CN115593150A

CN115593150A - 充气轮胎

Info

Publication number: CN115593150A
Application number: CN202210680449.1A
Authority: CN
Inventors: 朴炳喆; 申官秀
Original assignee: Kumho Tire Co Inc
Current assignee: Kumho Tire Co Inc
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2023-01-13
Also published as: EP4116111A1; US20230023474A1; KR102566457B1; KR20230009691A

Abstract

本发明提供一种充气轮胎，其中使用由丝直径为0.15mm或更小的超细线组成的钢帘线帘布层作为增强材料，并将帘布层安置在胎圈帘线之间而没有反包帘布层以使其经过环形胎圈束反包在帘布层的上侧，因此即使用一个钢帘布层代替两个常规纤维帘布层也仍保持胎侧刚度。由此，不同于将帘布层反包在环形胎圈束的上侧的常规反包方法，该帘布层如表3中所示穿过胎圈束，以使胎圈部分的变形能最小化和使滚动阻力最大化。本发明的轮胎的特征在于满足1.2<Ah/Bh1<4.5的内胎圈束位置的高度Bh1与包括三角胶的胎圈部分的高度Ah之间的相关方程。

Description

充气轮胎

[对相关申请的交叉引用]

本申请要求2021年7月9日提交的韩国专利申请No.10-2021-0090406 的优先权，其全文经此引用并入本文。

[发明背景]

1.发明领域

本发明涉及用于电动车辆的充气轮胎，更特别涉及具有钢帘布层的充气轮胎，其中胎圈部分(bead portion)被设计为在胎圈部分中没有帘布层的反包(turn-up)，以致与以反包方式施加纤维帘布层或钢胎体的常规轮胎相比，轮胎的滚动阻力显著改进，也改进了帘布层(carcass ply)的安全系数和车辆的操纵稳定性。

2.相关技术描述

除非本文中另行说明，本节中描述的内容并非本申请的权利要求的现有技术，包含在本节中并不是承认为现有技术。

乘用车的充气子午线轮胎(pneumatic radial tire)具有配置为防止注入内层的空气逸出的内衬橡胶层，并在其上设置一个或两个由诸如聚酯、人造纤维(rayon)和尼龙之类的材料制成的帘布层。充气轮胎的制造包括以下步骤：帘布层经过环形胎圈束(annularbead bundle)反包在帘布层的上侧以完成反包；在胎面部分中的帘布层的外侧设置用一至四个由钢帘线(cord)或有机纤维帘线(如芳族聚酰胺)组成的层增强的带束层(belt plylayer)；将胎面橡胶施加到带束层上；和在胎圈部分中用胎圈增强填料、轮辋凸缘(rimflange)和尼龙或钢胎圈包布(chafer)增强帘布层的外侧。

作为常规充气轮胎中使用的帘布层，非常有用地使用具有具有适于制造轮胎的单位成本的强度的聚酯帘线。最近，随着传统内燃机车辆被电动车辆代替，其必须以改进车辆的零后退性能(zero-back performance)的方式设计，并且伴随着降低轮胎的滚动阻力的努力，根据低重量设计的胎侧部分和胎面部分的橡胶体积减少，这对车辆的燃料效率具有很大影响。因此，必须使用具有高纤维旦数的胎体或两个纤维胎体以改善高速行驶过程中的乘坐舒适性和可操纵性。但是，在这种情况下，减重和滚动阻力效果降低。此外，模量高且帘线性质响应热的变化小的人造纤维帘线可用作轮胎设计中的有效手段。但是，由于人造纤维帘线具有低切割强度，必须提高帘线和橡胶的直径或增加帘布层的数量以保持轮胎的耐久性能。因此，人造纤维帘线对确保改进的耐久性和降低滚动阻力(这是电动车辆轮胎的重要特性)具有设计上的局限性。

相比之下，钢帘线具有高模量，并且物理性质不会响应热和湿而发生改变。因此，当使用其作为用于增强帘布层的材料时，可改进乘用车的子午线充气轮胎的性能，如操纵性、平斑(flat spot)和乘坐舒适性，并可减小帘布层的重量。此外，由于不存在源于纤维帘线自身的材料特性的粘弹性质的模量值的损失，有可能因滚动阻力降低而改进车辆的燃料效率。但是，与纤维帘布层相比，在模制的反包过程中(其中帘布层经过胎圈反包)，反包本身是不可能的，或者即使制成轮胎，也会在胎圈部分上施加高帘布层张力。因此，由于应该通过增加侧壁或轮辋凸缘的橡胶厚度来增强轮胎强度，轮胎的总重量增加，这限制了轮胎的设计。

为了解决这些问题，韩国专利注册号No.10-0550287提出了一种子午线充气轮胎，其具有用于增强施加于其上的帘布层的钢帘线，其技术特征在于钢帘线包括：一根钢芯线；和4至7根在轴向上螺旋缠绕在所述一根钢芯线的外周上并具有比所述一根钢芯线细0.04至0.14mm的线直径的钢芯线，其中绞合线的最终直径为0.2至0.5mm，且断裂强度为25至35kgf。应用上述现有技术的轮胎具有许多性能优点，如由高侧壁刚度带来的改进的操纵稳定性、轮胎在凸起或凹槽方面优异的均匀性和改进的乘坐舒适性等。此外，即使温度因驾驶过程中生成的热而提高，但由于帘线的物理性质不变，轮胎的性能甚至在长时间行驶时也没有变差。但是，根据偏好操纵稳定性的工程师所设计的轮胎结构，胎面宽度加宽且轮辋直径提高，以致轮胎的纵横比降低。结果，包括超细钢帘线的胎体增强层的轮胎具有制造缺陷在于，胎体反包部分在模制和硫化的过程中脱层，并且在具有低反包高度的轮胎中更容易发生脱层问题。在这种情况下，由于该轮胎具有胎圈耐久性能迅速降低的问题，超细钢帘线作为胎体增强材料的应用在由于低纵横比而具有低胎体反包高度的轮胎中受到限制。

此外，韩国专利注册号No.10-1601202公开了一种抗静电轮胎，其抑制了根据胎体反包发生的帘布层脱层。但是，由于满足帘布层的弯曲强度、超细线层(ultrafine wireply)的粘合力和轮辋凸缘的刚性之间的关系以使超细钢帘线层可用于甚至具有低纵横比的轮胎的设计，对使用高弹性和低发热的轮辋凸缘橡胶降低滚动阻力的设计带来限制，并对减轻在胎侧部分中的应力集中现象以降低滚动阻力的设计带来限制，因为其具有类似现有轮胎的反包结构。此外，帘布层的反包部分随生坯筒(green case)的留置时间(leavingtime)而发生脱层，因此由于发生空气吸入缺陷而限制了制造产率。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献0001)韩国专利注册公开号No.10-0550287(2006年2月 8日公开)

(专利文献0002)韩国专利注册公开号No.10-1601202(2016年3月 3日注册)

[发明概述]

考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供一种用于电动车辆的充气轮胎，其与通过常规方法设计的轮胎相比可以克服对导致滚动阻力降低的权衡关系的限制，同时改进轮胎的耐久性和行驶性能。

此外，其不限于如上所述的技术问题，并且显然可由以下描述推导出另一技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种包括帘布层的充气轮胎，其中所述帘布层在穿过胎圈部分的同时以延伸方式在轮胎的内衬与侧壁之间形成。

根据本发明的一个优选特征，胎圈部分可包括围绕帘布层与内衬接触的内胎圈束(inner bead bundle)，和在内胎圈束的相对侧上形成的外胎圈束(outer bead bundle)。

根据本发明的一个优选特征，Ah/Bh1，即内胎圈束的高度Bh1与三角胶(apex)的高度Ah的比率，可为1.2至4.5。

根据本发明的一个优选特征，帘布层可包括由丝直径(filament diameter)为0.15mm或更小的超细线组成的钢帘线，其中所述钢帘线可具有25kgf或更高的断裂强度。

根据本发明，与通过常规方法设计的轮胎相比，优点在于可以克服对导致滚动阻力降低的权衡关系的限制，同时改进轮胎的耐久性和行驶性能，也就是说，通过增强胎侧部分的刚度，可以降低滚动阻力并改进行驶性能。

本发明的效果不限于上述优点，并且本领域技术人员应该理解的是，其包括可由本发明的详述或权利要求中描述的本发明的配置推导出的所有效果。

[附图简述]

从联系附图作出的以下详述中将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：

图1是通过将具有两个纤维帘布层的帘布层经过环形胎圈束反包在帘布层上侧的常规反包方法制造的充气轮胎的胎圈部分的横截面视图；

图2是通过将具有一个钢帘布层的帘布层经过环形胎圈束反包在帘布层上侧的常规反包方法制造的充气轮胎的胎圈部分的横截面视图；和

图3是根据本发明的一个实施方案制备的胎圈部分的横截面视图，其没有钢帘布层的反包。

图4A至图4E显示了表4中的对比例5、实施例2、实施例3、实施例4、对比例6的变性能。

图5A至图5E显示了表5中的对比例7、实施例5、实施例6、实施例7、对比例8的变性能。

[发明详述]

下面将参考附图描述根据一个优选实施方案的充气轮胎的配置、操作和效果。作为参考，在下述附图中，为了方便和清楚起见而省略或示意性示出各组件，并且各组件的尺寸不反映实际尺寸。此外，在说明书通篇用相同的附图标记表示相同的组件，并省略在单个附图中对相同组件的附图标记。

根据本发明的用于电动车辆的充气轮胎包括钢帘布层，并且其特征在于，不同于如图1和2中所示的将帘布层经过环形胎圈束反包在纤维帘布层或钢帘布层的上侧的常规反包方法，如图3中所示，将钢帘布层布置在与内部部分接触的单层至双层扁平内胎圈束(one to two layered-flat inner bead bundles)与单层至五层堆叠外胎圈束(one tofive layered-stacked outer bead bundles)之间，而没有在胎圈部分中反包帘布层。

在根据本发明的一个实施方案的充气轮胎中，包括帘布层5的充气轮胎的特征在于帘布层5在穿过胎圈部分的同时以延伸方式在轮胎的内衬与侧壁之间形成。

在本发明中，与如图1或2中所示在将纤维帘布层1和2或钢帘布层4经过环形胎圈束3反包的反包方法中进行模制的常规方法相比，可省略反包过程本身。更具体地，不同于其中胎体反包并包裹胎圈束(bead bundle)的结构，帘布层5可在穿过胎圈部分的同时以延伸方式在内衬与侧壁之间形成。

在此，胎圈部分可通过将其分成内胎圈束6和外胎圈束7和8而形成，内胎圈束6围绕帘布层5与内衬层接触，外胎圈束7和8位于内胎圈束6 的相对侧上。在内胎圈束6与外胎圈束7和8中，如图3中所示，内胎圈束6可作为一至两个层形成，外胎圈束7和8可作为一至五个层形成。在此，胎圈可通过环形胎圈束或由多个层组成的钢帘线制备，或可以是形成为矩形形状的整体式胎圈。此外，内胎圈束6用于支撑帘布层5的内表面，外胎圈束7用于支撑安装在其上方的三角胶。

根据本发明的一个优选特征，帘布层5可包括由丝直径为0.15mm或更小的超细线组成的钢帘线，其中所述钢帘线可具有25kgf或更高的断裂强度。

首先，图1和2是图解通过将具有两个纤维帘布层或一个钢帘布层的帘布层经过环形胎圈束反包在帘布层上侧的常规反包方法制备的充气轮胎的胎圈部分的横截面视图，其为本发明的现有技术和对比例。

下面将比较根据本发明和对比例的充气轮胎的物理性质。

首先，测量作为对比例1和2的通过反包两个纤维帘布层或一个钢帘布层制备的充气轮胎和作为实施例1的根据本发明的一个实施方案在没有反包的情况下制备的包括钢帘布层的充气轮胎的重量和滚动阻力，其结果显示在下表1中。

[表1]

项目	对比例1	对比例2	实施例1
				帘布层	1300D/2P	2+7*0.095	2+7*0.095
断裂强度(kgf)	20.2	28.4	26.5
				帘布层数量	两个帘布层	一个帘布层	一个帘布层
胎圈部分	反包	反包	无反包
				轮胎重量(指数)	100	94	92
滚动阻力(指数)	100	103	110

由上表1可以确定，在没有在胎圈部分中反包帘布层的情况下施加钢帘布层的充气轮胎的重量和滚动阻力显著改进。

接着，测量和评估作为对比例3和4的通过反包两个纤维帘布层或一个纤维帘布层制备的充气轮胎和作为实施例1的根据本发明的一个实施方案在没有反包的情况下制备的包括钢帘布层的充气轮胎的重量和滚动阻力值、作为轮胎驾驶性能的替代特征之一的力&力矩(moment)值和驾驶性能灵敏度，其结果显示在下表2中。

[表2]

如上表2中所示，可以确定，在将两个纤维帘布层减少至一个时，重量和滚动阻力改进，但由于胎侧部分的刚度降低，力&力矩值显著降低。但是，由在没有反包的情况下施加一个钢帘布层的实施例1的轮胎可以看出，通过与改进胎侧刚度一起增强滚动阻力，显著改进驾驶性能。

此外，下表3显示了当模制和硫化具有对比例3和4的上述结构的轮胎和具有实施例1的结构的轮胎时生成的三角胶的空气吸入不良率的评价结果。

[表3]

通常，轮胎制造中的不良率(fraction defective)保持在0.5％或更低的水平。当轮胎以具有用钢帘布层反包的胎圈的形式制造时，该轮胎表现出正常轮胎的不良率的130倍或更高的不良率，并且可以确定，随着生坯筒的留置时间增加，不良率更迅速增加。因此，与相对于纤维帘线在改进轮胎的耐久性和驾驶性能的同时降低滚动阻力的效果(这是施加了钢帘布层的轮胎的优点)相比，其在显著增加制造不良率的同时应导致大规模生产中的制造产率的降低。但是，可以确定，如本发明中公开的在没有帘布层反包的情况下施加钢帘布层的充气轮胎表现出与通过纤维帘布层反包制备的常规充气轮胎相同的制造产率。

此外，根据本发明的一个优选特征，Ah/Bh1，即内胎圈束6的高度 Bh1与三角胶的高度Ah的比率，可为1.2至4.5。

参考图3，帘布层5以延伸方式在内胎圈束6与外胎圈束7和8之间形成以穿过其中。当内胎圈束6的高度被定义为Bh1且三角胶的高度被定义为Ah时，Ah与Bh1的比率优选为1.2至4.5。

在本发明中公开的具有钢帘布层5的用于电动车辆的充气轮胎的情况下，由于省略了帘布层在胎圈部分中的反包过程，为了防止帘布层在模制过程中在套筒(casing)膨胀时发生分离，将帘布层安置在内胎圈束6与外胎圈束7和8之间。在这种情况下，外胎圈束7和8的主要目的是允许它们安放在轮辋上，其起到常规胎圈的作用。此外，在内胎圈束6的情况下，有可能通过固定帘布层和补充以提高作为钢嵌件的胎圈部分的刚度 (通过调节高度)而改进驾驶性能的平衡。此外，参考图3，帘布层5以延伸方式在内胎圈束6与外胎圈束7和8之间形成以穿过其中。当内胎圈束6的高度被定义为Bh1且三角胶的高度被定义为Ah时，为了解决变形能(deformation energy)的集中，如果满足1.2<Ah/Bh1<4.5的Ah与 Bh1之间的相关方程，可使应力集中最小化，以使其可具有胎圈部分的变形能的优异值和最佳的滚动阻力值。

接着，在225/45R17轮胎的产品中，测量和评估作为对比例5和6的具有0.2和5.5的Ah/Bh1值的轮胎和作为实施例2至4的具有1.2至4.5 的Ah/Bh1值的轮胎的滚动阻力和变形能的值，其结果显示在下表4中。

[表4]

可以看出，Ah/Bh1值为2.5的实施例3的轮胎表现出100的滚动阻力值，其为最佳值，Ah/Bh1值为0.2和5.5的实施例2或6的轮胎表现出滚动阻力降低4％或更多的趋势。此外，还可以确定，胎圈部分的变形能在1.2<Ah/Bh1<4.5的范围内也表现出有优势的结果值。

在225/60R18轮胎的产品中，测量和评估作为对比例7和8的具有0.2 和5.5的Ah/Bh1值的轮胎和作为实施例5至7的具有1.2至4.5的Ah/Bh1 值的轮胎的滚动阻力和变形能的值，其结果显示在下表5中。

[表5]

如上表5中所示，可以确定，Ah/Bh1值为2.5的轮胎表现出最佳滚动阻力值，Ah/Bh1值为0.2和5.5的轮胎表现出滚动阻力降低4％或更多的趋势。此外，还可以确定，胎圈部分的变形能在1.2<Ah/Bh1<4.5的范围内也表现出有优势的结果值。

尽管已经参考附图描述了本发明的优选实施方案，但本公开中描述和例示的实施方案和附图仅是最优选的实施方案，并且不代表本发明的所有技术精神，要理解的是，在提交本申请时，可以作出各种修改和等同替换以代替这些实施方案。因此清楚的是，上述实施方案在所有方面都是说明性的，并且不限制本公开。本公开的范围由以下权利要求书而非实施方案的详述界定。应当理解的是，从权利要求及其等同物的含义和范围构想出的所有修改和实施方案都包括在本公开的范围内。

[附图标记说明]

1，2：纤维帘布层

3：胎圈束

4：钢帘布层

5：帘布层

6：内胎圈束

7：外胎圈束的第一层

8：外胎圈束的第二层

Claims

1.一种包含帘布层的充气轮胎，

其中所述帘布层在穿过胎圈部分的同时以延伸方式在轮胎的内衬与侧壁之间形成。

2.根据权利要求1的充气轮胎，

其中所述胎圈部分包含内胎圈束，其在帘布层附近与内衬接触，和外胎圈束，其在内胎圈束的相对侧上形成。

3.根据权利要求1的充气轮胎，

其中Ah/Bh1，即是内胎圈束的高度Bh1与三角胶的高度Ah的比率，为1.2至4.5。

4.根据权利要求1的充气轮胎，

其中所述帘布层可包括由丝直径为0.15mm或更小的超细线组成的钢帘线，和

其中所述钢帘线可具有25kgf或更高的断裂强度。