CN110049882B - 包括包含增强元件的胎面的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轮胎(1)，其中，所述胎面花纹块(51)中的至少一个包括周向增强元件(52)，所述周向增强元件(52)设置成在从外侧朝向内侧在轴向上相对于所述至少一个沟槽(71)位于内侧，且轴向靠近所述周向沟槽，周向增强元件(52)由橡胶配混物制成，所述橡胶配混物的动态剪切模量G*至少是胎面的块的其余部分的橡胶配混物的动态剪切模量G*的两倍，周向增强元件(52)从所述胎冠增强件(6)的径向外表面朝向所述胎面的表面径向延伸，随着径向靠近外侧其轴向宽度逐渐减小，所述周向增强元件(52)部分地形成所述胎面花纹块(51)的所述至少一个的轴向内侧面(7i)。

Description

包括包含增强元件的胎面的轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎，更具体地涉及抓地性能得到改善的轮胎。
通常，轮胎是具有几何形状的物体，该几何形状表现出围绕旋转轴线的旋转对称性。轮胎包括两个旨在安装在轮辋上的胎圈；轮胎还包括两个胎侧和胎冠，所述胎侧连接到胎圈，所述胎冠包括旨在与地面接触的胎面，胎冠具有第一侧和第二侧，所述第一侧连接到两个胎侧中的一个的径向外端，所述第二侧连接到两个胎侧中的另一个的径向外端。
通常通过在子午平面内表示轮胎的构成部件来描述轮胎的构造，所述子午平面即包含轮胎的旋转轴线的平面。径向方向、轴向方向和周向方向分别表示垂直于轮胎旋转轴线、平行于轮胎旋转轴线以及垂直于任意子午平面的方向。在下文中，表述“径向地”，“轴向地”和“周向地”分别表示轮胎的“沿径向方向”，“沿轴向方向”和“沿周向方向”。表述“在径向上位于内侧”或“在径向上位于外侧”分别意指沿径向方向“更接近轮胎的旋转轴线”或“更远离轮胎的旋转轴线”。赤道平面是垂直于轮胎的旋转轴线的平面，轴向地定位成与胎面的表面基本上在胎圈之间的中间处相交。表述“在轴向上位于内侧”或“在轴向上位于外侧”分别意指沿轴向方向“更接近轮胎的赤道平面”或“更远离轮胎的赤道平面”。
背景技术
众所周知，轮胎的胎面设置有胎面花纹，该胎面花纹尤其包括由各种纵向的或周向的、轴向的或倾斜的主要沟槽界定的胎面花纹块，基本花纹块也可以具有各种更细的狭缝或刀槽花纹。沟槽形成通道，旨在用于在潮湿的地面上行驶时排出水；这些沟槽的壁也限定了胎面花纹块的边缘；取决于正在行驶的轮胎所经受的力的方向，当力朝向块的中心时，称为胎面花纹块的前缘，胎面花纹块的后缘则是相反的边缘。
为了改善轮胎的抓地力，尤其是在干燥和潮湿的地面上的抓地力，众所周知的是降低形成胎面的橡胶配混物的刚度或硬度。胎面刚度的这种降低允许胎面更好地匹配胎面行驶于其上的地面的粗糙表面，因此增加了与行驶于其上的地面的实际接触面积并且相对于橡胶配混物更硬的胎面改善了抓地性能。
然而，当轮胎需要抵抗轴向力时，使用刚度较小的橡胶胎面配混物会促进胎面块的剪切，这会导致胎面块扭转；而这会在胎面块的前缘产生急剧升高的压力：这些急剧升高的压力反过来产生非常显著的加热。
这些升高的压力和这种加热可能导致对轮胎的胎面非常快速的损坏以及对胎面配混物的抓地力潜能的非最佳利用。
文献EP0869016A2公开了一种轮胎，该轮胎具有包括两种叠加的橡胶配混物的胎面，其中内部和外部配混物具有不同的特性，以便在胎面已经部分磨损并且该内部配混物已经显露在表面后保持轮胎的良好的抓地性。然而，与胎面中仅使用低刚度配混物而所有其它因素相同的轮胎相比，观察到这种轮胎的滚动阻力显著增加。
为了通过稳定胎面块来改善轮胎的抓地性能，文献EP 2 708 382A1提出了一种轮胎，其胎面包括由橡胶配混物制成的周向增强件，该橡胶配混物的刚度高于胎面其余部分的配混物的刚度。
该轮胎使得周向增强件具有增强元件，该增强元件设置在每个周向沟槽下方并且从胎面的径向内表面径向延伸，直到其形成沟槽的整个底部。
由此产生的周向沟槽的加强能够增加轮胎的转弯刚度，但是在沟槽底部中存在刚性配混物使得难以模制磨损指示物。还观察到滚动阻力的显著增加，其特别地与胎面在轴向方向和纵向方向上的横向和纵向变平受到限制有关。还观察到横向使用中由于在块的前缘拐角处存在刚性材料而导致的横向抓地力的损失。
文献JP2014/11392A和US2015/107735也提出了具有包含两种不同橡胶配混物的胎面的轮胎。
这些教导中没有一个能够使胎面使用高抓地力的橡胶配混物而不会在轮胎重载时导致快速磨损。
发明内容
本发明的一个主题是一种轮胎，其具有外侧和内侧，所述轮胎包括胎冠增强件和在径向上位于外侧的胎面，胎面包括多个胎面花纹块以及接触面，两个胎面花纹块由至少部分地周向延伸的至少一个凹槽分开，所述接触面用于在轮胎被驱动时与道路接触，每个周向凹槽各自由轴向内侧面、轴向外侧面和沟槽底部界定，胎面具有用于在轮胎被驱动时与道路接触的接触面以及在径向上位于沟槽底部外侧的磨损极限水平；
其特征在于，所述胎面花纹块中的至少一个包括周向增强元件，所述周向增强元件设置成从外侧朝向内侧而言在轴向上相对于所述至少一个沟槽位于内侧，且在轴向上靠近所述周向沟槽，
周向增强元件由橡胶配混物制成，所述橡胶配混物的动态剪切模量G*至少是胎面的块的其余部分的橡胶配混物的动态剪切模量G*的两倍，
周向增强元件从所述胎冠增强件的径向外表面朝向所述胎面的表面径向延伸，随着径向靠近外侧周向增强元件的轴向宽度逐渐减小，所述轴向宽度的最大值小于所述块的轴向宽度的40％，所述周向增强元件至多在高度“h”上径向延伸，所述高度“h”对应于胎面厚度“p”的75％，
所述周向增强元件部分地形成所述胎面花纹块的所述至少一个的轴向内侧面。
如此设置的周向增强元件能够补偿由胎面其余部分所使用的橡胶配混物导致的对剪切强度的较低贡献并因此补偿轮胎的转弯刚度；即使在为胎面选择高抓地力柔软类型的配混物时，也能够保持良好的轮胎转向能力。与专利EP 2 708 382 A1不同，在横向使用中使增强件离开块的前缘移动使得能够不损害横向抓地力，而同时在轴向剪切方面受益于增强件，使得可以改善轮胎的转弯刚度并因此改善车辆的抓地力。对于单个胎面花纹肋的增强元件的存在已经能够获得车辆轮胎的抓地力和轴向抓地性能的显著改进。
周向增强元件可以直接铺设在轮胎的胎冠增强件上，或铺设在层上，或者铺设在制造胎面的主要材料的1mm至2mm的厚度上。
还应注意的是，本发明通过使用相对小体积(占胎面中橡胶总体积的5％至10％)的高刚度橡胶确保了优异的刚化，与前述文献EP 2 708 382 A1中公开的轮胎相比，这导致了轮胎的抓地力、磨损、滚动阻力方面显著的优势。
优选地，周向增强件包括分别位于相邻胎面块中的两个增强元件，并且优选地包括位于所有块中的增强元件。这增强了轮胎的轴向抓地力和转弯刚度方面的有利效果，而不会导致横向抓地力的损失。
根据一个有利的实施方案，周向增强元件设置成相对于轮胎的赤道面EP不对称。
根据一个特定示例性实施方案，胎面具有赤道平面穿过的周向沟槽，周向增强元件布置成轴向抵靠赤道平面EP所穿过的周向沟槽的内表面。在横向使用时，该元件不与块的前缘角相接触。周向增强元件从胎冠增强件的径向外表面朝向胎面的表面径向延伸，随着径向靠近外侧其轴向宽度逐渐减小，所述周向增强元件至多在对应于胎面厚度的75％的高度上径向延伸。最靠近轮胎外侧的增强元件的部分因此不会与轮胎的外表面(与路面接触的表面)接触。
周向增强元件的形状具有朝向外侧径向逐渐变细的横截面。这增强了其作为一个支承点的有效性。该周向增强元件的壁可以是凹的、凸的或者是梯形的形式。
优选地，所述周向增强元件的两个侧壁形成的角度α在35度至45度之间。低于35度时，支承点的有效性降低，而超过45度，周向增强元件的体积变得太大。
有利地，制造周向增强件的橡胶配混物具有动态剪切模量G*，在60℃下以10Hz和0.7MPa的交变剪切应力测量的动态剪切模量G*为主要与地面接触的胎面的橡胶材料刚度的两倍。
非常有利地，胎面的橡胶配混物具有动态剪切模量G*，在60℃下以10Hz和0.7MPa的交变剪切应力测量的动态剪切模量G*小于或等于1.3MPa，优选地小于1.1MPa。周向增强件的存在能够充分利用这种非常低刚度的胎面配混物的抓地能力。这在用于乘用车辆的轮胎的情况下特别有用。
根据另一个有利的实施方案，胎面包括轴向设置成一个在另一个之上的两个不同配混物。设置成径向在内侧的配混物通常称为“下层”。该下层可以具有比与路面接触的配混物更有利的滞后性，从而改善轮胎的整体滚动阻力性能。可替选地，下层也可以比胎面的橡胶配混物刚度更大，以使其刚化。增强元件则可以抵靠在该下层的外表面上，同时在轮胎作用方面保持直接或几乎直接支承在轮胎的胎冠增强件上的优点。
本发明更特别地涉及旨在装配客运车辆类型或SUV(“运动型多用途车”)类型的机动车辆、两轮车辆(特别是摩托车)、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、拖拉机、拖车)或越野车辆)的工业车辆、如重型农业车辆或工地车辆，和其它运输或搬运车辆的轮胎。
附图说明
现在将借助于附图描述本发明的主题，所述附图中：
-图1非常示意性地(未按照具体的比例)显示了根据本发明的一个实施方案的轮胎的子午截面；
-图2至图8在子午截面中显示了根据本发明的不同实施方案的轮胎；
-图9在子午截面中显示了根据本发明的周向增强元件的实施方案的替选形式。
具体实施方式
图1示出了包括胎冠2的轮胎1，两个胎侧3均连接到胎圈4。胎冠2在每侧连接到两个胎侧中的每一个的径向外端。胎冠2包括胎面5。图1示出了赤道平面EP，该平面垂直于轮胎的旋转轴线，位于两个(安装在轮辋上的)胎圈4之间的中间并穿过带束增强件的中间；图1还通过位于胎面5上方的箭头表示了赤道平面EP上的轴向方向X、周向方向C和径向方向Z。
每个胎圈具有胎圈金属丝40。胎体帘布层41缠绕在每个胎圈金属丝40周围。胎体帘布层41是径向的并且以本身已知的方式由帘线(在该实施中，纺织线)制成；这些帘线基本上彼此平行地布置并且从一个胎圈延伸到另一个胎圈，使得它们与赤道平面EP形成80°至90°之间的角度。
胎面5包括多个胎面花纹块51。两个轴向相邻的胎面花纹块51由至少部分地周向延伸的沟槽71、72、73、74分开；沟槽71、72、73、74中的每一个通过沟槽底部径向朝向内侧界定，并且通过沟槽侧壁界定。
胎冠2包括胎冠增强件6，胎冠增强件6包括两个胎冠帘布层62、63；胎冠2还包括胎体帘布层41。以非常惯用的方式，带束帘布层62、63由彼此平行布置的金属帘线形成。以众所周知的方式，胎体帘布层41的帘线和带束帘布层62、63的帘线形成的增强元件沿至少三个不同的方向取向，从而形成三角形。
胎冠增强件6还可包括由有机或芳族聚酰胺纤维形成的环箍增强件(其与周向方向形成至多等于5°的角度)制成的环箍帘布层。胎冠增强件6还可包括其它增强件，其以更接近90°的角度定向；胎冠增强件的构成不构成本发明的一部分，并且在本文件中，当提到带束增强件的径向外表面时，这意味着丝线或帘线的径向最外层的径向最外水平处，其中，如果存在为增强丝线或帘线挂胶的挂胶配混物的薄层的话，那么丝线或帘线的径向最外层也包括这样的层。
胎面花纹块51中的一个还包括周向增强元件52。该周向增强元件52由刚度至少为胎面块的其余部分的橡胶配混物的刚度的两倍的橡胶配混物制成；读者可以参考下文中的具体段落，以获得关于橡胶配混物组成的详细信息。
周向增强元件52从所述胎冠增强件6的径向外表面朝向所述胎面的表面至多在高度“h”上径向延伸，随着径向越靠近外侧其轴向宽度逐渐减小，所述高度“h”对应于胎面厚度“p”的75％。胎面的厚度“p”在胎冠增强件6的径向外端和胎面5的与地面接触的表面之间径向测量。
周向增强元件52的轴向宽度在与胎冠增强件6的接合处具有最大值520，所述最大值520小于所述块的轴向宽度510的30％，所述轴向宽度510在沟槽的侧壁与沟槽底部相遇处测量。具体可以参考图1。
周向增强元件52抵抗由设置有这种周向增强元件52的块51形成的肋的扭转和剪切。优选地，所有块51具有周向增强元件52，如图3至图7所示。
图2、图6、图7和图8显示了本发明的示例性实施方案，其中胎面2包括下层8。该下层8插置在胎冠增强件6与所述块51之间，而在图4和图5所示的示例中不插置在胎冠增强件6与周向增强元件52之间，并且在图6中在下层的部分轴向宽度的情况下同样不插置；而在图8所示的示例中，下层85插置在胎冠增强件6与所述块51之间，并且还插置在胎冠增强件6与所述块51的每个周向增强元件52.5之间。在低滞后下层的情况下，显然要使用较少的增强材料，因为所述增强材料更容易产生滞后现象。在刚性下层的情况下，只要下层的厚度不太大，增强件就同样有效。
所示的周向增强元件的形状是三角形，但是这种形状可以变化，并且侧壁可以是凹的、凸的或者是阶梯形的，特别是在不脱离本发明的范围的情况下。读者可以参考图9，其中，作为参考，在子午截面中观察的周向增强元件528a具有在所有先前图示中使用的三角形的形状，因此在子午截面中观察侧壁是直线。在由周向增强元件528b(其子午截面是梯形的)形成的替选形式中，在子午截面中观察的侧壁也是直线；该周向增强元件528b的径向外部边界也是直线，并且例如与胎面的表面齐平。在由周向增强元件528c(在子午截面中观察的侧壁是直线线段)形成的替选形式中，这些线段中的每一个与径向方向形成的角度α'从一个线段到下一个线段变化(在图中沿径向越靠近外侧，该角度逐渐减小)。在由周向增强元件528d形成的替选形式中，在子午截面中观察的侧壁是弯曲的并且是凸的；它们也可能是凹的。在由周向增强元件528e形成的替选形式中，在子午截面中观察的侧壁形成阶梯形。子午截面形状的这些变化可以与上文描述的所有替选形式一起使用。增强件的形状优选地而非限制性地是对称的，以便限制变平时不希望的推力，但是增强件的形状也可以是不对称的，以便抵抗所述不希望的力。
胎面花纹元件可以包括一个或更多个增强元件，例如根据胎面花纹元件的轴向宽度，特别是在大尺寸轮胎上。图4和图7示出了增强元件52的类型可以与位于胎面花纹元件51的后缘上的增强元件55相关。这些元件55在专利FR3035616-A1中描述。
根据轮胎设计者的目的，该下层的配混物可以具有低滞后性并因此改善轮胎的滚动阻力，或者比形成胎面的其它配混物刚度更高，在这种情况下，下层对轮胎的胎冠具有刚化作用。所有上述增强件的具体特征都与该下层的使用相容。当存在基部时，该下层位于增强元件的基部上方，使得增强件直接且主要地承载在胎冠增强件上。也就是说，在胎冠结构的径向最外帘布层的表层上。
周向增强元件需要起到支承点的作用，用于抵抗包含它们的胎面花纹元件的剪切和扭转。为此目的，制造这些周向增强元件的配混物优选地比胎面的配混物实质性地刚度更高。优选地，在60℃下以10Hz和0.7MPa的交变剪切应力测量的动态剪切模量G*大于5MPa；有利的是，该动态剪切模量G*非常高，例如大于10MPa，或大于20MPa，并且非常优选大于30MPa。
这些配混物特别描述于申请人公司的申请WO2011/045342A1中。
下文的表1给出了这种配方的一个示例。
表1
组分 C.1(以phr表示)
NR(1) 100
炭黑(2) 70
苯酚-甲醛树脂(3) 12
ZnO(4) 3
硬脂酸(5) 2
6-PPD(6) 2.5
HMT(7) 4
硫 3
CBS(8) 2
(1)天然橡胶；
(2)炭黑N326(根据标准ASTM D-1765命名)；
(3)苯酚-甲醛清漆树脂(来自Perstorp的“Peracit 4536K”)；
(4)氧化锌(工业级-Umicore)；
(5)硬脂(来自Uniqema的“Pristerene 4931”)；
(6)N-(1,3-二甲基丁基)-N-苯基对苯二胺(来自Flexsys的“Santoflex 6-PPD”)；
(7)六亚甲基四胺(来自Degussa)；
(8)N-环己基苯并噻唑次磺酰胺(来自Flexsys的Santocure CBS)。
该配方能够获得具有高刚度的配混物。在60摄氏度下以10Hz和0.7MPa的交变剪切应力测量的动态剪切模量G*为30.3MPa。
这种用于周向增强件的刚度很高的材料优选用于低刚度的胎面，其动态剪切模量G*值小于1.3MPa，优选小于或等于1.1MPa，更优选小于或等于0.9MPa。
下文的表2给出了合适配方的一个示例：
表2
组成 B1(以phr表示)
SBR(a) 100
二氧化硅(b)： 110
偶联剂(c) 9
液体增塑剂(d) 20
树脂增塑剂(e) 50
炭黑 5
氧化锌 3
硬脂酸 2
抗氧化剂(f) 2
促进剂(g) 2
DPG 2
硫 1
配方按重量给出。
(a)SBR含27％苯乙烯，1,2-丁二烯：5％，顺式-1,4-丁二烯：15％，反式-1,4-丁二烯：80％；Tg＝-48℃
(b)来自Solvay的“Zeosil1165MP”二氧化硅，BET比表面积为160m2/g
(c)来自Evonik的“SI69”TESPT硅烷
(d)来自Shell的“Flexon 630”TDAE油
(e)来自Exxon的“Escorez 2173”树脂
(f)来自Solutia的“Santoflex 6PPD”抗氧化剂
(g)来自Solutia的“Santocure CBS”促进剂
phr：每100份弹性体的重量份数。
硫化后的动态剪切模量G*为0.9MPa。
作为本领域技术人员的轮胎设计者应该能够对于不对称或对称的轮胎调整周向增强元件的数量和位置，以便获得对胎面花纹的肋和块的扭转和剪切的最佳阻力。
材料的表征
橡胶配混物的特征如下。
本领域技术人员公知各动态力学属性。使用取自轮胎的试样在粘度分析仪(Metravib VA4000)上测量这些属性。使用的试样在标准ASTM D 5992-96(使用2006年9月公布但最初在1996年批准的版本)中图X2.1(圆形试样)中描述。试样的直径“d”为10mm(因此圆形截面为78.5mm2)，每部分配混物的厚度“L”为2mm，得出“d/L”比率为5(与ASTM标准的段落X2.4中提及的标准ISO 2856不同，所述标准建议d/L值为2)。
记录硫化组合物的试样在10Hz频率下经受简单的交变正弦剪切应力的响应。施加的最大剪切应力为0.7MPa。
在每分钟1.5℃的温度变化下进行测量，从低于配混物或橡胶的玻璃化转变温度(Tg)的最低温度到大于100℃的最高温度。在表征开始之前，将试样调节为最低温度20分钟，以确保试样中温度的良好均匀性。
使用的结果特别地是在60℃的温度下动态剪切模量G*的值。

Claims (7)

1.轮胎(1)，其具有外侧(E)和内侧(I)，所述轮胎包括胎冠增强件(6)和在径向上位于外侧的胎面(5)，所述胎面包括多个胎面花纹块(51)，两个胎面花纹块由至少部分地周向延伸的至少一个周向沟槽(71、72、73、74)分开，每个周向沟槽(71、72、73、74)各自由轴向内侧面(7i)、轴向外侧面(7e)和沟槽底部(7b)界定，胎面具有用于在轮胎被驱动时与道路接触的接触面以及在径向上位于所述沟槽底部外侧的磨损极限水平；
其特征在于，所述胎面花纹块(51)中的至少一个包括周向增强元件(52)，所述周向增强元件(52)设置成从外侧朝向内侧而言在轴向上相对于所述周向沟槽(71、72、73、74)中的至少一个位于内侧，且在轴向上靠近所述周向沟槽，
周向增强元件(52)由橡胶配混物制成，所述橡胶配混物的动态剪切模量G*至少是胎面的胎面花纹块的其余部分的橡胶配混物的动态剪切模量G*的两倍，
周向增强元件(52)从所述胎冠增强件(6)的径向外表面朝向所述胎面的表面径向延伸，随着径向靠近外侧周向增强元件(52)的轴向宽度逐渐减小，所述轴向宽度的最大值(520)小于所述胎面花纹块的轴向宽度(510)的40％，所述周向增强元件(52)至多在高度“h”上径向延伸，所述高度“h”对应于胎面厚度“p”的75％，
所述周向增强元件(52)部分地形成所述胎面花纹块(51)的至少一个胎面花纹块的轴向内侧面(7i)，
所述轮胎包括下层(85)，所述下层插置在胎冠增强件(6)与所述胎面花纹块(51)之间，并且在胎冠增强件(6)与所述胎面花纹块(51)的每个周向增强元件(52)之间。
2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述胎面花纹块(51)中的每一个包括周向增强元件(52)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其中，所述轴向宽度的最大值(520)小于所述胎面花纹块的轴向宽度(510)的30％。
4.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，所述周向增强元件的两个侧壁的角度在35度至45度之间。
5.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，所述周向增强元件具有轴向对称的形状。
6.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，制造周向增强元件的橡胶配混物具有动态剪切模量G*，在60℃下以10Hz和0.7MPa的交变剪切应力测量的动态剪切模量G*大于5MPa。
7.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，胎面的橡胶配混物具有动态剪切模量G*，在60℃下以10Hz和0.7MPa的交变剪切应力测量的动态剪切模量G*小于或等于1.3MPa。
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