CN111331888B - 加强胎面和形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成复合胎面的方法，所述方法包括以下步骤：形成由第一化合物和第二化合物构成的共挤出条带，其中，第一化合物是胎面化合物，并且第二化合物由高耐磨化合物形成，其中，胎面由在改变第一化合物与第二化合物的比率的同时将共挤出条带缠绕到轮胎成型滚筒上来形成。

Description

加强胎面和形成方法
技术领域
本发明总体上涉及轮胎制造，且更特别地涉及用于形成加强复合胎面的方法。
背景技术
轮胎制造商已由于技术的进步以及高度竞争性的工业环境而发展出更加复杂的设计。特别地，为了满足消费者的需求，轮胎设计者设法在轮胎部件（诸如，胎面）中使用多种橡胶化合物（compound）。每个轮胎部件使用多种橡胶化合物会导致需要在现场为制造商的各条轮胎生产线提供大量的化合物。出于成本和效率的原因，由于与每种化合物相关联的大量成本，因此轮胎制造商设法限制可用化合物的数量。每种化合物通常需要使用班布里混合机，这涉及高昂的资本支出。此外，班布里混合机难以混合坚固或刚硬的橡胶化合物。从班布里混合机中生成的化合物通常都被运往轮胎成型车间，因此需要附加的运输成本。化合物的保存限期是有限的，并且如果没有在一定时间段内使用就要报废。
因此，期望具有改进的方法和设备，其从单个施加头提供两种或更多种化合物的独立流并允许两种不同化合物的比率瞬时改变。更特别地，期望能够以有效的方式将定制的轮胎胎面直接制造到轮胎成型机上，从而减少对多个工位的需求。该方法能够用于制造胎面，其重点在于改善诸如滚动阻力、湿牵引力和耐久性之类的特性。一种此类胎面是加强胎面。
发明内容
根据本发明的第一方面，公开了一种用于形成复合胎面的方法，所述方法包括以下步骤：
形成由第一化合物和第二化合物构成的共挤出条带，其中，所述第一化合物是胎面化合物，并且所述第二化合物由高耐磨化合物形成，其中，所述胎面通过在改变所述第一化合物与所述第二化合物的比率的同时将所述共挤出条带缠绕到轮胎成型滚筒上来形成。
根据第一方面所述的方法，其中，所述胎面的侧向边缘中的至少一个是90%至100%的所述第一化合物。
根据第一方面所述的方法，其中，所述胎面还包括一个或多个胎面块，其中，所述胎面块由缠绕共挤出条带形成，所述共挤出条带具有90%至100%的所述第一化合物和0%至10%的所述第二化合物的体积比率。
根据第一方面所述的方法，其中，所述胎面块具有由共挤出条带形成的外层，所述共挤出条带具有0%至10%的所述第一化合物和90%至100%的所述第二化合物的体积比率。
根据第一方面所述的方法，其中，所述胎面具有一个或多个沟槽，其中，所述沟槽的壁由一层100%的所述第二化合物形成。
根据第一方面所述的方法，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从23 MPa至31MPa范围内。
根据第一方面所述的方法，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从23 MPa至50MPa范围内。
根据第一方面所述的方法，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从40 MPa至60MPa范围内。
根据第一方面所述的方法，其中，通过改变第一齿轮泵与第二齿轮泵的速度的比率来改变所述第一化合物与所述第二化合物的所述比率。
根据第一方面所述的方法，其中，以连续的方式形成所述条带。
根据第一方面所述的方法，其中，以连续的方式将所述共挤出条带施加到轮胎成型机以使轮胎部件成型。
根据第一方面所述的方法，其中，所述胎面具有一个或多个沟槽，其中，所述沟槽的壁由一层所述共挤出条带形成，所述共挤出条带具有0%至10%的所述第一化合物和90%至100%的所述第二化合物的体积比率。
根据本发明的第二方面，公开了一种具有胎面的轮胎，其中，所述胎面由连续螺旋地缠绕由第一橡胶和第二橡胶构成的共挤出双层条带形成，其中，所述第一化合物由二氧化硅制成，并且所述第二化合物被选择成高耐磨的，其中，所述胎面具有由螺旋地缠绕由90%至99%的所述第二化合物和1%至9%的所述第一化合物构成的连续的共挤出条带形成的第一层，其中，所述胎面的所述侧向边缘以及所述胎面块中的一个或多个由90%至99%的所述第一化合物和1%至10%的所述第二化合物形成，其中，以在80%至100%的所述第二化合物范围内形成所述侧向边缘的轮廓以及所述一个或多个胎面块中的每个。
根据第二方面所述的轮胎胎面，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从23 MPa至50 MPa范围内。
根据第二方面所述的轮胎胎面，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从40 MPa至60 MPa范围内。
根据第二方面所述的轮胎胎面，其中，所述第二层化合物具有比所述第一层化合物更薄的厚度。
根据第二方面所述的轮胎胎面，其中，所述连续的共挤出条带具有矩形截面形状。
根据第二方面所述的轮胎胎面，其中，所述连续的共挤出条带具有梯形截面形状。
根据第二方面所述的轮胎胎面，其中，所述连续的共挤出条带具有椭圆形截面形状。
根据第二方面所述的轮胎胎面，其中，所述胎面的所述侧向边缘是99%的第一化合物。
定义
“高宽比”是指轮胎的截面高度与其截面宽度的比率。
“轴向”和“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的线或方向。
“胎圈”或“胎圈芯”一般是指轮胎的包括环形抗拉构件的部分，径向内胎圈与将轮胎固定至轮辋相关联，其由帘布层帘线缠绕，并且径向内胎圈被成形为具有或者不具有其他的加强元件，诸如胎圈芯包布（flipper）、胎跟加强层（chipper）、三角胶芯或填充物、护趾胶和胎圈包布。
“带束层结构”或“加强带束层”是指平行帘线构成的至少两个帘布层或环形层，帘线经过编织或未经编织，位于胎面下方，未锚定至胎圈，并且所具有的相对于轮胎的赤道面的左帘线角度和右帘线角度两者均在从17º到27º范围内。
“斜交帘布层轮胎”是指胎体帘布层中的加强帘线相对于轮胎赤道面以约25º至65º的角度从胎圈到胎圈跨越轮胎对角地延伸，帘布层帘线在交替层中以对角延伸。
“缓冲层”或“轮胎缓冲层”的含义与带束层或带束层结构或加强带束层相同。
“胎体”是指切割为适于拼接长度的或者已经拼接为筒形或环面形状的轮胎帘布层材料和其他轮胎部件的叠层。在将胎体硫化以产生模制轮胎之前可将附加部件添加至胎体。
“周向”是指沿垂直于轴向方向的环形胎面的表面周边延伸的线或方向；它也能够指相邻圆形曲线的集合的方向，所述圆形曲线的半径如在截面图中观察时限定了胎面的轴向曲率。
“帘线”是指用于加强帘布层的包括纤维的加强线束之一。
“内衬”是指形成无内胎轮胎的内表面并且包含轮胎内的充气流体的一层或多层弹性体或其他材料。
“嵌件”是指通常用于加强防爆型轮胎的侧壁的加强件；它也指代胎面下方的弹性体嵌件。
“帘布层”是指由涂有弹性体的径向部署或以其他方式平行部署的帘线构成的帘线加强层。
“径向”和“径向地”是指沿径向朝向或远离轮胎旋转轴线的方向。
“子午线帘布层结构”是指一个或多个胎体帘布层，或者其中至少一个帘布层具有相对于轮胎赤道面以65º和90º之间的角度取向的加强帘线。
“子午线帘布层轮胎”是指带束或沿周向约束的充气轮胎，其中从胎圈到胎圈延伸的帘布层帘线相对于轮胎赤道面以65º和90º之间的帘线角度布设。
“侧壁”是指轮胎的在胎面和胎圈之间的部分。
“正切增量”或“tan增量”是剪切损耗模量（也称为G''）与剪切储能模量（G'）的比率。这些性质（即，G'、G''和正切增量）表征了在100ºC下测得的橡胶测试样品对固定频率和温度下的拉伸变形的粘弹性响应。
“叠层结构”是指由一层或多层轮胎部件或弹性体部件（诸如，内衬、侧壁和可选的帘布层）制成的未硫化结构。
附图说明
将通过示例并参考附图来描述本发明，在附图中：
图1A是由两层的共挤出条带的透视图，其中，第一层由本发明的第一化合物形成，并且第二层由本发明的第二化合物形成，其中，第一化合物与第二化合物的比率是90/10；图1B是共挤出条带的透视图，其中，第一层是95％的第一化合物，并且第二层由第二化合物形成，其中，第一化合物与第二化合物的比率是95/5；
图2是本发明的包覆的（encapsulated）轮胎胎面的截面图；
图3是在硫化之前在用条带层叠形成期间的包覆的轮胎胎面的前视图；
图4是硫化之后的包覆的轮胎胎面的前视图；
图5是具有包覆的胎面的固化轮胎的截面图；
图6是包覆的胎面轮廓的第二实施例；
图7是用于将共挤出条带形成到轮胎成型滚筒上的双化合物设备的特写截面图；以及
图8A是本发明的共挤出喷嘴的透视剖视图，而图8B是图8A的共挤出喷嘴的侧视截面图。
具体实施方式
图2图示了本发明的期望的加强轮胎胎面轮廓200的截面图。轮胎胎面200通过条带层叠或通过将连续的共挤出条带210缠绕到轮胎成型滚筒18或成形的生胎体上而形成。连续条带210在图1A中示出，并且是由两种不同的橡胶胎面化合物构成的第一层212和第二层214的双层或共挤出条带。第一层212和第二层214是离散的，并且没有混合在一起。第一层212由第一橡胶化合物形成，该第一橡胶化合物能够是任何单胎冠胎面化合物，通常是全二氧化硅（full silica）。第二化合物优选地为高耐磨橡胶化合物，优选地为具有非常高的G'刚度的化合物。用二氧化硅制成的胎面化合物与刚度非常高的第二化合物的组合导致轮胎胎面具有期望的湿性能和低滚动阻力，同时在胎面的指定区域中提供期望的刚度。
刚度可通过动态模量G'来表征，动态模量G'有时被称为“剪切储能模量”或“动态模量”，可参考《橡胶科学与技术》（第二版，1994年，加州圣地亚哥学术出版社，由James E.Mark等人编辑，第249至254页）。剪切储能模量（G'）值指示能够与轮胎性能有关的橡胶化合物刚度。在第一实施例中，第二橡胶化合物包括刚硬的橡胶组成物，该刚硬的橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从15 MPa至50 MPa范围内。在更优选的实施例中，第二橡胶化合物包括橡胶组成物，该橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从25 MPa至40 MPa范围内。在最优选的实施例中，第二橡胶化合物包括橡胶组成物，该橡胶组成物所具有的根据ASTMD5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从30 MPa至40 MPa范围内。
条带的第一橡胶化合物和第二橡胶化合物处于离散的层中，且因此没有混合在一起。图1A中所示的共挤出条带具有90%的第一化合物与10％的第二化合物的比率，而图1B图示了95％的第一化合物与5％的第二化合物的比率。本发明不限于此，并且可根据需要利用其他比率。在下文的段落中描述了并且在图7至图8中示出了用于形成连续的共挤出条带的设备。该设备能够在瞬时地改变第一化合物与第二化合物的比率的同时形成共挤出条带。
第一化合物的第一层厚度优选地在约0.3 mm至约2 mm范围内，并且更优选地在约0.6 mm至约1.2 mm范围内。第二化合物的第二层厚度优选地具有在约0.01 mm至约0.2 mm、更优选地约0.01 mm至约0.1 mm范围内的厚度。条带210的总宽度在约10 mm至约50 mm、更优选地在20 mm至40 mm范围内。如本文中所使用的术语“约”是指+/- 10％的改变。
共挤出条带形成设备10用于通过以下步骤来形成图2中所示的胎面轮廓200：旋转滚筒18（或胎体），且然后通过将条带螺旋地缠绕到滚筒18或胎体上来施加连续的共挤出条带210。胎面侧向端220、222由具有在90％至100％的化合物A和0%至10％的化合物B范围内的体积比率的共挤出条带210形成。共挤出条带用于形成每个侧向端220、222，其中，共挤出条带优选地为95%至100％的第一或期望的胎面化合物以及0%至5％的第二化合物。
胎面在侧向端220、222之间具有基层230，该基层优选地位于胎面轮廓的径向内侧并在侧向端220、222之间延伸。基层230由具有优选地在0至10％的第一化合物和90％至100％的刚硬的第二化合物或高耐磨胎面化合物范围内的体积比率的共挤出条带形成。基层通过螺旋地缠绕共挤出条带而形成，并且其中，条带可通过使共挤出条带彼此重叠而形成第一行。第一化合物与第二化合物的体积比率可遍及基层而改变。胎面还包括胎面块250，所述胎面块由具有在90％至100％的第一胎面化合物和0%至10％的第二高耐磨化合物范围内的体积比率的共挤出条带形成。胎面优选地具有加强的周向沟槽240，其中，沟槽壁242和沟槽底部244由具有在0%至10％的第一化合物和90％至100％的高耐磨或高刚度化合物范围内的体积比率的共挤出条带形成。通常存在一行至两行条带，以通过缠绕共挤出条带来形成胎面块。
图6图示了期望的胎面轮廓的第二实施例300，该胎面轮廓具有包覆的胎面块350，而图3至图5是轮胎在固化之前和之后的图示。如图6中所示，胎面的侧向端320、322由第一化合物形成。胎面具有径向内基层330，该径向内基层主要由高耐磨或高度刚硬的第二化合物形成。基层330由具有优选地在0％至10％的第一化合物和90％至100％的刚硬的第二化合物或高耐磨胎面化合物范围内的体积比率的共挤出条带形成。基层通过螺旋地缠绕共挤出条带而形成，并且其中，条带可通过使共挤出条带彼此重叠而形成第一行。第一化合物与第二化合物的体积比率可遍及高耐磨层而改变。胎面块360的内部部分也由100％的第一胎面化合物形成。每个胎面块360由外层370和倾斜壁380包覆，所述外层和倾斜壁由具有在0％至10％的第一化合物和90%至100％的刚硬的第二化合物或高耐磨胎面化合物范围内的体积比率的共挤出条带形成。沟槽340由倾斜壁380和沟槽底部344形成。沟槽底部344也被加强并由具有在0％至10％的第一化合物和90%至100％的刚硬的第二化合物或高耐磨胎面化合物范围内的体积比率的共挤出条带形成。勾勒出每个沟槽和胎面块的刚硬的化合物连同刚硬的内基层230提供了加强胎面。
共挤出条带形成设备
如图7至图8中所示，共挤出条带形成设备10包括第一挤出机30和第二挤出机60，所述第一挤出机和第二挤出机优选地以堆叠的方式布置得极为接近。第一挤出机30具有用于接收第一橡胶组成物A的入口32，而第二挤出机60具有用于接收第二橡胶组成物B的入口62。每个挤出机的功能是将橡胶组成物加热至在约80℃至约150℃、优选地约90℃至约120℃范围内的温度并根据需要粉碎橡胶组成物。共挤出条带形成设备10被安装成使得其能够相对于轮胎成型机18前后平移。
第一化合物由第一挤出机30挤出且然后由第一齿轮泵42泵送到喷嘴100中，而同时第二化合物由第二挤出机60挤出且然后由第二齿轮泵44泵送到共挤出喷嘴100中。
共挤出喷嘴100具有可移除嵌件120，该可移除嵌件的功能是将喷嘴划分为第一流动通道122和第二流动通道124。优选地，可移除嵌件120的截面形状为矩形。可移除嵌件120具有远端130，该远端具有形成鼻部136的渐缩端132、134。鼻部136被定位成与喷嘴模出口140相邻，并且与模出口140间隔几毫米。在鼻部136和模出口140之间的区域是高压的低体积共挤出区150。在低体积共挤出区150中，化合物A流动流（flowstream）122与化合物B流动流124合并，从而形成在界面215处结合在一起的两个离散层212、214。
可通过改变第一齿轮泵的速度与第二齿轮泵的速度的比率来改变第一化合物与第二化合物的体积比率。双共挤出条带形成设备10能够在工作过程中（on the fly）调整速度比率，并且由于共挤出喷嘴的停留时间小，因此设备对化合物比率的改变具有快速响应。这是由于共挤出区的体积低而引起的。
总而言之，用于形成两种不同化合物的共挤出条带的方法和设施能够用于产生胎面加强结构，该胎面加强结构在目标区域中具有加强化合物以在其最有效的地方提供额外的刚度，而不替换大量的主要化合物并损害RR。也可以以不同的方式通过跨肋增加加强化合物的比率以产生刚度梯度来加强胎面，以作为从一种化合物到另一种化合物的困难改变的替代方案。对于常规的挤出机，这种类型的分布将是不可能的。
考虑到本文中所提供的对本发明的描述，本发明中的改变是可能的。尽管已出于图示本发明的目的而示出了某些代表性实施例和细节，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下能够在其中进行各种改变和修改。因此，将理解的是，能够在所描述的特定实施例中进行改变，这些改变将在如由以下所附权利要求所限定的本发明的完整预期范围内。

Claims (20)

1.一种用于形成复合胎面的方法，所述方法包括以下步骤：
形成第一化合物和第二化合物的共挤出条带，其中，所述第一化合物是胎面化合物，并且所述第二化合物由高耐磨化合物形成，其中，所述胎面通过在改变所述第一化合物与所述第二化合物的比率的同时将所述共挤出条带缠绕到轮胎成型滚筒上来形成；所述胎面的侧向边缘的轮廓以及一个或多个胎面块中的每个的轮廓以在80%至100%的所述第二化合物的范围内形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述胎面的侧向边缘中的至少一个是90%至100%的所述第一化合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述胎面还包括一个或多个胎面块，其中，所述胎面块由缠绕共挤出条带形成，所述共挤出条带具有90%至100%的所述第一化合物和0%至10%的所述第二化合物的体积比率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述胎面块具有由共挤出条带形成的外层，所述共挤出条带具有0%至10%的所述第一化合物和90%至100%的所述第二化合物的体积比率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述胎面具有一个或多个沟槽，其中，所述沟槽的壁由一层100%的所述第二化合物形成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从23 MPa至31MPa范围内。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从23 MPa至50MPa范围内。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从40 MPa至60MPa范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，通过改变第一齿轮泵与第二齿轮泵的速度的比率来改变所述第一化合物与所述第二化合物的所述比率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，以连续的方式形成所述条带。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，以连续的方式将所述共挤出条带施加到轮胎成型机以使轮胎部件成型。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述胎面具有一个或多个沟槽，其中，所述沟槽的壁由一层所述共挤出条带形成，所述共挤出条带具有0%至10%的所述第一化合物和90%至100%的所述第二化合物的体积比率。
13.一种具有胎面的轮胎，其中，所述胎面由连续螺旋地缠绕第一化合物和第二化合物的共挤出双层条带形成，其中，所述第一化合物由二氧化硅制成，并且所述第二化合物被选择成耐磨的，其中，所述胎面具有由螺旋地缠绕90%至99%的所述第二化合物和1%至9%的所述第一化合物的连续的共挤出条带形成的第一层，其中，所述胎面的侧向边缘以及所述胎面块中的一个或多个由90%至99%的所述第一化合物和1%至10%的所述第二化合物形成，其中，以在80%至100%的所述第二化合物范围内形成所述侧向边缘的轮廓以及所述一个或多个胎面块中的每个的轮廓。
14.根据权利要求13所述的具有胎面的轮胎，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从23 MPa至50 MPa范围内。
15.根据权利要求13所述的具有胎面的轮胎，其中，所述第二化合物包括橡胶组成物，所述橡胶组成物所具有的根据ASTM D5289在1％应变和100℃下测得的剪切储能模量G'在从40 MPa至60 MPa范围内。
16.根据权利要求13所述的具有胎面的轮胎，其中，第二层化合物具有比第一层化合物更薄的厚度。
17.根据权利要求13所述的具有胎面的轮胎，其中，所述连续的共挤出条带具有矩形截面形状。
18.根据权利要求13所述的具有胎面的轮胎，其中，所述连续的共挤出条带具有梯形截面形状。
19.根据权利要求13所述的具有胎面的轮胎，其中，所述连续的共挤出条带具有椭圆形截面形状。
20.根据权利要求13所述的具有胎面的轮胎，其中，所述胎面的所述侧向边缘是99%的第一化合物和1%的第二化合物。
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