CN111386202A - 用于乘用车辆的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在改善乘用车辆轮胎(1)的滚动阻力，而不会在减少质量的同时不利地影响抓地力和表现。根据本发明，胎面(2)具有5mm至8mm的径向高度HS，体积凹槽比TEV为22％至30％，主空隙(241)的总体积VCP等于空隙(24)的总体积VC的至少80％，并且胎面(2)包含弹性体配混物，所述弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg为‑22℃至‑5℃，肖氏硬度A为45至65，在23℃下的动态损耗tgδ为0.13至0.39。最后，工作层(41、42)的金属增强件是钢单丝，所述钢单丝横截面S的最小尺寸Dmin为0.20mm至0.50mm，并以100根丝线/dm至200根丝线/dm的密度dT分布，每个工作层(41、42)具有D+0.1mm至D+0.6mm的平均径向厚度ET，其中D是在增强件的横截面S处外接的圆的直径。

Description

用于乘用车辆的轮胎
技术领域
本发明涉及一种旨在装配至乘用车辆的子午线轮胎，所述子午线轮胎通常称为乘用车辆轮胎。
背景技术
本文更特别涉及的轮胎领域是乘用车辆轮胎领域，所述乘用车辆轮胎的子午线横截面的特征在于：在欧洲轮胎和轮辋技术组织(或ETRTO)标准含义内的截面宽度S和截面高度H使得以百分比表示的比值H/S至多等于70，并且截面宽度S至少等于175mm。此外，限定轮胎安装轮辋直径的座D处的直径至少等于14英寸，并且通常至多等于24英寸。
在下文中，按照惯例，周向方向XX’、轴向方向YY’和径向方向ZZ’分别表示在轮胎的旋转方向上与轮胎的胎面表面正切的方向、平行于轮胎的旋转轴线的方向和垂直于轮胎的旋转轴线的方向。“径向内侧”和“径向外侧”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”。“轴向内侧”和“轴向外侧”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XZ是穿过轮胎胎面表面的中央并垂直于轮胎的旋转轴线的平面。
通常，轮胎包括胎面，所述胎面旨在经由胎面表面与地面接触并且经由两个胎侧连接至两个胎圈，所述胎圈提供轮胎与其上安装轮胎的轮辋之间的机械连接。子午线轮胎包括增强件，所述增强件包括在径向上位于胎面内侧的胎冠增强件和通常在径向上位于胎冠增强件内侧的胎体增强件。
所述胎面包括由空隙彼此隔开的凸起元件。凸起元件和空隙的布置构成了胎面的胎面花纹。凸起元件从底表面径向向外延伸至胎面表面。对于处于崭新状态的轮胎，在轮胎的赤道平面中测得的底表面和胎面表面之间的径向距离称为凸起元件的径向高度HS，或更常见地，称为胎面花纹高度HS。空隙相对于凸起元件的比例由体积空隙比TEV限定，该体积空隙比TEV等于空隙的总体积与空隙和凸起元件各自的总体积的总和之间的比例。空隙的总体积是空隙(通常具有至少等于1mm的轴向宽度)的单位体积的总和，换言之，空隙不是简单的刀槽。例如使用激光通过崭新轮胎的胎面的轮廓读数来测量体积。当安装在其标称轮辋上的轮胎充气至其标称压力并处于其标称负荷下时(所述标称条件由ETRTO标准限定)，胎面轮廓具有的轴向宽度等于与地面接触的胎面表面的轴向宽度。对于参考现有技术乘用车辆轮胎的胎面而言，在崭新状态下，凸起元件通常具有至少等于6.5mm且至多等于8mm的径向高度HS，并且体积空隙比TEV至少等于22％且至多等于30％。
在胎面中具有总体积VC的空隙之中，存在所谓的主空隙，所述主空隙各自具有的平均宽度至少等于6mm，并且具有总体积VCP。这些主空隙具有起到在胎面和地面之间的接触斑块中收集水并从接触斑块中排出水的作用，以确保在滑水条件下的性能。当空隙的中线与轮胎的周向方向XX’形成的角度至多等于45°时，它们被称为基本上周向的或纵向的空隙。当空隙的中线与轮胎的周向方向XX’形成的角度至少等于45°时，它们被称为基本上轴向的或横向的空隙。
胎面包括至少一种弹性体配混物类型的聚合物材料，即通过将至少一种弹性体、至少一种增强填料和交联体系混合而获得的聚合物材料。通常，胎面由单一的弹性体配混物制成。
弹性体配混物的标准物理特性是其玻璃化转变温度Tg，该温度是弹性体配混物从可变形的橡胶态转变为刚性玻璃态的温度。弹性体配混物的玻璃化转变温度Tg通常在弹性体配混物的动态性质的测量过程中，根据标准ASTM D 5992-96，在粘度分析仪(例如Metravib VA4000型)上确定。在经硫化的弹性体配混物(即已经固化到至少90％的转化率的弹性体配混物)的样品上测量动态性质，该样品具有厚度等于2mm，横截面积等于78.5mm2的圆柱形试样的形式。记录弹性体配混物样品对简单交替正弦剪切应力的响应，所述简单交替正弦剪切应力具有的峰至峰振幅等于0.7MPa，频率等于10Hz。以+1.5℃/min的恒定升温速率进行温度扫描。所利用的结果通常是复数动态剪切模量G*(包括弹性部分G’和粘性部分G”)和动态损耗tgδ(等于比G”/G’)。玻璃化转变温度Tg是在温度扫描期间动态损耗tgδ达到最大值的温度。
在静态条件下，弹性体配混物的机械表现可以通过按照标准DIN 53505或ASTM2240测量的肖氏硬度A来表征，在动态条件下，可以通过其在给定温度下(通常在23℃下)的复数动态剪切模量G*(如上所述)来表征。
在静态条件下，弹性体配混物的热耗散或滞后性可以通过其在60℃下的损耗因子来表征，该损耗因子是在第六次冲击时通过测量的设定能量水平的反弹而测得的在60℃下的能量损耗，并且该损耗因子的值以％表示，是供应的能量与恢复的能量之间的差与供应的能量的比值。在动态条件下，其还可以通过在给定温度(通常为23℃)下的动态损耗tgδ(如上限定)来表征。
制成参考现有技术乘用车辆轮胎的胎面的材料是玻璃化转变温度Tg至少等于-12℃且至多等于-5℃、肖氏硬度A至少等于65且至多等于68、在60℃下的损耗至少等于25％且至多等于33％、在23℃下的动态损耗tgδ至少等于0.32且至多等于0.44的弹性体配混物。
胎冠增强件(在径向上位于胎面的内侧并且通常在径向上位于胎体增强件的外侧)在径向上从外侧至内侧包括环箍增强件和工作增强件，所述环箍增强件包括至少一个环箍层，所述工作增强件包括至少一个工作层。
胎冠增强件具有吸收由轮胎充气压力产生并由胎体增强件传递的充气机械应力以及由轮胎在地面上行驶时产生并由胎面传递的由行驶引起的机械应力的作用。工作增强件具有赋予周向方向、轴向方向和径向方向刚度的特定作用，尤其是赋予轮胎抓地性的作用。环箍增强件具有相对于工作增强件提供附加的周向刚度的特定作用，从而限制轮胎的径向变形。
用于乘用车辆轮胎的环箍增强件通常包括单个环箍层。环箍层包括通常由织物(例如诸如尼龙的脂族聚酰胺)制成、涂覆有弹性体配混物并且相互平行的增强体。增强体与轮胎的周向方向XX’形成绝对值至多等于5°的角度AF，该角度AF在轮胎的赤道平面XZ中测得。
用于乘用车辆轮胎的工作增强件通常包括两个径向叠加的工作层，该工作层包括涂覆有弹性体配混物、在每一层中相互平行并且从一层至下一层交叉的金属增强体，所述金属增强体与轮胎的周向方向XX’形成绝对值通常至少等于20°且至多等于40°的角度(AT1、AT2)，该角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得。工作增强件具有的轴向宽度LT(其被定义为工作层的最大轴向宽度)至少等于环箍增强件的轴向宽度LF(其通常被定义为单个环箍层的轴向宽度)。
工作层的金属增强体是由金属丝线的组件构成的帘线，所述金属丝线通常由钢并且更确切地由碳钢制成。举例来说，作为参考，用于现有技术乘用车辆轮胎的金属增强体是由两根金属丝线的捻合组件所构成的2.30帘线，每根金属丝线具有的直径等于0.30mm。
通常，金属增强体的机械特征在于表示施加至金属增强体的拉伸力(以N计)随着金属增强体的相对伸长(以％计)而变化的曲线(称为力-伸长曲线)。由该力-伸长曲线得出机械拉伸特性，例如结构伸长As(以％计)、总断裂伸长At(以％计)、断裂力Fm(最大负荷，以N计)和断裂强度Rm(以MPa计)，这些特性根据1984年的标准ISO6892测得。
根据定义，金属增强体的总断裂伸长At是其结构伸长、弹性伸长和塑性伸长的总和(At＝As+Ae+Ap)。结构伸长As源自在低拉伸力下构成金属增强体的金属丝线的相对位置。弹性伸长Ae源自单独考虑构成金属增强体的金属丝线的金属的实际弹性(胡克定律)。塑性伸长Ap源自单独考虑这些金属丝线的金属的塑性(超过屈服点的不可逆的变形)。本领域技术人员公知的这些不同伸长及其各自的含义例如在文献US 5843583、WO 2005014925和WO2007090603中有所描述。
还定义了在力-伸长曲线上任何一点的拉伸模量(以GPa计)，该拉伸模量表示在该点处与力-伸长曲线相切的直线的斜率。特别地，力-伸长曲线的弹性线性部分的拉伸模量称为弹性拉伸模量或杨氏模量。
工作层的金属增强体通常是不可伸展的，即，其特征在于，在等于断裂力Fm的10％的拉伸力下，相对伸长至多等于0.2％，并且弹性拉伸模量通常在150GPa至200GPa之间。
在胎冠增强件的径向内侧，胎体增强件通常包括至少一个胎体层，所述胎体层包括通常由织物材料制成、涂覆有弹性体材料并且相互平行的增强体。胎体层的增强体与轮胎的周向方向XX’形成至少等于85°且至多等于95°的角度AC。对于现有技术乘用车辆轮胎，通常用于胎体层的增强体的织物材料是聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
胎体层可能有也可能没有卷边。当胎体层包括将轮胎的两个胎圈连接在一起并在每个胎圈中从轮胎内部至外部围绕周向增强元件或胎圈线缠绕以形成卷边(具有自由端部)的主要部分时，则称胎体层具有卷边。当胎体层仅由将两个胎圈连接在一起而不围绕胎圈线缠绕的主要部分组成时，则称胎体层不具有卷边。
乘用车辆轮胎的主要性能方面是(非穷举地)在湿地面和干地面上的纵向抓地力和横向抓地力，尤其是在低横向加速度、磨损和滚动阻力下的表现。
当前，机动车辆制造商对降低滚动阻力以减少燃料消耗表示出强烈需求。然而，本领域技术人员熟悉以下事实：降低滚动阻力通常损害其他关键性能方面(例如各种类型的抓地力(纵向/横向，在干地面/湿地面上))或表现。
此外，寻求尽可能低的轮胎质量以减少装配有轮胎的车辆的质量是轮胎设计者一直关注的问题。减少轮胎的质量还使得可以减小其惯性，并因此减少车辆的燃料消耗。轮胎质量的减少还使得可以通过精确地优化其各个部件(例如制动系统)来减轻车辆，因为它具有较小的惯性和待制动的质量。质量的减少还使得可以减少制造轮胎所需的原材料的量，从而节省自然资源。此外，这种轮胎质量的减少不应对其耐久性产生负面影响。
与如上所述的现有技术乘用车辆轮胎相比，发明人为自己设定了以下目标：改善滚动阻力和相反性能方面(例如各种类型的抓地力(纵向/横向，在干/湿地面上))以及表现之间的折衷，同时减少质量而不会对耐久性产生负面影响。
发明内容
根据本发明，通过一种用于乘用车辆的轮胎实现了该目的，所述轮胎包括：
-胎面，其旨在经由胎面表面与地面接触并且包括凸起元件，所述凸起元件在径向高度HS上从底表面径向向外延伸至胎面表面，所述径向高度HS在轮胎的赤道平面XZ中测得并且至多等于8mm，
-所述凸起元件具有总体积VP并且由具有总体积VC的空隙隔开，一些空隙是主空隙，每个主空隙均具有至少等于6mm的平均宽度，并且全部主空隙具有总体积VCP，
-所述胎面具有至少等于22％且至多等于30％的体积空隙比TEV，所述体积空隙比TEV定义为空隙的总体积VC与空隙的总体积VC和凸起元件的总体积VP的总和之间的比例，
-所述胎面还包含至少一种弹性体配混物，所述弹性体配混物具有玻璃化转变温度Tg、肖氏硬度A和在23℃下的动态损耗tgδ，
-环箍增强件，其在径向上位于胎面的内侧并且包括至少一个环箍层，所述环箍层包括织物增强体，所述织物增强体涂覆有弹性体配混物、相互平行并且与轮胎的周向方向XX’形成绝对值至多等于5°的角度AF，所述角度AF在轮胎的赤道平面XZ中测得，
-工作增强件，其在径向上位于环箍增强件的内侧并且包括至少两个径向叠加的工作层，所述工作层包括涂覆有弹性体配混物、在每一层中相互平行并且从一层至下一层交叉的金属增强体，所述金属增强体与轮胎的周向方向XX’形成绝对值至少等于20°且至多等于40°的角度(AT1、AT2)，所述角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得，
-胎体增强件，其包括至少一个胎体层，所述胎体层包括织物增强体，所述织物增强体涂覆有弹性体材料、相互平行并且与轮胎的周向方向XX’形成至少等于85°且至多等于95°的角度AC，
-所述胎面的凸起元件的径向高度HS至少等于5.0mm，
-所述胎面中全部主空隙的总体积VCP至少等于所述胎面中空隙的总体积VC的80％，
-并且制成胎面的至少一种弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg至少等于-22℃且至多等于-5℃，肖氏硬度A至少等于45且至多等于65，在23℃下的动态损耗tgδ至少等于0.13且至多等于0.39，
-工作增强件的至少两个工作层各自的金属增强体是钢单丝，所述钢单丝的横截面S内接于直径D的圆中，所述横截面S的最小尺寸Dmin至少等于0.20mm且至多等于0.5mm，
-工作增强件的至少两个工作层各自的金属增强体以密度dT分布，所述密度dT至少等于100根丝线/dm且至多等于200根丝线/dm，
-并且工作增强件的每个工作层具有的平均径向厚度ET至少等于D+0.1mm且至多等于D+0.6mm，其中D是单丝型金属增强体的横截面S上外接圆的直径。
因此，根据本发明的胎面在几何上的特征在于其凸起元件的径向高度HS被限制在5mm至8mm之间，并且全部主空隙的总体积VCP相当高，至少等于空隙的总体积VC的80％。在材料方面，根据本发明的胎面的特征在于弹性体配混物具有的玻璃化转变温度介于-22℃至-5℃之间的宽范围内，具有相当低的硬度，具有的肖氏硬度A在45至65之间，并且具有相当低的滞后性，其中在23℃下的动态损耗tgδ至少等于0.13且至多等于0.39。该弹性体配混物的特征还在于在60℃下的损耗至少等于12％且至多等于30％。
具有低滞后性的胎面弹性体配混物有助于降低滚动阻力，该效果通过胎面的凸起元件的有限径向高度而得到增强。
此外，具有低硬度(由此较软)的胎面弹性体配混物，使得可以增加在湿地面上的抓地力，但是对表现具有负面影响。然而，通过胎面的凸起元件的低径向高度至少部分地补偿了软弹性体配混物对表现的负面影响。
关于玻璃化转变温度Tg，相当宽的数值范围使得可以改变滚动阻力和在湿地面上的抓地力之间的折衷：相当低的玻璃化转变温度Tg有利于滚动阻力，而相当高的玻璃化转变温度Tg有利于抓地力。
最后，全部主空隙的总体积VCP高，尤其是在积水深度较大时，由于其收集和排出水的作用，有助于在湿地面上保持良好的抓地力。
关于工作增强件，所述工作增强件的至少两个工作层各自的金属增强体是钢单丝，所述钢单丝的横截面S内接于直径D的圆中，所述横截面S的最小尺寸Dmin至少等于0.20mm且至多等于0.5mm。
根据定义，单丝是单独的金属丝线。单丝可以具有任何横截面形状，优选圆形或椭圆形。对于具有直径D的圆形横截面S的单丝，圆形横截面S的最大尺寸Dmax对应于直径D。与相同最小尺寸Dmin的圆形横截面相比，椭圆形横截面是有利的，因为椭圆形横截面具有较高的弯曲惯性，使单丝具有更好的抗屈曲性。
单丝可以是直线的也可以不是直线的。它们可能是预成型的、正弦形、锯齿形或波浪形，或者呈螺旋形。
单丝由钢制成，优选由碳钢制成，例如用在“钢丝帘线”类型的帘线中的那些，尽管当然也可以使用其他钢，例如不锈钢或其他合金。当使用碳钢时，其碳含量(以钢的重量％计)优选地在0.8％至1.2％的范围内。本发明特别适用于极高强度“SHT”(“极高拉伸”)，超高强度“UHT”(“超高拉伸”)或“MT”(“巨高拉伸”)钢帘线类型的钢。则碳钢增强体的极限拉伸强度Rm优选高于3000MPa，更优选高于3500MPa。它们的总断裂伸长At优选大于2.0％。
所使用的钢，无论其特别地是碳钢还是不锈钢，本身都可以涂有一层金属，这改善了例如钢单丝的可加工性或增强体和/或轮胎本身的磨损性质，例如抓地力、耐腐蚀性或者甚至耐老化性。根据一个优选的实施方案，所使用的钢覆盖有一层黄铜(Zn-Cu合金)或一层锌；将回顾的是，在制造丝线的过程中，黄铜或锌涂层使得丝线更容易拉制，并且使得丝线更好地粘附至橡胶。然而，增强体可以覆盖有除了黄铜或锌之外的金属的薄层，所述薄层具有例如改善这些丝线的抗腐蚀性和/或其对橡胶的粘合性的功能，例如Co、Ni、Al，以及Cu、Zn、Al、Ni、Co、Sn配混物的两种或多种的合金的薄层。
此外，工作增强件的至少两个工作层各自的金属增强体以密度dT分布，所述密度dT至少等于100根丝线/dm且至多等于200根丝线/dm。
密度理解为意指工作层10cm宽度上单丝的平均数量，该宽度垂直于所讨论的工作层中单丝的方向进行测量。两根连续的单丝之间的距离或间隔可以是固定的。单丝可以在制造期间以层状、条状或单独地铺设。每个工作层中的单丝密度至少等于100根丝线/dm且至多等于200根丝线/dm，这确保了单丝的令人满意的疲劳断裂强度和位于长丝之间的弹性体配混物的良好剪切强度。
此外，单丝对屈曲的抵抗力还取决于轴向相邻的单丝的抵抗力，一个单丝屈曲的开始能够通过屈曲的单丝周围载荷分布的影响而导致另一个屈曲。为了在耐久性方面获得改善的性能，不仅符合截面直径和单丝密度的条件，而且满足与由RC＝Rm*S*dT定义的断裂强度RC有关的条件可能是有利的，其中Rm是单丝的极限拉伸强度，以MPa计，S是单丝的横截面积，以mm2计，dT是所讨论的工作层中单丝的密度，以单丝数量/dm计。有利地，每个工作层的断裂强度RC应该至少等于30 000N/dm。
由于根据本发明的金属增强体是单丝，所以工作增强件的每个工作层具有的平均径向厚度ET至少等于D+0.1mm且至多等于D+0.6mm，其中D是单丝型金属增强体的横截面S上外接圆的直径。由于单丝介于弹性体配混物的径向内部厚度和弹性体配混物的径向外部厚度之间，因此这两个厚度通常基本相同，因此工作层的平均径向厚度ET等于直径D与弹性体配混物的两个厚度(分别为径向内部厚度和径向外部厚度)之和。因此，在弹性体配混物基本上对称地分别分布在单丝的径向内侧和径向外侧的情况下，特定工作层的平均径向厚度ET的范围是指弹性体配混物的径向内部厚度和径向外部厚度各自分别至少等于0.05mm且至多等于0.3mm。该厚度基本上小于由帘线型金属增强体所获得的厚度，帘线型金属增强体由多根单独丝线的组件构成，从而节省了工作层的质量并因此节省了轮胎的质量。
总而言之，涉及胎面和工作增强件的本发明的基本特征的组合显然使得可以在滚动阻力方面提供优点，而不会对抓地力和表现产生负面影响。最后，其可以减少轮胎的质量。
优选地，胎面的凸起元件的径向高度HS至少等于5.5mm且至多等于7.5mm，优选至多等于7mm。径向高度的值的该范围使得可以在滚动阻力、表现和在湿地面上的抓地力的性能之间获得令人满意的折衷。
有利地，胎面的体积空隙比TEV至多等于28％。优选地，胎面的体积空隙比TEV至少等于25％且至多等于27％。由于胎面的空隙比足够高以补偿有限的胎面花纹高度，因此该空隙比的值的范围使得可以确保在湿地面上的抓地力方面的良好性能。
还有利地，胎面中全部主空隙的总体积VCP至少等于胎面中空隙的总体积VC的85％，优选至少等于88％。通常，大多数主空隙是周向的，这意味着胎面的凸起元件主要沿周向设置并构成周向肋，该肋可以是连续的或不连续的。在不连续的肋的情况下，凸起元件则由刀槽(即具有非常小厚度的空隙)隔开的块组成。当轮胎在驱动扭矩作用下被压缩和/或滚动时，构成不连续的肋的块成对地周向接触，这通过泊松效应限制了它们的周向变形，并相应地限制了它们的散热，从而降低了滚动阻力。
优选地，制成胎面的至少一种弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg至少等于-16℃且至多等于-8℃。玻璃化转变温度Tg的值的该范围使得可以在滚动阻力和在湿地面上的抓地力之间实现令人满意的折衷，其中玻璃化转变温度Tg足够低以有利于滚动阻力，而足够高以有利于在湿地面上的抓地力。
有利地，制成胎面的至少一种弹性体配混物具有至少等于50且至多等于63的肖氏硬度A。同样有利地，制成胎面的至少一种弹性体配混物具有至少等于52且至多等于57的肖氏硬度A。肖氏硬度A的值的这些范围使得可以在表现和抓地力之间实现令人满意的折衷，其中肖氏硬度A足够低(软弹性体配混物)有利于抓地力，而足够高(硬弹性体配混物)有利于表现。
进一步有利地，制成胎面的至少一种弹性体配混物在23℃下的动态损耗tgδ至多等于0.27。动态损耗tgδ的该上限以及由此的滞后性，对降低滚动阻力做出了重要贡献。
根据环箍增强件的优选实施方案，环箍增强件的至少一个环箍层的织物增强体包括芳族聚酰胺，例如芳纶。芳纶具有高的拉伸模量，因此具有低的可变形性，这有利于轮胎的环箍功能。
根据环箍增强件的优选实施方案的第一变体，环箍增强件的至少一个环箍层的织物增强体包括芳族聚酰胺(例如芳纶)和脂族聚酰胺(例如尼龙)的组合。这样的增强体也被称为混合增强体，并且表现出具有被称为“双模量”的机械拉伸表现的优点，其特征在于尼龙的低拉伸模量，由此对于小伸长来说则可变形性高，而高拉伸模量，由此对于大伸长来说则可变形性较低。
根据环箍增强件的优选实施方案的第二变体，环箍增强件的至少一个环箍层的织物增强体包括芳族聚酰胺(例如芳纶)和聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))的组合。这样的增强体也是混合增强体，其具有与上述那些相同的优点。
根据工作增强件的优选实施方案，工作增强件的至少两个工作层中各自的金属增强体与轮胎的周向方向XX’形成绝对值至少等于20°且至多等于30°的角度(AT1、AT2)，该角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得。
根据工作层的金属增强体的优选实施方案，工作增强件的至少两个工作层各自的金属增强体是具有横截面S的单丝，所述横截面S的最小尺寸Dmin至少等于0.30mm且至多等于0.4mm，优选至少等于0.32mm且至多等于0.36mm。值的该范围导致质量的节省和工作层的单丝的屈曲强度之间的最佳折衷。
根据工作层的金属增强体的优选实施方案的变体，工作增强件的至少两个工作层各自的金属增强体是钢单丝，所述钢单丝的极限拉伸强度Rm至少等于3000MPa，优选至少等于3500MPa。极限拉伸强度Rm的这些最小值对应于碳含量在0.8％至1.2％(钢的重量％)之间的碳钢单丝。
优选地，工作增强件的至少两个工作层各自的金属增强体以密度dT分布，所述密度dT至少等于120根丝线/dm且至多等于180根丝线/dm。密度值的该范围确保了介入单丝之间并经受剪切力的弹性体配混物的改善的耐久性，以及单丝在拉伸和压缩中的机械耐久性。
根据每个工作层的优选实施方案，工作增强件的每个工作层具有的平均径向厚度ET至少等于D+0.3mm且至多等于D+0.5mm，其中D是单丝型金属增强体的横截面S上外接圆的直径。因此，在弹性体配混物基本上对称地分别分布在单丝的径向内侧和径向外侧的情况下，特定工作层的平均径向厚度ET的范围意味着与单丝一致的弹性体配混物的径向内部厚度和径向外部厚度各自分别至少等于0.15mm且至多等于0.25mm。
由于胎体增强件通常包括至少一个胎体层，所述胎体层包括通常由织物材料制成、涂覆有弹性体材料并且相互平行的增强体，因此所述胎体增强件优选包括单个胎体层或两个胎体层。还优选地，胎体层的织物增强体由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成。
根据一个特别的实施方案，轮胎的增强件具有“胎肩锁”型的结构，其特征在于胎体增强件包括具有卷边的胎体层，即所述胎体层在轮胎的每个胎圈中，围绕周向增强元件或胎圈线缠绕以形成卷边，所述卷边的自由端部与胎冠增强件的径向内面接触。
有利地，包括至少一种弹性体配混物的中间层在径向上位于胎面的内侧并且在径向上位于环箍增强件的外侧。
中间层有利地具有至少等于0.3mm且至多等于4.0mm的径向厚度E。
构成中间层的至少一种弹性体配混物还有利地具有至少等于59且至多等于69的肖氏硬度A和至少等于0.08且至多等于0.20的在23℃下动态损耗tgδ。该弹性体配混物还具有至少等于8％且至多等于16％的在60℃下的损耗。中间层的这种弹性体配混物有助于降低滚动阻力。
根据胎面的胎面花纹的有利变体，胎面的凸起元件的布置相对于轮胎的赤道平面XZ不对称，使得旨在安装在车辆内侧的胎面半部的体积空隙比TEV1至少等于旨在安装在车辆外侧的胎面半部的体积空隙比TEV2。
附图说明
图1至图3示出了本发明，图1至图3未按比例绘制，并在下面进行描述：
-图1示出了穿过根据本发明的轮胎的子午线半截面。
-图2示出了穿过根据本发明的轮胎的立体横截面。
-图3示出了根据本发明的轮胎的标准胎面。
具体实施方式
图1示出了穿过根据本发明的乘用车辆的轮胎1的在子午线平面YZ中的子午线半截面。轮胎1在径向最外侧包括胎面2，所述胎面2旨在经由胎面表面21与地面接触并且包括凸起元件22，所述凸起元件22在径向高度HS上从底表面23径向向外延伸至胎面表面21，在轮胎的赤道平面XZ中测得的径向高度HS至少等于5mm且至多等于8mm。所述凸起元件22具有总体积VP并且由具有总体积VC的空隙24隔开。空隙24中的一些是主空隙241，每个主空隙241具有至少等于6mm的平均宽度，全部主空隙241具有的总体积VCP至少等于胎面2中空隙24的总体积VC的80％。胎面2具有的体积空隙比TEV至少等于22％且至多等于30％，所述体积空隙比TEV定义为空隙24的总体积VC与空隙24的总体积VC和凸起元件22的总体积VP的总和之间的比例。胎面2由弹性体配混物制成，所述弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg至少等于-22℃且至多等于-5℃，肖氏硬度A至少等于45且至多等于65，在23℃下的动态损耗tgδ至少等于0.13且至多等于0.39。根据本发明的特别实施方案，轮胎1还包括中间层6，所述中间层6包含弹性体配混物并且在径向上位于胎面2的内侧。轮胎1还包括环箍增强件3、工作增强件4和最后的胎体增强件5，所述环箍增强件3在径向上位于中间层6的内侧并且包括环箍层31，所述工作增强件4在径向上位于环箍增强件3的内侧并且包括两个径向叠加的工作层(41、42)，所述胎体增强件5包括胎体层51。
图2示出了穿过根据本发明的轮胎的立体横截面。环箍层31包括织物增强体311，所述织物增强体311涂覆有弹性体配混物并相互平行，并且与轮胎的周向方向XX’形成绝对值至多等于5°的角度AF，所述角度AF在轮胎的赤道平面XZ中测得。两个工作层(41、42)各自包括涂覆有弹性体配混物、在每一层中相互平行并且从一层至下一层交叉的金属增强体(411、421)，所述金属增强体(411、421)与轮胎的周向方向XX’形成绝对值通常至少等于20°且至多等于40°的角度(AT1、AT2)，所述角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得。胎体层51包括织物增强体511，所述织物增强体511涂覆有弹性体材料、相互平行并且与轮胎的周向方向XX’形成至少等于85°且至多等于95°的角度AC。
图3示出了根据本发明的轮胎的胎面的俯视图。胎面2旨在经由胎面表面21与地面接触并且包括凸起元件22，所述凸起元件22具有总体积VP并且由具有总体积VC的空隙24隔开。一些空隙是主空隙241，每一个主空隙241均具有至少等于6mm的平均宽度，全部主空隙241具有总体积VCP。在所示的情况下，主空隙241是周向的。胎面2具有至少等于22％且至多等于30％的体积空隙比TEV，所述体积空隙比TEV定义为空隙24的总体积VC与空隙24的总体积VC和凸起元件22的总体积VP的总和之间的比例。此外，胎面2中全部主空隙241的总体积VCP至少等于胎面2中空隙24的总体积VC的80％。
已经在尺寸为225/45R17的乘用车辆轮胎的情况下更具体地研究了本发明。将第一参考轮胎R1与根据本发明的第一轮胎I1进行比较，并且将第二参考轮胎R2与根据本发明的第一轮胎I2进行比较。
第一参考轮胎R1的胎面包括在等于7.5mm的径向高度HS上径向延伸的凸起元件。胎面的体积空隙比TEV等于23％。制成胎面的弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg等于-5℃，肖氏硬度A等于67，在23℃下的动态损耗tgδ等于0.44。第一参考轮胎R1还包括在径向上位于胎面内侧并且在径向上位于环箍增强件外侧的中间层，所述中间层由肖氏硬度A等于66且在23℃下动态损耗tgδ等于0.13的弹性体配混物制成。环箍增强件包括环箍层，所述环箍层的织物增强体由尼龙制成，其中尼龙的纤度为140/2(2个线股的组件，每个线股具有140tex，1tex是1000m丝线的质量(以g计))并以98根丝线/dm的密度分布在环箍层中。工作增强件包括两个径向叠加的工作层。径向最内工作层和径向最外工作层的规格2.30(两根直径分别等于0.30mm的金属丝线的捻合组件)的金属增强体以等于1.05mm的间距分布，并与轮胎的周向方向XX’分别形成等于+25°和-25°的角度(AT1、AT2)，所述角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得。每个工作层的平均径向厚度ET等于0.9mm。胎体增强件由胎体层组成，所述胎体层的织物增强体由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤度为334/2(2个线股的组件，每个线股具有334tex)，捻度为270转/m，并以80根丝线/dm的密度分布在胎体层中。
根据本发明的第一轮胎I1的胎面包括在等于7mm的径向高度HS上径向延伸的凸起元件。胎面的体积空隙比TEV等于26.5％。胎面中全部主空隙的总体积VCP等于胎面中空隙的总体积VC的81％。制成胎面的弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg等于-12℃，肖氏硬度A等于63.5，在23℃下的动态损耗tgδ等于0.38。根据本发明的第一轮胎I1还包括在径向上位于胎面内侧并且在径向上位于环箍增强件外侧的中间层，所述中间层由肖氏硬度A等于63且在23℃下动态损耗tgδ等于0.15的弹性体配混物制成。环箍增强件包括环箍层，所述环箍层的织物增强体由尼龙制成，其中尼龙的纤度为140/2(2个线股的组件，每个线股具有140tex，1tex是1000m丝线的质量(以g计))并以98根丝线/dm的密度分布在环箍层中。工作增强件包括两个径向叠加的工作层。径向最内工作层和径向最外工作层的规格1.32(在每种情况下单丝的直径等于0.32mm)的金属增强体以等于0.70mm的间距分布，并与轮胎的周向方向XX’分别形成等于+25°和-25°的角度(AT1、AT2)，所述角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得。每个工作层的平均径向厚度ET等于0.83mm。两个连续的单丝之间的间距(即它们各自的平均线之间的距离)等于0.70mm，因此单丝的密度等于1/0.70＝1.42个增强体/mm，即142个增强体/dm。胎体增强件由胎体层组成，所述胎体层的织物增强体由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤度为334/2(2个线股的组件，每个线股具有334tex)，捻度为270转/m，并以80根丝线/dm的密度分布在胎体层中。
第二参考轮胎R2的胎面包括在等于7.5mm的径向高度HS上径向延伸的凸起元件。胎面的体积空隙比TEV等于23％。制成胎面的弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg等于-9℃，肖氏硬度A等于65，在23℃下的动态损耗tgδ等于0.32。第二参考轮胎R2还包括在径向上位于胎面内侧并且在径向上位于环箍增强件外侧的中间层，所述中间层由肖氏硬度A等于65且在23℃下动态损耗tgδ等于0.11的弹性体配混物制成。环箍增强件包括环箍层，所述环箍层的织物增强体由尼龙制成，其中尼龙的纤度为140/2(2个线股的组件，每个线股具有140tex，1tex是1000m丝线的质量(以g计))并以98根丝线/dm的密度分布在环箍层中。工作增强件包括两个径向叠加的工作层。径向最内工作层和径向最外工作层的规格2.30(两根直径分别等于0.30mm的金属丝线的捻合组件)的金属增强体以等于1.05mm的间距分布，并与轮胎的周向方向XX’分别形成等于+25°和-25°的角度(AT1、AT2)，所述角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得。每个工作层的平均径向厚度ET等于0.90mm。胎体增强件由胎体层组成，所述胎体层的织物增强体由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤度为334/2(2个线股的组件，每个线股具有334tex)，捻度为270转/m，并以80根丝线/dm的密度分布在胎体层中。
根据本发明的第二轮胎I2的胎面包括在等于7mm的径向高度HS上径向延伸的凸起元件。胎面的体积空隙比TEV等于26.5％。胎面中全部主空隙的总体积VCP等于胎面中空隙的总体积VC的90％。制成胎面的弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg等于-14℃，肖氏硬度A等于52，在23℃下的动态损耗tgδ等于0.18。根据本发明的第二轮胎I2还包括在径向上位于胎面内侧并且在径向上位于环箍增强件外侧的中间层，所述中间层由肖氏硬度A等于60且在23℃下动态损耗tgδ等于0.10的弹性体配混物制成。环箍增强件包括环箍层，所述环箍层的织物增强体包括芳纶丝线和尼龙丝线的组合，该组合的纤度为A167/N140(一个167tex芳纶线股和一个140tex尼龙线股的组件)，捻度为290转/m，并以98根丝线/dm的密度分布在胎体层中。工作增强件包括两个径向叠加的工作层。径向最内工作层和径向最外工作层的规格1.32(在每种情况下单丝的直径等于0.32mm)的金属增强体以等于0.70mm的间距分布，并与轮胎的周向方向XX’分别形成等于+25°和-25°的角度(AT1、AT2)，所述角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得。每个工作层的平均径向厚度ET等于0.83mm。两个连续的单丝之间的间距(即它们各自的平均线之间的距离)等于0.70mm，因此单丝的密度等于1/0.70＝1.42个增强体/mm，即142个增强体/dm。胎体增强件由胎体层组成，所述胎体层的织物增强体由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤度为334/2(2个线股的组件，每个线股具有334tex)，捻度为270转/m，并以80根丝线/dm的密度分布在胎体层中。
第一参考轮胎R1的质量等于9.1kg，根据本发明的第一轮胎I1的质量等于8.5kg。第二参考轮胎R2的质量等于9.1kg，根据本发明的第二轮胎I2的质量等于8.5kg。
一方面对轮胎I1和R1进行各种测试和对比测量，另一方面对轮胎I2和R2进行各种测试和对比测量。下表1中列出的结果分别以I1相对于R1(参考或基数100)和I2相对于R2(参考或基数100)表示：
表1
Figure BDA0002503870590000161
Figure BDA0002503870590000171
与作为参考的现有技术轮胎R1相比，根据本发明的轮胎I1的滚动阻力降低了1.2kg/t，纵向抓地力得到了改善(在湿地面上显著，而在干地面上则较少)，在湿地面上的横向抓地力方面的性能得到了改善(对于等于103s的参考单圈时间，进行环行一圈的时间减少了1.3s)，并且在低加速度下横向刚度降低，这意味着表现略有变差。还注意到质量性能的改进，即与轮胎R1相比，轮胎I1的质量减小了0.6kg。
与作为参考的现有技术轮胎R2相比，根据本发明的轮胎I2的滚动阻力降低了1.3kg/t，在湿地面和干地面上的纵向抓地力方面具有等同的性能，在湿地面上的横向抓地力方面性能稍差(对于等于103s的参考单圈时间，进行环行一圈的时间增加了5s)，在低加速度下横向刚度略有降低，这意味着基本相同的表现。还注意到质量性能的改进，即与轮胎R2相比，轮胎I2的质量减小了0.6kg。

Claims (21)

1.用于乘用车辆的轮胎(1)，其包括：
-胎面(2)，其旨在经由胎面表面(21)与地面接触并且包括凸起元件(22)，所述凸起元件(22)在径向高度HS上从底表面(23)径向向外延伸至胎面表面(21)，所述径向高度HS在轮胎的赤道平面XZ中测得并且至多等于8mm，
-所述凸起元件(22)具有总体积VP并且由具有总体积VC的空隙(24)隔开，一些空隙(24)是主空隙(241)，每个主空隙(241)均具有至少等于6mm的平均宽度，并且全部主空隙(241)具有总体积VCP，
-所述胎面(2)具有至少等于22％且至多等于30％的体积空隙比TEV，所述体积空隙比TEV定义为空隙(24)的总体积VC与空隙(24)的总体积VC和凸起元件(22)的总体积VP的总和之间的比例，
-所述胎面(2)还包含至少一种弹性体配混物，所述弹性体配混物具有玻璃化转变温度Tg、肖氏A硬度和在23℃下的动态损耗tgδ，
-环箍增强件(3)，其在径向上位于胎面(2)的内侧并且包括至少一个环箍层(31)，所述环箍层(31)包括织物增强体(311)，所述织物增强体(311)涂覆有弹性体配混物、相互平行并且与轮胎的周向方向XX’形成绝对值至多等于5°的角度AF，所述角度AF在轮胎的赤道平面XZ中测得，
-工作增强件(4)，其在径向上位于环箍增强件(3)的内侧并且包括至少两个径向叠加的工作层(41、42)，所述工作层(41、42)包括涂覆有弹性体配混物、在每一层中相互平行并且从一层至下一层交叉的金属增强体(411、421)，所述金属增强体(411、421)与轮胎的周向方向XX’形成绝对值至少等于20°且至多等于40°的角度(AT1、AT2)，所述角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得，
-胎体增强件(5)，其包括至少一个胎体层(51)，所述胎体层(51)包括织物增强体(511)，所述织物增强体(511)涂覆有弹性体材料、相互平行并且与轮胎的周向方向XX’形成至少等于85°且至多等于95°的角度AC，
其特征在于，胎面(2)的凸起元件(22)径向高度HS至少等于5.0mm，胎面(2)中全部主空隙(241)的总体积VCP至少等于胎面(2)中空隙(24)的总体积VC的80％，并且制成胎面(2)的至少一种弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg至少等于-22℃且至多等于-5℃，肖氏硬度A至少等于45且至多等于65，在23℃下的动态损耗tgδ至少等于0.13且至多等于0.39，并且工作加强件(4)的至少两个工作层(41、42)各自的金属增强体(411、421)是钢单丝，所述钢单丝的横截面S内接于直径D的圆中，所述横截面S的最小尺寸Dmin至少等于0.20mm且至多等于0.5mm，并且工作增强件(4)的至少两个工作层(41、42)各自的金属增强体(411、421)以至少等于100根丝线/dm且至多等于200根丝线/dm的密度dT分布，并且工作增强件(4)的每个工作层(41、42)的平均径向厚度ET至少等于D+0.1mm且至多等于D+0.6mm，其中D是单丝型金属增强体的横截面S上外接圆的直径。
2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，胎面(2)的凸起元件(22)的径向高度HS至少等于5.5mm且至多等于7.5mm，优选至多等于7mm。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎(1)，其中，胎面(2)的体积空隙比TEV至多等于28％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其中，胎面(2)的体积空隙比TEV至少等于25％且至多等于27％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎(1)，其中，胎面(2)中全部主空隙(241)的总体积VCP至少等于胎面(2)中空隙(24)的总体积VC的85％，优选至少等于88％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轮胎(1)，其中，制成胎面(2)的至少一种弹性体配混物具有的玻璃化转变温度Tg至少等于-16℃且至多等于-8℃。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轮胎(1)，其中，制成胎面(2)的至少一种弹性体配混物具有的肖氏硬度A至少等于50且至多等于63。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的轮胎(1)，其中，制成胎面(2)的至少一种弹性体配混物具有的肖氏硬度A至少等于52且至多等于57。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的轮胎(1)，其中，制成胎面(2)的至少一种弹性体配混物在23℃下的动态损耗tgδ至多等于0.27。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的轮胎(1)，其中，环箍增强件(3)的至少一个环箍层(31)的织物增强体(311)包括芳族聚酰胺，例如芳纶。
11.根据权利要求10所述的轮胎(1)，其中，环箍增强件(3)的至少一个环箍层(31)的织物增强体(311)包括诸如芳纶的芳族聚酰胺和诸如尼龙的脂族聚酰胺的组合。
12.根据权利要求10所述的轮胎(1)，其中，环箍增强件(3)的至少一个环箍层(31)的织物增强体(311)包括诸如芳纶的芳族聚酰胺和诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的聚酯的组合。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的轮胎(1)，其中，工作增强件(4)的至少两个工作层(41、42)各自的金属增强体(411、421)与轮胎的周向方向XX’形成绝对值至多等于30°的角度(AT1、AT2)，所述角度(AT1、AT2)在轮胎的赤道平面XZ中测得。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的轮胎(1)，其中，工作增强件(4)的至少两个工作层(41、42)各自的金属增强体(411、421)具有横截面S，所述横截面S的最小尺寸Dmin至少等于0.30mm且至多等于0.4mm，优选至少等于0.32mm且至多等于0.36mm。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的轮胎(1)，其中，工作增强件(4)的至少两个工作层(41、42)各自的金属增强体(411、421)是钢单丝，所述钢单丝的极限拉伸强度Rm至少等于3000MPa，优选至少等于3500MPa。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的轮胎(1)，其中，工作增强件(4)的至少两个工作层(41、42)各自的金属增强体(411、421)以至少等于120根丝线/dm且至多等于180根丝线/dm的密度dT分布。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的轮胎(1)，其中，工作增强件(4)的每个工作层(41、42)具有的平均径向厚度ET至少等于D+0.3mm且至多等于D+0.5mm，其中D是单丝型金属增强体的横截面S上外接圆的直径。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的轮胎(1)，其中，包含至少一种弹性体配混物的中间层(6)在径向上位于胎面(2)的内侧并且在径向上位于环箍增强件(3)的外侧。
19.根据权利要求18所述的轮胎(1)，其中，所述中间层(6)有利地具有至少等于0.3mm且至多等于4.0mm的径向厚度E。
20.根据权利要求18和19中任一项所述的轮胎(1)，其中，制成中间层(6)的至少一种弹性体配混物具有至少等于59且至多等于69的肖氏硬度A和至少等于0.08且至多等于0.20的在23℃下的动态损耗tgδ。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的轮胎(1)，其中，胎面(2)的凸起元件(22)的布置相对于轮胎的赤道平面XZ不对称，使得旨在安装在车辆内侧的胎面半部的体积空隙比TEV1至少等于旨在安装在车辆外侧的胎面半部的体积空隙比TEV2。
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