CN110494302A - 弹性体-金属帘线复合体和使用其的轮胎 - Google Patents

Abstract

提供了弹性体‑金属帘线复合体和使用所述复合体的轮胎，所述复合体能够改善轮胎性能并且由包含在不捻合的情况下集束的金属丝的金属帘线构成，然后用弹性体来被覆。弹性体‑金属帘线复合体10通过将包含排列为一列而不捻合的2～10根金属丝1的束的金属帘线2用弹性体3被覆而获得，其中金属帘线2在其中具有至少一对的在垂直于金属丝1的延伸方向的方向上的赋形量和/或赋形节距不同的相邻的金属丝1。

Description

弹性体-金属帘线复合体和使用其的轮胎

技术领域

本发明涉及弹性体-金属帘线复合体和轮胎。更特别地，本发明涉及：弹性体-金属帘线复合体，其通过将由平行排列而不捻合在一起的金属丝的束构成的金属帘线用弹性体被覆而获得；和包括其的轮胎。

背景技术

近年来，为了改善汽车的燃料效率，对轮胎轻量化的需求越来越高。作为轮胎轻量化的手段，带束增强用的金属帘线已经引起关注，并且已经公开了使用金属丝作为带束帘线而不捻合的大量技术。例如，专利文献1提出了一种轮胎，其中为了轻量性和耐久性的改善，带束层由至少两层的带束帘布层构成，所述至少两层的带束帘布层各自通过在被覆橡胶中沿着宽度方向排列金属丝束来获得，所述金属丝束通过将细径金属丝在高拉伸强度下平行排列而不捻合来形成。在该轮胎中，各金属丝束中的金属丝的数量根据金属丝直径来优化。进一步，还提出了调整金属丝束的径向的厚度以相对于带束帘布层的厚度具有特定的比例。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]JP2001-334810A

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1中，虽然研究了轻量性和耐久性，但是对于其它性能没有进行研究。因此，在未来，随着轮胎性能改善，在金属丝在不捻合的情况下作为带束帘线的使用中，预期存在进一步改善的需求。

鉴于以上所述，本发明的目的为提供：能够改善轮胎的性能的弹性体-金属帘线复合体，所述复合体中将由平行排列而不捻合在一起的金属丝的束构成的金属帘线用弹性体被覆；和包括其的轮胎。

用于解决问题的方案

发明人深入地研究以解决上述问题，并由此获得了以下发现。即，通过将金属丝集束而不将它们捻合在一起获得的金属帘线的使用抑制了在对带束部涂覆(belt treat)进行压缩输入(input)时的金属帘线的面内变形，并且这导致金属帘线的疲劳特性的劣化。另外，在通过将金属丝集束而不将它们捻合在一起获得的金属帘线中，橡胶难以在相邻的金属丝之间浸透，并且这导致其中金属丝未被覆有橡胶的非橡胶被覆区域的产生。因此，金属丝在轮胎滚动时彼此移位，并且由于所导致的面内刚性的降低，操纵稳定性会受损。基于这些发现，发明人进一步深入地研究并因此发现上述问题可以通过采用金属丝的束的以下构成来解决，从而完成本发明。

即，本发明的弹性体-金属帘线复合体通过将由平行排列为一列而不捻合在一起的2～10根金属丝的束构成的金属帘线用弹性体被覆而获得，所述弹性体-金属帘线复合体的特征在于：

所述金属帘线中存在至少一对的在垂直于所述金属丝的延伸方向的方向上的赋形量和赋形节距中至少之一彼此不同的相邻的金属丝。

图1为描述金属丝的赋形量(h)和赋形节距(p)的定义的金属丝的图，“赋形量(h)”是指不包括金属丝1的线径的波动的宽度。金属丝1的赋形量(h)通过使用投影机在屏幕等上投影赋形的金属丝1的图像来测量。

在本发明的弹性体-金属帘线复合体中，优选的是，所述金属帘线中的赋形的金属丝的赋形方向对应于所述金属帘线的宽度方向。在本发明的弹性体-金属帘线复合体中，还优选的是，所述相邻的金属丝的在所述金属帘线的宽度方向侧面上的弹性体被覆率是每单位长度为10％以上。进一步，在本发明的弹性体-金属帘线复合体中，优选的是，所述金属帘线中的至少一根金属丝为基本上直的金属丝。又进一步，在本发明的弹性体-金属帘线复合体中，优选的是，所述直的金属丝和所述赋形的金属丝交替地配置。再又进一步，在本发明的弹性体-金属帘线复合体中，优选的是，配置在所述金属帘线的两端的金属丝各自为直的金属丝。再又进一步，在本发明的弹性体-金属帘线复合体中，优选的是，所述金属丝的赋形量为0.03～0.30mm且赋形节距为2～30mm。此处注意的是，在本发明的弹性体-金属帘线复合体中，“直的金属丝”是指未故意赋形并因此处于基本上未赋形的状态的金属丝。

此处使用的术语“弹性体被覆率”意味着，例如，当橡胶用作弹性体时，在将本发明的弹性体-金属帘线复合体用橡胶被覆，将钢丝帘线从所得的橡胶-钢丝帘线复合体中拉拔出，然后测量钢丝帘线的橡胶被覆部分的长度之后，基于以下等式计算出的值：

弹性体被覆率＝(橡胶被覆长度/样品长度)×100(％)

还在除了橡胶以外的弹性体用作弹性体时，弹性体被覆率可以以相同的方式来计算。

本发明的轮胎的特征在于使用了本发明的弹性体-金属帘线复合体。

发明的效果

根据本发明，可以提供能够改善轮胎的性能的弹性体-金属帘线复合体，所述复合体中将由平行排列而不捻合在一起的金属丝的束构成的金属帘线用弹性体被覆；和包括其的轮胎。

附图说明

[图1]图1为描述金属丝的赋形量(h)和赋形节距(p)的定义的金属丝的图。

[图2]图2为示出根据本发明的一个优选实施方案的弹性体-金属帘线复合体的宽度方向上的部分截面图。

[图3]图3为示出根据本发明的一个优选实施方案的弹性体-金属帘线复合体的金属帘线的示意性平面图。

[图4]图4为示出根据本发明的一个优选实施方案的弹性体-金属帘线复合体的金属帘线的宽度方向上的示意性截面图。

[图5]图5为示出根据本发明的另一个优选实施方案的弹性体-金属帘线复合体的金属帘线的宽度方向上的示意性截面图。

[图6]图6为示出根据本发明的一个优选实施方案的轮胎的示意性半截面图。

具体实施方式

本发明的弹性体-金属帘线复合体将参照附图详细描述。图2为示出根据本发明的一个优选实施方案的弹性体-金属帘线复合体的宽度方向上的部分截面图；图3为示出根据本发明的一个优选实施方案的弹性体-金属帘线复合体的金属帘线的示意性平面图；图4为示出根据本发明的一个优选实施方案的弹性体-金属帘线复合体的金属帘线的宽度方向上的示意性截面图。本发明的弹性体-金属帘线复合体10通过将由平行排列为一列而不捻合在一起的2～10根、优选5～9根金属丝1的束构成的金属帘线2用弹性体3被覆而获得。在所图示的实例中，5根金属丝1平行排列而不捻合在一起，形成金属帘线2。

在根据本发明的弹性体-金属帘线复合体10的金属帘线2中，存在至少一对的在垂直于金属丝1的延伸方向的方向上的赋形量和赋形节距中至少之一彼此不同的相邻的金属丝1。优选地，在此类对(pair)的50％以上中，在垂直于金属丝1的延伸方向的方向上的赋形量和赋形节距中至少之一在相邻的金属丝1之间为不同的。在所图示的实例中，赋形的金属丝1a和未赋形的金属丝1b(赋形量＝0mm，赋形节距＝∞mm)交替地配置；然而，具有不同的赋形量的金属丝可以交替地配置，或具有不同的赋形节距的金属丝可以交替地配置。关于构成束(bundle)的金属丝的配置，优选的是，两侧部由未赋形的直的金属丝构成。以此方式，在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，通过相邻地配置赋形量或赋形节距不同的金属丝1，防止相邻的金属丝1具有相同的相位。通过采用此构成，允许弹性体在相邻的金属丝1之间充分地浸透，因此钢丝帘线在向其施加压缩输入时会经历面外变形，并且可以因此抑制钢丝帘线的断裂性。

另外，如上所述，在金属丝的束中，弹性体难以在相邻的丝之间浸透，并且这导致了其中丝未被覆有弹性体的非弹性体被覆区域的产生。因此，当通过将金属丝集束而不将它们捻合在一起获得的金属帘线用作带束部的帘线时，此类非弹性体被覆区域中的金属丝在轮胎滚动时彼此移位，因此降低带束部的面内刚性，操纵稳定性因此会受损。然而，在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，因为弹性体3在相邻的金属丝1之间充分地浸透，可以消除上述缺陷，通过使用本发明的弹性体-金属帘线复合体10作为带束部的帘线，可以提高带束部的面内刚性并且可以改善操纵稳定性。为了顺利地实现该效果，相邻的金属丝1的在金属帘线2的宽度方向侧面上的弹性体被覆率是每单位长度优选为10％以上、更优选20％以上。相邻的金属丝1以又更优选50％以上、再又更优选80％以上、最优选90％以上的比率来被覆。

在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，金属丝1的过大的赋形量使弹性体-金属帘线复合体10中的金属帘线2之间的距离(w)短，并且这导致了在本发明的弹性体-金属帘线复合体10用作带束部时带束部强度的降低。因此，金属丝1的赋形量优选为0.03～约0.30mm。当赋形量大于0.30mm时，因为弹性体-金属帘线复合体的强度降低，本发明的效果不能充分地实现。特别地，从金属帘线2之间的距离(w)和金属丝1的强度的观点，当将金属丝1赋形时，赋形量优选为0.03～0.30mm、更优选0.03～0.25mm、最优选0.03～0.20mm。进一步，金属丝1的赋形节距优选为2～30mm、更优选2～20mm、最优选3～15mm。

在图3和4所示的金属帘线2中，赋形的金属丝1a在金属帘线2的宽度方向上赋形；然而，在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，金属丝1a的赋形方向可以相对于金属帘线2的宽度方向倾斜。图5为示出根据本发明的另一个优选实施方案的弹性体-金属帘线复合体的金属帘线的宽度方向上的示意性截面图。即使在该结构中，橡胶也可以在相邻的金属丝1之间充分地浸透，以使本发明的效果可以实现。不过，在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，从轻量性的观点，更优选的是，相邻的金属丝1的赋形方向为金属帘线2的宽度方向，因为这可以降低弹性体-金属帘线复合体的厚度。

此外，在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，优选的是，金属帘线2中的至少一根金属丝1为基本上直的金属丝。如图3和4所示，当未赋形的直的金属丝1b和赋形的金属丝1a彼此邻接时，因为在这些金属丝1之间浸透的弹性体的量大，这些相邻的金属丝1的在金属帘线2的宽度方向侧面上的弹性体被覆率增加，以使本发明的效果可以顺利地实现。另外，通过使用直的金属丝作为配置在金属帘线2的两端的金属丝1，可以改善耐久性，因为在弹性体中相邻的金属帘线2之间的距离(w)可以增加。更优选地，如图2所示，未赋形的直的金属丝1b和赋形的金属丝1a交替地配置。

在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，“金属丝1”通常是指含有钢、即铁作为主要组分(相对于金属丝的总质量，铁的质量超过50质量％)的线状金属，并且可以单独由铁制成，或可以含有除了铁以外的金属，如锌、铜、铝或锡。

在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，金属丝1的表面可以通过镀覆来处理。镀覆的种类没有特别限定，其实例包括锌镀覆、铜镀覆、黄铜镀覆和青铜镀覆。其中，黄铜镀覆为优选的，因为黄铜镀覆的金属丝展示了与橡胶的优异的粘接性。在黄铜镀覆中，基于质量，铜和锌的比(铜:锌)通常为60:40～70:30。所得的镀覆层的厚度通常为100nm～300nm。

在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，金属丝1的线径、拉伸强度和截面形状没有特别限定。例如，金属丝1的线径可以为0.15mm～0.40mm。作为金属丝1，可以使用拉伸强度为2,500MPa以上的金属丝。进一步，金属丝1的宽度方向上的截面形状也没有特别限定，并且可以为例如，椭圆形、矩形、三角形、或多边形；然而，优选圆形。在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，当有必要约束构成金属帘线2的金属丝1时，也可以使用包裹丝(wrapping filament)。

此外，在本发明的弹性体-金属帘线复合体10中，被覆金属帘线2的弹性体3也没有特别限定，例如，可以使用通常用于被覆金属帘线的任何橡胶。另外，可以优选使用的弹性体的实例包括：二烯系橡胶和其氢化产物，如天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、环氧化天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR，高-顺式BR和低-顺式BR)、丁腈橡胶(NBR)、氢化NBR和氢化SBR；烯烃系橡胶，如乙烯-丙烯橡胶(EPDM和EPM)、马来酸改性的乙烯-丙烯橡胶(M-EPM)、丁基橡胶(IIR)、异丁烯和芳香族乙烯基或二烯系单体的共聚物、丙烯酸系橡胶(ACM)和离聚物；含卤素橡胶，如Br-IIR、Cl-IIR、溴化异丁烯-对甲基苯乙烯共聚物(Br-IPMS)、氯丁橡胶(CR)、醇橡胶(hydrin rubbers)(CHR)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)、氯化聚乙烯橡胶(CM)和马来酸改性的氯化聚乙烯橡胶(M-CM)；硅橡胶，如甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶和甲基苯基乙烯基硅橡胶；含硫橡胶，如聚硫橡胶；氟橡胶，如偏二氟乙烯系橡胶、含氟的乙烯基醚系橡胶、四氟乙烯-丙烯系橡胶、含氟的有机硅系橡胶和含氟的磷腈系橡胶；和热塑性弹性体，如苯乙烯系弹性体、烯烃系弹性体、酯系弹性体、聚氨酯系弹性体和聚酰胺系弹性体。这些弹性体可以单独使用，或其两种以上可以以组合使用。进一步，在这些弹性体中，除了硫磺、硫化促进剂和炭黑以外，还可以适当加入通常用于如轮胎和输送带等橡胶制品中的防老剂、氧化锌、和硬脂酸等。

本发明的弹性体-金属帘线复合体可以通过任何已知方法来制造。例如，本发明的弹性体-金属帘线复合体可以通过以下来生产：将根据本发明的金属帘线以规定的间隔平行地排列并且随后将由此排列的金属帘线从上下两侧用由弹性体制成的约0.5mm厚的片材来被覆。进一步，金属丝的赋形可以使用常规赋形机器通过任何常规方法来实施。

现在将会描述本发明的轮胎。

本发明的轮胎100包括本发明的弹性体-金属帘线复合体10，并且轮胎100的实例包括乘用车用轮胎和卡车及客车用轮胎。图6为示出根据本发明的一个优选实施方案的轮胎的示意性半截面图。所图示的充气轮胎100包括：形成接地部的胎面部101；在胎面部101的两侧部沿轮胎径向向内连续延伸的一对侧壁部102；以及在各侧壁部102的内周侧连续延伸的胎圈部103。

在所图示的轮胎100中，胎面部101、侧壁部102和胎圈部103用胎体104来增强，所述胎体104由从一个胎圈部103向另一个胎圈部103环状延伸的一对胎体层组成。另外，胎面部101用带束部105来增强，所述带束部105由在胎体104的冠部区域的轮胎径向外侧上设置的至少两层(所图示的实例中的第一带束层105a和第二带束层105b)组成。此处注意的是，胎体104可以由多个胎体层组成，并且可以适当使用在基本上垂直于轮胎周向的方向上例如以70°～90°的角度延伸的有机纤维帘线。

在本发明的轮胎100中，上述本发明的弹性体-金属帘线复合体10可以用于第一带束层105a和第二带束层105b。通过使用本发明的弹性体-金属帘线复合体10，第一带束层105a的钢丝帘线的厚度和第二带束层105b的钢丝帘线的厚度可以降低，以使轮胎可以轻量化。此外，通过使用本发明的弹性体-金属帘线复合体10作为带束部的帘线，带束部的耐久性和操纵稳定性两者可以同时改善。

本发明的轮胎100可以具有任何结构，只要其包括本发明的弹性体-金属帘线复合体10即可，并且具体的轮胎结构的其它方面没有特别限定。另外，本发明的弹性体-金属帘线复合体10的施用部位不限于带束部105。例如，本发明的弹性体-金属帘线复合体10可以用作配置在带束部105的轮胎径向外侧的带束增强层，或用作其它增强构件。作为填充至轮胎100中的气体，可以使用具有正常的或调节的氧分压的空气，以及如氮气、氩气或氦气等惰性气体。

实施例

本发明现在将会通过其实施例更详细地描述。

<实施例1～7和比较例1和2>

通过将如以下表1和2所示的总计5根钢丝A和B交替地配置以使钢丝B位于两端来制备钢丝帘线。赋形量和赋形节距如表1和2所示。将由此获得的钢丝帘线各自从上下两侧用由橡胶制成的约0.5mm厚的片材来被覆，并且将所得物在160℃下硫化20分钟。作为橡胶，使用下列那种。

*1N326，DBP吸油量：72ml/100g，N₂SA：78m²/g

*2N-苯基-N'-1,3-二甲基丁基-对苯二胺(商品名：NOCRAC 6C，由Ouchi ShinkoChemical Industrial Co.,Ltd.制造)

*3N,N'-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(商品名：NOCCELER DZ，由Ouchi ShinkoChemical Industrial Co.,Ltd.制造)

使用由此获得的橡胶-钢丝帘线复合体各自作为带束层增强材料，制造图6所示类型的轮胎(尺寸：205/55R16)。将各橡胶-钢丝帘线复合体中的钢丝帘线的单丝支数(endcount)设置为25根/50mm，并且将带束角度设置为62°。对于由此获得的轮胎，钢丝帘线断裂性和操纵稳定性通过下述程序来评价。弹性体被覆率也通过下述程序来确定。其结果在表1和2中。

<弹性体被覆率(％)>

弹性体被覆率通过以下来确定：将各橡胶-钢丝帘线复合体从各轮胎中在分布遍及轮胎周向上的整个带束宽度的四个位置处拉拔出并且测量残留在帘线上的橡胶的量。使用以下等式来计算弹性体被覆率：

弹性体被覆率＝(橡胶被覆长度/样品长度)×100(％)

注意的是，橡胶被覆长度为在从垂直于帘线长度方向的方向观察钢丝帘线时，完全被覆有橡胶的钢丝帘线表面的区域的长度。该值越大表明粘接强度越高且性能越优越。

<强度>

从各由此获得的橡胶-钢丝帘线复合体中，收集由规定数量的钢丝构成的集束的帘线，并且将该集束的帘线解剖(dissected)且以约100mm的间隙保持。将集束的帘线慢慢地拉伸直至其断裂，并使用由Instron Corporation制造的万能材料试验机来测量断裂载荷。由此获得的值表示为指数，采取比较例1的值作为100。值越大意味着强度越优越。由此获得的结果如表1和2所示。

<钢丝帘线断裂性的评价方法>

将各试验轮胎安装在JATMA标准中规定的标准轮辋上，随后在正常载荷的1.05倍载荷下充填至内压为100kPa。使装配有能够进行8字形回转的自动驾驶系统的车辆用轮胎在8字形回转试验道路上以回转加速度0.7G和速度25km/h行驶总计300圈，其后将轮胎解剖并且比较带束断裂性。在实施例中，将钢丝帘线的断裂发生率转换为指数，采取比较例1作为基准。当指数值为小于100时，给予的评价为“◎”(良好)；当指数值为100以上且小于110时，给予的评价为“○”(等同)；或当指数值为110以上时，给予的评价为“×”(差)。其结果如表1和2所示。值越小意味着帘线疲劳特性越优越。

<操纵稳定性的评价方法>

在将各试验轮胎安装在JATMA标准中规定的标准轮辋上后，操纵稳定性通过在干燥路径上基于驾驶者的感受的行驶试验来评价。在实施例中，将差的操纵稳定性评价为“×”，将优异的操纵稳定性评价为“◎”，给予作为基准的比较例1的评价为“○”，并且其结果如表1和2所示。

[表1]

[表2]

从以上所述，可见的是，本发明的弹性体-金属帘线复合体具有优异的弹性体被覆率。

附图标记说明

1：金属丝

2：金属帘线

3：弹性体

10：弹性体-金属帘线复合体

100：轮胎(充气轮胎)

101：胎面部

102：侧壁部

103：胎圈部

104：胎体

105：带束层

Claims (8)

1.一种弹性体-金属帘线复合体，其通过将由平行排列为一列而不捻合在一起的2～10根金属丝的束构成的金属帘线用弹性体被覆而获得，

其中所述金属帘线中存在至少一对的在垂直于所述金属丝的延伸方向的方向上的赋形量和赋形节距中至少之一彼此不同的相邻的金属丝。

2.根据权利要求1所述的弹性体-金属帘线复合体，其中所述金属帘线中的赋形的金属丝的赋形方向对应于所述金属帘线的宽度方向。

3.根据权利要求1或2所述的弹性体-金属帘线复合体，其中所述相邻的金属丝的在所述金属帘线的宽度方向侧面上的弹性体被覆率是每50mm为10％以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的弹性体-金属帘线复合体，其中所述金属帘线中的至少一根金属丝为基本上直的金属丝。

5.根据权利要求4所述的弹性体-金属帘线复合体，其中所述直的金属丝和所述赋形的金属丝交替地配置。

6.根据权利要求4或5所述的弹性体-金属帘线复合体，其中配置在所述金属帘线的两端的金属丝各自为直的金属丝。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的弹性体-金属帘线复合体，其中所述金属丝的赋形量为0.03～0.30mm且赋形节距为2～30mm。

8.一种轮胎，其使用了根据权利要求1至7中任一项所述的弹性体-金属帘线复合体。