CN110461583A - 轮胎固化囊膜以及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于轮胎的固化囊膜(10)，其包括由柔性材料制成的主体(10a)，主体(10a)适于插入固化模具(100)中的充气轮胎(1)内的折叠位置，并且其能够膨胀而使轮胎紧贴模具的内表面。根据本发明，所述主体(10a)基于由热塑性聚合物形成的薄膜制成，并且当囊膜处于折叠位置时具有圆柱形管形状。

Description

轮胎固化囊膜以及方法

技术领域

本发明涉及轮胎领域，并且涉及在制造轮胎的方法中使用的固化囊膜。

背景技术

轮胎通常通过在安装在固化压力机中的模具内部模制并硫化未经加工的胎体而获得。胎体的外壁借助于固化囊膜紧贴固化模具的内部金属壁，所述固化囊膜自身可以在加压的热交换流体的作用下膨胀。然后，将模具的内衬的胎面图案和压模的胎面图案冲压到未经加工的胎体上，该未经加工的胎体随后使用热量硫化。

在固化之前，固化囊膜在未经加工的胎体内胀开，并且在最后再次牵引至模具内部。为此目的，固化囊膜包括通过由丁基橡胶构成的硫化制成的柔性主体。囊膜的外表面具有用于排出空气的凹槽以及用于改善轮胎内部的视觉外观的特定纹理。在轮胎的固化期间，在囊膜内部的流体的作用下，囊膜的主体不仅在拉伸/压缩中受到较高的应力，而且在与轮胎接触的摩擦中也是如此。而且，囊膜在高温下运行。此外，固化囊膜需要在一定数量的固化循环期间承受机械应力和热应力，该固化循环通常为几百次。鉴于所有这些限制，囊膜的壁在其最薄的中央部分中必须具有一定的厚度，对于乘用车轮胎而言，例如在4至6mm之间。

事实上，已经发现，由橡胶制成的这种厚的囊膜因此是绝热的，起到热能的屏障的作用，在固化期间热能在到达轮胎之前必须穿过它。

文献CN 201220641037通过提供薄的固化囊膜来介绍该问题的解决方案。根据该文献的囊膜具有柔性主体，其壁的厚度为3mm，除了跟部外，所述跟部的厚度为3.5mm。虽然可以肯定地表现出比通常的固化囊膜更好的导热性，但是轮胎在压力下的固化时间并没有显著降低。

为了使囊膜能够适合于不同轮胎的几何形状以及固化压力机内的囊膜支撑压板的尺寸，其必须相应地成比例。由于这个原因，在工业中遇到了各种各样的固化囊膜，这需要在固化车间内具有高储存容量和适当的物流。此外，必须对囊膜进行处理，以使它们在第一次使用前变得柔软，这需要额外的制备时间。此外，为了防止囊膜粘附到轮胎上，后者必须在将其引入固化模具之前通过涂覆非粘性产品进行处理。这涉及在固化之前对充气轮胎的额外处理操作，这昂贵并且花费时间。

为了克服这些问题，文献EP 1024946提供了一种用于轮胎的固化模具，其没有固化囊膜。根据该文献的模具包括密封环，该密封环在固化期间与轮胎的跟部接触，以便提供轮胎内的加压热交换流体的密封。然而，虽然无可否认地表现出优化的加压固化时间，但结果表明，无囊膜固化存在成型问题，这主要是由于加压热交换流体会渗透到橡胶层中。还观察到其它模塑问题，特别是在帘布层或胎圈的熔接处出现。还观察到不同层的橡胶通过胎体帘布层的线的蠕变外观。

发明内容

本发明的一个目的是克服上述文献的缺点并且提供一种新颖的解决方案，以便能够减少轮胎的加压固化的持续时间，同时能够获得优质的轮胎。

该目的通过本发明实现，本发明提供一种用于轮胎的固化囊膜，其包括由柔性材料制成的主体，主体适于插入固化模具中的充气轮胎内的折叠位置，并且其能够膨胀而使轮胎紧贴模具的内表面，其特征在于，所述主体基于由热塑性聚合物形成的薄膜制成，并且当囊膜处于折叠位置时具有圆柱形管形状。

根据本发明，现有技术的由丁基橡胶制成的厚的固化囊膜被非常薄的固化囊膜代替，该非常薄的固化囊膜由热塑性聚合物形成的薄膜制成。由热塑性聚合物制成的薄膜应当理解为是指耐受固化热的柔性薄膜，其以薄层或薄膜的形式产生。当囊膜在固化之前或在加压热交换流体注入到模具内部之前处于折叠位置时，囊膜的主体具有圆柱形管形状。选择这样的薄膜以便显示出良好的延展性能，当未经加工的轮胎放入固化模具中时，良好的伸长性使薄膜能够变形并且在引入囊膜内部的热交换流体的压力下呈现环曲面形状。

因此，在实验室进行的试验中发现，乘用车轮胎的加压固化时间减少了大约10％，这是因为，薄膜的厚度明显小于普通囊膜的厚度，由热交换流体输送的能量非常迅速地到达轮胎。而且，这种聚合物薄膜比由丁基橡胶制成的囊膜具有更高的固化温度，因此，它允许固化在高温(例如约150℃至180℃)下进行。

优选地，由热塑性聚合物制成的所述薄膜是非粘性型的。

所述薄膜优选对轮胎具有有限的粘附性，实际上甚至对后者的最里面的橡胶层也是如此，以便能够从轮胎上剥离。非粘性应当理解为意指轮胎薄膜在20℃下的剥离力优选地小于1N/mm，并且非常优选地小于0.5N/mm。

有利地，所述薄膜选自包括至少一种含氟聚合物的薄膜。含氟聚合物表现出优异的非粘性。

优选地，所述含氟聚合物选自由氟化乙烯/丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)以及它们的混合物。

在本发明的一个优选实施例中，囊膜的主体由热塑性聚合物形成的薄膜制成，该薄膜固定至为此目的而设置在固化压机中的囊膜支撑压板上。通过生产由选自由FEP、PFA、ETFE和PTFE组成的聚合物的含氟聚合物薄膜制成的囊膜，成功地实现了将囊膜从轮胎上容易地剥离，而不必进行在固化之前使用非粘性产品涂覆未经加工的轮胎的阶段。

还发现，通过使用这种薄膜，轮胎在各个方面都很好地模制，而没有帘布层经受相对位移或蠕变。令人出乎意料地观察到，即使使用光滑(无纹理)的薄膜，因此不存在用于排出囊膜上的空气的凹槽，在这种情况下轮胎也被很好地模制，轮胎的内部外观非常光滑。这是由于聚合物薄膜的滑动能力，当囊膜胀开时，闭塞的空气沿着薄膜的壁滑动。

优选地，所述薄膜的厚度小于0.1mm，更优选地，所述薄膜的厚度在25至50μm之间。

这样厚度的薄膜足够薄，不具有热惰性，同时具有良好的抗机械应力性。

有利地，所述薄膜能够在多个方向上延伸，并且在每个方向上具有至少300％的伸长率。

几个方向应当理解为至少意味着：在轮胎的制造过程中(扁平或管)薄膜引入的方向以及垂直于该方向的方向。这使得囊膜可以伸展，呈环曲形形状，并且随后再次被引入，在几个固化循环期间重复如此。此外，这种具有高变形能力的薄膜能够适用于不同的轮胎尺寸，并且因此减少工厂所需的固化囊膜的标准数量。

优选地，所述薄膜的导热率大于0.1W/m/K.

有利地，所述主体具有管状总体形状，并且其尺寸根据待固化的充气轮胎的尺寸来选择，使得所述主体的直径小于充气轮胎的内径，并且长度至少等于其胎圈钢丝之间的距离。

然后，由于管状薄膜的变形，这种囊膜可以适用于几种尺寸的轮胎。

本发明的目的还通过一种使用固化模具和热交换流体对轮胎进行硫化的装置来实现，所述热交换流体通过固化囊膜作用以使充气轮胎紧贴在模具的内表面上，其中囊膜是根据本发明制造的。

本发明的另一个主题是一种用于制造轮胎的方法，包括以下步骤：

-通过在旋转滚筒上至少组装：气密内部层、胎体帘布层、增强帘布层和胎面并且通过成形为环面形状而制备未经加工的充气轮胎；

-将轮胎放入固化模具中；

-使用热交换流体固化轮胎，所述热交换流体引入固化模具内部以通过作用在可膨胀的囊膜的内表面上而使所述轮胎紧贴模具的内表面，可膨胀的囊膜基于由热塑性聚合物制成的薄膜制成，并且包括主体，在固化之前，当囊膜处于折叠位置时，主体具有圆柱形管形状。

附图说明

通过继续描述将获得对本发明的更好理解，该描述基于以下附图：

-图1a至图1c以截面半视图示出了根据现有技术的模具内的固化囊膜的胀开的过程；

-图2是根据现有技术的包括囊膜的固化模具的示意性截面图；

-图3是包含根据本发明的固化囊膜的固化模具的示意性截面图；

-图4是图3的细节D的放大比例的视图；

-图5a和图5b是显示本发明的固化囊膜的立体图；

-图6a至图6c示意性地显示了本发明的用于不同轮胎的囊膜的比例的示例。

在不同的图中，相同或相似的元件具有相同的附图标记。因此，它们的描述没有系统地重复。

具体实施方式

为了更好地描述本发明，在图1a至图1c中示出了，在位于固化模具100中的未经加工的充气轮胎1(或轮胎坯料)内部的现有技术的固化囊膜10'胀开的不同阶段。固化模具100呈现中心轴线101的旋转对称的总体形状，并且轮胎1以后者为中心。固化模具位于固化压力机内部，该固化压力机驱动模具的关闭/打开并且供给热交换流体。

在下面的内容中，轴向方向表示平行于模具的中心轴线101的方向，径向方向表示垂直于中心轴线的方向，径向平面表示包含中心轴线和径向方向的平面，以及周向方向表示垂直于径向平面的方向。

通过在旋转鼓上堆叠不同的橡胶基的层和不同的部件，然后将组件成形为环曲形形状，来获得充气轮胎。为了获得子午线类型轮胎而施加到滚筒上的帘布层依次为：丁基橡胶层，其形成对于膨胀气体而言气密的内部橡胶；基于嵌入橡胶中的增强丝的胎体帘布层，其确保轮胎的机械强度；接着布置胎圈钢丝，可选地布置胎圈钢丝填充型材元件；随后是胎侧、增强带束和胎面。一旦成形为环曲形状，轮胎就被放置在固化模具内，固化模具的内部胎腔呈现成品轮胎的形状和尺寸。

图1a示出了定位在模具内的轮胎，后者被关闭并且囊膜未胀开。图1b示出了下一阶段，在此阶段期间，加压的热交换流体开始被引入并且囊膜开始在轮胎内部胀开，固化尚未开始。图1c示出了囊膜完全胀开的位置，轮胎被囊膜推动并且与模具的内表面接触，该位置对应于固化阶段。

更具体地，模具100包括在圆周方向上并排定位的多个扇区105。扇区的内表面与模具106、107的内表面以及胎圈108、109的模制环的内表面一起限定了在模具内容纳轮胎的内部胎腔102。通过固化压力机的压板110、111中的至少一个的轴向位移以及模具的扇形105的径向位移，模具打开或关闭。固化模具是已知类型的，并且不再详细描述。

固化囊膜10'包括管状总体形状的主体，其通过其纵向端部安装在压力机内的支撑件上。因此，固化囊膜10'包括设置有两个跟部11的主体10'a，所述两个跟部11借助于两个凸缘14锚固到两个囊膜支撑板12和13上。以滑动方式安装的杆15相对于一个囊膜支撑压板移动另一个囊膜支撑压板，以便能够使囊膜10'胀开和引入，并且能够将其与固化轮胎分离。囊膜容纳热交换流体，该热交换流体例如是蒸汽或中性气体，例如氮气。热交换流体通过管道16引入囊膜内部以及从囊膜中抽出。在操作中，囊膜在轮胎内部胀开，并且被引入直到它存在于位于胎圈径向内侧的空间中。

图2通过截面图示意性地示出了：包括扇区105的模具100，用于在径向上移动扇区的套箍环112，以及现有技术的囊膜10'。在3个位置处示出囊膜10'：第一位置、中间位置和最终位置；在第一位置处，囊膜被引入到胎圈内部中；在中间位置处，其在充气轮胎内部胀开，对应于开始注入热交换流体；在最终位置处，使轮胎紧贴模具100的内表面并且对应于固化阶段。

图3示出了图2的模具100，其包括根据本发明的囊膜10。在两个操作位置处示出囊膜10：折叠位置和完全展开位置；折叠位置位于轮胎的胎圈之间的空间内部的，在该位置处轮胎可以相对于模具移位；完全展开的位置对应于在轮胎固化过程中所处的位置。根据本发明，囊膜10的主体10a是基于由热塑性聚合物形成的薄膜制成的，该薄膜在固化之前处于囊膜的折叠位置，具有圆形截面的管状形状。

根据本发明的一个有利方面，所述薄膜选自包含至少一种含氟聚合物的薄膜。

优选地，所述聚合物包括氟化乙烯/丙烯共聚物(FEP)。这种薄膜具有良好的耐温性并且表现出非常好的非粘性性质(它经常用于复合材料的交联)。它非常柔韧，可伸长，刚度低，具有塑性，摩擦系数非常低，不吸湿(吸水率<0.01％)，工作温度可达+205℃，大于充气轮胎的硫化温度。

举例来说，这种薄膜是来自Cytec的800G或来自同一公司的A5000。

其它薄膜也适用于本发明的内容，例如来自Micel的FEP/PFA Teflon^TM氟化薄膜或者来自Diatex的装袋薄膜PO180、PO180管或PA205。

在本发明的有利的替选形式中，薄膜是有纹理的，以便在固化期间能够更好地排出在轮胎和囊膜之间捕集的气体。这种薄膜例如是来自Diatex的PA205 HF薄膜。

在实验室中使用本发明的基于氟化薄膜生产的囊膜进行的测试，该氟化薄膜例如来自Technifilm(Technifilm是ADDEV Materials集团的一个公司)的(聚氟乙烯)或(聚氟乙烯)，在本发明的场合中给出了良好的结果。

如图5a和图5b所示，囊膜10的主体10a在其纵向端部10b之间是圆形截面的管状。图5a的囊膜通过挤出由热塑性聚合物制成的管来获得。图5b的囊膜是通过切割和熔接由热塑性聚合物制成的平面薄膜而获得的，并且还具有圆形横截面的圆柱形管的形状。

图5a和图5b的囊膜使用凸缘14和块17固定到囊膜压板12和13上。作为替选形式，块17以与跟部11类似的方式制造，也就是说它们由橡胶制成并且具有环曲形形状和楔形或倾斜的轴向截面。与图2所示的固定方法不同，块17与压板12或13是一体的，永久地固定在后者上，以便在预定长度上并且在凸缘14的面对表面上夹住囊膜10b的纵向端部。因此，囊膜10通过其端部10b以气密方式固定到压板12，13。

构成囊膜的主体的薄膜的厚度小于0.1mm，优选为25-50μm。该薄膜可以在几个方向上延伸，至少包括拉伸平面薄膜或管状薄膜的方向，并且在这些方向的每一个方向上具有至少300％的伸长能力。此外，所述薄膜的导热率大于0.1W/m/K。这种薄膜能够显著减少轮胎的固化时间并且能够承受120℃至180℃之间的固化温度以及由热交换流体施加的压力(其在10至30巴之间)。

囊膜10的尺寸根据待固化轮胎的尺寸来选择。图6a和图6b示出了本发明的囊膜10的比例的一些实例。在图中，表示囊膜的外径，表示座部的直径(其对应于胎圈的直径)，l1表示囊膜的长度，l2表示“胎圈钢丝间距”或轮胎胎圈之间的距离。

因此，图6a的囊膜的直径略小于长度l1接近l2。举例来说，对于225/55/16轮胎，囊膜的直径为400mm，长度为250mm。对于图6b的囊膜来说是相同的，其适用于305/55/16轮胎，并且其直径为400mm，长度为350mm。

图6c的囊膜具有直径直径远小于长度l1大于l2。举例来说，对于225/55/18轮胎，囊膜的直径为450mm，长度为350mm。

因此，由于构成它的薄膜的高变形能力，给定尺寸的本发明的囊膜可以用于更多种类的轮胎尺寸。由于这个原因，与现有技术的丁基橡胶制成的囊膜相比，囊膜的标准数量更加有限。

在操作中，本发明的囊膜10布置在固化压力机上，位于固化模具100内部，从而与固化模具100相互作用，囊膜10以固化模具100的轴线101为中心。将充气轮胎1引入模具内并且闭合模具。将加压的热交换流体注入囊膜10中，使轮胎变形并且使轮胎紧贴模具的内表面。与使用现有技术的丁基橡胶制成的囊膜进行固化的时间相比，轮胎的固化显著缩短了固化时间。打开模具100并且从其中取出固化的轮胎。本发明的囊膜10保持在原位，以进行后续固化，重复相同的循环。

在不脱离其权利要求的范围的情况下，可以设想本发明的其他替代形式和实施方案。

因此，可以使用将囊膜的纵向端部固定到压力机的支撑压板上的其它装置，特别是通过使用快速固定装置，例如通过压板上的直接固定环，以便每一个都可以固定囊膜的一个端部。

还可以设想使用包括至少两层的薄膜，其中一层(用于与充气轮胎接触的层)具有非粘性特性。

Claims (11)

1.一种用于轮胎的固化囊膜(10)，其包括由柔性材料制成的主体(10a)，主体(10a)适于插入固化模具(100)中的充气轮胎(1)内的折叠位置，并且其能够膨胀而使轮胎紧贴模具的内表面，其特征在于，所述主体(10a)基于由热塑性聚合物形成的薄膜制成，并且当囊膜处于折叠位置时具有圆柱形管形状。

2.根据权利要求1所述的囊膜，其特征在于，由热塑性聚合物形成的所述薄膜是非粘性型的。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的囊膜，其特征在于，所述薄膜选自包含至少一种含氟聚合物的薄膜。

4.根据权利要求3所述的囊膜，其特征在于，所述含氟聚合物选自由氟化乙烯/丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)以及它们的混合物。

5.根据前述权利要求中任一项所述的囊膜，其特征在于，所述薄膜的厚度小于0.1mm。

6.根据前述权利要求中任一项所述的囊膜，其特征在于，所述薄膜的厚度在25至50μm之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的囊膜，其特征在于，所述薄膜能够在多个方向上延伸，并且在每个方向上具有至少300％的伸长率。

8.根据前述权利要求中任一项所述的囊膜，其特征在于，所述薄膜的导热率大于0.1W/m/K。

9.根据前述权利要求中任一项所述的囊膜，其特征在于，其尺寸根据待固化的充气轮胎的尺寸来选择，使得所述主体(10a)的直径小于充气轮胎的内径，并且长度至少等于其胎圈钢丝之间的距离。

10.一种使用固化模具(100)和热交换流体对轮胎进行硫化的装置，所述热交换流体通过固化囊膜作用以使充气轮胎(1)紧贴在模具的内表面上，其特征在于，其包括根据前述权利要求之一所述的囊膜(10)。

11.一种轮胎制造过程，包括以下阶段：

-通过在旋转滚筒上至少组装：气密内部橡胶层、胎体帘布层、增强帘布层和胎面并且通过成形为环面形状而制备充气轮胎(1)；

-将充气轮胎(1)放入固化模具(100)中；

-使用热交换流体固化轮胎，所述热交换流体引入固化模具内部以通过作用在可膨胀的囊膜(10)的内表面上而使所述轮胎紧贴模具的内表面，可膨胀的囊膜(10)基于由热塑性聚合物形成的薄膜制成，并且包括主体(10a)，在固化之前，当囊膜处于折叠位置时，主体(10a)具有圆柱形管形状。