CN108136841B - 包括多层条带形式的增强元件的充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充气轮胎(1)，其包括通过两个胎侧(3)连接两个胎圈(5)的胎体帘布层(2)，所述胎体帘布层(2)在径向外侧安装有胎冠增强区域(10)，所述增强区域包括以至少两层布置并涂布有弹性体组合物(13、15)的多个增强条带(12、14)；两层条带之间的平均重叠大于40％，所述增强条带(12、14)由热塑性薄片构成，所述热塑性薄片沿着主要方向以及横向方向的模量大于0.9GPa，优选地大于2GPa。

Description

包括多层条带形式的增强元件的充气轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎增强元件。更具体地，本发明涉及轮胎胎冠构造元件。

背景技术

径向胎体轮胎(通常称为“子午线轮胎”)已经逐渐在大多数市场(特别是乘用车辆轮胎的市场)上确立了地位。这一成功特别是归功于子午线轮胎所提供的耐久性、舒适性、重量轻及低滚动阻力的品质。

子午线轮胎主要由柔性的胎侧和刚度更高的胎冠构成，胎侧从胎圈径向延伸至胎肩，胎肩界定出胎冠，胎冠支承轮胎的胎面。由于轮胎这些部件中的每个具有其特有的功能，因此其增强件也是特定的。子午线轮胎技术的一个特征是其能够以相对独立的方式精确地改变这些部件中的每个的增强件。

在公知的方法中，乘用车辆子午线轮胎(通常称为“乘用车辆轮胎”)的胎冠增强件包括以下元件：

-径向胎体增强件，其由连接轮胎的两个胎圈的(通常为织物的)增强元件形成；

-两个交叉的胎冠三角层(或帘布层)，其主要由(通常为金属的)增强元件构成，这些增强元件中的每一个与轮胎的周向方向形成大约30度的角度；

-胎冠带束，其主要由实际上平行于轮胎的周向方向的增强元件构成，这些增强元件通常被称为0度增强元件，即使它们通常与周向方向会形成非零角度，例如在0度与10度之间的角度。

简而言之，胎体具有承载轮胎的内部压力的主要功能，交叉的帘布层具有赋予轮胎其转向刚度的主要功能，而胎冠带束具有在高速下抵抗胎冠离心的主要功能。而且，所有这些增强元件的协作产生了所谓的“胎冠三角”。该三角赋予轮胎在各种压力下保持相对圆柱形状的能力。

这些胎冠增强元件的每个通常通过压延而与弹性体混合物结合。这些元件的堆叠随后在对轮胎进行硫化的过程中接合在一起。

经过对子午线轮胎构造的数十年的研究、改进和优化，所有这些增强元件(胎体、交叉层、带束)的结合使子午线轮胎达到了不容置疑的舒适性、长期寿命和成本性能，以使其获得了现有的成功。贯穿这样的开发的始终，一直在尝试提高轮胎的性能，例如在其质量和其滚动阻力方面的性能。因此，随着越来越多地采用高性能的增强元件并且越来越多地使用更薄的压延橡胶层，子午线轮胎的胎冠的厚度已经逐渐减小，从而能够制造尽可能轻的轮胎。

专利文献WO2010115860描述了一种乘用车辆轮胎，其中，胎冠增强件由三个不同的单独元件构成：径向胎体增强件，其由连接轮胎的两个胎圈的增强元件构成；胎冠带束，其主要由平行于轮胎的周向方向的增强元件构成；胎冠三角层，其主要由与轮胎的周向形成角度的增强元件构成。从轮胎的性能来看，这种结构具有许多优点，但牵扯到带有众多步骤的复杂制造工艺。最后，存在的亚层的数量限制了在质量上潜在的轻减。

还公知其它类型的胎冠增强元件的结构。例如，专利文献US5837077描述了一种具有带束的轮胎。该轮胎带束这样形成：在对应于带束层的宽度的宽度上，沿着轮胎的周向方向，在胎体层外侧使连续带螺旋缠绕若干次，并且管状部分的侧面部分变得扁平。该连续带由多个以管状配置布置的增强丝线构成，并以橡胶覆盖，从而形成带有两个重叠层(即上侧层和下侧层)的结构；连续带还具有插入这两层之间的芯部，两层的增强丝线相互交叉。该连续层能够这样形成：以管状形状布置多个(优选5至100丝线)增强丝线(例如钢质帘线或丝线)，之后以相对于纵向方向的预定角度扭曲整组丝线，再以橡胶覆盖管状组件，随后将芯部插入管状元件中，最后沿着管状元件的纵向方向使其变平。

文献描述了包括涂布有弹性体材料的增强丝线的周向条带。条带最初具有卵形轮廓，在轮廓变得扁平之前需要机械处理的步骤。制作该实施方案特别复杂而昂贵。

专利文献EP0101400描述了一种具有布置在轮胎的胎冠部分中的多个半刚性环形带的子午线轮胎。这些带大致穿过轮胎的胎面部分延伸。根据一个具体实施方案，胎面包括中央带增强结构和两个侧带。每个带包括形成半刚性环状结构的加入环氧树脂基质中的纤维增强元件。带比较宽，相互独立，并由嵌入环氧树脂基质中的纤维制成。

本发明提供弥补各种缺陷(特别是制造复杂性)的各种技术手段。

发明内容

首先，本发明的第一目标为能够减轻胎冠的质量，由此减轻乘用车辆轮胎的质量，而不减弱其性能。

本发明的另一目标在于提供一种胎冠增强元件的结构，其能够以广泛的变体形式成型，从而能够根据轮胎的类型而调整胎冠的特性。

本发明的另一目标在于简化轮胎(具体地，胎冠区域)的制作过程。

为此目的，本发明提供一种轮胎，其包括通过两个胎侧连接两个胎圈的胎体帘布层，所述胎体帘布层在径向外侧由胎冠增强区域覆盖，所述胎冠增强区域在胎面的径向内侧，所述胎冠增强区域包括布置为至少两层的多个增强条带，第一层在径向内侧而第二层在径向外侧，所述第一层和所述第二层的所述条带沿着大致周向的方向以并排的方式布置，所述条带涂布有弹性体组合物；其特征在于：两层的条带之间的平均重叠大于40％，所述增强条带由热塑性薄片构成，所述热塑性薄片沿着主要方向以及横向方向的模量大于0.9GPa，优选地大于2GPa。

这种构造能够简化轮胎的胎冠区域，以获得更紧密的增强区域，并使重量显著减轻。通过削减传统胎冠和三角帘布层(其需要比较繁重的切割和定位步骤)，简化了轮胎的制作方法。最后，由于简化、优化、更薄的结构，该构造能够减小滚动阻力。

根据一个有利的实施方案，热塑性薄片的长度/宽度和宽度/厚度的纵横比大于或等于5。

根据一个有利的实施方案，热塑性薄片由热稳定双轴或单轴拉伸聚酯制成或者由聚酰胺制成。

根据另一个有利的实施方案，条带并入基质中，所述基质由弹性体混合物制成，优选由二烯弹性体混合物制成。

在一个示例性实施方案中，所述基质的弹性体混合物的10％伸长下的模量在3与20MPa之间。

在另一个示例性实施方案中，所述基质的弹性体混合物的10％伸长下的模量大于20MPa。

根据另一个有利的实施方案，弹性体混合物的基质包括并入所述基质中的周向纤维增强元件。

在变化形式中，条带包括并入构成条带的热塑性薄片中的周向纤维增强元件。

根据再一个变体形式的实施方案，条带为复合类型，并包括热塑性薄片以及布置在热塑性薄片附近的增强丝线的行，整体并入弹性体混合物的基质中，所述弹性体混合物优选为二烯弹性体混合物。

有利地，所述条带与基质弹性体混合物之间的界面设置有粘合元件。

条带并肩设置以形成行。根据本发明的轮胎有利地包括至少两行条带。

附图说明

所有实施方案的细节在下文由图1至图9补充的说明中给出，所述图1至图9仅作为非限定性的示例给出，其中：

-图1为根据现有技术的轮胎的立体示意性描绘；

-图2为根据本发明的轮胎的截面视图；

-图3A为根据本发明的具有条带的行的轮胎胎冠增强元件的示例的示意性描绘；

-图3B为根据本发明的具有条带的行的轮胎胎冠增强元件的另一示例的示意性描绘；

-图4A为具有织物增强帘线的行以及两个热塑性条带的行的胎冠增强元件的另一示例的示意性描绘；

-图4B为根据本发明的由织物增强帘线的行以及两个热塑性条带的行构成的胎冠增强元件的另一示例的示意性描绘；

-图5为具有布置在织物增强帘线的排的两侧的条带的行的胎冠增强元件的示例的示意性描述；

-图6为由交替布置的织物增强帘线的行以及热塑性条带的行构成的胎冠增强元件的示例的示意性描绘；

-图7A为根据本发明的由织物增强帘线、热塑性条带以及二烯基质构成的复合条带的示例的示意性描绘；

-图7B为复合条带的变化形式的示意性描绘，其中织物帘线与热塑性条带的布置被颠倒；

-图8为双元件复合条带的示意性描绘，其中织物增强帘线被并入热塑性条带中；

-图9为轮胎胎冠增强元件的示例的示意性描绘，其中复合条带被对齐。

具体实施方式

定义

在本文件中，表述“条带的重叠”意指径向外侧层的条带与径向内侧层的条带重叠的布置，也就是说，一个条带沿径向方向在下层位置的条带上的投影非零。重叠百分比可以根据实施方案而变化。这种重叠形成层之间的连结，生成整个胎冠增强区域的内聚力。特别地，这种连结使剪切力能够在层之间传递。

“纵向方向”或者“周向方向”意指对应于轮胎的外围并由轮胎的滚动方向所限定的方向。

“轴向方向”意指平行于轮胎的旋转轴线的方向。

表述“肖氏A硬度”意指根据ASTM D 2240-86标准进行评价的固化后的组合物的硬度。

“轮胎”意指所有类型的弹性胎面，无论是否受到内部压力。

轮胎的“胎面”意指由侧表面和两个主要表面限定的一部分弹性体混合物；当轮胎滚动时，所述主要表面之一旨在与道路表面发生接触。

轮胎的“胎侧”意指轮胎的侧表面，所述表面布置在轮胎的胎面与该轮胎的胎圈之间。

轮胎的“胎圈”意指轮胎的意图就位在车轮轮辋上的部分。

在本文件中，“胎体”，或“胎体帘布层”，意指形式为由弹性体材料的基质构成层的形式的用于轮胎的增强结构；所述基质中，通常为织物的丝或丝线布置为大致平行且纵向的行。有利地，制造长度很长的扁平的胎体帘布层，再切割为合适的尺寸，以用于制造胎体帘布层所适合的轮胎。

在正常湿度、23℃±2℃的温度下，在10％伸长(表示为MA 10)和100％伸长(表示为MA 100)下在第二次伸长(即在为测量本身提供的伸展率下的一个调节循环之后)中测量公称割线模量(或表观应力，以MPa计)。

图1显示了根据现有技术的乘用车辆轮胎的部分地一层接一层切除的立体图。连接至胎圈金属丝7周围的胎圈5的胎体增强件2沿着胎侧3和胎冠4延伸。胎体增强件2由径向取向的增强元件形成。增强元件为织物帘线(例如，由尼龙、人造丝、聚酯制成)。在轮胎的胎冠处，胎体由两个交叉三角层20、21以及带束22覆盖。两个交叉的胎冠三角层20、21包括在轮胎的周向方向的两侧上的以大致在20与40度之间的角度取向的增强元件。交叉层的增强元件通常形成金属帘线。密封弹性体混合物层8覆盖轮胎的内部空腔。胎面6覆盖整体。该构造涉及若干半成品层，需要带有众多中间步骤的制造方法。众多的层使轮胎比较重。

图2示出了根据本发明的的轮胎1，其包括胎侧3和胎体2，所述胎侧3由胎冠4覆盖，所述胎体2经由胎侧3和胎冠4从一个胎圈5延伸至另一个胎圈5。在胎冠4处(更具体地在胎体2与胎面6之间)，轮胎设置有胎冠增强区域10，所述胎冠增强区域10设置有周向条带，也就是说相对于周向方向大致以0°取向的条带。下文就图3至图9描述条带的各个实施方案。

条带的实施方案

图3A和图3B显示了根据本发明的胎冠区域10的第一个实施方案。根据该实施方案，由热塑性薄片制成的条带12以大致在0度的区域的角度(更广泛地，以与周向方向大致小于12度的角度)而并排布置。整体嵌入由弹性体混合物(优选为二烯弹性体混合物)制成的基质13中。例如通过以给定的方位角开始的第一横向缠绕以及以180度开始的第二横向缠绕，而实现错开的条带设置。在变化形式中，通过沿着给定轴向方向的第一横向缠绕，随后通过沿着相反轴向方向的第二横向缠绕，而设置条带。

在图3A的对称布置的示例性实施方案中，两排条带设置有两排的条带位置之间的大约半个条带节距的侧向偏置。每排的主平面P-P为大致轴向的。这种设置具有这样的效果，以构成第二排的条带来覆盖第一排的弹性体混合物的桥接部。第一排的条带之间的弹性体混合物的桥接部因此大致设置在邻近层的条带的各个宽度的中部。在该示例中，径向外侧层少一个缠绕，从而补偿侧向偏置的效果。两排的条带之间的平均重叠至少20％，优选大于40％。

图3B的示例性实施方案具有宽度相同的两排，其中一排相对于另一排偏置，从而制造具有不对称特性的轮胎。

在变化形式中，层的开始点和结束点可以可选地相同，从而确保一定的均一性。

图4A和图4B显示了图3A和图3B的变体形式的实施方案，在上述的条带的排之外，所述实施方案包括设置在径向外侧位置的增强丝线11的行。丝线11优选为织物丝线。除了提供一定的刚度之外，周向丝线能够保护径向内侧的层。

图5显示了图4A中的示例的变体形式，其中，丝线11的行设置在条带12的两排之间。

图6显示了图4A中的示例的另一变体形式，其中，通过设置在条带12的两排之间的丝线11的第二行，补充在径向外侧的位置的丝线11的行，从而进一步刚化胎冠区域。

复合物条带

就图7A、图7B和图8，介绍条带的第二个实施方案。图7A显示了示例性的实施方案，其中，如上所述的热塑性薄片12由优选为织物的增强丝线的排11覆盖。整体嵌入由弹性体混合物(优选为二烯弹性体混合物)制成的基质15中，并形成复合条带14。图7B展现几何形状相反的变体形式的复合条带14，丝线的排相对于热塑性薄片设置在径向内侧。

图8显示了复合条带的第三个示例，其中增强丝线11的排直接并入热塑性薄片中。该变体形式具有重量更轻而紧密度很高的额外优点。

图9显示了复合条带14的错开设置。在该示例中，设置有两排复合条带，径向外侧的排更窄。

复合条带能够简化制造轮胎的胎冠区域的步骤。通过只替换条带的类型，而不改变轮胎的其它结构元件，复合条带能够根据需求改变胎冠区域的特点，为轮胎的设计提供更大的灵活性。

对于在上述实施方案中的每一个，可以改变不同的参数，例如构成元件的相对宽度、不同层的不同宽度、组件的厚度、条带的行的数量(可以大于两个)，特别地是对于特种轮胎(例如重载车辆、越野车辆或航空器的轮胎)。

构成元件和材料

增强条带12的热塑性薄片有利地由从以下材料中选出的材料制成：热稳定双轴或单轴拉伸聚酯、聚酰胺(例如尼龙6.6)。在变化形式中，这些材料可以带有各向同性或各向异性的夹杂物，或者纤维形式的夹杂物。

热塑性薄片的条带12的长度/宽度和宽度/厚度的尺寸之间的比大于或等于5。热塑性薄片沿着主要方向(对应于轮胎的周向方向)以及横向方向的模量大于0.9GPa，优选地大于2GPa。

条带12或14所并入的基质13或15由弹性体混合物(优选为二烯弹性体混合物)制成，其具有常用的(通常在3与20MPa之间)或优选地刚性的(也就是说大于20MPa)的10％伸长下的模量。可以根据增强元件和混合物的性质使用适合的粘合系统，以获得必要的内聚力。例如，通过物理或化学制备或表面活化，再使用粘合剂，来获得该粘合系统。

增强帘线11由从以下材料中选出的材料制成：芳纶、聚酯(PET、PEN、PTT)、尼龙、人造丝、聚酮、金属丝线或帘线，或者复合帘线丝线(带有树脂的玻璃或碳)，或由上述材料的组合制成的混合增强元件。

如下的表1显示使用根据本发明的特征的结构获得的结果的示例。在尺寸175/65R14下，将对照物与本发明的范围内的变体形式相比，所述对照物带有胎冠，所述胎冠具有两个胎冠帘布层以及以0°取向的尼龙丝线层，所述变体形式由铺设为错开的排的宽度15mm、厚度0.5mm的两层PET条带构成。每个条带与其邻近物分开1mm。厚度0.3mm的二烯混合物分开两层PET条带，该实施方案还由0°PET 440x3丝线(变体形式1)或芳纶丝线(变体形式2)补充。

表1：参考传统结构的对照轮胎，比较根据本发明的轮胎的质量、转向刚度以及滚动阻力。

可以观察到，通过根据本发明的实施方案，获得了质量和滚动阻力的显著改善。

附图中使用的附图标记

1轮胎

2胎体

3胎侧

4胎冠

5胎圈

6胎面

7胎圈金属丝

8密封层

10胎冠增强元件

11增强丝线或帘线

12由热塑性薄片构成的增强条带

13基质(弹性体混合物，优选为二烯弹性体混合物)

14复合增强条带(热塑性条带和增强丝线)

15基质(弹性体混合物，优选为二烯弹性体混合物)

20交叉三角层

21交叉三角层

22带束。

Claims (13)

1.一种轮胎(1)，其包括通过两个胎侧(3)连接两个胎圈(5)的胎体帘布层(2)，所述胎体帘布层(2)在径向外侧由胎冠增强区域(10)覆盖，所述胎冠增强区域(10)在胎面(6)的径向内侧，所述胎冠增强区域(10)包括以至少两层布置的多个增强条带(12、14)，第一层在径向内侧而第二层在径向外侧，所述第一层和所述第二层的所述增强条带(12、14)沿着大致周向的方向以并排的方式布置，所述增强条带涂布有弹性体混合物(13、15)；其特征在于：两层的增强条带之间的平均重叠大于40％，所述增强条带(12、14)由热塑性薄片构成，所述热塑性薄片沿着主要方向以及横向方向的模量大于0.9GPa。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述热塑性薄片沿着主要方向以及横向方向的模量大于2GPa。

3.根据权利要求1所述的轮胎，其中，热塑性薄片的长度/宽度和宽度/厚度的纵横比大于或等于5。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其中，热塑性薄片由热稳定双轴或单轴拉伸聚酯制成或者由聚酰胺制成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其中，增强条带(12、14)并入基质(13、15)中，所述基质由弹性体混合物制成。

6.根据权利要求5所述的轮胎，其中，所述基质由二烯弹性体混合物制成。

7.根据权利要求5所述的轮胎，其中，所述基质(13、15)的弹性体混合物的10％伸长下的模量在3与20MPa之间。

8.根据权利要求5所述的轮胎，其中，所述基质(13、15)的弹性体混合物的10％伸长下的模量大于20MPa。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其中，弹性体混合物的基质(13、15)包括并入所述基质中的周向纤维增强元件。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其中，增强条带(12)包括并入构成增强条带的热塑性薄片中的周向纤维增强元件。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其中，增强条带(14)为复合类型，并包括热塑性薄片以及布置在热塑性薄片附近的增强丝线(11)的行，整体并入弹性体混合物的基质(15)中。

12.根据权利要求11所述的轮胎，其中，所述弹性体混合物为二烯弹性体混合物。

13.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述增强条带(12、14)与基质弹性体混合物(13、15)之间的界面设置有粘合元件。