CN111655512B - 具有包含多种材料的胎面底层的轮胎 - Google Patents

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Abstract

轮胎(1)，其包括底层(7)，所述底层(7)基本上由基层(71)和覆盖层(72)组成，所述基层(71)设置为沿径向位于胎冠增强件(5)上并且沿轴向位于中平面(CP)和胎肩(60)之间，所述基层(71)由具有给定刚度A的橡胶混合物组成，所述覆盖层(72)设置为沿径向位于基层(71)上、沿径向位于胎面(6)的内侧并且沿轴向至少部分地位于中平面(CP)和胎肩端部(721)之间，所述覆盖层(72)由具有给定刚度B的橡胶混合物组成，刚度A小于刚度B，刚度B大于刚度M。

Description

具有包含多种材料的胎面底层的轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎，更特别地涉及滚动阻力和抓地性方面的性能得以改进的轮胎。
通常，轮胎是几何结构呈现为围绕旋转轴线旋转对称的物体。轮胎包括两个旨在安装到轮辋上的胎圈；它还包括两个连接至胎圈的胎侧、以及包含旨在与地面接触的胎面的胎冠，所述胎冠具有与两个胎侧之一的径向外端连接的第一侧并且具有与两个胎侧中的另一个的径向外端连接的第二侧。
通常通过其在子午平面(亦即包含轮胎的旋转轴线的平面)中所示的构成构件来描述轮胎的组成。径向、轴向和周向方向分别表示垂直于轮胎旋转轴线、平行于轮胎旋转轴线和垂直于任何子午平面的方向。在下文中，表述“沿径向”、“沿轴向”和“沿周向”分别意指轮胎中“在径向方向”、“在轴向方向”和“在周向方向”。表述“沿径向位于内侧”和“沿径向位于外侧”分别意指“在径向方向上更接近轮胎的旋转轴线”和“在径向方向上更远离轮胎的旋转轴线”。赤道平面CP是垂直于轮胎旋转轴线的平面，其沿轴向设置成与胎圈之间基本中间的胎面表面相交。表述“沿轴向位于内侧”和“沿轴向位于外侧”分别意指“在轴向方向上更接近轮胎的赤道平面”和“在轴向方向上更远离轮胎的赤道平面”。
背景技术
众所周知，用于道路应用的轮胎，尤其是用于乘用车辆的轮胎在滚动阻力(和由此车辆能量效率)、抓地力、引导车辆(特别是在转弯时)的动力学响应以及磨损(和由此使用车辆的总成本)方面对车辆的性能做出了重要贡献。在轮胎设计参数中，本领域技术人员知道选择制成胎面的材料和制成底层的材料的重要性。在文献FR 2 954 333中描述了底层(即插置在胎冠增强件与胎面材料之间的橡胶层)的一个示例。通常，胎面下的底层材料用于以低滞后性的材料改进轮胎的滚动阻力，或者用于使胎面在剪切中变硬，但具有适度的刚度以便不会过度地抵抗轮胎的胎面在其与地面接触的接触斑块中变平。
然而，刚度越低，轮胎在经受车辆转向引起的应力时漂移推力响应越不好。具体地且示意性地，沿径向位于胎冠增强件外侧的橡胶堆叠层可以被视为一系列连续的弹簧。出于这个原因，避免引入具有过低模量的材料，以便不损害侧偏刚度。另外，底层材料的动力学剪切模量G*通常大于1MPa。然而，这会与使滚动阻力最小化的目标相冲突。即使在具有最大刚度的变体形式中，底层材料的动力学剪切模量G*通常远小于8MPa，即使期望在操作性方面的性能最佳时也是如此。在本文献中，应注意所讨论的动力学剪切模量G*(选自用于表征刚度的其它可能性)是在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*。
文献WO 2015/170615也公开了一种轮胎，其具有由两个径向重叠的材料形成的基层(即底层)。胎面材料的模量和其tgδ(正切δ)值低于与胎面材料接触的底层材料(即两个径向最外层)的相同参数的值。底层材料的径向内层的材料的模量和其tgδ值低于与胎面材料接触的底层材料的相同参数的值。然而，根据该教导制造的轮胎在性能特性的平衡方面没有取得任何进展。
文献FR 2999118 A1也公开了一种胎面(而不是底层)由三种不同的橡胶配混物构成的轮胎，因为其要紧的是电阻率，所以具有非常不同的目的。文献WO2014/005927A1也公开了一种胎面(而不是底层)由两种不同的橡胶配混物构成的轮胎，因为其要紧的是用于工地类型车辆的轮胎的抗攻击性和耐磨损性，所以具有非常不同的目的。文献FR 3007693 A1也公开了一种轮胎，其中胎面(而不是底层)由两种不同的橡胶配混物构成。
本发明的目的是在不使轮胎的滚动阻力变差的情况下，实现在转向应力下的更好的动力学飘移推力响应。
发明内容
本发明的主题为具有旋转轴线和垂直于旋转轴线的中平面的轮胎，其包括：
·胎冠增强件，
·沿径向位于胎冠增强件外侧的胎面，所述胎面在两个胎肩之间沿轴向延伸，所述胎面包括旨在在轮胎被驱动时与路面接触的接触面，所述胎面由至少一种具有给定刚度M的橡胶配混物构成，和
·底层，其设置为沿径向位于胎冠增强件的外侧并且沿径向位于胎面的内侧，
其中，至少在沿轴向相对于中平面的一侧上，所述底层具有：
·基层，其设置为沿径向位于胎冠增强件上并且沿轴向位于中平面与胎肩之间，所述第一基层由具有给定刚度A的橡胶配混物构成，
·覆盖层，其设置为沿径向位于基层上、沿径向位于胎面的内侧并且沿轴向至少部分地位于中平面与胎肩端部之间，所述覆盖层由具有给定刚度B的橡胶配混物构成，
·刚度A小于刚度B，刚度B大于刚度M，
·基层的材料的动力学剪切模量G*小于0.6MPa，所述动力学剪切模量G*在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测得。
在本文中，根据惯例，底层是这样的轮胎构件，即其插入在胎冠增强件与胎面材料之间，亦即设置为沿径向位于帘线或等效元件上方并且沿径向位于轮胎的磨损层(通常称为“胎面”)的内侧；因此，当轮胎设置有磨损指示器时，这样的构件设置为沿径向位于磨损指示器的径向最外区域的内侧。在本发明中，该构件包括数种具有不同组成的材料。在有利的实施方案中，覆盖层从轮胎的一个胎肩到另一个胎肩沿轴向连续。在优选的实施方案中，覆盖层由数个沿轴向分开的部分形成，所述覆盖层在沟槽下方被中断，并且沿轴向在一些位点处，覆盖层通过至少一个增强元件沿径向向外延伸，所述增强元件沿径向朝向胎面的外侧延伸。
附图说明
现在将借助于附图来描述本发明，其中：
-图1示意性地示出根据本发明第一实施方案的轮胎的子午截面；
-图2示意性地示出根据本发明第二实施方案的轮胎的子午截面；
-图3为本发明第三实施方案的简化描绘；
-图4示出本发明第四实施方案的简化描绘；
-图5为本发明第五实施方案的简化描绘。
具体实施方式
本发明的详细说明
图1示出了轮胎1、赤道平面CP、两个胎圈2和各自连接至胎圈2的两个胎侧3。轮胎具有胎冠4，所述胎冠4具有胎冠增强件5和胎面6。胎面从一个胎肩60沿轴向延伸到另一个胎肩。胎面包括旨在在轮胎被驱动时与路面接触的接触面61。胎面6具有胎面花纹块63，所述胎面花纹块63由基本上沿周向定向的沟槽62分开。每个沟槽62通过沟槽底部620沿径向朝向内侧界定。
胎冠还具有底层7，所述底层7设置为沿径向位于胎冠增强件5的外侧并且沿径向位于胎面6的内侧。该底层由两个部分形成：基层71和覆盖层72。
基层71设置为沿径向直接位于胎冠增强件5上。如本身已知的，胎冠增强件具有通常涂布有薄橡胶层的帘线层或单丝增强体层。在本发明的上下文中，基层71设置为沿径向直接位于胎冠增强件5上的说明意指基层71与帘线或增强体接触，而不考虑其橡胶涂层。
还可以看出，覆盖层72设置为沿径向位于基层上并且沿轴向至少部分地位于中平面CP与胎肩端部60之间。应注意，在该实施方案中，胎面6的材料在凹槽底部620中是可见的；因此，覆盖层72的材料由非常薄的胎面6材料的薄膜(沿径向向上)涂布。
图2示出了本发明的第二实施方案，其非常类似于图1中所示的实施方案：在该第二实施方案中，覆盖层72的材料在凹槽底部620中是可见的。
现在将讨论用于底层7的材料。为了表征它们，使用在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*。
优选地，基层71的材料的特征在于，在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*小于1.5MPa，优选小于0.5MPa；非常有利地，这种材料的在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*具有0.3MPa的值。这些是用于具有常见构造的底层的常规值，所述底层亦为由单一材料制成并且从轮胎的一个胎肩沿轴向延伸到另一个胎肩。有利地，基层71的材料在23℃、10Hz和10％的交变剪切变形下测量的tgδ值小于0.3，并且非常有利地，tgδ值约为0.05。
关于覆盖层72，其材料的优选特征在于，在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*大于7MPa，优选大于12MPa；非常有利地，这种材料的在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*具大于20MPa的值。以这种方式，实现了良好的侧偏刚度并且获得了使漂移推力(其能够使轮胎具有良好的动力学响应)与优良滚动阻力之间得以协调的优良性能折衷。有利地，覆盖层72的材料在23℃、10Hz和10％的交变剪切变形下测量的tgδ值小于0.3。
用于基层71的材料(其在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*为0.2MPa)的适当配方的示例如下：
表1
成分 phr
NR 100
炭黑 4
6PPD 2.2
DPG 2.1
硬脂酸 3
ZnO 1.5
树脂 29.3
HTO 38
配方以重量计给出(phr意指弹性体的重量的百分比)。
用于覆盖层72的材料(其在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*为25MPa)的适当配方的示例如下：
表2
成分 phr
NR 100
炭黑 70
苯酚-甲醛树脂 12
ZnO 3
硬脂酸 2
6PPD 2.5
HMT 4
硫 3
CBS 2
配方以重量计给出(phr意指弹性体的重量的百分比)。
关于胎面的材料，根据本发明，其刚度M小于覆盖层的刚度B。有利地，橡胶配混物具有的在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测量的动力学剪切模量G*小于4.0MPa，优选小于2.5MPa。
下表3给出了胎面配方的示例：
表3
成分 phr
SBR(a) 100
二氧化硅(b) 110
偶联剂(c) 9
液体增塑剂(d) 20
树脂增塑剂(e) 50
炭黑 5
氧化锌 3
硬脂酸 2
氧化剂(f) 2
促进剂(g) 2
DPG 2
硫 1
配方以重量计给出(phr意指弹性体的重量的百分比)，其中：
(a)SBR，其具有27％的苯乙烯；1,2-丁二烯：5％，顺式-1,4-丁二烯：15％，反式-1,4-丁二烯：80％；Tg为-48℃
(b)来自Solvay的“Zeosil1165MP”二氧化硅，BET表面积为160m2/g
(c)来自Evonik的“SI69”TESPT硅烷
(d)来自Shell的“Flexon 630”TDAE油
(e)来自Exxon的“Escorez 2173”树脂
(f)来自Solutia的“Santoflex 6PPD”抗氧化剂
(g)来自Solutia的“Santocure CBS”促进剂。
作为轮胎设计者的本领域技术人员可以采用这样的实施方案变体形式，即其中胎面本身包括沿径向叠置和/或沿轴向并置的数种不同材料。
在图1和图2所示的本发明实施方案中，覆盖层72在两个胎肩60之间沿轴向连续。图3示出了第三实施方案，其中覆盖层721由沿轴向分开的数个部分形成，所述覆盖层在沟槽62下方被中断。在中断处，在沟槽底部620处可见的材料与胎面6的材料相同。总体而言，该实施方案使得可以以侧偏刚度非常适度的变差为代价从而显著改进滚动阻力。有利地，在沟槽的底部620处可见的材料是与制成胎面6的材料(亦即胎面中的主要材料)相同的材料。
图4示出了本发明的第四实施方案，其非常类似于图3中所示的实施方案：在该第四实施方案中，在中断处，在沟槽底部620处可见的材料与沿径向位于所讨论的沟槽下方的基层(71)的材料相同；因此，可以看出，基层71的材料在沟槽62a和沟槽62b的底部是可见的。
为了改进滚动阻力并且同时改进侧偏刚度，可以在胎面的磨损部分中使用楔形元件630。图5示出了第五实施方案，其中沿轴向位于一些胎面花纹块63处的覆盖层722通过楔形增强元件630沿径向向外延伸(参见子午截面)。该增强元件630从覆盖层722的径向外表面722S朝向胎面6的外侧沿径向延伸至大于胎面径向厚度75％的径向高度。所述增强元件630具有可变的轴向宽度，所述轴向宽度从小于所述胎面花纹块轴向宽度50％的最大值沿径向向上递减。由所述增强元件630的两个侧壁在径向截面中形成的角度优选地在10°和50°之间，具体地例如为40°，如在图3中所示。胎面在每个沟槽62的任一侧上具有这样的增强元件630。每个增强元件有利地由与覆盖层722相同的橡胶配混物构成，从而使得可以在与覆盖层722的同一操作中挤出它们。
测试
作为对照，使用轮胎R，其具有由动力学剪切模量G*(其在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测得)为3.0MPa的配混物制成的胎面、以及从轮胎的一个胎肩沿轴向延伸到另一个胎肩并且具有沿径向基本恒定的厚度的单一材料底层；如在径向截面中所见，该底层的轮廓与基层71的组装轮廓相同；该底层由动力学剪切模量G*(其在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测得)为0.2MPa的配混物形成。第一测试轮胎T1是根据本发明的在图1中所示的实施例，其使用表1至表3中所示的材料。第二测试轮胎T2是根据本发明的在图3中所示的实施例(覆盖层721被中断)，其使用表1至表3中所示的材料。第三测试轮胎T3是根据本发明的在图5中所示的实施例(该实施例将中断的覆盖层与在每个沟槽62的任一侧上的增强元件630组合，这两个实施方案方面能够彼此独立地使用)，其使用表1至表3中所示的材料。滚动阻力值(kg/T)和侧偏刚度值Dz(N/°)是相对于对照R的基数100而言的，并且对于根据本发明的轮胎表示为相对于基数100的相对值。轮胎的侧偏刚度的测量使得可以通过其在对方向盘的操作期间作出反应或者遵循弯道轨迹的能力来评估车辆的抓地性。借助于“扁平轨道”类型的机器，该侧偏刚度在设备上测量并且包括使轮胎(安装在轮辋上并充气至标称压力)在粘合金属带上滚动。当轮胎以80km/h滚动时，测量是在一系列的应力(使负荷变化)、转弯和外倾角条件下进行的。滚动阻力可以根据标准ISO28580测量。
表4
Figure BDA0002595567580000081
Figure BDA0002595567580000091
将注意到，本发明使得滚动阻力和侧偏刚度之间的性能折衷改变；它使得滚动阻力具有非常显著的改进，其代价是侧偏刚度的降低，而该降低对于乘用车辆的应用(其中期望的性能尤其为滚动舒适性)而言是完全可接受的。还将注意到，通过采用第五实施方案，滚动阻力和侧偏刚度均获得了非常大的增加。

Claims (6)

1.轮胎(1)，其具有旋转轴线和垂直于旋转轴线的中平面(CP)，并且包括：
·胎冠增强件(5)，
·胎面(6)，其沿径向位于胎冠增强件(5)的外侧，所述胎面(6)在两个胎肩(60)之间沿轴向延伸，所述胎面包括旨在在轮胎被驱动时与路面接触的接触面(61)，所述胎面(6)由至少一种具有给定刚度M的橡胶配混物构成，和
·底层(7)，其设置为沿径向位于胎冠增强件(5)的外侧并且沿径向位于胎面(6)的内侧，
其特征在于，至少在沿轴向相对于中平面(CP)的一侧上，所述底层(7)由以下形成：
·基层(71)，其设置为沿径向位于胎冠增强件(5)上并且沿轴向连续位于中平面(CP)和胎肩(60)之间，所述基层(71)由具有给定刚度A的橡胶配混物构成，
·覆盖层(72、722)，其设置为沿径向位于基层(71)上、沿径向位于胎面(6)的内侧并且沿轴向至少部分地位于中平面(CP)和胎肩端部(711)之间，所述覆盖层(72、722)由具有给定刚度B的橡胶配混物构成，
·刚度A小于刚度B，刚度B大于刚度M，
·所述基层(71)的材料的动力学剪切模量G*小于0.3MPa，所述覆盖层(72、722)的材料的动力学剪切模量G*大于20Mpa，所述动力学剪切模量G*在23℃下并在10Hz频率和10％变形的交变剪切应力下测得，
其中，所述胎面(6)具有胎面花纹块(63)，所述胎面花纹块(63)由基本上沿周向定向的沟槽(62)分开，其特征在于，沿轴向紧挨着一些胎面花纹块(63)的所述覆盖层(72、722)通过至少一个增强元件(630)沿径向向外延伸，所述增强元件(630)从所述覆盖层(72、722)的径向外表面(722S)朝向所述胎面(6)的外侧沿径向延伸至大于胎面径向厚度75％的径向高度，所述增强元件(630)具有可变的轴向宽度，所述轴向宽度从小于所述胎面花纹块轴向宽度50％的最大值沿径向向上递减。
2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，所述基层(71)的材料在23℃、10Hz下并在10％的交变剪切变形下测量的tgδ值小于0.3。
3.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，所述覆盖层(72、722)的材料在23℃、10Hz下并在10％的交变剪切变形下测量的tgδ值小于0.3。
4.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，所述胎面(6)具有基本上沿周向定向的沟槽(62)，其特征在于，所述覆盖层(72、722)由数个沿轴向分开的部分形成，所述覆盖层(72、722)在沟槽(62)下方被中断。
5.根据权利要求4所述的轮胎(1)，其中，在沟槽的底部处能够看见的材料是与制成胎面的材料相同的材料。
6.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，所述覆盖层(72、722)在两个胎肩(60)之间沿轴向连续。
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