CN114750542B - 一种提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，技术方案为：所述轮胎的胎基胶下方贴合有低生热橡胶，低生热橡胶的下方位于胎肩处贴合有聚氨酯粘合胶，低生热橡胶覆盖住聚氨酯粘合胶，聚氨酯粘合胶覆盖住带束层端点；每根带束层的端点处包裹有聚氨酯包边胶，中部带束层的端点处在聚氨酯包边胶的外面还包裹有热塑性硅橡胶隔离胶。本发明通过在带束层端点处包裹聚氨酯包边胶、热缩性硅橡胶隔离胶，在胎基胶下方增设低生热橡胶及聚氨酯粘合胶，并优化轮胎肩部结构设计，使该轮胎胎肩结构中各部分组成紧固结构，协同支撑，使全钢子午线轮胎的胎肩耐久性能有明显提升，提高了轮胎胎肩性能和使用寿命。

Description

一种提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎

技术领域

本发明涉及矿用全钢子午线轮胎技术领域，具体涉及一种提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎。

背景技术

目前矿用全钢工程子午胎在生产过程中，因受材料限制、工艺流程等因素的影响，轮胎肩部结构是钢丝帘线和天然胶及天然胶/丁苯胶复合橡胶组成的结构。由于钢丝帘线和橡胶的刚度性能差异巨大，导致在受力的时候，钢丝和橡胶发生的形变量差异较大，形变量的差异直接导致钢丝帘线和橡胶之间产生撕裂脱层；同时形变量的差异导致生热增加，进一步加剧橡胶性能的下降，外观表现为产品的肩部脱层，缩短轮胎使用寿命。因此增加肩部带束层和橡胶组合的结构稳定性能够有效降低形变带来的剪切和生热作用。但目前同行业缺少对该技术的研究和应用，都是在传统材料的基础上做改善，无法有效降低产品肩部的故障率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，通过在带束层端点处包裹聚氨酯包边胶、热缩性硅橡胶隔离胶，在胎基胶下方增设低生热橡胶及聚氨酯粘合胶，并优化轮胎肩部结构设计，使该轮胎胎肩结构中各部分组成紧固结构，协同支撑，使全钢子午线轮胎的胎肩耐久性能有明显提升，提高了轮胎胎肩性能和使用寿命。

本发明的技术方案为：

一种提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，所述轮胎的胎基胶下方贴合有低生热橡胶，低生热橡胶的下方位于胎肩处贴合有聚氨酯粘合胶，低生热橡胶覆盖住聚氨酯粘合胶，聚氨酯粘合胶覆盖住带束层端点；每根带束层的端点处包裹有聚氨酯包边胶，中部带束层的端点处在聚氨酯包边胶的外面还包裹有热塑性硅橡胶隔离胶。

其中，聚氨酯包边胶和聚氨酯粘合胶所使用的原材料一致即可，但聚氨酯种类较多，需要满足以下关键物性指标的产品才能应用到本发明：拉伸强度≥35MPa，伸长率≥650%，直角撕裂强度≥60kN/m，硬度≥80HA。

市面上满足本发明所用的聚氨酯橡胶有：德国巴斯夫-C90A-tpu-聚氨酯橡胶-1185a-tpu热熔胶、德国拜耳/385E、云星生物聚氨酯弹性体橡胶（CAS号1211-14-9 ）等。

热缩性硅橡胶隔离胶需要满足以下关键物性指标的产品才能应用到本发明：拉伸强度为4.9~13.7MPa，伸长率≥300%，直角撕裂强度≥25kN/m，硬度≥60HA。

市面上满足本发明所用的热缩性硅橡胶有：美国TPSIV 道康宁 3451-60A）、德国瓦克ELASTOSILR401/90、东爵110甲基乙烯基硅橡胶（生胶）等。

低生热橡胶需要满足以下关键物性指标的产品才能应用到本发明：拉伸强度为20~27MPa，伸长率为500~700%，直角撕裂强度≥45kN/m，压缩生热≤8.5℃。

低生热橡胶同行业配方工程师根据需要自行配制即可。经验证，使用马来、泰国、越南的RSS3以上烟片胶制备的低生热橡胶的关键性能指标均能符合以上标准。

本发明使用的聚氨酯包边胶对比常规使用的天然胶具有高硬度、高抗撕裂性能、高拉伸强度，该聚氨酯包边胶向内折叠直接包裹钢丝帘线，与钢丝金属直接接触，同时外部直接与热缩性硅橡胶隔离胶接触，能够在高强度钢丝和低强度橡胶之间起到良好的过渡作用，因其高抗撕裂的性能，不容易与金属钢丝脱开。热缩性硅橡胶隔离胶具有高温收缩的特性，轮胎在使用时由于肩部厚度厚且变形较大，因此生热较高；由于钢丝与橡胶极大的性能差异，极易因高温导致钢丝端点处与橡胶材料因不同步形变而脱层。而本发明中，增加热缩性硅橡胶隔离胶后，随着温度的升高，热缩性硅橡胶隔离胶反而会向内收缩，使钢丝端点更加稳固，不易产生界面间的脱层。带束层上的聚氨酯粘合胶，覆合在所有的带束层端点之上的区域，该区域因端点密集，形变最大，因此极易与上层覆盖的橡胶之间发生脱层。本发明采用的聚氨酯粘合胶的高抗撕裂性能能够起到良好的刚性梯度过渡作用，保证该区域的结构稳固性。本发明中低生热橡胶在胎基胶和带束层端点之间的缓冲区域，缓冲区域应力应变大、生热高，因此在该区域内采用一层低生热橡胶，能够有效降低高剪切形变产生的热量，从而降低该区域脱层风险。

优选地，第一层和最外层带束层的聚氨酯包边胶单边宽度为30+ρ，单位为mm；中部带束层的聚氨酯包边胶单边宽度为50+σ，单位为mm；系数ρ=0~30，系数σ=0~20；第一层和最外层带束层的聚氨酯包边胶厚度为0.6+ψ，单位为mm；中部带束层聚氨酯包边胶厚度为1.0+ω，单位为mm；系数ψ=0~0.9，系数ω=0.5~1。

各层带束层的聚氨酯包边胶单边宽度要控制在各层带束层宽度的4%~6%之间，这样的比例分配将会保证带束层的平直度以及起到隔离端点的作用。聚氨酯包边胶的厚度优选为聚氨酯包边胶单边宽度的2%~3%，厚度过小无法保证包边胶的过渡作用，导致钢丝端点容易刺穿聚氨酯包边胶与外部橡胶直接接触；过厚则会造成过渡点过厚，造成新的结构界面，导致从结构内部损坏。

优选地，第一层和最外层带束层的厚度为n/125+0.2φ，单位为mm；中部带束层的厚度为n/125+0.4φ，单位为mm；其中，n为产品设计断面宽，单位为mm；系数φ=0~10。

各层带束层的宽度设计要与产品设计断面宽度（断面宽度根据产品的实际需求及国标标准进行确定）关联，断面宽度为轮胎整体结构的最宽点，各层带束层的宽度为冠部强度最大的分布区域，因此优选设计带束层的宽度能够保证整体结构的稳定性。

优选地，聚氨酯粘合胶的厚度为1~2mm，低生热橡胶的厚度为1~2mm。

聚氨酯粘合胶的厚度与低生热橡胶的厚度一致，保证过渡的均匀性，聚氨酯粘合胶的厚度是聚氨酯包边胶厚度的1.5~2倍，这样的优选方案能够保证轮胎胎面受力向内传递时缓冲由大到小，保证内部结构的稳定性。

优选地，中部带束层的热缩性硅橡胶隔离胶厚度为1.0+ξ，单位为mm；系数ξ=0.5~1。

热缩性硅橡胶隔离胶的厚度为其宽度的3%~5%，厚度过小无法起到钢丝端点的隔离作用，导致钢丝端点容易发生联动共振而导致端点间材料非正常剪切损坏；过厚则会造成过渡点过厚，造成新的结构界面，导致从结构内部损坏。

优选地，位于中部带束层下方的聚氨酯包边胶的端点与热缩性硅橡胶隔离胶的端点的差级为10-20mm，中部带束层的热缩性硅橡胶隔离胶的上下端点的差级为10-15mm。

位于中部带束层下方的聚氨酯包边胶的端点与热缩性硅橡胶隔离胶的端点的差级优选设计为热缩性硅橡胶隔离胶宽度的25%左右，过小则可能造成各端点位置集中，导致受力过渡不均，端点平直度无法保证；过大则造成受力过渡出现断点，无法起到受力均匀过渡的作用。

优选地，各层带束层呈交叉倾斜结构。比如，当轮胎为四层带束层结构时，第一层带束层与轮胎周向的夹角αb1=26~52°，为向右下倾斜；第二层带束层与轮胎周向的夹角αb2=14~22°，为向左下倾斜；第三层带束层与轮胎周向的夹角αb3=14~22°，为向右下倾斜；第四层带束层与轮胎周向的夹角αb4=20~26°，为向左下倾斜。

带束层各层的方向优选交叉设计，即相邻两层之间的方向相反。带束层各层的倾斜角度根据产品的具体使用场景优选，路况恶劣场景大角度，好路况场景优选小角度，具体需要通过有限元分析来进一步验证。如果角度过小会导致横向刚度弱，容易出现冠部磨损严重的问题；如果角度过大，径向刚度弱，容易出现冠部扎伤扎爆的问题。

优选地，所述轮胎共设有四层带束层，第二层带束层端点到胎肩端点的距离W2=β*Wr，单位为mm；其中，系数β=0.1~0.2，Wr为轮胎行驶面宽度的1/2，Wr的单位为mm；第一层带束层端点到胎肩端点的距离W1=W2+2δ，单位为mm；系数δ=10~20；第三层带束层端点到胎肩端点的距离W3=W2+2ε，单位为mm；第四层带束层端点到胎肩端点的距离W4=W3+2ε，单位为mm；带束层垫胶端点到胎肩端点的距离W5=W1+5ε，单位为mm；系数ε=6~10；胎冠中心点到胎肩端点的高度h=Wr*η，单位为mm；系数η=0.05~0.08；胎肩位置的总厚度St=Wr/θ，单位为mm；系数θ=1.88~2.09。

行驶面的宽度根据产品实际需要进行确定，各带束层端点及带束层垫胶端点到胎肩的距离依次存在以上的优选逻辑关系，这样可以保证肩部端点有效分散，结构稳定性好，要避免端点集中、受力集中。h与St的值同样也与行驶面宽度存在优选逻辑关系，以保证结构的稳定性，过小会导致肩部受力增大，过大会导致冠部受力过大，无论肩部、冠部受力过大都会造成变形生热增加，结构容易损坏。

优选地，胎肩位置的胎面胶厚度Tt=St*λ，单位为mm；系数λ=0.3~0.4；胎肩位置的胎基胶厚度Bt=St*τ，单位为mm；系数τ=0.15~0.22；胎肩位置的带束层垫胶厚度Td=St*μ，单位为mm；系数μ=0.2~0.3。

Tt、Bt、Td均与St存在优选比例，以保证肩部的整体结构强度和受力过渡，根据有限元结果优选为以上逻辑关系，肩部的应力应变最小，结构最为稳定。

优选地，胎肩位置气密层的厚度It=6~9mm，胎体的厚度Ct=3~4.5mm。It和Ct结构胶料的厚度根据经验进行优选。

优选地，胎侧上端点到胎肩端点位置的距离Hs=25~35mm；聚氨酯粘合胶下端点到胎肩端点位置的距离Hp=40~45mm；胎面下端点到胎肩端点位置的距离Ht=50~55mm；胎基下端点到胎肩端点位置的距离Hb=60~65mm。

以上各部件的端点从上到下依次存在优选逻辑关系，端点都是受力集中点或薄弱点，因此合理分配处置端点的位置既能最大发挥部件的作用，又能做好受力的分散和过渡，保证肩部的稳定性。如果不再此优先范围，会导致肩部结构的稳定性差，应力应变出现较大能量梯度变化，导致内部结构损坏。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的全钢子午线轮胎通过在带束层端点处包裹聚氨酯包边胶、热缩性硅橡胶隔离胶，在胎基胶下方增设低生热橡胶及聚氨酯粘合胶，并优化轮胎肩部结构设计，使该轮胎胎肩结构中各部分组成紧固结构，协同支撑，使全钢子午线轮胎的胎肩耐久性能有明显提升，提高了轮胎胎肩性能和使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图之一。

图2是图1在A处的局部放大图。

图3是本发明的结构示意图之二。

图4是图3在B处的局部放大图。

图5是实施例1和对比例1轮胎的经有限元分析结果。

图6是实施例2和对比例2轮胎的经有限元分析结果。

图7是实施例1和对比例3轮胎的经有限元分析结果。

图8是实施例1和对比例4轮胎的经有限元分析结果。

图9是本发明实施例1的测试结果图。

图10是本发明对比例1的测试结果图。

图11是本发明实施例2的测试结果图。

图12是本发明对比例2的测试结果图。

图13是本发明实施例1中的低生热橡胶的配方。

图14是本发明实施例2中的低生热橡胶的配方。

图中，1-聚氨酯包边胶，2-热缩性硅橡胶隔离胶，3-带束层覆胶，4-聚氨酯粘合胶，5-低生热橡胶，6-胎基胶，7-胎面，8-胎肩，9-带束层垫胶，10-胎侧，11-反包胎体，12-子口耐磨胶，13-胎圈，14-主胎体，15-气密层。

具体实施方式

实施例1

如图1-4所示，本实施例采用以下设计方案制造的14.00R25 SUPER ETOT全钢子午线轮胎，并安装10.00-2.0英寸标准轮辋。该轮胎包括胎面7、胎基、胎肩8、胎侧10、子口耐磨胶12、胎圈13和气密层15；胎体包括主胎体14、反包胎体11、4层带束层、带束层覆胶3、带束层垫胶9。胎面胶和胎侧胶接合在一起共同包裹胎基胶6，胎基胶6下复合低生热橡胶5（采用泰国RSS3天然胶体系配制低生热橡胶，配方见图13所示；关键指标：拉伸强度27MPa，伸长率542%，直角撕裂强度64kN/m，压缩生热 7.5℃），低生热橡胶5下贴合一层聚氨酯粘合胶4（德国巴斯夫-C90A-tpu-聚氨酯橡胶-1185a-tpu热熔胶），聚氨酯粘合胶4将1-4层带束层的端点包裹。同时带束层由带束层覆胶3和中心钢丝帘线组成，带束层的端点由聚氨酯包边胶1（德国巴斯夫-C90A-tpu-聚氨酯橡胶-1185a-tpu热熔胶）包裹，其中第二层带束层和第三层带束层的聚氨酯包边胶1外还包裹有热缩性硅橡胶隔离胶2（美国TPSIV 道康宁 3451-60A）。整个带束层端点部位由带束层垫胶9支撑，带束层垫胶9由主胎体14支撑，主胎体14下复合有气密层胶15。

具体地，本实施例中，第一层带束层（B1，3+9+15结构的钢丝帘线）的聚氨酯包边胶1单边宽度Bop=30+ρ，单位为mm；系数ρ=5；第二层带束层（B2，7*7结构的钢丝帘线）的聚氨酯包边胶1单边宽度Bsp=50+σ，单位为mm；系数σ=10；第三层带束层（B3，7*7结构的钢丝帘线）的聚氨酯包边胶1单边宽度Btp=50+σ，单位为mm；系数σ=10；第四层带束层（B4，3*7结构的钢丝帘线）的聚氨酯包边胶1单边宽度Bop=30+ρ，单位为mm；系数ρ=15。第一层带束层的厚度b1=n/125+0.2φ，单位为mm；系数φ=4；第二层带束层的厚度b2=n/125+0.4φ，单位为mm；系数φ=6；第三层带束层的厚度b3=n/125+0.4φ，单位为mm；系数φ=5；第四层带束层的厚度b4=n/125+0.2φ，单位为mm；系数φ=7；其中，n为产品设计断面宽，取值360mm。

第一层带束层的聚氨酯包边胶1厚度p1=0.6+ψ，单位为mm；系数ψ=0.4；第二层带束层的聚氨酯包边胶1厚度p2=1.0+ω，单位为mm；系数ω=0.5；第三层带束层的聚氨酯包边胶1厚度p3=1.0+ω，单位为mm；系数ω=0.5；第四层带束层的聚氨酯包边胶1厚度p4=0.6+ψ，单位为mm；系数ψ=0.4。聚氨酯粘合胶4的厚度p5=1mm，低生热橡胶5的厚度n6=2mm。第二层带束层的热缩性硅橡胶隔离胶2厚度n1=1.0+ξ，单位为mm；系数ξ=0.5；第三层带束层的热缩性硅橡胶隔离胶2厚度n2=1.0+ξ，单位为mm；系数ξ=0.5；位于第二、三层带束层下方的聚氨酯包边胶1的端点与热缩性硅橡胶隔离胶2的端点的差级Bnp=10mm，第二层带束层的热缩性硅橡胶隔离胶2上下端点的差级Bsn=15mm，第三层带束层的热缩性硅橡胶隔离胶2上下端点的差级Btn=15mm。第一层带束层与轮胎周向的夹角αb1=26°，为向右下倾斜；第二层带束层与轮胎周向的夹角αb2=20°，为向左下倾斜；第三层带束层与轮胎周向的夹角αb3=20°，为向右下倾斜；第四层带束层与轮胎周向的夹角αb4=24°，为向左下倾斜。

第二层带束层的端点到胎肩8端点的距离W2=β*Wr，单位为mm；系数β=0.154，Wr为轮胎行驶面宽度的1/2，取值165mm；第一层带束层的端点到胎肩8端点的距离W1=W2+2δ，单位为mm；系数δ=20；第三层带束层的端点到胎肩8端点的距离W3=W2+2ε，单位为mm；系数ε=6；第四层带束层的端点到胎肩8端点的距离W4=W3+2ε，单位为mm；系数ε=7；带束层垫胶9的端点到胎肩8端点的距离W5=W1+5ε，单位为mm；系数ε=6；胎冠中心点到胎肩8端点的高度h=Wr*η，单位为mm；系数η=0.05；胎肩8位置的总厚度St=Wr/θ，单位为mm；系数θ=1.89；胎肩8位置胎面胶的厚度Tt=St*λ，单位为mm；系数λ=0.3；胎肩位置胎基胶6的厚度Bt=St*τ，单位为mm；系数τ=0.15；胎肩位置带束层垫胶9的厚度Td=St*μ，单位为mm；系数μ=0.3；胎肩位置气密层15的厚度It=8mm；胎体的厚度Ct=3.2mm。

胎侧10上端点到胎肩8端点位置的距离Hs=35mm；聚氨酯粘合胶4下端点到胎肩端点位置的距离Hp=45mm；胎面7下端点到胎肩8端点位置的距离Ht=55mm；胎基下端点到胎肩8端点位置的距离Hb=65mm。

对比例1

对比例1为14.00R25 SUPER ETOT全钢子午线轮胎，与实施例1的区别之处在于胶片材质的变化：低生热橡胶5下贴合一层天然胶粘合胶，天然胶粘合胶将带束层1-4层的端点包裹；带束层的端点由天然胶包边胶包裹，其中第二层带束层和第三层带束层的天然胶包边胶外还包裹有天然胶隔离胶。并安装10.00-2.0英寸标准轮辋。

经有限元分析，如图5所示，模拟产品实际使用的气压和负荷以及运动过程，采用本发明的设计方案，轮胎肩部的应力应变都要比对比例1的设计方案要小，即肩部端点具有更强的耐久性能。

经实验测试，对比例1的14.00R25 SUPER ETOT全钢子午线轮胎的胎肩耐久为58h42min（如图10所示），在实际市场使用中，仍然与市场同类产品存在同样的后期脱层的问题，肩部在实际使用中耐久性能与现市场产品基本处于同一水平。而本实施例的14.00R25 SUPER ETOT全钢子午线轮胎的胎肩耐久为91h39min（如图9所示） ，比对比例1提升了56%。该产品主要用于石头较多的恶劣工况，第一批次生产1200条，在内蒙鄂尔多斯地区使用165天，胎面磨损完毕后卸胎，轮胎单胎负荷载重大，超载比例达到160%，使用周期长，肩部故障率＜5％，对比老产品故障率降低15%以上，比同期使用的竞品寿命提升22%以上，获得用户认可和持续订单；第二批次生产1500条14.00R25 SUPER ETOT轮胎在新疆地区使用，平均寿命180天，胎面磨损完毕后卸胎，轮胎单胎负荷载重大，超载比例达到160%，使用周期长，肩部故障率＜5％，对比老产品故障率降低10%以上，对比同期使用竞品寿命提升20%以上，获得客户的认可和持续订单。

分析导致以上结果的原因：实施例1的带束层端点设计尺寸方案与对比例1一致的情况下，采用聚氨酯包边胶而非天然胶包边胶，该聚氨酯包边胶向内折叠直接包裹钢丝帘线，与钢丝金属直接接触，同时外部直接与热缩性硅橡胶隔离胶接触，因其高抗撕裂的性能，不容易与金属钢丝脱开，能够在高强度钢丝和低强度橡胶之间起到良好的过渡作用。同时轮胎在使用时由于肩部厚度厚且变形较大，因此生热较高；由于钢丝与橡胶极大的性能差异，极易因高温导致钢丝端点处与橡胶材料因不同步形变而脱层。而实施例1中，增加热缩性硅橡胶隔离胶后，随着温度的升高，热缩性硅橡胶隔离胶反而会向内收缩，使钢丝端点更加稳固，不易产生界面间的脱层。此外，带束层端点之上的区域因端点密集，形变最大，因此极易与上层覆盖的橡胶之间发生脱层。而实施例1所用的聚氨酯粘合胶的高抗撕裂性能能够起到良好的刚性梯度过渡作用，保证该区域的结构稳固性。将聚氨酯包边胶、热缩性硅橡胶隔离胶、聚氨酯粘合胶三种结构材料嵌入到端点结构的布置中，发挥各自材料的性能特点，由内向外形成了“端点固定-端点收缩-应力缓冲-降低生热”的结构层次，使应力梯度均匀过度，提升了带束层端点抗破坏的能力。

实施例2

如图1-4所示，本实施例采用以下设计方案制造的14.00R25 ETOH全钢子午线轮胎，并安装10.00-2.0英寸标准轮辋。该轮胎结构同实施例1，但聚氨酯包边胶和聚氨酯粘合胶采用德国拜耳/385E；热缩性硅橡胶隔离胶采用德国瓦克ELASTOSILR401/90；低生热橡胶采用马来西亚RSS3天然胶体系配制，配方见图14所示；关键指标：拉伸强度27MPa，伸长率539%，直角撕裂强度58kN/m，压缩生热 8.5℃。

具体地，本实施例中，第一层带束层的聚氨酯包边胶1单边宽度Bop=30+ρ，单位为mm；系数ρ=15；第二层带束层的聚氨酯包边胶1单边宽度Bsp=50+σ，单位为mm；系数σ=15；第三层带束层的聚氨酯包边胶1单边宽度Btp=50+σ，单位为mm；系数σ=20；第四层带束层的聚氨酯包边胶1单边宽度Bop=30+ρ，单位为mm；系数ρ=30。第一层带束层的厚度b1=n/125+0.2φ，单位为mm；系数φ=6；第二层带束层的厚度b2=n/125+0.4φ，单位为mm；系数φ=6；第三层带束层的厚度b3=n/125+0.4φ，单位为mm；系数φ=4；第四层带束层的厚度b4=n/125+0.2φ，单位为mm；系数φ=10；其中n为产品设计断面宽，取值360mm。第一层带束层的聚氨酯包边胶厚度p1=0.6+ψ，单位为mm；系数ψ=0.6；第二层带束层的聚氨酯包边胶1厚度p2=1.0+ω，单位为mm；系数ω=0.6；第三层带束层的聚氨酯包边胶1厚度p3=1.0+ω，单位为mm；系数ω=1；第四层带束层的聚氨酯包边胶1厚度p4=0.6+ψ，单位为mm；系数ψ=0.9；聚氨酯粘合胶4的厚度p5=2mm；低生热橡胶5的厚度n6=1mm；第二层带束层的热缩性硅橡胶隔离胶2厚度n1=1.0+ξ，单位为mm；系数ξ=0.7；第三层带束层的热缩性硅橡胶隔离胶2厚度n2=1.0+ξ，单位为mm；系数ξ=1；位于第二、三层带束层下方的聚氨酯包边胶1端点与热缩性硅橡胶隔离胶2的端点的差级Bnp=20mm，第二层带束层的热缩性硅橡胶隔离胶2上下端点的差级Bsn=10mm，第三层带束层的热缩性硅橡胶隔离胶2上下端点的差级Btn=15mm。第一层带束层与轮胎周向的夹角αb1=24°，为向右下倾斜；第二层带束层与轮胎周向的夹角αb2=18°，为向左下倾斜；第三层带束层与轮胎周向的夹角αb3=18°，为向右下倾斜；第四层带束层与轮胎周向的夹角αb4=20°，为向左下倾斜。

第二层带束层端点到胎肩端点的距离W2=β*Wr，单位为mm；系数β=0.183，Wr为轮胎行驶面宽度的1/2，取值155mm；第一层带束层端点到胎肩端点的距离W1=W2+2δ，单位为mm；系数δ=10；第三层带束层端点到胎肩端点的距离W3=W2+2ε，单位为mm；系数ε=7；第四层带束层端点到胎肩端点的距离W4=W3+2ε，单位为mm；系数ε=10；带束层垫胶9端点到胎肩端点的距离W5=W1+5ε，单位为mm；系数ε=6；胎冠中心点到胎肩端点的高度h=Wr*η，单位为mm；系数η=0.08；胎肩位置的总厚度St=Wr/θ，单位为mm；系数θ=2.06；胎肩位置胎面胶的厚度Tt=St*λ，单位为mm；系数λ=0.4；胎肩位置胎基胶6的厚度Bt=St*τ，单位为mm；系数τ=0.22；胎肩位置带束层垫胶的厚度Td=St*μ，单位为mm；系数μ=0.2；胎肩位置气密层15的厚度It=8mm；胎体的厚度Ct=3.2mm。

胎侧上端点到胎肩端点位置的距离Hs=28mm；聚氨酯粘合胶下端点到胎肩端点位置的距离Hp=40mm；胎面下端点到胎肩端点位置的距离Ht=50mm；胎基下端点到胎肩端点位置的距离Hb=60mm。

对比例2

对比例2为14.00R25 ETOH全钢子午线轮胎，与实施例2的区别之处在于肩部设计的尺寸不同，并安装10.00-2.0英寸标准轮辋。

对比例2与实施例2的具体区别之处在于：第二层带束层端点到胎肩端点的距离W2=β*Wr，单位为mm；系数β=0.21，Wr为轮胎行驶面宽度的1/2，取值155mm；第一层带束层端点到胎肩端点的距离W1=W2+2δ，单位为mm；系数δ=23；第三层带束层端点到胎肩端点的距离W3=W2+2ε，单位为mm；系数ε=5；第四层带束层端点到胎肩端点的距离W4=W3+2ε，单位为mm；系数ε=15；带束层垫胶端点到胎肩端点的距离W5=W1+5ε，单位为mm；系数ε=12；胎冠中心点到胎肩端点的高度h=Wr*η，单位为mm；系数η=0.045；胎肩位置的总厚度St=Wr/θ，单位为mm；系数θ=1.82；胎肩位置胎面胶的厚度Tt=St*λ，单位为mm；系数λ=0.5；胎肩位置胎基胶的厚度Bt=St*τ，单位为mm；系数τ=0.13；胎肩位置带束层垫胶的厚度Td=St*μ，单位为mm；系数μ=0.33；胎肩位置气密层的厚度It=5mm；胎体的厚度Ct=2.8mm。

胎侧上端点到胎肩端点位置的距离Hs=24mm；聚氨酯粘合胶下端点到胎肩端点位置的距离Hp=50mm；胎面下端点到胎肩端点位置的距离Ht=60mm；胎基下端点到胎肩端点位置的距离Hb=70mm。

经有限元分析，如图6所示，模拟产品实际使用的气压和负荷以及运动过程，采用本发明的设计方案，轮胎肩部的应力应变都要比对比例2的设计方案要小，即肩部端点具有更强的耐久性能。

经实验测试，对比例2的14.00R25 ETOH全钢子午线轮胎的胎肩耐久为120h0min（如图12所示），在实际市场使用中，仍然与市场同类产品存在同样的后期脱层的问题，肩部在实际使用中耐久性能与现市场产品基本处于同一水平。而本实施例的14.00R25ETOH全钢子午线轮胎的胎肩耐久为137h34min（如图11所示），比对比例2提升了15%。该产品主要用于软质矿好路况工况，第一批次生产1000条，在内蒙锡林郭勒盟地区使用300天，胎面磨损完毕后卸胎，轮胎单胎负荷载重大，超载比例达到160%，使用周期长，肩部故障率＜4％，对比老产品故障率降低5%以上，比同期使用的竞品寿命提升40%以上，获得用户认100%订单；第二批次生产2000条14.00R25 ETOH在巴基斯坦塔尔项目使用，平均寿命380天，胎面磨损完毕后卸胎，轮胎单胎负荷载重大，超载比例达到160%，使用周期长，肩部故障率＜4％，对比老产品故障率降低5%以上，对比同期使用竞品寿命提升30%以上，从2021年7月份开始即获得客户100%采购份额。

分析导致以上结果的原因：实施例2中，肩部各材料的尺寸相应地根据带束层端点的结构特点进行了调整，各材料的差级契合肩部应力过渡实现差级均匀分布，从内向外，从上到下均形成了材料和结构的均匀过渡，进一步提升了肩部性能的耐久性能。

对比例3

对比例3为14.00R25 SUPER ETOT全钢子午线轮胎，与实施例1的区别在于对比例3仅设置了聚氨酯包边胶1和低生热橡胶5，没有设置热缩性硅橡胶隔离胶2和聚氨酯粘合胶4，其余设计全都一致，并安装10.00-2.0英寸标准轮辋。

经有限元分析，如图7所示，模拟产品实际使用的气压和负荷以及运动过程，采用对比例3设计方案，轮胎肩部的应力应变都要比实施例1的设计方案要大，即实施例1的肩部端点具有更强的耐久性能。

实施例1与对比例3进一步验证了：轮胎在使用时由于肩部厚度厚且变形较大，因此生热较高；由于钢丝与橡胶极大的性能差异，极易因高温导致钢丝端点处与橡胶材料因不同步形变而脱层。而实施例1中，增加热缩性硅橡胶隔离胶2后，随着温度的升高，热缩性硅橡胶隔离胶2反而会向内收缩，使钢丝端点更加稳固，不易产生界面间的脱层。带束层端点之上的区域因端点密集，形变最大，因此极易与上层覆盖的橡胶之间发生脱层。而实施例1所用的聚氨酯粘合胶4的高抗撕裂性能能够起到良好的刚性梯度过渡作用，保证该区域的结构稳固性。将聚氨酯包边胶1、热缩性硅橡胶隔离胶2、聚氨酯粘合胶4三种结构材料嵌入到端点结构的布置中，发挥各自材料的性能特点，由内向外形成了“端点固定-端点收缩-应力缓冲-降低生热”的结构层次，使应力梯度均匀过度，提升了带束层端点抗破坏的能力。

对比例4

对比例4为14.00R25 SUPER ETOT全钢子午线轮胎，与实施例1的区别在于对比例4仅设置了聚氨酯包边胶1和热缩性硅橡胶隔离胶2，没有设置低生热粘合胶片5和聚氨酯粘合胶4，其余设计全都一致，并安装10.00-2.0英寸标准轮辋。

经有限元分析，如图8所示，模拟产品实际使用的气压和负荷以及运动过程，采用对比例4设计方案，轮胎肩部的应力应变都要比实施例1的设计方案要大，即实施例1的肩部端点具有更强的耐久性能。

分析导致以上结果的原因：胎基胶和带束层端点之间的缓冲区域应力应变大、生热高，因此实施例1在该区域内采用一层低生热橡胶5，能够有效降低高剪切形变产生的热量，从而降低该区域脱层风险。带束层端点之上的区域因端点密集，形变最大，因此极易与上层覆盖的橡胶之间发生脱层。而实施例1所用的聚氨酯粘合胶4的高抗撕裂性能能够起到良好的刚性梯度过渡作用，保证该区域的结构稳固性。将聚氨酯包边胶1、热缩性硅橡胶隔离胶2、聚氨酯粘合胶4三种结构材料嵌入到端点结构的布置中，发挥各自材料的性能特点，由内向外形成了“端点固定-端点收缩-应力缓冲-降低生热”的结构层次，使应力梯度均匀过度，提升了带束层端点抗破坏的能力。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，所述轮胎的胎基胶（6）下方贴合有低生热橡胶（5），低生热橡胶（5）的下方位于胎肩（8）处贴合有聚氨酯粘合胶（4），低生热橡胶（5）覆盖住聚氨酯粘合胶（4），聚氨酯粘合胶（4）覆盖住带束层端点；每根带束层的端点处包裹有聚氨酯包边胶（1），中部带束层的端点处在聚氨酯包边胶（1）的外面还包裹有热塑性硅橡胶隔离胶（2）；其中，聚氨酯包边胶（1）和聚氨酯粘合胶（4）均采用满足以下条件的聚氨酯橡胶：拉伸强度≥35MPa，伸长率≥650%，直角撕裂强度≥60kN/m，硬度≥80HA；热塑性硅橡胶隔离胶（2）采用满足以下条件的橡胶：拉伸强度为4.9~13.7MPa，伸长率≥300%，直角撕裂强度≥25kN/m，硬度≥60HA；低生热橡胶（5）采用满足以下条件的橡胶：拉伸强度为20~27MPa，伸长率为500~700%，直角撕裂强度≥45kN/m，压缩生热≤8.5℃。

2.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，第一层和最外层带束层的聚氨酯包边胶（1）单边宽度为30+ρ，单位为mm；中部带束层的聚氨酯包边胶（1）单边宽度为50+σ，单位为mm；系数ρ=0~30，系数σ=0~20；第一层和最外层带束层的聚氨酯包边胶（1）厚度为0.6+ψ，单位为mm；中部带束层聚氨酯包边胶（1）厚度为1.0+ω，单位为mm；系数ψ=0~0.9，系数ω=0.5~1。

3.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，第一层和最外层带束层的厚度为n/125+0.2φ，单位为mm；中部带束层的厚度为n/125+0.4φ，单位为mm；其中，n为产品设计断面宽，单位为mm；系数φ=0~10。

4.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，聚氨酯粘合胶（4）的厚度为1~2mm，低生热橡胶（5）的厚度为1~2mm。

5.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，中部带束层的热缩性硅橡胶隔离胶（2）厚度为1.0+ξ，单位为mm；系数ξ=0.5~1。

6.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，位于中部带束层下方的聚氨酯包边胶（1）的端点与热缩性硅橡胶隔离胶（2）的端点的差级为10-20mm，中部带束层的热缩性硅橡胶隔离胶（2）的上下端点的差级为10-15mm。

7.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，各层带束层呈交叉倾斜结构。

8.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，所述轮胎共设有四层带束层，第二层带束层端点到胎肩端点的距离W2=β*Wr，单位为mm；其中，系数β=0.1~0.2，Wr为轮胎行驶面宽度的1/2，Wr的单位为mm；第一层带束层端点到胎肩端点的距离W1=W2+2δ，单位为mm；系数δ=10~20；第三层带束层端点到胎肩端点的距离W3=W2+2ε，单位为mm；第四层带束层端点到胎肩端点的距离W4=W3+2ε，单位为mm；带束层垫胶端点到胎肩端点的距离W5=W1+5ε，单位为mm；系数ε=6~10；胎冠中心点到胎肩端点的高度h=Wr*η，单位为mm；系数η=0.05~0.08；胎肩位置的总厚度St=Wr/θ，单位为mm；系数θ=1.88~2.09。

9.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，胎肩位置的胎面胶厚度Tt=St*λ，单位为mm；系数λ=0.3~0.4；胎肩位置的胎基胶（6）厚度Bt=St*τ，单位为mm；系数τ=0.15~0.22；胎肩位置的带束层垫胶（9）厚度Td=St*μ，单位为mm；系数μ=0.2~0.3。

10.如权利要求1所述的提高带束层端点抗疲劳性能的全钢子午线轮胎，其特征在于，胎侧上端点到胎肩端点位置的距离Hs=25~35mm；聚氨酯粘合胶（4）下端点到胎肩端点位置的距离Hp=40~45mm；胎面下端点到胎肩端点位置的距离Ht=50~55mm；胎基下端点到胎肩端点位置的距离Hb=60~65mm。

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