CN106004253A - 用于充气轮胎的连续胎冠加强层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于充气轮胎的连续胎冠加强层。充气轮胎包括由从第一胎圈延伸至第二胎圈的胎体帘布层加强的胎体，以及在所述充气轮胎的胎冠部分中在所述胎体帘布层径向向外设置的单个加强层。单个加强层包括连续帘线，连续帘线形成横过胎冠部分宽度的基本呈Z字型的图案。连续帘线是具有在3.0 mm至30.0 mm之间不变宽度的连续的条的部分。

Description

用于充气轮胎的连续胎冠加强层

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎，并尤其涉及一种用于充气轮胎的带束层构造。

背景技术

充气轮胎典型地包括一对轴向分开的不可伸展的胎圈。周向设置的胎圈填料三角胶芯从每个相应的胎圈径向向外延伸。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，每个端部部分反包围绕相应的胎圈并固定于其上。胎面橡胶和胎壁橡胶分别在胎体帘布层的轴向和径向向外定位。带束层结构径向地设置于胎体帘布层和胎面橡胶之间。

由于循环弯曲，胎圈区域是轮胎中实质性贡献轮胎滚动阻力的一部分，这也导致了热的积累。在苛刻运行条件下，如用于低压安全轮胎及高性能轮胎，胎圈区域中的弯曲和生热会特别成问题，导致具有不同特性的（例如具有各自弹性模数）互相临近的部件分离。特别是，帘布层反包端部可能与临近的轮胎结构元件趋于分离。

常规的帘布层可以利用例如聚酰胺/尼龙、聚酯、人造纤维、和/或金属的材料加强，这些材料比临近的制成轮胎体的橡胶复合物具有大得多的刚性（即弹性模数）。当轮胎在使用中受压并变形时，互相邻近的轮胎元件的弹性模数的不同可能导致分离。

常规带束层结构包括复数个加强层，加强层中铺设有相互平行的帘线。由于每个加强层的单向负载能力，偶数个所述加强层可以叠加以处理相反方向传递的力。两层所述钢线加强层可以用于典型的乘用子午轮胎的带束层组件，其显著增加了充气轮胎的重量。

发明内容

一种根据本发明的充气轮胎，包括由从第一胎圈延伸至第二胎圈的胎体帘布层加强的胎体，以及在所述充气轮胎的胎冠部分中在所述胎体帘布层径向向外设置的单个加强层，所述单个加强层包括连续帘线，连续帘线形成横过胎冠部分宽度的基本呈Z字型的图案，连续帘线是具有在3.0 mm至30.0 mm之间不变宽度的连续的条的部分。

根据所述充气轮胎的另一方面，所述连续帘线具有2 x 0.295的高抗拉钢构造。

根据所述充气轮胎的又一方面，所述连续帘线具有 2+2 x 0.22的超高抗拉钢构造。

根据所述充气轮胎的另一方面，所述连续帘线是具有相同的构造的一组帘线的部分。

根据所述充气轮胎的又一方面，所述连续帘线包括碳纤维。

根据所述充气轮胎的另一方面，所述连续帘线包括聚酯。

根据所述充气轮胎的又一方面，所述连续帘线包括聚酰胺。

根据所述充气轮胎的另一方面，所述连续帘线包括芳族聚酸胺。

根据所述充气轮胎的又一方面，所述连续帘线包括熔合聚酯。

一种根据本发明的方法设计了充气轮胎。所述方法包括如下步骤：将第一带束层、第二带束层和覆层替换为单个连续加强层，所述单个连续加强层包括连续帘线，连续帘线是具有在3.0 mm至30.0 mm之间不变宽度的连续的条的部分。

定义

“三角胶芯”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”表示平行于轮胎旋转轴线的线或方向。

“胎圈”或“胎圈芯”通常表示包括径向内胎圈环形抗拉构件的轮胎的部分，其联合将轮胎保持在轮辋上；胎圈由帘布层帘线包绕并且成形，带有或不带其它增强元件如胎圈芯包布、胎跟加强层、三角胶芯或填料、护趾胶和胎圈包布。

“胎体”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”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”指的是位于胎圈区域内的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。

“周向的”大多经常表示垂直于轴向方向沿环形胎面表面的周边延伸的圆形的线或方向；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”表示加强帘布层和带束层的加强线束之一，包括纤维。

“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”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”通常是指测量值，具体指厚度。

“内衬”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”表示与轴向方向平行的方向。

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

“帘布层”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”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”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”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”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”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。

“胎侧”表示轮胎在胎面与胎圈之间的部分。

“护趾胶”是指轮胎的每个胎圈轴向向内的周向布置的弹性的轮辋接触部分。

“胎面宽度”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”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。

附图说明

通过下列说明并结合附图，本发明的结构、操作、及优点将更加显而易见，其中：

图1表示与本发明一起使用的示例性轮胎的剖面示意图；

图2表示图1中所示的示例性轮胎胎圈区域的细节示意图；

图3表示根据本发明的胎冠加强层的细节示意图；以及

图4表示根据本发明的另一胎冠加强层的细节示意图。

具体实施方式

图1及图2示出了根据本发明的，与加强结构（如胎圈芯包布和胎跟加强层）一起使用的示例性轮胎10。示例性轮胎10具有胎面12，内衬23，包括带束层18、20的带束层结构，覆层16，具有单个胎体帘布层14的胎体22，两个胎侧15、17， 以及包括胎圈填料三角胶芯26a、26b，以及胎圈28a、28b的两个胎圈区域24a、24b。示例性轮胎10适用于，例如，装配到乘用车的轮辋上。胎体帘布层14包括一对轴向相对的端部部分30a、30b，每个端部部分固定在胎圈28a、28b中的相应的一个上。胎体帘布层14的每个轴向端部30a或30b反包围绕相应的胎圈28a、28b到足以固定每个轴向端部30a、30b的位置，细节参见图2。

胎体帘布层14可以是橡胶处理的帘布层，其具有多个基本上平行的胎体加强构件，所述加强构件由例如聚脂、人造纤维、或类似适合的有机聚合复合物制成。胎体帘布层14可以与两个胎圈芯包布32a、32b的轴向外表面接合。

根据本发明，覆层16和带束层18，20可以被单个的胎冠加强层301所替代（图3）。加强层301可以由在两层或更多层中以Z字型图案螺旋缠绕的连续的条303制成。条303可具有的宽度在3.0mm至30.0mm之间，并且可以包括由一个或更多个断裂伸长率小于2.5%的帘线305加强的橡胶。常规条由断裂伸长率大于 3.5%，大于4%，大于4.5%的帘线加强。

常规高速乘用轮胎可具有径向位于带束层结构外侧的螺旋缠绕的覆层加强层。胎冠加强层301可允许移除覆层时充气轮胎10仍适于高速工作。移除覆层可以降低材料成本、减轻轮胎重量，并减少轮胎平斑。消除带束层切割边缘还可以减轻带束层边缘分离状况并提供增强的胎冠耐久性。

胎冠加强层301可用每周1-5个周期的正弦缠绕进行构造，提供20-40度之间、或25-35度之间的帘线/衬带角度，以提供足够的侧偏刚度。胎冠加强层301的帘线可以是钢、碳纤维、聚酯、聚酰胺、芳族聚酸胺、混合组合、和\或融合聚酯硬帘线，例如US2013/0240106中所描述的，在此通过引用包含其全部内容。例如，帘线可具有2 x 0.295高抗拉钢和/或2+2 x 0.22超高抗拉钢构造。利用不同材料的组合还可以提供独特的优点，特别是在重量和热导率方面。例如，钢加强层的强度可以与芳族聚酸胺或玻璃纤维结合以减轻重量并保持刚性和强度。可以添加碳纤维以提高加强层的热导率，并由此通过将热导出热点进而提高高速性能。

如前文所述，连续的条胎冠加强层301可替代常规的两层钢带束层18、20和覆层16的结构，例如，用于乘用车轮胎和轻型卡车子午轮胎。这可以带来每条轮胎1.5美元至3美元的现行成本节省，更好的耐久性和更灵活的生产。

条303可通过钢、钢纺织、和/或混合帘线和/或单丝进行加强。这种加强层301可进一步消除带束层胶准备步骤并就加强材料的选择提供更大的灵活性。取消覆层16可以减轻轮胎重量，减少轮胎平斑并降低成本。并且，通过移除带束层边缘缝隙起始位置来消除带束层切割边缘可提高高速性能和耐久性。鉴于这种加强层301可以为消费者轮胎提供适当的刚性和强度，那么也可以满足或超过高速性能、防穿刺、耐久性以及行驶和操纵方面的要求。通过在Z字型应用过程中实施替代的方法以改善假缝，这种加强层301可以进一步带来增强的滚动阻力。

根据本发明的无端的加强层301可以具有大致圆筒形的形式或外形，并可以由玻璃纤维、人造纤维、聚酯、尼龙、棉、芳族聚酸胺、金属线等制成。尺寸可以根据希望的轮胎10的参数在相当的范围内变动。

加强层301可以由最小数量的帘线成形，这样切割端部的数量将可以忽略不计。完整的加强层301可以由单个帘线成形，该单个帘线形成基本上呈Z字形的图案。在这种情况下，单个帘线的两端可以是加强层中仅有的切割端部。在一些条件下，可能希望加强层301由数根帘线同时成形，每根帘线具有相同的Z字型图案并且类似单个帘线布置，但取代单个帘线。这可有利于在短时间内生产加强层301。因此，本发明的加强层301可以是无端的条的最小化编结，这可能导致轮胎10的不平衡以及可能的过早损坏。

Z字型图案中的帘线可以布置为从一侧到另一侧与边缘呈一定角度横过加强层301的宽度。帘线的初始角度可以在从边缘测量45°到80°的范围内、或50°到70°的范围内。在该加强层301扩张时，帘线角度可减小至5°到35°的范围内的角度。具有应用于胎体14上的加强层301，当胎体已被扩张后，帘线角度可以大致在10°到35°的范围内，或者大致等于已扩张的加强层的最终帘线角度。并且，帘线角度可在横过其宽度中改变。结果是，帘线在其接近边缘的部分的帘线角度可大于或小于在中心部分的帘线角度。当为特定形状或类型的轮胎需要不同加强层扩张特点时，该构造可具有优越性。

加强层301可以在边缘处界定帘线的反向点。在该反向点，帘线后续的长度可被定位为Z字型图案并相对一个边缘具有与帘线在反向点前的之前长度相对相反边缘大致相同的角度。这可以在最终构造中提供对称的帘线位置并使轮胎10的不平衡最小化。

加强层301的边缘可相对其他反向点互相交错。由此，给定长度的帘线的反向点可以如期望的那样更接近中心而不是平均的或远离的。该反向点的交错可以为加强层301提供相对于加强层主体稍微更薄的边缘。

在加强层301中反向点之间的帘线长度可以与设置为相反角度的帘线长度互相交错。这种帘线的交错可以沿着与上面描述的边缘实质上平行的线或区域并处于上述边缘之间。这种交错可导致帘线长度的至少两部分被设置于加强层301的外侧，并且帘线长度的至少两部分被设置于加强层301的内侧，并且延帘线长度具有交替位于外侧和内侧的部分。单个长度可以具有在2到250设置于加强层301的外侧的部分，并具有类似数量设置于加强层301的内侧的部分。延特定长度交错的程度或范围可以决定在边缘之间交错线或区域的数量。

随着部分的增加，交错线或区域可能更不易被看到，这是由于橡胶涂覆帘线整体呈黑色和/或交错图案。这种情况还可能发生在一起使用数根帘线以形成加强层的时候。

帘线可以与生胶或非硫化橡胶层或带束层联合。加强层301可通过在上述橡胶层或带束层的表面上将帘线成形为Z字型图案进行生产。并且，橡胶层可以设置在外表面上，以替代内侧的第二橡胶层，或与内侧的第二橡胶层共同使用。橡胶肩部部分可设置在临近加强层301的边缘，不论其仅具有帘线或与一个或更多个橡胶层结合。肩部部分可在加强层301相对于胎体14定位时起到帮助，由此就中央部位边缘可以适当地设置在完成的轮胎10中。肩部部分可以最小化固化过程中产生内部气泡的可能性。

虽然上述说明主要地指向充气轮胎的无端的加强层缓冲层，但明显的是可以利用本发明为各层具有相同或不同参数或构造的不同分层构造提供加强层。并且，本发明在制造其他轮胎帘线组成部分（例如，胎体本身或一体化的缓冲层/胎体组件）中也是有用的。加强层可以缠绕在胎体上或着以扁平带状的形式应用在胎体上并展开，例如，生产束带斜交帘布层轮胎，或缠绕或应用于已扩张胎体上，例如在生产子午线帘布层轮胎中。进一步的，加强层能够与移除了胎面的轮胎一起使用，施用并硫化新的胎面胶以形成翻新轮胎。

根据本发明，图3及图4示出了部份无端的加强层301。图3中示出的加强层301可以与图4中示出的相似，除了交错的线的数量可从5条增加至13条。帘线的角度在每种情况中可以是近似30°并且宽度可以是近似10.0 mm。但是，可以看出，从一个加强层到另一个加强层，交错的线的数量可以改变。如附图中所示，帘线可以定位在生胶带带束层100上而帘线长度111与帘线长度112交错以形成交错线或交错区域113。可以从附图中看出位于加强层301的边缘的反向点114。

如上所述，根据本发明的单个的加强层301可以使轮胎10减轻重量并具有同等表现。这种单个的加强层301因此使轮胎10在变轻的同时实质上表现不会变差，即使由于充气轮胎结构和性能复杂性，还没有提出完整和令人满意的理论。Temple, Mechanics of Pneumatic Tires ，2005。虽然经典复合理论的基本原理在充气轮胎力学中容易被观察到，但是由充气轮胎的许多结构部件引入了额外的复杂性使轮胎性能的预测问题复杂化。Mayni, Composite Effects on Tire Mechanics，2005。此外，由于聚合物和橡胶的非线性时间、频率、和温度行为，充气轮胎的分析设计是当今行业中最具挑战性和不可预见性的工程挑战之一。Mayni。

充气轮胎具有一定的基本结构元件。美国交通部，Mechanics of Pneumatic Tires，第207-208页，1981。重要结构元件是带束层，典型地由许多天然织物、合成聚合物、玻璃纤维、细硬拉钢丝制成的弹性、高模数帘线制造，帘线植入并结合到低模数聚合材料，通常如天然或合成橡胶。同上，207至208页。

弹性高模数帘线通常布置为两个带束层。同上，第208页。整个行业的轮胎制造者难以同意或预期帘线的不同弯曲在充气轮胎的噪音特征、操控性、耐久性、舒适度等方面带来的影响。Mechanics of Pneumatic Tires，80-85页。

下表显示了轮胎性能和轮胎部件间相互关系的复杂性。

衬层

胎体帘布层

胎圈 / 三角胶芯

带束层

覆层

胎面

模型

胎面花纹磨损

X

X

X

噪音

X

X

X

X

X

X

操控性

X

X

X

X

X

X

牵引力

X

X

耐久性

X

X

X

X

X

X

X

滚动阻力

X

X

X

X

X

驾驶舒适度

X

X

X

X

高速性能

X

X

X

X

X

X

气密性

X

质量/重量

X

X

X

X

X

X

X

从表中可见，胎冠加强层的特性影响充气轮胎的其他部件（即带束层影响胎体帘布层、覆层、胎圈/三角胶芯等），引发多个部件之间的相互关系和相互作用，以此方式影响一组功能特性（噪音、操控性、耐久性、舒适度、高速性能、和质量/重量），结果带来完全不可预见和复杂的复合物。因此，即使改变一个部件也可以直接带来多至上述10个功能特性的改进或退步，并改变该一个部件与多至其他6个结构部件之间的相互作用。这些6种相互作用中的每一个都可能因而间接地带来所述10个功能特性的改进或退步。不论这些功能特性中的每一个是改进、退步或是不受影响，也不论其程度大小，未经发明人的试验和测试，这些当然都是不可预测的。

因此，例如，当出于改进充气轮胎的一个功能特性而对充气轮胎10的带束层结构修改时，任何数量的其他功能特性都可能会不可接受地退步。进一步地，带束层（例如，双向帘线等）与胎体帘布层、覆层、胎面、胎圈/三角胶芯之间的相互作用也可能会不可接受地影响充气轮胎的功能特性。由于此类复杂的相互关系，对胎体帘布层的修改甚至可能无法改进该一个功能特性。

因此，如上所述，多数部件之间的复杂相互关系使根据本发明对胎体帘布层的修改的实际结果，无法在无限的可能结果中进行预测或预见。只有通过大范围的试验，才能揭示本发明的单个加强层301是对完整的带束层结构来说是优异、意想不到、并且不可预见的选择。

上述描述性语言是实现本发明的现有可预期的最佳模式。该描述是出于对本发明一般原则的示例性目的，并不应被解释为对本发明的限定。对本发明的范围的确定最佳应参考所附权利要求书。示意性附图中所示的附图标记与说明书文字部分涉及的一致。就本申请的目的，各个附图所示的实施例，就类似部件每个均使用相同的附图标记。实施例结构可以采用位置或数量上不同的类似部件，并由此产生根据本发明的替代构造。

Claims (10)

1.一种充气轮胎，其特征在于：

由从第一胎圈延伸至第二胎圈的胎体帘布层加强的胎体；以及

在所述充气轮胎的胎冠部分中从所述胎体帘布层径向向外设置的单个加强层，所述单个加强层包括连续帘线，连续帘线形成横过胎冠部分的宽度的基本呈Z字型的图案，连续帘线是具有在3.0 mm至30.0 mm之间不变宽度的连续的条的部分。

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述连续帘线具有2 x 0.295的高抗拉钢构造。

3.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述连续帘线具有 2+2 x 0.22的超高抗拉钢构造。

4.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述连续帘线是具有相同的构造的一组帘线的部分。

5.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述连续帘线包括碳纤维。

6.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述连续帘线包括聚酯。

7.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述连续帘线包括聚酰胺。

8.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述连续帘线包括芳族聚酸胺。

9.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述连续帘线包括熔合聚酯。

10.一种设计充气轮胎的方法，其特征在于：

将第一带束层、第二带束层和覆层替换为单个连续加强层，所述单个连续加强层包括连续帘线，所述连续帘线是具有在3.0 mm至30.0 mm之间不变宽度的连续的条的部分。