎面，以及径向设置在胎体和胎面之间的带束层结构。加强结构包括至少一层三维织物，其包括织物的框架结构和由框架结构限定的开放单元。

根据充气轮胎的另一方面，加强结构是胎圈芯包布。

根据充气轮胎的另一方面，胎圈芯包布将加强的帘布层与胎体的胎圈分离。

根据充气轮胎的另一方面，胎圈芯包布用作胎圈和加强的帘布层之间的应变释放层。

根据充气轮胎的另一方面，织物具有940/1 dtex聚芳酰胺（polyaramide）的经纱和1220/1 dtex人造丝的纬纱。

根据充气轮胎的另一方面，经纱具有14 EPI的密度，纬纱具有12 EPI的密度。

根据充气轮胎的另一方面，织物具有14 EPI密度的经纱和12 EPI密度的纬纱。

根据充气轮胎的另一方面，充气轮胎是径向瘪胎行驶（runflat）轿车轮胎。

根据充气轮胎的另一方面，充气轮胎是高性能轮胎。

根据充气轮胎的另一方面，织物包括开放的编织带。

根据充气轮胎的另一方面，开放的编织带的外侧边缘具有一对经纱，其连续为开放的编织带的径向长度。

根据充气轮胎的另一方面，开放的编织带进一步包括设置在其上的粘结促进剂。

根据充气轮胎的另一方面，加强结构是胎圈芯包布，其具有两层或多层开放的编织带。

根据充气轮胎的另一方面，胎圈芯包布包括不同纤维材料的至少两个纤维制成的经纱。

定义

“三角胶芯（Apex）”或“胎圈填料三角胶芯”表示位于胎圈芯径向上方且在帘布层与反包帘布层之间的弹性体填料。

“轴向的”和“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的线或方向。

“胎圈（bead）”或“胎圈芯”大致表示轮胎的包括与保持轮胎至轮辋相关的径向内部胎圈的环形抗拉构件的部分；胎圈由帘布层帘线包绕并且成形为带有或不带其它增强元件如胎圈芯包布（flipper）、胎跟加强层（chipper）、三角胶芯（apex）或填料、护趾胶（toeguard）和胎圈包布（chafer）。

“胎体（carcass）”表示除带束层结构、胎面、帘布层上的底胎面之外的轮胎结构，但是包括胎圈。

“外胎（casing）”表示除胎面与底胎面之外的轮胎的胎体、带束层结构、胎圈、胎侧及所有其它组件，即，整个轮胎。

“胎跟加强层（chipper）”指的是位于胎圈区域内的一窄条织物或钢丝帘线，其功能是加强胎圈区域并稳定胎侧的径向最内侧部分。

“周向”一般表示沿着与轴向方向垂直的环形胎面表面的周长延伸的圆形线或方向；它还可以指其半径限定胎面的轴向曲率的多组相邻圆形曲线的方向，如在断面图中所视。

“帘线（cord）”表示加强线束之一，包括纤维，利用其加强帘布层和带束层。

“赤道面”表示垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过其胎面中心的平面；或者含有胎面周向中心线的平面。

“胎圈芯包布（flipper）”指的是缠绕胎圈钢丝的加强织物用于强度并将胎圈钢丝紧固在轮胎本体内。

“规格尺寸（gauge）”通常指的是测量值，具体指厚度测量值。

“内衬（inner liner）”表示形成无内胎轮胎的内表面的弹性体或其它材料的一层或多层，其含有轮胎内的充气流体。

“横向（lateral）”表示平行于轴向方向的方向。

“标准载荷（normal load）”表示由适当的标准组织为轮胎使用状况选定的规定设计充气压力和负荷。

“帘布层（ply）”表示由涂覆有橡胶的径向配置或以其它方式平行布置的帘线构成的帘线加强层。

“径向的（radial）”和“径向地”表示在径向方向上朝着或远离轮胎的旋转轴线的方向。

“子午线帘布层结构（radial ply structure）”表示一个或多个胎体帘布层，或其至少一个帘布层具有相对于轮胎的赤道面定向在65度与90度之间的角度的加强帘线。

“子午线轮胎（radial ply tire）”表示带束或周向地限制的充气轮胎，其中，至少一个帘布层具有以相对于轮胎赤道面在65度与90度之间的帘线角从胎圈延伸至胎圈的帘线。

“断面高度（section height）”表示在轮胎赤道面上从名义轮辋直径到轮胎外直径的径向距离。

“断面宽度（section width）”表示以标准压力对轮胎充气24小时之时或之后，但并未承载的情况下，平行于轮胎轴线且位于其胎侧的外部之间的最大线性距离，不包括由于标签、装饰或保护带而导致的胎侧升高造成的宽度。

“胎侧/侧壁（sidewall）”表示轮胎在胎面与胎圈之间的部分。

“护趾胶（toe guard）”指的是轮胎的每个胎圈轴向内侧的周向布置的弹性的轮辋接触部分。

“胎面宽度（tread width）”表示在包括轮胎旋转轴线的平面内的胎面表面的弧长度。

“反包端（turnup end）”表示胎体帘布层从被帘布层包绕的胎圈向上翻（即径向向外翻）的部分。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种充气轮胎，其具有旋转轴线，其特征在于，所述充气轮胎包括：

胎体，其具有至少一个加强的帘布层和加强结构，其提供缓冲以用于吸收剪切应变；

设置在胎体的径向向外处的胎面；以及

径向设置在胎体和胎面之间的带束层结构，

加强结构包括至少一层三维织物，其包括织物的框架结构和由框架结构限定的开放单元。

2. 根据方案1所述的充气轮胎，其特征在于，加强结构是胎圈芯包布。

3. 根据方案2所述的充气轮胎，其特征在于，胎圈芯包布将加强的帘布层与胎体的胎圈分离。

4. 根据方案3所述的充气轮胎，其特征在于，胎圈芯包布用作胎圈和加强的帘布层之间的应变释放层。

5. 根据方案1所述的充气轮胎，其特征在于，织物具有940/1 dtex聚芳酰胺的经纱和1220/1 dtex人造丝的纬纱。

6. 根据方案5所述的充气轮胎，其特征在于，经纱具有14 EPI的密度，纬纱具有12EPI的密度。

7. 根据方案1所述的充气轮胎，其特征在于，织物具有14 EPI密度的经纱和12EPI密度的纬纱。

8. 根据方案1所述的充气轮胎，其特征在于，充气轮胎是径向瘪胎行驶轿车轮胎。

9. 根据方案1所述的充气轮胎，其特征在于，充气轮胎是高性能轮胎。

10. 根据方案1所述的充气轮胎，其特征在于，织物包括开放的编织带。

11. 根据方案10所述的充气轮胎，其特征在于，开放的编织带的外侧边缘具有一对经纱，其连续为开放的编织带的径向长度。

12. 根据方案11所述的充气轮胎，其特征在于，开放的编织带进一步包括设置在其上的粘结促进剂。

13. 根据方案1所述的充气轮胎，其特征在于，加强结构是胎圈芯包布，其具有两层或多层开放的编织带。

14. 根据方案13所述的充气轮胎，其特征在于，胎圈芯包布包括不同纤维材料的至少两个纤维制成的经纱。

附图说明

本发明的结构，操作和优点在结合附图参考下列描述时将变得更加明显，其中：

图1表示用于与本发明一起使用的示例轮胎的示意性截面图；

图2表示图1所示的示例轮胎的胎圈区域的示意性细节图；

图3表示用于与本发明一起使用的另一胎圈区域的示意性细节图；

图4表示根据本发明的示例三维织物的示意性细节图；

图5表示根据本发明的另一示例三维织物的示意性细节图；

图6表示根据本发明的另一示例三维织物的示意性细节图；

图7表示根据本发明的另一示例三维织物的示意性细节图；

图8表示根据本发明的另一示例三维织物的示意性细节图；

图9表示根据本发明的另一示例三维织物的示意性细节图；以及

图10表示根据本发明的另一示例三维织物的示意性细节图。

具体实施方式

图1显示了用于与根据本发明的加强组件一起使用的示例轮胎10。示例轮胎10已经在美国专利7,992,611中描述，其通过引用全文并入本文。示例轮胎10具有胎面12，内衬23，包括带束层18、20的带束层结构16，带有单个腔体帘布层14的腔体22，两个胎侧15、17，以及包括胎圈填料三角胶芯26a、26b和胎圈28a、28b的两个胎圈区域24a、24b。示例轮胎10适于例如安装在轿车的轮辋上。胎体帘布层14包括一对轴向相对的端部部分30a、30b，其每个固定到胎圈28a、28b的相应一个。胎体帘布层14的每个轴向端部部分30a或30b向上翻并且围绕相应的胎圈28a、28b到足以锚固每个轴向端部部分30a、30b的位置，如图2中详细可见。

胎体帘布层14可以是橡胶化的帘布层，其具有多个基本上平行的胎体加强构件，其由例如聚酯，人造丝，或相似的合适有机聚合化合物制成。胎体帘布层14接合两个胎圈芯包布32a、32b的轴向外表面。

图3以截面视图显示用于与根据本发明的加强组件一起使用的另一示例轮胎的胎圈区域。胎体帘布层50围绕胎圈52b包裹并且通过胎圈芯包布54与胎圈分离。胎圈芯包布54可以是一层织物，其设置在胎圈52b周围并且从胎体帘布层50的一部分向内，其在胎圈下向上翻。胎圈芯包布54可以具有在刚性金属胎圈52b和较小刚性胎体帘布层50的物理性质中间的物理性质（例如剪切弹性模量）。胎圈芯包布54因此可以用作主动的应变释放层，其将胎圈52b从胎体帘布层50分离。胎体帘布层50可以用金属加强。

图3的示例轮胎也可以具有位于胎圈区域的胎跟加强层56以用于加强胎圈区域并使胎侧57的轴向最向内部分稳定。胎圈芯包布54和胎跟加强层56，与合并它们的补片58单元一起在下面单独讨论，然后彼此结合地操作。

胎圈芯包布54围绕胎圈52b包裹并且径向向外延伸进入示例轮胎的胎侧区域。胎圈芯包布54的轴向向内部分55终止在胎圈填料三角胶芯59b内。胎圈芯包布54的轴向向外部分60b位于径向超出反包端62b处，其自身位于径向超出胎跟加强层56的径向最外范围（下面单独讨论）。胎体帘布层50的反包端62b的轴向最向外部分62b可以径向向外延伸超出轮的轮辋70的轮辋边缘72的顶部约15-30毫米。

如图3中所示，胎圈芯包布54可以围绕胎圈52b布置，其本身圆周地设置在示例轮胎内。胎圈芯包布54的轴向向内部分55可以从胎圈52b径向向外延伸至大约轴向邻近轮辋70的轮辋边缘72的顶部的位置。在轴向向外的侧面上，胎圈芯包布54可以从胎圈52b径向向外延伸至在轮辋边缘72上方的端部60b。胎圈芯包布54的端部60b的径向最外范围可以延伸超出反包端62b的径向最向外范围大约7-15毫米之间。胎圈芯包布54可以被称为“主动的”，因为其主动地吸收（即，在轮胎挠曲期间）相对刚性的胎圈52b和相对较小刚性的胎体帘布层50之间的有差别的应变。

胎跟加强层56可以设置在胎体帘布层50的部分附近，其围绕胎圈52b包裹。更具体地，胎跟加强层56可以设置在胎体帘布层50的与胎圈芯包布54相对的部分侧面上。胎跟加强层56的轴向最向内部分位于胎圈区域的一部分中，其在轮胎安装在轮辋70上时将位于最接近轮辋的圆柱形部分74。胎跟加强层56的轴向和径向最向外部分位于胎圈区域的一部分中，其在轮胎安装在轮辋70上时将位于轮辋70的圆形部分的轴向向内处，通过例如护趾胶64的轮胎橡胶与轮辋的圆形部分分离。

换句话说，如图3中可见，胎跟加强层56围绕胎体帘布层50的径向最向内部分圆周地设置，在此处胎体帘布层在胎圈52b下向上翻。胎跟加强层56可以径向向外延伸，或多或少地与胎体帘布层50的反包端62b平行。

胎跟加强层56保护胎体帘布层50的围绕胎圈52b包裹的部分，以防将胎跟加强层从轮辋70分离的橡胶中的应变。胎跟加强层56加强胎圈区域并稳定胎侧57的径向最向内部分。换句话说，胎跟加强层56可以吸收变形，以此方式使应力诱发剪切应变的传递最小化，其从轮辋70向内处产生通过护趾胶64到胎体帘布层50的反包部分62b，在此处胎跟加强层最紧邻刚性胎圈52b。

图3中所示的补片58周向地设置在胎圈52b周围，以此方式覆盖胎跟加强层56的径向最向外的区域68和胎体帘布层50的反包端62b。补片58起的作用类似于胎跟加强层56和主动的胎圈芯包布54。更具体地，补片58可以吸收橡胶部件中的剪切应力，否则其可能引发柔性橡胶与胎跟加强层56和胎体帘布层50的较小柔性的材料的分离。补片58可以例如由尼龙织物制成。补片58的径向最向外部分67可以达到最小水平，例如在胎圈芯包布54的上端60b的上方延伸至少5毫米，优选地上方10-15毫米。补片58的径向最向外部分可以与胎跟加强层56重叠大约10毫米。

胎圈芯包布54和胎跟加强层56的结合的净效应是提供应变缓冲，其释放或吸收有差别的剪切应变，否则，如果胎圈芯包布和胎跟加强层不存在，将导致具有不同的剪切弹性模量的相邻材料分离。此外，这种加强的构造通过结合比带有小橡皮带的标准结构更少数量的组件增加了轮胎的耐用性。

根据本发明，如上所述的某些结构，例如带束层18、20，三角胶芯26a、26b，胎圈芯包布32a、32b、54，胎跟加强层56，补片58和护趾胶64可以由三维织物构造。这样的结构可以显著地更轻，但是仍然具有足够的强度和刚性，以满足或超过轮胎性要求。通过将这些结构中的橡胶替换为间隔物或织物构造的单元，这种方法可以因此实现显著的重量减小并且更少地依赖于橡胶。三维织物可以是由高性能纤维编织的或交织的。

这些纤维可以作为单个组件被构造，由例如碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维，和/或其他合适的高性能纤维的材料或包括这些材料的组合的多组件纤维制成。这些纤维的轻重量和增强的机械性能可以允许很多设计改进成本效益、重量、滚动阻力等。台板层厚度、滚宽度、密度，和竖桩的高度可以被调节以满足不同的轮胎要求。2个台板层之间的单元可以填充有轻重量材料、丝、管、泡沫、密封胶材料、传感器等。

三维织物的非轮胎应用以非常轻重量已经展示优异的机械性能。这样的结构可以进一步增强充气轮胎的结构稳定性，而不增加重量或增加迟滞。这样的结构可以额外地减小迟滞。

织物加强复合结构的材料和材料性质可以通过修改纤维材料和/或架构特别地定制用于特定载荷情况。例如，三维织物的一个5厘米立方体400可以仅重6.5克（图4）。立方体400可以具有由织物420的三维结构限定的多个开放单元410。另一示例结构可以是5厘米乘以5厘米乘以0.7厘米并重1.1克（图5）。相同尺寸的传统胎跟加强层成分可重30.0克。结构500可以具有由织物520的三维结构限定的多个开放单元510。

图6显示四个示例六角构造610、620、630、640，其可用作带束层18、20，三角胶芯26a、26b，胎圈芯包布32a、32b、54，胎跟加强层56，补片58，和/或在充气轮胎中的护趾胶64。构造610、620、630、640可以具有多个开放单元611、621、631、641，其由织物613、623、633、643的三维结构限定。

图7显示四个示例三平面构造710、720、730、740，其可用作带束层18、20，三角胶芯26a、26b，胎圈芯包布32a、32b、54，胎跟加强层56，补片58，和/或在充气轮胎中的护趾胶64。构造710、720、730、740可以具有多个开放单元711、721、731、741，其由织物713、723、733、743的三维结构限定。

图8显示四个示例二平面构造810、820、830、840，其可用作带束层18、20，三角胶芯26a、26b，胎圈芯包布32a、32b、54，胎跟加强层56，补片58，和/或在充气轮胎中的护趾胶64。构造810，820，830，840可以具有多个开放单元811、821、831、841，其由织物813、823、833、843的三维结构限定。

图9显示三个示例弯曲构造910、920、930，其可用作带束层18、20，三角胶芯26a、26b，胎圈芯包布32a、32b、54，胎跟加强层56，补片58，和/或在充气轮胎中的护趾胶64。构造910、920、930可以具有多个开放单元911、921、931，其由织物913、923、933的三维结构限定。

图10显示示例构造1000的增强视图，其详细示出了单个的纤维1001的相互关系。构造1000可以具有由织物1001的三维结构限定的多个开放单元1011。

本发明的变形根据本文提供的其描述是可行的。虽然为了说明本发明的目的示出了某些代表性实施例和细节，对于本领域技术人员将显而易见的是其中可以进行各种变化和修改而不脱离本发明的范围。因此，应理解的是可以在所述的特定实施例中进行变化，其将落入由下面所附权利要求限定的本发明的全部预计范围内。

Claims (13)

1.一种充气轮胎，其具有旋转轴线，所述充气轮胎包括：

胎体，其具有至少一个加强的帘布层和加强结构，其提供缓冲以用于吸收剪切应变；

设置在胎体的径向向外处的胎面；以及

径向设置在胎体和胎面之间的带束层结构，

加强结构包括至少一层三维织物，其包括织物的框架结构和由框架结构限定的开放单元，

其中，所述三维织物具有二平面构造、三平面构造或弯曲构造，所述开放单元形成在二平面构造和三平面构造的平面之间以及所述弯曲构造的相对表面之间。

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，加强结构是胎圈芯包布。

3.根据权利要求2所述的充气轮胎，其特征在于，胎圈芯包布将加强的帘布层与胎体的胎圈分离。

4.根据权利要求3所述的充气轮胎，其特征在于，胎圈芯包布用作胎圈和加强的帘布层之间的应变释放层。

5.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，织物具有940/1 dtex聚芳酰胺的经纱和1220/1 dtex人造丝的纬纱。

6.根据权利要求5所述的充气轮胎，其特征在于，经纱具有14 EPI的密度，纬纱具有12EPI的密度。

7.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，织物具有14 EPI密度的经纱和12 EPI密度的纬纱。

8.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，充气轮胎是径向瘪胎行驶轿车轮胎。

9.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，充气轮胎是高性能轮胎。

10.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，织物包括开放的编织带。

11.根据权利要求10所述的充气轮胎，其特征在于，开放的编织带进一步包括设置在其上的粘结促进剂。

12.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，加强结构是胎圈芯包布，其具有两层或更多层开放的编织带。

13.根据权利要求12所述的充气轮胎，其特征在于，胎圈芯包布包括不同纤维材料的至少两个纤维制成的经纱。