CN111315589A - 具有轻质胎冠增强件的充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括胎冠增强件的轮胎(1)，所述胎冠增强件由两个工作胎冠层(41、43)(它们的衬层含有炭黑)和周向增强元件层(42)制成。根据本发明，所述工作胎冠层(41、43)的增强元件为直径小于1.3mm的金属缆线，至少一个工作胎冠层中的每个金属缆线的至少一根丝线为至少UHT级，至少径向最外工作胎冠层(43)中的至少径向最外衬层在10％伸长下的拉伸弹性模量小于8.5MPa，并且至少径向最外工作胎冠层(43)中的至少所述径向最外衬层具有大于85的宏观分散值Z。

Description

具有轻质胎冠增强件的充气轮胎
技术领域
本发明涉及具有径向胎体增强件的轮胎，更具体地涉及旨在安装至承载重负荷的车辆(例如卡车、牵引车、拖车或大客车)的轮胎。
背景技术
在重型类型的轮胎中，胎体增强件通常锚固在胎圈区域中的两侧上，并且在径向上被由至少两个层组成的胎冠增强件覆盖，所述至少两个层重叠并且由丝线或帘线形成，所述丝线或帘线在每个层中平行并且从一个层至下一个层交叉，与周向方向形成在10°和45°之间的角度。形成工作增强件的所述工作层可以进一步覆盖有至少一个由以下所述增强元件形成的被称为保护层的层，所述增强元件有利地为金属且可伸展，并被称为弹性增强元件。其还可以包括金属丝线或帘线的层，所述金属丝线或帘线与周向方向形成在45°和90°之间的角度，该帘布层被称为三角帘布层并且在径向上位于胎体增强件与第一胎冠帘布层之间，所述第一胎冠帘布层被称为工作帘布层并且由以绝对值不超过45°的角度铺设的平行丝线或帘线形成。三角帘布层与至少所述工作帘布层形成三角形的增强件，该增强件在其所经受的各种应力下具有很小的变形，该三角帘布层基本上用于吸收轮胎胎冠区域中的所有增强元件所经受的横向压缩力。
当帘线在等于10％断裂力的拉伸力下显示出至多等于0.2％的相对伸长时，所述帘线被称为是不可伸展的。
当帘线在等于断裂负荷的拉伸力下显示出至少等于3％的相对伸长和小于150GPa的最大切线模量时，所述帘线被称为是弹性的。
周向增强元件为与周向方向形成在+2.5°至-2.5°(相对于0°)范围内的角度的增强元件。
轮胎的周向方向或纵向方向为对应于轮胎的外周并由轮胎行驶方向限定的方向。
轮胎的横向方向或轴向方向平行于轮胎的旋转轴线。
径向方向为与轮胎的旋转轴线相交并与其垂直的方向。
轮胎的旋转轴线为在正常使用时轮胎转动所围绕的轴线。
径向平面或子午平面为包含轮胎的旋转轴线的平面。
周向中平面或赤道平面为垂直于轮胎的旋转轴线并且将轮胎分成两半的平面。
对于金属丝线或帘线，根据1984年的标准ISO 6892在张力下测量断裂力(以N计的最大负荷)、断裂强度(以MPa计)、断裂伸长(以％计的总伸长)和模量(以GPa计)。
由于公路网络的改进和全球高速公路网络的扩张，一些当今被称为“公路轮胎”的轮胎旨在以高的平均速度行驶越来越长的路程。由于轮胎磨损较少，所以这样的轮胎行驶所要求的组合条件无疑使得能够增加所覆盖的距离。这种就所覆盖的距离而言的寿命增加，加上这样的使用条件在重负荷下可能导致相对较高的胎冠温度的事实，表明需要至少成比例地增加轮胎胎冠增强件的耐久性。
这是因为在胎冠增强件中存在应力，更具体地，在胎冠层之间存在剪切应力，在轴向最短胎冠层的端部处的操作温度过度升高的情况下，这导致在所述端部处的橡胶中裂纹的出现和蔓延。同样的问题存在于两个增强元件层的边缘的情况中，所述另一层不必在径向上与第一层邻近。
为了改进轮胎的胎冠增强件的耐久性，法国申请FR 2 728 510提出：一方面，在胎体增强件与径向上最接近旋转轴线的胎冠增强件工作帘布层之间设置轴向连续帘布层，所述轴向连续帘布层由与周向方向形成至少等于60°的角度的不可伸展的金属帘线形成，并且所述轴向连续帘布层的轴向宽度至少等于最短工作胎冠帘布层的轴向宽度；另一方面，在两个工作胎冠帘布层之间设置附加帘布层，所述附加帘布层由基本上平行于周向方向定向的金属元件形成。
此外，法国申请WO 99/24269特别提出，在赤道平面的每一侧上以及在附加帘布层(其具有基本上平行于周向方向的增强元件)的直接轴向连续部分中，两个工作胎冠帘布层(它们由从一个帘布层至下一帘布层交叉的增强元件形成)在一定轴向距离上联接，然后使用橡胶配混物的成型元件至少在所述两个工作帘布层公共的剩余宽度上脱离联接。
此外，轮胎在“工地供应”类型的重型车辆上的使用意味着轮胎在驶过多石地面时经受冲击负荷。这些冲击负荷对于耐久性方面的性能而言当然是有害的。
对于本领域技术人员而言，还已知的实践是增加构成胎冠增强件的帘布层的数量从而改进轮胎相对于这些冲击负荷的耐久性。
在上述所有解决方案中，一个或多个附加增强元件层的存在导致更大的轮胎质量和更高的轮胎制造成本。
因此，可以例如通过增加帘线分布的间距或者通过使用更小直径和更小横截面的增强元件从而使工作胎冠帘布层减轻，如例如在文献US-3240249中所述。应注意增强元件的直径和横截面的减小通常伴随着钢材韧性的增加，这限制或抵消了断裂力方面的损失。
因此，已知的是使用较小的增强元件以使得轮胎减轻，一方面通过使金属量更少以及另一方面通过减少用于形成增强元件层中压延体的弹性体配混物的体积从而使质量减小。
尽管如此，金属量的减少并未使得朝改进耐久性方面性能的方向发展。
尤其是当意外驶过相对大尺寸的单独的障碍物时，所有帘布层突然经受巨大变形，所述巨大变形甚至可能使胎冠块完全断裂。这类源于意外的损伤通常被称为“道路危险”。
已经发现，包括减轻了的工作胎冠帘布层的轮胎承受道路危险的能力被证明极大幅地降低。由非常大的变形引起的额外力施加在工作胎冠帘布层上，所述工作胎冠帘布层由于已经减轻而被证明对于断裂风险是高度敏感的。当增强元件经受氧化现象时，这种对断裂的敏感性也增加。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于“重型”车辆的轮胎，其具有减小的质量并同时保持令人满意的耐久性方面的性能以及承受道路危险的能力。
根据本发明，该目的通过一种用于重型类型的车辆的轮胎来实现，所述轮胎具有径向胎体增强件并且包括由至少两个工作胎冠层形成的胎冠增强件，每个工作胎冠层包括插入两个弹性体配混物压延层之间的金属增强元件，所述弹性体配混物包含由至少炭黑组成的增强填料，所述胎冠增强件由胎面径向覆盖，所述胎面经由两个胎侧连接至两个胎圈，所述胎冠增强件包括至少一个周向增强元件层，所述工作胎冠层的增强元件为直径小于1.3mm的金属帘线，至少一个工作胎冠层中的每个金属帘线的至少一根丝线为至少UHT级，至少径向最外工作胎冠层中的至少径向最外压延层在10％伸长下的拉伸弹性模量小于8.5MPa，并且至少径向最外工作胎冠层中的至少所述径向最外压延层具有大于85的宏观分散Z值。
出于本发明的目的，增强元件的直径为在增强元件的横截面上外接圆的直径，在与增强元件的平均方向垂直的轮胎截面中测量该直径。
出于本发明的目的，“至少UHT级的丝线”为以MPa表示的机械断裂强度R满足R≥4180-2130xD的丝线，D为丝线的以mm表示的直径。
经填充的弹性体配混物的大于85的宏观分散Z值意指填料以大于或等于85的分散Z值分散在组合物的弹性体基质中。
在本说明书中，填料在弹性体基质中的分散由Z值表征，所述Z值是在交联之后按照S.Otto等人在Kautschuk Gummi Kunststoffe，58Jahrgang，NR 7-8/2005中描述的方法根据标准ISO 11345测得的。
Z值的计算基于填料未分散的表面积的百分比(“未分散的表面积％”)，如通过由Dynisco供应的伴有其操作程序和"disperDATA"操作软件的“disperGRADER+”设备根据下述方程式所测得：
Z＝100-(未分散的表面积％)/0.35
未分散的表面积百分比就其本身而言，通过使用相机在30°的入射光下观察样品的表面来测得。亮点与填料和附聚物有关，而暗点与橡胶基质有关；数字处理将图像转化为黑白图像，从而能够确定未分散的表面积的百分比，如S.Otto在上述文献中所描述。
Z值越高，填料在橡胶基质中的分散越好(100的Z值对应于完美的分散，而0的Z值对应于一般的分散)。大于或等于80的Z值将被认为是对应于填料在弹性体基质中分散极其良好的表面积。
构成至少一个保护层中至少所述径向最外压延层的弹性体配混物根据已知的方法制得。
为了实现大于85的宏观分散Z值，弹性体配混物可以有利地通过形成二烯弹性体和增强填料的母料来制备。
出于本发明的目的，“母料”理解为意指已经引入填料的弹性体基复合材料。
存在各种获得二烯弹性体和增强填料的母料的方式。特别地，为了改进填料在弹性体基质中的分散，一种解决方案是以“液”相混合弹性体和填料。为此，使用形式为弹性体粒子分散在水中的胶乳式弹性体，以及填料的水分散体，即填料分散在水中并且通常被称为“浆料”。
因此，根据本发明的一个变体形式，起始于含天然橡胶的二烯弹性体胶乳和含炭黑的填料水分散体，通过液相混合来获得母料。
还更优选地，根据本发明的母料按照如下方法步骤获得，所述步骤使得可以获得填料在弹性体基质中的非常好的分散：
-将二烯弹性体胶乳的第一连续流供应至凝结反应器的混合区域，所述凝结反应器限定了在混合区域和出口之间延伸的纵长的凝结区域，
-在压力下将包含填料的流体的第二连续流供应至凝结反应器的所述混合区域，从而通过在混合区域中以足以使弹性体胶乳与填料在出口之前凝结的能量使第一流体和第二流体混合而与弹性体胶乳形成混合物，所述混合物以连续流的方式流向出口区域并且所述填料能够使弹性体胶乳凝结，
-回收在反应器的出口处以连续流的形式预先获得的凝结物，对其进行干燥以便回收母料。
这种以液相制备母料的方法例如描述于文献WO 97/36724中。
根据本发明有利地，聚合物配混物的第一层S的弹性体–填料结合的特征在于在交联之前测得的“结合橡胶”含量大于35％。
被称为“结合橡胶”测试的测试使得可以确定未硫化组合物中的与增强填料密切关联的弹性体比例，该比例的弹性体不溶于标准有机溶剂中。已知在混合过程中被增强填料固定的该不可溶比例的橡胶能够定量地表征橡胶组合物中的填料的增强活性。这种方法例如描述于标准NF T 45-114(1989年6月)中，所述标准用于确定结合至炭黑的弹性体的含量。
该测试是本领域技术人员公知的，用于表征由增强填料提供的增强特性，例如已在如下文献中有描述：Plastics,Rubber and Composites Processing andApplications,第25卷,第7期,第327页(1996)；Rubber Chemistry and Technology,第69卷,第325页(1996)。
在该情况下，不能用甲苯提取的弹性体的含量以如下方式测得：将橡胶组合物样品(通常300至350mg)放置15天从而在该溶剂中(例如在80至100cm3的甲苯中)溶胀之后，接着在100℃下进行真空干燥24小时的步骤，然后称重由此处理的橡胶组合物样品。上述溶胀步骤优选地在环境温度(约20℃)下避开光线进行，并且例如在溶胀的第一个五天之后更换一次溶剂(甲苯)。在计算中考虑并且消除了橡胶组合物中最初存在的除了弹性体之外的不溶性质的组分的份数之后，以已知方式通过橡胶组合物样品的最初重量和最终重量之间的差值算出“结合橡胶”含量(重量％)。
根据本发明的优选实施方案，至少一个工作层的增强元件为这样的帘线，即所述帘线包括具有M根内部丝线的内层和具有N根外部丝线的外层，所述外层围绕所述内层进行缠绕。
优选地，根据本发明的该有利变体形式，M＝1或2且N＝5、6、7、8或9，优选M＝1且N＝5或6，或者M＝2且N＝7、8或9。
换言之，根据本发明的该优选实施方案有利地，至少一个工作层的每个帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根丝线，更优选内部丝线和外部丝线中的每根丝线表现出的以MPa表示的机械断裂强度R满足R≥4180-2130xD，D为丝线的以mm表示的直径。
根据本发明进一步优选地，至少一个工作层的每个帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根丝线，优选内部丝线和外部丝线中的每根丝线表现出的以MPa表示的机械断裂强度R满足R≥4400-2000xD，D为丝线的以mm表示的直径。
根据本发明进一步优选地，工作胎冠层的增强元件为这样的帘线，即所述帘线包括具有M根内部丝线的内层和具有N根外部丝线的外层，所述外层围绕所述内层进行缠绕，其中M＝1或2且N＝5、6、7或8，每个帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根丝线，优选每个帘线的内部丝线和外部丝线中的每根丝线表现出的以MPa表示的机械断裂强度R满足R≥4180-2130xD，D为丝线的以mm表示的直径。
根据本发明甚至更优选地，所述至少两个工作层的增强元件为这样的帘线，即所述帘线包括具有M根内部丝线的内层和具有N根外部丝线的外层，所述外层围绕所述内层进行缠绕，其中M＝1或2且N＝5、6、7或8，每个帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根丝线，优选每个帘线的内部丝线和外部丝线中的每根丝线表现出的以MPa表示的机械断裂强度R满足R≥4400-2000xD，D为丝线的以mm表示的直径。
由根据本发明的轮胎获得的结果的确证实了在轮胎的胎冠增强件减轻的情况下，可以在尤其是驶过多石地面时保持耐久性方面的性能。
出乎预料地，结果的确证实了根据本发明的轮胎可以通过尤其是减小工作胎冠层的金属质量来减轻，并同时保持轮胎胎冠的耐久性性能，特别是就例如驶过多石地面时在胎面上出现的冲击负荷而言的耐久性性能。
进行的测试表明，将根据本发明的弹性体配混物用以制备至少径向最外工作胎冠层的至少径向最外压延层使得可以改进轮胎在耐久性方面的性能，所述弹性体配混物包含由至少炭黑形成的增强填料，具有小于8.5MPa的在10％伸长下的拉伸弹性模量，并且具有大于85的宏观分散Z值。
本发明人相信他们已经尤其证实了，与更常规的配混物相比，选择根据本发明的配混物制备至少径向最外工作胎冠层中至少所述径向最外压延层(特别产生弱传导性压延层)限制了径向最外工作胎冠层的增强元件的腐蚀现象。
此外，根据本发明的工作胎冠层的压延体在10％伸长下的拉伸弹性模量似乎有利于在驶过多石地面时的耐久性方面的性能。通常地，工作胎冠层的压延体在10％伸长下的拉伸弹性模量大于8.5MPa，通常大于10MPa。特别是当车辆沿行弯曲路径时、当在停车场移动时或者当越过迂回路线时，特别需要这样的弹性模量从而使得可以限制工作胎冠层的增强元件被压缩的程度。这是因为在与地面接触的表面区域中作用于胎面的沿着轴向方向的剪切作用造成工作胎冠层的增强元件被压缩。
本发明人能够证实，周向增强元件层使得可以为工作胎冠层的压延层的橡胶配混物选择较低的弹性模量，而不会因如上所述的所述工作胎冠层的增强元件被压缩而不利地影响轮胎的耐久性性能。
本发明人还能够证实，当工作胎冠层的压延层在10％伸长下具有小于8.5MPa的拉伸弹性模量时，所述工作胎冠层的压延层的内聚力仍保持令人满意。
出于本发明的目的，内聚性橡胶配混物为相对于开裂特别强健的橡胶配混物。因此通过在“PS”(纯剪切)测试试样上进行的疲劳开裂测试来评估配混物的内聚力。所述测试包括在对测试试样进行切口之后确定裂纹蔓延速率“Vp”(nm/循环)随能量释放速率“E”(J/m2)的变化。测量覆盖的实验范围为-20℃至+150℃的温度范围，使用空气或氮气的气氛。测试试样的应力为以脉冲类应力负荷(“半正矢”切线信号)的形式施加的振幅在0.1mm和10mm之间的动态位移，其中间歇时间等于脉冲持续时间；信号的频率平均为约10Hz。
该测量包括3个部分：
·“PS”测试试样在27％变形下的1000个循环的适应。
·能量表征从而确定“E”＝f(变形)定律。能量释放速率“E”等于W0*h0，其中W0＝每个周期和每单位体积供应至材料的能量，h0＝测试试样的初始高度。因此利用“力/位移”的采集数据给出了“E”与应力负荷的振幅之间的关系。
·在对“PS”测试试样进行切口之后测量裂纹。收集的数据用以确定裂纹蔓延速率“Vp”随施加的应力负荷水平“E”的变化。
本发明人尤其证实了，存在至少一个周向增强元件层有助于减少工作胎冠层的压延层的内聚力变化。具体地，更常规的轮胎设计(尤其是包括工作胎冠层的压延层并且压延层在10％伸长下具有大于8.5MPa的拉伸弹性模量的轮胎设计)导致工作胎冠层的所述压延层的内聚力变化，该内聚力倾向于变得更弱。本发明人观察到，存在至少一个周向增强元件层有助于限制工作胎冠层的增强元件的压缩(特别是当车辆沿行弯曲路径时)，并且还限制温度增加，因此使得压延层的内聚力变化较小。因此，本发明人认为工作胎冠层的压延层的内聚力(所述内聚力低于在更常规使用的轮胎设计中发现的内聚力)在根据本发明的轮胎设计中是令人满意的。
根据本发明有利地，工作胎冠层的压延层在10％伸长下全部具有小于8.5MPa的拉伸弹性模量，以及大于85的宏观分散Z值。
根据本发明的优选实施方案，至少径向最外工作胎冠层中的至少所述径向最外压延层的单位体积电阻率ρ满足log(ρ)大于8。
根据标准ASTM D 257静态测量单位体积电阻率ρ，ρ以ohm.cm表示。
更优选地，工作胎冠层的所有压延层的单位体积电阻率ρ都满足log(ρ)大于8。
根据本发明的优选实施方案，至少径向最外工作胎冠层中的至少径向最外压延层的表示为tan(δ)max的tan(δ)最大值小于0.080，优选小于0.070。
优选地，工作胎冠层的所有压延层的表示为tan(δ)max的tan(δ)最大值都小于0.080，优选小于0.070。
损耗因子tan(δ)为橡胶配混物层的动力学性能。其在粘度分析仪(MetravibVA4000)上根据标准ASTM D 5992-96进行测量。记录在100℃的温度下经受10Hz频率的简单交变正弦剪切应力的硫化组合物样品(厚度为2mm并且横截面为78mm2的圆柱状测试试样)的响应。从0.1％至50％(正向循环)，然后从50％至1％(返回循环)进行应变振幅扫描。使用的结果为在返回循环中测得的复数动力学剪切模量(G*)和损耗因子tan(δ)。对于返回循环，显示出观察到的最大tan(δ)值，以tan(δ)max表示。
滚动阻力为当轮胎滚动时出现的阻力。滚动阻力由与轮胎在旋转过程中的变形相关的滞后性损失表示。与轮胎旋转相关的频率值对应于在30和100℃之间测得的tan(δ)值。因此，在100℃下的tan(δ)值对应于轮胎在滚动时的滚动阻力的指标。
本发明人能够进一步证实，选择根据本发明的该优选实施方案的配混物制备至少径向最外工作胎冠层中至少径向最外压延层，由于tan(δ)的最大值(表示为tan(δ)max)相对较低，因此可以改进轮胎在滚动阻力方面的性能。
根据本发明的优选实施方案，至少径向最外工作胎冠层中的至少径向最外压延层为这样的弹性体配混物，即所述弹性体配混物基于天然橡胶或合成聚异戊二烯、任选的至少一种其它二烯弹性体、以及增强填料，所述合成聚异戊二烯主要具有顺式-1,4-键，在共混物的情况下天然橡胶或合成聚异戊二烯相对于所使用的其它二烯弹性体的含量以主要含量存在，所述增强填料由如下组成：
a)炭黑，其使用含量在20和80phr之间，
b)或者炭黑和白色填料的共混物，其中总填料含量在20和80phr之间，优选在40和60phr之间，所述白色填料为二氧化硅和/或氧化铝类型、包含SiOH和/或AlOH表面官能团并且选自沉淀或热解法二氧化硅、氧化铝或铝硅酸盐，或者在合成期间或之后改性的BET比表面积在30和260m2/g之间的炭黑。
BET比表面积的测量根据“The Journal of the American Chemical Society”(第60卷，第309页，1938年2月)中描述的Brunauer、Emmet和Teller方法(对应于1987年11月的标准NFT 45007)进行。
如果使用透明填料或白色填料，需要使用偶联剂和/或覆盖剂，所述偶联剂和/或覆盖剂选自本领域技术人员已知的试剂。作为优选的偶联剂的示例，可以提及双(3-三烷氧基甲硅烷基丙基)多硫化物类型的烷氧基硅烷硫化物，其中特别是由Degussa以名称Si69(纯液体产品)和名称X50S(固体产品(以重量计按照50/50与N330炭黑共混))出售的双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物。作为覆盖剂的示例，可以提及脂肪醇，烷基烷氧基硅烷(例如分别由Degussa以名称Si116和Si216出售的十六烷基三甲氧基硅烷或十六烷基三乙氧基硅烷)，二苯胍，聚乙二醇或者任选通过OH或烷氧基官能团改性的硅油。覆盖剂和/或偶联剂相对于填料以≥1/100且≤20/100的重量比例使用，当透明填料占增强填料的全部时优选在2/100和15/100之间，当增强填料由炭黑和透明填料的共混物组成时在1/100和20/100之间。
具有上述二氧化硅和/或氧化铝类型的材料的形态和SiOH和/或AlOH表面官能团并且可以根据本发明用作这些材料的部分或全部替代品的增强填料的其它示例包括这样的炭黑，即所述炭黑在合成过程中通过在供应至炉的油中加入硅和/或铝的化合物或者在合成之后通过将酸加至炭黑在硅酸钠和/或铝酸钠溶液的水悬浮液中而改性，从而用SiOH和/或AlOH官能团至少部分地覆盖炭黑的表面。作为这种类型的在表面具有SiOH和/或AlOH官能团的炭基填料的非限制性示例，可以提及ACS橡胶专题会议(阿纳海姆，加利福尼亚，1997年5月6-9日)第24号文件中描述的CSDP型填料，以及专利申请EP-A-0 799 854中的填料。作为其它非限制性示例，可以提及由Cabot Corporation以名称EcoblackTM“CRX 2000”或“CRX4000”出售的填料，或者在公开US2003040553、WO9813428中描述的填料；这样的增强填料优选含有占增强填料10重量％的二氧化硅含量。
在可以与天然橡胶或主要具有顺式-1,4-键的合成聚异戊二烯共混使用的二烯弹性体中，可以提及优选主要具有顺式-1,4-键的聚丁二烯(BR)，溶液法或乳液法苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)，丁二烯-异戊二烯共聚物(BIR)，或者苯乙烯-丁二烯-异戊二烯三元共聚物(SBIR)。这些弹性体可以为在聚合过程中或在聚合之后通过支化剂(例如二乙烯基苯)或星形支化剂(例如碳酸酯、卤化锡或卤化硅)或者通过官能化剂改性的弹性体，所述官能化剂例如通过二甲基氨基苯甲酮或二乙基氨基苯甲酮的作用使得氧基羰基或羧基官能团或者胺官能团接枝至链或链端部。在天然橡胶或主要具有顺式-1,4-键的合成聚异戊二烯与一种或多种上述二烯弹性体的共混物的情况下，天然橡胶或合成聚异戊二烯优选以主要含量，更优选以大于70phr的含量使用。
根据本发明的变体实施方案有利地，至少径向最外工作胎冠层的金属增强元件为在“透气性”测试中具有小于5cm3/min流速的帘线。
被称为透气性测试的测试使得可以通过测量在给定时间段内在恒定压力下穿过测试试样的空气的体积，从而确定测试帘线针对空气的纵向渗透性。如本领域技术人员公知的，这种测试的原理是证实对帘线进行的处理使得帘线不透气的有效性；其例如已描述于标准ASTM D2692-98中。
该测试是在通过剥离直接从硫化的橡胶帘布层中抽出的帘线上进行的，所述帘线增强所述硫化的橡胶帘布层，因此被固化的橡胶渗透。
帘线周围因此涂覆有处于固化状态的橡胶配混物(或涂覆橡胶)，该测试是在2cm长的所述帘线上进行的，所述测试以如下方式进行：在1巴的压力下将空气注入帘线的入口端，并且使用流量计(经校准，例如从0至500cm3/min)测量在出口端的空气体积。在测量过程中，将帘线的样品固定在压缩气密性密封件(例如由致密泡沫或橡胶制成的密封件)中，从而使得测量中仅考虑沿着帘线的纵向轴线从一个端部到另一个端部穿过帘线的空气量；使用固体橡胶测试试样(即不具有帘线的测试试样)预先检查气密性密封件本身的气密性。
测得的平均空气流速(10个测试试样的平均值)越低，帘线的纵向不透气性越高。由于进行的测量取±0.2cm3/min的精度，小于或等于0.2cm3/min的测量值都认为是零；它们对应于沿着帘线轴线(即在帘线的纵向方向上)可被描述为气密(完全气密)的帘线。
该透气性测试还构成间接测量橡胶组合物对帘线的渗透程度的简单手段。所测得的流速越低，橡胶对帘线的渗透程度越高。
在“透气性”测试中流速小于20cm3/min的帘线具有大于66％的渗透程度。
在“透气性”测试中流速小于2cm3/min的帘线具有大于90％的渗透程度。
根据本发明的该变体形式有利地，可以使用流动性比更常用配混物大的压延层配混物获得至少径向最外工作胎冠层的金属增强元件在“透气性”测试中的值。
这样的在“透气性”测试中的值似乎进一步改进了轮胎的耐久性，尤其是在对轮胎的导致氧化剂进入至少径向最外工作胎冠层的增强元件的极严重攻击期间。实际上，压延配混物对至少径向最外工作胎冠层的金属增强元件的较大渗透有益于减少氧化剂在增强元件内的扩散。在可以使氧化剂进入增强元件的攻击的情况下，增强元件的这种渗透限制了氧化剂与金属增强元件之间的直接接触。因此，增强元件的氧化基本上因氧化剂穿过到达压延层而继续发生，通过选择构成至少径向最外工作胎冠层中至少径向外部压延体的配混物来降低该氧化强度，所述配混物具有弱导电性。
根据本发明的一个优选实施方案，所述至少一个周向增强元件层在径向上设置在两个工作胎冠层之间。
根据本发明的该实施方案，相比于沿径向位于工作层外侧的相似层，周向增强元件层使得可以更大程度地限制胎体增强件的增强元件的压缩。其优选通过至少一个工作层与胎体增强件沿径向隔开，从而限制所述增强元件上的应力负荷并且避免增强元件过度疲劳。
根据本发明还有利地，沿径向与周向增强元件层邻近的工作胎冠层的轴向宽度大于所述周向增强元件层的轴向宽度，并且优选地，在赤道平面的任一侧上以及在周向增强元件层的直接轴向连续部分中，与周向增强元件层邻近的所述工作胎冠层在轴向宽度上联接，然后通过橡胶配混物层C至少在所述两个工作层公共的剩余宽度上脱离联接。
在与周向增强元件层邻近的工作胎冠层之间存在这样的联接，会降低作用在与该联接最接近的位置处的轴向最外周向元件上的拉伸应力。
根据本发明的一个有利实施方案，至少一个周向增强元件层的增强元件为这样的金属增强元件，即所述金属增强元件在0.7％伸长下具有在10和120GPa之间的割线模量以及小于150GPa的最大切线模量。
根据优选的实施方案，增强元件在0.7％伸长下的割线模量小于100GPa且大于20GPa，优选在30和90GPa之间，更优选小于80GPa。
还优选地，增强元件的最大切线模量小于130GPa，更优选地小于120GPa。
上述模量在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用20MPa的预负荷确定并且针对增强元件的金属横截面校正)上测得，拉伸应力对应于针对增强元件的金属横截面校正而测得的张力。
相同增强元件的模量可以在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用10MPa的预负荷确定并且针对增强元件的整个横截面校正)上测得，拉伸应力对应于针对增强元件的整个横截面校正而测得的张力。增强元件的整个横截面为由金属和橡胶组成的复合元件的横截面，所述橡胶已尤其在固化轮胎阶段的过程中渗入增强元件。
根据与增强元件的整个横截面相关的该配置，至少一个周向增强元件层的轴向外部部分和中间部分的增强元件为这样的金属增强元件，即所述金属增强元件在0.7％伸长下具有在5和60GPa之间的割线模量以及小于75GPa的最大切线模量。
根据一个优选的实施方案，增强元件在0.7％伸长下的割线模量小于50GPa且大于10GPa，优选在15和45GPa之间，更优选小于40GPa。
还优选地，增强元件的最大切线模量小于65GPa，更优选地小于60GPa。
根据一个优选的实施方案，至少一个周向增强元件层的增强元件为这样的金属增强元件，即所述金属增强元件的拉伸应力随相对伸长变化的曲线对于较小伸长显示出平缓梯度而对于较大伸长显示出基本恒定的陡峭梯度。附加帘布层的这种增强元件通常被称为“双模量”元件。
根据本发明的优选实施方案，基本恒定的陡峭梯度从0.1％和0.5％之间的相对伸长处开始出现。
上述增强元件的各个特性在取自轮胎的增强元件上测得。
根据本发明，更特别适于制备至少一个周向增强元件层的增强元件为例如规格21.23的组件，所述规格21.23的组件的结构为3x(0.26+6x0.23)4.4/6.6SS；这种成股帘线由21根基本丝线组成，所述基本丝线的规格为3x(1+6)，三个线股捻合在一起，每一线股由7根丝线组成，形成中间芯部的一根丝线的直径等于26/100mm，6根缠绕丝线的直径等于23/100mm。这种帘线在0.7％下具有等于45GPa的割线模量以及等于98GPa的最大切线模量，这些模量在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用20MPa的预负荷确定并且针对增强元件的金属横截面校正)上测得，拉伸应力对应于针对增强元件的金属横截面校正而测得的张力。在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用10MPa的预负荷确定并且针对增强元件的整个横截面校正)上(拉伸应力对应于针对增强元件的整个横截面校正而测得的张力)，规格21.23的该帘线在0.7％下具有等于23GPa的割线模量以及等于49GPa的最大切线模量。
以同样的方式，增强元件的另一个示例为规格21.28的组件，所述规格21.28的组件的构造为3x(0.32+6x0.28)6.2/9.3SS。该帘线在0.7％下具有等于56GPa的割线模量以及等于102GPa的最大切线模量，这些模量在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用20MPa的预负荷确定并且针对增强元件的金属横截面校正)上测得，拉伸应力对应于针对增强元件的金属横截面校正而测得的张力。在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用10MPa的预负荷确定并且针对增强元件的整个横截面校正)上(拉伸应力对应于针对增强元件的整个横截面校正而测得的张力)，规格21.28的该帘线在0.7％下具有等于27GPa的割线模量以及等于49GPa的最大切线模量。
在至少一个周向增强元件层中使用这样的增强元件尤其使得能够维持所述层的令人满意的刚度，即使在常规制造方法中的成型和固化阶段之后也是如此。
根据本发明的第二实施方案，周向增强元件可以由不可伸展的金属元件形成，所述金属元件以一定方式切割从而形成长度远小于最短层的周长但是优选大于所述周长0.1倍的部分，所述部分之间的切口沿轴向彼此偏离。再次优选地，附加层的每单位宽度的拉伸弹性模量小于最具伸展性的工作胎冠层在相同条件下测得的拉伸弹性模量。这样的实施方案使得能够以简单的方式赋予周向增强元件层一定的模量，所述模量可以容易地进行调节(通过选择同一行的部分之间的间距)但是在所有情况下都低于由相同但连续的金属元件组成的层的模量，附加层的模量在从轮胎移除的切割元件的硫化层上测量。
根据本发明的第三实施方案，周向增强元件为波状金属元件，波幅与波长的比值a/λ至多等于0.09。优选地，附加层的每单位宽度的拉伸弹性模量小于最具伸展性的工作胎冠层在相同条件下测得的拉伸弹性模量。
根据本发明的变体实施方案，所述至少两个工作胎冠层的增强元件从一个层至另一个层交叉并且与周向方向形成在10°和45°之间的角度。
更优选地，所述至少两个工作胎冠层的增强元件为不可伸展的。
本发明的一个优选实施方案还如下设置：胎冠增强件沿径向在外侧由至少一个被称为保护层的附加层加以增补，所述附加层相对于周向方向以在10°和45°之间的角度定向，并且其方向与由径向邻近于其的工作层的不可伸展元件形成的角度相同。
根据本发明有利地，所述至少一个保护层的增强元件为弹性的。
保护层的轴向宽度可以小于最窄工作层的轴向宽度。所述保护层还可以具有比最窄工作层的轴向宽度大的轴向宽度，从而使得其覆盖最窄工作层的边缘。
其它变体形式还可以进行如下设置：胎冠增强件在胎体增强件与最接近所述胎体增强件的径向内部工作层之间通过由不可伸展的钢金属增强元件制成的三角层进行增补，所述钢金属增强元件与周向方向形成大于45°的角度，并且其方向与由径向最接近胎体增强件的层的增强元件形成的角度方向相同。有利地，所述三角层由两个半层构成，所述两个半层沿轴向位于周向中平面的两侧上。
附图说明
本发明的进一步细节和有利特征将在下文通过参考附图给出的对本发明示例性实施方案的描述而变得显而易见，所述附图示出根据本发明一个实施方案的轮胎的图的子午视图。
为了便于理解，附图未按比例绘制。
该图仅显示了轮胎的一半视图，所述轮胎围绕轴线XX’对称地延伸，所述轴线XX’表示轮胎的周向中平面或赤道平面。
具体实施方式
在图中，尺寸为295/80R 22.5的轮胎1包括径向胎体增强件2，所述径向胎体增强件2锚固在两个胎圈(图中未示出)中。胎体增强件2由单个金属帘线层形成。其进一步包括胎面5。
在图中，根据本发明胎体增强件2被胎冠增强件4环箍，所述胎冠增强件4在径向上从内向外由以下形成：
-由以等于26°的角度定向的金属帘线形成的第一工作层41，
-周向增强元件层42，其由“双模量”类型的21x23钢金属帘线形成，
-由金属帘线形成的第二工作层43，所述金属帘线以等于18°的角度定向并与第一工作层的金属帘线交叉，每个工作层的帘线在周向方向的任一侧上定向，
-由弹性金属帘线18.23形成的保护层44，其中所述帘线的分布间距等于2.5mm，所述帘线在与第二工作层的帘线相同的一侧上以等于18°的角度定向。
第一工作层41的轴向宽度L41等于214mm。
周向增强元件层42的轴向宽度L42等于154mm。
第二工作层43的轴向宽度L43等于194mm。
保护层44的轴向宽度L44等于162mm。
两个工作层的增强元件为UHT型的规格9.30的金属帘线，其具有的直径等于1.23mm。它们以等于2.25mm的间距P分布在每个工作层中。
构成金属帘线的丝线具有的机械断裂强度R等于3556MPa，因此满足R≥4180-2130xD的关系式。
根据本发明，保护层43的压延层在10％伸长下的拉伸弹性模量小于8.5MPa，宏观分散Z值大于85。
表示保护层43中压延层的电阻率的log(ρ)的值大于8ohm.cm。
工作胎冠层42和43中压延层的表示为tan(δ)max的tan(δ)最大值小于0.080。
参比轮胎的工作层、保护层和周向增强元件层的累积重量(包括金属帘线和压延配混物的重量)总计为9.8kg。
将根据本发明的轮胎I与相同尺寸的参比轮胎T1进行比较，该参比轮胎T1与根据本发明的轮胎的不同之处在于两个工作层的金属帘线为SHT型的规格9.35的帘线，其具有的直径等于1.35mm。它们以等于2.5mm的间距分布在每个工作层中。
参比轮胎T1的工作层、保护层和三角层的累积重量(包括金属帘线和压延配混物的重量)总计为10.4kg。
参比轮胎T与根据本发明的轮胎I的不同之处还在于工作胎冠层41和43的压延配混物，特别是它们在10％伸长下的拉伸弹性模量和Z值。
将根据本发明的轮胎I还与第二轮胎T2进行比较，该第二轮胎T2与根据本发明的轮胎的不同之处仅在于工作层的压延体的性质，与轮胎T1的那些等同。
所使用的各种配混物列于以下。
Figure BDA0002478637110000181
Figure BDA0002478637110000191
根据本发明的轮胎I用这样的工作胎冠层制得，即所述工作胎冠层的压延体由选自配混物1和2的配混物组成。
参比轮胎T1和T2用这样的工作胎冠层制得，即所述工作胎冠层的压延体由配混物R1或配混物R2组成。
使用根据本发明的轮胎I以及参比轮胎T1进行测试。
在测试机上进行第一耐久性测试，所述测试机迫使每个轮胎以一定的速度在4000kg的初始负荷下以直线行驶，所述速度等于为所述轮胎指定的最大速度等级(速度指数)，所述初始负荷逐渐增加以便减少测试的持续时间。
在测试机上进行其它耐久性测试，所述测试机向轮胎周期性施加横向负荷和动态超负荷。在与施加至参比轮胎T1的条件相同的条件下对根据本发明的轮胎进行测试。
由此进行的测试表明，对于根据本发明的轮胎和参比轮胎T1，这些测试的每个测试过程中所覆盖的距离基本上相同。因此显而易见的是，当行驶在沥青路面上时，根据本发明的轮胎表现出与参比轮胎T1基本上等同的在耐久性方面的性能。
还进行了旨在表征经受冲击负荷的轮胎胎冠增强件的断裂强度的测试。这些测试包括将圆柱形锥体压向轮胎的胎面，其中所述轮胎被充气至推荐压力。这些值表示使得胎冠块破裂所需的能量。这些值参考基数100来表示，基数100对应于参比轮胎所测得的值。
T1 100
本发明 99
这些结果表明，尽管通过减小胎冠增强件的质量来使轮胎减轻，但是在胎面表面受到冲击负荷期间断裂能量基本上等同。
通过使车辆行驶通过由致损石头组成的行驶路面来进行对应于耐久性测试的其它测试，其中所述致损石头陷入轮胎胎面中胎面花纹的空隙区域。然后，车辆移动到盐水溶液池中，从而使得腐蚀性液体经由因石头造成的损伤形成的裂纹而在轮胎内扩散。
在充分行驶之后，分析工作胎冠层的增强元件。进行的测量对应于增强元件的腐蚀长度和所述增强元件的断裂数。
在相同条件下覆盖与轮胎T2所覆盖的距离相同的距离之后，对根据本发明制得的轮胎I进行相同的测量。
在下表中参考为参比轮胎T2设定的基数100来表示结果。将一个基数100设定为用于增强元件的腐蚀长度，另一个基数100用于增强元件的断裂数。
轮胎T2 轮胎I
腐蚀长度 100 80
断裂数 100 70
这些测试尤其表明，尽管轮胎因其胎冠增强件的质量减小而减轻，但是根据本发明的轮胎的设计使得可以延迟工作胎冠层的元件的腐蚀，因此有利于轮胎在耐久性方面的性能。
在根据本发明的轮胎上再现了这些相同的测试，其中构成保护层中压延层的弹性体配混物与用于工作胎冠层中压延层的配混物相同。
如上所述，在充分行驶之后，分析工作胎冠层的增强元件以及保护层的增强元件。如上所述，进行的测量对应于增强元件的腐蚀长度和所述增强元件的断裂数。
Figure BDA0002478637110000201
Figure BDA0002478637110000211
从这些测试中可以看出，选择将相同的配混物用于保护层和工作层使得可以延迟保护层的增强元件的腐蚀并且进一步延迟工作胎冠层的增强元件的腐蚀。
此外，进行滚动阻力测量。
测量结果在下表中给出；其用kg/t表示，为参比轮胎指定100的值。
参比 100
本发明 98

Claims (15)

1.一种用于重型类型的车辆的轮胎，所述轮胎具有径向胎体增强件并且包括由至少两个工作胎冠层形成的胎冠增强件，每个工作胎冠层包括插入两个弹性体配混物压延层之间的金属增强元件，所述弹性体配混物包含由至少炭黑组成的增强填料，所述胎冠增强件由胎面径向覆盖，所述胎面经由两个胎侧连接至两个胎圈，所述胎冠增强件包括至少一个周向增强元件层，其特征在于，所述工作胎冠层的增强元件为直径小于1.3mm的金属帘线，至少一个工作胎冠层中的每个金属帘线的至少一根丝线为至少UHT级，至少径向最外工作胎冠层中的至少径向最外压延层在10％伸长下的拉伸弹性模量小于8.5MPa，并且至少径向最外工作胎冠层中的至少所述径向最外压延层具有大于85的宏观分散Z值。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，至少径向最外工作胎冠层中的至少所述径向最外压延层的表示为tan(δ)max的tan(δ)最大值小于0.080。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎，其特征在于，至少径向最外工作胎冠层中的至少所述径向最外压延层为弹性体配混物，所述弹性体配混物基于天然橡胶或合成聚异戊二烯、任选的至少一种其它二烯弹性体、以及增强填料，所述合成聚异戊二烯主要具有顺式-1,4-键，在共混物的情况下天然橡胶或合成聚异戊二烯相对于所使用的其它二烯弹性体的含量以主要含量存在，所述增强填料由如下组成：
a)炭黑，其使用含量在20和80phr之间，
b)或者炭黑和白色填料的共混物，其中总填料含量在20和80phr之间，优选在40和60phr之间，所述白色填料为二氧化硅和/或氧化铝类型、包含SiOH和/或AlOH表面官能团并且选自沉淀或热解法二氧化硅、氧化铝或铝硅酸盐，或者在合成期间或之后改性的BET比表面积在30和260m2/g之间的炭黑。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，至少一个工作胎冠层的增强元件为帘线，所述帘线包括具有M根内部丝线的内层和具有N根外部丝线的外层，所述外层围绕所述内层进行缠绕。
5.根据权利要求4所述的轮胎，其特征在于，M＝1且N＝5或6，或者M＝2且N＝7、8或9。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的轮胎，其特征在于，工作胎冠层的增强元件为帘线，所述帘线包括具有M根内部丝线的内层和具有N根外部丝线的外层，所述外层围绕所述内层进行缠绕，其中M＝1或2且N＝5、6、7或8，每个帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根丝线，优选每个帘线的内部丝线和外部丝线中的每根丝线表现出的以MPa表示的机械断裂强度R满足R≥4180-2130xD，D为丝线的以mm表示的直径。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述至少两个工作层的增强元件为帘线，所述帘线包括具有M根内部丝线的内层和具有N根外部丝线的外层，所述外层围绕所述内层进行缠绕，其中M＝1或2且N＝5、6、7或8，每个帘线的内部丝线或外部丝线中的至少一根丝线，优选每个帘线的内部丝线和外部丝线中的每根丝线表现出的以MPa表示的机械断裂强度R满足R≥4400-2000xD，D为丝线的以mm表示的直径。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，至少一个保护层的至少所述径向最外压延层的单位体积电阻率ρ满足log(ρ)大于8。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，至少所述保护层的金属增强元件为在“透气性”测试中流速小于5cm3/min的帘线。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，周向增强元件层沿径向设置在两个工作胎冠层之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，至少一个周向增强元件层的增强元件为金属增强元件，所述金属增强元件在0.7％伸长下具有在10和120GPa之间的割线模量以及小于150GPa的最大切线模量。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的轮胎，其特征在于，所述至少两个工作胎冠层的增强元件从一个层至另一个层交叉，并且与周向方向形成在10°和45°之间的角度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述至少两个工作胎冠层的增强元件为不可伸展的金属帘线。
14.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述胎冠增强件沿径向在外侧由至少一个具有“弹性”增强元件且被称为保护帘布层的附加帘布层加以增补，所述“弹性”增强元件相对于周向方向以在10°和45°之间的角度定向，并且其方向与由径向邻近于其的工作帘布层的不可伸展元件形成的角度相同。
15.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述胎冠增强件还包括由金属增强元件形成的三角层，所述金属增强元件与周向方向形成大于60°的角度。
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