CN112204180A - 包括改善的具有至少三重捻的芳纶织物帘线的充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充气轮胎，其包括具有单个工作帘布层的工作增强件、胎体增强件和环箍增强件。布置至少一个环箍增强织物丝状元件(480)、丝状工作增强元件(460)和丝状胎体增强元件(440)以限定投影在赤道周向平面(E)上的三角形网格。所述或每个环箍增强织物丝状元件(480)由具有三重捻(T1、T2、T3)的帘线(30)形成，所述帘线(30)包括由N>1根线股(20a、20b、20c)组成的组件(25)，所述N>1根线股(20a、20b、20c)以捻度T3和方向D2捻合在一起，每根线股由M>1根预线股组成，这些预线股又以捻度T2(T2a、T2b、T2c)和与方向D2相反的方向D1捻合在一起，并且每根预线股又由纺纱组成，所述纺纱预先以捻度T1和方向D1围绕自身加捻，其中N乘M根纺纱中的至少一半由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝组成。

Description

包括改善的具有至少三重捻的芳纶织物帘线的充气轮胎
技术领域
本发明涉及织物增强元件或“增强体”，其可用于增强由于特定轮胎构造而具有特别高的轮胎应力的车辆轮胎。
背景技术
从一开始就将织物用作轮胎增强体。众所周知，由诸如聚酯、尼龙、纤维素或芳纶纤维的连续织物纤维制成的织物帘线在轮胎(包括批准用于超高速行驶的高性能轮胎)中具有重要作用。为了满足轮胎的要求，它们必须具有高的断裂强度、高的拉伸模量、良好的耐疲劳性以及最终对它们可能增强的橡胶或其他聚合物基质的良好粘合性。
在此将简短地指出，这些通常具有双捻(T1、T2)的织物合股纱线或帘线是通过所谓的“捻合”方法制备的，其中：
-在第一步骤中，将组成帘线的每根复丝纱线或纤维(英语为“yarn”)首先以给定方向D1(分别为方向S或Z)围绕自身单独进行加捻(以初始捻度T1)，以形成线股(英文为“strand”)，其中基本长丝围绕纤维轴线(或线股轴线)进行螺旋变形；
-然后，在第二步骤中，在称为混合或复合材料的帘线的情况下，多根(通常为两根、三根或四根)相同种类或不同种类的线股，随后以相反的方向D2(根据公认的术语，方向Z或S分别指定符合S或Z中心部分的转圈方向)以最终捻度T2(可以等于或不同于T1)再次捻合在一起，以产生帘线(英文为“cord”)或具有多线股的最终组件。
捻合的目的是调整材料的性质以形成增强体的横向内聚力，提高其抗疲劳性，并改善与被增强基质的粘合力。
这样的织物帘线，它们的构造以及制造方法是本领域技术人员公知的。在许多文献中都对它们进行了详细描述，以下仅是几个示例：EP 021 485、EP 220 642、EP 225 391、EP 335 588、EP 467 585、US 3 419 060、US 3 977 172、US 4 155 394、US 5 558,144、WO97/06294和EP 848 767，以及更近的WO2012/104279、WO2012/146612、WO2014/057082。
为了能够增强诸如轮胎的橡胶制品，这些织物帘线的疲劳强度(拉伸、弯曲、压缩方面的耐久性)是至关重要的。已知，通常，对于给定的材料，疲劳强度会随着所使用的捻度的量而增加，但另一方面，拉伸断裂强度(与重量单位有关时称为韧性)随着捻度的增加而不可避免地降低，这显然对增强件是有害的。在制造之后，将织物帘线嵌入在聚合物基质(优选弹性体基质)中，以形成包括基质和嵌入在基质中的织物帘线的半成品或产品。为了轮胎制造的目的，半成品或产品采用帘布层的一般形式。
因此，织物帘线的设计者以及轮胎制造商一直在寻求以下织物帘线：其中对于给定的材料和给定的捻度，织物帘线的机械性质，特别是断裂强度和韧性得到改善。
因此，通过现有技术(特别是文献WO2016/166056)已知一种轮胎，该轮胎包括具有胎面的胎冠、两个胎侧和两个胎圈，每个胎侧将每个胎圈连接至胎冠，在胎冠中沿轮胎的周向方向延伸的胎冠增强件，所述胎冠增强件包括环箍增强件，所述环箍增强件包括单个环箍帘布层，所述单个环箍帘布层包括至少一个丝状环箍增强元件，所述增强元件与轮胎的周向方向形成严格小于10°的角度。
轮胎包括锚固在每个胎圈中并在胎侧中延伸的胎体增强件，胎冠增强件在径向上插入在胎体增强件和胎面之间。
胎体增强件包括单个胎体帘布层，所述单个胎体帘布层包括胎体增强丝状元件。
胎冠增强件包括工作增强件，所述工作增强件包括单个工作帘布层，并且该单个工作帘布层包括工作增强丝状元件。
在该轮胎中，布置一个或多个环箍增强织物丝状元件、工作增强丝状元件和胎体增强丝状元件，以形成投影在周向赤道平面上的三角形网格。
在WO2016/166056中，与工作增强件包括两个工作帘布层的常规轮胎相比，由于与包括两个工作帘布层的轮胎相比省去了一个工作帘布层，因此为了补偿省去的一个工作帘布层，环箍帘布层包括具有常规构造但具有相对较高的断裂强度和模量性质的丝状织物或金属环箍增强元件。因此，尽管这种环箍增强丝状元件提供了胎冠的机械强度性质，但是可以改善它们赋予环箍增强件的耐久性。这种耐久性更加必要，因为在仅包括单个工作帘布层的胎冠增强件的情况下，环箍帘布层旨在为胎冠增强件提供由于省去一个工作帘布层而损失的部分耐久性。
发明内容
本发明的目的是一种轮胎，其包括具有单个工作帘布层的工作增强件，该轮胎具有高的机械性质和改善的耐久性。
因此，本发明的目的是一种轮胎，所述轮胎包括具有胎面的胎冠、两个胎侧和两个胎圈，每个胎侧将每个胎圈连接至胎冠；在胎冠中沿轮胎的周向方向延伸的胎冠增强件，所述胎冠增强件包括环箍增强件，所述环箍增强件包括单个环箍帘布层，所述单个环箍帘布层包括至少一个环箍增强织物丝状元件，所述丝状元件与轮胎的周向方向形成严格小于10°的角度，所述轮胎包括胎体增强件，所述胎体增强件锚固在每个胎圈中并在胎侧和胎冠中延伸，所述胎冠增强件在径向上插入在胎体增强件和胎面之间，所述胎体增强件包括单个胎体帘布层，所述单个胎体帘布层包括胎体增强丝状元件，所述胎冠增强件包括工作增强件，所述工作增强件包括单个工作帘布层，并且所述单个工作帘布层包括工作增强丝状元件，布置一个或多个所述环箍增强织物丝状元件、工作增强丝状元件和胎体增强丝状元件，以形成投影在周向赤道平面上的三角形网格，所述或每个环箍增强织物丝状元件由如下限定的三重捻帘线形成。
因此，根据本发明的轮胎的织物帘线或合股纱是具有非常特殊构造的帘线，其基本特征是其具有以下组件：
-表现出三重捻(即三捻)T1、T2、T3；
-所述组件由N>1根线股组成，这些线股以最终捻度T3和最终方向D2(S或Z)捻合在一起；
-所述组件由M>1根预线股组成，这些预线股自身以中间捻度T2和与D2(S或Z)相反的中间方向D1(Z或S)捻合在一起；
-每根预线股由预先根据初始捻度T1和初始方向D1(Z或S)围绕自身加捻的纱线组成。
N乘M根纱线中的一半由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝组成。
因此，本发明在于使用包括环箍增强织物丝状元件的环箍帘布层，所述环箍增强织物丝状元件具有高的机械性质和耐久性，从而使得能够补偿在工作增强件中仅存在单个工作帘布层。
这是因为，所要求保护的环箍增强织物丝状元件的三重捻结构使得能够获得远大于常规混合织物丝状元件(例如，WO2016/166056中所描述的)的表观韧性和耐久性。
如下面的对比测试所示，与使用包括聚酯或尼龙基本单丝的纱线的类似帘线相比，由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝组成的纱线能够获得韧性、表观韧性(与表观直径有关的韧性)和耐久性方面的相对高的改进。表述“芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝”以已知的方式表示申请人在此关注的是由通过酰胺键(其中至少85％的酰胺键与两个芳环直接连接)相互连接的芳族基团形成的线性大分子的基本单丝，更特别地为长期以来由光学各向异性纺丝组合物生产的聚(聚对苯二甲酰对苯二胺)(或PPTA)纤维。在芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺中，可提及聚芳基酰胺(或PAA，特别已知的是Solvay公司的商品名Ixef)、聚(间二甲苯己二酰胺)、聚邻苯二甲酰胺(或PPA，特别已知的是Solvay公司的商品名Amodel)、无定形半芳族聚酰胺(或PA 6-3T，特别已知的是Evonik公司的商品名Trogamid)、或对位芳纶(或聚(对苯二甲酰对苯二甲酰胺)或PA PPD-T，特别已知的是DuPont de Nemours公司的商品名Kevlar或Teijin公司的商品名Twaron)。
根据本发明的轮胎的三重捻帘线是特别有利的，因为其在本发明的轮胎的特别受力的构造中具有优异的耐久性，并且其直径减小了。
因此，由于帘线的直径减小，帘线使得可以减小环箍帘布层的厚度、环箍帘布层的重量、轮胎的滞后性以及由此减小轮胎的滚动阻力。实际上，在其他所有条件相同的情况下，环箍帘布层的滞后性随其厚度而增加。通过减小直径，帘布层的总厚度减小，同时保持存在于每根帘线后部的厚度，这一方面使得可以保持胎面和环箍帘布层之间的脱离联接厚度，另一方面使得可以保持在径向上位于环箍帘布层内侧的帘布层与环箍帘布层本身之间的脱离联接厚度。此外，通过使每根帘线后部的厚度保持恒定，保持了对腐蚀剂通过环箍帘布层的阻力，从而能够保护工作增强件，当工作增强件仅包括单个工作帘布层时，这种保护就更加重要。
本发明的轮胎优选地旨在用于4x4 SUV(运动型多用途车辆)乘用类型的机动车辆。
在本申请中，除非另外指明，示出的所有百分比(％)均为重量百分比。
由表述“在a和b之间”表示的任何数值间隔代表由大于a延伸至小于b的数值范围(即，不包括极限a和b)，而由表述“a至b”表示的任何数值间隔意指由a延伸直至b的数值范围(即，包括严格极限a和b)。
所有上述性质(支数、纱线的初始模量、断裂强度和韧性)均在20℃下以未加工(即未涂覆)或粘附(即准备使用或从其增强的制品中取出)并且已经进行了初步调节的帘线进行测定，术语“初步调节”是指，在测量之前，将帘线在根据欧洲标准DIN EN 20139的标准气氛(温度20±2℃；水分含量65±2％)中储存(干燥后)至少24小时。
根据2014年的ASTM D 885/D 885M–10a标准测定纱线、预线股、线股或帘线的支数(或线密度)；支数以tex计(1000m产品的重量，以克计-提醒：0.111tex等于1旦尼尔)。
机械拉伸性质(韧性、初始模量、断裂伸长)使用具有4D拉伸夹具(对于小于100daN的断裂强度)或4E夹具(对于至少100daN的断裂强度)的Instron拉伸机根据2014年的ASTMD 885/D 885M–10a标准以已知方式测量，除非另有说明。在0.5cN/tex的标准预张力下，以200mm/min的公称速度，测试样品以400mm的初始长度为(对于4D夹具)和800mm的初始长度(对于4E夹具)经受拉伸应力。给出的所有结果均为10次测量的平均值。当在纱线中测量性质时，众所周知，纱线在夹具中定位和经受拉伸之前会经历对应于大约6度螺旋角的非常小的预捻(称为“保护捻”)。
如本领域技术人员已知的，韧性是断裂强度与支数的比，并以cN/tex表示。表观韧性(以daN/mm2计)是断裂强度与表观横截面S的比，其中
Figure BDA0002790497810000041
其中
Figure BDA0002790497810000042
是表观直径，通过以下方法测量。
使用这样一种装置，该装置借助于由收集光学系统、光电二极管和放大器组成的接收器，能够以0.1微米的精度测量由平行光激光束照射的帘线的阴影。这种装置例如由Z-Mike公司销售，参考号为“1210”。该方法包括在对帘线进行初步调节之后，在0.5cN/tex的标准预张力下，将直径待测量的帘线样品固定至机动化移动台。当固定至移动台时，帘线以25mm/s的速度垂直于投影测量系统移动，并正交切割激光束。在长度为420mm的帘线上至少进行200次投影测量；这些投影测量的平均值表示表观直径
Figure BDA0002790497810000051
帘布层的断裂强度是根据将2014年的ASTM D 885/D 885M–10a应用于帘布层的帘线而获得的力-伸长曲线来计算的。帘布层的断裂强度通过将帘线的断裂强度乘以每毫米帘布层的帘线数量来确定，该数量是沿着与帘线在帘布层中延伸的方向垂直的方向确定的。
表述轴向方向是指基本上平行于轮胎的旋转轴线的方向。
表述周向方向是指基本上垂直于轮胎的轴向方向和半径的方向(换言之，与以轮胎的旋转轴线为中心的圆相切)。
表述径向方向是指沿着轮胎半径的方向，即与轮胎的旋转轴线相交并且基本上垂直于该轴线的任何方向。
表述正中平面(表示为M)是指垂直于轮胎的旋转轴线的平面，该平面位于两个胎圈正中间并穿过胎冠增强件的中间。
表述赤道周向平面(表示为E)是指穿过轮胎赤道的理论平面，垂直于正中平面和径向方向。轮胎的赤道为在周向截面(垂直于周向方向并平行于径向方向和轴向方向的平面)中平行于轮胎的旋转轴线的轴线，并且其等距地位于胎面旨在与地面接触的径向最外点和轮胎旨在与支撑体(例如轮辋)接触的径向最内点之间，这两个点之间的距离等于H。
角度的取向是指从限定角度的一条参考直线(在此情况下为轮胎的周向方向)旋转以到达限定该角度的另一条直线所需的顺时针方向或逆时针方向。
本领域技术人员将立即理解表述具有三重捻(即三捻)的帘线或组件意指为了“解构”本发明的帘线或组件并“复原”成形成本发明的帘线或组件的初始纱线，即恢复处于其初始状态(即没有加捻)的原始纱线(包括基本单丝的纤维)，需要进行三个连续的解捻(或反捻)操作。换言之，形成本发明的帘线或组件恰好使用三个(不是两个或四个)连续的加捻操作，而不是通常情况下的两个。
有利地，每根纱线由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝组成。
有利地，N的范围为2至6，或优选为2至4。
有利地，M的范围为2至6，或优选为2至4。
以本领域技术人员公知的方式，可以以两种不同的方式来测量和表示捻度，或者简单地表示为转数/米(t；m-1)，或者更严格地，当比较性质不同(单位体积质量)和/或支数不同的材料时，表示为螺旋角或等效的捻系数K的形式。
捻系数K通过以下已知关系式与捻度T(此处，例如分别为T1、T2、T3)相关：
K＝(捻度T)x[(支数/(1000.ρ)]1/2
其中基本单丝(形成预线股、线股或合股纱)的捻度T以转/米表示，支数以tex(1000米的预线股、线股或合股纱的重量，以克计)表示，最后ρ是预线股、线股或合股纱的构成材料的密度或单位体积质量(以g/cm3计)(纤维素约为1.50g/cm3，芳纶约为1.44g/cm3，聚酯(如PET)约为1.38g/cm3，尼龙约为1.14g/cm3)；在混合帘线的情况下，ρ显然是密度的平均值，该平均值是由预线股、线股或合股纱的构成材料的各自支数加权而成。
优选地，以转/米(t.m-1)表示的捻度T1的范围为10至350，或更优选为20至200。
在优选的实施方案中，每根预线股的捻系数K1的范围为2至80，或更优选为6至70。
根据优选的实施方案，以转/米表示的捻度T2的范围为25至470，或更优选为35至400。
根据优选的实施方案，每根线股的捻系数K2的范围为10至150，或更优选为20至130。
根据优选的实施方案，以转/米表示的捻度T3的范围为30至600，或更优选为80至500。
根据优选的实施方案，本发明帘线的捻系数K3的范围为50至500，或更优选为80至230。
优选地，T2大于T1(T1和T2特别地以t.m-1表示)。
根据另一个优选的实施方案，该实施方案可以与先前的实施方案结合或不结合，T3大于T2(T2和T3特别地以t.m-1表示)，T2的范围更优选为0.2倍的T3至0.95倍的T3，特别地为0.4倍的T3至0.8倍的T3。
根据能够进一步改善耐久性的优选的实施方案，总和T1+T2的范围为0.8倍的T3至1.2倍的T3，或更优选为0.9倍的T3至1.1倍的T3(T1、T2和T3特别地以t.m-1表示)，特别优选地，T1+T2等于T3。
在第一优选的变体中，每根纱线的支数为45至65tex，优选为50至60tex，更优选地，每根纤维的支数等于55tex。在该第一优选的变体中，优选地，N＝3且M＝3。支数、线股和预线股数量的这种组合使得弯曲和压缩方面的耐久性最大化同时控制了帘线的直径，帘线直径的增大是不希望的，因为尽管织物帘线具有令人满意的表观韧性，但是这种增大将不可避免地导致环箍增强件的增厚。另外，该帘线的制造不需要对现有的捻合机器进行重大改造。这是因为现有的捻合机器可以容易地将2根或3根线股或预线股捻合在一起，而将4根或更多根线股或预线股捻合将需要对整个机器(即，进给装置和加捻装置)进行改造。这样的改造将是昂贵的，并且还将需要停止现有的机器。最后，与其他三重捻帘线相比，这样的帘线需要9根纱线，因此需要9个相对较短的预线股制造步骤，或者不需要同时使用多个捻合机器。
在该第一变体中，以转/米(t.m-1)表示的捻度T1的范围有利地为125至165。
在该第一变体中，每根预线股的捻系数K1的范围有利地为24至28。
在该第一变体中，以转/米表示的捻度T2的范围有利地为190至210。
在该第一变体中，每根线股的捻系数K2的范围有利地为62至69。
在该第一变体中，以转/米表示的捻度T3的范围有利地为310至370。
在该第一变体中，帘线的捻系数K3的范围有利地为170至210。
在该第一变体中，帘线具有高的表观韧性，在此有利地大于或等于140daN.mm-2，或者优选地大于或等于150daN.mm-2。
在该第一变体中，帘线以非常有利的方式具有相对较小的直径，在此有利地小于或等于0.95mm，或者优选地小于或等于0.90mm，并且更优选地小于或等于0.86mm。
在第二优选的变体中，每根纱线的支数为90至130tex，优选为100至120tex，更优选地，每根纤维的支数等于110tex。在该第一优选的变体中，优选地，N＝3且M＝2。支数、线股和预线股数量的这种组合使得弯曲和压缩方面的耐久性最大化同时控制了帘线的直径，帘线直径的增大是不希望的，因为尽管织物帘线具有令人满意的表观韧性，但是这种增大将不可避免地导致环箍增强件的增厚。另外，该帘线的制造不需要对现有的捻合机器进行重大改造。这是因为现有的捻合机器可以容易地将2根或3根线股或预线股捻合在一起，而将4根或更多根线股或预线股捻合将需要对整个机器(即，进给装置和加捻装置)进行改造。这样的改造将是昂贵的，并且还将需要停止现有机器。最后，与其他三重捻帘线相比，这样的帘线需要6根纱线，因此需要6个相对较短的预线股制造步骤，或者不需要同时使用多个捻合机器。
在该第二变体中，以转/米(t.m-1)表示的捻度T1的范围有利地为105至135。
在该第二变体中，每根预线股的捻系数K1的范围有利地为30至40。
在该第二变体中，以转/米表示的捻度T2的范围有利地为170至190。
在该第二变体中，每根线股的捻系数K2的范围有利地为69至86。
在该第二变体中，以转/米表示的捻度T3的范围有利地为280至330。
在该第二变体中，帘线的捻系数K3的范围有利地为170至210。
在该第二变体中，帘线具有高的表观韧性，在此有利地大于或等于115daN.mm-2，或者优选地大于或等于130daN.mm-2。
在该第二变体中，帘线以非常有利的方式具有相对较小的直径，在此有利地小于或等于1.03mm，或者优选地小于或等于1.00mm，并且更优选地小于或等于0.98mm。
根据本发明，环箍增强件包括单个环箍帘布层。因此，除了环箍帘布层之外，环箍增强件不具有任何由丝状增强元件增强的帘布层。从轮胎的环箍增强件中排除的这种增强帘布层的丝状增强元件包括金属丝状增强元件和织物丝状增强元件。非常优选地，环箍增强件由环箍帘布层形成。
在优选的实施方案中，所述环箍增强织物丝状元件或每个环箍增强织物丝状元件与轮胎的周向方向形成小于或等于7°，更优选小于或等于5°的角度。
根据本发明，胎体增强件包括单个胎体帘布层。因此，除了胎体帘布层之外，胎体增强件不具有任何由丝状增强元件增强的帘布层。从轮胎的胎体增强件中排除的这种增强帘布层的丝状增强元件包括金属丝状增强元件和织物丝状增强元件。非常优选地，胎体增强件由胎体帘布层形成。
有利地，胎体增强丝状元件锚固在轮胎的每个胎圈中并且从轮胎的一个胎圈延伸至另一胎圈，并穿过每个胎侧和胎冠。
在一个实施方案中，每个胎体增强丝状元件在轮胎的正中平面中与轮胎的周向方向形成的角度AC1大于或等于55°，优选范围为55°至80°，更优选为60°至70°。因此，胎体增强丝状元件由于与周向方向形成的角度而参与轮胎胎冠中三角形网格的形成。
在一个实施方案中，每个胎体增强丝状元件在轮胎的赤道周向平面中与轮胎的周向方向形成的角度AC2大于或等于85°。胎体增强丝状元件在每个胎侧中基本上是径向的，即，基本上垂直于周向方向，从而能够保留径向胎体轮胎的所有优点。
根据本发明，胎冠增强件包括工作增强件，所述工作增强件包括单个工作帘布层。因此，除了工作帘布层之外，工作增强件不具有任何由丝状增强元件增强的帘布层。从轮胎的工作增强件中排除的这种增强帘布层的丝状增强元件包括金属丝状增强元件和织物丝状增强元件。非常优选地，工作增强件由工作帘布层形成。如上所述，与工作增强件包括两个工作帘布层的常规轮胎相比，由帘线赋予环箍增强件的耐久性能够有利地省去工作增强件中的一个工作帘布层。获得了明显更轻的轮胎。
在所描述的轮胎中，胎冠包括胎面和胎冠增强件。胎面应理解为由以下界定的聚合物(优选弹性体)材料的条带：
-径向外部由旨在与地面接触的表面界定
-和径向内部由胎冠增强件界定。
聚合物材料的条带由聚合物(优选弹性体)材料的帘布层形成或者由许多帘布层的堆叠组成，每个帘布层由聚合物(优选弹性体)材料组成。
根据本发明，胎冠增强件包括环箍增强件和单个工作帘布层。因此，除了环箍增强件和工作增强件之外，胎冠增强件不具有任何由增强元件增强的增强件。从轮胎的胎冠增强件中排除的这种增强件的增强元件包括金属丝状增强元件和织物丝状增强元件。非常优选地，胎冠增强件由环箍增强件和工作增强件组成。
在非常优选的实施方案中，除了胎冠增强件之外，胎冠不具有任何由增强元件增强的增强件。从轮胎的胎冠中排除的这种增强件的增强元件包括金属丝状增强元件和织物丝状增强元件。非常优选地，胎冠由胎面和胎冠增强件构成。
在非常优选的实施方案中，将胎体增强件布置成在径向上与胎冠增强件直接接触，并且将胎冠增强件布置成在径向上与胎面直接接触。在该非常优选的实施方案中，有利地将单个环箍帘布层和单个工作帘布层布置成在径向上彼此接触。
表述在径向上直接接触是指所考虑的物体在径向上彼此直接接触，在此情况下，帘布层、增强件或胎面在径向上不被任何物体(例如在径向上插入在所考虑的彼此沿径向直接接触的物体之间的任何帘布层、增强件或条带)所分开。
在优选的实施方案中，环箍增强件在径向上插入在工作增强件和胎面之间。
有利地，单个工作帘布层在轴向上由两个轴向边缘界定，每个轴向边缘在径向上布置在每个胎侧的外侧，工作增强丝状元件从单个工作帘布层的一个轴向边缘延伸至另一个轴向边缘。
在一个实施方案中，每个工作增强丝状元件在轮胎的正中平面中与轮胎的周向方向形成的角度AT大于或等于10°，优选范围为30°至50°，更优选为35°至45°。因此，工作增强丝状元件由于与周向方向形成的角度而参与轮胎胎冠中三角形网格的形成。
根据本发明，布置一个或多个环箍增强织物丝状元件、工作增强丝状元件和胎体增强丝状元件，以形成投影在周向赤道平面上的三角形网格。这样的网格使得可以获得与包括环箍帘布层、两个工作帘布层和胎体帘布层的常规现有技术轮胎相似的机械行为。
为了形成可能的最有效的三角形网格，相对于轮胎的周向方向，角度AT的取向和角度AC1的取向优选地相反。
有利地，将每个帘布层的增强丝状元件嵌入在弹性体基质中。不同的帘布层可以包含相同的弹性体基质或不同的弹性体基质。
弹性体基质应理解为在交联状态下表现出弹性体行为的基质。这种基质有利地通过使包含至少一种弹性体和至少一种其他组分的组合物交联而获得。优选地，包含至少一种弹性体和至少一种其他组分的组合物包含弹性体、交联体系和填料。用于这些帘布层的组合物是用于压延增强体的常规组合物，通常基于天然橡胶或其他二烯弹性体、增强填料(如炭黑)、固化体系和常用的添加剂。本发明的帘线和嵌入有帘线的基质之间的粘合性例如通过普通的粘合剂配混物(例如RFL或等效粘合剂)来提供。
有利地，每个工作增强丝状元件是金属的。根据定义，金属丝状元件是指完全(100％的丝线)由金属材料制成的、由一根丝线或数根丝线的组件而形成的丝状元件。这样的金属丝状元件优选地由一根或多根由钢制成的丝线，更优选地由以下称为“碳钢”的珠光体(或铁素体-珠光体)碳钢制成的丝线，或者由不锈钢(根据定义为包含至少11％的铬和至少50％的铁的钢)制成的丝线实施。然而，当然有可能使用其它钢或其它合金。如果有利地使用碳钢，则其碳含量(钢的重量％)的范围优选为0.2％至1.2％，特别为0.5％至1.1％；这些含量代表轮胎所需的机械性质和丝线的可行性之间的良好折衷。所使用的金属或钢，无论其具体是碳钢还是不锈钢，其本身可以覆盖有金属层，所述金属层例如改善了金属帘线和/或其组成元件的可加工性，或者改善了帘线和/或轮胎本身的使用性质，例如粘合、抗腐蚀或抗老化的性质。根据优选的实施方案，所使用的钢覆盖有黄铜(Zn-Cu合金)层或锌层。
附图说明
根据下面的详细描述和实施方案的非限制性实施例，以及与这些实施例有关的图1至图6，将容易地理解本发明及其优点，图1至图6示意性地示出了(除非另有说明，否则没有任何特定的比例)：
-常规的复丝织物纤维(或纱线)的横截面图，首先处于初始状态(5)，即没有加捻，然后以方向D1捻度T1的第一次操作后形成围绕自身加捻的纱线，或“预线股”(10)(图1)；
-3根如上所述的纱线(10a、10b、10c)的组件的横截面图，所述纱线(10a、10b、10c)充当预线股(预先按照T1a、T1b、T1c以相同方向D1加捻)，并通过捻度T2的第二次操作进行组装(仍然以相同方向D1)，以形成旨在用于根据本发明的帘线的线股(20)(图2)；
-3根如上所述的线股(20a、20b、20c)(预先按照T2a、T2b、T2c以相同方向D1加捻)的组件(25)的横截面图，所述线股(20a、20b、20c)通过捻度T3的第三次操作进行组装(这次操作以与方向D1相反的方向D2进行)，以形成根据本发明的三重捻(T1、T2、T3)帘线(30)(图3)；
-垂直于根据本发明的轮胎的周向方向的截面图(图4)；
-图4的轮胎的剖视图，示出了环箍增强丝状元件、工作增强丝状元件和胎体增强丝状元件在周向赤道平面E上的投影(图5)；
-布置在图4轮胎胎侧中的胎体增强丝状元件在轮胎的正中平面M上投影的视图(图6)。
具体实施方式
首先，图1以横截面示意性地示出了处于初始状态(即没有任何加捻)的常规复丝织物纤维5(也被称为“纱线”(英文为“yarn”))；以公知的方式，这种纱线由多根(通常范围为数十根至数百根)基本单丝50形成，所述基本单丝50具有通常小于25μm的非常细的直径。在此，每根纱线5由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝形成，并且支数范围为45至65tex，优选为50至60tex，更优选为等于55tex。
在第一次加捻操作过程中，以转/米表示的T1(第一捻度)的范围为10至350转/米，优选为20至200转/米，更优选为125至165转/米，在此等于140转/米，以方向D1(在此为Z)，将初始纤维5转换为围绕自身加捻的纤维，称为“预线股”10。在该预线股10中，基本单丝50因此围绕纤维轴线(或线股轴线)经历螺旋变形。
如图2所示，M＝3根预线股10a、10b、10c中每一根的特征在于特定的第一捻度T1(在此，例如为T1a、T1b、T1c)，所述第一捻度T1可以相同(在通常情况下，即在此，例如，T1a＝T1b＝T1c)或者从一根线股至另一根线股不同。在此，M＝3根预线股10a、10b、10c中每一根的捻系数K1的范围为2至80，优选为6至70，更优选为24至28，在此等于27。
然后，再次参考图2，M＝3根预线股10a、10b、10c自身以如同之前的相同方向D1(在此为Z)以中间捻度T2(第二捻度)捻合在一起以形成“线股”20，所述中间捻度T2的范围为25至470转/米，优选为35至400转/米，更优选为190至210转/米，在此等于200转/米。
如图3所示，N＝3根线股20a、20b、20c中每一根的特征在于特定的第二捻度T2(在此，例如为T2a、T2b、T2c)，所述第二捻度T2可以相同(在通常情况下，即在此，例如，T2a＝T2b＝T2c)或者从一根线股至另一根线股不同。在此，N＝3根线股20a、20b、20c中每一根的捻系数K2的范围为10至150，优选为20至130，更优选为62至69，在此等于68。应注意T2＝200转/米大于T1＝100转/米。
然后，再次参考图3，N＝3根线股20a、20b、20c自身以与D1相反的方向D2(在此为S)以最终捻度T3(第三捻度)捻合在一起以形成根据本发明的帘线30的组件25，所述最终捻度T3的范围为30至600转/米，优选为80至500转/米，更优选为310至370转/米，在此等于340转/米。则帘线30的捻系数K3的范围为50至500，优选为80至230，在此等于199。
应注意，T3＝340转/米大于T2＝200转/米。此外，T2的范围为0.2倍的T3至0.95倍的T3，优选为0.4倍的T3至0.8倍的T3。在此，T2等0.59倍的T3。
此外，总和T1+T2的范围为0.8倍的T3至1.2倍的T3，优选为0.9倍的T3至1.1倍的T3，在此T1+T2＝T3。
在第一实施方案中，帘线30由未加工组件25形成。其被称为未加工帘线。未加工帘线是指，组成帘线的基本单丝是由制造帘线的方法产生的，基本单丝不覆盖任何具有粘合功能的涂层。因此，未加工帘线可以是裸露的，即，帘线的一种或多种构成材料不涂覆任何涂层，或者可以是上胶的，即，涂覆有上胶配混物，所述上胶配混物的功能是在帘线的制造过程中特别促进帘线的一种或多种构成材料的滑动并防止静电荷的积累。
在第二实施方案中，帘线30包括组件25和粘合剂配混物的外层。其称为粘附帘线。因此，在制造未加工组件25之后，将未加工组件25涂覆热交联配混物的外层，并且对涂覆有该外层的未加工组件25进行热处理，以使粘合剂配混物交联，从而制成粘附组件25，所述粘附组件25然后形成帘线30。
在第三实施方案中，帘线30包括组件25和两层粘合剂配混物。因此，在制造未加工组件25之后，将未加工组件25涂覆第一热交联粘合剂配混物的中间层，并且对涂覆有中间层的未加工组件25进行热处理以使第一粘合剂配混物交联以产生预粘附组件25。然后，将预粘附组件25涂覆第二热交联粘合剂配混物的外层，并且对涂覆有外层的预粘附组件25进行热处理，以使第二粘合剂配混物交联以产生粘附组件25，所述粘附组件25然后形成帘线30。
帘线30的表观韧性大于或等于140daN.mm-2，或优选大于或等于150daN.mm-2，在此等于157daN.mm-2。帘线30的直径小于或等于0.95mm，或优选小于或等于0.90mm并且更优选小于或等于0.86mm，在此等于0.84mm。
图4至图6示出了参考坐标系X、Y、Z，其分别对应于轮胎的通常轴向方向(X)、径向方向(Y)和周向方向(Z)。
图4示出了根据本发明的由总附图标记100表示的轮胎。轮胎100基本上围绕基本上平行于轴向方向X的轴线旋转。在此情况下，轮胎100旨在用于乘用车辆。
轮胎100具有胎冠120，该胎冠120包括胎面200和在胎冠120中沿周向方向Z延伸的胎冠增强件140。
胎冠增强件140包括：工作增强件160，其包括单个工作帘布层180；和环箍增强件170，其包括单个环箍帘布层190。在此，工作增强件160由工作帘布层180组成，并且环箍增强件170由环箍帘布层190组成。
胎冠增强件140由胎面200覆盖。在此，环箍增强件170(在此情况下为环箍帘布层190)在径向上插入在工作增强件160和胎面200之间。
轮胎100包括两个胎侧220，所述胎侧22径向向内延伸胎冠120。轮胎100还包括两个胎圈240和径向胎体增强件320，所述胎圈240在径向上位于胎侧220的内侧，并且每个胎圈包括环形增强结构260(在此情况下为胎圈线280)，所述环形增强结构260由大量的填充橡胶300覆盖。胎冠增强件140在径向上位于胎体增强件320和胎面200之间。每个胎侧220将每个胎圈240连接至胎冠120。
胎体增强件320具有单个胎体帘布层340。胎体增强件320通过围绕胎圈线280向上卷起而锚固在每个胎圈240中，从而在每个胎圈240内形成主线股380和卷起线股400，所述主线股380从胎圈240延伸通过胎侧220并进入胎冠120，所述卷起线股400的径向外端420在径向上位于环形增强结构260的外侧。因此，胎体增强件320从胎圈240延伸通过胎侧220直至进入胎冠120。在该实施方案中，胎体增强件320还在轴向上延伸通过胎冠120。胎冠增强件140在径向上插入在胎体增强件320和胎面200之间。
每个工作帘布层180、环箍帘布层190和胎体帘布层340包含弹性体基质，对应帘布层的一个或多个增强元件嵌入在弹性体基质中。
参考图5，单个胎体帘布层340包括胎体增强丝状元件440，其锚固在每个胎圈240中并且从轮胎100的一个胎圈延伸至另一个胎圈，并穿过每个胎侧220和胎冠120。每个胎体增强丝状元件440在轮胎100的正中平面M中(换言之，在胎冠120中)与轮胎100的周向方向Z形成的角度AC1大于或等于55°，优选范围为55°至80°，更优选为60°至70°。
参考图6，其为简化视图，其中在给定比例的情况下，所有胎体增强丝状元件440示出为彼此平行，每根胎体增强丝状元件440在轮胎100的赤道周向平面E中(换言之，在每个胎侧220中)与轮胎100的周向方向Z形成的角度AC2大于或等于85°。
在该实施例中，按照惯例，相对于参考直线(在此情况下为周向方向Z)以逆时针方向定向的角度具有正号，而相对于参考直线(在此情况下为周向方向Z)以顺时针方向定向的角度具有负号。在此情况下，AC1＝+67°且AC2＝+90°。
参考图5，单个工作帘布层180包括工作增强丝状元件460。单个工作帘布层在轴向上由两个轴向边缘B界定，两个轴向边缘B在轴向上限定工作帘布层180的宽度LT，每个轴向边缘B在径向上布置在每个胎侧220的外侧。工作增强丝状元件460从单个工作帘布层180的一个轴向边缘B延伸至另一个轴向边缘B。
每个胎体增强丝状元件460在正中平面M中与轮胎100的周向方向Z形成的角度AT大于或等于10°，优选范围为30°至50°，更优选为35°至45°。鉴于以上限定的取向，AT＝-40°。
单个环箍帘布层190包括至少一个环箍增强织物丝状元件480。在此情况下，环箍帘布层190包括在轮胎100的胎冠120的轴向宽度LF上连续缠绕的单个环箍增强织物丝状元件480。有利地，轴向宽度LF小于工作帘布层180的宽度LT。环箍增强织物丝状元件480与轮胎100的周向方向Z形成严格小于10°的角度AF，优选小于或等于7°，并且更优选小于或等于5°。在此情况下，AF＝+5°。
注意，将胎体增强丝状元件440、工作增强丝状元件460和环箍增强丝状元件480布置在胎冠120中，以限定投影在赤道周向平面E上的三角形网格。此处，角度AF以及相对于轮胎100的周向方向Z取向相反的角度AT和角度AC1使得能够获得该三角形网格。
通常，每个胎体增强丝状元件440包括两根复丝线股，每根复丝线股由聚酯单丝(此处为PET)的纱线组成，这两根复丝线股以一个方向单独强捻至240转/米，然后以相反方向捻合在一起至240转/米。这两根复丝线股彼此缠绕成螺旋状。这些复丝线股中每根的支数等于220tex。
每个工作增强丝状元件460是两个钢单丝的组件，每个钢单丝的直径等于0.30mm，两个钢单丝以14mm的节距缠绕在一起。
环箍增强织物丝状元件480由根据先前描述的本发明的帘线30形成。
轮胎100使用以下描述的方法制造。
首先，工作帘布层180和胎体帘布层340通过以下方式制造：将每个帘布层的增强丝状元件彼此平行地布置并且通过例如压延将它们嵌入在包含至少弹性体的未交联的配混物中，该配混物旨在交联时形成弹性体基质。获得一种称为笔直帘布层的帘布层，其中帘布层的增强丝状元件彼此平行并且平行于帘布层的主方向。然后，如果需要，将每个笔直帘布层的部分以一定的切割角度切断，并使这些部分彼此邻接，以获得称为斜置帘布层的帘布层，其中帘布层的增强丝状元件彼此平行并与帘布层的主方向形成等于切割角度的角度。
然后，实施如EP1623819或FR1413102中所描述的组装方法。
在该组装方法期间，将环箍增强件170(在此情况下为环箍帘布层190)在径向上布置在工作增强件160的外侧。在此情况下，在第一变体中，制备宽度B明显小于LF的条带，其中由根据本发明的帘线30形成的环箍增强织物丝状元件480嵌入在未交联的配混物中，并且条带螺旋卷绕数圈以获得轴向宽度LF。在第二变体中，以与胎体和工作帘布层相似的方式来制造具有宽度LF的环箍帘布层190，并且环箍帘布层190在工作增强件160上方缠绕一圈。在第三变体中，将由根据本发明的帘线30形成的环箍增强织物丝状元件480卷在工作帘布层180的径向外侧，然后在其上沉积配混物的层，由根据本发明的帘线30形成的环箍增强织物丝状元件480将在轮胎固化过程中嵌入在所述配混物的层中。在所有三个变体中，由帘线30形成的粘附增强织物丝状元件480嵌入在配混物中，以在轮胎制造方法完成时形成环箍帘布层190，所述环箍帘布层190包括由根据本发明的帘线30形成的环箍增强织物丝状元件480。
在铺设胎面200的步骤之后，则获得轮胎，其中弹性体基质的组合物尚未交联并且处于未固化状态。这就是所谓的生胎形式的轮胎。
最后，例如通过固化或硫化使组合物交联，以获得组合物处于交联状态的轮胎。在该固化步骤期间，例如通过加压充气膜使弹性体基质处于未固化状态的轮胎在径向、周向和轴向上膨胀，从而将轮胎压在固化模具的表面上。
对比测试
进行了两个系列的对比测试。
在第一系列测试中，比较了已知构造的帘线和根据本发明的轮胎的三重捻帘线，以证明显著改善的拉伸性能和耐久性能。
在第二系列测试中，比较了根据本发明的轮胎的三重捻帘线，以优化弯曲和压缩耐久性，同时限制了对现有捻合机器的改造。
第一系列测试
拉伸测试
由于其特殊的构造，本发明的帘线具有显著改善的拉伸性质，如以下实施方案的实施例所示。
在基于脂族聚酰胺、芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺制得的总共11根具有不同构造的帘线(一些是根据本发明的帘线，但并非全部都是根据本发明的帘线)上进行了五种不同的拉伸测试(测试1至5)。
每根帘线示例的类别(“T”表示对照，“C”表示对比，“I”表示“根据本发明”)、使用的材料(“N”表示脂族聚酰胺，在此情况下为尼龙，“A”表示芳族聚酰胺，在此情况下为芳纶)、其构造及其最终性质汇总于表1中。
已知初始纱线是可商购的，例如由Kordsa以商品名T728出售的尼龙，或由PHP以商品名Enka 140HRT或Enka 444HRST出售的尼龙，或由DuPont以商品名Kevlar出售的芳纶或由Teijin以商品名Twaron出售的芳纶。
如上所述，韧性是断裂强度与支数的比，并以cN/tex表示。还显示了表观韧性(以daN/mm2计)；在此情况下，断裂强度与表观直径(表示为
Figure BDA0002790497810000151
)有关，可通过以下方法测量。
对于每个测试，还以相对值显示断裂强度、韧性和表观韧性，在五个测试的每个测试中，对照帘线使用基数100。
对照帘线(在表1中表示为“T”)的特征均在于具有双捻T1、T2的常规构造；其他帘线(对比帘线，一些是根据本发明的帘线，但并非全部都是根据本发明的帘线)的特征均在于具有三重捻T1、T2、T3的非常规构造。仅帘线C8、C9和C11为根据本发明的帘线，并且结合了三重捻的特征以及它们由包含芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝的纱线组成的事实。
为了有助于阅读表1，此处应注意，例如，对照帘线C1的表示为“N47/-/3/4”的构造表示该帘线为通过4根不同线股的捻合操作(T2，D2或S)简单生产的双捻(T1、T2)帘线，所述4根不同线股中的每一根都是对3根支数为47tex的尼龙(N)纱线进行单独反向捻合操作(T1、D1或Z)而预先制备。
帘线C2的表示为“N47/1/3/4”的构造表示该帘线为通过4根不同线股的最终捻合操作(T2，D2或S)而生产的三重捻(T1、T2、T3)帘线，所述4根不同线股中的每一根都是对3根预线股以反方向(D1或Z)进行中间捻合操作(T2)而预先制备，所述3根预线股中的每一根均由支数为47tex的单根尼龙(N)纱线组成，所述单根尼龙纱线预先已经在方向与预线股相同(D1或Z)的第一次捻合操作T1中围绕自身加捻。
对照帘线(“T”)C1、C3、C5、C7和C10的5个示例的特征均在于具有双捻构造；它们通过组装2根、3根或4根线股而制得，使用的第(二)最终捻度(T2)为150至300t/m(取决于所涉及的情况)，对应的捻系数K2为175至215，方向为D2(方向S)。以常规的方式，这些线股中的每一根都是通过纱线以150至300t/m(取决于所涉及的情况)的(第一)初始捻度(表示为T1)以相反方向D1(方向Z)围绕自身而预先制得。
根据本发明的帘线的3个示例C8、C9和C11(也表示为“I”并且在表1中以粗体显示)的特征在于具有三重捻T1、T2、T3(在这些示例中为Z/Z/S)的构造；它们通过组装3根或4根线股而制得，使用的最终捻度(表示为T3)为150至300t/m(K3为203或215)，方向为D2(方向S)。根据本发明，这些线股中的每一根都是预先通过以捻度T2(110、180或240t/m)和相反方向D1(Z方向)组装3根预线股而制得，这些预线股中的每一根自身都通过纱线以方向D1(方向Z)和捻度T1(分别为40、120或60t/m)围绕自身而事先制备。
关于非根据本发明的帘线C2、C4和C6的3个比较例(在表1中表示为“C”)，它们的特征均在于具有三重捻T1、T2、T3的构造。与根据本发明的帘线不同，这些帘线的组成纱线都是尼龙纱线，而不是芳纶纱线。
重要的是要注意，这些示例中的所有帘线，无论其初始纱线的材料(尼龙或芳纶)及其支数(47、94、140、55或330tex)如何，特征均在于最终捻系数(取决于帘线是双捻T1、T2构造还是三重捻T1、T2、T3构造，分别为K2或K3)的平均值等于约195(范围为175至215)。
从该表1的详细说明中，首先可以看出，对于测试1至3，所有测试均使用尼龙纱线(Mi约为440cN/tex)进行，从双捻(C1、C3和C5)至三重捻(C2、C4和C6)的变化不会伴随着断裂强度或其他性质(
Figure BDA0002790497810000161
支数、韧性)的任何显著变化。
相反，对于使用芳纶纱线(更精确地说是55tex或330tex(Mi约为4000cN/tex)的Kevlar纱线)进行的测试4和5，可以看出从双捻构造(分别为C7和C10)至三重捻构造(分别一方面为C8和C9，另一方面为C11)的变化(所有其他条件都相同)出人意料地伴随着：
-断裂强度改善了6％(帘线C9)至16％(帘线C11)，韧性改善了8％(帘线C9)至17％(帘线C11)，这对于本领域技术人员而言是非常显著的；
-结合表观直径
Figure BDA0002790497810000162
和支数的明显减少，清楚地表明根据本发明的帘线具有更好的紧密性，并最终由于这些增强件的非常特殊的构造而改善了这些增强件的品质；
-最终的总体结果是，表观韧性从12％(帘线C9)增加至26％(帘线C11)。
因此综上所述，对于给定的相同最终捻度，本发明可以使用由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺单丝组成的纱线来改善帘线的紧密性、断裂强度和韧性。
另外，最令人惊讶的是，它们的新构造使得压缩耐久性或弯曲和压缩耐久性也得到了明显的改善，如以下耐久性测试结果所证明的。
压缩耐久性测试(“盘疲劳测试”)或弯曲和压缩耐久性测试(“擦鞋测试”)
对于旨在特别用于增强轮胎结构的帘线，可以通过对这些帘线进行各种已知的实验室测试来分析其耐疲劳性，特别是通过名为“带束层”测试(有时称为“擦鞋测试”)的疲劳测试或称为“盘疲劳测试”的疲劳测试(例如，参见EP 848 767、US 2 595 069、US 4 902774和ASTM D885-591标准，修订版67T)，在测试中，将预先涂覆的帘线并入固化的橡胶制品中。
“带束层”测试的原理主要如下：带束层包括两层织物丝状元件，第一层包括性能待评估的帘线，这些帘线以1.25mm的间距嵌入在尺寸分别为0.4mm的两个配混物表层中，带束层还包括用于防止第一层伸长的第二加固层，该第二层包含相对较硬的织物丝状元件，每根织物丝状元件包含167tex的两根芳纶线股，两根芳纶线股以315转/米的捻度捻合在一起并以0.9mm的间距嵌入在尺寸分别为0.3mm的两个配混物表层中。每根帘线的轴线以带束层的纵向方向定向。然后，该带束层承受以下应力：使用曲柄和曲轴系统，围绕给定直径的辊子对带束层进行循环拉伸，以使带束层的每个基本部分承受15daN的张力并经历曲率变化的循环，从而在190,000个循环内以7Hz的频率使带束层从无限曲率半径转变成给定曲率半径。带束层的这种曲率变化会导致更靠近辊子的内层上的帘线根据所选辊子的直径而经受给定的几何压缩率。在该应力结束时，通过从内层剥离取出帘线，并测量疲劳帘线的残余断裂强度。
“盘疲劳测试”是本领域技术人员公知的另一种测试；它实质上是将待测试的帘线并入橡胶块中，然后在固化后，在极大量循环(在以下实施例中，以33个循环/秒的速度进行600,000个循环)中，在两个旋转盘之间使以这种方式形成的橡胶测试样品经受压缩疲劳处理。在该疲劳处理之后，从测试样品中取出帘线，并测量其残余断裂强度。
首先，来自先前测试的非根据本发明的帘线C1至C4和C7以及根据本发明的帘线C8和C9一方面进行“盘疲劳测试”另一方面进行“擦鞋测试”，“盘疲劳测试”中测试样品的最大几何压缩率约为16％(两个盘之间的夹角为3°)，“擦鞋测试”中内层帘线的几何压缩率约为12％(20mm辊子)。
在这两种情况下，在疲劳处理后取出的帘线中测量残余断裂强度(Fr)，残余断裂强度(Fr)在表2中显示为相对值。对于两种疲劳情况，在具有双捻T1、T2的对照帘线(“T”)中测得的残余断裂强度(Fr)使用基数100。大于100的值表示增加的断裂强度，因此相对于相应的对照具有改善的耐久性。
从该表2的详细说明中，首先会注意到，对于使用尼龙纱线进行的测试1和2，不论测试类型是什么(盘疲劳测试或擦鞋测试)，从双捻(分别为C1和C3)至三重捻(分别为C2和C4)的变化并没有伴随着任何显著改变(考虑到这些测试类型的通常准确性)，或者在任何情况下都没有伴随着压缩耐久性或弯曲和压缩耐久性的任何改善。
相反，对于使用芳纶纱线进行的测试4，出人意料地发现，在其他条件相同的情况下，对于两个疲劳测试中的每一个，从双捻构造(帘线C7)至三重捻构造(帘线C8和C9)的变化出乎意料地都伴随着残余断裂强度的非常显著的改善(视情况而定，从20％变至62％)。
应特别地注意到，在T2介于0.4倍的T3和0.8倍的T3之间(在此情况下，为0.6倍)的根据本发明的帘线C9的情况下，相对于根据本发明的T2不符合该关系的帘线C8，甚至进一步改善了耐久性。
通过对另外两根帘线(与先前的测试4相同，基于芳纶的C12(对照)和C13(本发明))进行补充耐久性测试(表2中的测试6)而完成以上测试，这两根帘线的最终捻系数(分别为K2或K3)均与先前测试1至3的尼龙对照所用的捻系数相同(等于约180)。
以与上述构造类似的方式，对照帘线C12的表示为“A55/-/3/3”的构造表示该帘线为通过将3根不同线股的捻合操作(T2为310t/m，D2或S)简单生产的双捻(T1、T2)帘线，所述3根不同线股中的每一根都是对3根支数为55tex的芳纶(A)纱线进行单独的反向捻合操作(T1为310t/m、D1或Z)而预先制备。
相当地，对于根据本发明的帘线C13的表示为“A55/1/3/3”的构造，所涉及的帘线为通过3根不同线股的最终捻合操作(T3为310t/m，D2或S)而生产的三重捻(T1、T2、T3)帘线，所述3根不同线股中的每一根都是对3根预线股以反方向(D1或Z)进行中间捻合操作(T2为185t/m)而预先制备，这些预线股中的每一根均由支数为55tex的单根芳纶(A)纱线组成，所述单根芳纶纱线预先已经在以相同方向D1(Z)的第一次捻合操作T1(125t/m)中围绕自身加捻。
将获得的结果添加到表2中，并且清楚地证实了本发明的三重捻帘线C13相比于双捻对照帘线C12的优越性，其中两种疲劳测试中每种测试的残余断裂强度都有显著增加，对于带束层测试来说，这种增加特别明显。
总之，作为本发明的结果，对于相同的给定最终捻度，不仅可以改善使用由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺单丝组成的纱线的帘线的紧密性、断裂强度和韧性，还可以改善它们的压缩耐久性或弯曲和压缩耐久性，从而使得能够获得包括单个高耐久性工作帘布层的轮胎。
第二系列测试
比较了五根构造不同的三重捻帘线，这些三重捻帘线中有些并未根据弯曲和压缩耐久性、直径和现有捻合机器的改造限制的标准进行优化但是符合本发明(帘线E1、E2、E3)，有些根据这些标准进行优化而且符合本发明(帘线E4和30)。
下表3总结了每根帘线的构造及其最终性质。
已知初始纱线是可商购的，在此情况下由DuPont以商品名Kevlar出售或由Teijin以商品名Twaron出售。
测量每根帘线的断裂强度(Fr)和表观直径
Figure BDA0002790497810000181
由此推断出表观韧性(σ)。断裂强度和表观韧性的值还相对于帘线E1的基数100显示。
还显示了生产压延系数为4.8至4.9的帘布层所需的帘线密度和铺设间距，这两个值差别不大并且对应于现有工业条件下可制得且在相邻帘线之间正确形成聚合材料链接的帘布层。压延系数定义为帘线直径与帘布层中铺设间距与帘线直径之差的比。对于提出的帘布层，还计算了帘布层的断裂强度(Rn)，以daN/毫米帘布层表示。
还以与第一系列测试类似的方式评估了弯曲和压缩耐久性。因此，测试带束层包括两层织物丝状元件，第一层包括性能待评估的帘线，这些帘线以1.25mm的间距嵌入在尺寸分别为0.4mm的两个配混物表层中，测试带束层还包括用于防止第一层伸长的第二加固层，该第二层包含相对较硬的织物丝状元件，每根织物丝状元件包含167tex的两根芳纶线股，两根芳纶线股以315转/米的捻度捻合在一起并以0.9mm的间距嵌入在尺寸分别为0.3mm的两个配混物表层中。每根帘线的轴线以带束层的纵向方向定向。然后，该带束层承受以下应力：使用曲柄和曲轴系统，围绕给定直径的滚子对带束层进行循环拉伸，以使带束层的每个基本部分承受15daN的张力并经历曲率变化的循环，从而在190,000个循环内以7Hz的频率使带束层从无限曲率半径转变成给定曲率半径(在此情况下为20mm)。带束层的这种曲率变化会导致更靠近辊子的内层上的帘线根据所选辊子的直径而经受给定的几何压缩率。在该应力结束时，通过从内层剥离取出帘线，并测量疲劳帘线的残余断裂强度。由此推断出残余表观韧性(σ')和测试期间表观韧性的损耗(以％表示)。损耗越大，则帘线的耐久性越不令人满意。
帘线E1的表示为“A55/1/3/4–Z120/Z180/S300”的构造表示该帘线为通过4根不同线股的最终捻合操作(T3＝300转/米，方向S)而生产的三重捻(T1、T2、T3)帘线，所述4根不同线股中的每一根都是对3根预线股以反方向(方向Z)进行中间捻合操作(T2＝180转/米)而预先制备，这3根预线股中的每一根均由芳族聚酰胺(在此情况下为芳纶(A))的基本单丝组成的单根纱线组成，所述单根纱线的支数为55tex并且预先已在方向与预线股相同(方向Z)的第一次捻合操作T1＝120转/米中围绕自身加捻。其他帘线E2至E4和30的符号使得能够参照地识别与这些帘线相对应的构造。
重要的是要注意，所有帘线E1至E4和30的特征在于最终捻系数K3都非常相似，因此确保经优化帘线的优越性质是由于其纱线支数和N与M值的特定组合而引起的，而不是由于其他特征(例如捻度T1、T2和T3)引起的。
除帘线E1和30之外，所有测试的帘线都不基于由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝组成的纱线，纱线的支数都不为45至65tex，在此情况下都不为50至60tex也都不等于55tex。帘线E2至E4均具有更高支数的纱线。只有经优化帘线30具有M＝3且N＝3并且每根纱线支数为45至65tex的构造。此外，只有经优化帘线34具有M＝2且N＝3并且每根纱线支数范围为90至130tex(在此情况下为100至120tex且等于110tex)的构造。
实际上，帘线E1具有M＝3且N＝4的构造，从而在测试的帘线中获得最佳的断裂强度Fr和最佳的表观韧性σ。然而，M＝3且N＝4构造的另一效果是，一方面，该帘线的制造成本更高，因为它需要对现有的捻合机器进行大量改造，另一方面，由于该帘线基于12根纱线，因此需要同时使用相对较长的制造过程和多个捻合机器。最重要的是，在所有测试的帘线中，帘线E1的损耗最大。
帘线E2具有N＝M＝2的构造。为了补偿相对较少数量的纱线，帘线E2包括支数为167tex的纱线。帘线E2的N＝M＝2构造使其能够在现有的捻合机器上制造而无需改造机器，同时允许使用相对快速的方法，并且由于帘线使用的纱线数量很少(帘线E2为4根，帘线E1为12根)，因此所需的机器数量也很少。然而，使用相对高的支数一方面导致在所测试的帘线中最小的表观韧性σ，另一方面导致相对大的直径并因此导致相对低的帘布层断裂强度Rn。此外，帘线E2的损耗相对较高。
帘线E3具有M＝2且N＝3的构造，与帘线E2相比，能够减少每根纱线的支数。帘线E3的M＝2且N＝3构造使其能够在现有的捻合机器上制造而无需改造机器，同时允许使用相对快速的方法，并且由于帘线使用的纱线数量较少(帘线E3为6根，帘线E1为12根)，因此所需的机器数量也较少。因此，帘线E3具有相对较小的直径，但是代价是表观韧性σ比帘线E1更小，帘布层强度Rn与帘线E2相当(即相对较低)。此外，帘线E3的损耗相对较高。
帘线E4具有M＝2且N＝3的构造，使得每根纱线的支数相对于帘线E2减少，并且相对于帘线E1增加。如同帘线E3，帘线E4的M＝2且N＝3构造使其能够在现有的捻合机器上制造而无需改造机器，同时允许使用相对快速的方法，并且由于帘线使用的纱线数量较少(帘线E4为6根，帘线E1为12根)，因此所需的机器数量也较少。因此，帘线E4的直径大于帘线E3的直径，等同于帘线E1的直径。然而，由于断裂强度Fr比帘线E2和E3的断裂强度更高，因此并入帘线E4的帘布层具有的帘布层断裂强度Rn比并入帘线E2和E3的帘布层的断裂强度Rn更高。与帘线E1、E2和E3相比，帘线E4的损耗大大降低。尽管其直径大于帘线30的直径，但是帘线E4在较小的直径、改善的耐久性和易制造性之间表现出非常有用的折衷。
最后，经优化帘线30在较小的直径、改善的耐久性和易制造性之间表现出最佳的折衷。这是因为，与帘线E1相比，经优化帘线30的构造为M＝N＝3，使其能够在现有的捻合机器上制造而无需改造机器，同时允许使用相对快速的方法，并且由于帘线使用的纱线数量较少(帘线30为9根，帘线E1为12根)，因此所需的机器数量也较少。与帘线E2和E4相比，经优化帘线30的直径小于帘线E1的直径。这样的直径使得可以减小轮胎的帘布层厚度和滞后性，并因此减小轮胎的滚动阻力。而且，由于减小的直径，与帘线E2、E3和E4相比，经优化帘线30表现出与帘线E1等同的表观韧性。此外，与帘线E2和E3相比，帘布层断裂强度Rn相对于帘线E1保持在令人满意的水平。最重要的是，经优化帘线30显示出比帘线E1、E2和E3好得多的耐久性。
总之，由于这种优化，对于相同的给定最终捻度，现在不仅可以改善紧密性以及弯曲和压缩耐久性，还可以进一步改善使用这些帘线增强的轮胎的结构，而无需对现有制造机器进行大量改造，同时还使用了相对快速的方法，并且由于帘线所基于的纱线数量适度，因此不需要过多数量的机器。
Figure BDA0002790497810000221
Figure BDA0002790497810000231
Figure BDA0002790497810000241

Claims (15)

1.轮胎(100)，所述轮胎(100)包括具有胎面(200)的胎冠(120)、两个胎侧(220)和两个胎圈(240)，每个胎侧(220)将每个胎圈(240)连接至胎冠(120)，在胎冠(120)中沿轮胎(100)的周向方向(Z)延伸的胎冠增强件(140)，所述胎冠增强件(140)包括环箍增强件(170)，所述环箍增强件(170)包括单个环箍帘布层(190)，所述单个环箍帘布层(190)包括至少一个环箍增强织物丝状元件(480)，所述环箍增强织物丝状元件(480)与轮胎(10)的周向方向(Z)形成严格小于10°的角度，所述轮胎包括胎体增强件(320)，所述胎体增强件(320)锚固在每个胎圈(240)中并在胎侧(220)和胎冠(120)中延伸，所述胎冠增强件(140)在径向上插入在胎体增强件(320)和胎面(200)之间，
所述胎体增强件(320)包括单个胎体帘布层(340)，所述单个胎体帘布层(340)包括胎体增强丝状元件(440)，
所述胎冠增强件(140)包括工作增强件(160)，所述工作增强件(160)包括单个工作帘布层(180)，并且所述单个工作帘布层(180)包括工作增强丝状元件(460)，
布置一个或多个环箍增强织物丝状元件(480)、工作增强丝状元件(460)和胎体增强丝状元件(440)，以形成投影在周向赤道平面(E)上的三角形网格，
所述或每个环箍增强织物丝状元件(480)由具有三重捻(T1、T2、T3)的帘线(30)形成，所述帘线(30)包括由N>1根线股(20、20a、20b、20c)组成的组件，所述N>1根线股(20、20a、20b、20c)以捻度T3和方向D2捻合在一起，每根线股由M>1根预线股(10、10a、10b、10c)组成，这些预线股自身以捻度T2(T2a、T2b、T2c)和与D2相反的方向D1捻合在一起，每根预线股自身由纱线(5)组成，所述纱线(5)预先以捻度T1(T1a、T1b、T1c)和方向D1围绕自身加捻，其中N乘M根纱线(5)中的至少一半由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝组成。
2.根据前一权利要求所述的轮胎(100)，其中，每根纱线(5)由芳族聚酰胺或芳族共聚酰胺的基本单丝组成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，N的范围为2至6，或优选为2至4。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，M的范围为2至6，或优选为2至4。
5.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，以转/米表示的捻度T1的范围为10至350，或优选为20至200。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，每根预线股的捻系数K1的范围为2至80，或优选为6至70。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，以转/米表示的捻度T2的范围为25至470，或优选为35至400。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，每根线股的捻系数K2的范围为10至150，或优选为20至130。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，以转/米表示的捻度T3的范围为30至600，或优选为80至500。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，每根线股的捻系数K3的范围为50至500，或优选为80至230。
11.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，T2大于T1。
12.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，T3大于T2。
13.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，总和T1+T2的范围为0.8倍的T3至1.2倍的T3，优选为0.9倍的T3至1.1倍的T3，并且更优选地，总和T1+T2等于T3。
14.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，每个胎体增强丝状元件(440)在轮胎(100)的正中平面(M)中与轮胎(100)的周向方向(Z)形成的角度AC1大于或等于55°，优选范围为55°至80°，更优选为60°至70°。
15.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(100)，其中，每个胎体增强丝状元件(440)在轮胎(100)的周向赤道平面(E)中与轮胎(100)的周向方向(Z)形成的角度AC2大于或等于85°。
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