CN117120280A - 用于客运车辆的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于客运车辆的轮胎(1)，其滚动阻力性能已得到改善，而且不会损害横向侧偏刚度。胎圈(50)通过使用低滞后性材料而柔化。通过控制胎圈(50)与安装轮辋(100)之间的接触来使横向侧偏刚度增加。在位于接触区域的第一区部中，在至少一个第一胎圈中，测量轮辋接触曲线的长度LADC。在相对于轮胎的旋转轴线而言与接触区域相对的第二区部中，在至少一个第二胎圈中，测量轮辋接触曲线的长度LCJ。两个区部中的轮辋接触曲线的长度差的比率，即100*(LADC‑LCJ)/LCJ，大于或等于30。

Description

用于客运车辆的轮胎
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的轮胎，其在滚动阻力方面的性能得到改善，而且不会对横向侧偏刚度产生不利影响。本发明更特别地适用于旨在装配至客运车辆或货车的子午线轮胎。
定义
按照惯例，会考虑到参考系(O、XX’、YY’、ZZ’)，其中中心O与轮胎的中心重合，周向方向XX’、轴向方向YY’和径向方向ZZ’分别是指在旋转方向上与轮胎的胎面表面正切的方向、与轮胎的旋转轴线平行的方向以及与轮胎的旋转轴线垂直的方向。
在径向内侧和在径向外侧分别意指更接近轮胎的旋转轴线和更远离轮胎的旋转轴线。
在轴向内侧和在轴向外侧分别意指更接近轮胎的赤道平面和更远离轮胎的赤道平面，轮胎的赤道平面为穿过轮胎胎面的中间并且与轮胎的旋转轴线垂直的平面。
通常通过轮胎在子午平面(亦即包含轮胎的旋转轴线的平面)中所示的构成组件来描述轮胎的组成。
轮胎包括旨在经由胎面与地面接触的胎冠，所述胎面的两个轴向端部经由两个胎侧连接至两个胎圈，所述两个胎圈提供轮胎与其上旨在安装轮胎的轮辋之间的机械连接。
子午线轮胎还包括增强件，所述增强件由在径向上位于胎面内侧的胎冠增强件和在径向上位于胎冠增强件内侧的胎体增强件构成。
子午线轮胎的胎冠增强件包括沿周向延伸的重叠胎冠层，这些胎冠层在径向上位于胎体增强件的外侧。每个胎冠层由相互平行的增强体构成，所述增强体涂覆有弹性体类型或弹性体配混物类型的聚合物材料。由胎冠增强件和胎面构成的组件被称为胎冠。
子午线轮胎的胎体增强件通常包括至少一个胎体层，所述胎体层由涂覆有弹性体涂覆配混物的金属或织物增强元件构成。增强元件基本上相互平行，并且与周向方向形成85°至95°之间的角度。胎体层包括主要部分，所述主要部分同时接合两个胎圈并且在每个胎圈中围绕环形增强结构缠绕。环形增强结构可以为包括周向增强元件的胎圈线，所述周向增强元件通常由金属制成并且由至少一种弹性体材料或织物材料围绕，这些材料并非穷举性的。胎体层从轮胎的内侧朝向外侧围绕环形结构缠绕，从而形成包括端部的卷边。每个胎圈中的卷边使得胎体增强件层可锚固至胎圈的环形结构。
每个胎圈包括填充层，所述填充层从环形增强结构沿径向向外延伸。填充层由至少一种弹性体填充配混物组成。填充层在轴向上将胎体增强件的主要部分和卷边分隔开。
每个胎圈还包括保护层，所述保护层从胎侧沿径向向内延伸并且在轴向上位于卷边的外侧。保护层还至少部分地经由其轴向外表面与轮辋的凸缘接触。保护层由至少一种保护性弹性体配混物组成。
最后，每个胎圈包括位于胎侧与胎体增强件的卷边之间的侧向增强层。外部侧向增强层由至少一种弹性体配混物组成。
每个轮胎胎侧包括至少一个胎侧层，所述胎侧层由弹性体配混物组成并且从轮胎的外表面(其与大气接触)朝向轮胎的内侧沿轴向延伸。
术语“径向横截面”或“径向截面”在本文理解为意指沿着包含轮胎旋转轴线的平面的横截面或截面。
弹性体配混物理解为意指通过使其各种组分共混而获得的弹性体材料。弹性体配混物通常包含弹性体基质，所述弹性体基质包含至少一种天然橡胶或合成橡胶类型的二烯弹性体、至少一种炭黑类型和/或二氧化硅类型的增强填料、通常基于硫的交联体系、以及保护剂。对于一些应用，所提到的弹性体还可以包括热塑性材料(TPE)。
表述“组合物基于”应理解为意指组合物包含所用的各种组分的配混物和/或反应产物，这些基本组分中的一些能够或旨在在制备组合物的各个阶段的过程中，特别是在其交联或硫化的过程中，至少部分地彼此进行反应。
在本发明的含义内，表述“每100重量份弹性体的重量比例”(或phr)应理解为意指每百份在所考虑的配混组合物中存在的弹性体的重量比例。
弹性体配混物的机械性特征，特别是在固化之后的机械性特征可以在于其动力学性质，例如动力学剪切模量G*＝(G’2+G”2)1/2(其中G’为弹性剪切模量并且G”为粘性剪切模量)以及动力学损耗Tanδ＝G”/G’。在Metravib VA4000粘度分析仪上根据标准ASTM D5992-96测量动力学剪切模量G*和动力学损耗Tanδ。记录在100℃的温度经受10Hz频率下的简单交变正弦剪切应力的硫化弹性体配混物样品的响应，所述硫化弹性体配混物样品为具有2mm厚度和78mm2横截面的圆柱状测试试样的形式。从0.1％至50％(向外循环)，然后从50％至0.1％(返回循环)进行应变振幅扫描。对于向外循环，显示出观察到的tan(δ)的最大值，该最大值表示为Tan(δ)max。
“操作性”性能对应于车辆/轮胎组件对驾驶员引起的多种应力(转向、加速、制动等)的响应。操作性对于安全性、车辆稳定性和驾驶愉悦感都是至关重要的。
轮胎在操作性中起着关键作用，因为它在链的末端确保了车辆与地面之间的力传递，以保持由驾驶员限定的轨道。
在转弯过程中，为了使车辆保持在轨道上，需要产生与离心力相等(但方向相反)的力，所述离心力趋向于使车辆远离轨道移动。该侧向力必须由车辆的4个轮胎产生，用以克服离心力。
与地面接触的橡胶块的变形产生侧向力。允许轮胎在转弯过程中使橡胶块变形的机制是偏移。偏移是车轮的方向与车辆所沿循的轨道之间的角度。在转弯过程中，该角度不为零，从而允许轮胎使胎面的橡胶块变形，由此产生所需的侧向力。
横向侧偏刚度是指随施加至轮胎的偏移角变化的横向力的变化，所述横向力是轮胎以被承载的负荷压缩的方式移动时在轮胎的接地面中产生的横向力。横向侧偏刚度以牛顿/度(N/°)表示。
对于小的偏移角，亦即小于10°的角度，在与轮胎的旋转轴线平行的方向上的横向力与偏移角成比例。横向侧偏刚度等于该比例系数。
横向侧偏刚度是非常重要的物理变量，其将轮胎与车辆连接起来并且决定车辆在道路上的操作质量。
滚动阻力是本发明要处理的另一种性能。滚动阻力是对抗车辆向前行驶的力中的一种。轮胎的滚动阻力系数(CRR)是相对于轮胎所承载的负荷的滚动阻力。该系数以kg/t表示。
滚动阻力基本上与轮胎的变形有关。举例说明，与胎侧相关联的胎圈占轮胎滚动阻力的20％至30％，而胎面占60％至80％。
在本发明中轮胎通常安装在轮辋上。该轮辋是根据ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)标准的规范来选择的，所述标准将推荐的轮辋与给定的轮胎尺寸关联起来。通常，多个轮辋宽度可以适用于同一轮胎尺寸。在本发明的情况中，轮辋的与轮胎相互作用的部分围绕轮胎的旋转轴线表现出旋转对称性。为了描述轮辋，在子午平面中描绘母线轮廓是足够的。
在子午平面中，轮辋包括至少一个凸缘，所述凸缘位于一个轴向端部并且连接至基座，所述基座旨在接收胎圈的径向最内表面。经由圆角将轮辋凸缘连接至基座的直线部分位于基座与凸缘之间。轮辋的由直线部分延续的凸缘在轴向上限制了胎圈在充气期间的移动。
在充气期间胎圈在轮辋上的安装性也是本发明会影响的性能。在胎圈的安装性方面的性能包括评估轮胎的胎圈在充气过程中可被恰当地安装在轮辋上的能力。在胎圈的径向最内表面，必须与基座充分接触，以避免用于使轮胎充气的空气有任何泄漏。通常，在该接触区域中预期至少1.4MPa的接触压力。充气压力将胎圈卡在轮辋的凸缘上。在凸缘上的接触压力也必须足以避免轮胎脱离轮辋，尤其是在高速急转弯时。用于观察安装在轮辋上的胎圈的观察装置(特别是通过放射线照相工作)使得可以诊断安装的质量。
因此，可以根据两种轮胎在轮辋上的安装性方面的性能对其进行分级。
背景技术
在运输领域中减少温室气体排放是车辆制造商目前所面临的主要挑战之一。已经在轮胎中通过降低滚动阻力取得了大量进步，因为滚动阻力对车辆的燃料消耗具有直接影响。举例说明，轮胎的滚动阻力降低20％使得可以在综合循环中每100公里节省约3％的燃料。
仍然需要降低客运车辆的轮胎的滚动阻力，而且不会对其在车辆上的操作性产生不利影响。
已经提出了通过优化胎圈来改善客运车辆的轮胎的滚动阻力。文献WO 2010/072736特别教导了使用弹性体组合物来实现滚动阻力的显著下降，所述弹性体组合物具有约15MPa的低弹性模量G’和比弹性模量低20％以上的粘性模量G”。
该文献还推荐通过对弹性模量和粘性模量满足上述关系的弹性体配混物层的几何形状优化来更进一步地降低滚动阻力。这种优化导致弹性体配混物层的轮廓相比于常规轮胎是更短且更宽的，从而可能导致实施困难。
文献FR2994127描述了对文献WO 2010/072736的改进，其前提是在胎圈中添加增强件。该增强件由涂覆有弹性体配混物的增强体形成。
这种解决方案的主要缺点是随着在制造轮胎的过程中引入新的半成品而使得工业制造成本显著增加。
发明人为其自身设定的目的是生产一种轮胎，该轮胎改善滚动阻力而不会对车辆的操作性产生不利影响，同时仍控制着相关的制造成本。
发明内容
通过一种用于客运车辆的轮胎实现了该目的，所述轮胎包括：
旨在安装到轮辋上的两个胎圈、连接至胎圈的两个胎侧层、以及具有旨在与地面接触的胎面的胎冠，所述胎冠具有与两个胎侧层中的一者的径向外端连接的第一侧以及与两个胎侧层中的另一者的径向外端连接的第二侧；
至少一个胎体增强件，所述胎体增强件从两个胎圈延伸穿过胎侧层直至胎冠，所述胎体增强件具有多个胎体增强元件并且通过围绕环形增强结构卷绕而锚固在两个胎圈中，从而在每个胎圈中形成主要部分和卷边；
第一弹性体填充配混物层，其占据至少部分地包括在胎体增强件的主要部分与环形增强结构的径向外侧部分之间的体积，并且沿径向向外延伸至位于距轴向直线HH’的法向距离DRB处的端部，所述轴向直线HH’在环形增强结构的径向最内点处与环形增强结构相切；
弹性体配混物的动力学剪切刚度模量和粘弹性损耗根据标准ASTM D 5992-96在100℃和10％应变下进行测量；
在每个胎圈中的轮辋接触曲线，其包括轮胎上与轮辋接触的点；该轮辋接触曲线连接轮胎上的第一点M1和轮胎上的第二点M2，所述第一点M1位于轴向最外侧并且与轮辋接触，所述第二点M2也与轮辋接触并且位于将凸缘连接至轮辋基座的直线部分的中间；该轮辋接触曲线的长度是沿着接触曲线从点M1到点M2的曲线距离；
在被安装到轮辋上并抵靠坚硬的平坦地面(例如柏油碎石地面)被竖向负荷(250)压缩的充气轮胎的竖向子午平面中的两个区部，其中负荷和充气压力为根据ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)标准的标称值；第一区部位于接地面中，并且第二区部相对于轮胎的旋转轴线位于第一区部的相对侧；
在位于接地面的第一区部中，在至少第一胎圈中，测量轮辋接触曲线的长度LADC；
在相对于轮胎的旋转轴线位于与接地面相对的位置的第二区部中，在至少第二胎圈中，测量轮辋接触曲线的长度LCJ；
两个区部中的轮辋接触曲线的长度差的比率，即100*(LADC-LCJ)/LCJ，大于或等于30；
构成至少一个胎圈的第一填充层的弹性体配混物的粘弹性损耗Tan(δ)max具有小于或等于0.100的值。
本发明的轮胎的轮辋接触的变化比率100*(LADC-LCJ)/LCJ大于30，加上存在粘弹性损耗Tan(δ)max小于或等于0.100的填充层，使得轮胎的滚动阻力下降，而且不会对其所安装的车辆的操作性产生不利影响。这种轮胎的胎圈借助于弹性体材料的性质和胎侧层在与轮辋接触的区域中的几何轮廓实现了在滚动阻力和横向侧偏刚度方面的平衡性能。这种轮胎的制造不需要任何特别的工艺开发或引入新材料，这使得工业制造成本相对于现有技术保持不变。
本发明的轮胎的轮辋接触的变化比率比在现有技术的轮胎上所查明的轮辋接触的变化比率大得多。
轮辋接触曲线表示轮胎上在给定时刻与轮辋接触的所有点。对于每个胎圈，该轮辋接触曲线从轮胎上的第一点M1延伸到轮胎上的第二点M2，所述第一点M1位于轴向最外侧并且与轮辋接触，所述第二点M2也与轮辋接触并且位于将凸缘连接至轮辋基座的直线部分的中间。该轮辋接触曲线的长度是沿着轮辋接触曲线从点M1到点M2的曲线距离。
当安装在轮辋上的充气轮胎被承载的负荷压缩时，轮胎上与轮辋接触的点可因子午线的不同而不同。由此可见，如上所限定的轮辋接触曲线的长度也会因子午线的不同而不同。
轮胎被设计为使得轮辋接触曲线在接地面中相比于现有技术的轮胎而言是尽可能长的，更具体地在接地面的中心处的子午线中是尽可能长的。在这些条件下，发明人预计轮辋接触对侧偏刚度的贡献处于最高。
在被安装于轮辋上并被承载的负荷压缩的充气轮胎的子午截面中，可以看到轮胎的穿过接地面中心的第一区部。接地面理解为意指轮胎上在给定时刻与地面接触的所有点，其中轮胎抵靠地面被压缩。接地面上位于竖向轴线ZZ’的点被称为接地面的中心。还可以看到相对于轮胎的旋转轴线YY’而言与接地面相对的轮胎的另一个区部，所述轮胎总体上限定了与表现出旋转对称性的充气状态类似的变形状态。
轮辋接触的变化比率对应于车轮每旋转一周的轮辋接触长度变化的最大值。
根据发明人，设计本发明的轮胎的必要步骤包括改变其在与轮辋接触的区域中的外部轮廓。各种不同的解决方案是可能存在的，例如在与保护层的接合处增加胎侧层的轴向厚度。其他解决方案包括改变外部轮廓，以便在接触区域中获得具有与轮辋凸缘相同的弯曲的轮廓。另一种解决方案包括在轮辋凸缘处将配混物垫插入位于胎侧层与保护层之间的接合处的区域中。该配混物垫可以优选地由与胎侧层的配混物相同的配混物组成，以保持工业制造成本。对这种弹性体配混物垫的期望尤其是在于其弹性剪切刚度模量，该弹性剪切刚度模量有利地可以例如等于胎侧层的弹性剪切刚度模量。
根据本发明，构成至少一个胎圈的第一填充层的弹性体配混物的粘弹性损耗具有小于或等于0.100的值。
胎圈的滚动阻力下降在于降低弹性体配混物的滞后性，所述弹性体配混物具有最大体积并且经受相当大的应变。胎圈的第一填充层是这样的层，其占据最大体积并且在被压缩的轮胎进入接地面时经受相当大的弯曲应变、拉伸-压缩应变和剪切应变。
该第一填充层的体积是胎圈中最大的。其滞后性下降表现为轮胎滚动阻力显著下降。
换言之，本发明的该特征有助于胎圈的滚动阻力下降并因此有助于轮胎的滚动阻力下降，同时借助于轮辋接触的变化比率保持在大于30的水平，从而在车辆上仍然具有与现有技术的轮胎相当的操作性水平。
有利地，至少一个胎圈的第一填充层具有在[1.5；10]MPa范围内，优选地在[1.5；7]MPa范围内的弹性剪切刚度模量。
发明人已经观察到通过将填充层的弹性剪切刚度模量保持在这些范围内并且通过获得在大于30的水平的轮辋接触的变化比率，更易于获得在胎圈的柔性与接地面中的横向力之间的平衡，所述横向力是因促进胎圈抵靠轮辋凸缘而产生的。
与该特征相关的本发明的另一个优点是，当在轮辋上进行对现有技术和本发明的轮胎加以比较的安装性测试时，发明人注意到，本发明的轮胎的安装性比具有硬胎圈的一些轮胎好。这是因为，在现有技术的轮胎中，填充层的配混物具有通常在15MPa至50MPa之间的弹性刚度模量。发明人假设，本发明轮胎的与胎圈相关的柔性使得可以由于其可变形性而便于安装，这促进了更好地安装在基座上并抵靠轮辋凸缘。此外，与硬胎圈相关联的径向内侧的胎侧层的轮廓变化导致在轮辋上的安装性下降。使用柔性弹性体配混物(G’<10MPa)使得可以补偿这种下降，从而获得适当水平的安装性。
根据特别有利的实施方案，胎圈包括形成侧向增强层的第二弹性体配混物层，所述侧向增强层占据至少部分地包括在胎侧层与胎体增强件的卷边之间的体积，并且沿径向向外延伸至位于距轴向直线HH’的法向距离DRL处的端部，所述轴向直线HH’在环形增强结构的径向最内点处与环形增强结构相切。
根据发明人，弹性体配混物的第二侧向增强层为胎圈的增补第一填充层的增强体。取决于其在Tan(δ)和动力学剪切刚度方面的材料性质，所述增强体使得可以调节滚动阻力与操作性之间的性能平衡。
有利地，在该实施方案的变体形式中，至少一个胎圈的所述第二侧向增强层的粘弹性损耗Tan(δ)max具有小于或等于0.100的值。
在实施方案的该变体形式中，两个配混物层满足具有小于0.100的粘弹性损耗Tan(δ)max的性质。在滚动阻力方面的提高是最佳的，同时安装在车辆上的轮胎的操作性仍然与现有技术相当。
有利地，在同一个实施方案的另一个变体形式中，至少一个胎圈的所述第二侧向增强层具有在[1.5；10]MPa范围内，优选地在[1.5；7]MPa范围内的弹性剪切刚度模量。
该实施方案旨在使胎圈与柔性的第二侧向增强层一起运作，而侧向增强层通常具有在20MPa至50MPa之间的剪切刚度模量。该实施方案的优点在于使用了这样的弹性体配混物，其既具有Tan(δ)max小于0.1的低粘弹性损耗，同时又具有在[1.5；10]MPa范围内的弹性剪切刚度模量。考虑到这些材料性质的一致性，实施这样的配混物并不特别困难。
优选地，两个区部中的轮辋接触曲线的长度差的比率，即100*(LADC-LCJ)/LCJ，大于或等于40，优选大于或等于50，更优选大于或等于70。
发明人已经发现，本发明的轮胎的横向侧偏刚度在与轮辋接触的变化比率相同的意义上是增加的。对于这样的轮辋接触的变化比率，胎侧层的外部轮廓的变化使得更易于安装胎圈，但是高于100的过高比率可能降低安装性。
除了本发明的主要特征之外，发明人还确定了与胎圈的配混物层的几何形状相关联的手段，以更好地控制滚动阻力改进的轮胎在性能方面的折衷，同时保持良好的操作性。
有利地，包括在胎体增强件的主要部分与其卷边之间的第一填充层的径向距离DRB小于或等于轮胎的径向高度H的50％。
轮胎的高度H是第一直线与第二直线之间的法向距离，所述第一直线平行于轮胎的旋转轴线并且与环形增强结构的径向最内点相切，所述第二直线也平行于轮胎的旋转轴线并且穿过胎面的径向最外点。径向高度H是在以下轮胎上测量的：所述轮胎安装在轮辋上并被充气至根据ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)规范的设定压力。
有利地，在径向距离DRI是位于胎侧层与胎体增强件的卷边之间的侧向增强层的径向最内端的径向高度的情况下，所述径向距离DRI在轮胎的径向高度H的[5％；25％]范围内。
更有利地，在距离DRL是位于胎侧层与胎体增强件的卷边之间的侧向层的径向外端的距离的情况下，所述距离DRL大于或等于轮胎的径向高度H的25％。
需回顾的是，距离DRL是从第二侧向增强层的端部的径向最外端到直线(HH’)的法向距离，所述直线(HH’)在环形增强结构的径向最内点处与环形增强结构相切。
包括在胎侧与胎体增强件的卷边之间的第二侧向增强层有助于第一填充层中的附加胎圈的刚度。根据发明人，其定位由侧部DRI和DRL来调节，以便在胎圈进入接地面时承受胎圈的弯曲应力和拉伸-压缩应力。
在本发明的有利的实施方案中，在径向外侧，胎体增强件的卷边在其整个高度上压靠在胎体增强件的主要部分上。
如上所述，胎体增强件由包覆在两个弹性体配混物层之间的增强体形成。胎体增强件的卷边压靠在胎体增强件的主要部分上意指卷边与胎体增强件的主臂接触。该接触是沿着胎体增强件的涂层的轴向外表面进行的。
在这种构造中，第一填充层的体积被限制为围绕环形增强结构严格最小化。这种构造对于胎圈的滚动阻力下降是非常有利的。
在另一个实施方案中，在胎侧的轴向内侧，沿轴向在胎体增强件的卷边与侧向增强层之间引入胎圈的增强件。
胎圈的增强件由包覆在两个弹性体配混物层之间的相互平行的增强体形成。这种半成品的添加会产生额外的制造成本，必须予以补偿。
为了限制这种解决方案对制造成本的影响，该实施方案可以与如下相结合：将胎体增强件的卷边压靠在胎体增强件的主要部分上。
有利地，构成至少一个胎圈的第一层和第二层中的至少一个层的弹性体配混物具有基于以下物质的组合物：100％的聚异戊二烯天然橡胶或天然橡胶与聚丁二烯的共混物，交联体系，总含量在50phr至75phr之间的炭黑N550类型的增强填料。
优选地，构成至少一个胎圈的填充层的弹性体配混物具有与构成胎圈的侧向外增强层的弹性体配混物相同的组合物。
橡胶组合物优选基于至少一种二烯弹性体、增强填料和交联体系。
“二烯”弹性体(或等同地橡胶)以已知的方式理解为意指至少部分(即均聚物或共聚物)源自二烯单体(即带有两个共轭或非共轭碳-碳双键的单体)的弹性体。所用的二烯弹性体优选选自聚丁二烯(BR)、天然橡胶(NR)、合成聚异戊二烯(IR)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)、丁二烯-异戊二烯共聚物(BIR)、苯乙烯-异戊二烯共聚物(SIR)、苯乙烯-丁二烯-异戊二烯共聚物(SBIR)和这些弹性体的组合。
一个优选的实施方案包括使用“异戊二烯”弹性体，即异戊二烯均聚物或异戊二烯共聚物，换言之选自如下的二烯弹性体：天然橡胶(NR)、合成聚异戊二烯(IR)、各种异戊二烯共聚物以及这些弹性体的组合。
异戊二烯弹性体优选为天然橡胶或顺式-1,4型的合成聚异戊二烯。在这些合成聚异戊二烯中，优选使用顺式-1,4键含量(摩尔％)高于90％，还更优选高于98％的聚异戊二烯。根据其他优选的实施方案，二烯弹性体可以全部或部分地由另一种二烯弹性体组成，如例如，与或不与另一种弹性体(例如BR类型)共混地使用的SBR(E-SBR或S-SBR)弹性体。
橡胶组合物还可以包含通常用于旨在制造轮胎的橡胶基质中的全部或一些添加剂，例如，如炭黑的增强填料或者如二氧化硅的无机填料、用于无机填料的偶联剂、抗老化剂、抗氧化剂、增塑剂或增量油(无论后者是芳族或非芳族的性质(特别是即使是芳族也是极弱芳族的油，例如高粘度或优选低粘度的环烷或石蜡油类型、MES或TDAE油、具有超过30℃的高Tg的增塑树脂))、提高处于未处理状态下的组合物加工性(可处理性)的试剂、增粘树脂、基于硫或硫给体和/或过氧化物的交联体系、促进剂、硫化活化剂或阻滞剂、抗硫化返原剂、亚甲基受体和给体(例如HMT(六亚甲基四胺)或H3M(六甲氧甲基三聚氰胺))、增强树脂(例如间苯二酚或双马来酰亚胺)、已知的金属盐类型(例如特别是钴盐或镍盐)的促粘体系。
在合适的混合器中使用本领域技术人员公知的两个连续制备阶段来制造橡胶组合物：在高温(高达在110℃至190℃之间，优选在130℃至180℃之间的最大温度)下的热机械捏合或加工的第一阶段(“非生产”阶段)，接着是在通常低于110℃的较低温度下的机械加工的第二阶段(“生产”阶段)，这是其中掺入交联体系的完成阶段。
举例而言，非生产阶段在持续数分钟(例如在2分钟至10分钟之间)的单个热机械步骤中进行，在此过程中，将除了交联体系或硫化体系之外的所有必要的基本组分和其他添加剂引入到合适的混合器(例如常规的密闭式混合器)中。在将由此获得的组合物冷却之后，接着将硫化体系掺入到保持在低温(例如在30℃至100℃之间)的开放式混合器(例如开炼机)中。然后混合所有物质(生产阶段)数分钟(例如在5分钟至15分钟之间)。
随后将由此获得的最终组合物压延为例如片材或板材的形式以进行表征，或者将所述最终组合物挤制以形成用于根据本发明的轮胎中的外侧带状体。
随后可以将硫化(或固化)以已知的方式在通常130℃至200℃之间的温度下并优选在压力下进行足够长的时间，所述时间可例如在5分钟至90分钟之间变化，这尤其取决于固化温度、采用的硫化体系和所考虑的组合物的硫化动力学。
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附图给出的对本发明示例性实施方案的描述而变得显而易见，所述附图描绘出根据本发明一个实施方案的轮胎设计的子午视图。为了使得更容易理解，附图没有按比例显示。
图1描绘了充气轮胎的子午截面，所述充气轮胎安装在轮辋上并且被承载的负荷压缩。可以看到接地面中的第一区部和相对于轴线(YY’)而言与接地面相对的第二区部。
图2-A和图2-B示出了轮胎的外部轮廓的变化，以促进轮辋接触。
图2-C描绘了安装在轮辋上的本发明轮胎的第一胎圈的放大图。
图2-D描绘了安装在轮辋上的本发明轮胎的第二胎圈的放大图。
图3-A示出了对轮胎的高度H的确定。
图3-B描绘了符合本发明的胎圈的主要侧面。
具体实施方式
已经根据ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)的规范标准在尺寸为245/45R18的客运车辆轮胎上实施了本发明。这种轮胎可以承载800公斤的负荷，充气至250kPa的压力。
在图1中，轮胎1包括胎体增强件90和两个胎圈50，所述胎体增强件90由涂覆有橡胶组合物的增强体构成，每个胎圈50具有将轮胎1保持在轮辋100上的环形增强结构51。胎体增强件90锚固在每个胎圈50中。轮胎1还具有胎冠增强件20，所述胎冠增强件20包括两个工作层21、22和环箍层23。工作层21和22中的每一者由丝状增强元件增强，所述丝状增强元件在每个层内是平行的并且从一个层至另一个层交叉，与周向方向形成10°至70°之间的角度。在胎冠增强件20的径向外侧布置有环箍层23，该环箍层23由沿周向定向并螺旋缠绕的增强元件形成。胎面10在径向上布置在环箍层23上；该胎面10提供轮胎1与地面200之间的接触。所描绘的轮胎1是“无内胎”轮胎：其包括覆盖轮胎内表面的“内衬”95，所述内衬95由充气气体不可渗透的橡胶组合物制成。轮胎被竖向负荷250压缩抵靠在地面200上。每个胎圈50包括弹性体配混物层80和弹性体填充配混物层70，所述弹性体配混物层80位于径向最内侧并且旨在与轮辋100接触，所述弹性体填充配混物层70至少部分地位于胎体层90的主要部分52与卷边53之间。
还是在图1中，安装轮辋100在竖向轴线OZ的两侧沿轴向延伸并且包括至少一个轮廓105，所述轮廓105在由轴线OZ界定的至少一个部分上具有基座110，所述基座110旨在接收轮胎的胎踵，所述基座110连接至轮辋的直线部分130，所述直线部分本身连接至凸缘120。
图2-A描绘了与现有技术轮胎相比的本发明轮胎1的胎圈50的外部轮廓。在图2-A中，描绘了在与接地面相对的区部中的胎圈50。轮廓30是现有技术的轮胎的轮廓，而轮廓35是本发明的轮胎的轮廓。轮廓(30、35)在轮辋凸缘120处的区域中是不同的。附图标记35示出了在本发明的轮胎上对轮廓进行的改变，以促进与轮辋100接触。
图2-B描绘了与图2相同的情况，不同之处在于，示出了在与地面接触的接地面的中心中的轮廓(30、35)。与图2-A相比，轮胎与整个轮辋凸缘120接触。轮辋接触的变化比率表现出了接地面中的区部和与接地面相对的区部之间的轮辋接触的这种变化。
在图2-C描绘出的实施方案中，存在弹性体配混物垫40(位于胎侧30的径向内端的变型形式)，其旨在与轮辋凸缘120接触。配混物垫40在径向内侧由曲线界定，所述曲线紧密地遵循轮辋凸缘120的轮廓。弹性体配混物垫40的第一侧具有预期与轮辋凸缘的弯曲部接触的适宜几何形状，以便在进行接触时紧密地遵循轮辋凸缘120的形状；弹性体配混物垫的第二侧延续与环境空气接触的胎侧的外侧；弹性体配混物垫40的第三侧与胎侧的径向内端接触；弹性体配混物垫的最后第四侧与保护层80接触。
图2-D示出了本发明的另一个实施方案，其中存在用于增强胎圈的侧向增强层60。
在图2-C中，轮辋接触曲线从轮胎上的第一点M1延伸到轮胎上的第二点M2，所述第一点M1位于轴向最外侧并且与轮辋接触，所述第二点M2也与轮辋接触并且位于将凸缘120连接至轮辋的基座110的直线部分的中间。该轮辋接触曲线的长度是沿着轮辋接触曲线从点M1到点M2的曲线距离。
图3-A示出了对高度H的确定。轮胎的高度H是第一直线与第二直线之间的法向距离，所述第一直线平行于轮胎的旋转轴线并且与环形增强结构的径向最内点相切，所述第二直线也平行于轮胎的旋转轴线并且穿过胎面的径向最外点。径向高度H是在以下轮胎上测量的：所述轮胎安装在轮辋上并被充气至根据ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)规范的设定压力。
图3-B描绘了根据图2-D的实施方案的符合本发明的胎圈的几何参数。高度是从直线HH’起限定的，所述直线HH’在胎圈线51的径向最内点处与胎圈线51相切。
DRI是侧向增强层60的径向内端距HH’的径向距离。径向距离DRI小于或等于轮胎的径向高度H的20％，在此所示的实施例中为5mm；
DRL是侧向增强层60的径向外端距直线HH’的径向距离。径向距离DRL大于或等于轮胎的径向高度H的25％，在此所示的实施例中为38mm；
DRR是胎体增强件90的卷边的端部距HH’的径向距离。径向距离DRR大于或等于轮胎的径向高度H的10％，在此所示的实施例中为20mm；
DRB是填充层70的径向外端距HH’的径向距离，在此所示的实施例中为28mm。
下表1显示了本发明所涉及的胎圈的弹性体配混物的组成。列出了所用的主要配混物，其中每种配混物的主要成分以phr(重量份/100重量份弹性体)表示。
[表1]
本发明的配混物基于天然橡胶弹性体并且由炭黑增强。在组合物中掺入增塑剂(增强树脂)以促进配混物的加工性。配混物还包含硫化剂(硫)、促进剂和保护剂。在表2中汇总了根据表征的向外曲线的相关机械性质和粘弹性性质，这些性质是在23℃和10％的应变振幅下测得的：
[表2]
G’ G” Tan(δ)max
M1 46 7 0.2
M2 48 8 0.2
M3 3 0.3 0.1
在本发明的上下文中，弹性动力学剪切模量分别为46MPa和48MPa的弹性体配混物M1和M2被称为硬的。粘弹性损耗等于0.1的配混物M3被称为低滞后性。
测试了本发明的轮胎的构造P1，从而有力地突出本发明所提供的性能。该轮胎P1符合图2-C，亦即胎圈包括由低滞后性配混物M3制成的填充层，而不存在侧向增强层。
如图2-A和图2-B所描绘的，在对与轮辋接触的区域中的胎侧层的轮廓进行部分改变之后，轮辋接触的变化比率为188％。
将该轮胎的结果与对照T1、T2和T3的结果进行比较。
将对照轮胎T1上的轮辋接触的变化比率通常设为100，亦即这种与轮辋接触的变化比率与本发明轮胎的偏差小于30。
对照T1对应于包括填充层的轮胎，所述填充层位于胎体层的主要部分与其卷边之间。该填充层由配混物M1构成。轮辋接触的变化比率小于130％。
对于轮胎T2，填充层由配混物M3构成，但是胎侧层的轮廓与本发明的轮胎相比并没有被改变来促进与轮辋接触。
关于第二参比轮胎T3，填充层由配混物M1构成。胎侧的轮廓被改变以促进与轮辋接触。
将对照轮胎T1、T2、T3和根据本发明的变体形式P1进行了测试，以测量滚动阻力和横向侧偏刚度。还通过在轮辋上的安装性测试对对照和变体形式进行了评估。
下表3汇总了所测试的轮胎的构造，所述轮胎的胎圈包含填充配混物但没有侧向增强层：
[表3]
填充层 与轮辋接触的轮廓的变化
T1 M1 Nok(1)
T2 M3 Nok(1)
T3 M1 Ok
P1 M3 Ok
(1)术语Nok意指胎侧层的轮廓没有被改变来促进与轮辋接触，ok意指该轮廓被改变从而获得大于30的轮辋接触的变化比率。
滚动阻力测试是根据标准ISO 28580进行的。对于所测试的轮胎，结果为滚动阻力的系数，该系数表示由于轮胎的滞后性而导致的与车辆的向前行驶相反的阻力除以所承载的负荷的比率。
横向侧偏刚度是在专用测量机(例如MTS销售的测量机)上测量的。
在轮辋上的安装性的测试包括在将安装分解为基本操作的基础上给出整体安装性的结果，所述基本操作尤其包括：穿过轮辋凸缘、加压敲击、穿过轮辋上的凸起、通过压缩安置胎圈、在轮辋基座下方的紧密性、切割胎缘和拆卸。为了进行该测试，需要诸如半自动安装机的装置或放射线照相装置。
在下表4中汇总了获得的结果，该表4还显示了每个变体形式的轮辋接触的变化比率：
[表4]
观察轮胎T1、T2和T3的结果，确认了使用具有低滞后性材料(例如配混物M3)的胎圈来降低轮胎的滚动阻力的原理(T2和P1)。然而，也可以观察到伴随着侧偏刚度下降(对照T2)。
相反，这些相同的结果表明，当轮胎T3使用硬胎圈，亦即具有由弹性体配混物M1制成的填充层的胎圈时，滚动阻力相对于对照T1没有显著改进，并且在轮辋上的安装性变差。
变体形式P1表现出滚动阻力的改进。借助于轮辋接触的变化比率，横向侧偏刚度处于与对照T1相同的水平。与填充层的配混物M3的剪切刚度模量的下降有关的胎圈的相对柔性促进了在轮辋上的安装性。
实际上，正是轮辋接触的变化比率与低滞后弹性体配混物(例如配混物M3)的组合产生了本发明。
测试了本发明轮胎的其他构造，其中如图2-D所描绘的，胎圈包括第一填充层和第二侧向增强层。下表5汇总了所考虑的构造：
[表5]
(1)术语Nok意指胎侧层的轮廓没有被改变来促进与轮辋接触，ok意指该轮廓被改变从而获得大于30的轮辋接触的变化比率。
对照T′1包括含有填充层和侧向增强层的胎圈。T′1的填充层由弹性体配混物M1制成，侧向增强层由弹性体混合物M2制成。胎侧层的轮廓没有被改变来促进与轮辋接触。
对照T′2与T′1的不同之处在于，第一填充层与第二侧向增强层一样，由弹性体配混物M3制成。胎侧层的轮廓也没有被改变来促进与轮辋接触。
对照T′3也采用T′1的构造，但是胎侧层的轮廓被改变以促进与轮辋接触。
本发明的轮胎P′1包括由弹性体配混物M1制成的填充层和由弹性体混合物M2制成的侧向增强层。胎侧层的轮廓被改变以促进与轮辋接触。
最后，本发明的轮胎P′2与P′1的不同之处在于，侧向增强层由弹性体配混物M3制成。
下面在表6中列出了与表6的构造相关联的结果：
[表6]
本发明的轮胎P′1和P′2实现了在滚动阻力与由横向侧偏刚度控制的操作性之间所寻求的折衷。
所呈现的根据本发明的轮胎的所有变体形式都是无需开发方法就可制得的，并且保留了传统的工业制造成本。
此外，本发明可以更一般地应用于与本文所述的不同的胎圈结构，例如，即使胎体增强件不包括卷边，胎圈也可具有第一填充层和第二侧向增强层。

Claims (13)

1.一种用于客运车辆的轮胎(1)，所述轮胎(1)包括：
旨在安装到轮辋上的两个胎圈(50)、连接至胎圈(50)的两个胎侧层(30)以及具有旨在与地面(200)接触的胎面(10)的胎冠(20)，所述胎冠(20)具有与两个胎侧层(30)中的一者的径向外端连接的第一侧以及与两个胎侧层(30)中的另一者的径向外端连接的第二侧；
至少一个胎体增强件(90)，所述胎体增强件(90)从两个胎圈(50)延伸穿过胎侧层(30)直至胎冠(20)，所述胎体增强件(90)具有多个胎体增强元件并且通过围绕环形增强结构(51)卷绕而锚固在两个胎圈(50)中，从而在每个胎圈中形成主要部分(52)和卷边(53)；
第一弹性体填充配混物层(70)，其占据至少部分地包括在胎体增强件的主要部分(52)与环形增强结构(51)的径向外侧部分之间的体积，并且沿径向向外延伸至位于距轴向直线(HH’)的法向距离DRB处的端部，所述轴向直线(HH’)在环形增强结构的径向最内点处与环形增强结构相切；
弹性体配混物的动力学剪切刚度和粘弹性损耗根据标准ASTM D5992-96在100℃和10％应变下进行测量；
在每个胎圈(50)中的轮辋接触曲线，其包括轮胎(1)上与轮辋(100)接触的点；该轮辋接触曲线连接轮胎上的第一点M1和轮胎上的第二点M2，所述第一点M1位于轴向最外侧并且与轮辋接触，所述第二点M2也与轮辋接触并且位于将凸缘连接至轮辋基座的直线部分的中间；该轮辋接触曲线的长度是沿着接触曲线从点M1到点M2的曲线距离；
在被安装到轮辋上并抵靠坚硬的平坦地面被竖向负荷(250)压缩的充气轮胎的竖向子午平面中的两个区部，其中负荷和充气压力为根据ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)标准的标称值；第一区部位于接地面中，并且第二区部相对于轮胎的旋转轴线位于第一区部的相对侧；
在位于接地面的第一区部中，在至少第一胎圈中，测量轮辋接触曲线的长度LADC；
在相对于轮胎的旋转轴线位于与接地面相对的位置的第二区部中，在至少第二胎圈中，测量轮辋接触曲线的长度LCJ，其特征在于，两个区部的轮辋接触曲线的长度差的比率，即100*(LADC-LCJ)/LCJ，大于或等于30；构成至少一个胎圈(50)的第一填充层(70)的弹性体配混物的粘弹性损耗Tan(δ)max具有小于或等于0.100的值。
2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，至少一个胎圈(50)的第一填充层(70)具有在[1.5；10]MPa范围内，优选地在[1.5；7]MPa范围内的弹性剪切刚度模量。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎(1)，其中，胎圈包括形成侧向层(60)的第二弹性体配混物层(60)，所述侧向层(60)占据至少部分地包括在胎侧层(30)与胎体增强件(53)的卷边之间的体积，并且沿径向向外延伸至位于距轴向直线(HH’)的法向距离DRL处的端部，所述轴向直线(HH’)在环形增强结构(51)的径向最内点处与环形增强结构(51)相切。
4.根据权利要求3所述的轮胎(1)，其中，至少一个胎圈(50)的所述第二侧向增强层(60)的粘弹性损耗Tan(δ)max具有小于或等于0.100的值。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的轮胎(1)，其中，至少一个胎圈(50)的所述第二侧向增强层(60)具有在[1.5；10]MPa范围内，优选地在[1.5；7]MPa范围内的弹性剪切刚度模量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其中，两个区部的轮辋接触曲线的长度差的比率，即100*(LADC-LCJ)/LCJ，大于或等于40，优选大于或等于50，更优选大于或等于70。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其中，包括在胎体增强件(90)的主要部分(52)与其卷边(53)之间的第一填充层(70)的径向距离DRB小于或等于轮胎(1)的径向高度H的50％。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的轮胎(1)，径向距离DRI是位于胎侧层(30)与胎体增强件(90)的卷边(53)之间的侧向层(60)的径向最内端的径向高度，其中所述径向距离DRI在轮胎(1)的径向高度H的[5％；20％]范围内。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的轮胎(1)，距离DRL是位于胎侧层(30)与胎体增强件(90)的卷边(53)之间的侧向增强层(60)的径向外端的距离，其中所述距离DRL大于或等于轮胎(1)的径向高度H的25％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其中，胎体增强件(90)的卷边(53)在径向外侧沿着所述卷边(53)与胎体增强件(90)的主要部分(52)接触。
11.根据权利要求10所述的轮胎(1)，其中，在胎侧(30)的轴向内侧，在胎体增强件(90)的卷边(53)与侧向层(60)之间的轴向外侧引入胎圈(50)的增强件。
12.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其中，构成至少一个胎圈(50)的第一层和第二层(60、70)中的至少一个层的弹性体配混物具有基于以下物质的组合物：100％的聚异戊二烯天然橡胶或天然橡胶与聚丁二烯的共混物，交联体系，总含量在50phr至75phr之间的炭黑N550类型的增强填料。
13.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其中，构成至少一个胎圈(50)的填充层(70)的弹性体配混物具有与构成胎圈(50)的侧向增强层(60)的弹性体配混物相同的组合物。
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