CN110023101A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够良好保持耐久性和操纵稳定性且实现轻量化的充气轮胎。在具有架设在一对胎圈部(3)之间的胎体层(4)的充气轮胎中，胎体层(4)含有总纤度为940dtex～2400dtex、捻系数K在1600～2400的范围的多根复合帘线(20)作为胎体帘线，所述复合帘线(20)由纤度为420dtex～1200dtex的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱和纤度为520dtex～1200dtex的芳族聚酰胺纤维纱形成，2.0cN载荷时的中间伸长率在2.0％～4.5％的范围，由150℃下的干热收缩率和2.0cN载荷时的中间伸长率之和构成的尺寸稳定性指数在2.5％～6.0％的范围，并且100℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M1相对于25℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M0的比率在76％～94％的范围。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及胎体层中使用由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱和芳族聚酰胺纤维纱形成的复合帘线的充气轮胎，更具体地说，涉及能够保持耐久性和操纵稳定性良好、实现轻量化的充气轮胎。
背景技术
充气轮胎通常具有架设在一对胎圈部之间的胎体层。作为构成这样胎体层的胎体帘线，尤其是在高性能轮胎中优选使用人造丝帘线。
与此相对，近年来从减轻环境负担的观点要求充气轮胎的轻量化。作为该解决手段，提出了将人造丝帘线替换成比其强度更高的聚酯纤维帘线，以减薄胎体层、降低轮胎重量。但是在将聚酯纤维帘线用于胎体层的情况，有高速走行时的轮胎的发热造成帘线的初始弹性模量降低、操纵稳定性降低的问题。
另一方面，作为胎体帘线，提出了使用将聚酯纤维纱和芳族聚酰胺纤维纱彼此合股加捻而成的复合帘线(参照例如专利文献1和2)。这样的复合帘线中，芳族聚酰胺纤维纱非常有助于操纵稳定性的改善，通过相对于该芳族聚酰胺纤维纱组合聚酯纤维纱，能够确保良好的耐久性。
但是，为了将充气轮胎轻量化，在将聚酯纤维纱和芳族聚酰胺纤维纱的复合帘线细纤度化后，要良好地保持充气轮胎的操纵稳定性和耐久性是困难的。因此要求进一步改善胎体帘线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2009/63913号
专利文献2:日本特开2012-30737号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的是在将由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱和芳族聚酰胺纤维纱形成的复合帘线用于胎体层时，提供能够良好保持耐久性和操纵稳定性且实现轻量化的充气轮胎。
解决课题的手段
实现上述目的的本发明的充气轮胎，具有沿着轮胎圆周方向延伸存在而形成环状的胎面部、配置在该胎面部的两侧的一对胎侧部、和配置在这些胎侧部的轮胎径向内侧的一对胎圈部，还具有架设在所述一对胎圈部之间的胎体层，其特征在于，
所述胎体层含有总纤度为940dtex～2400dtex、下述(1)式所示的捻系数K在1600～2400的范围的多根复合帘线作为胎体帘线，所述复合帘线由纤度为420dtex～1200dtex的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱和纤度为520dtex～1200dtex的芳族聚酰胺纤维纱形成，
所述复合帘线，2.0cN载荷时的中间伸长率在2.0％～4.5％的范围，由150℃下的干热收缩率和2.0cN载荷时的中间伸长率之和构成的尺寸稳定性指数在2.5％～6.0％的范围，并且100℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M1相对于25℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M0的比率在76％～94％的范围，
其中，T:帘线的终捻数，单位：次/10cm
D:帘线的总纤度，单位：dtex。
发明效果
本发明人发现，在将聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱和芳族聚酰胺纤维纱构成的复合帘线细纤度化时，使2.0cN载荷时的中间伸长率、由150℃下的干热收缩率和2.0cN载荷时的中间伸长率之和构成的尺寸稳定性指数、以及100℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M1相对于25℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M0的比率合适化，能够保持耐久性和操纵稳定性良好，从而完成本发明。
即、本发明通过使胎体层含有总纤度为940dtex～2400dtex、捻系数K在1600～2400的范围的多根复合帘线作为胎体帘线，所述复合帘线由纤度为420dtex～1200dtex的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱和纤度为520dtex～1200dtex的芳族聚酰胺纤维纱形成，并且复合帘线的2.0cN载荷时的中间伸长率在2.0％～4.5％的范围，由150℃下的干热收缩率和2.0cN载荷时的中间伸长率之和构成的尺寸稳定性指数在2.5％～6.0％的范围，并且100℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M1相对于25℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M0的比率在76％～94％的范围，能够在保持耐久性和操纵稳定性良好的同时，实现充气轮胎的轻量化。
本发明的充气轮胎具有埋设在一对胎圈部中的胎圈芯、和配置在该胎圈芯的外周上的胎圈填胶，该胎圈填胶的高度优选为30mm以下。通过这样减低胎圈填胶的高度，能够抑制胎圈部的变形造成的发热，所以能够有效改善载荷耐久性。
此外，轮胎最大宽度位置处比胎体帘线靠外侧部分的橡胶厚度优选在1.0mm～2.5mm的范围。通过这样，能够在确保胎体层的耐损伤性的同时促进充气轮胎的轻量化。
本发明中2.0cN载荷时的中间伸长率，是依照JIS-L1017的「化学纤维轮胎帘线试验方法」，在抓头间隔250mm、拉伸速度300±20mm/分的条件下实施拉伸试验，在2.0cN/dtex载荷时测定的试样帘线的伸长率(％)。此外，150℃下的干热收缩率是依照JIS-L1017的「化学纤维轮胎帘线试验方法」，在试样长度500mm、加热条件150℃×30分的条件性加热时测定的试样帘线的干热收缩率(％)。尺寸稳定性指数是2.0cN载荷时的中间伸长率和150℃下的干热收缩率之和，该值越小，表示尺寸稳定性越高。
进而，本发明中初始弹性模量M0、M1是依照JIS-L1017的「化学纤维轮胎帘线试验方法」，在抓头间隔250mm、拉伸速度300±20mm/分的条件下实施拉伸试验，在0N～44N的载荷范围内的初始弹性模量(cN/dtex)。初始弹性模量M1相对于初始弹性模量M0的比率越大，表示发热造成的弹性模量的降低越少。
附图说明
图1是本发明的实施方式的充气轮胎的子午线截面图。
图2是本发明的充气轮胎的胎体层中使用的复合帘线的截面图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的技术方案进行具体说明。图1示出了本发明的实施方案的充气轮胎，图2示出了该胎体层中使用的复合帘线。
如图1所示，本实施方式的充气轮胎具有沿着轮胎圆周方向延伸存在而形成环状的胎面部1、配置在胎面部1的两侧的一对胎侧部2、和配置在胎侧部2的轮胎径向内侧的一对胎圈部3。
在一对胎圈部3，3间架设着含有沿着轮胎径向延伸的多根胎体帘线的胎体层4。各胎圈部3中埋设有环状的胎圈芯5，在该胎圈芯5的外周上配置有截面为三角形状的由橡胶组合物构成的胎圈填胶6。
另一方面，在胎面部1中，在胎体层4的外周侧遍及轮胎整圈埋设着多层带束层7。这些带束层7中含有相对于轮胎圆周方向为倾斜的多根增强帘线，并且增强帘线在层间彼此交叉配置。带束层7中增强帘线相对于轮胎圆周方向的倾斜角度设定在例如10°～40°的范围。作为带束层7的增强帘线优选使用例如不锈钢帘线。
在带束层7的外周侧，出于提高高速耐久性的目的，配置着增强帘线相对于轮胎圆周方向以5°以下的角度排列着的至少1层带束增强层8。带束增强层8优选具有以下的无接头结构：将至少1根增强帘线拉齐并被覆橡胶而成的细长带材沿着轮胎圆周方向连续卷绕。作为带束增强层8的增强帘线优选使用尼龙、芳族聚酰胺等的有机纤维帘线。
作为上述充气轮胎中构成胎体层4的胎体帘线，使用图2所示的复合帘线20。复合帘线20具有由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱构成的至少1根初捻丝21和由芳族聚酰胺纤维纱构成的至少1根初捻丝22彼此合股加捻而成的构造。尤其是，复合帘线20具有3根捻转构造、由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱构成1根初捻丝21、由芳族聚酰胺纤维纱构成2根初捻丝22，这样的较好。初捻丝21,22被赋予了同一方向的捻转，复合帘线20被赋予了与初捻丝21,22反方向的捻转。
构成复合帘线20的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱的纤度被设定在420dtex～1200dtex的范围，构成复合帘线20的芳族聚酰胺纤维纱的纤度被设定在520dtex～1200dtex的范围，复合帘线20的总纤度被设定在940dtex～2400dtex的范围。通过选择这样的纤度，能够使复合帘线20细纤度化，使轮胎轻量化，同时保持轮胎的耐久性和操纵稳定性良好。这里，在聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱的纤度低于420dtex时耐疲劳性降低，耐久性不充分，反之、在大于1200dtex时操纵稳定性不充分。此外，在芳族聚酰胺纤维纱的纤度低于520dtex时操纵稳定性不充分，反之、在大于1200dtex时耐疲劳性降低，耐久性不充分。复合帘线20中芳族聚酰胺纤维纱的纤度优选大于聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱的纤度。例如芳族聚酰胺纤维纱的纤度是聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱的纤度的1.3倍～2.0倍较好。
复合帘线20中下述(1)式所示的捻系数K设定在1600～2400的范围。
其中，T:帘线的终捻数(次/10cm)
D:帘线的总纤度(dtex)
通过选择这样的捻系数K，能够充分确保耐疲劳性和操纵稳定性。这里，在捻系数K低于1600时耐疲劳性降低，载荷耐久性恶化，反之在高于2400时刚性降低，操纵稳定性不充分。再者，复合帘线20的终捻数是53次/10cm～63次/10cm较好。
复合帘线20，2.0cN载荷时的中间伸长率设定在2.0％～4.5％的范围，由150℃的干热收缩率和2.0cN载荷时的中间伸长率之和构成的尺寸稳定性指数设定在2.5％～6.0％的范围。通过将这些中间伸长率和尺寸稳定性指数设定在上述范围，能够充分确保操纵稳定性。这里，在中间伸长率或尺寸稳定性指数大于上限值时操纵稳定性不充分。
此外，复合帘线20，100℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M1相对于25℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M0的比率(M1/M0×100％)设定在76％～94％的范围。通过满足该比率，能够良好地保持高速走行时的操纵稳定性。这里，在100℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M1相对于25℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M0的比率小于76％时，与聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维帘线同样地、高速走行时的发热会造成操纵稳定性恶化。此外，在由芳族聚酰胺纤维纱和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱构成的复合帘线20的情况，使上述比率大于94％是困难的。
上述充气轮胎，作为胎体层4的胎体帘线使用由具有特定纤度的的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱和具有特定纤度的的芳族聚酰胺纤维纱构成的、具有特定捻系数K的复合帘线20，通过将该复合帘线20的2.0cN载荷时的中间伸长率、由150℃下的干热收缩率和2.0cN载荷时的中间伸长率之和构成的尺寸稳定性指数、以及100℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M1相对于25℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M0的比率规定在特定的范围，能够保持良好的耐久性和操纵稳定性，实现充气轮胎的轻量化。
上述充气轮胎中如图1所示，胎圈填胶6的高度BH为30mm以下较好。胎圈填胶6的高度BH是沿着轮胎径向测定的高度。通过这样降低胎圈填胶6的高度BH，能够抑制胎圈部3的变形造成的发热，所以能够有效改善载荷耐久性。这里，在胎圈填胶6的高度BH大于30mm时发热抑制效果降低。胎圈填胶6的高度BH优选为5mm以上。
此外，轮胎最大宽度位置Pmax处、胎体层4的比胎体帘线靠外侧部分的橡胶厚度G设定在1.0mm～2.5mm的范围较好。通过这样，能够确保胎体层4的耐损伤性，同时促进充气轮胎的轻量化。这里在橡胶厚度G低于1.0mm时，有轮胎侧面的摩擦造成胎体层4的胎体帘线露出的风险，反之，在大于2.5mm时轮胎质量的减少效果降低。
上述实施方式中，对在一对胎圈部3,3间架设1层胎体层4的实施方式予以说明，但本发明可以适用于具有至少1层胎体层的充气轮胎。因此，能够与要求的轮胎刚性相应地、在一对胎圈部之间架设多层胎体层，作为各胎体层的胎体帘线使用规定的复合帘线。
实施例
制作以往例、比较例1～6和实施例1～8的轮胎，这些轮胎的尺寸为255/45R18、是具有架设在一对胎圈部之间的1层胎体层的充气轮胎，其中，构成胎体层的胎体帘线的特性、胎圈填胶高度BH、轮胎最大宽度位置处比胎体帘线靠外侧部分的橡胶厚度G如表1和表2那样设定。
以往例中作为胎体帘线，使用将由人造丝纤维纱形成的3根初捻丝合股加捻而成的人造丝帘线。比较例1和2中作为胎体帘线，使用由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱形成的2根初捻丝合股加捻而成的PET帘线。比较例3中作为胎体帘线使用对1根聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱赋予终捻而成的PET帘线。另一方面，比较例4～6和实施例1～8中，作为胎体帘线使用由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱构成的1根初捻丝和由芳族聚酰胺纤维纱构成的2根初捻丝合股加捻而成的复合帘线(PET+芳族聚酰胺)。
针对这些试验轮胎，通过下述评价方法评价轮胎质量、滚动阻力、操纵稳定性、载荷耐久性，将该结果一并示于表1和表2中。
轮胎质量:
计测各试验轮胎的质量。评价结果是以以往例作为指数100表示的指数。该指数值越小，表示重量越轻。
滚动阻力:
将各试验轮胎安装在轮辋尺寸为20×9J的轮子上，然后固定在滚动阻力测定装置，测定以空气压为220kPa、载荷为5.0kN、速度为80km/h走行时滚动阻力。评价结果是以以往例作为指数100时表示的指数。该指数值越小，表示滚动阻力越小。
操纵稳定性:
将各试验轮胎安装在轮辋尺寸为20×9J的轮子上，然后装在试验车辆上，将空气压设定在220kPa，在测试跑道上由测试司机感官评价高速走行时的操纵稳定性。评价结果是通过以以往例作为基准值(3.0)的5点法进行评价的。该评价值越大，表明操纵稳定性越优异。
载荷耐久性:
各试验轮胎安装在轮辋尺寸为20×9J的轮子上，将空气压设定为220kPa，依照JIS-D4230的耐久性能试验，使用具有表面平滑、钢制的直径1707mm的转鼓的转鼓试验机，将周围温度控制在38±3℃，使走行速度为81km/h，使承受的载荷从JATMA规定的最大载荷的85％每4个小时就增大最大载荷的15％、测定到轮胎破坏时的走行距离。将最终载荷设为最大载荷的280％，保持该载荷条件继续走行直至发生故障。评价结果是以以往例作为指数100时表示的指数。该指数值越大，表示载荷耐久性越优异。
如从表1和表2所能够判断的，实施例1～8的轮胎，与作为基准的以往例相比能够实现轻量化，并且载荷耐久性和操纵稳定性都可以保持良好。此外，滚动阻力也良好。
另一方面，比较例1～3的轮胎尽管意图使用PET帘线来代替人造丝帘线作为胎体帘线，以实现轻量化，但发热的影响使得操纵稳定性和载荷耐久性降低。此外，比较例4的轮胎，尽管作为胎体帘线使用了复合帘线，但中间伸长率和尺寸稳定性指数大，初始弹性模量M0、M1的比率过小，所以与比较例1～3同样地、操纵稳定性和载荷耐久性降低。比较例5的轮胎，尽管作为胎体帘线使用了复合帘线，但由于捻系数K过小，所以载荷耐久性降低。比较例6的轮胎尽管作为胎体帘线使用了复合帘线，但由于捻系数K过大，所以操纵稳定性降低。
符号说明
1 胎面部
2 胎侧部
3 胎圈部
4 胎体层
5 胎圈芯
6 胎圈填胶
7 带束层
8 带束增强层
20 复合帘线
21 聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱的初捻丝
22 芳族聚酰胺纤维纱的初捻丝

Claims (3)

1.一种充气轮胎，具有沿着轮胎圆周方向延伸存在而形成环状的胎面部、配置在该胎面部的两侧的一对胎侧部、和配置在这些胎侧部的轮胎径向内侧的一对胎圈部，还具有架设在所述一对胎圈部之间的胎体层，其特征在于，
所述胎体层含有总纤度为940dtex～2400dtex、下述(1)式所示的捻系数K在1600～2400的范围的多根复合帘线作为胎体帘线，所述复合帘线由纤度为420dtex～1200dtex的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维纱和纤度为520dtex～1200dtex的芳族聚酰胺纤维纱形成，
所述复合帘线，2.0cN载荷时的中间伸长率在2.0％～4.5％的范围，由150℃下的干热收缩率和2.0cN载荷时的中间伸长率之和构成的尺寸稳定性指数在2.5％～6.0％的范围，并且100℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M1相对于25℃下的0N～44N的载荷范围内初始弹性模量M0的比率在76％～94％的范围，
其中，T:帘线的终捻数，单位：次/10cm
D:帘线的总纤度，单位：dtex。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，具有埋设在所述一对胎圈部中的胎圈芯、和配置在该胎圈芯的外周上的胎圈填胶，该胎圈填胶的高度为30mm以下。
3.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，在轮胎最大宽度位置处，比所述胎体帘线靠外侧部分的橡胶厚度在1.0mm～2.5mm的范围。
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