CN114555387A - 用于都市型轮胎的胎冠增强件 - Google Patents

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CN114555387A CN202080071614.2A CN202080071614A CN114555387A CN 114555387 A CN114555387 A CN 114555387A CN 202080071614 A CN202080071614 A CN 202080071614A CN 114555387 A CN114555387 A CN 114555387A
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S·奥赖松
G·萨利兹
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Abstract

本发明涉及具有径向胎体增强件的轮胎，该轮胎包括胎冠增强件，该胎冠增强件包括两个工作胎冠层，所述两个工作胎冠层具有交叉的金属增强元件。根据本发明，胎冠增强件还包括两个工作层的径向外侧的至少一个金属周向增强元件层，在轴向上最靠近赤道面的切口的径向最内点与所述至少一个周向增强元件层的外表面上的点之间的距离D小于8mm。

Description

用于都市型轮胎的胎冠增强件
技术领域
本发明涉及一种具有径向胎体增强件的轮胎，更具体地，涉及一种旨在安装于能够在专用车道上行驶的公共交通引导车辆(更具体地，重型或轻型单轨型的快速交通车辆或其他此类车辆)上的轮胎。
背景技术
在具有用于重负载运输的径向胎体增强件的轮胎中，所述胎体增强件通常固定在两侧的胎圈区域内，并且由胎冠增强件径向覆盖，所述胎冠增强件由丝线或帘线形成的至少两个叠加的层构成，所述丝线或帘线在每一层中平行并从一层交叉到下一层并且与周向方向成介于10°至45°之间的角度。形成工作增强件的所述工作层也可以覆盖有至少一层，该层称为保护层。胎冠增强件还可以包括一层与周向方向成介于45°至90°之间的角度的低延展性的金属丝线或帘线，该层称为三角层，该层径向地位于胎体增强件与径向最内胎冠层(称为工作层)之间。
当所述帘线在等于断裂力的10％的张力下表现出至多等于0.2％的相对伸长率时，则认为帘线是不可伸长的。
当所述帘线在等于断裂负载的张力下表现出至少等于3％的相对伸长率和小于150GPa的最大切线模量时，则认为帘线是弹性的。
周向增强元件是与周向方向成+2.5°至-2.5°的范围内的角度的增强元件。
轮胎的周向方向或纵向方向是与轮胎的圆周相对应的方向并且由轮胎的行驶方向限定。
轮胎的旋转轴线是轮胎在正常使用中围绕转动的轴线。
径向面或子午面是包含轮胎的旋转轴线的平面。
周向正中面或赤道面是垂直于轮胎的旋转轴线并且将轮胎分成两半的平面。
轮胎的横向方向或轴向方向平行于轮胎的旋转轴线。轴向距离是沿轴向方向测量的。表述“在轴向内侧或轴向外侧”是指“从赤道面测量的轴向距离更小或更大”。
径向方向是与轮胎的旋转轴线相交并且与其垂直的方向。径向距离是沿径向方向测量的。表述“在径向内侧或径向外侧”是指“从轮胎的旋转轴线测量的径向距离更小或更大”。
对于金属丝线或帘线，断裂力(最大负载，N)、断裂强度(MPa)、断裂伸长率(总伸长率，％)和模量(GPa)是在根据1984年的标准ISO 6892的张力下测量的。
与内部轮胎结构相结合，已知为胎面(即，轮胎在行驶期间与地面接触并且在行驶期间磨损的部分)设置由凹槽(特别是周向方向的凹槽)界定的凸起元件形成的胎面花纹。
在胎面表面上形成多个横向或斜向的边角也是已知的。获得这种边角的一种方法包括为胎面提供多个切口，这些切口具有凹槽的形式或者刀槽的形式。在本申请中，刀槽与凹槽之间的区别在于刀槽的宽度适合于在运行期间允许界定这些刀槽的相对壁之间的至少部分接触，尤其是当在接地面内与地面接触时，而凹槽在轮胎的正常使用条件下不会出现这种情况。
胎面的横向或斜向的边角尤其确保了轮胎在快速交通车辆所行驶的车道上的抓地力。
当胎冠增强件由两个工作层组成时，其增强元件彼此交叉并且形成介于10°至45°之间的角度，在使用中会在胎冠增强件处产生应力，尤其是胎冠层之间的剪切应力，在某些使用条件下，这可能会导致轮胎胎肩处的工作层分离，进而可能会导致轮胎劣化。
倘若轮胎劣化，向车辆供电所必需的电导体的靠近将导致在这些导体与轮胎中金属碎片之间发生电弧的非零风险。
为了消除这种风险并且避免金属碎片的存在，已经开发出仅具有由纺织材料制成的增强元件的胎冠增强件解决方案。专利申请WO97/15463因此描述了由一层或多层周向方向的纺织增强元件构成的胎冠增强件。
虽然这种轮胎有效地解决了与存在金属碎片相关的风险，但是行驶带来了轮胎的轻微磨损相关问题，更具体地是不规则磨损。具体地，这种类型的车辆与其使用相关的强大牵引力和特别是非常显著的负载变化(所述负载变化例如存在于具有最大负载的交通拥挤时间与车辆出行时乘客较少或者没有乘客的非交通繁忙时间之间，并且与密集且重复的制动阶段和加速阶段相关)导致轮胎的胎肩非常明显的磨损，从而需要频繁地更换轮胎。
此外，在重型车辆的轮胎领域中，已知的做法是在工作层的端部之间引入一层橡胶配混物，以使所述端部之间脱离联接，从而限制剪切应力。然而，这种脱离联接层需要表现出非常好的内聚力。例如，在专利申请WO 2004/076204中描述了这种橡胶配混物层。
专利FR 2222232教示了，为了避免胎冠增强件帘布层之间的分离，将增强件的端部包覆在橡胶垫中，该橡胶垫的肖氏A硬度与覆盖所述增强件的胎面的肖氏A硬度不同，并且大于设置在胎冠增强件的边缘与胎体增强件帘布层的边缘之间的橡胶配混物的成型元件的肖氏A硬度。
此外，为了生产具有非常宽的胎面的轮胎或者为了赋予给定尺寸的轮胎更大的承载能力，已知的做法是引入周向增强元件层。例如，专利申请WO 99/24269描述了这种周向增强元件层的存在。
此外，从专利申请WO 99/00260已知一种用于重型车辆的轮胎，其中由周向增强元件层构成的保护增强件位于工作增强件的径向外侧。
发明人因此为自己设定的任务是提供用于快速交通类型车辆的轮胎，所述轮胎没有与电导体靠近相关的风险并且在磨损方面表现出令人满意的性能。
发明内容
根据本发明，该目的已通过用于快速交通型车辆并且包括径向胎体增强件的轮胎实现，所述轮胎包括胎冠增强件，所述胎冠增强件包括两个工作胎冠层，所述两个工作胎冠层的金属增强元件从一层交叉到下一层并且与周向方向形成介于10°至45°之间的角度，所述角度定向在周向方向的任一侧，胎冠增强件由具有至少一个周向切口的胎面径向覆盖，所述胎面经由两个胎侧与两个胎圈接合，胎冠增强件包括在两个工作层的径向外侧的至少一个金属周向增强元件层，两个工作胎冠层和所述至少一个周向增强元件层是在胎冠增强件的整个轴向宽度上构成胎冠增强件的仅有的层，并且，在子午面内，在轴向上最靠近赤道面的周向切口的径向最内点与所述至少一个周向增强元件层的外表面上的点之间的距离D小于8mm，所述距离D是沿着在轴向上最靠近赤道面的周向切口的径向最内点在所述至少一个周向增强元件层的径向外表面上的正交投影的方向进行测量的。
在本发明的含义内，周向增强元件层的径向外表面由从构成周向增强元件层的增强元件的径向最外点外推的表面进行限定。
根据本发明，胎冠增强件可以包括一层或多层金属周向增强元件。当存在多层金属周向增强元件时，两个工作胎冠层和所述多个周向增强元件层是在胎冠增强件的整个轴向宽度上形成胎冠增强件的仅有的层。
距离D是在轮胎的横截面上测量的，因此轮胎处于未充气状态。当在两个工作层的径向外侧存在多层金属周向增强元件时，距离D是在轴向上最靠近赤道面的切口的径向最内点与径向最外层周向增强元件的外表面上的点之间进行测量的。
以度数表示的角度是在轮胎的横截面上测量的。根据本发明，角度是在周向正中面测量的。
有利地，根据本发明，轮胎旨在充气至大于或等于11.5巴的充气压力。
根据本发明的一个优选实施方案，在轴向上最靠近赤道面的周向切口是周向凹槽。
有利地，根据本发明，距离D小于5mm。
同样有利地，工作胎冠层的增强元件与周向方向形成的角度小于30°，优选小于25°。
利用根据本发明的轮胎获得的结果有效地表明，在耐久性方面的性能得到改善，因此轮胎对环境中存在的电导体没有表现出风险，此外，在磨损方面的性能是令人满意的。
具体地，发明人已经能够表明，具有金属增强元件的两个工作层与径向定位在两个工作层外侧的至少一个金属周向增强元件层的组合使得尽管对工作层施加了剪切应力，也能够确保胎冠增强件的耐久性。因此，根据本发明的轮胎没有在电导体附近产生金属碎片的风险。
此外，径向地定位在胎冠增强件的最外侧的所述至少一个周向增强元件层的存在使得能够容纳整个轮胎，因此万一承受剪切应力的工作层分离，能够避免金属碎片的产生。
此外，所述至少一个周向增强元件层的定位和距离D的组合对于轮胎的磨损方面的性能有积极影响，所述距离D与胎面花纹空隙底部的径向内侧区域中的橡胶材料的厚度相对应，所述距离D与更传统的轮胎设计相比显著减小。具体地，发明人已经能够表明，使周向增强元件层与轮胎胎面和地面接触的径向外表面更靠近的结果使得能够限制行驶时组成胎面的配混物所承受的剪切，并且使胎面上的力更均匀，因此，无论快速运输车辆的负载条件或负载变化如何，都能够在磨损方面提供更好的性能。
根据本发明的一个实施方案，工作胎冠层的增强元件是不可伸长的金属帘线。
根据本发明的有利的实施方案变体，所述至少一个周向增强元件层具有大于0.5xL的轴向宽度。
L是当轮胎安装在其服务轮辋上并且充气至其推荐压力时轮胎的最大轴向宽度。
增强元件层的轴向宽度是在轮胎的横截面上测量的，因此轮胎处于未充气状态。
根据本发明的优选实施方案，两个工作胎冠层具有不同的轴向宽度，轴向最宽的工作胎冠层的轴向宽度与轴向最窄的工作胎冠层的轴向宽度之间的差值介于10mm至30mm之间。
根据本发明的有利的实施方案，所述至少一个周向增强元件层的增强元件是金属增强元件，所述金属增强元件在0.7％伸长率下的正割模量介于10至120GPa之间并且最大切线模量小于150GPa。
根据优选的实施方案，在0.7％伸长率下，增强元件的正割模量小于100GPa并且大于20GPa，优选地在30至90GPa之间，并且更优选地小于80GPa。
同样优选地，增强元件的最大切线模量小于130GPa，更优选地小于120GPa。
上述模量是在利用20MPa预负载确定的拉伸应力随伸长率变化的曲线上测量的，拉伸应力与针对增强元件的金属截面校正的测量张力相对应。所述测量是在从轮胎取出的帘线上进行的，所述帘线在从所述层的轴向端部朝向所述层的内侧延伸超过50mm的轴向宽度的周向增强元件层的一部分上。
相同的增强元件的模量可以在利用10MPa的预负载确定的拉伸应力随伸长率变化的曲线上测量，拉伸应力与针对增强元件的整体截面校正的测量张力相对应。增强元件的整体截面是由金属和橡胶制成的复合元件的截面，橡胶在轮胎固化阶段已经明显地穿透增强元件；所讨论的增强元件的这个整体截面大约是增强元件的金属截面的两倍。
根据这个与增强元件的整体截面相关的公式，至少一个周向增强元件层的轴向外部部分和中心部分的增强元件是金属增强元件，所述金属增强元件在0.7％伸长率下的正割模量介于5至60GPa之间并且最大切线模量小于75GPa。
根据优选的实施方案，在0.7％伸长率下，增强元件的正割模量小于50GPa并且大于10GPa，优选地在15至45GPa之间，并且更优选地小于40GPa。
同样优选地，增强元件的最大切线模量小于65GPa，更优选地小于60GPa。
根据优选的实施方案，所述至少一个周向增强元件层的增强元件是金属增强元件，该金属增强元件的拉伸应力随相对伸长率变化的曲线对于较小的伸长率表现出平缓梯度，对于较大的伸长率表现出基本上恒定且陡峭的梯度。
增强元件的各种上述特性是在取自轮胎的增强元件上测量的。
更具体地，适合于形成根据本发明的至少一个周向增强元件层的增强元件是例如式21.23的组件，其构造为3x(0.26+6x0.23)4.8/7.5SS；该绞型帘线包括公式3x(1+6)的21根基本丝线，其中，3股绞合在一起，每股包括7根丝线(形成直径等于26/100毫米的中心芯部的一根丝线和直径等于23/100毫米的6根缠绕丝线)。这种帘线在0.7％的伸长率下具有等于45GPa的正割模量和等于98GPa的最大切线模量，这些模量是在拉伸应力随伸长率变化的曲线上测量的，该曲线是利用针对增强元件的金属截面校正的20MPa的预负载确定的，拉伸应力与针对增强元件的金属截面校正的测量张力相对应。在利用针对增强元件的整体截面校正的10MPa的预负载确定的拉伸应力随伸长率变化的曲线上，拉伸应力与针对增强元件的整体截面校正的测量张力相对应，公式21.23的这个帘线在0.7％的伸长率下的正割模量等于23GPa，最大切线模量等于49GPa。
同样，增强元件的另一个示例是公式21.28的组件，其构造为3x(0.32+6x0.28)5.6/9.3SS。所述帘线在0.7％的伸长率下的正割模量等于56GPa，最大切线模量等于102GPa，这些模量是在拉伸应力随伸长率变化的曲线上测量的，该曲线是利用针对增强元件的金属截面校正的20MPa的预负载确定的，拉伸应力对应于针对增强元件的金属横截面校正的测量张力。在利用针对增强元件的整体截面校正的10MPa的预负载确定的拉伸应力随伸长率变化的曲线上，拉伸应力与针对增强元件的整体截面校正的测量张力相对应，公式21.28的这个帘线在0.7％的伸长率下的正割模量等于27GPa，最大切线模量等于49GPa。
在至少一个周向增强元件层中使用这种增强元件显著地使得即使在常规制造方法中的成型和固化阶段之后也能够保持该层的令人满意的刚度。
根据本发明的第二实施方案，周向增强元件可以由不可伸长的金属元件形成，所述金属元件被切割从而形成长度远小于最短层的周长但优选地大于所述周长的0.1倍的部分，部分之间的切口彼此轴向偏移。再次优选地，附加层的每单位宽度的拉伸弹性模量小于最具延展性的工作胎冠层在相同条件下测量的拉伸弹性模量。该实施方案可以以简单的方式赋予周向增强元件层能够容易调节(通过选择同一排的部分之间的间隔)的模量，但是该模量在所有情况下都低于由相同金属元素组成但是连续的层的模量，附加层的模量是在从轮胎取出的切割元件的硫化层上测量的。
根据本发明的第三实施方案，周向增强元件是波状金属元件，波幅与波长的比值a/λ至多等于0.09。优选地，附加层的每单位宽度的拉伸弹性模量小于最具延展性的工作胎冠层在相同条件下测量的拉伸弹性模量。
附图说明
本发明的进一步细节和有利特征将在下文中从本发明的示例性实施方案的描述中变得明显，特别是参考附图，所述附图示出了根据本发明的轮胎的设计的子午线视图。
为了便于理解，该图未按比例绘制。
具体实施方式
图中，轮胎1的尺寸为305/70R 22.5。所述轮胎1包括固定在两个胎圈(图中未示出)中的径向胎体增强件2。胎体增强件由单层的金属帘线形成。该胎体增强件2径向地由胎冠增强件5覆盖，该胎冠增强件5沿径向从内向外由下述层形成：
-第一工作层51，其由未缠绕的11.35不可伸长的金属帘线形成，这些金属帘线在层的整个宽度上是连续的并且以等于18°的角度定向，
-第二工作层52，其由未缠绕的11.35不可伸长的金属帘线形成，这些金属帘线在层的整个宽度上是连续的，以等于18°的角度定向并且与层51的金属帘线交叉，
-周向增强元件层53，其包括21x28钢制金属帘线。
胎冠增强件本身由胎面6覆盖。
由单层金属帘线形成的胎体增强件2在每个胎圈3中围绕胎圈钢丝4缠绕，并且在每个胎圈3中形成卷边7。
轮胎充气至11.5巴的压力。
第一工作层51的轴向宽度L51等于200mm。
第二工作层52的轴向宽度L52等于180mm。
周向增强元件层53的轴向宽度L53等于136mm。
胎面的轴向宽度L6等于221mm。
距离D是在轴向上最靠近赤道面XX’的切口10的径向最内点8与周向增强元件层53的外表面上的点9之间进行测量的。距离D是沿着点8在周向增强元件层53的外表面上的正交投影的方向进行测量的。距离D等于2.1mm，因此小于8mm。
利用根据本发明生产的轮胎I和参考轮胎T进行测试。
参考轮胎T与根据本发明的轮胎的不同之处在于具有由三个周向增强元件层(其由芳族聚酰胺制成)堆叠而成的胎冠增强件。
耐久性测试是通过使轮胎负载为7000daN、充气压力为13.5巴、以40公里/小时的速度在测试滚动道路上行驶来进行的。相同类型的测试是在可变的压力和负载的循环下进行的，速度仍为40公里/小时。
在这些测试期间，根据本发明的轮胎I表现出比参考轮胎T更好的结果。根据本发明的轮胎I的行驶距离接近参考轮胎T所达到的两倍。
为了测试不同轮胎的磨损情况，进行了另一种类型的测试。
这些测试是在平坦的地面上进行的并且包括测量接地面内的形状和应力。通过对车辆的直接比较对这些测试进行了补充，从而可以评估轮胎在使用寿命方面的性能。
对于参考轮胎T，出现了不规则磨损，胎面的边缘高度磨损，这似乎是中心和胎肩之间不均匀压扁的结果。
在根据本发明的轮胎I中，在压扁过程中接触表面的变形更加均匀，从而确保了规则的磨损。因此，根据本发明的轮胎可以行驶更远的距离，而不会出现需要更换轮胎的过度显著的不规则磨损。因此，根据本发明的轮胎I行驶的距离比参考轮胎T所达到的距离大40％。

Claims (6)

1.一种轮胎(1)，其用于快速交通型的车辆并且包括径向胎体增强件(2)，所述轮胎包括胎冠增强件(5)，所述胎冠增强件(5)包括两个工作胎冠层(51，52)，所述两个工作胎冠层的金属增强元件从一层交叉到下一层并且与周向方向形成介于10°至45°之间的角度，所述角度定向在周向方向的任一侧，胎冠增强件(5)由具有至少一个周向切口(10)的胎面(6)径向覆盖，所述胎面经由两个胎侧与两个胎圈(3)接合，其特征在于：胎冠增强件包括在两个工作层的径向外侧的至少一个金属周向增强元件层(53)，其中，两个工作胎冠层和所述至少一个周向增强元件层是在胎冠增强件的整个轴向宽度上构成胎冠增强件的仅有的层，其中，在子午面内，在轴向上最靠近赤道面的周向切口的径向最内点与所述至少一个周向增强元件层的外表面上的点之间的距离D小于8mm，所述距离D是沿着在轴向上最靠近赤道面(XX’)的周向切口(10)的径向最内点(8)在所述至少一个周向增强元件层(53)的径向外表面上的正交投影(9)的方向进行测量的。
2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，轴向上最靠近赤道面的切口(10)是周向凹槽。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，距离D小于5mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，工作胎冠层(51、52)的增强元件是不可伸长的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述至少一个周向增强元件层(53)的增强元件是金属增强元件，所述金属增强元件在0.7％伸长率下的正割模量介于10至120GPa之间并且最大切线模量小于150GPa。
6.根据权利要求5所述的轮胎(1)，其特征在于，工作胎冠层(51，52)的增强元件与周向方向形成的角度小于30°，优选小于25°。
CN202080071614.2A 2019-10-22 2020-10-19 用于都市型轮胎的胎冠增强件 Pending CN114555387A (zh)

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