CN111465507A - 增强层和车辆充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于弹性体产品、尤其是用于带束箍带(8)的增强层，该增强层具有作为增强物的帘线，其中，这些帘线具有至少两根纱线，其中，这些纱线中的第一纱线由聚酰胺制成，并且其中，帘线的所有纱线的端部被捻在一起。本发明着手解决的问题是提供一种用于弹性体产品的增强层，该增强层对于4％或更大的伸长率存在相对高的张力值并且基于该增强物的线形密度存在相对低的收缩。这得以实现在于这些帘线是精确地具有三根纱线的混合帘线，在于混合帘线具有该第一纱线和由HMLS‑PET制成的第二纱线，在于混合帘线具有作为第三纱线的第一纱线或第二纱线，并且在于每个混合帘线的线形密度为至少5000分特。

Description

增强层和车辆充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种用于弹性体产品的增强层，其中，该增强层具有作为增强物的帘线，这些帘线大体上彼此平行地布置在该层内并且嵌入弹性体材料中，其中，这些帘线具有至少两根纱线，其中，这些纱线中的第一纱线由聚酰胺制成，并且其中，帘线的所有纱线的端部被捻在一起。本发明进一步涉及一种包括本发明的至少一个增强层的充气轮胎。
背景技术
用于增强多种不同的弹性体产品的增强元件是众所周知的。因此，已知的是充气轮胎可以使用带束箍带，该带束箍带被配置为具有一层或多层并且覆盖带束边缘，并且实质上包括采用帘线形式的增强物，这些帘线嵌入在橡胶内并且大体上沿周向方向延伸。此带束箍带用于、尤其是在高速使用时用于防止由于当车辆运动时出现的离心力而使轮胎向上移动。
在轮胎生产期间，该带束以具有嵌入未固化的橡胶混合物中的增强元件的多个层、条带或单独的帘线的形式被应用，这些元件缠绕或盘绕到该带束上。在将增强元件嵌入橡胶的过程中，一系列增强元件在纵向方向上穿过压延机或挤出机，以实现用橡胶混合物进行包覆，这些增强元件大体上平行并且采取线的形式、并且通常已经经受了预热处理和/或为了提高与嵌入橡胶的粘附性以本领域技术人员已知的方式通过浸渍系统进行的预处理。
当使用迄今使用的装置进行成型时、以及当轮胎固化时，当与未固化的胎胚(当该胎胚缠绕在平坦的滚筒上时)相比，向上移动通常使胎肩区域中扩张最高达2％并且中央区域中的扩张最高达4％。在生产用于超高速使用的轮胎期间，对于更现代的构造滚筒提出的要求是胎肩中的扩张为约1％并且胎冠区域中的扩张为约3％。另外的问题在于相应的帘线材料在升高的温度下的收缩行为。低收缩行为产生轮胎相对高的尺寸稳定性，并且因此产生更好的平点行为(Flatspotverhalten)，这是本领域技术人员已知的一种表达(＝当车辆静止时，在与地面接触的区域中的可逆的塑性变平效应)。
在轮胎生产期间，箍带的帘线旨在允许在成型期间并且在固化模具中充分向上移动，以便可以实现轮胎的精确成型，并且在轮胎制造之后，这些帘线旨在确保当车辆运动时在高速下的良好的功能性，即确保良好的尺寸稳定性。为了符合这些要求，帘线应当适于经受中等的力时伸长率最高达约3％至4％的伸长率，并且然后适于仅在施加非常大的力时的更大的伸长率。
胎圈增强物完全地或在某种程度上布置在胎圈区域中。该胎圈增强物通常在胎体的轴向外部并且连接至该胎体。胎圈增强物包括至少一个增强层，该至少一个增强层在胎圈的区域中以圆形形式围绕轮胎延伸。
传送带、传动带、软管以及空气弹簧气囊也需要使用具有与这些要求匹配的物理特性的增强元件。
US 7,252,129 B2披露了一种混合帘线，该混合帘线由芳族聚酰胺纤维和另一种纤维组成，该另一种纤维选自由聚酯、尼龙和人造丝组成的组。此混合帘线确保增强层的单独的线的相对小的分离。芳族聚酰胺具有的缺点为相对小的断裂伸长率以及高的购买成本。
WO 2014/001039A1披露了一种充气轮胎的单层带束箍带，其中，带束箍带的增强元件是具有结构聚酰胺6.6 940x 1+HMLS-PET 1100x 1的混合帘线。虽然这种类型的带束箍带表现出有利的力/伸长率行为，但是对于超高速使用，这种类型的带束箍带对于4％或更高的伸长率的张力值太小而不能提供在超高速使用期间产生的足够集中的离心力。
在提供在超高速使用期间产生的足够集中的离心力的已知方法中，带束箍带配备有两个增强层。在此，每个增强层的增强元件是由两个线形密度1400分特的聚酰胺6.6纱线制成的帘线，这些帘线的端部被捻在一起。这些帘线以110epdm的线密度布置在相应的增强层内。然而，不利的是，由两个增强层制成的已知的带束箍带使用大量的弹性体材料，这对于滚动阻力来说是不利的。另外，聚酰胺6.6帘线表现出不利的收缩行为，其结果是对尺寸稳定性和平点行为产生损害。
发明内容
于是，本发明着手解决的问题之一在于提供一种用于弹性体产品的增强层，该增强层对4％或更大的伸长率表现出相对高的张力值，并且基于增强物的线形密度存在相对低的收缩。
本发明解决的问题在于帘线是混合帘线；在于这些混合帘线中的每一个精确地具有三根纱线；在于这三根纱线由聚酰胺制成的第一纱线、由高模量低收缩聚对苯二甲酸乙二醇酯(HMLS-PET)制成的第二纱线、以及第三纱线构成；在于该第三纱线被配置为第一纱线或第二纱线；以及在于每个混合帘线的线形密度为至少5000分特。
本发明着手解决的另一个问题在于提供一种充气轮胎，该充气轮胎表现出相对低的滚动阻力、还以及相对低的收缩。
此问题得以解决在于充气轮胎包括用于弹性体产品的创造性的增强层。
对于本发明的工艺，帘线是由两根或更多根纱线捻在一起的线形构造物。混合帘线是其中至少两根纱线在其材料方面不同的帘线。针对本发明的目的，纱线是在如DIN60900中描述的由多根单独的单丝或纤维组成的线形构造物。针对本发明的目的，表述由聚酯制成的纱线和聚酯纱线、还以及由聚酰胺制成的纱线和聚酰胺纱线被同义地使用。由某种材料制成的纱线完全或在某种程度上由所述材料组成。
根据ASTM D885可以确定力/伸长率值、和/或对于给定伸长率的张力值。
本发明的增强层的混合帘线精确地具有三根纱线，这些纱线的端部被捻在一起。这三根纱线在此是由聚酰胺制成的第一纱线、由HMLS-PET制成的第二纱线、以及第三纱线，该第三纱线被配置为第一纱线或第二纱线。该混合帘线因此具有不对称的结构并且具有两根由聚酰胺制成的第一纱线和一根由HMLS-PET制成的第二纱线、或者具有一根由聚酰胺制成的第一纱线和两根由HMLS-PET制成的第二纱线。
出人意料地，已经发现，具有这些不对称的混合帘线的这种类型的增强层以显著增加增强层对于4％或更大的伸长率的张力值为特征，并且还以基于增强物的线形密度的较小收缩为特征。
非常出人意料地，具有不对称的混合帘线(不仅具有至少一根由聚酰胺制成的纱线还具有至少一根由HMLS-PET制成的纱线)的增强层在张力方面表现出大大改善的特性。非常出人意料地，混合帘线表现出具有用于带束箍带的增强层的极好适合性的力/伸长率行为。
混合帘线的线形密度是至少5000分特。非常出人意料地，已经发现，本发明的具有此线形密度的混合帘线的单增强层具有足够的强度来代替例如充气轮胎的带束箍带中的所述的在各自情况下由两根聚酰胺6.6纱线制成帘线所制成的两层增强层。较小线形密度将不再提供足够的强度。仅用一层增强层代替两层增强层使得重量和材料、尤其是弹性体材料显著减少，并且因此有利地减小了滚动阻力。
凭借显著地提高了增强层的张力值，因此即使在轮胎用于超高速使用的情况下，在带束箍带的设计中也可以仅使用一层。因此，本发明的增强层被配置为带束箍带的单增强层。
由至少一根聚酰胺纱线和至少一根PET纱线制成的混合帘线比仅由聚酰胺纱线制成的对比帘线具有更小的聚酰胺相对含量。HMLS-PET相比于聚酰胺表现出了有利较小的收缩。因此基于线形密度实现了增强物收缩减小。这些由HMLS-PET制成的纱线具有良好的热稳定性，并且因此符合提及的使用要求，例如在充气轮胎中使用时在超高速下的功能性。
在至少一个部件中包括本发明的增强层的充气轮胎表现出增加的尺寸稳定性以及特别好的超高速功能性。降低了在负载下的变平效应(平点变形)。优选的是，本发明的增强层被配置为带束箍带，以便实现所提及的优点。另外，减小了滚动阻力。
第一聚酰胺纱线的聚酰胺选自下组，该组由以下各项组成：聚酰胺6(PA 6)和/或聚酰胺6.6(PA 6.6)和/或聚酰胺12(PA 12)和/或聚酰胺11(PA 11)和/或聚酰胺13.13(PA13.13)和/或聚酰胺4(PA 4)和/或聚酰胺7(PA 7)和/或聚酰胺8(PA 8)和/或聚酰胺9(PA9)和/或聚酰胺4.6(PA 4.6)和/或聚酰胺6.10(PA 6.10)和/或聚酰胺6.12(PA 6.12)和/或聚酰胺6.9(PA 6.9)和/或聚酰胺66/6(PA 66/6)。优选地使用PA 6和/或PA 6.6，并且特别优选地使用PA 6.6。
由PA 6.6制成的纱线具有有利的良好的粘合性，以结合到弹性体材料中，并且还就其弹性模量而言具有极好的适合性，以用作带束箍带的增强物。同时，其具有好的市场可获得性以及低购买成本。
在优选的实施例中，混合帘线的精确具有的两根纱线被配置成在其材料以及其线形密度方面完全相同。因此，混合帘线具有由相同线形密度的聚酰胺、优选是PA 6.6制成的两根纱线，或具有由完全相同线形密度的HMLS-PET制成的两根纱线。因此就混合帘线的结构和生产而言减小了其复杂性。
混合帘线的三根纱线中每根纱线相应的线形密度有利地为1000分特至3000分特、优选是1000分特至2500分特、特别优选是1500分特至2200分特。在线形密度小于1000分特时，则精确地由三根纱线制成的混合帘线将缺乏强度。对于纱线来说大于3000分特的线形密度具有由不必要的大量的材料引起的伴随缺点，例如在充气轮胎中使用时滚动阻力方面的缺点。非常出人意料地，最多2500分特、有时甚至最多2200分特的线形密度已经足以达到混合帘线的有利的力/伸长率行为。
本发明的增强层的每根纱线可以沿S方向或Z方向加捻。有利地，混合帘线的三根纱线具有相同的加捻方向。因此它们全部沿S方向和/或沿Z方向加捻。
在本发明中，三根纱线的端部沿S方向或Z方向被捻在一起，以提供混合帘线。有利地，提供给混合帘线的加捻方向与纱线的加捻方向相反。因此减小了混合帘线中的内部应力。
在一个实施例中，混合帘线以50epdm至90epdm、优选是60epdm至80epdm的线密度布置在增强层内。此低密度已经确保在充气轮胎中使用时足够的张力，尤其是在超高速使用期间产生的集中的、单层带束箍带形式的离心力。此相对低的线密度是有利的，因为由于较小的橡胶化剪切应力而增加了增强层以及相应地弹性体产品的耐久性。
在本发明的有利的增强层中，混合帘线具有结构聚酰胺6.62100x 2+HMLS-PET2200x 1并且以70epdm至90epdm的线密度布置在增强层内。这种类型的增强层表现出有利的力/伸长率行为以用作带束箍带的单增强层，同时具有高张力值和低收缩。另外，当与两层结构进行比较时，滚动阻力减小。有利地，线密度为80epdm。
当混合帘线具有结构聚酰胺6.6 2100x 1+HMLS-PET 2200x 2并且以50epdm至70epdm的线密度布置在增强层内时，获得对应的优点。进一步减小线密度在增强层的耐久性方面提供进一步的优点。有利地，线密度为60epdm。同时，由一根第一聚酰胺纱线和两根第二纱线(由HMLS-PET制成)制成的结构进一步减小了聚酰胺6.6的量。这种类型的增强层表现出在热稳定性方面的进一步提高。
有利地，确保了织物增强元件与橡胶的可靠粘合，因为将确保增强元件与橡胶的粘合的粘合剂浸渍系统提供用于混合帘线。通过举例的方式，可以以单浴或双浴过程使用RFL浸渍，以应用所述粘合剂浸渍系统。然而，可以通过使用本领域技术人员已知的任何其他过程和粘合剂实现浸渍。
如果增强层涉及带束箍带，则该带束箍带被配置为与周向方向呈0°与5°之间的角度，呈单层或多层、优选是单层的形式。在此背景下，配置的含义是该带束箍带可以在周向方向上以单层或多层、优选地单层的形式盘绕。如果本发明的增强层被配置为带束箍带的单增强层，充气轮胎表现出良好的超高速功能性，同时提高了收缩和尺寸稳定性并且减小了在负载下的变平效应(平点变形)。同时，单层结构显著地减小了滚动阻力。
当上述增强层用作充气轮胎中的胎圈增强物时，优点在于：该增强层比迄今为止通常使用的聚酰胺增强层表现出更高的弹性模量以及对于预限定的伸长率更高的张力值。胎圈增强物提高了车辆运动时的稳定性、以及转向行为。
当上述增强层用于生产例如传送带、传动带、软管以及空气弹簧气囊等其他弹性体产品时，也实现对应的优点。
附图说明
本发明的进一步的特征、优点和细节将参考表示多个工作示例的附图来更详细地解释。在附图中：
图1示出了穿过本发明的充气轮胎的径向截面；
图2示出了增强层的力/伸长率曲线。
具体实施方式
图1示出了穿过汽车的充气轮胎的径向截面。组成所描绘的车辆充气轮胎的主要部件是：基本上不透气的内部层1；胎体2，该胎体以常规的方式从该车辆充气轮胎的胎冠区域出发、经过胎侧3、直至到达胎圈区域4中并且通过盘绕防拉伸的胎圈芯5而锚固在该胎圈区域中；带花纹的胎面6，该带花纹的胎面位于胎体的径向外部；以及带束7，该带束布置在胎面6与胎体2之间并且包括两个增强层，该带束在径向外部被包括至少一个增强层的带束箍带8覆盖。带束箍带8覆盖带束边缘9并且包括增强元件，这些增强元件平行于充气轮胎的周向方向、沿轴向宽度缠绕并且嵌入弹性体材料中。该充气轮胎进一步包括胎圈增强物10。胎圈增强物10完全地或在某种程度上布置在胎圈区域4内。胎圈增强物10定位在胎体2的轴向外部并且连接至该胎体。胎圈增强物10包括至少一个增强层，该至少一个增强层在胎圈的区域中以圆形形式围绕轮胎延伸。
本发明的轮胎可以包括带束箍带8的本发明设计的增强层、和/或胎圈增强物10的本发明设计的增强层。该轮胎还可以被设计成没有本发明的胎圈增强物10而仅具有带束箍带8。优选的是，提及的部件8、10中的每个部件精确地包括一个增强层。
如果轮胎精确地包括本发明的一个增强层作为带束箍带8的单增强层，则此轮胎对超高速使用具有特别好的适合性，并且具有低滚动阻力和良好的尺寸稳定性。
增强层8、10具有作为增强物的混合帘线。这些混合帘线中的每根混合帘线精确地具有三根纱线，这些纱线的端部已被捻在一起，以形成混合帘线。这三根纱线是由聚酰胺制成的第一纱线、由高模量低收缩聚对苯二甲酸乙二醇酯(HMLS-PET)制成的第二纱线、以及第三纱线。第三纱线是由聚酰胺制成的第一纱线或由HMLS-PET制成的第二纱线。此处，每根混合帘线的线形密度为至少5000分特。
聚酰胺可以是PA 6.6。混合帘线中的三根纱线的每根纱线的线形密度可以是1000分特至3000分特、优选是1000分特至2500分特、特别优选是1500分特至2200分特。混合帘线可以以50epdm至90epdm、优选是60epdm至80epdm的线密度布置在增强层内。
混合帘线通过粘合剂浸渍系统(例如RFL浸渍)进行处理。
在第一工作示例中，混合帘线具有结构聚酰胺6.6 2100x 2+HMLS-PET 2200x 1，并且以70epdm至90epdm的线密度布置在增强层内。
在第二工作示例中，混合帘线具有结构聚酰胺6.6 2100x 1+HMLS-PET 2200x 2，并且以50epdm至70epdm的线密度布置在增强层内。
图2示出了根据ASTM D885 M的增强层确定的力/伸长率曲线。水平轴线以百分比示出了伸长率D，竖直轴线以牛顿每分米示出了增强层(垂直于增强层延伸的方向)的力F。
描绘了针对第一工作示例和第二工作示例的力/伸长率曲线。虚线表示本发明中具有线密度为80epdm的结构聚酰胺6.6 2100x 2+HMLS-PET 2200x 1的混合帘线的增强层。短划线表示本发明中具有线密度为60epdm的结构聚酰胺6.6 2100x 1+HMLS-PET 2200x 2的混合帘线的增强层。此外，连续线作为参考表示两层结构的力/伸长率曲线，其中，该两层结构中的每层增强层包括作为增强物的帘线，这些帘线具有线密度为110epdm的结构PA6.6 1440x 2。这种类型的两层结构通常用于超高速使用的带束箍带。
可以看出，在最高达约4％的伸长率下，两个工作示例的创造性的增强层对用于充气轮胎的带束箍带来说表现出与两层参考示例类似的有利的力/伸长率行为。非常出人意料地，另外可以看出随着伸长率的增加，本发明的单层工作示例比两层参考示例实际上表现出有利的更陡峭的力/伸长率曲线。第一工作示例的和第二工作示例的增强层对用于如图1所示的充气轮胎的单层带束箍带具有极好的适合性。
附图标记说明
1 内部层
2 胎体
3 胎侧
4 胎圈区域
5 胎圈芯
6 胎面
7 带束
8 带束箍带
9 带束边缘
10 胎圈增强物
aR 轴向方向
rR 径向方向
U 周向方向

Claims (10)

1.一种用于弹性体产品、尤其是用于带束箍带(8)的增强层，其中，该增强层具有作为增强物的帘线，这些帘线大体上彼此平行地布置在该层内并且嵌入弹性体材料中，其中，这些帘线具有至少两根纱线，其中，这些纱线中的第一纱线由聚酰胺制成，并且其中，帘线的所有纱线的端部被捻在一起，
其特征在于，
这些帘线是混合帘线，
这些混合帘线中的每一个精确地具有三根纱线，
该三根纱线由聚酰胺制成的第一纱线、由高模量低收缩聚对苯二甲酸乙二醇酯(HMLS-PET)制成的第二纱线、以及第三纱线构成，
该第三纱线被配置为第一纱线或第二纱线，以及
每根混合帘线的线形密度为至少5000分特。
2.如权利要求1所述的增强层，其特征在于，该第一纱线是由聚酰胺6.6制成的纱线。
3.如前述权利要求中的一项或两项所述的增强层，其特征在于，该混合帘线的精确具有的两根纱线被配置成至少在它们的材料和它们的线形密度方面完全相同。
4.如前述权利要求中的一项或多项所述的增强层，其特征在于，该混合帘线的三根纱线中的每根纱线的线形密度相应地为1000分特至3000分特、优选是1000分特至2500分特、特别优选是1500分特至2200分特。
5.如前述权利要求中的一项或多项所述的增强层，其特征在于，这些混合帘线以50epdm至90epdm、优选地以60epdm至80epdm的线密度布置在该增强层内。
6.如前述权利要求中的一项或多项所述的增强层，其特征在于，这些混合帘线具有该结构聚酰胺6.6 2100x 2+PET 2200x 1并且以70epdm至90epdm的线密度布置在该增强层内。
7.如前述权利要求中的一项或多项所述的增强层，其特征在于，这些混合帘线具有该结构聚酰胺6.6 2100x 1+PET 2200x 2并且以50epdm至70epdm的线密度布置在该增强层内。
8.一种充气轮胎，该充气轮胎包括如权利要求1至7中任一项所述的至少一个增强层。
9.如权利要求8所述的充气轮胎，其特征在于，该增强层被配置成用于该带束箍带(8)和/或该胎圈增强物(10)、优选是用于该带束箍带(8)。
10.如权利要求9所述的充气轮胎，其特征在于，该增强层被配置为该带束箍带(8)的单增强层。
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