CN114761254B - 包括由多种弹性体共混物形成的胎面的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轮胎，其胎面(6)包括至少两个弹性体共混物层(61、62)。根据本发明，两个工作胎冠层(51、52)和至少一个具有周向增强元件(43)的层(53)为存在于胎面(6)的至少80％的宽度上用以形成胎冠增强件(5)的仅有的层，角度α2和角度α1的绝对值之差的绝对值大于4°，以绝对值而言α2大于α1，平均角度α满足关系式14+131*exp(‑L/100)<α<28+110*exp(‑L/100)。根据本发明，形成胎面的径向外部部分的第一层(51)由第一弹性体共混物形成，所述第一弹性体共混物的在10％伸长下的拉伸应力弹性模量小于或等于10MPa，第二层(62)由中央部分(621)和两个轴向外部部分(622)形成，厚度大于或等于1+max(1.5*(p2‑1.5)+11*(F2/FR2‑0.14),0)的所述中央部分由第二弹性体共混物形成，所述第二弹性体共混物具有大于或等于15MPa的在10％伸长下的拉伸应力弹性模量以及小于或等于0.30的最大tan(δ)值，轴向外部部分(622)由具有小于0.15的最大tan(δ)值的第三弹性体共混物形成。

Description

包括由多种弹性体共混物形成的胎面的轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎，更特别地涉及旨在装配承载重负荷且以持久速度行驶的车辆(如例如卡车、牵引车、拖车或大客车)的轮胎。
背景技术
在重载类型的轮胎中，胎体增强件通常锚固在胎圈区域中的两侧，并且在径向上被由叠置的至少两个层构成的胎冠增强件覆盖，所述至少两个层由丝线或帘线形成，所述丝线或帘线在每个层中平行并且从一个层至下一个层交叉，与周向方向形成在10°至45°之间的角度。形成工作增强件的所述工作层还可以覆盖有至少一个被称为保护层的层，所述保护层由有利地为金属且可伸展的增强元件(其被称为弹性增强元件)形成。其还可以包括具有低伸展性的金属丝线或帘线的层，所述金属丝线或帘线与周向方向形成在45°至90°之间的角度，该帘布层被称为三角帘布层并且在径向上位于胎体增强件与第一胎冠帘布层(被称为工作帘布层)之间，胎体增强件和第一胎冠帘布层由具有绝对值至多等于45°的角度的平行丝线或帘线形成。三角帘布层与至少所述工作帘布层形成三角增强件，所述三角增强件在其所经受的各种应力下具有很小的变形，所述三角帘布层基本上用来吸收施加于轮胎胎冠区域中的所有增强元件上的横向压缩力。
在“重载型”车辆的轮胎的情况中，通常仅存在一个保护层，并且其保护元件在大多数情况下以与位于径向最外侧并因此是径向邻近的工作层的增强元件相同的方向和相同的角度绝对值定向。在旨在行驶在或多或少崎岖的路面上的施工场地轮胎的情况中，存在两个保护层是有利的，增强元件从一个层至下一个层交叉，并且径向内部保护层的增强元件与邻近于所述径向内部保护层的径向外部工作层的不可伸展的增强元件交叉。
在径向上位于胎冠增强件外侧的胎面通常由弹性体材料构成并且旨在在轮胎与地面接触的接地面中与地面接触。
当帘线在等于10％断裂力的拉伸力下显示出至多等于0.2％的相对伸长时，所述帘线被称为是不可伸展的。
当帘线在等于断裂负荷的拉伸力下显示出至少等于3％的相对伸长和小于150GPa的最大切线模量时，所述帘线被称为是弹性的。
轮胎的周向方向或纵向方向为与轮胎的外周相对应并由轮胎的行驶方向限定的方向。
轮胎的旋转轴线为轮胎在正常使用时轮胎转动所围绕的轴线。
径向平面或子午平面为包含轮胎的旋转轴线的平面。
周向中平面或赤道平面为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。轴向距离在轴向方向上进行测量。表述“分别在轴向上位于内侧或在轴向上位于外侧”意指“从赤道平面测量的轴向距离分别小于或大于”。
径向方向为与轮胎的旋转轴线相交并与其垂直的方向。径向距离沿着径向方向进行测量。表述“分别在径向上位于内侧或在径向上位于外侧”意指“从轮胎的旋转轴线测量的径向距离分别小于或大于”。轮胎上的点的半径为在所述点与轮胎的旋转轴线之间的径向距离。
对于金属丝线或帘线，根据1984年的标准ISO 6892在张力下测量断裂力(以N计的最大负荷)、断裂强度(以MPa计)、断裂伸长(以％计的总伸长)和模量(以GPa计)。这些测量在从新轮胎中取出的帘线上进行。
对于橡胶组合物，根据1988年9月的标准AFNOR-NFT-46002在张力下进行模量测量：在第二次伸长中(即在适应循环之后)测量(根据1979年12月的标准AFNOR-NFT-40101的标准温度和相对湿度条件)在10％伸长下的标称割线模量(或表观应力，以MPa计)。
由于公路网络的改进和全世界高速公路网络的扩张，一些当今被称为“公路”轮胎的轮胎旨在以高速行驶越来越长的路程。因轮胎上的磨损减少，所以这种轮胎行驶的组合条件毫无疑问地使得行驶的英里数增加；然而另一方面，这种轮胎的耐久性，特别是胎冠增强件的耐久性受到不利影响。
这是因为在胎冠增强件中存在应力，更特别是在胎冠层之间的剪切应力，加上在轴向最短胎冠层的端部处操作温度的不可忽略的升高，这样产生如下结果：导致裂纹在橡胶中出现并且在所述端部蔓延。该问题存在于两个增强元件层的边缘的情况中，所述层不一定径向邻近。
为了限制轮胎胎冠中的温度过度增加，将制成胎面的材料有利地选择为使得滞后性损失适合于轮胎的操作条件。
此外，为了改进所考虑类型的轮胎的胎冠增强件的耐久性，已经提供了与在帘布层端部(更特别是轴向最短帘布层的端部)之间设置和/或围绕帘布层端部(更特别是轴向最短帘布层的端部)设置的橡胶配混物的层和/或成型元件的结构和品质相关的解决方案。
为了改进位于胎冠增强件边缘附近的橡胶配混物的抗劣化性，专利FR 1 389 428建议结合低滞后性胎面使用如下橡胶成型元件，所述橡胶成型元件至少覆盖胎冠增强件的侧面和边缘并且由滞后性极低的橡胶配混物构成。
为了避免胎冠增强件帘布层之间的分离，专利FR 2 222 232教导了将增强件的端部包覆在橡胶垫中，所述橡胶垫的肖氏A硬度与包围所述增强件的胎面的肖氏A硬度不同，并且高于位于胎冠增强件和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。
法国申请FR 2 728 510提出，一方面，在胎体增强件与径向最接近旋转轴线的胎冠增强件工作帘布层之间设置轴向连续的帘布层，所述轴向连续的帘布层由与周向方向形成至少等于60°的角度的不可伸展的金属帘线形成并且其轴向宽度至少等于最短工作胎冠帘布层的轴向宽度，另一方面，在两个工作胎冠帘布层之间设置附加帘布层，所述附加帘布层由基本上平行于周向方向定向的金属元件形成。
法国申请WO 99/24269也提出，在赤道平面的每一侧上并且在具有基本上平行于周向方向的增强元件的附加帘布层的直接轴向延伸部分中，由从一个帘布层至下一个帘布层交叉的增强元件形成的两个工作胎冠帘布层在一定的轴向距离上联接，然后通过橡胶配混物的成型元件至少在所述两个工作帘布层公共的剩余宽度上脱离联接。
这种轮胎耐久性的改进使得可以在胎面已磨损时至少考虑翻新的可能性。特别地，在胎面被磨掉之后需要翻新轮胎的情况下，为了使新胎面的使用最佳，待翻新的轮胎必须未处于太晚期的老化状态。
为了更进一步增加轮胎的寿命，通常的实践是选择具有改进的耐磨损性性能的弹性体材料来制成胎面。由于这样的材料通常对滞后性性能产生不利的影响，还已知的实践是通过两种不同材料的径向叠置来制成轮胎的胎面，从而获得对于所设想的应用而言令人满意的磨损性能-滞后性性能的折衷。
这样的轮胎例如在文献US 6,247,512中有描述。所述文献描述了两个材料层的叠置用以形成胎面，与地面接触的外部材料尤其是在磨损方面表现得更好，而内部材料具有的滞后性性能允许限制轮胎在胎冠区域中的温度增加。
因为在行驶过程中由于小石块或其它可攻击胎面的物体而使胎面中出现穿孔，所以轮胎的耐久性性能会仍然受到不利影响。这些穿孔可通过氧化导致胎冠增强件的增强元件劣化，从而使轮胎不可翻新。在通过氧化而严重受损的情况下，增强元件的劣化会使得在胎面完全磨损之前就需要更换车辆上的轮胎。
特别已知的是，为了避免对工作层产生不利影响的风险，设置如上所述的保护层，该保护层在穿孔类型的攻击或对胎面的攻击的情况中起到牺牲性的作用从而使得可以进行翻新，另外使胎冠增强件受到保护。
这些解决方案并不能防止穿孔，并且在某些特别严苛的行驶条件下可能不足以保持整个胎冠增强件的完整性。
文献WO2019048762描述了一种轮胎，其胎冠增强件和胎圈区域的设计使得轮胎减轻。
专利申请WO 2018/162863描述了一种轮胎，其表现出与上文所述轮胎相同的磨损性能，其中在胎冠区域的温度增加受到限制以提供更好的滞后性性能，并且在驶过某些类型的多石地面时的抗穿孔和抗攻击方面的性能得到改进。
发明内容
发明人为其自身设定的任务是提出这样的轮胎，其与更常规的轮胎相比，在考虑翻新之前允许更大的行驶距离，从而更进一步地改进在磨损方面的性能特性、滞后性以及在抗穿孔和抗攻击方面的性能特性。
根据本发明，该目的已通过一种用于重载型车辆的轮胎实现，所述轮胎包括胎冠增强件和至少一个周向增强元件层，所述胎冠增强件包括具有增强元件的两个工作胎冠层，所述增强元件从一个层至另一个层交叉并且与周向方向形成介于8°至45°之间的角度(α1、α2)，所述角度α1和角度α2在周向方向的两侧定向，所述胎冠增强件在径向上由胎面覆盖，所述胎面的胎面花纹包括至少两个周向沟槽，所述胎面通过两个胎侧连接至两个胎圈，所述胎面包括至少两个径向叠置的弹性体配混物层，其中
-两个工作胎冠层沿轴向在至少位于两个轴向最外周向沟槽之间的轴向宽度上延伸，两个工作胎冠层和所述至少一个周向增强元件层为存在于胎冠增强件的至少80％的轴向宽度上用以构成胎冠增强件的仅有的层，
-径向最外工作层的增强元件与周向方向形成的角度α2以绝对值而言大于由径向最内工作层的增强元件与周向方向形成的角度α1，
-角度α2和角度α1的绝对值之差的绝对值大于4°，
-平均角度α满足以下关系式：
14+131*exp(-L/100)<α<28+110*exp(-L/100)，
α由关系式Arctan((tan(|α1|)*tan(|α2|))1/2)限定，L为沿轴向方向测量的轮胎的最大宽度并以mm表示，
-径向最外工作层的断裂潜能指数F2/FR2小于1/6，其中：
FR2为径向最外工作层的帘线在单轴拉伸时的断裂力，
F2＝p2*Tc*[(tan(|α1|)/((tan(|α1|)+tan(|α2|)))/cos2(|α2|)+CF]，其中
Tc＝0.078*P*Rs*(1-(Rs2-RL2)/(2*Rt*Rs))，
P为轮胎充气压力，
CF＝0.00035*(min((L-80)/sin(|α1|),(L-80)/sin(|α2|),480)-480)，
p2为径向最外工作胎冠层的增强元件铺设的间距，所述间距在周向中平面处垂直于增强元件测得，
Rs＝Re-Es，
Re为轮胎的外半径，在轮胎的胎面表面上的径向最外点处测得，所述表面被外推以填充可能存在的任何空隙，
Es为轮胎的径向最外点与其在径向最内工作胎冠层的增强元件的径向外部面上的正交投影之间的径向距离，
RL为轮胎两侧的轴向最外点的半径的平均值，
Rt为穿过以下三个点的圆的半径，所述三个点位于空隙外侧的胎面的外表面上并且与胎肩端部的轴向距离分别等于胎面的宽度的1/4、1/2和3/4，
-形成胎面的径向外部部分的第一层由第一弹性体配混物构成，所述第一弹性体配混物具有小于或等于10MPa的在10％伸长下的拉伸弹性模量，
-第二径向内部层由中央部分和两个轴向外部部分构成，所述中央部分的轴向宽度介于具有胎冠增强元件且轴向宽度最小的工作胎冠层的端部之间，
-第二层的所述中央部分由第二弹性体配混物制成，所述第二弹性体配混物具有大于或等于15MPa的在10％伸长下的拉伸弹性模量，
-第二弹性体配混物具有小于或等于0.30的表示为tan(δ)max的最大tan(δ)值，
-所述中央部分的在径向方向上测量的以毫米表示的厚度大于或等于1+max(1.5*(p2-1.5)+11*(F2/FR2-0.14),0)，以及
-第二层的所述轴向外部部分由第三弹性体配混物制成，所述第三弹性体配混物具有小于0.15的表示为tan(δ)max的最大tan(δ)值。
宽度L和各种半径在安装于其标称轮辋上并被充气到其标称压力的轮胎上测得，并以毫米表示。
厚度Es和间距p2在轮胎的横截面上测得，并以毫米表示。
以度表示的角度α1和角度α2也在轮胎的横截面上测得。根据本发明，角度在周向中平面处测得。
损耗因子tan(δ)为橡胶配混物层的动力学性能。其在粘度分析仪(MetravibVA4000)上根据标准ASTM D 5992-96进行测量。记录在60℃的温度下经受10Hz频率下的简单交变正弦剪切应力的硫化组合物样品(厚度为2mm并且横截面为78mm2的圆柱状测试试样)的响应。从0.1％至50％(向外循环)，然后从50％至1％(返回循环)进行应变振幅扫描。使用的结果为在返回循环中测得的复数动力学剪切模量(G*)和损耗因子tan(δ)。对于返回循环，显示出观察到的最大tan(δ)值，以tan(δ)max表示。
在材料厚度在1mm至2mm之间的情况下，如前所述，损耗因子tan(δ)根据相同的方法并在相同的条件下，在厚度为1mm且横截面为78mm2的圆柱状测试试样形式的硫化组合物样品上进行测量。
滚动阻力为当轮胎行驶时出现的阻力，并且表现为所述轮胎的温度增加。滚动阻力因此由与轮胎在旋转一圈的过程中的变形相关的滞后性损失表示。所使用的材料的tan(δ)值在10Hz下在30℃至100℃之间测得从而并入由于轮胎旋转造成的各种变形频率的影响。在60℃下的tan(δ)值因此对应于在行驶期间轮胎的滚动阻力的指标。
本发明更特别地针对具有径向胎体增强件的轮胎。
根据本发明优选地，所述至少一个周向增强元件层为轴向连续的，并且还优选以周向中平面为中心。
用根据本发明的轮胎进行的测试已经证实轮胎在磨损、滚动阻力和耐久性方面具有改进的令人满意的性能特性，并且特别是其在抗穿孔和抗攻击方面的性能特性与更常规的轮胎相比得到改进。
发明人首先能够证实组合如上所述的各种弹性体配混物使得可以实现耐磨损性性能与轮胎胎冠处的温度增加之间的折衷，所述折衷对于如上所述的道路使用来说是令人满意的。具体地，上述各种配混物的组合进一步与减轻的胎冠增强件(其仅由两个工作层和所述至少一个周向增强元件层构成)结合使得可以降低轮胎的整体滞后性，因为径向最内第二层的两个轴向外部部分的弹性体配混物抵消了径向最外配混物的高滞后性性能。事实上，例如针对其使得高磨损性能的刚度性能而选择的径向最外配混物促使胎面的温度增加。发明人已进一步证实，因为第二层的中央部分在行驶期间几乎不变形，所以第二层中的中央部分的材料选择(然而该材料的滞后性性能是不利的)在温度升高方面并无不利。
此外，发明人已经能够证实，将上述各种弹性体配混物的组合与上述角度α1和角度α2的绝对值之差的绝对值结合，连同平均角度α、断裂潜能指数F2/FR2和所述至少一个周向增强元件层，出人意料地更进一步改进了轮胎的磨损性能特性。
此外，构成第二层的中央部分的弹性体配混物具有发明人认为对抗穿孔方面的性能特性有利的刚度性能。发明人已进一步证实，第一层以至少1mm的径向厚度在沟槽径向内侧的存在使得因第二层的中央部分的高刚度而可以限制如下风险：裂纹在沟槽的径向内部部分中出现并蔓延。否则，这样的裂纹会成为由这些沟槽界定的胎面中一个或多个部分的初始崩花的原因。
此外，结果已经表明通过减少构成胎冠增强件的层数可以使得根据本发明的轮胎减轻，而所述增强件仍然有助于尤其是相对于在例如驶过多石地面时胎面所经受的冲击负荷而言改进轮胎胎冠的耐久性能。特别地，本领域技术人员知晓，为了改进轮胎的胎冠增强件相对于该类型冲击负荷而言的耐久性能，通常的实践是增加增强元件的层数。
发明人认为，这些结果可以通过以下事实来解释：由径向最内工作胎冠层的增强元件与周向方向形成的角度为以绝对值而言比由径向最外工作胎冠层的增强元件形成的角度小的角度。他们发现，这种较小的角度似乎使得在发生这样的冲击负荷时增强元件对张力的吸收延迟。通常，如果冲击负荷与在驶过多石地面时观察到的冲击负荷相当，增强元件的断裂(如果发生这样的断裂)发现于径向最内层中。这些观察结果似乎表明，面对这种类型的攻击，在两个工作胎冠层之间的增强元件的角度差异使得能够改进轮胎的耐久性能，并同时减少胎冠增强件中的层数。
发明人还观察到，对上述角度α1和角度α2的绝对值之差的绝对值的选择(上述角度α1和角度α2与平均角度α、断裂潜能指数F2/FR2、以及周向增强元件层的存在相关联，所有均如根据本发明所限定的那样)可使得能够免除通常沿径向安装在胎冠增强件的其它层的外侧上的保护层。这样的层通常存在，使得其在对轮胎的切割类型攻击的情况下可被牺牲，而所述切割类型攻击可通过与所述增强元件的疲劳相关的腐蚀现象而损害金属增强元件的完整性。发明人有效地观察到，当轮胎被充气或当其用在正常行驶中时，根据本发明的轮胎的径向最外工作胎冠层的增强元件相比于更常规的轮胎的径向最外工作胎冠层的增强元件而言受到更小的应力；所述更常规的轮胎显示出在不同工作层的增强元件之间的以绝对值而言的角度差异更小，径向最内层工作层的增强元件所形成的角度以绝对值而言大于或等于径向最外侧工作层的增强元件的角度，并且断裂潜能指数F2/FR2更高。因此，尤其是由于径向最外工作层的增强元件形成特别高的角度并且由于存在所述至少一个周向增强元件层，所以根据本发明的轮胎的径向最外工作胎冠层的增强元件具有大大优于更常规的轮胎的耐久性能；因此，发明人发现可以省略保护层，从而有助于减轻轮胎。此外，所述至少一个周向增强元件层的存在允许两个工作胎冠层的增强元件的平均角度α高于由更常规的轮胎中两个工作胎冠层的增强元件所限定的平均角度。这是因为由所述至少一个周向增强元件层的存在所提供的周向刚度能够使得由每个工作胎冠层的增强元件与周向方向形成的角度增加，因此当在重负荷下行驶时或当与向前行进方向形成的角度非常大时所述角度似乎有利于轮胎的操作，尤其是机动性。因此，发明人已经能够证明，无论如何使用，轮胎的动力学性能特别是侧偏刚度均得以保持或甚至得以改进。
根据本发明的优选实施方案，形成胎面的径向外部部分的所述第一层在所述至少两个沟槽的径向内侧以在径向方向上测得的大于2mm的厚度存在。
根据本发明有利地，所述第二层与形成胎面的径向外部部分的所述第一层接触。
根据本发明还优选地，为了还更好地防止与穿孔对胎面的攻击相关的风险，第二弹性体配混物具有大于或等于22MPa的在10％伸长下的拉伸弹性模量。
尽管发明人已证实第二层的中央部分在变形方面是相对无应力的，但是第二弹性体配混物有利地具有小于或等于0.20的表示为tan(δ)max的最大tan(δ)值。
根据本发明的变体实施方案，胎面的所述第二层的中央部分完全由第二弹性体配混物组成。
根据本发明的变体实施方案，两个工作层在所述工作层的每个端部处沿轴向方向在至少一部分长度上是未联接的，所述中央部分具有介于工作层的未联接区域之间的轴向宽度。
出于本发明的目的，如果每个层的各自增强元件沿径向间隔开比赤道平面中径向分离所述两个层的距离大至少0.5mm的距离，则称胎冠增强件的增强元件层是未联接的，所述距离在每个层的所述增强元件的各自上下母线之间沿径向进行测量。
发明人还能够证实，在这样的两个工作层，即其端部尤其是未联接的以能够吸收在两个工作层的端部之间的剪切应力的两个工作层的存在下，为了防止温度过度升高，优选的是第二层的中央部分，更具体而言是第二弹性体配混物不存在于未联接的区域中。
根据本发明的一个优选实施方案，角度α2和角度α1的绝对值之差的绝对值大于或等于10°，优选大于14°。根据该实施方案，并且根据上文提供的解释，可以进一步改进径向最外工作层的增强元件的耐久性能，和/或进一步改进轮胎的相对于冲击负荷(例如在驶过多石地面时所经受的冲击负荷)而言的性能。
根据本发明还优选地，为了进一步改进轮胎的相对于冲击负荷(例如在驶过多石地面时所经受的那些冲击负荷)而言的性能，平均角度α满足关系式：α>20+164*exp(-L/100)。
根据本发明还有利地，径向最外工作层的断裂潜能指数F2/FR2小于1/8。这样的断裂潜能指数F2/FR2进一步有助于改进在轮胎使用时径向最外工作层的增强元件的耐久性能。
根据本发明优选地，径向最内工作层的断裂潜能指数F1/FR1小于1/3，其中：
FR1为径向最内工作层的帘线在单轴拉伸时的断裂力，
F1＝p1*Tc*[(tan(|α2|)/(tan(|α1|)+tan(|α2|)))/cos2(|α1|)+C]，其中
p1为径向最内工作胎冠层的增强元件铺设的间距，所述间距在周向中平面处垂直于增强元件测得。
还优选地，径向最内工作层的断裂潜能指数F1/FR1比径向最外工作层的断裂潜能指数F2/FR2高至少30％。
根据本发明实施方案的有利替代形式，所述至少一个周向增强元件层具有的轴向宽度大于0.5xL。
L为当轮胎安装在其使用轮辋上并且被充气到其建议压力时该轮胎的最大轴向宽度。
增强元件层的轴向宽度在轮胎的横截面上进行测量，因此轮胎处于未充气状态。
根据本发明的一个优选实施方案，两个工作胎冠层具有不同的轴向宽度，轴向最宽工作胎冠层的轴向宽度与轴向宽度最小的工作胎冠层的轴向宽度之间的差值在10mm至30mm之间。
根据本发明的一个优选实施方案，所述至少一个周向增强元件层在径向上设置在两个工作胎冠层之间。
根据本发明的该实施方案，相比于在径向上位于工作层的外侧的相似的层，所述至少一个周向增强元件层使得能够更大程度地限制胎体增强件的增强元件的压缩。其优选通过至少一个工作层与胎体增强件沿径向分离，从而限制所述增强元件上的应力负荷并且避免增强元件过度疲劳。
根据本发明还有利地，在径向上与所述至少一个周向增强元件层邻近的工作胎冠层的轴向宽度大于所述至少一个周向增强元件层的轴向宽度，并且优选地，在赤道平面的两侧上并在所述至少一个周向增强元件层的紧邻轴向延伸部分中，与所述至少一个周向增强元件层邻近的所述工作胎冠层在轴向宽度上是联接的，然后通过橡胶配混物层从而至少在所述两个工作层公共的剩余宽度上是未联接的。
在与所述至少一个周向增强元件层邻近的工作胎冠层之间存在这样的联接使得可降低作用于最接近该联接的轴向最外周向元件的拉伸应力。
根据本发明的一个有利实施方案，所述至少一个周向增强元件层的增强元件为金属增强元件，所述金属增强元件具有的在0.7％伸长下的割线模量在10GPa至120GPa之间，并且其最大切线模量小于150GPa。
根据一个优选的实施方案，增强元件在0.7％伸长下的割线模量小于100GPa且大于20GPa，优选在30GPa至90GPa之间，更优选小于80GPa。
还优选地，增强元件的最大切线模量小于130GPa，更优选小于120GPa。
上述模量在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用20MPa的预负荷确定)上测得，拉伸应力对应于针对增强元件的金属横截面进行校正的所测张力。对从轮胎移出的在周向增强元件层的从所述层的轴向端部朝向所述层的内侧以50mm的轴向宽度延伸的部分上的帘线进行测量。
相同增强元件的模量可以在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用10MPa的预负荷确定)上测得，拉伸应力对应于针对增强元件的整个横截面进行校正的所测张力。增强元件的整个横截面为由金属和橡胶构成的复合元件的横截面，所述橡胶已尤其在固化轮胎阶段的过程中渗入增强元件；所讨论的增强元件的这种整个横截面大约是增强元件的金属横截面的两倍。
根据与增强元件的整个横截面相关的该构想，至少一个周向增强元件层的轴向外部部分和中间部分的增强元件为这样的金属增强元件，其具有在5GPa至60GPa之间的0.7％伸长下的割线模量以及小于75GPa的最大切线模量。
根据一个优选的实施方案，增强元件在0.7％伸长下的割线模量小于50GPa且大于10GPa，优选在15GPa至45GPa之间，更优选小于40GPa。
还优选地，增强元件的最大切线模量小于65GPa，更优选小于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为这样的金属增强元件，其具有的拉伸应力随相对伸长变化的曲线对于较小伸长显示出平缓梯度而对于较大伸长显示出基本恒定的陡峭梯度。
增强元件的上述各个特性在取自轮胎的增强元件上测得。
根据本发明，更特别适于制备至少一个周向增强元件层的增强元件为例如规格21.23的组件，所述组件的构造为3x(0.26+6x0.23)4.8/7.5SS；这种成股帘线由规格为3x(1+6)的21根基本丝线组成，其中3个线股捻合在一起，每一线股由7根丝线组成，形成中间芯部的一根丝线的直径等于26/100mm，6根缠绕丝线的直径等于23/100mm。这种帘线具有等于45GPa的在0.7％下的割线模量以及等于98GPa的最大切线模量，这些模量在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用20MPa的预负荷确定)上测得，拉伸应力对应于针对增强元件的金属横截面进行校正的所测张力。在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用10MPa的预负荷确定)上(拉伸应力对应于针对增强元件的整个横截面进行校正的所测张力)，这种规格为21.23的帘线具有等于23GPa的在0.7％下的割线模量以及等于49GPa的最大切线模量。
以同样的方式，增强元件的另一个示例为规格21.28的组件，所述组件的构造为3x(0.32+6x0.28)5.6/9.3SS。该帘线具有等于56GPa的在0.7％下的割线模量以及等于102GPa的最大切线模量，这些模量在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用20MPa的预负荷确定)上测得，拉伸应力对应于针对增强元件的金属横截面进行校正的所测张力。在拉伸应力随伸长变化的曲线(所述曲线使用10MPa的预负荷确定)上(拉伸应力对应于针对增强元件的整个横截面进行校正的所测张力)，这种规格为21.28的帘线具有等于27GPa的在0.7％下的割线模量以及等于49GPa的最大切线模量。
在至少一个周向增强元件层中使用这样的增强元件尤其使得即使在常规制造方法中的成型和固化阶段之后仍然能够维持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展的金属元件形成，所述金属元件以一定方式切割从而形成长度远小于最短层的周长但是优选大于所述周长的0.1倍的部分，所述部分之间的切口沿轴向彼此偏离。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伸展性的工作胎冠层的在相同条件下测得的拉伸弹性模量。这样的实施方案使得能够以简单的方式赋予周向增强元件层一定的模量，所述模量可以容易地进行调节(通过选择同一排的部分之间的间距)但是在所有情况下都低于由相同但连续的金属元件组成的层的模量，附加层的模量在从轮胎移出的切割元件的硫化层上测量。
根据本发明的第三实施方案，周向增强元件为波状金属元件，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伸展性的工作胎冠层的在相同条件下测得的拉伸弹性模量。
根据本发明的使轮胎的减轻最佳化的一个优选实施方案，两个工作胎冠层和所述至少一个周向增强元件层为存在于胎冠增强件的整个轴向宽度上用以形成胎冠增强件的仅有的层。
附图说明
本发明的进一步细节和有利特征将在下文通过参考图1给出的对本发明示例性实施方案的描述而变得显而易见，所述图1示出根据本发明一个实施方案的轮胎的图的子午视图。
为了便于理解，图1未按比例绘制。图1仅显示了轮胎的一半视图，所述轮胎围绕轴线XX’对称地延伸，所述轴线XX’表示轮胎的周向中平面或赤道平面。
具体实施方式
在图1中，尺寸为315/80R 22.5的轮胎1包括径向胎体增强件2，所述径向胎体增强件2锚固在围绕胎圈线的两个胎圈(图中未示出)中。胎体增强件2由单个金属帘线层形成。胎体增强件2被胎冠增强件5环箍，所述胎冠增强件5本身被胎面6覆盖。胎面包括形成五个肋部4的四个沟槽3。
在图1中轮胎1的下方区域和胎圈未特别示出。
在图1中，胎冠增强件5在径向上从内侧至外侧由如下形成：
-由不可伸展的金属帘线形成的第一工作层51，所述金属帘线在帘布层的整个宽度上是连续的并且以角度α1定向，
-周向增强元件层53，其由间距为2mm的21.23钢金属帘线形成，以及
-由不可伸展的金属帘线形成的第二工作层52，所述金属帘线在帘布层的整个宽度上是连续的、以角度α2定向并且与第一工作层的金属帘线交叉。
工作层51和52在其端部处通过能够限制与剪切相关的风险的层C从而是未联接的，其具有的使两个层C分离的轴向宽度D等于216mm。
构成两个工作层的增强元件的金属帘线是规格为9.35的帘线。它们以间距p2分布在每个工作层内，所述间距p2沿着垂直于帘线的等分线的方向在帘线之间测得。
构成周向增强元件层的增强元件的金属帘线沿着垂直于帘线的等分线的方向以2mm的距离间隔开。
将轮胎充气至8.5巴的压力。
第一工作层51的轴向宽度L51等于252mm。
第二工作层52的轴向宽度L52等于236mm。
周向增强元件层53的轴向宽度L53等于200mm。
胎面的轴向宽度L5等于280mm。
轴向宽度L等于311mm。
Re的测量值等于537.6mm。
Es的测量值等于24.6mm。
测量的半径的平均值RL等于408mm。
在轮胎上确定的值Rt等于1252mm。
Tc的计算值等于314.51N/mm。
工作胎冠层的增强元件的断裂力FR1和FR2等于2600N。
根据本发明，胎面6包括径向外部第一层61，所述径向外部第一层61由第一弹性体配混物组成，所述胎面6在行驶期间与地面接触。
所述第一层61的在径向方向上测得的厚度E在沟槽3的径向内侧等于3.5mm，因此大于1mm。
在径向上位于第一层61内侧的第二层62由中央部分621和两个轴向外部部分622组成。中央部分621由第二弹性体配混物组成，轴向外部部分622由第三配混物组成。
所述第二层62的中央部分621的轴向宽度L621等于204mm，因此小于轴向宽度D。
所述第二层62的中央部分621在沟槽3的径向内侧具有沿径向方向测量并以毫米表示的厚度H，该厚度H大于或等于1+max(1.5*(p2-1.5)+11*(F2/FR2-0.14),0)。
基于下文描述的三种弹性体配混物以及它们的一些性能来制备轮胎。
配混物A 配混物B 配混物C
NR 75 100 100
BR 25
N234 50
N326 50
N683 45
酚醛树指 8
HMT3H 5
抗氧化剂6PPD 2 2 2
硬脂酸 1.5 2 1.5
ZNO 2.5 3 2.5
硫 1 5 1.5
促进剂(CBS) 1 1 1.5
<![CDATA[MA<sub>10</sub>(MPa)]]> 6 30 4
Tan(δ)max 0.15 0.20 0.05
组分的值用phr(重量份/百份弹性体(橡胶))表示。
根据本发明的如在相关图中描述的轮胎I1、I2、I3，为了形成胎面，组合了配混物A、配混物B和配混物C，所述配混物A形成径向外部部分并且对应于第一层61，所述配混物B对应于第二层62的中央部分621，所述配混物C对应于第二层62的轴向外部部分622。
根据本发明的轮胎I1、I2、I3是通过改变每个工作层中的角度α1和角度α2、间距p2、所述第二层62的中央部分621的在沟槽3的径向内侧沿径向方向测得的厚度E而制得的。
此外，还制得参考轮胎。
第一参考轮胎R1被制成其构造与如上所述的常规产品相对应，胎面由两个径向叠置的层组成，径向内层由单种弹性体配混物形成。其组合了存在于胎面径向外侧的配混物A和位于径向内侧的配混物C。配混物C的体积由本领域技术人员常规地限定为使得轮胎的操作温度对应于为所述轮胎设想的行驶。第一参考轮胎R1的胎冠增强件在径向上从内侧朝外侧由如下构成：
-第一工作层，其由以等于26°的角度定向的间距为2mm的9.35金属帘线形成，
-周向增强元件层，其由间距为2mm的21.23钢金属帘线形成，以及
-第二工作层，其由以等于18°的角度定向并与第一工作层的金属帘线交叉的9.35金属帘线形成，工作层中每个层的帘线在周向方向的两侧定向，其间距为2mm，
-保护层，其由弹性6.35金属帘线形成，所述金属帘线在与第二工作层的帘线相同的一侧上以等于18°的角度定向。
第一工作层的轴向宽度等于252mm。
第二工作层的轴向宽度等于236mm。
周向增强元件层的轴向宽度等于200mm。
保护层的轴向宽度等于180mm。
Re的测量值等于537.6mm。
Es的测量值等于24.6mm。
测量的半径的平均值RL等于408.0mm。
在轮胎上确定的值Rt等于1252mm。
Tc的计算值等于314.51N/mm。
工作胎冠层的增强元件的断裂力FR1和FR2等于2600N。
制得第二参考轮胎R2，其具有与参考轮胎R1相同的胎冠增强件和与根据本发明的轮胎I1、I2、I3的胎面相似的胎面。
制得第三参考轮胎R3，其具有与根据本发明的轮胎I1、I2、I3的胎冠增强件相似的胎冠增强件，胎面与参考轮胎R1的胎面相同。
轮胎的特征呈现在下表中：
Figure GDA0003659364340000171
参考轮胎R1的值F2通过有限元模拟获得，大量的增强元件层使得不可能使用简单的分析模型。
为了进行比较，使用所有轮胎进行相似的测试。
第一测试涉及评价轮胎在需要翻新之前所覆盖的距离。
测试是在所有轮胎的负荷和速度条件相同的情况下进行的，并且行驶是在重载型车辆上这样执行的：在开放道路上以代表在重载型车辆上通常观察到的使用类型的路程行驶。持续行驶直至参考轮胎R3损失三分之一的可磨损橡胶质量，这对应于位于轮胎磨损指示器的径向外侧的胎面配混物质量。下表给出了参考轮胎R3的质量损失与相关轮胎的质量损失之比乘以100。
获得的结果呈现在下表中：
R1 R2 R3 I1 I2 I3
磨损 98 100 100 103 105 105
这些结果表明，在由于胎面磨损而需要翻新之前，根据本发明的轮胎使得可比参考轮胎R3更长久地行驶。
其它测试包括在覆盖有尖锐石块的轨道上进行10000km的行驶，然后将轮胎保持在氧化气氛中，这易于导致工作层的金属增强元件的氧化。然后分析轮胎以计算断裂帘线的数量和径向最外工作层中腐蚀长度的总和。下表给出了参考轮胎R3的断裂帘线数量或腐蚀长度总和与相关轮胎的断裂帘线数量或腐蚀长度总和之比乘以100。
获得的结果呈现在下表中：
R1 R2 R3 I1 I2 I3
断裂帘线 160 180 100 125 110 115
腐蚀长度 200 220 100 140 110 120
这些结果表明，通过存在由两种配混物构成的第二层，显著地改进了胎面在抗穿孔和抗攻击方面的性能特性。参考轮胎R1和R2的值较高，因为存在保护层，而该保护层具有许多断裂和腐蚀区域。
此外，进行滚动阻力测量。
测量的结果呈现在下表中。测量值以kg/t给出。下表给出了参考轮胎R3的测量值与相关轮胎的测量值之比乘以100。
R1 R2 R3 I1 I2 I3
滚动阻力 95 96 100 100 98 102
这些结果表明，根据本发明的由两种不同配混物构成的第二层对滚动阻力没有显著影响。根据本发明获得的该改进主要归功于本发明的胎冠增强件。

Claims (13)

1.用于重载型车辆的轮胎(1)，所述轮胎(1)包括胎冠增强件(5)和至少一个周向增强元件层(53)，所述胎冠增强件(5)包括具有增强元件的两个工作胎冠层(51、52)，所述增强元件从一个层至另一个层交叉并且与周向方向形成介于8°至45°之间的角度(α1、α2)，所述角度α1和角度α2在周向方向的两侧定向，所述胎冠增强件在径向上由胎面覆盖，所述胎面的胎面花纹包括至少两个周向沟槽，所述胎面通过两个胎侧连接至两个胎圈，所述胎面包括至少两个径向叠置的弹性体配混物层，其特征在于
-两个工作胎冠层(51、52)沿轴向在至少位于两个轴向最外周向沟槽之间的轴向宽度上延伸，两个工作胎冠层(51、52)和所述至少一个周向增强元件层(53)为存在于胎冠增强件(5)的至少80％的轴向宽度上用以构成胎冠增强件(5)的仅有的层，
-径向最外工作层(52)的增强元件与周向方向形成的角度α2以绝对值而言大于由径向最内工作层(51)的增强元件与周向方向形成的角度α1，
-角度α2和角度α1的绝对值之差的绝对值大于4°，
-平均角度α满足以下关系式：
14+131*exp(-L/100)<α<28+110*exp(-L/100)，
α由关系式Arctan((tan(|α1|)*tan(|α2|))1/2)限定，L为沿轴向方向测量的轮胎的最大宽度并以mm表示，
-径向最外工作层的断裂潜能指数F2/FR2小于1/6，其中：
FR2为径向最外工作层的帘线在单轴拉伸时的断裂力，
F2＝p2*Tc*[(tan(|α1|)/((tan(|α1|)+tan(|α2|)))/cos2(|α2|)+CF]，其中
Tc＝0.078*P*Rs*(1-(Rs2-RL2)/(2*Rt*Rs))，
P为轮胎充气压力，
CF＝0.00035*(min((L-80)/sin(|α1|),(L-80)/sin(|α2|),480)-480)，
p2为径向最外工作胎冠层的增强元件铺设的间距，所述间距在周向中平面处垂直于增强元件测得，
Rs＝Re-Es，
Re为轮胎的外半径，在轮胎的胎面表面上的径向最外点处测得，所述表面被外推以填充可能存在的任何空隙，
Es为轮胎的径向最外点与其在径向最内工作胎冠层的增强元件的径向外部面上的正交投影之间的径向距离，
RL为轮胎两侧的轴向最外点的半径的平均值，
Rt为穿过以下三个点的圆的半径，所述三个点位于空隙外侧的胎面的外表面上并且与胎肩端部的轴向距离分别等于胎面的宽度的1/4、1/2和3/4，
-形成胎面的径向外部部分的第一层由第一弹性体配混物构成，所述第一弹性体配混物具有小于或等于10MPa的在10％伸长下的拉伸弹性模量，
-第二径向内部层由中央部分和两个轴向外部部分构成，所述中央部分的轴向宽度介于具有胎冠增强元件且轴向宽度最小的工作胎冠层的端部之间，
-第二层的所述中央部分由第二弹性体配混物制成，所述第二弹性体配混物具有大于或等于15MPa的在10％伸长下的拉伸弹性模量，
-第二弹性体配混物具有小于或等于0.30的表示为tan(δ)max的最大tan(δ)值，
-所述中央部分的在径向方向上测量的以毫米表示的厚度H大于或等于1+max(1.5*(p2-1.5)+11*(F2/FR2-0.14),0)，以及
-第二层的所述轴向外部部分由第三弹性体配混物制成，所述第三弹性体配混物具有小于0.15的表示为tan(δ)max的最大tan(δ)值。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，形成胎面的径向外部部分的所述第一层在所述至少两个周向沟槽的径向内侧以在径向方向上测得的大于或等于1mm的厚度存在，所述第二层与形成胎面的径向外部部分的所述第一层接触。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎(1)，其特征在于，所述两个工作胎冠层(51、52)的增强元件由金属制成。
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，角度α2和角度α1的绝对值之差的绝对值大于或等于10°，优选大于14°。
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，径向最外工作层(52)的断裂潜能指数F2/FR2小于1/8。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，径向最内工作层(51)的断裂潜能指数F1/FR1小于1/3，其中：
FR1为径向最内工作层的帘线在单轴拉伸时的断裂力，
F1＝p1*Tc*[(tan(|α2|)/((tan(|α1|)+tan(|α2|)))/cos2(|α1|)+CF]，其中
p1为径向最内工作胎冠层的增强元件铺设的间距，所述间距在周向中平面处垂直于增强元件测得。
7.根据权利要求6所述的轮胎(1)，其特征在于，径向最内工作层(51)的断裂潜能指数F1/FR1比径向最外工作层(52)的断裂潜能指数F2/FR2高至少30％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，两个工作胎冠层(51、52)和所述至少一个周向增强元件层为存在于胎冠增强件(5)的整个轴向宽度上用以形成胎冠增强件的仅有的层。
9.根据前述权利要求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)在径向上设置在两个工作胎冠层(51、52)之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，所述两个工作胎冠层(51、52)具有不同的轴向宽度，其特征在于，轴向最宽工作胎冠层(51)的轴向宽度与轴向宽度最小的工作胎冠层(52)的轴向宽度之间的差值在10mm至30mm之间。
11.根据权利要求10所述的轮胎(1)，其特征在于，轴向最宽工作胎冠层(51)在径向上位于轴向宽度最小的工作胎冠层(52)的内侧。
12.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，工作胎冠层(51、52)的轴向宽度大于所述至少一个周向增强元件层(53)的轴向宽度。
13.根据前述权利要求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)的增强元件为金属增强元件，所述金属增强元件具有在10GPa至120GPa之间的0.7％伸长下的割线模量以及小于150GPa的最大切线模量。
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