CN110573354B - 用于重型土木工程车辆的轮胎胎侧 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及子用于重型土木工程车辆的子午线轮胎(10)，并且更具体地涉及该子午线轮胎(10)的胎侧(20)，用以在确保其电导率的同时使轮胎的温度最小化。胎面(30)包括两个胎面边缘(31)和中间部分(32)。根据本发明，当轮胎安装在轮辋上并且强压在地面上时，胎圈层(71)、用于涂覆胎体层(50)的弹性体混合物、第二胎侧层(22)和胎面边缘(31)提供了电荷在轮辋与地面之间的优等传导通路。

Description

用于重型土木工程车辆的轮胎胎侧
技术领域
本发明涉及旨在装配至工地类型的重型车辆的子午线轮胎，更特别地涉及所述轮胎的胎侧。
背景技术
根据欧洲轮胎和轮辋技术组织或ETRTO标准，用于工地类型的重型车辆的子午线轮胎旨在安装在直径至少等于25英寸的轮辋上。其通常装配至重型车辆，旨在承受高负荷并且在恶劣的地域(例如覆盖有石头的轨道)上行驶。
通常，由于轮胎具有相对于旋转轴线旋转的几何形状，所以其几何形状在包括轮胎的旋转轴线的子午平面中进行描述。对于给定的子午平面，径向、轴向和周向方向分别表示垂直于旋转轴线、平行于旋转轴线和垂直于子午平面的方向。
在下文中，表述“径向内部/沿径向位于内侧”和“径向外部/沿径向位于外侧”分别意指“更接近轮胎的旋转轴线”和“更远离轮胎的旋转轴线”。“轴向内部/沿轴向位于内侧”和“轴向外部/沿轴向位于外侧”分别意指“更接近轮胎的赤道平面”和“更远离轮胎的赤道平面”，轮胎的赤道平面为经过行驶表面的中间并且与旋转轴线垂直的平面。
轮胎的部件的顶端是指所述部件的径向外端。相反，底端是指所述部件的径向内端。
轮胎包括旨在与地面接触的胎面，所述胎面的两个轴端经由两个胎侧连接至两个胎圈，所述两个胎圈提供轮胎与轮胎旨在安装于其上的轮辋之间的机械连接。
子午线轮胎进一步包括增强件，所述增强件由沿径向位于胎面内侧的胎冠增强件和沿径向位于胎冠增强件内侧的胎体增强件构成。
子午线轮胎的胎冠增强件包括沿径向位于胎体增强件外侧且沿周向延伸的重叠胎冠层。每个胎冠层由通常为金属的增强体构成，这些增强体相互平行并且包覆在弹性体或弹性体配混物类型的聚合物材料中。
子午线轮胎的胎体增强件通常包括至少一个胎体层，所述胎体层包括包覆在弹性体配混物中的通常为金属的增强体。胎体层包括主要部分，所述主要部分将两个胎圈连接在一起并且通常在每个胎圈中从轮胎的内侧至外侧围绕周向增强元件(其通常为金属，并且被称为胎圈线)缠绕从而形成卷边。胎体层的金属增强体基本上彼此平行，并且与周向方向形成85°和95°之间的角度。
轮胎胎侧包括至少一个胎侧层，所述胎侧层由弹性体配混物组成并且从轮胎的外表面(其与大气接触)朝向轮胎的内侧沿轴向延伸。至少在轮胎的轴向宽度较大的区域中，胎侧沿轴向向内延伸至胎体增强件的轴向最外胎体层。
弹性体配混物理解为意指通过使其各种成分共混而获得的弹性体材料。弹性体配混物通常包含弹性体基质，所述弹性体基质包含至少一种天然或合成橡胶类型的二烯弹性体、至少一种炭黑类型和/或二氧化硅类型的增强填料、通常基于硫的交联体系、以及保护剂。
弹性体配混物的机械性特征，特别是在固化之后的机械性特征可以在于其动力学性能，例如：动力学剪切模量G*＝(G'2+G”2)1/2，其中G'为弹性剪切模量而G"为粘性剪切模量；以及动力学损耗tgδ＝G”/G'。在Metravib VA4000类型的粘度分析仪上根据标准ASTM D5992-96测量动力学剪切模量G*和动力学损耗tgδ。记录硫化弹性体配混物样品(其为具有4mm的厚度和400mm2的横截面的圆柱状测试试样的形式)的响应，所述硫化弹性体配混物样品在0.1％至50％(向外循环)然后50％至0.1％(返回循环)的变形幅度扫描并在例如等于60℃的给定温度和10Hz的频率下经受简单交变正弦剪切应力。由此测得针对于频率等于10Hz、变形等于50％的峰至峰变形幅度、温度可等于60℃或100℃而言的这些动力学性能。
弹性体配混物的特征还可以在于其电阻率，所述电阻率表征配混物使电荷自由移动并由此允许电流流动的能力。电阻率通常用ρ表示，其度量单位为欧姆.米(Ω.m)，但在轮胎领域中通常以欧姆.厘米(′Ω.cm)来表示电阻率的度量。用于测量电阻率的测试例如在标准ASTM-D257中有描述。1Ω.m或102′Ω.cm的电阻率对应于在长度为1m且横截面为1m2的圆柱状配混物部分中对电流流动的阻力。电导率为电阻率的倒数，用σ表示并且满足σ＝1/ρ。随后，取决于上下文，将使用电导率σ或电阻率ρ来表征配混物的电性能。
极弱导电性材料或电阻性材料理解为意指电阻率大于108′Ω.cm的材料。类似地，导电性材料理解为意指具有小于106′Ω.cm的电阻率的材料。这些材料可以是或可以不是弹性体配混物。
弹性体配混物的电阻率性能直接与它们的组成有关，特别是与增强填料的使用有关。已知的是量为35至45phr(法文缩写为pce)(每100份弹性体的份数)的炭黑足够使弹性体配混物具有足以释放静电荷的电阻率。
还已知的是以适当比例组合的炭黑类型和二氧化硅类型的增强填料通过降低温度水平从而有利于达到轮胎的滚动阻力与耐久性之间的性能折衷。然而，如果炭黑的量小于35phr，则弹性体配混物就是电绝缘性的。
举例而言，其中增强填料包含至少40phr的二氧化硅和至多10phr的炭黑的胎面弹性体配混物具有约为1012′Ω.cm的电阻率。
此外，材料的热导率或热传导性是表征该材料允许通过传导进行热传递的能力的物理量。其表示在1开氏度或1摄氏度的温度梯度和每米下每单位面积和单位时间所传递的热量。在国际单位制中，热导率以瓦特/米.开尔文(W·m-1·K-1)表示。
因此，1W·m-1·K-1的热导率表示经由热传导在1m的距离上穿过1m2的面积所传送通过材料的热量。在弹性体配混物的测试试样上的热导率的测量例如在标准ASTM-F433中有描述。
正如电导率一样，热导率直接与弹性体配混物的组成相关。通过传导的热传递借助于增强填料来进行。因此，举例而言，包括包含至少40phr的二氧化硅和至多10phr的炭黑的以下增强填料的胎面弹性体配混物为具有低热导率的电绝缘性配混物。
为了改进滚动阻力并因此降低燃料消耗，市场上的轮胎通常包含主要含非导电性增强填料(例如二氧化硅)的弹性体配混物，或者包含微微填充有导电性增强填料(例如炭黑)的弹性体配混物。
因此，鉴于这样的配混物在还改进与干地面、湿地面或冰地面上的抓地力、耐磨性或者行驶噪音有关的性能方面所提供的优点，已经广泛地将这些弹性体配混物用于胎面的创造。举例而言，这种类型的轮胎在欧洲专利申请EP-501227中有描述。
然而，这些弹性体配混物的使用伴随着与以下有关的难题：在车辆行驶时静电累积，并且由于构成所述胎面的弹性体配混物的非常高的电阻率而导致这些电荷没有流向地面。当满足某些特定条件时，如此累积在轮胎中的静电能够在车辆的乘客不得不接触车辆的车身时引起对他或她的电击。而且，由于因放电而产生臭氧，所以这种静电能够加速轮胎的老化。取决于地面和车辆的性质，也可能由于其产生的干扰而导致车辆中内置无线电的不良操作。
这就是为什么提出了用以使电荷能够在轮胎的胎冠与地面之间流动的许多技术方案的原因。
然而，这些已知的技术方案通常在于将胎面连接到轮胎的具有导电性能的部分，例如胎侧、胎冠增强层或胎体增强层。因此，电荷通过依次穿过与轮辋接触的轮胎胎圈、胎侧(更特别是胎体层增强体的弹性体涂覆配混物、或者至少一种胎侧弹性体配混物)以及最后的胎冠增强件和胎面，从而从与车辆连接的轮辋释放到地面。
对用于工地车辆的轮胎的热机械研究表明，弹性体配混物的粘弹性损耗是热量的来源，其强度取决于弹性体配混物的体积以及它们所经历的变形。取决于轮胎的每种材料的热导率值，轮胎在运转时产生的这种热量或快或慢地排放到环境中。对于弹性体配混物，当其热导率太低时，热量累积并导致对其的烘烤(bakélisation)。然后轮胎损失其弹性性能，这对于其使用是不利的。
因此，用于工地车辆的轮胎的耐久性优化要求将操作温度保持在合适的水平。温度水平的控制取决于弹性体配混物的组成，尤其取决于增强填料的量。最终，轮胎的耐久性优化导致这样一种耦合问题，即其中所涉及的物理参数为粘性剪切模量或粘弹性损耗(其与粘弹性热源直接相连)、热导率(其控制热量在弹性体配混物中的传导)、以及电导率(其必须处于足以释放静电荷的水平)。
在用于工地车辆的轮胎中，胎面占轮胎的橡胶总体积的约35％至40％，胎侧占该同一体积的约15％。经受地面的剪切应力的胎面是大幅度应变的部位。关于在轮胎使用期间经受弯曲循环的胎侧，剪切应变也是相当大的。因此，本发明人集中于高机械应力的这两个区域，用于确定弹性体配混物的最佳组成以满足所期望的在最小化热水平与释放静电荷的能力之间的性能折衷。
发明内容
因此，本发明人设定了以下目标：改进用于工地车辆的轮胎的耐久性，将其平均操作温度限制在约92℃的适当水平，同时确保其导电能力，即释放静电荷的能力。
通过用于工地类型的重型车辆的轮胎实现了所述目标，所述轮胎包括：
-胎面，其包括沿轴向由中间部分隔开的两个轴向端部或胎面翼部；
-两个胎侧，其将胎面翼部连接到两个胎圈并且旨在通过胎圈层与安装轮辋接触，所述胎圈层由导电性弹性体配混物制成；
-每个胎侧沿轴向位于胎体增强件的外侧，所述胎体增强件包括至少一个胎体层，所述胎体层由包覆在导电性弹性体涂覆配混物中的金属增强体组成；
-每个胎侧由包括至少两个胎侧层并具有总厚度E的层压件组成，所述至少两个胎侧层至少部分地沿轴向重叠；
-轴向最外的第一胎侧层具有厚度E1并且由第一弹性体配混物M1组成；
-所述第一弹性体配混物M1具有粘性剪切模量G"1和热导率λ1；
-轴向最内的第二胎侧层具有厚度E2并且由第二弹性体配混物M2组成；
-所述第二弹性体配混物M2具有粘性剪切模量G"2、热导率λ2和电阻率ρ2；
-每个胎面翼部由第三弹性体配混物M3组成，所述第三弹性体配混物M3具有弹性动力学剪切模量G'3和电阻率ρ3；
-所述第一胎侧层的厚度E1至少等于所述层压件的总厚度E的0.9倍；
-所述第二胎侧层的厚度E2至少等于在3mm与所述层压件的总厚度E的0.1倍之间的最小值；
-所述第一胎侧层的所述第一弹性体配混物M1具有至多等于0.165MPa的粘性剪切模量G"1和至少等于0.190W/m.K的热导率λ1；
-所述第二胎侧层的所述第二弹性体配混物M2具有至多等于0.3MPa的粘性剪切模量G"2和比所述第一胎侧层的配混物M1的热导率λ1大的热导率λ2；
-以及所述第二胎侧层的所述第二弹性体配混物M2和所述胎面翼部的所述第三弹性体配混物M3各自的电阻率ρ2和ρ3至多等于106′Ω.cm，从而使得当轮胎安装在轮辋上并贴在地面上时，所述胎圈层、所述胎体层的弹性体涂覆配混物、所述第二胎侧层以及所述胎面翼部构成电荷在轮辋与地面之间的优等传导通路。
本发明的基本思想是同时优化轮胎的胎侧和其胎面的设计，所述胎面分为三个部分：中间部分和沿轴向位于中间部分两侧的两个胎面翼部。每个胎侧由具有两个沿轴向重叠的弹性体配混物层的层压件组成。本发明涉及胎面和双层胎侧层压件的弹性体配混物的几何形状和物理性能。
根据本发明，关于几何形状，轴向外第一胎侧层的厚度E1至多小于层压件的总厚度E的0.9倍，并且轴向内第二胎侧层的厚度E2至少等于在3mm与层压件的总厚度E的0.1倍之间的最小值。
胎侧由具有弹性体配混物的轴向最外第一层组成，该第一层旨在与大气接触。对于工地轮胎，该第一层具有相对较大的厚度E1，通常为约35mm。轴向最内的第二胎侧层与胎体层的弹性体涂覆配混物接触，并且具有相对小的厚度E2，该厚度E2至多等于在3mm与层压件的总厚度E的0.1倍之间的最小值。轴向外第一胎侧层与低滞后性的弹性体配混物组合，而对于轴向内第二胎侧层，弹性体配混物进行与其电阻率和热导率性能有关的优化。第二胎侧层的这种第二弹性体配混物是用于释放静电荷的通路中的连接者，所述通路是从与地面接触的胎面翼部经由胎体层的弹性体涂覆配混物直至轮胎中与轮辋接触的胎圈层。
应注意的是，优选地，胎侧由包括仅两个胎侧层的层压件形成，但是也可以设想具有多于两个层的层压件，或者具有足够的导电性且由单个低滞后性弹性体层制成的单个胎侧。然而，本文中公开的机理以双层层压件的情况进行了描述。
还根据本发明，轴向外第一胎侧层的第一弹性体配混物M1的粘性剪切模量G"1和热导率λ1被限定为使得G"1至多等于0.165MPa，并且λ1至少等于0.190W/m.K。
在胎侧，轮胎在施加的应变下工作，并且粘性剪切模量控制温度水平。因此，第一胎侧层的第一弹性体配混物的组成旨在使粘性剪切模量的值最小化，所述粘性剪切模量具有至多等于0.165MPa的值。进行两个胎侧层的各自厚度的分配使得具有最低滞后性、最大粘性剪切模量G"1为0.165MPa且最大动力学损耗为0.150的胎侧层具有最大的厚度并位于轮胎的外侧。相应的热导率(最小值为0.190W/m.K)使得除了热交换流动外，还可以传导性传递到轮胎的外周，从而确保热量的排放并将第一胎侧层的温度保持为适当的温度。
再次根据本发明，第二胎侧层的第二弹性体配混物M2的电阻率ρ2小于或等于106′Ω.cm，并且其热导率λ2比第一胎侧层的配混物M1的热导率大。
该第二胎侧层的第二弹性体配混物M2的组成首先应该是导电性的。其电阻率ρ2的值应该至多等于106′Ω.cm。该轴向内第二胎侧层具有相对高于轴向外第一胎侧层的滞后性，其具有0.3MPa的粘性剪切模量G"2。但是，在厚度对应于在3mm与层压件的总厚度的十分之一之间的最小值的情况下，其体积明显较小。考虑到其电阻率的值，其热导率至少等于0.240W/m.K的水平有利于热量从胎体增强件传递到轴向外第一胎侧层。
仍然根据本发明，第二胎侧层的弹性体配混物M2和胎面翼部的弹性体配混物M3各自的电阻率ρ2和ρ3小于或等于106′Ω.cm，从而使得当轮胎安装在轮辋上并贴在地面上时，胎圈层、胎体层的弹性体涂覆配混物、第二胎侧层以及胎面翼部构成电荷在轮辋与地面之间的优等传导通路。
有利地，第二胎侧层经由径向外顶端与胎面翼部在至少等于10mm的长度Lh上接触。
再次有利地，第二胎侧层经由径向内底端与胎体层的弹性体涂覆配混物在至少等于10mm的长度Lb上接触。
获得导电性轮胎的目的归因于用于释放静电荷的通路的恰当操作。用于释放静电荷的通路的各个构成部分的界面必须在至少10mm的长度上两两接触，以始终确保用于释放静电荷的通路的连续性将制造公差考虑在内。
根据本发明人，第二胎侧层的弹性体配混物的热导率λ2大于或等于0.240W/m.K。因此，除了这种配混物的期望电导率性能之外，在这种热导率水平下，它还有助于通过传导将热量从轮胎内侧排放到外侧。
胎面翼部的弹性体配混物M3有利地具有至少等于1.4MPa的弹性剪切模量G′3。特别地，胎面翼部的弹性体配混物M3与地面接触，因此，由于弹性体配混物M3是在周向和横向剪切应力下，所以其必须与抓地力和磨损性能要求相容。
胎面翼部的弹性体配混物M3还有利地具有至少等于0.240W/m.K的热导率λ3，从而确保了热量从轮胎的内侧传导到其行驶表面。借助于由轮胎的胎面花纹所界定的表面，热量的排放通过在与地面接触的行驶表面中进行传导并通过在不与地面接触的轮胎外周上进行对流来进行。
根据胎面翼部的一个优选实施方案，至少一个胎面翼部的第三弹性体配混物M3为至少基于以下物质的导电性橡胶组合物：聚异戊二烯；交联体系；以及至少一种包含炭黑的增强填料，所述炭黑的特征在于至少等于110m2/g的BET表面积和至少等于30phr且至多等于80phr的含量。
胎面翼部由旨在与地面接触的弹性体配混物组成。除了期望的电性能之外，弹性体配混物的组成还应该与轮胎的抓地力和磨损性能要求相容。因此，胎面翼部具有足够的厚度以在轮胎的整个使用寿命中与地面接触。这种弹性体配混物的增强填料以足够的量确保其电导率，其具有含量为30至80phr并且品质合适的BET表面积大于110m2/g的炭黑。如已知的那样，炭黑的BET比表面积根据标准D6556-10[多点(至少5个点)方法-气体：氮气-P/P0相对压力范围：0.1至0.3]测得。同时将热导率调节至足以确保通过传导将热量传递到轮胎的行驶表面的水平。例如，等于0.240W/m.K的热导率值是合适的。胎面的热量的热传递还通过在不与地面接触的轮胎外表面处的对流来进行。
优选地，两个胎面翼部由这种弹性体配混物形成，但是如果单个胎面翼部由这种弹性体配混物形成，也存在期望的技术效果。换言之，本发明提出的解决方案还适用于这样的轮胎，即所述轮胎具有相对于赤道面不对称的胎面，其中胎面翼部由不同的弹性体配混物组成。用于释放静电荷的通路存在于轮胎的单侧上在原理上是足够的。
根据轴向内第二胎侧层的一个优选实施方案，轴向内第二胎侧层的第二弹性体配混物M2为至少基于以下物质的导电性橡胶组合物：聚异戊二烯和聚丁二烯的混合物；交联体系；以及包含炭黑的增强填料，所述炭黑的特征在于至少等于80m2/g的BET表面积和至少等于40phr且至多等于60phr的含量。
轴向内第二胎侧层的主要作用是确保用于在胎面与胎圈层之间释放静电荷的通路的连续性。因此，弹性体配混物的组成应包含量为足以确保电导率的增强填料。例如，通过量为40至60phr的炭黑加上基于聚异戊二烯和聚丁二烯的混合物的弹性体，可获得这种性能。此外，炭黑填料具有至少等于80m2/g的BET表面积。同时，由此改进了热导率，并且弹性体配混物的该层通过利于热量从轮胎的内侧排放至外侧从而参与轮胎的温度水平的控制。
根据轴向外第一胎侧层的一个优选实施方案，轴向外第一胎侧层(21)的第一弹性体配混物M1具有基于以下物质的橡胶组合物：聚异戊二烯(天然橡胶或合成聚异戊二烯)和聚丁二烯的至少一种共混物；交联体系；以及增强填料，其总含量至多等于45phr，并且包含含量至多等于5phr的炭黑和含量至少等于20phr且至多等于40phr的主要二氧化硅。
在胎侧的该轴向外部上，弹性体配混物的组成应使得滞后性减小。然而，滞后性的这种降低应该能够在不使特别是机械性能(例如疲劳强度，更特别是抗裂性)变差的情况下实现。实际上，工地轮胎的胎侧经受同时在弯曲应变、攻击和热应力方面非常高的应力。胎侧的这些持久的静态或动态应力在臭氧的存在下致使明显或不明显的龟裂或裂纹出现，所述龟裂或裂纹在应力影响下的蔓延会对所讨论的胎侧造成极大损伤。因此重要的是，构成轮胎胎侧，特别是构成用于工地轮胎的轮胎胎侧的弹性体配混物要具有非常好的机械性能，尤其是由高含量的增强填料所赋予的机械性能。
根据由第四弹性体配混物M4形成的中间胎面部分的第一实施方案，中间胎面部分的第四弹性体配混物M4为基于如下物质的橡胶组合物：至少一种二烯弹性体；交联体系；以及包含炭黑和二氧化硅的增强填料，所述炭黑的特征在于至多等于115m2/g的BET表面积和至多等于40phr的含量，所述二氧化硅的含量至多等于20phr。有利地，预先通过液体途径获得弹性体和炭黑的混合物。
在工地轮胎中，胎面占橡胶总体积的约40％，其实际上是滞后性的主要来源。为了改进耐久性，解决方案之一在于获得滞后性非常低的弹性体配混物以限制温度水平。通过使胎面(特别是在其中间部分)的这种弹性体配混物不受电阻率约束，其组成可以集中于：通过将例如由炭黑和二氧化硅制成的增强填料用在经由液体途径获得的弹性体中来减小滞后性。为此，使用呈分散在水中的弹性体粒子的形式的胶乳状弹性体，以及填料的水分散体，即分散在水中的填料并且通常被称为“浆料”。因此，获得表征为tg(δmax)的约0.06的粘弹性动力学损耗，其在100℃和10Hz的应力频率下测得。因此，中间胎面部分的弹性体配混物具有低的滞后性，同时具有针对于磨损和抓地力性能的相容特性。
根据由第四弹性体配混物M4形成的中间胎面部分的第二实施方案，中间胎面部分的第四弹性体配混物M4为基于如下物质的橡胶组合物：至少一种二烯弹性体；交联体系；以及增强填料，其总含量至多等于40phr并且包含炭黑和二氧化硅。
中间胎面部分的弹性体配混物的这种替代组成满足在保持用以确保抓地力和磨损性能的特性的同时使滞后性最小化的相同要求。
最后，根据由第四弹性体配混物M4形成的中间胎面部分的第三实施方案，中间胎面部分的第四弹性体配混物M4为基于如下物质的导电性橡胶组合物：至少一种二烯弹性体；交联体系；以及包含炭黑和二氧化硅的增强填料，所述炭黑的特征在于至少等于120m2/g的BET表面积和至少等于35phr且至多等于80phr的含量，所述二氧化硅的含量至多等于20phr。
如本发明所提出的用于释放静电荷的通路的存在与导电性弹性体配混物在胎面的中间部分中的使用相容。主要填充有量为30至80phr且BET表面积大于或等于120m2/g的炭黑的配混物落入该类别中。
附图说明
参考图1将更好地理解根据本发明的轮胎的结构，并非按比例绘制的图1表示轮胎的子午半截面。
图1示意性地表示旨在用在自卸车类型的车辆上的轮胎10。图2、图3和图4表示相对于中间部分的胎面翼部的各种可行的构造。
在图1中，轮胎10包括径向胎体增强件50，所述径向胎体增强件50锚固在两个胎圈70中并且在每个胎圈中围绕胎圈线60卷起。每个胎圈70包括旨在与轮辋凸缘接触的胎圈层71。胎体增强件50通常由单个胎体层形成，所述胎体层由包覆在弹性体涂覆配混物中的金属帘线组成。本身沿径向位于胎面30内侧的胎冠增强件(未作附图标记)沿径向位于胎体增强件50的外侧。胎面30包括在每个轴端处的沿轴向位于中间胎面部分32外侧的轴向端部或胎面翼部31。每个胎面轴向端部31经由胎侧20连接至胎圈70。
每个胎侧20由包括两个胎侧层(21、22)并具有总厚度E的层压件组成，所述两个胎侧层(21、22)至少部分地沿轴向重叠。轴向外第一胎侧层21具有厚度E1，而轴向内第二胎侧层22具有厚度E2。
构成胎侧20的第一胎侧层21和第二胎侧层22各自的厚度E1和E2在胎侧高度的中间沿着与胎体增强件50垂直的方向(其由轴线80限定)测得。例如，在ETRTO(欧洲轮胎和轮辋组织)手册中对用于工地车辆的轮胎的胎侧高度进行了标准化和限定。测量点对应于由轴线80与所述胎侧层的面的交叉点所确定的位置。
根据本发明，第一胎侧层21的厚度E1至多小于层压件的总厚度E的0.9倍，并且第二胎侧层22的厚度E2至少等于在3mm与层压件的总厚度E的0.1倍之间的最小值。
轴向内第二胎侧层22的径向外顶端221有利地与胎面翼部在至少等于10mm的长度Lh上接触。同样地，其径向内底端222也有利地与胎体层50的弹性体涂覆配混物在至少等于10mm的长度Lb上接触。
类似地，轴向外第一胎侧层21的径向外顶端与轴向内第二胎侧层22接触。其径向内底端与胎圈层71接触。在此，接触长度也至少等于10mm。
胎面翼部31的径向外顶端与中间胎面部分32在其整个厚度上接触。其径向内底端与轴向内第二胎侧层22在至少等于10mm的长度上接触。
目的是确保导电性弹性体配混物之间两两的永久接触，以便将制造公差考虑在内从而确保用于释放静电荷的通路的连续性。
图2表示相对于赤道平面对称的胎面，所述胎面包括实际上由中间部分隔开的两个轴向端部或胎面翼部。在轴向方向上，胎面翼部的内端相对于赤道平面位于给定的距离L1处。仍在轴向方向上，胎面翼部的另一外端位于同一赤道平面的距离L2处。当轮胎安装在该车辆上时，图2中的附图标记100表示车辆的外侧，而附图标记110表示车辆的内侧。
图3和4表示相对于赤道平面不对称的胎面。在图3中，胎面翼部仅位于车辆外侧(附图标记100)，而在图4中，其仅位于车辆内侧(附图标记110)。
本发明对用于自卸车类型车辆的轮胎(其尺寸为59/80R63)进行了更具体的研究，根据本发明，所述轮胎包括由两个胎侧层组成的胎侧、以及胎面，所述胎面包括沿轴向由中间部分隔开的两个胎面翼部。
将在根据本发明制得的轮胎上计算出的结果与从相同尺寸的参考轮胎获得的结果进行比较，所述参考轮胎包括由单个胎侧层组成的胎侧和由单个部分制成的胎面。与参考轮胎的胎侧和胎面有关的弹性体配混物对于本领域技术人员而言具有标准组成。
本发明人已经在弹性体配混物的化学组成与诸如电阻率、热导率和粘弹性损耗的物理参数之间建立了联系。举例而言，在所附图5的曲线图上示出胎侧的两种弹性体配混物的热导率随增强填料以phr计的量变化的曲线。这些曲线表明，轴向外第一胎侧层的填充有二氧化硅的弹性体配混物针对滞后性进行了优化，但是其热导率相较于轴向内第二胎侧层的填充有炭黑的弹性体配混物(其电导率性能是有利的)而言相对较低。
根据图5的曲线，对于给定含量的填料(例如炭黑)，可以预测弹性体配混物的热导率值。在23℃至25℃的环境温度下测量热导率。在此不考虑热导率相对于温度的依存关系。
具体实施方式
本发明人通过寻求以下物理参数之间的折衷来确定构成胎侧层的弹性体配混物的组成：
-直接与粘弹性热源关联的动力学粘弹性损耗或粘性剪切模量；
-控制配混物中热量的热传导的热导率；
-必须处于足以释放静电荷的水平的电导率。
在所研究的实施例中，由于这种折衷而产生的弹性体配混物的组成汇总在下表1中：
表1
Figure GDA0003071345690000131
Figure GDA0003071345690000141
*通过液体途径获得的弹性体配混物M4
(2)由Rhodia所售的“Zeosil 1165MP”二氧化硅
(3)来自Klaus Dahleke的“Vivatec 500”TDAE油
表2汇总了弹性体配混物的物理参数，这些物理参数是在测试试样上测得的，并且是由化学组成的选择得出的：
表2
Figure GDA0003071345690000142
在工地轮胎中，胎面的弹性体配混物的量占轮胎的弹性体配混物总质量的约35％至40％。因此，胎面是滞后性的主要来源之一，其因此极大地促使了轮胎的温度升高。因此，中间胎面部分的弹性体配混物M4设计为具有低的滞后性，其在100℃的温度和10Hz的频率下测得的动力学粘弹性损耗为约0.06。
在本发明的一个优选实施方案中，中间胎面部分的弹性体配混物M4具有这样的组成，即所述组成包含至少一种二烯弹性体和由炭黑和二氧化硅组成的增强填料，使得炭黑具有至多等于40phr的含量和至多等于115m2/g的BET表面积，二氧化硅具有至多等于20phr的含量。
弹性体和炭黑混合物预先优选通过液体途径获得。在该实施方案中，中间胎面部分是电绝缘性的。于是沿着由本发明限定的传导通路进行静电电荷的释放，所述传导通路穿过与地面接触并且总是导电性的胎面翼部。
对于行驶胎面翼部的弹性体配混物M3，填料总含量为45phr，具有35phr的碳黑和10phr的二氧化硅，这确保了小于或等于106′Ω.cm的电阻率以及合适的热导率。在此涉及的实施例中，胎面翼部的热导率等于0.240W/m.K。相同的弹性体配混物M3用于位于胎面两端的两个胎面翼部中，但是如果使用不同的材料，本发明仍然有效。要求的条件是在胎面的两个轴端的一个轴端处至少具有电阻率小于或等106′Ω.cm的弹性体配混物。
在用于工地车辆的轮胎中，胎侧的弹性体配混物的质量为轮胎的配混物总质量的约15％。本发明人所选定的选择是具有两个胎侧层的层压件，以同时确保低滞后性和小于或等于106′Ω.cm的电导率。具有0.125MPa的粘性剪切模量的低滞后性弹性体配混物与最厚的轴向外第一胎侧层组合。电阻率为约104.4′Ω.cm的导电性弹性体配混物对应于轴向内第二胎侧层。
通过有限元计算获得轮胎的结果，用以确定粘弹性热源、温度和电阻率。
分别对本发明的轮胎和参考轮胎进行了有限元计算。对于包括单个胎侧层(配混物M2)和由单个部分制成的胎面(配混物M3)的参考轮胎，其计算结果示于下表3中：
表3
Figure GDA0003071345690000151
参考轮胎是导电性的，具有约90.4℃的平均操作温度。
对于本发明的轮胎，有限元计算的结果汇总在表4中：
表4
Figure GDA0003071345690000161
有限元计算证实了轴向外第一胎侧层和中间胎面部分的电绝缘性质。另一方面，与地面接触的胎面翼部和轴向内第二胎侧层是导电性的。电势的评估证实了传导通路，其中构成用于释放静电荷的通路的弹性体配混物的电阻率水平为104′Ω.cm至106′Ω.cm。
相对于参考轮胎，本发明轮胎的粘弹性损耗源在轮胎的胎侧中减半，并且在胎面中的减少也是显著的。
由于粘弹性损耗源的下降，本发明轮胎的温度场的计算得出92℃的平均水平，这与相对于参考轮胎的8％差异相对应。这种差异足以通过将轮胎的使用寿命延长约30％来显著改进本发明轮胎的耐久性。
本发明呈现为用于工地车辆的轮胎，然而其实际上可以外推到其它类型的轮胎。

Claims (10)

1.一种用于工地类型的重型车辆的轮胎(10)，其包括：
-胎面(30)，其包括沿轴向由中间胎面部分(32)隔开的两个轴向端部或胎面翼部(31)；
-两个胎侧(20)，其将所述胎面翼部(31)连接至两个胎圈(70)并且旨在通过胎圈层(71)与安装轮辋接触，所述胎圈层(71)由导电性弹性体配混物制成；
-每个胎侧(20)沿轴向位于胎体增强件的外侧，所述胎体增强件包括至少一个胎体层(50)，所述胎体层(50)由包覆在导电性弹性体涂覆配混物中的金属增强体组成；
-每个胎侧(20)由包括至少两个胎侧层(21、22)并具有总厚度E的层压件组成，所述至少两个胎侧层(21、22)至少部分地沿轴向重叠；
-轴向最外的第一胎侧层(21)具有厚度E1并且由第一弹性体配混物M1组成；
-所述第一弹性体配混物M1具有粘性剪切模量G"1和热导率λ1；
-轴向最内的第二胎侧层(22)具有厚度E2并且由第二弹性体配混物M2组成；
-所述第二弹性体配混物M2具有粘性剪切模量G"2、热导率λ2和电阻率ρ2；
-每个胎面翼部(31)由第三弹性体配混物M3组成，所述第三弹性体配混物M3具有弹性动力学剪切模量G'3和电阻率ρ3；
其特征在于，所述第一胎侧层(21)的厚度E1至少等于所述层压件的总厚度E的0.9倍；所述第二胎侧层(22)的厚度E2至少等于在3mm与所述层压件的总厚度E的0.1倍之间的最小值；所述第一胎侧层(21)的所述第一弹性体配混物M1具有至多等于0.165MPa的粘性剪切模量G"1和至少等于0.190W/m.K的热导率λ1；所述第二胎侧层(22)的所述第二弹性体配混物M2具有小于或等于
Figure FDA0003071345680000011
的电阻率ρ2和比所述第一胎侧层的第一弹性体配混物M1大的热导率λ2；以及所述第二胎侧层(22)的所述第二弹性体配混物M2和所述胎面翼部(31) 的所述第三弹性体配混物M3各自的电阻率ρ2和ρ3至多等于
Figure FDA0003071345680000021
从而使得当轮胎安装在轮辋上并贴在地面上时，所述胎圈层(71)、所述胎体层(50)的导电性弹性体涂覆配混物、所述第二胎侧层(22)以及所述胎面翼部(31)构成电荷在轮辋与地面之间的优等传导通路。
2.根据权利要求1所述的轮胎，所述第二胎侧层(22)经由径向外顶端(221)与所述胎面翼部(31)在长度Lh上接触，其中所述长度Lh至少等于10mm。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的轮胎，所述第二胎侧层(22)经由径向内底端(222)与所述胎体层(50)的导电性弹性体涂覆配混物在长度Lb上接触，其中所述长度Lb至少等于10mm。
4.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述第二胎侧层的弹性体配混物的热导率λ2大于或等于0.240W/m.K。
5.根据权利要求1所述的轮胎，其中，至少一个胎面翼部(31)的第三弹性体配混物M3为至少基于以下物质的导电性橡胶组合物：聚异戊二烯；交联体系；以及至少一种包含炭黑的增强填料，所述炭黑的特征在于至少等于110m2/g的BET表面积和至少等于30phr且至多等于80phr的含量。
6.根据权利要求1所述的轮胎，其中，轴向最内的第二胎侧层(22)的第二弹性体配混物M2为至少基于以下物质的导电性橡胶组合物：聚异戊二烯和聚丁二烯的混合物；交联体系；以及包含炭黑的增强填料，所述炭黑的特征在于至少等于80m2/g的BET表面积和至少等于40phr且至多等于60phr的含量。
7.根据权利要求1所述的轮胎，其中，轴向最外的第一胎侧层(21)的第一弹性体配混物M1具有基于以下物质的橡胶组合物：聚异戊二烯和聚丁二烯的至少一种共混物，所述聚异戊二烯为天然橡胶或合成聚异戊二烯；交联体系；以及增强填料，其总含量至多等于45phr，并且包含含量至多等于5phr的炭黑和含量至少等于20phr且至多等于40phr的主要二氧化硅。
8.根据权利要求1所述的轮胎，所述中间胎面部分(32)由第四弹性体配混物M4形成，其中所述中间胎面部分(32)的第四弹性体配混物M4为基于以下物质的橡胶组合物：至少一种二烯弹性体；交联体系；以及包含炭黑和二氧化硅的增强填料，所述炭黑的特征在于至多等于115m2/g的BET表面积和至多等于40phr的含量，所述二氧化硅的含量至多等于20phr。
9.据权利要求1所述的轮胎，所述中间胎面部分(32)由第四弹性体配混物M4形成，其中所述中间胎面部分(32)的第四弹性体配混物M4为基于以下物质的橡胶组合物：至少一种二烯弹性体；交联体系；以及增强填料，其总含量至多等于40phr并且包含炭黑和二氧化硅。
10.根据权利要求1所述的轮胎，所述中间胎面部分由第四弹性体配混物M4形成，其中所述中间胎面部分(32)的第四弹性体配混物M4为基于以下物质的导电性橡胶组合物：至少一种二烯弹性体；交联体系；以及包含炭黑和二氧化硅的增强填料，所述炭黑的特征在于至少等于120m2/g的BET表面积和至少等于35phr且至多等于80phr的含量，所述二氧化硅的含量至多等于20phr。
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