CN107645992B - 包括由单根丝线形成的工作层的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎，其包括由增强元件的四个工作胎冠层形成的胎冠帘布层。根据本发明，在子午线平面中，在赤道平面测量的四个层的厚度小于5mm；四个层的增强元件是直径小于0.50mm的单根金属丝线；沿着丝线的中心线方向的法线测量的增强元件之间的距离严格小于1mm；并且四个工作胎冠层中的每一个的轴向宽度大于胎面的轴向宽度的60％。

Description

包括由单根丝线形成的工作层的轮胎

技术领域

本发明涉及具有径向胎体增强件的轮胎，更具体地涉及旨在装配至负载重型负荷的车辆(例如货车、拖拉机、拖车或大客车)的轮胎。

背景技术

通常，在重型车辆的轮胎中，胎体增强件锚固在胎圈区域中的任何一侧，并且被由至少两个叠加层构成的胎冠增强件径向覆盖，该至少两个叠加层由丝线或帘线形成，所述丝线或帘线在每层中平行并且从一层到下一层交叉从而与周向方向形成10°和45°之间的角度。形成工作增强件的所述工作层还可以被至少一个被称作保护层的层覆盖，所述保护层由增强元件形成，所述增强元件有利地是金属的并且可伸展，被称为弹性增强元件。其还可以包括具有低伸展性并与周向方向形成45°和90°之间的角度的金属丝线或帘线的层，被称为三角帘布层的所述帘布层在径向上位于胎体增强件和被称为工作帘布层的第一胎冠帘布层之间，所述工作胎冠帘布层由绝对值不超过45°的角度铺设的平行丝线或帘线形成。三角帘布层与至少所述工作帘布层形成三角增强件，该增强件在其所经受的各种应力下具有低的变形，三角帘布层基本上用于吸收施加在轮胎胎冠区域中的所有增强元件上的横向压缩力。

当帘线在等于断裂力的10％的拉伸力的作用下显示出至多0.2％的相对伸长时，所述帘线被称为是不可伸展的。

如果帘线在等于断裂负荷的拉伸负荷下具有至少3％的相对伸长并且最大切线模量小于150GPa，所述帘线被称为弹性的。

周向增强元件是与周向方向形成在+2.5°至-2.5°(相对于0°)范围内的角度的增强元件。

轮胎的周向方向或纵向方向是对应于轮胎的外周并由轮胎行驶方向限定的方向。

轮胎的横向方向或轴向方向平行于轮胎的旋转轴线。

径向方向是与轮胎的旋转轴线相交并与其垂直的方向。

轮胎的旋转轴线是轮胎在正常使用时绕其旋转的轴线。

径向平面或子午平面是包含轮胎的旋转轴线的平面。

周向正中平面或赤道平面是垂直于轮胎的旋转轴线并且将轮胎分为两半的平面。

对于金属丝线或帘线，根据1984年的标准ISO 6892在张力下测量断裂力(以N计的最大负荷)，断裂强度(以MPa计)和断裂伸长(以％计的总伸长)。

由于全世界公路网络的改善和高速公路网络的增长，目前被称为“公路轮胎”的某些轮胎旨在以高的平均速度行驶越来越长的路程。由于轮胎磨损较少，所以这种轮胎运行的综合条件无疑地能够增加所覆盖的距离。在覆盖距离方面的这种寿命的增加以及这种使用条件(重负荷下)可能会导致相对较高的胎冠温度的事实，决定了需要至少成比例地增加轮胎胎冠增强件的耐久性。

这是因为在胎冠增强件中存在应力；更具体地，在胎冠层之间存在剪切应力，在轴向最短的胎冠层的端部处的操作温度过度上升的情况下，导致所述端部处的橡胶中出现裂缝并且裂缝蔓延。同样的问题存在于两个增强元件层的边缘的情况下，所述另一层不一定与第一层径向邻近。

为了改进轮胎的胎冠增强件的耐久性，法国申请FR 2 728 510提出，一方面，在胎体增强件和径向最靠近旋转轴线的胎冠增强件工作帘布层之间设置轴向连续帘布层，所述轴向连续帘布层由与周向方向形成至少等于60°的角度的不可伸展的金属帘线形成，并且所述轴向连续帘布层的轴向宽度至少等于最短工作胎冠帘布层的轴向宽度，并且另一方面，在两个工作胎冠帘布层之间设置附加帘布层，所述附加帘布层由基本上平行于周向方向指向的金属元件形成。

此外，法国申请WO 99/24269特别提出，在赤道平面的每个侧面上和在基本上平行于周向方向的增强元件的附加帘布层的直接轴向延伸部分中，由从一个帘布层到下一个帘布层交叉的增强元件形成的两个工作胎冠帘布层在一定的轴向距离上联接，然后使用橡胶配混物的轮廓元件至少在所述两个工作帘布层公共的剩余宽度上脱离联接。

周向增强元件层通常由至少一根金属帘线形成，所述至少一根金属帘线缠绕从而形成以相对于周向方向小于8°的角度铺设的螺线。最初制造的帘线在铺设之前用橡胶配混物包覆。然后，在轮胎硫化过程中的压力和温度的影响下，该橡胶配混物将渗透帘线。

在以高速加长的公路行驶的情况下，就耐久性和磨损而言所得到的结果通常是令人满意的。然而，似乎在某些行驶条件下，某些轮胎有时会在其胎面的一部分上表现出更显著的磨损。当胎面宽度增加时，这种现象更加突出。

此外，无论设想的方案(例如上文列举的那些)如何，附加增强元件层的存在造成更大的轮胎质量和更高的轮胎制造成本。

文献WO 10/069676提出以可变间距分布的周向增强元件的层。根据选择的间距，在周向增强元件层的中心和中间部分处间距更宽，可以制造在耐久性方面具有令人满意的性能的轮胎，同时改善磨损性能。此外，相比于包括以恒定间距分布的周向增强元件的层的轮胎，尽管由于不存在增强元件而必须通过使用聚合物料进行弥补，但是有可能降低这种轮胎的质量和成本。

发明内容

本发明的目的是提供用于“重型”车辆的轮胎，其中在道路使用方面(无论使用条件如何)耐久性和磨损性能得以保持或改善，并且其中与上述轮胎相比质量进一步减小。

根据本发明，通过用于重型车辆的具有径向胎体增强件的轮胎实现了该目的，所述轮胎包括胎冠增强件，所述胎冠增强件包括增强元件的四个工作胎冠层，所述增强元件从一层到另一层交叉从而与周向方向形成10°和45°之间的角度，所述胎冠增强件本身在径向上由胎面覆盖，所述胎面通过两个胎侧连接至两个胎圈，在子午线平面中，在赤道平面中测量的所述四个工作胎冠层的厚度小于5mm，所述四个工作胎冠层的增强元件是直径小于0.50mm的单根金属丝线，沿着丝线的等分线方向的法线测量的增强元件之间的距离严格小于1mm，并且所述四个工作胎冠层中的每一个的轴向宽度大于胎面的轴向宽度的60％。

根据本发明优选地，在子午线平面中，在赤道平面测量的四个工作胎冠层的厚度小于3.5mm。

根据本发明还优选地，沿着丝线的等分线方向的法线测量的增强元件之间的距离小于0.5mm。

根据本发明还优选地，四个工作胎冠层中的每一个的轴向宽度大于胎面的轴向宽度的80％，并且优选小于胎面的轴向宽度的95％。

增强元件层的轴向宽度在轮胎的横截面上测量，轮胎因此处于未充气状态。

当轮胎安装在其使用轮辋上并充气至其标称压力时，在两个胎肩端部之间测量胎面的轴向宽度。

在轮胎的胎肩区域中，胎肩端部由一方面胎面的轴向外端(胎面花纹块的顶部)的表面的切线与另一方面胎侧的径向外端的相交部分在轮胎外表面上的正交投影限定。

根据本发明的轮胎获得的结果已经有效地证明，对于在耐久性和磨损方面至少相当的性能，根据本发明的轮胎具有更低的质量，因此更低的制造成本。

本发明人已经能够证明，由于工作层的增强元件的直径的减小，轮胎的这种减轻与胎冠增强件的厚度的减小相关联。增强元件的直径的这种减小与相比于常规轮胎减小的聚合物配混物厚度相关联，因此与小于常规轮胎的胎冠增强件总厚度相关联，尽管具有四个工作胎冠层。

发明人特别地能够证明，通过与更常规的设计相比，可以减小同一工作胎冠层内的增强元件之间的距离，而不会不利地影响轮胎的耐久性能。具体地，在同一工作层的增强元件之间保持最小距离是常见的，以限制裂缝从一个元件扩散到另一个元件的现象。

发明人相信，由于经受裂开效应的各对工作层之间的应力分布，存在四个工作层降低了工作层端部出现裂缝的风险。因此，出现的裂缝减少导致能够减小增强元件之间的距离。

同一工作层的增强元件之间距离的减小有助于减少聚合物配混物的体积，因此有利于减少轮胎的质量。

此外，根据本发明限定的增强元件之间的距离与工作胎冠层的数目相结合，使得可以保持与更常规设计的轮胎相似的周向刚度性质。

在轮胎的胎肩处，由胎冠增强件赋予的周向刚度甚至大于用常规轮胎获得的周向刚度。本发明人再次相信，存在四个工作层导致经受裂开效应的各对工作层之间的应力分布并由此降低每对工作层之间的应力，使得可以限制形成相邻对的两个工作层的相对运动，从而为所述工作层的端部提供尽可能紧密的有效联接。

本发明人还已经证明，胎肩处更大的周向刚度使得可以改善轮胎的磨损性能。特别地，相比于在更常规的设计上所看到的，在某些行驶条件下在胎面的中部和边缘之间出现的不均匀磨损的外观减少。减小工作层的增强元件的直径也使得有可能降低轮胎对胎面撞击的敏感性，因为根据本发明的胎冠设计比更常规的轮胎在整体上更具柔性。

根据本发明有利地，为了获得令人满意的周向刚度，无论行驶条件如何，四个工作胎冠层的单根金属丝线的直径大于或等于0.25mm。

根据本发明有利地，每个工作胎冠层的每单位宽度的刚度在35和70daN/mm之间。

增强元件层的每单位宽度的刚度由增强元件上的测量值和层中增强元件的密度确定，该密度本身被定义为每单位宽度的增强元件的数目。

通过目视计算宽度为10cm的未变形的织物样品上存在的丝线数目来进行密度测量。直接计数的丝线数目获得单位为丝线/分米的织物密度值。

根据本发明一个优选的实施方案，特别是为了优化轮胎的重量节省，增强元件的工作胎冠层包括两个其间设置有增强元件的表层，在增强元件的每一侧沿径向方向测量的表层的厚度小于0.30mm。在轮胎上，通过将彼此接触的两个增强元件层的增强元件之间的距离减半来测量表层的厚度。

根据本发明还优选地，通过所述至少两个工作层的增强元件与周向方向形成的平均角度小于30°。这样的角度值使得可以再次限制由于更大的周向刚度而导致的两个工作层的相对移动。

根据本发明有利的实施方案，至少在两个工作胎冠层的端部之间设置橡胶配混物的层。

橡胶配混物的层可以用于使所述工作胎冠层脱离联接，从而将剪切应力分布在更大的厚度上。这些剪切应力特别由于通过接触区域时的周向张力而出现。

在本发明的意义内，联接层是仅通过表层的存在使得其各自的增强元件彼此径向分离的层，所述层被表层覆盖。换句话说，联接层是彼此接触的层。

存在该橡胶配混物的层使得有可能特别限制工作胎冠层的端部之间的剪切应力，所述工作胎冠层在其端部处不具有周向刚度。

根据本发明还有利地，在两个相邻工作胎冠层的端部之间设置橡胶配混物的层。换句话说，根据本发明该有利的实施方案，在四个工作胎冠层的端部之间存在三个橡胶配混物的层。

设置在两个工作胎冠层的端部之间的橡胶配混物的层可以相同或者可以具有从一对工作胎冠层到另一对工作胎冠层不同的厚度，所述厚度在最窄层的端部沿径向方向测量。

根据本发明实施方案的第一可替代形式，沿径向位于径向最内侧的工作胎冠层和径向最外侧的工作胎冠层之间的两个工作胎冠层在轴向上比两个径向最内侧和径向最外侧的工作胎冠层稍窄。因此，径向最内侧的工作胎冠层有利地是在轴向上最宽的层。实施方案的该第一可替代形式有助于轮胎胎肩区域中更低的热耗散。

根据本发明实施方案的第二可替代形式，径向最内侧和径向最外侧的两个工作胎冠层在轴向上比沿径向位于径向最内侧的工作胎冠层和径向最外侧的工作胎冠层之间的两个工作胎冠层稍窄。实施方案的该第二可替代形式在限制由路边石引起的损害方面特别相关。或者：与径向最内层相邻的工作胎冠层是轴向最宽的层；这种构造使得可以保持工作层的端部远离冲击区域。或者：与径向最外层相邻的工作冠层是轴向最宽的层；这种构造使得可以保持经受冲击的端部远离可能受到冲击的胎体增强件。

根据本发明实施方案的其它可替代形式，在径向上位于其他工作胎冠层的内侧或外侧上的工作胎冠层和在径向上位于径向内部和外部工作胎冠层之间的工作胎冠层在轴向上宽于其他两个工作胎冠层。

根据本发明另一实施方案，胎冠增强件还通过一个周向增强元件层补充。

周向增强元件层的存在违背了减轻轮胎的想法，因此偏离了轮胎减轻和耐久性能之间的性能折衷；周向增强元件层使得可以改善轮胎特别是对于苛刻使用的耐久性。

优选地，至少一个周向增强元件层沿径向设置在两个工作胎冠层之间。

还优选地，在径向上与周向增强元件层相邻的工作胎冠层的轴向宽度大于所述周向增强元件层的轴向宽度。

根据本发明的一个有利的实施方案，至少一个周向增强元件层的增强元件为金属增强元件，所述金属增强元件在0.7％伸长下具有在10至120GPa范围内的割线模量和小于150GPa的最大切线模量。

根据一个优选的实施方案，增强元件在0.7％伸长下的割线模量小于100GPa且大于20GPa，优选在30至90Gpa范围内，甚至更优选小于80GPa。

还优选地，增强元件的最大切线模量小于130GPa，更优选地小于120GPa。

上文描述的模量在作为伸长的函数的拉伸应力的曲线上进行测量，拉伸应力对应于通过5N预负荷相对于增强元件的金属的横截面积测得的张力。

根据一个优选的实施方案，至少一个周向增强元件层的增强元件为金属增强元件，所述金属增强元件具有作为相对伸长的函数的拉伸应力曲线，其对于小伸长显示出平缓梯度，而对于大伸长显示出基本恒定的陡峭梯度。附加帘布层的这种增强元件通常被称为“双模量”元件。

在本发明的一个优选的实施方案中，基本上恒定的陡峭梯度从在0.4％至0.7％范围内的相对伸长的点出现。

在取自轮胎的增强元件上测量增强元件的上述各种特征。

更特别适合产生根据本发明的至少一个周向增强元件层的增强元件为例如3x(0.26+6x0.23)5.0/7.5SS构造的组件。这种帘线具有在0.7％下等于45GPa的割线模量和等于100GPa的最大切线模量，所述模量在作为伸长的函数的拉伸应力曲线上测得，拉伸应力对应于通过5N预负荷相对于增强元件的金属的横截面积(在所讨论的实例的情况下为0.98mm²)测得的张力。

根据本发明的第二个实施方案，周向增强元件可以由金属元件段形成从而形成长度远小于最短层的周长、但是优选大于所述周长的0.1倍的部分，部分之间的段在轴向上相对于彼此偏移。再次优选地，附加层的每单位宽度的弹性拉伸模量小于最具伸展性的工作胎冠层在相同条件下测得的弹性拉伸模量。所述实施方案使得有可能以简单的方式赋予周向增强元件层这样的模量，所述模量可以简单调节(通过选择同一行的部分之间的间距)，但是在所有情况下，所述模量都低于由相同但连续的金属元件组成的层的模量，附加层的模量在取自轮胎的切割元件的硫化层上测量。

根据本发明的第三个实施方案，周向增强元件是波状金属元件，波幅与波长的比例a/λ至多等于0.09。优选地，附加层的每单位宽度的弹性拉伸模量小于最具伸展性的工作胎冠层在相同条件下测得的弹性拉伸模量。

本发明优选的实施方案还使得胎冠增强件的径向外侧通过增强元件的被称为保护层的至少一个附加层补充，所述增强元件相对于周向方向以10°和45°之间的角度定向并且方向和与其径向相邻的工作层的元件形成的角度相同。

根据本发明的第一实施方案，对应于常规轮胎设计，保护层的增强元件是弹性帘线。

根据本发明的第二实施方案，保护层的增强元件是直径小于0.50mm的单根金属丝线，沿着丝线的等分线方向的法线测量的增强元件之间的距离严格小于1.5mm。

附图说明

参考图1和图2，根据下文对本发明的实施方案的描述，本发明的其它有利的细节和特点将显而易见，其中：

-图1：根据本发明实施方案的轮胎的子午线视图；

-图2：根据现有技术的轮胎的示意性子午线视图。

具体实施方式

为了简化理解，附图没有按比例绘制。附图仅仅表示了轮胎的半视图，轮胎相对于轴线XX’对称地延伸，所述轴线XX’表示轮胎的周向正中平面或赤道平面。

在图1和图2中，尺寸为385/55R 22.5的轮胎1、21具有等于0.55的纵横比H/S，H是轮胎1在其安装轮辋上的高度，S是其最大轴向宽度。所述轮胎1、21包括锚固在两个胎圈(图中未示出)中的径向胎体增强件2、22。胎体增强件2、22由单个金属帘线层形成。所述轮胎1、21还包括胎面5、25。

在图1中，所述胎体增强件2根据本发明由胎冠增强件4环箍，所述胎冠增强件4在径向上从内向外由以下形成：

–由以等于18°的角度定向的金属丝线形成的第一工作层41，

–由以等于-18°的角度定向的金属丝线形成的第二工作层42，

–由以等于18的角度定向的金属丝线形成的第三工作层43，

–由以等于-18°的角度定向的金属丝线形成的第四工作层44，

–由平行于工作层44的金属线的6.35弹性金属帘线形成的保护层45。

构成四个工作层的增强元件的金属丝线是直径为0.35mm的UHT型丝线。也可以使用SHT型或更高等级的丝线。它们分布在每个工作层内，沿着丝线的等分线方向的法线测量的增强元件之间的距离等于0.35mm。

第一工作层41的轴向宽度L₄₁等于300mm。

第二工作层42的轴向宽度L₄₂等于320mm。

第三工作层43的轴向宽度L₄₃等于300mm。

第四工作层44的轴向宽度L₄₄等于280mm。

保护层45的轴向宽度L₄₅等于220mm。

胎面的轴向宽度L₅等于312mm。

在赤道平面测量的四个工作胎冠层的厚度等于3.3mm并因此小于5mm。

在图2中，所述胎体增强件22被胎冠增强件24环箍，所述胎冠增强件24在径向上从内向外由以下形成：

-由以等于50°的角度定向的非缠绕9.35金属帘线形成的第一三角层240，

-由非缠绕9.35金属帘线形成的第一工作层241，所述非缠绕9.35金属帘线在帘布层的整个宽度上连续并以等于18°的角度定向，

-由非缠绕9.35金属帘线形成的第二工作层242，所述非缠绕9.35金属帘线在帘布层的整个宽度上连续并且以等于18°的角度定向并且与层241的金属帘线交叉，

-由弹性6.35金属帘线形成的保护层243。

工作层241和242的不可伸展的9.35金属帘线分布在每个工作层内，沿着丝线的等分线方向的法线测量的增强元件之间的距离等于1mm。

三角层240的轴向宽度L₂₄₀等于302mm。

第一工作层241的轴向宽度L₂₄₁等于318mm。

第二工作层242的轴向宽度L₂₄₂等于296mm。

保护层243的轴向宽度L₂₄₃等于220mm。

胎面的轴向宽度L₅等于312mm。

在赤道平面测量的三个胎冠层240、241、242的厚度等于6.5mm。

因此，四个工作层41、42、43和44的组合质量(包括金属丝线和表层配混物的质量)相当于6.3kg。如图1所示生产的根据本发明的轮胎的质量等于61kg。

胎冠层240、241、242的组合质量(包括金属丝线和表层配混物的质量)相当于12.6kg。如图2所示生产的轮胎的质量等于67kg。

在这些轮胎的每一个上进行试验，根据图2生产的轮胎是参考轮胎。

在测试机上进行第一耐久性测试，使每个轮胎在4000kg的初始负荷下以等于所述轮胎指定的最大速度评级(或速度指数)的速度直线滚动，所述初始负荷逐渐增加从而缩短测试的持续时间。

在测试机上进行其它耐久性测试，以循环形式向轮胎施加横向力和动态超载。在与施加至参照轮胎的条件相同的条件下在根据本发明的轮胎上进行测试。

因此进行的测试表明，在这些测试的每一者的过程中，根据本发明的轮胎和参考轮胎行驶的距离基本上相同。因此显而易见的是，根据本发明的轮胎在耐久性方面的性能和参考轮胎基本上相同。

进行其他测试以评估轮胎在车辆的实际情况下的磨损性能。确定滚动条件，特别是沿行的线路，从而代表特定的使用类型，在使用不均匀磨损方面更不利的高速公路类型的情况下。在行驶结束时，发现根据本发明的轮胎上的磨损更均匀，表明有增加寿命的潜力。

Claims (10)

1.轮胎(1)，所述轮胎(1)用于重型车辆并且具有径向胎体增强件(2)，所述轮胎包括胎冠增强件(4)，所述胎冠增强件(4)包括增强元件的四个工作胎冠层(41、42、43、44)，所述增强元件从一层到另一层交叉从而与周向方向形成10°至45°之间的角度，所述胎冠增强件(4)本身在径向上由胎面(5) 覆盖，所述胎面通过两个胎侧连接至两个胎圈，其特征在于，在子午线平面中，在赤道平面中测量的所述四个工作胎冠层(41、42、43、44)的厚度小于5mm，所述四个工作胎冠层(41、42、43、44)的增强元件是直径小于0.50mm的单根金属丝线，沿着丝线的等分线方向的法线测量的增强元件之间的距离严格小于1mm，并且所述四个工作胎冠层中的每一个的轴向宽度(L₄₁、L₄₂、L₄₃、L₄₄)大于胎面(5)的轴向宽度(L₅)的60％。

2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，所述四个工作胎冠层(41、42、43、44)的单根金属丝线的直径大于或等于0.25mm。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎(1)，增强元件的工作胎冠层(41、42、43、44)包括两个表层，增强元件设置在所述两个表层之间，其特征在于，在增强元件的每侧沿径向方向测量的表层厚度都小于0.30mm。

4.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，每个工作胎冠层(41、42、43、44)的每单位宽度的刚度为35至70daN/mm之间。

5.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，至少在两个工作胎冠层(41、42、43、44)的端部之间设置橡胶配混物层。

6.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，所述胎冠增强件(4)通过周向增强元件层补充。

7.根据权利要求6所述的轮胎(1)，其特征在于，所述周向增强元件层在径向上位于两个工作胎冠层(41、42、43、44)之间。

8.根据权利要求6和7中任一项所述的轮胎，其特征在于，在径向上与周向增强元件层相邻的工作胎冠层的轴向宽度大于所述周向增强元件层的轴向宽度。

9.根据权利要求6所述的轮胎(1)，其特征在于，至少一个周向增强元件层的增强元件为金属增强元件，所述金属增强元件在0.7％伸长下具有在10和120GPa范围内的割线模量和小于150GPa的最大切线模量。

10.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，胎冠增强件(4)的径向外侧通过增强元件的被称为保护帘布层的至少一个附加帘布层(45)补充，所述增强元件相对于周向方向以10°和45°之间的角度定向并且方向和与其径向相邻的工作胎冠层(44)的增强元件形成的角度相同。

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