CN109153205B - 包括金属单丝的笔直帘布层和斜置帘布层 - Google Patents

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Abstract

帘布层(16、18)包括金属单丝(46’、46”)。第一组的每根单丝(46’)具有围绕其主轴线(G)在第一方向上的正的扭转弹性变形。第二组的每根单丝(46”)具有围绕其主轴线(G)在第二方向上的负的扭转弹性变形。每根单丝(46’、46”)的扭转弹性变形C的绝对值满足|C|≤6匝/十米。帘布层(16、18)的单丝(46’、46”)的扭转弹性变形的平均值S满足‑0.25匝/十米≤S≤+0.25匝/十米。单丝(46’、46”)彼此相邻布置，从而使第一组的一根或多根单丝(46’)与第二组的一根或多根单丝(46”)交替。

Description

包括金属单丝的笔直帘布层和斜置帘布层
技术领域
本发明涉及笔直帘布层、斜置帘布层、包括这样的帘布层的轮胎，还涉及用于制备这样的帘布层的方法。本发明适用于任何类型的轮胎，无论其是充气型还是非充气型的轮胎。充气轮胎被理解为意指旨在通过与支撑元件(例如轮辋)配合而形成腔的轮胎，该腔能够被加压至高于大气压的压力。相反，非充气轮胎不能被加压。
背景技术
通过现有技术已知用于客运车辆的充气轮胎，所述充气轮胎包括胎体增强件，所述胎体增强件锚固在两个胎圈中并且在径向上被胎冠增强件覆盖，所述胎冠增强件本身被胎面覆盖，所述胎面通过两个胎侧结合至胎圈。
在这样的充气轮胎中，胎冠增强件包括环箍增强件和工作增强件。环箍增强件在径向上介于胎面和工作增强件之间。
工作增强件包括两个工作帘布层，每个工作帘布层包括聚合物基质(例如基于天然橡胶的聚合物基质)和数个嵌入弹性体基质的增强元件。每个工作帘布层沿着主方向延伸，该主方向在轮胎内与轮胎的周向方向一致。
每个工作帘布层的增强元件彼此相邻布置，并且与帘布层的主方向形成在10°至40°范围内，优选在20°至30°范围内的角度。由于该角度，这些工作帘布层相对于笔直帘布层被称为斜置帘布层，所述笔直帘布层中增强元件与帘布层的主方向形成严格小于10°，优选小于5°的角度。
每个工作帘布层的增强元件从一个工作帘布层至另一个工作帘布层交叉。如在文献WO2013/117476和WO2013/117477中所述，每个增强元件由直径等于0.30mm的金属单丝组成。
这些工作帘布层特别地具有赋予轮胎高刚度或漂移推力或转弯的主要功能，其以已知的方式对于实现机动车辆的良好抓地性(“操纵”)是必要的。其它性能也与工作帘布层的适当功能有关，例如滚动阻力、高速耐久性或断裂能量。
为了制备这些帘布层，进行压延步骤，在此期间金属单丝彼此相邻布置，并且这些金属单丝嵌入聚合物基质中。该步骤通常被称为压延步骤。
然后从笔直帘布层上切下数个条带，从而获得这样的多个条带，每个条带沿着主方向延伸，并且其中每个条带的金属单丝与每个条带的主方向形成在10°和40°之间的角度。接下来，将先前获得的条带的端部两个两个地连接，从而获得斜置帘布层，所述斜置帘布层中金属单丝与斜置帘布层的主方向形成在10°和40°之间的角度。
然而，每根金属单丝具有扭转弹性变形，该扭转弹性变形产生围绕其主轴线的扭转扭矩，该扭转扭矩可以相对较高，例如对应于大约数匝/十米金属单丝的变形。
彼此相邻布置时，观察到笔直帘布层的不期望的卷绕(也被称为卷曲)和/或笔直帘布层的不期望的波状。这种不期望的卷绕和/或这种不期望的波状使得处理笔直帘布层、制造斜置帘布层以及形成轮胎的后续步骤相对困难。
发明内容
本发明的目的是减少或甚至消除包括金属单丝作为增强元件的帘布层的不期望的卷绕和/或不期望的波状。
为此目的，本发明的一个主题为沿着主方向延伸的帘布层，所述帘布层包括：
-聚合物基质，
-嵌入聚合物基质中的金属单丝，所述金属单丝基本上相互平行并且与帘布层的主方向平行，每根金属单丝具有主轴线和围绕其主轴线的扭转弹性变形，
所述帘布层包括第一组金属单丝和第二组金属单丝，第一组的每根金属单丝具有围绕其主轴线在第一方向上的扭转弹性变形，第二组的每根金属单丝具有围绕其主轴线在第二方向上的扭转弹性变形，第一方向与第二方向相反，并且应理解，扭转弹性变形在第一方向上是正的而在第二方向上是负的，金属单丝使得：
ο每根金属单丝的扭转弹性变形C的绝对值满足|C|≤6匝/十米金属单丝，以及
ο帘布层的金属单丝的扭转弹性变形的平均值S满足-0.25匝/十米金属单丝≤S≤+0.25匝/十米金属单丝，
金属单丝彼此相邻布置，从而使第一组的一根或多根金属单丝与第二组的一根或多根金属单丝交替。
根据本发明的笔直帘布层的主方向为帘布层的纵向边缘延伸的总体方向。在根据本发明的笔直帘布层中，金属单丝基本上相互平行并且与主方向平行。由于每根单丝基本上平行于帘布层的纵向边缘，因此则将其称为笔直帘布层。
通过每根金属单丝的相对低的扭转弹性变形、金属单丝的交替、以及所有金属单丝的扭转弹性变形的相对低的平均值，根据本发明的笔直帘布层使得可以防止不期望的卷绕和/或不期望的波状。具体地，通过在帘布层的宽度上使第一组的金属单丝和第二组的金属单丝交替，从而将金属单丝局部施加到聚合物基质上并引起不期望卷绕和/或不期望波状的扭转扭矩分布开。因此，一组金属单丝的扭转弹性变形由另一组金属单丝的扭转弹性变形抵消。此外，每根金属单丝的相对低的扭转弹性变形使得可以一根接一根地布置同一组的一根或多根金属单丝，而不会产生不期望的卷绕和/或不期望的波状。这使得在帘布层制造过程中可相对自由地布置金属单丝。
根据本发明，当扭转在第一方向时扭转弹性变形是正的，而当扭转在第二方向时扭转弹性变形是负的。在一个惯例中，可以约定第一方向是顺时针方向，而第二方向是逆时针方向。在另一个惯例中，可以约定第一方向是逆时针方向，而第二方向是顺时针方向。
在给定长度(例如长度为5至10m)的金属单丝上测量扭转弹性变形，所得的值相对于10m表示，从而获得扭矩C。为此，提供非常长的工作台，所述工作台的长度至少等于要测量扭转弹性变形的金属单丝的长度，金属单丝的一端固定到工作台的一端。金属单丝在展开时要非常小心地保持金属单丝，以防止金属单丝围绕其主轴线旋转。在另一端，金属单丝悬挂在工作台的边缘，并且将杆垂直于金属单丝的主轴线固定在其端部。然后，允许金属单丝的悬挂端旋转。然后测量杆产生的匝数。如果杆产生不完整匝，则在该匝上产生的角度与该匝的非整值有关。因此，对于180°的角度，将为0.5匝。
术语“金属单丝”被理解为意指由金属材料制成的单丝，这种材料可以由金属芯部和任选的一个或多个金属或非金属涂层组成。这样的涂层可以为例如黄铜层、粘合剂组合物层或粘合底漆层。这样的金属单丝是笔直的，即当其保持在低张力下时，其主轴线描绘为基本上直线的轨迹。换言之，其不是预成型的，没有螺旋形状或波状形状，也没有与另一根金属单丝组装(接触)。单丝为单个细丝而并非数根细丝的组件。
术语“绝对值”被理解为意指数学意义上的绝对值，即如果C为正，则C的绝对值为C，如果C为负，则C的绝对值为-C。
术语“平均值”被理解为意指沿着基本上垂直于金属单丝的方向在10cm帘布层上测量的每个弹性变形值的算术平均值。
本发明的另一主题为沿着主方向延伸的帘布层，所述帘布层包括：
-聚合物基质，
-嵌入聚合物基质中的金属单丝，所述金属单丝基本上相互平行并且与帘布层的主方向形成在10°和40°之间的角度，每根金属单丝具有主轴线和围绕其主轴线的扭转弹性变形，
所述帘布层包括第一组金属单丝和第二组金属单丝，第一组的每根金属单丝具有围绕其主轴线在第一方向上的扭转弹性变形，第二组的每根金属单丝具有围绕其主轴线在第二方向上的扭转弹性变形，第一方向与第二方向相反，并且应理解，扭转弹性变形在第一方向上是正的而在第二方向上是负的，金属单丝使得：
ο每根金属单丝的扭转弹性变形的绝对值满足|C|≤6匝/十米金属单丝，以及
ο帘布层的金属单丝的扭转弹性变形的平均值S满足-0.25匝/十米金属单丝≤S≤+0.25匝/十米金属单丝，
金属单丝彼此相邻布置，从而使第一组的一根或多根金属单丝与第二组的一根或多根金属单丝交替。
正如前述实施方案，根据本发明的斜置帘布层的主方向为帘布层的纵向边缘延伸的总体方向。在根据本发明的斜置帘布层中，金属单丝基本上相互平行并且与帘布层的主方向形成在10°和40°之间的角度。由于每根金属单丝与帘布层的纵向边缘形成大于或等于10°的角度，因此则将其称为斜置帘布层。术语“绝对值”被理解为意指数学意义上的绝对值，即如果C为正，则C的绝对值为C，如果C为负，则C的绝对值为-C。术语“平均值”被理解为意指沿着基本上垂直于金属单丝的方向在10cm帘布层上测量的每个弹性变形值的算术平均值。
正如前述实施方案，每根金属单丝的相对低的扭转弹性变形、金属单丝的交替、以及所有金属单丝的扭转弹性变形的相对低的平均值使得可以防止根据本发明的斜置帘布层的不期望的卷绕和/或波状。
有利地，金属单丝使得每根金属单丝的扭转弹性变形的绝对值满足|C|≤5匝/十米金属单丝。因此，除了防止不期望的卷绕和/或波状之外，还有助于金属单丝穿过压延机用以制备帘布层。
有利地，每根金属单丝具有在0.10mm至0.50mm范围内，优选0.20mm至0.40mm范围内，更优选0.25mm至0.35mm范围内的直径。
优选地，芯部由钢制成，所述钢可以具有珠光体、铁素体、奥氏体、贝氏体或马氏体微观结构或源自这些微观结构的混合的微观结构。
优选地，钢包含0.2重量％至1重量％，更优选0.4重量％至0.9重量％的碳含量。优选地，钢包含0.3重量％至0.7重量％的锰含量，0.1重量％至0.3重量％的硅含量，至多0.045重量％(包括端值)的磷含量，至多0.045重量％(包括端值)的硫含量，以及至多0.008重量％(包括端值)的氮含量。任选地，钢包含至多0.1重量％(包括端值)，优选0.05重量％(包括端值)，更优选0.02重量％(包括端值)的钒和/或钼。
在一个实施方案中，所使用的钢包含小于0.5重量％(包括端值)，优选至多0.05重量％(包括端值)，更优选至多0.02重量％(包括端值)的铬。
在使用“不锈”钢的另一个实施方案中，钢包含至少0.5重量％(包括端值)，优选至少5重量％(包括端值)，更优选至少15重量％(包括端值)的铬。
优选地，不锈钢包含至少2重量％(包括端值)，优选至少4重量％(包括端值)，更优选至少6重量％(包括端值)的镍。
优选地，聚合物基质为弹性体基质，优选二烯弹性体基质，即其包含至少一种弹性体，优选二烯弹性体。“二烯”弹性体(或无区别地橡胶)被理解为意指至少部分(亦即均聚物或共聚物)得自二烯单体(即带有两个共轭或非共轭碳-碳双键的单体)的弹性体。“异戊二烯弹性体”旨在意指异戊二烯均聚物或共聚物，换言之，选自天然橡胶(NR)、合成聚异戊二烯(IR)、各种异戊二烯共聚物和这些弹性体的混合物的二烯弹性体。
二烯弹性体优选选自聚丁二烯(BR)、天然橡胶(NR)、合成聚异戊二烯(IR)、丁二烯/苯乙烯共聚物(SBR)、异戊二烯/丁二烯共聚物(BIR)、异戊二烯/苯乙烯共聚物(SIR)、丁二烯/苯乙烯/异戊二烯共聚物(SBIR)以及这些弹性体的混合物。一个优选的实施方案在于使用“异戊二烯”弹性体，即异戊二烯的均聚物或共聚物，换言之选自如下的二烯弹性体：天然橡胶(NR)、合成聚异戊二烯(IR)、各种异戊二烯共聚物以及这些弹性体的混合物。异戊二烯弹性体优选为天然橡胶或顺-1,4型的合成聚异戊二烯。
聚合物基质可以包含单种或数种二烯弹性体，以及所有或一些通常用在旨在制造轮胎的基质中的添加剂，例如增强填料(例如炭黑或二氧化硅)、偶联剂、抗老化剂、抗氧化剂、增塑剂或增量油(无论后者为芳族或非芳族的性质)(特别是具有高粘度或优选低粘度的极弱芳族或完全非芳族的油(例如环烷或石蜡油类型的油)，MES或TDAE油)、具有高玻璃化转变温度(高于30℃)的增塑树脂、改进未固化状态下的组合物的加工性的试剂、增粘树脂、抗硫化返原剂、亚甲基受体和供体(例如HMT(六亚甲基四胺)或H3M(六甲氧甲基三聚氰胺))、增强树脂(例如间苯二酚或双马来酰亚胺)、已知的金属盐类型(例如特别是钴盐、镍盐或镧系盐)的促粘体系、以及交联体系或硫化体系。
优选地，用于聚合物基质交联的体系为被称为硫化体系的体系，亦即基于硫(或基于供硫剂)和主硫化促进剂的体系。可以将各种已知的次硫化促进剂或硫化活性剂加入这种基础硫化体系。硫以在0.5和10phr之间的优选含量使用，主硫化促进剂(例如次磺酰胺)以在0.5和10phr之间的优选含量使用。增强填料(例如炭黑和/或二氧化硅)的含量优选大于30phr，特别是在30和100phr之间。术语“phr”以本领域技术人员已知的方式被理解为意指每100重量单位的弹性体。
所有炭黑，尤其是通常用于轮胎的HAF、ISAF或SAF型炭黑(“轮胎级”炭黑)适合作为炭黑。在后者中，将特别提及300、600或700(ASTM)级的炭黑(例如N326、N330、N347、N375、N683或N772)。BET表面积小于450m2/g，优选为30至400m2/g的沉淀二氧化硅或热解法二氧化硅特别适合作为二氧化硅。
根据本说明书，本领域技术人员将知晓，如何调节橡胶组合物的配方从而实现所需的性能水平(特别是弹性模量)，以及如何使得配方适合预期的特定应用。
优选地，每种聚合物基质无论其为笔直帘布层所有还是斜置帘布层所有，均具有在交联状态下在4和25MPa之间，更优选在4和20MPa之间的10％伸长下的割线拉伸模量；特别是在5和15MPa之间的值被证明是特别合适的。除非另有声明，模量的测量根据1998年的标准ASTM D 412(试样“C”)在张力下进行：“真实的”割线模量(即相对于试样的实际横截面)在第二次伸长(即在调试循环之后)在10％伸长下测量，在此用Ms表示并且单位为MPa(根据1999年的标准ASTM D 1349，在标准温度和相对湿度条件下)。
在一个优选的实施方案中，金属单丝的密度为120至180根金属单丝/分米，更优选130至170根金属单丝/分米。
以本领域技术人员已知的方式，增强元件(例如金属单丝)的密度为沿着与增强元件延伸方向垂直的方向彼此相邻布置的增强元件数目/单位长度(在此为/分米)。
本发明的另一个主题为包括至少一个上述笔直帘布层和/或斜置帘布层的轮胎。
本发明特别适用于如下轮胎，所述轮胎旨在装配到如下车辆上：客运型机动车辆、SUV(“运动型多用途车”)、两轮车辆(尤其是自行车和摩托车)、航空器，或选自货车、“重型”车辆(即地铁、大客车、重型道路运输车辆(卡车、牵引车、拖车)、越野车辆(例如农业或土木工程机械))及其它运输或搬运车辆的工业车辆。
优选地，轮胎包括被胎面覆盖的胎冠、两个胎侧、两个胎圈、胎体增强件、胎冠增强件，每个胎侧将每个胎圈连接至胎冠，所述胎体增强件锚固在每个胎圈中并且通过胎侧延伸直至胎冠中，所述胎冠增强件沿径向介于胎体增强件和胎面之间，所述胎冠增强件包括如上所述的笔直帘布层和/或斜置帘布层。
更优选地，胎冠增强件包括工作增强件，所述工作增强件包括：如上所述的至少一个斜置帘布层，优选两个斜置帘布层；以及在径向上介于工作增强件和胎面之间的环箍增强件。
还更优选地，环箍增强件包括至少一个环箍织物增强元件。
在一个优选的实施方案中，环箍织物增强元件的密度为80至120个增强元件/分米，更优选90至110个增强元件/分米。
有利地，每个环箍织物增强元件具有的在185℃下2min后的热收缩TC(法文为“CT”)满足TC<7.5％。换言之，这是这些环箍织物增强元件的相对收缩，根据定义，在下文所列的测试条件下，其小于7.5％。TC优选小于3.5％，更优选小于3％，这些值被证明对于轮胎的制造和尺寸稳定性来说是最佳的，特别是在轮胎的固化和冷却阶段的过程中。
除非另有声明，根据标准ASTM D1204-08，例如在“TESTRITE”型装置上在0.5cN/tex(因此相对于测试的样品的支数或线密度表示)的所谓的标准预张力下测得参数TC。在恒定长度下，最大收缩力(用FC表示)也使用上述测试测得，此次在180℃的温度和3％的伸长下测得。该收缩力FC优选大于20N(牛顿)。当胎冠增强件在高的运行速度下变热时，高的收缩力被证明特别有利于由热收缩织物材料制成的环箍织物增强元件相对于轮胎的胎冠增强件的环箍能力。
无差别地，可以在被引入帘布层和轮胎之前的经粘合剂涂布的初始环箍织物增强元件上测得上述参数TC和FC，或者可以在这些从经硫化轮胎中抽出时并且优选“脱橡胶化”(亦即除去涂布环箍织物增强元件的橡胶)的环箍织物增强元件上测得上述参数TC和FC。
满足上文提到的收缩特征TC的任何热收缩织物材料均是合适的。优选地，该热收缩织物材料选自聚酰胺、聚酯和聚酮。在聚酰胺中，可以特别提及聚酰胺4-6、6、6-6、11或12。在聚酯中，可以提及例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PBN(聚萘二甲酸丁二醇酯)、PPT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)和PPN(聚萘二甲酸丙二醇酯)。例如也可以使用由两种(至少两种)不同材料(例如芳纶/尼龙、芳纶/聚酯、芳纶/聚酮混合帘线)构成的混合增强体，前提是它们满足推荐的TC特征。根据一个特别优选的实施方案，热收缩织物材料为聚酯，特别是PET或PEN，非常特别为PET。还更优选地，所使用的聚酯为HMLS(高模量低收缩)PET。
本发明的另一个主题为用于制造如上所述的笔直帘布层的方法，所述方法包括压延步骤，在压延步骤的过程中：
-彼此相邻布置金属单丝，从而使第一组的一根或多根金属单丝与第二组的一根或多根金属单丝交替；
-将金属单丝嵌入聚合物基质中。
优选地，所述方法包括在压延步骤之前的矫直步骤，在所述矫直步骤中通过施加基本上垂直于金属单丝主轴线的力来减小每根金属单丝的残余应力。
矫直使得可以减少金属单丝的弯曲。因在金属单丝表面存在残余压缩应力而产生弯曲。如果这些残余压缩应力分布不均匀，则会导致金属单丝主轴线的两侧上的应力局部不平衡，从而导致弯曲，逐渐明显的是分布不均匀性越大则位于主轴线两侧上的残余压缩应力值的差别越大。
旨在减小或甚至消除残余应力的矫直可以以各种方式进行。本领域技术人员已知的一种方法为使用如在WO2015014510中所述的扭转矫直。然而，这种矫直极大地限制了金属单丝的运行速度，并因此限制了它的生产速度。具体地，由于需要将扭转施加到金属单丝上并且需要使扭转足够高以减小残余应力，所以金属单丝的运行速度小于300m.min-1，并且更通常为大约250m.min-1。在通过垂直于金属单丝的主轴线施加弯曲力以及沿着金属单丝的主轴线施加拉伸力而不是扭转力从而进行矫直步骤的实施方案中，金属单丝的运行速度及其由此可以生产的速度可以高得多，特别大于500m.min-1，通常大于600m.min-1。
此外，扭转矫直的使用导致金属单丝变成波状。在帘布层的制造过程中，金属单丝平行地彼此相邻布置。由于上述波状，有时会发生两根相互邻接的金属单丝接触，这是不可接受的。这是因为在轮胎操作期间帘布层的重复负载的过程中，彼此接触的两根金属单丝将相互摩擦并过早磨损。
在一个优选的实施方案中，通过矫直装置施加力，所述矫直装置包括：
-一连串第一系列的压制机元件
-一连串第二系列的压制机元件
第一系列的压制机元件在与第二系列的压制机元件相反的方向上将力施加到金属单丝上。
有利地，每个压制机元件包括围绕轴线安装的可旋转的滑轮，第一系列和第二系列各自的压制机元件的轴线分别沿着基本上与金属单丝的行进方向平行的第一和第二方向而与彼此基本上对齐。
在一个特别优选的实施方案中，通过第一矫直装置和第二矫直装置施加力，第一矫直装置和和第二矫直装置每个包括：
-一连串第一系列的压制机元件
-一连串第二系列的压制机元件
第一矫直装置和第二矫直装置各自的第一系列的压制机元件在与第一矫直装置和第二矫直装置各自的第二系列的压制机元件相反的方向上将力施加到金属单丝上。
有利地，第一矫直装置的压制机元件沿着基本上与第二矫直装置的压制机元件施加力的方向垂直的方向施加力。
优选地，在矫直步骤之后，将每根金属单丝存储在存储滚筒上，每个存储滚筒包括关于金属单丝是属于第一组金属单丝还是第二组金属单丝的指示器。
优选地，在矫直步骤之后，将每根金属单丝存储在存储滚筒上，每个存储滚筒包括金属单丝的扭转弹性变形的值。
有利地，帘布层包括：m个系列的第一组Ni≥1根金属单丝，i为1至m；以及n个系列的第二组Mj≥1根金属单丝，j为1至n。
在金属单丝的每个系列包括相同数目的金属单丝的一个实施方案中，第一组Ni≥1根金属单丝的每个系列的Ni＝N，和/或第二组Mj≥1根金属单丝的每个系列的Mj＝M。优选地，N＝M。
在另一个实施方案中，在1和m之间存在至少两个值k和k’满足Nk≠Nk’和/或在1和n之间存在至少两个值l和l’满足M1≠M1’。
本发明的另一个主题为用于制造如上所述的斜置帘布层的方法，所述斜置帘布层沿着主方向延伸，其中：
-从根据本发明的帘布层切下数个条带，使得每个条带沿着主方向延伸，并且使得每个条带的金属单丝与条带的主方向形成在10°和40°之间的角度，
-将先前获得的至少两个条带的两个端部连接，从而获得金属单丝与帘布层的主方向形成在10°和40°之间的角度的帘布层。
附图说明
通过阅读如下说明将更好地理解本发明，所述说明仅以非限制性实施例的方式并且参考附图给出，在附图中：
-图1示出根据本发明的轮胎；
-图2示出根据本发明第一实施方案的图1中轮胎的斜置帘布层；
-图3示出图2中沿切割平面III-III’的斜置帘布层；
-图4至图6分别示出根据第二、第三和第四实施方案的斜置帘布层；
-图7示出根据本发明方法的步骤的图；
-图8示出用于矫直根据本发明的帘布层的金属单丝的第一装置和第二装置；
-图9示出图8中的第一矫直装置；
-图10示出用于制造根据本发明的笔直帘布层的装置；
-图11示出从图10中制得的根据本发明的笔直帘布层中切下条带用于制造图1、图2和图3中根据本发明的斜置帘布层的步骤。
具体实施方式
在以下描述中，当使用术语“径向”时，合适的是在本领域技术人员对该词语的数种不同的使用之间进行区分。首先，该表述是指轮胎的半径。在该意义上，如果点P1比点P2更接近轮胎的旋转轴线，则称点P1位于点P2的“径向内侧”(或“沿径向位于点P2的内侧”)。相反，如果点P3比点P4更远离轮胎的旋转轴线，则称点P3位于点P4的“径向外侧”(或“沿径向位于点P4的外侧”)。当在朝向更小(或更大)的半径的方向上前进时，则称“在径向上向内(或向外)”前进。当讨论径向距离时，该词语意义也适用。
另一方面，当增强件的一个或多个增强元件与周向方向形成大于或等于65°并且小于或等于90°的角度时，则称增强元件或增强件是“径向的”。
“轴向”方向为平行于轮胎的旋转轴线的方向。如果点P5比点P6更接近轮胎的中平面M，则称点P5位于点P6的“轴向内侧”(或“沿轴向位于点P6的内侧”)。相反，如果点P7比点P8更远离轮胎的中平面M，则称点P7位于点P8的“轴向外侧”(或“沿轴向位于点P8的外侧”)。
轮胎的“中平面”M为垂直于轮胎的旋转轴线并且与每个胎圈的环形增强结构等距设置的平面。
“周向”方向为垂直于轮胎的半径以及轴向方向两者的方向。
此外，用表述“a至b”表示的任何数值范围意指从端点“a”至端点“b”的数值范围，即包括严格端点“a”和“b”。
根据本发明的轮胎和斜置帘布层
附图显示了参考系X、Y、Z，其分别对应于轮胎通常的轴向方向(X)、径向方向(Y)和周向方向(Z)。
图1显示用整体标记10表示的根据本发明第一实施方案的轮胎(在这种情况下为充气轮胎)。轮胎10基本上显示出围绕基本上与轴向方向X平行的轴线的旋转性。轮胎10在此旨在用于客运车辆。
轮胎10包括胎冠12，所述胎冠12包括胎冠增强件14，所述胎冠增强件14包括工作增强件15和环箍增强件17，所述工作增强件15包括根据本发明的增强元件的两个工作帘布层16、18，所述环箍增强件17包括环箍帘布层19。胎冠增强件14由胎面20覆盖。在该情况下，环箍增强件17(在该情况下为环箍帘布层19)在径向上介于工作增强件15和胎面20之间。
两个胎侧22在径向上向内延伸胎冠12。轮胎10进一步包括两个胎圈24，所述胎圈24在径向上位于胎侧22的内侧并且每个胎圈包括环状增强结构26(在该情况中为胎圈线28)和径向胎体增强件32，所述环状增强结构26由填充橡胶块30覆盖。胎冠增强件14在径向上介于胎体增强件32与胎面20之间。每个胎侧22将每个胎圈24连接至胎冠14。
胎体增强件32优选地包括径向织物增强元件的单个胎体帘布层34。胎体增强件32通过围绕胎圈线28卷边而锚固至每个胎圈24，从而在每个胎圈24中形成主线股38和卷边线股40，所述主线股38从胎圈24延伸通过胎侧22直至胎冠12中，所述卷边线股40的径向外端42在径向上位于环状增强结构26的外侧。胎体增强件32因此从胎圈24延伸通过胎侧22直至胎冠12中。在该实施方案中，胎体增强件32还沿轴向延伸通过胎冠12。
每个工作帘布层16、18、环箍帘布层19和胎体帘布层34包括聚合物基质，相应帘布层的增强元件嵌入所述聚合物基质。工作帘布层16和18、环箍帘布层19以及胎体帘布层34的每种聚合物基质(在此为弹性体基质)由用于压延增强元件的常规组合物制成，通常包含二烯弹性体如天然橡胶，增强填料如炭黑和/或二氧化硅，交联体系如优选包含硫、硬脂酸和氧化锌的硫化体系，以及可能的硫化促进剂和/或阻滞剂和/或各种添加剂。
环箍帘布层19包括环箍织物增强元件，所述环箍织物增强元件与轮胎10的周向方向Z形成至多等于10°，优选5°至10°的角度。在这种情况下，每个环箍织物增强元件由热收缩材料制成，在此由聚酰胺66制成。每个环箍织物增强元件包括两个由热收缩材料制成(在此由聚酰胺66制成)的多丝线股，两个多丝线股各自在一个方向上以250匝.m-1过捻，然后在相反方向上以250匝.m-1捻合在一起。两个多丝线股围绕彼此螺旋缠绕。每个多丝线股的支数等于140特克斯。每个环箍织物增强元件的热收缩TC约等于7％。
胎体帘布层34包括径向胎体织物增强元件，所述径向胎体织物增强元件与轮胎10的周向方向Z形成65°至90°的角度。在这种情况下，每个胎体织物增强元件包括两个由聚酯制成(在此由PET制成)的多丝线股，两个多丝线股各自在一个方向上以420匝.m-1过捻，然后在相反方向上以420匝.m-1捻合在一起。两个多丝胎体线股围绕彼此螺旋缠绕。每个多丝胎体线股的支数等于144特克斯。
图2中显示了根据本发明的工作帘布层16。工作帘布层16沿着主方向P延伸。在工作帘布层16引入轮胎10时，工作帘布层16的主方向P基本上平行于轮胎10的周向方向Z。工作帘布层16包括金属增强元件44。每个增强元件44包括(在此由以下组成)：嵌入如上所述的聚合物基质23中的金属单丝46。
工作帘布层16的金属单丝46基本上相互平行，并且与轮胎10的周向方向Z形成在10°至40°范围内，优选在20°至30°范围内，在此等于26°的角度A。每根金属单丝46在此由涂布有保护涂层的钢制成，所述保护涂层包含例如黄铜或锌。每根金属单丝46具有在0.10mm至0.50mm，优选0.20mm至0.40mm，更优选0.25mm至0.35mm范围内，在此等于0.30mm的直径。
根据本发明的工作帘布层18具有与工作帘布层16相同的特征，不同之处在于金属单丝46的取向形成在10°至40°范围内，优选在20°至30°范围内，在此等于26°的角度B，所述角度B与角度A相反。换言之，工作帘布层16和18的增强元件交叉。
由于每根金属单丝46与轮胎10的周向方向Z形成角度A或B，所以每个工作帘布层16、18被称为斜置帘布层。
如在图3中所示，每个工作斜置帘布层16、18包括第一组金属单丝46’和第二组金属单丝46”。每根金属单丝46’、46”具有与其旋转轴线重合的主轴线G。第一组的每根金属单丝46’具有围绕其主轴线在第一方向上(例如在图3中的顺时针方向上)的正的扭转弹性变形C。第二组的每根金属单丝46”具有围绕其主轴线在第二方向上(例如在图3中的逆时针方向上)的负的扭转弹性变形C。因此，第一方向与第二方向相反。
在每个工作斜置帘布层16、18中，金属单丝46’、46”彼此相邻布置，从而使第一组的一根或多根金属单丝46’与第二组的一根或多根金属单丝46”交替。
每个帘布层包括：m个系列的第一组Ni≥1根金属单丝46’，i为1至m；以及n个系列的第二组Mj≥1根金属单丝46”，j为1至n。每个系列Ni与至少一个系列Mj相邻，并且除了位于帘布层边缘的系列之外，每个系列Ni、Mj与两个分别为Mj、Ni的系列相邻。
在图3所示的实施方案中，帘布层包括m＝3个系列的第一组金属单丝46’和n＝3个系列的第二组金属单丝46”。对于每个系列的第一组Ni≥1根金属单丝46’，N1＝N2＝N3＝1。对于每个系列的第二组Mj≥1根金属单丝46”，M1＝M2＝M3＝1。因此，金属单丝46’、46”彼此相邻布置，从而使第一组的一根金属单丝46’与第二组的一根金属单丝46”交替。
每根金属单丝46’、46”的扭转弹性变形C的绝对值满足|C|≤6匝/十米金属单丝46’、46”。
帘布层的单丝的扭转弹性变形的平均值S满足-0.25匝/十米金属单丝≤S≤+0.25匝/十米金属单丝。
在图3所示的实施方案中(基于本发明公开内容清楚和简洁的目的，其示出的斜置帘布层包括减少了数目的金属单丝)，第一组的每根金属单丝46’具有的扭转弹性变形满足C<+6匝/十米金属单丝46’，优选C<+5匝/十米金属单丝46’，在这种情况下C＝+3.5匝/十米金属单丝46’。第二组的每根金属单丝46”具有的扭转弹性变形满足C>-6匝/十米金属单丝46”，优选C>-5匝/十米金属单丝46”(|C|<6匝/十米金属单丝46”，|C|<5匝/十米金属单丝46”)，在这种情况下C＝-3.1匝/十米金属单丝46”(|C|＝3.1匝/十米金属单丝46”)。因此，平均值S＝3x(+3.5-3.1)/6＝+0.20匝/十米金属单丝46’、46”。
图4、图5和图6分别显示了根据本发明的斜置帘布层的第二实施方案、第三实施方案和第四实施方案。与第一实施方案相似的元件以相同的附图标记表示。
参考图4，不同于第一实施方案，第二实施方案的斜置帘布层包括m＝2个系列的第一组金属单丝46’和n＝1个系列的第二组金属单丝46”。对于每个系列的第一组Ni≥1根金属单丝46’，N1＝N2＝2。对于每个系列的第二组Mj≥1根金属单丝46”，M1＝2。因此，金属单丝46’、46”彼此相邻布置，从而使第一组的两根金属单丝46’与第二组的两根金属单丝46”交替。
参考图5，不同于第一实施方案，第三实施方案的斜置帘布层包括m＝2个系列的第一组金属单丝46’和n＝2个系列的第二组金属单丝46”。对于每个系列的第一组Ni≥1根金属单丝46’，N1＝N2＝1。对于每个系列的第二组Mj≥1根金属单丝46”，M1＝M2＝2。因此，金属单丝46’、46”彼此相邻布置，从而使第一组的一根金属单丝46’与第二组的两根金属单丝46”交替。
参考图6，不同于第一实施方案，第三实施方案的斜置帘布层包括m＝3个系列的第一组金属单丝46’和n＝2个系列的第二组金属单丝46”。不同于每个系列的Ni＝N且Mj＝M的前述实施方案，在图6的实施方案中，在1和m之间存在至少两个值k和k’满足Nk≠Nk’和/或在1和n之间存在至少两个值I和I’满足MI≠MI’。在这种情况下，对于每个系列的第一组Ni≥1根金属单丝46’，N1＝N2＝N3＝1并且在1和n之间存在至少两个值I和I’满足MI≠MI’。在此，M1＝1且M2＝2。还可以设想一种变体形式，其中代替具有i为1至m的Ni＝N，在1和m之间将存在至少两个值k和k’满足Nk≠Nk’。
根据本发明的笔直帘布层、用于制造根据本发明的笔直帘布层和斜置帘布层的方法
现在将参考图7至图11描述用于制造根据本发明的笔直帘布层和斜置帘布层的方法。
参考图7，在步骤100期间，直径d在0.10mm和0.50mm之间的单丝46由直径D在0.75mm和2.5mm之间的金属单丝制成。为此，第一步骤100包括将金属单丝从直径D拉制至直径d的连续系列的步骤1001至100p。每个步骤1001至100p包括使单丝穿过直径为d’i的模具，i在1和p之间，d’i在d和D之间，每个模具的直径d’i在金属单丝的行进方向上递减。这样的步骤100对于本领域技术人员来说是公知的。
接下来，所述方法包括矫直直径为d的金属单丝46的第一步骤200和第二步骤300，从而减小金属单丝46表面上存在的残余应力。在这些步骤200和300期间，通过借助于图8中所示的第一矫直装置50和第二矫直装置50’施加基本上与金属单丝46的主轴线G垂直的力来减小每根金属单丝46的残余应力。第一矫直装置详细地示于图9中。
第一矫直装置50和第二矫直装置50’各自包括一连串第一系列的压制机元件52、52’，以及一连串第二系列的压制机元件54、54’。
第一矫直装置50和第二矫直装置50’各自的第一系列压制机元件52、52’在与第一矫直装置50和第二矫直装置50’各自的第二系列压制机元件54、54’分别相反的方向上将力施加到金属单丝46上。这些力由图9中的箭头表示。
第一矫直装置50的压制机元件52、54沿着基本上与第二矫直装置50’的压制机元件52’、54’施加力的方向D2垂直的方向D1施加力。
在这种情况下，每个压制机元件52、52’、54、54’包括围绕轴线R安装的可旋转的滑轮。第一矫直装置50的第一系列和第二系列的压制机元件52、54的轴线R分别沿着基本上与金属单丝46的行进方向F平行的第一方向F1和第二方向F2而与彼此基本上对齐。类似地，第二矫直装置50’的第一系列和第二系列的压制机元件52’、54’的轴线分别沿着基本上与金属单丝46的行进方向F平行的第一方向F1’和第二方向F2’而与彼此基本上对齐。
接下来，在随后的存储步骤(未示出)中，在矫直步骤200、300之后，将每根金属单丝46存储在存储滚筒上。每个存储滚筒包括关于金属单丝是属于第一组还是第二组的指示器、以及金属单丝的扭转弹性变形的值。在这种情况下，当金属单丝46’具有在第一方向(在此为顺时针方向)上的扭转弹性变形时，将绿色标签贴在存储滚筒上并且扭转弹性变形的值写在其上，图3中的第一实施方案为+3。类似地，当金属单丝46”具有在第二方向(在此为逆时针方向)上的扭转弹性变形时，将红色标签贴在存储滚筒上并且扭转弹性变形的值写在其上，图3中的第一实施方案为-2。
接下来，在步骤400中，彼此相邻布置金属单丝46’、46”，从而使第一组的一根或多根金属单丝46’与第二组的一根或多根金属单丝46”交替，并且满足关于扭转弹性变形的平均值S的要求，即金属单丝46的扭转弹性变形的平均值S满足-0.25匝/十米金属单丝≤S≤+0.25匝/十米金属单丝。
金属单丝46’、46”通过压延机56嵌入聚合物基质23中，如在图10所示。这种压延步骤以及合适的压延机特别描述于EP2047962中。然后获得根据本发明的笔直帘布层58，其中金属单丝46’、46”基本上相互平行并且与笔直帘布层58的主方向P’平行。
接下来，在图11所示的步骤500中，来自图2和图3的斜置帘布层16、18如前所述从笔直帘布层58制得。
为此，从笔直帘布层58切下数个条带Bi，使得每个条带Bi沿着主方向P延伸，并且每个条带Bi的金属单丝46与条带Bi的主方向形成在10°和40°之间，在此等于26°的角度A(或帘布层18的角度B)。由此获得的每个条带Bi具有两个纵向边缘Bli和两个端部Bei。
接下来，将先前获得的数个条带Bi的端部Bei两个两个地连接，从而获得斜置帘布层16、18，所述斜置帘布层中金属单丝46与斜置帘布层的主方向P形成在10°和40°之间的角度。
本发明并不限制于以上所述的实施方案。
可以组合上述各种实施方案，只要这些实施方案彼此兼容即可。

Claims (10)

1.笔直帘布层(58)，其沿着主方向(P’)延伸，并且包括：
-聚合物基质(23)，
-嵌入聚合物基质(23)中的金属单丝(46)，所述金属单丝(46)基本上相互平行并且与笔直帘布层(58)的主方向(P’)平行，每根金属单丝(46)具有主轴线(G)和围绕其主轴线(G)的扭转弹性变形，
所述笔直帘布层(58)包括第一组和第二组金属单丝(46)，第一组的每根金属单丝(46’)具有围绕其主轴线(G)在第一方向上的扭转弹性变形，第二组的每根金属单丝(46”)具有围绕其主轴线(G)在第二方向上的扭转弹性变形，第一方向与第二方向相反，并且扭转弹性变形在第一方向上是正的而在第二方向上是负的，金属单丝(46)使得：
ο每根金属单丝(46)的扭转弹性变形C的绝对值满足|C|≤6匝/十米金属单丝，以及
ο笔直帘布层(58)的金属单丝(46)的扭转弹性变形的平均值S满足-0.25匝/十米金属单丝≤S≤+0.25匝/十米金属单丝，
金属单丝(46)彼此相邻布置，从而使第一组的一根或多根金属单丝(46’)与第二组的一根或多根金属单丝(46”)交替。
2.斜置帘布层(16、18)，其沿着主方向(P)延伸，并且包括：
-聚合物基质(23)，
-嵌入聚合物基质(23)中的金属单丝(46)，所述金属单丝(46)基本上相互平行并且与斜置帘布层(16、18)的主方向(P)形成在10°和40°之间的角度(A)，每根金属单丝(46)具有主轴线(G)和围绕其主轴线(G)的扭转弹性变形，
所述斜置帘布层(16、18)包括第一组和第二组金属单丝(46)，第一组的每根金属单丝(46’)具有围绕其主轴线(G)在第一方向上的扭转弹性变形，第二组的每根金属单丝(46”)具有围绕其主轴线(G)在第二方向上的扭转弹性变形，第一方向与第二方向相反，并且扭转弹性变形在第一方向上是正的而在第二方向上是负的，金属单丝(46)为使得：
ο每根金属单丝(46)的扭转弹性变形C的绝对值满足|C|≤6匝/十米金属单丝，以及
ο斜置帘布层(16、18)的金属单丝(46)的扭转弹性变形的平均值S满足-0.25匝/十米金属单丝≤S≤+0.25匝/十米金属单丝，
金属单丝(46)彼此相邻布置，从而使第一组的一根或多根金属单丝(46’)与第二组的一根或多根金属单丝(46”)交替。
3.包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的笔直帘布层(58)或斜置帘布层(16、18)的轮胎(10)。
4.用于制造沿着主方向延伸的笔直帘布层(58)的方法，所述笔直帘布层(58)包括：
-聚合物基质(23)，
-嵌入聚合物基质(23)中的金属单丝(46)，所述金属单丝(46)基本上相互平行并且与笔直帘布层(58)的主方向(P’)平行，每根金属单丝(46)具有主轴线(G)和围绕其主轴线(G)的扭转弹性变形，
所述笔直帘布层(58)包括第一组和第二组金属单丝(46)，第一组的每根金属单丝(46’)具有围绕其主轴线(G)在第一方向上的扭转弹性变形，第二组的每根金属单丝(46”)具有围绕其主轴线(G)在第二方向上的扭转弹性变形，第一方向与第二方向相反，并且扭转弹性变形在第一方向上是正的而在第二方向上是负的，金属单丝(46)为使得：
ο每根金属单丝(46)的扭转弹性变形C的绝对值满足|C|≤6匝/十米金属单丝，以及
ο笔直帘布层(58)的金属单丝(46)的扭转弹性变形的平均值S满足-0.25匝/十米金属单丝≤S≤+0.25匝/十米金属单丝，
所述方法包括压延步骤(400)，在所述压延步骤(400)的过程中：
-彼此相邻布置金属单丝(46)，从而使第一组的一根或多根金属单丝(46’)与第二组的一根或多根金属单丝(46”)交替；
-将金属单丝(46)嵌入聚合物基质(23)中。
5.根据前一权利要求所述的方法，所述方法包括在压延步骤(400)之前的矫直步骤(200、300)，在所述矫直步骤(200、300)中通过施加基本上与金属单丝(46)的主轴线(G)垂直的力来减小每根金属单丝(46)的残余应力。
6.根据前一权利要求所述的方法，其中，通过矫直装置(50、50’)施加力，所述矫直装置(50、50’)包括：
-一连串第一系列的压制机元件(52、52’)
-一连串第二系列的压制机元件(54、54’)
第一系列的压制机元件(52、52’)在与第二系列的压制机元件(54、54’)相反的方向上将力施加到金属单丝(46)上。
7.根据前一权利要求所述的方法，其中，每个压制机元件(52、54、52’、54’)包括围绕轴线(R)安装的可旋转的滑轮，第一系列和第二系列各自的压制机元件(52、54、52’、54’)的轴线(R)分别沿着基本上与金属单丝(46)的行进方向(F)平行的第一和第二方向(F1、F2、F1’、F2’)而与彼此基本上对齐。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，通过第一和第二矫直装置(50、50’)施加力，第一和第二矫直装置(50、50’)每个包括：
-一连串第一系列的压制机元件(52、52’)
-一连串第二系列的压制机元件(54、54’)
第一和第二矫直装置(50、50’)各自的第一系列压制机元件(52、52’)在与第一和第二矫直装置(50、50’)各自的第二系列压制机元件(54、54’)分别相反的方向上将力施加到金属单丝上。
9.根据前一权利要求所述的方法，其中，第一矫直装置(50)的压制机元件(52、54)沿着基本上与第二矫直装置(50’)的压制机元件(52’、54’)施加力的方向(D2)垂直的方向(D1)施加力。
10.用于制造沿着主方向延伸的斜置帘布层(16、18)的方法，其特征在于：
-从根据权利要求1所述的笔直帘布层(58)切下数个条带(Bi)，使得每个条带(Bi)沿着主方向(P)延伸，并且使得每个条带(Bi)的金属单丝(46)与条带(Bi)的主方向(P)形成在10°和40°之间的角度(A)，
-将先前获得的至少两个条带(Bi)的两个端部(Bei)连接，从而获得斜置帘布层(16、18)，所述斜置帘布层(16、18)中金属单丝(46)与斜置帘布层(16、18)的主方向(P)形成在10°和40°之间的角度(A)。
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