CN110582415B - 用于重型土木工程车辆的轮胎的导电性胎冠结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及子午线轮胎(10)，更具体地涉及子午线轮胎(10)的胎侧(20)以及其胎面(30)，用以使轮胎的温度最小化并同时确保其电导率。胎面(30)包括两个翼部(311、312)和中间部分(32)。这些部件倚靠在沿径向位于胎面(30)内侧的基层(33)上。基层(33)包括部分地与胎面翼部(311、312)接触的侧面部分(331、332)。根据本发明，与胎体增强件接触的这种轮胎胎冠结构有助于在轮胎安装到轮辋上并贴在地面上时构成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的导电性胎冠结构
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和胎面。
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。当弹性体配混物的热导率太低时，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。
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。温度水平的控制与配混物的粘弹性性能直接相关，所述配混物的粘弹性性能取决于其组成，尤其是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(其与粘弹性热源关连)、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90℃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；
-基层，其沿径向位于胎面的内侧并且包括至少一个侧面部分，所述侧面部分至少部分地与胎面翼部接触；
-胎冠增强件，其沿径向位于基层的内侧并且包括至少一个胎冠层，所述胎冠层由包覆在导电性弹性体配混物中的金属增强体组成；
-两个胎侧，其将胎面翼部连接至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；
-至少一个胎面翼部由具有热导率λ1和电阻率ρ1的第一弹性体配混物M1组成；
-中间胎面部分由具有粘弹性损耗tgδ2的第二弹性体配混物M2组成；
-基层由具有热导率λ3和电阻率ρ3的第三弹性体配混物M3组成；
-每个胎侧由具有粘性动力学剪切模量G”4的第四弹性体配混物M4组成；
-至少一个胎面翼部的第一弹性体配混物M1具有至少等于0.190W/m.K的热导率λ1；
-中间胎面部分的第二弹性体配混物M2具有至多等于0.06的粘弹性损耗tgδ2；
-基层的第三弹性体配混物M3具有小于等于0.190W/m.K的热导率λ3；
-第一弹性体配混物M1和第三弹性体配混物M3各自的电阻率ρ1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，胎圈层、胎体层的弹性体涂覆配混物、至少一个胎冠层的涂覆配混物、基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；并且每个胎侧的第四弹性体配混物M4具有至多等于0.125MPa的粘性动力学剪切模量G”4。
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。这三个部分倚靠在沿径向位于胎面内侧的基层上。本发明涉及轮胎中胎面、基层和胎侧的弹性体配混物的几何形状和物理性能。
根据本发明，至少一个胎面翼部的第一弹性体配混物M1具有至少等于0.190W/m.K的热导率λ1。
特别地，胎面翼部的弹性体配混物M1与地面接触，因此除了期望的电性能之外，还必须与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。因此，为了避免该配混物被烘烤的风险，其热导率必须处于足够的水平以确保所累积的热量朝向轮胎的外侧传导。本发明人提出了至少等于0.190W/m.K的水平。关于用于在周向方向和径向方向上均产生推力的弹性剪切模量，需要1.4MPa的水平。
还根据本发明，中间胎面部分的第二弹性体配混物M2具有至多等于0.06的粘弹性损耗tgδ2。
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，其组成可以集中于减小滞后性。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。
再次根据本发明，基层(33)的第三弹性体配混物M3具有小于等于0.190W/m.K的热导率λ3。
对于胎面的基层，本发明人集中于导电性弹性体配混物的配方。通过以35phr的比例添加炭黑填料来获得这种电性能，所产生的电阻率值为105.7′Ω.cm。这是在电阻率、动力学损耗为0.1的滞后性水平以及值为0.190W/m.K的热导率之间的折衷。胎面的基层是在用于释放静电荷的通路中位于胎面与胎冠增强件的配混物之间的连接者。其热导率水平有助于热量从轮胎的内侧向外排放。
仍然根据本发明，胎面的第一弹性体配混物M1和基层的第三弹性体配混物M3各自的电阻率ρ1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，胎圈层、胎体层的弹性体涂覆配混物、至少一个胎冠层的涂覆配混物、基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，基层的侧面部分的轴向宽度(L331、L332)至少等于200mm。
再次有利地，基层由两个独立的侧面部分形成，两个独立的侧面部分各自具有轴向宽度L331和L332。
基层由两个独立的侧面部分形成，两个独立的侧面部分各自的轴向宽度L331和L332相等。
基层由两个独立的侧面部分形成，两个独立的侧面部分分别由相同的第三弹性体配混物M3形成。
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，基层的主要作用是确保静电荷从轮胎的胎面传导到胎体。然后，胎圈与轮辋的接触使电路闭合。因此，存在用于限定基层的数种可行的几何形状。最终的选择必须考虑其体积、其滞后性、其热导率以及其在制造期间的工业生产成本。
基层由单个部分形成，与整个中间胎面部分连续接触并且至少部分地与至少一个胎面翼部接触。
与现有技术不同，本发明人在此以滞后性为代价来支持基层的电性能。具体地，即使基层在胎冠的整个宽度上延伸，其体积也受限于其在工业上可接受的最小值下的受到不利影响的厚度。例如，本发明人提出了7mm至18mm的厚度。在这种情况下，滞后性的优化通过胎面中间部分的配混物的配方来获得，所述胎面中间部分的配混物是最大体积的弹性体配混物，因此是滞后性的最大来源。
根据本发明，基层的至少一个侧面部分在至少等于10mm的长度(LC1、LC2)上至少部分地与胎面翼部接触。
在本发明的使用了确切所需的材料量的一个最佳实施方案中，基层设置为仅在10mm的长度上与胎面翼部接触，要知晓其在轴向方向上的宽度为至多200mm。应该注意的是，如果其仅在轮胎的单侧存在，用于释放静电荷的通路也是足够的。
至少一个胎面翼部(40)的第一弹性体配混物M1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这种弹性体配混物的电导率，所述增强填料具有含量为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，至少等于0.190W/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。
根据由第二弹性体配混物M2形成的中间胎面部分的第一实施方案，中间胎面部分的第二弹性体配混物M2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15phr。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。
根据由第二弹性体配混物M2形成的中间胎面部分的第二实施方案，中间胎面部分的第二弹性体配混物M2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。
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。
根据由第二弹性体配混物M2形成的中间胎面部分的第三实施方案，中间胎面部分的第二弹性体配混物M2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15phr。
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。
根据本发明，胎面的基层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。
胎面的基层首先必须是导电性的。其是用于释放静电荷的通路中的连接者，将与地面接触的胎面与轮胎的胎冠连接在一起。在此，在成本优化方法中，本发明人使用了与也是导电性的胎面翼部相同的配混物组成。胎面的基层是相对较小体积的橡胶，因此在配方中着重于其传导静电荷的能力。该目的用比例为30到80phr并且BET表面积为110m2/g的碳黑增强填料来实现。
根据一个优选的实施方案，每个胎侧层的弹性体配混物M4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。
附图说明
图1示意性地表示旨在用在自卸车类型的车辆上的轮胎；
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；
图3表示在连续基层中铺设的胎面，所述连续基层在轮胎胎冠的整个宽度上铺展；
图4和图5表示相对于赤道平面不对称的胎面；
图6示出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。
具体实施方式
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和基层的各种可行的构造。
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311和312。胎面32和胎面翼部311、312倚靠在径向内部的基层311、312上。每个胎面轴向端部311、312经由胎侧20连接至胎圈70。
胎面翼部31的径向外部顶端与中间胎面部分32在其整个厚度上接触。其径向内部底端与胎面的径向内部基层在至少等于10mm的长度(Lc1、Lc2)上接触。
基层(33)由两个独立的侧面部分(331、332)形成，两个独立的侧面部分(331、332)各自具有轴向宽度L331和L332。在所使用的实施例中，该宽度等于200mm。
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。对于基层，轴向内端(或轴向外端)位于距赤道平面的距离L3(或L4)处。
图3表示在连续基层中铺设的胎面，所述连续基层在轮胎胎冠的整个宽度上铺展。
图4和图5表示相对于赤道平面不对称的胎面。在图4中，胎面翼部仅位于车辆外侧(附图标记100)，而在图5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根据本发明且如在图1中所示的轮胎(其尺寸为59/80R63)进行了更具体的研究。
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，所述参考轮胎包括根据现有技术的由单层组成的胎侧和由单个部分制成的胎面。
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，在附图6的曲线图上示出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，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6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。
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、胎面翼部、胎面中间部分和基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 GDA0003035361080000131
*通过液体途径获得的弹性体配混物M2
(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 GDA0003035361080000132
Figure GDA0003035361080000141
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M2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M2具有这样的组成，即所述组成包含至少一种二烯弹性体和可以为炭黑和二氧化硅的共混物的增强填料，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15phr的含量。弹性体-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M1，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M1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使低滞后性的胎侧的弹性体配混具有固定在0.125MPa的粘性剪切模量。由于胎侧不参与用于传导静电荷的通路，因此无需在该配混物中填充例如炭黑。相对于3phr的炭黑，主要使用比例为29phr的二氧化硅的填料用于实现低滞后性的目标。
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。参考轮胎包括标准胎侧层和标准胎面。例如，标准胎侧层是根据以下比例的弹性体配混物配方：
表3
组成 参考轮胎的胎侧层的标准配混物
NR(天然橡胶) 50
BR(丁二烯橡胶) 50
炭黑N330 55
炭黑N234 NC
二氧化硅(2) NC
增塑剂(3) 18
蜡 1
抗氧化剂 3
ZnO 2.5
硬脂酸 1
硫 0.9
促进剂 0.6
参考轮胎的标准胎面既不包括胎面翼部也不包括基层。它由单个部分制成。
参考轮胎的计算结果示于下表4中：
表4
Figure GDA0003035361080000151
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5中：
表5
Figure GDA0003035361080000152
Figure GDA0003035361080000161
有限元计算证实了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底层是导电性的。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显示出最高水平为88.9℃，这与相对于参考轮胎的10％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 (13)

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(311、312)；
-基层(33)，其沿径向位于所述胎面(30)的内侧并且包括至少一个侧面部分(331、332)，所述侧面部分(331、332)至少部分地与所述胎面翼部(311、312)接触；
-胎冠增强件(40)，其沿径向位于所述基层(33)的内侧并且包括至少一个胎冠层(41)，所述胎冠层(41)由包覆在导电性弹性体配混物中的金属增强体组成；
-两个胎侧(20)，其将所述胎面翼部(311、312)连接至两个胎圈(70)，每个胎圈(70)包括胎圈层(71)，所述胎圈层(71)旨在与轮辋凸缘接触并且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配混物中的金属增强体组成；
-至少一个胎面翼部(311、312)由具有热导率λ1和电阻率ρ1的第一弹性体配混物M1组成；
-中间胎面部分(32)由具有粘弹性损耗tgδ2的第二弹性体配混物M2组成；
-所述基层(33)由具有热导率λ3和电阻率ρ3的第三弹性体配混物M3组成；
-每个胎侧(20)由具有粘性动力学剪切模量G”4的第四弹性体配混物M4组成，
其特征在于，至少一个胎面翼部(311、312)的第一弹性体配混物M1具有至少等于0.190W/m.K的热导率λ1；中间胎面部分(32)的第二弹性体配混物M2具有至多等于0.06的粘弹性损耗tgδ2；所述基层(33)的第三弹性体配混物M3具有小于等于0.190W/m.K的热导率λ3；第一弹性体配混物M1和第三弹性体配混物M3各自的电阻率ρ1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，胎圈层(71)、胎体层(50)的导电性弹性体配混物、至少一个胎冠层(41)的导电性弹性体配混物、基层(33)以及胎面翼部(311、312)构成电荷在轮辋与地面之间的优等传导通路；以及每个胎侧(20)的第四弹性体配混物M4具有至多等于0.125MPa的粘性动力学剪切模量G”4。
2.根据权利要求1所述的轮胎，所述基层(33)的至少一个侧面部分(331、332)具有轴向宽度L331和L332，其中所述基层(33)的侧面部分(331、332)的轴向宽度L331和L332至少等于200mm。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，所述基层(33)由两个独立的侧面部分(331、332)形成，两个独立的侧面部分(331、332)各自具有轴向宽度L331和L332。
4.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，所述基层(33)由两个独立的侧面部分(331、332)形成，两个独立的侧面部分(331、332)各自的轴向宽度L331和L332相等。
5.根据权利要求3所述的轮胎，其中，所述基层(33)由两个独立的侧面部分(331、332)形成，两个独立的侧面部分(331、332)分别由相同的第三弹性体配混物M3形成。
6.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，所述基层(33)由单个部分形成，与整个中间胎面部分(32)连续接触并且至少部分地与至少一个胎面翼部(311、312)接触。
7.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，所述基层(33)的至少一个侧面部分(331、332)至少部分地与胎面翼部在至少等于10mm的长度LC1和LC2上接触。
8.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，至少一个胎面翼部(311、312)的第一弹性体配混物M1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。
9.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，中间胎面部分(32)的第二弹性体配混物M2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15phr。
10.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，中间胎面部分(32)的第二弹性体配混物M2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。
11.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，中间胎面部分(32)的第二弹性体配混物M2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15phr。
12.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，所述基层(33)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。
13.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，每个胎侧(20)的第四弹性体配混物M4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。
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