CN1252362A - 涂胶织物及带有零度加强元件的轮胎 - Google Patents

Abstract

一种用于轮胎皮带的涂胶织物及加入该涂胶织物的轮胎,该涂胶织物中加入由形状记忆材料制成的连续加强元件。该涂胶织物形成了轮胎的零度皮带层。织物的基本特征在于加入了用于将加强元件稳定在织物中预定位置的装置。对加强元件的稳定是通过将加强元件整理成并排金属带的形式来实现的。各金属带的最小宽度为约1mm,加入了金属带的涂胶织物的厚度最大值为约0.4mm,优选为约0.3mm。在其它方面,涂胶织物通过约束下面的皮带层而改进了硫化工艺,减少了“接地点扁平化”的机会,并产生了轮胎重量变轻的结构。

Description

涂胶织物及带有零度加强元件的轮胎

本发明涉及用于具有零度加强元件的轮胎的涂胶织物及加入这种织物的轮胎。

众所周知，轮胎包括至少三种基本部件，胎体，胎面带及位于胎面带与胎体之间的加强皮带。胎体，通常至少一层，绕一对胎缘填充芯从两端部翻出。胎缘填充芯、胎体端部一起，并在胎缘填充芯与胎体端部之间加入任何一种橡胶填料，以配合在轮胎两侧形成胎边。

当使用时，轮胎置于一轮缘上，该轮缘具有两个沿轴向互相移动的座。轮胎两侧的两个胎边放在两个轮缘座上。每个轮缘座终止于一端部凸缘，该凸缘具有一大于轮胎胎边直径的外部直径，防止当轮胎安装在轮缘上后胎边从轮缘滑落。

常规轮胎的皮带一般包括至少三个涂胶织物。前两个织物包括互相交叉并与轮胎赤道面成角度的细绳。第三个织物是由可热皱缩材料的细线制成的外部径向皮带，该可热皱缩材料包括合成橡胶，定向成与轮胎赤道面成0°，通常如尼龙。在一通常的实施例中，第三层包括埋在0.7mm厚的涂胶织物中的直径0.39mm的尼龙绳。

为了在轮胎上形成胎面花纹，将未硫化的或“粗制生胶”的轮胎放置在模中，在该模内表面上设有轮胎胎面花纹。在制造工序的胎面成形步骤中，将模推入轮胎中，把胎面花纹印在轮胎上。同时，轮胎膨胀，使交叉绳的层向模的内表面扩张。这种扩张有助于将胎面带推向模的表面，使其可以从模上接收胎面花纹。当轮胎膨胀扩张时，交叉的绳被向外推，减小了绳相互之间倾斜的角度。带有可热皱缩合成纤维绳的第三皮带层，在其下面向层施加一力，在胎面成形阶段限制它们向外的运动。

第三皮带层不仅在轮胎制造时起作用，而且在将轮胎安装在轮缘上时对于轮胎的操作也很重要。第三皮带层有助于抵消下层向外的扩张，该扩张是由高速作用在皮带上的大的离心力产生的。

但是，合成纤维绳至少有一个缺点。它们会在轮胎中暂时变形，该现象称为“接地点扁平化”。当车辆停止时，车的全部重量落在各轮胎上的一个点上。这使各轮胎在轮胎触地的轨迹或标记区压扁。由于合成纤维在应力下易于蠕动，它们在标记区变形。即使在车辆移动、轮胎旋转后，压扁的区域还在标记区保留很长一段时间。这种现象在所有合成材料中是很典型的。该现象依有问题的特殊合成纤维的粘弹性特性而在材料与材料之间有所变化。因此，至少在轮胎接地点扁平化并旋转后的一定的时间段内，合成绳的暂时变形将产生噪音效果及不舒服的表现。

为了避免这种现象，已经知道将零度金属绳(定向为与轮胎赤道面成零度角)而不是合成材料绳加入到第三皮带中。金属绳有足够的强度在车辆停止时抵抗变形。根据这种教导制造的轮胎不会发生“接地点扁平化”的现象，因为它们加入了金属绳而不是由粘弹性材料制成的绳。

当第三皮带层由金属绳制成时，已知使用由一些拧在一起的股绳制成的所谓的“顺捻型”绳，在绳到达破坏点之前提供高的延伸率，且因此，这种绳在现有技术中称为“HE”(高延伸率)绳。在这种实施例中，金属绳类似于一个弹簧线，这可以从通过研究这些材料的典型应力-变形图而明白。

金属绳的应力-变形图的第一段由一相对于横轴线的小的或缓的坡度表示。应力-变形图的该第一段很有用，因为它可以用来预测在胎面带成形阶段金属的状态特性，在胎面带成形阶段材料在低载荷下呈现高延伸率。接下来，应力变形图的坡度陡的段对在轮胎操作过程中确定金属的状态特性很有用，在轮胎操作过程中，材料在高载荷下仅呈现轻微的延伸率。

适于这种用途的金属绳的全部直径在制造大轮胎时使用的零度织物中可以是0.7mm。但是，这种绳尺寸对于汽车轮胎中皮带纤维所需的尺寸来说太大而不适合。

由形状记忆材料制造的金属绳的皮带结构在本领域也是公知的，例如，美国专利5,242,002和日本专利申请JP4362401。在美国专利5,242,002中，描述了一种轮胎，其皮带具有相对于轮胎赤道面对称倾斜的绳。绳是通过将几股线螺旋缠绕在一起而形成的。绳的至少一股线是由形状记忆材料制成的。形状记忆线在与其它线绞在一起之前，在预定的温度下当它具有特殊的构造(如波浪形)时进行热处理，随后在热处理温度下变形成直线构造；而后，当高于热处理温度时恢复成波浪形构造。

当每次胎面带温度高速上升时，皮带的温度超过形状记忆线的热处理温度，线倾向于呈现波浪形状。但由于形状记忆线与其它线绞在一起，形状记忆线不能变形，而是受到张力。由此，在形状记忆线中建立了一个应力，其作用是增加皮带的刚度，从而避免由于离心力造成的轮胎直径的增加。

日本专利申请JP4362401公开了一种轮胎，其最外端皮带具有一最外层，该层包括一形状记忆膨胀元件，优选是由Ni-Ti合金制成的弹簧线元件。该弹簧线元件以零度角缠绕在皮带的下层上。形状记忆元件设计成当线在高速使用受热时沿轮胎圆周方向收缩。通过这种方式，在高速下，轮胎变得更加坚固，轮胎膨胀现象得到了控制。另一方面，在低速下，如在正常运行情况下遇到的，形状记忆元件恢复并保持其原始形状。该日本专利申请揭示出，轮胎中形状记忆膨胀元件不必是弹簧线形状，而可以是例如皮带或绳的形状。

对照已有技术的现状，相信能够提供一种单一的方案来解决当相关的轮胎在高速使用时受到大的离心力的情况下出现的接地点扁平化以及皮带向外扩张这两个问题。另外，相信所使用材料的尺寸(即产生的皮带的厚度)如果不减小的话，至少可以保持在现有技术的水平。

相信如果使用零度加强件，则接地点扁平化和离心扩张的问题可以同时得到解决，该零度加强件显示出：(1)在涂胶织物中的正确几何定向，(2)高的抗疲劳强度。

但是，必须解决的一个问题是如何在涂胶织物中保持加强元件的正确的几何定向。在现有技术中，已知加强元件在织物层中是不规则地分布。相信这种不规则的分布是由于在制造工序中向轮胎使用高压而引起的。特别地，相信膨胀压力在加强元件上施加一力，在轮胎固化之前将其从预定的位置移走。

但是，制造过程中在织物中保持加强元件的正确的几何定向只是问题的一部分，因为在轮胎操作过程中绳也易于在织物中移动。在使用中，绳圈会压入弹性体材料。由于绳直径是如此的小，相信它们就像刀子一样，在一段时间后在弹性体上产生切口和裂缝。由此，在一段时间后，绳开始在弹性体内移动，在极端情况下，甚至可能从材料中移出，导致加强元件可能在紧挨的下层与金属加强绳接触的危险。如果在不同层的绳互相接触，它们会产生足够的摩擦力而损害轮胎织物的完整性。

疲劳应力是设计加强轮胎织物时必须考虑的另一个因素。疲劳应力可以认为是由轮胎旋转时两种特殊情况造成的。第一，在轮胎未变形部分，绳的径向最外端部分受到牵引并产生与到其纵向中轴线距离成正比而与未变形轮胎弧度半径成反比的弯曲变形。第二，在轮胎未变形部至标记区之间的过渡期间，绳的相同部分受到比前者大得多的变形力，因为变形开始与新的轮胎弧度半径成反比，该新的轮胎弧度半径明显小于与未变形轮胎轮廓相对应的弧度半径。相似地，绳的最内端部分按照相同的关系变形，即与所述纤维到中轴线的距离成正比而与轮胎分别在下面两种情况下呈现的弧度半径成反比，首先在未变形情况下然后在接近标记区的变形情况下。

减小疲劳的一种方式是减小绳的直径。典型加强元件的尼龙0.39mm直径似乎是小了，而从加在绳上的疲劳应力的观点来分析绳的话，这个尺寸其实是非常大的。但是，当减小绳的直径后，如上所述，与绳切断弹性体材料的可能性相关的问题发生的机会增加了。

当根据本发明的设计对与涂胶织物中加强元件的相互作用相关的各种因素进行估价后，选择了一种方案，既满足了在加入的织物中对零度加强元件正确定位的需要，又满足了高抗疲劳强度织物的需要。所选择的一个改进在于在金属带外形中加入由形状记忆材料制成的零度加强元件。对于这种构造，认为金属带的具体宽度可以确定并用来在弹性体材料中对带进行稳定。另外，据认为，这种构造将对轮胎中的气体压力有不同的反应，并对切断弹性体材料的趋势进行抵抗。还认为，如果金属带的厚度明显小于现有技术中相应绳的厚度，当轮胎在地面上滚动时的抗疲劳强度将会大大提高。

因此，本发明的一个方面的特征在于，轮胎的涂胶织物中加入了至少具有一个连续加强金属带的弹性体材料。该带由定向成与轮胎赤道面成0度角的形状记忆材料制成。该带的最小宽度为1mm。涂胶织物的最大厚度为0.4mm。

在本发明的第一方面，加强元件在涂胶织物中被牢固地固定到位并稳定在预定位置上，因为加强元件是以并排方式设置的金属带。金属带的最小宽度为1mm，而加入金属带的涂胶织物的最大厚度为0.4mm。金属带每一圈都定向成基本垂直于轮胎中的气体压力方向。由于这种定向，金属带抵抗向涂胶织物的压力。

优选地，织物包括的金属带全部是宽1至5mm，厚0.02至0.1mm。在本发明的一优选实施例中，各金属带的厚度小于其最小宽度的十分之一。本发明的金属带优选由形状记忆材料，如NiTi合金，NiTiX合金，其中X从Fe，Cu，或Nb的组合中选择，CuZnAl合金，CuAlNi合金，CuAlBe合金，FeNiCoTi合金，FeMnSi合金，FeMnSi基合金，或FeNiCo基合金。加强带由形状记忆材料制成，当加热时试图恢复预定的记忆长度。

在本发明的第二实施例中，轮胎包括胎体，胎体上的胎面带，及位于胎面带与胎体之间包括至少一层涂胶织物的皮带。该皮带加入了至少一个连续加强金属带，该金属带由定向成与轮胎赤道面成0°的形状记忆材料制成。金属带最小宽度为1mm，并绕成并排的匝，垂直于轮胎半径。

在本发明第二实施例中，加强皮带的特征还在于，包括用来将加强带稳定在织物中预定位置的装置。加强带的位置通过将加强元件整理成并排金属带来进行稳定，各金属带最小宽度为1mm，涂胶织物的最大厚度为0.4mm。金属带的每一圈定向成基本垂直于轮胎内气体压力方向，从而对加强带向加入加强带的弹性体材料的压力进行抵抗。在一优选实施例中，金属带均匀分布在轮胎中，相邻带之间间隔0.1mm。

在另一个实施例中，织物中的金属带分别在两个预定温度As和A_f之间通过在皮带的最内端织物上产生收缩力而倾向于恢复事先记忆的形状。As对应于金属带开始从马氏体状态向奥氏体状态进行结构转变时的温度，A_f对应于金属带完成从马氏体向奥氏体的结构转变时的温度。

应理解，上面的一般说明和下面的详细说明都只是示例性的和说明性的，对所要求的本发明没有约束。

包括在说明书中并构成其一部分的附图，示出了本发明的几个实施例，并与以上给出的总的描述和以下给出的详细描述一起，用来阐述本发明的原理。

附图中：

图1是本发明轮胎一部分的局部透视图，为了示意去掉了某些部分；

图2是一变化曲线图，示出作为变形记忆材料温度的函数的本发明中加强金属带的结构变化，该变形记忆材料构成加强金属带；

图3是本发明中加强金属带的应力-变形曲线图；

图4是本发明中最外端皮带的应力-温度曲线图，其中金属带的带卷定向为与轮胎的赤道面成零度角；

图5是最外端皮带一层的剖视图，示出根据已有技术构成的零度带；

图6是皮带一层的剖视图，其中的带是根据本发明构成的零度金属带，可用于轮胎，如图1中示出的那种；

图7是表示位于未变形位置和未变形区与加上标记区域之间位置的轮胎的弯曲半径的示意简图；

图8示出根据本发明在轮胎一未变形区形成的零度加强元件之一的一部分的弯曲变形；

图9示出位于根据本发明构造的轮胎加标记区域的零度加强元件的方向；

图10示出“蚕豆”变形的图9中加标记区域，该变形是当轮胎处于转折或弯曲时可能产生的那种类型的变形；及

图11是承受压载的零度金属带和当该带变形到破坏点时可能的形状的示意图。

图1示出根据本发明的径向轮胎。轮胎1包括胎面带2，台肩3和侧壁4。轮胎1端部包括一对轮缘5，胎缘填充芯6，胎边芯7，和加强缘8。轮胎1还包括径向胎体9，带有位于子午面上的加强元件。轮胎1还包括位于胎体9和胎面带2之间的皮带结构10。

胎体9由一个或多个边缘9′向外绕叶轮芯6折叠的线网层构成。皮带10的结构包括一组由三个加入加强元件的涂胶织物11，12，13形成的皮带。前两个径向最内端织物11，12，不认为是可变形的，包括与轮胎1的赤道面以一角度倾斜的钢制加强芯14，使各芯14互相交叉成十字形。在一个实施例中，各芯14一般互相交叉成50°角。芯14可具有2+1×0.28类型的结构，杨氏模量200,000MPa，破坏载荷500N。

径向最外端织物13包括连续加强元件或由变形记忆材料制成的带15。加强元件或带15基本定向为与轮胎1的赤道面成0°角。

本发明的一个特征在于，织物13包括将加强元件15稳定在预定位置的装置，在该预定位置加强元件15被加入织物13中。加强元件15的位置通过将加强元件15定形成金属带并将它们并排放置在织物13中而得到稳定，如图6的局部剖视图所示。另外，金属带15的位置得到稳定，是由于各带15垂直于轮胎1中空气压力方向放置。各带15的位置得到稳定，还由于带15的宽度，由数值“L”表示，最小为1mm。如上所述，这些特征提高了带15对加入金属带15的弹性体材料内的压力的抵抗力。

作为本发明一实施例的一个具体例子，金属带15的宽度“L”可以是3mm。在剖面中，这种金属带15的厚度“s”可以是0.03mm，加入金属带15芯部的涂胶织物的厚度“S”可以是0.3mm。相邻金属带端部之间的距离“d”可以是0.5到3mm之间。

根据本发明，金属带15由变形记忆材料制成，该材料可以是金属合金，如NiTi，NiTiX(其中X为Fe，Cu，或Nb)，FeNiCoTi，FeMnSi，CuZnAl，CuAlNi，CuAlBe，一种FeMnSi基合金，或FeNiCo基合金，其特征由各合金在确定的温度下实现的结构变化而产生。本发明设想的类型的变形记忆材料在由Butterworth-Heinemann，伦敦(Ed.T.W.Duerig)(1990)出版的“变形记忆合金的工程特性”中进行了讨论和定义。

一般地，如图2中曲线所示，作为具体温度的函数，每种合金在从马氏体状态向奥氏体状态变化时具有其自身的曲线，反之亦然。图2中的曲线示意性地表示了作为温度函数的马氏体阶段“M”百分比的迟滞环路。特别地，图2中的曲线表示了以箭头所指方向，从100％马氏体结构“M”到全部奥氏体结构的行程，及其相反过程。

从马氏体向奥氏体的转变当变形记忆合金温度到达As时开始，当温度到达A_f时结束。在冷却阶段，材料在温度A_f时从奥氏体结构向马氏体结构转变。马氏体转变在温度Ms时开始，当温度到达M_f时完全成为马氏体结构。

作为前述结构转变的结果，可以预测某种机械特性。特别是，通过从温度As加热到温度A_r而获得的材料结构的转变在变形记忆材料中产生应力，该应力使材料恢复到事先记忆的形状，如果材料在马氏体阶段变形的话。

在加入织物13的弹性体材料中之前，金属带15经受热处理，该热处理以特殊材料的形状记忆特性为基础进行选择。选择热处理来获得形状记忆合金的四个温度特性的益处，分别是Ms，M_f，As，A_f。选择热处理还用来获得预定形状，如长度值“l₀”的益处。

当金属带15在马氏体阶段冷却时，带15进入一应力状态，并进行假塑性(假弹性)伸长变形。图3图示出该原理。一拉伸应力F在室温下当金属带15加入弹性体材料之前施加在金属带15上。以图3为基础，可以预测金属带15可能承受的延伸率。当载荷停止时，金属带15呈现一永久延伸率，其值由下式确定：

ε₀＝(l-l₀)/l₀，

其中“l”表示金属15的完全延伸值。以恒定载荷可获得的延伸百分比的可能范围一般在1％到8％之间。然后如下所述，延伸率ε₀可以在轮胎1的硫化和操作阶段中使用，以通过到达温度As和A_f产生的拉力恢复预定的形状。

在所考虑的例子中，ε₀等于4％，As等于60℃，A_f等于80℃。一旦受到初始变形应力，就用公知的方法，如通过使用涂橡胶压延机的工序，将金属带15加入合成涂胶织物13中。随后的制造橡胶的阶段，涉及加强皮带11，12和胎面带2的成形及将这些皮带与胎体9组装在一起，在本领域都是公知的。

当轮胎1的所有部件组装在一起后，轮胎1被放入一模中(最好是向心型的，未示出)，在该模中胎面带2受压并进行硫化。在硫化过程中，高压气体引入轮胎1中，温度增加到约140℃。由于在硫化过程中施加到轮胎1上的高压，两金属皮带11，12扩张。这种扩张以这种方式减小了皮带11，12之间的相对交叉角度，即胎面带2向模内表面移动。另一方面，模的扇形顶部径向向内移动，将刻在其内表面上的花纹图案压印在胎面带2上。在硫化过程中金属带15在皮带11，12上施加一约束力。

为了搞清楚由形状记忆合金制成的金属带15的作用，图4中示出了带的特性，该图标绘出了相对于它们所承受的温度，在金属带15中的相对应力。

金属带15被加热到温度As，开始从马氏体状态向奥氏体状态的结构转变。当到达温度A_f时完成奥氏体转变。当在温度As和A_f之间进行奥氏体转变时，金属带15试图恢复到与事先记忆的延伸值“l₀”对应的预定形状。但金属带15只能在它们所承受的约束力允许的程度上恢复到记忆的形状。

实际上，当金属带15加入轮胎1后，由于它们不能恢复到与事先记忆的延伸值l₀对应的预定形状，它们产生了挤压下部金属皮带11，12的向内收缩应力。可施加在下部皮带11，12上的最大力Fmax例如是54N，且当金属带15处于温度A_f时施加。因此，在硫化过程中，金属带15的环形卷抵抗下部金属皮带11，12的扩张。这就产生一种平衡状态，使轮胎的胎面带2被模制。

由于在轮胎正常操作中的加热，轮胎进行了几个热循环，特别是在高速情况下，倾向于提高最内端皮带层11，12温度的离心力显现出来。在这种操作情况下，金属带15变热，并像在硫化过程中那样，产生一个向内的压应力。如图4所示，金属带15施加的压应力帮助减小了如上所述的下部皮带11，12向外膨胀的影响。

在本发明的另一个实施例中，轮胎1可具有下述成份：

1)胎体9

·在天然橡胶中加入绳9，硬度为70至80IRHD(国际橡胶硬度标度)

·绳9为人造纤维材料

·加入的线网层的全部厚度为1.1至1.25mm

·绳9的结构为1840×2分特

·绳9的密度＝120epd(头每分米)

2)内部皮带11或12

·在天然橡胶中加入绳14，硬度为60至85IRHD

·绳14结构的类型＝2+1×0.28

·各织物的全部厚度为1.1至1.3mm

·绳14的破坏载荷为450至500N

·绳14的杨氏模量为190至200Gpa

·织物的绳14的密度＝85epd

·两织物11，12的绳14之间交叉角＝50度

3)外部皮带13

·各种合金制成的金属带15，优选NiTi，NiTiX合金(其中X为Fe，Cu，或Nb)，FeNiCoTi，FeMnSi，CuZnAl，CuAlNi，CuAlBe，FeMnSi基合金，或FeNiCo基合金

·金属带15的厚度“s”为0.02mm至0.1mm

·金属带15的相邻端部之间的距离“d”为0.1至3.5mm

·加入到天然橡胶中，硬度为65至85IRHD

·所包含纤维厚度为0.1至0.4mm

·各金属带15的变形应力Fk在室温下

·(图3)为50至150Mpa

·延伸值ε₀(图3)为2至8％

·温度值As(图4)为40至90℃

·温度值A_f为60至120℃

·在室温(As+10°)下收缩应力值F为50至100Mpa

·在温度A_f下最大应力值Fmax为400至600Mpa

根据本发明，其它实施例包括将织物11，12与第三种涂胶织物组合在一起，该涂胶织物包括由形状记忆材料的金属合金制成的金属带15。在另一个实施例中，胎体线网层可用由形状记忆材料的金属合金制成的绳制造。在这些最后的实施例中，绳的形状记忆材料可以是在第三织物13的金属带15中已经提到的那些。

本发明成功地解决了现有技术中的许多问题。本发明的部分成功是由于金属带15，该金属带15迅速而完全地对温度变化作出反应，并对构成它们的形状记忆材料的性质进行利用。本发明的部分成功还由于金属带15在加入的织物13中的稳定，且如下面所述，具有高的抗疲劳强度。

将金属带15稳定在织物13中的优点将由根据下面的说明进行的压力测试来确定。一个由形状记忆合金制成的金属带测试块绕直径为250mm的橡胶辊放置。在测试中，使用了含35％Ni、15％Cu和50％Ti的合金。金属带的测试块厚0.03mm，宽3mm，长600mm。为了模拟在金属带15上的压力，两个各重1000克的重块，分别在金属带端部放置一块。在辊上覆一层通常在皮带上使用的那种天然橡胶。橡胶覆盖层约2mm厚。

下表，表#1，在第一栏中表示被测试金属带15块的宽度“L”，第二栏中表示相对于施加在金属带块端部上的载荷建立的压力值Δx。

                      表#1

	金属带
		宽度	压力Δx
(mm)	(相对于金属带宽度＝6mm)
		0.50	1165
1.00	556
		1.50	370
2.00	325
		2.50	227
3.00	200
		3.50	182
4.00	153
		4.50	140
5.00	119
		5.50	118
6.00	100
	尼龙6.6绳
		直径	压力Δx
(mm)	(相对于金属带宽度＝6mm)
		0.25	1248
0.39	728

测试结果显示根据本发明构成的皮带压力事实上可以忽略。相反，根据现有技术构成的皮带在与有金属带的测试结果进行比较时就显示出一个压力。

为了概括和澄清所获得的结果，将参照图5-10。图5和图6对沿轮胎(未示出)圆周布置的加入了加强元件的两种涂胶织物进行了比较。二者均承受按箭头所指方向从织物内部向外部的气体压力P。用来向轮胎充气的气体压力的范围作为轮胎应用的尺寸和型号的函数而变化。但是，一般地，气体压力在1.5至3.5或更大巴的范围内。图5示出橡胶加强织物的一种公知的结构。这里，加入尼龙绳17的织物16外径为0.39mm。

图6示出根据本发明的橡胶加强织物的结构。这里，金属带15由形状记忆合金制成。而各金属带15可以互相分开，还可以将金属带15螺旋状缠绕而形成剖面视图中所示的匝。图6中，金属带15宽度“L”为1mm，厚度为0.03mm。

图5和6对气体压力影响加强绳和涂胶织物的不同方式进行了比较。对于现有技术中公知的涂胶织物，气体压力容易绕织物中的尼龙绳导向，因为它们的横截面尺寸小。由此，如图5所示，现有技术中的绳在高的气体压力P出现时倾向于在弹性体材料上产生一剪切力。

相反，当皮带是根据本发明构造时，由气体压力产生的力会出现非常不同的结果。由于金属带15具有比尼龙绳17大得多的横截面尺寸，由气体压力产生的力不会导致金属带15倾向于压向或切入弹性体材料的情况出现。

实际上，现有技术中的尼龙绳17倾向于压向弹性体材料，而在本发明的实际情况中，金属带15倾向于在弹性体材料中的稳定位置上升。在图5中所示绳用形状记忆材料制成的金属合金制造，并具有与尼龙绳17相同或相似的直径的情况下，相同的条件同样有效。

对于现有技术结构中的涂胶织物，加强元件显现出向内压缩的倾向。在任何情况下，这种倾向都使加强绳呈现在设计几何结构中不希望有的位置。相反，在本发明的结构中，织物显现出加强金属带15的几何稳定性。因此，根据本发明构造的织物充分利用了构成金属带15的形状记忆材料的功能特性，使织物在高驱动速度下可以获得所需的抗离心力强度，同时在硫化过程中对轮胎进行控制。

图7和8示出与现有技术中的相比较，本发明中零度加强的高抗疲劳强度的机械特性。图7用一圆周线示意性地表示出在地面上滚动的轮胎。特别地，图7示出圆周结实的一部分，用一弯曲半径R标示出轮胎未变形的部分，用虚线标示出与轮胎在地面上的印记相对应的变形部分。未变形区域与标记区域之间的通道用弯曲半径r表示，该弯曲半径r明显小于半径R。

图8中，在图5中分别具有0.39mm直径的尼龙绳17，在它们加入的皮带16的局部纵剖面中表示出来。尼龙绳17表示出来，是因为它们将加入轮胎未变形位置的弹性体织物中，如图7所示的V点。在V点，绳受到弯曲，但与沿对应于中线η的纵轴线的绳相比，最外端绳被绷紧地拉伸。由此，绳产生一变形，如已知道的，可由下面等式表示：

ε＝y/R

其中y是从绳纤维到中线的距离，以图中的y轴为基准进行测量。对径向最外端纤维变形值是最大的，且显示出绳的半径值。R是未变形情况下轮胎的弯曲半径。在未变形区与标记区之间的通道位置，绳呈现一新的变形，用下式确定：

ε＝y/r

其中分子y的值与未变形例子中相同，但分母值却明显小得多，r小于R。在一个例子中，半径R为250mm而半径r为25mm。

前述的假设导致在未变形位置与变形位置位置之间的通道中的绳的各点上产生增加的周期性变形。

另一方面，如果织物中的加强绳根据本发明的教导进行构造，如图6中所示，且这样构造的织物加入如图7所示的轮胎中，则很明显，在轮胎未变形与变形区之间的通道区的金属带中的周期性变形将小得多。本发明具有这种优点，因为变形是由金属带15的厚度确定的，该厚度小于现有技术中绳的直径。用图5中包含形状记忆合金材料的绳也可以获得同样的结果。

实际上，本发明为金属带15构想了一种结构，其中金属带15的厚度远小于金属带15的宽度。例如，织物厚度最大为0.4mm，优选为0.3mm，则金属带15的厚度期望在0.02至0.1mm之间。

实际上，已经认识到了根据本发明的教导构造的织物的机械特性，因为加强元件具有比现有技术教导的加强绳小得多的周期弯曲变形应力。由此，当与根据现有技术的教导制造的织物进行比较时，根据本发明制造的织物增加了织物的抗疲劳强度。因此，根据由本发明的实践得到的机械特性，可以创造一种加入了由形状记忆合金制造的加强元件的轮胎，来克服根据现有技术构造的轮胎中的许多缺陷。另外，与根据现有技术构造的织物相比，根据本发明构造的织物的重量明显减小。例如，一种织物，如图5中所示那种，其总厚度为0.7mm，远大于图6中所示织物的厚度，其厚度为0.3mm。这表明根据本发明制造的织物使用更少的橡胶，并因此比现有技术中的织物更轻。汽车工业对轻轮胎结构有长期的需求。

如上所述，根据本发明的教导构造的织物还提高了对在标记区皮带产生的应力的抵抗力。实际上，已经发现，标记区皮带的性能可以如图9和10所示，示意性地表示出来。图9示出当沿直线行驶时轮胎的标记，而图10，一种蚕豆形标记，示出当沿曲线行驶时轮胎的标记。

在图9中，零度加强元件呈直线前进。但图10中位于中线η右侧的零度加强元件承受压缩应力。承受最高载荷的加强元件在标记区破坏，因为应力水平高到足以产生变形。但是，没有标记的轮胎其余部分，加强元件不破坏，因为它们在内层11，12的金属皮带之间重叠，而其本身是不变形的。

相反，当对根据本发明的加强元件进行研究时，可以发现，如图11所示，一个单元的破坏需要的压缩应力比实际中经常发生的要高。实际上，能够使这种加强元件产生“侧向”变形的足够高的压缩应力，当要使宽度为1mm至5mm的金属带破坏时必须足够大。如图5所示的直径为0.39mm的现有技术中的绳，无论是尼龙还是金属构造的，与根据本发明构造的厚三到五倍的加强元件相比，在标记区的峰值载荷下更容易被破坏。因此，如图10所示，即使在经受周期压缩应力后，根据本发明的金属带15在需要时也能够在操作中发挥形状记忆材料的特性。

对于本领域技术人员来说，很容易加上另外的优点和修改。因此，本发明从较宽的方面来说，并不局限于所表示和描述的具体细节、代表性的装置和示意性的例子。因此，在不脱离附属权利要求及其等同物限定的总的发明构思的精神和范围的前提下，可以对这些细节进行改变。

Claims (40)

1.一种用于轮胎皮带的涂胶织物，包括：

一弹性体材料；和

在弹性体材料中的至少一个加强金属带，该加强金属带由形状记忆材料制成，定向成与轮胎赤道面成约0°，并具有一不小于约1mm的宽度。

2.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，涂胶织物的厚度不大于约0.4mm。

3.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，宽度为约1至5mm。

4.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个加强带具有一不大于约0.1mm的厚度。

5.如权利要求4所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个金属带的厚度为约0.02至0.1mm。

6.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个加强金属带包括多个以并排方式设置的分开的加强金属带，带之间的距离为约0.1至3.5mm。

7.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个加强金属带是螺旋缠绕的连续金属带，金属带相邻匝之间的距离为约0.1至3.5mm。

8.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个加强金属带的厚度为“s”，匝轴向互相移动的距离为“d”，涂胶织物的至少一层厚度为“S”，“s”、“d”和“S”之间的比例关系用下式确定：

              s＜＝d＜＝S

9.如权利要求8所述的涂胶织物，其特征在于，距离d为约0.1至3.5mm。

10.如权利要求8所述的涂胶织物，其特征在于，厚度“s”为约0.02至0.1mm。

11.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，弹性体材料包括天然橡胶，其硬度为约65至85IRHD。

12.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，形状记忆材料是从下述各项中挑选出的一个：NiTi合金，NiTiX合金，其中X从Fe，Cu，或Nb的组合中挑选，CuZnAl合金，CuAlNi合金，CuAlBe合金，FeNiCoTi合金，FeMnSi合金，FeMnSi基合金，FeNiCo基合金。

13.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，为了获得预定的记忆长度，至少一个加强金属带接受了热处理。

14.如权利要求13所述的涂胶织物，其特征在于，在室温下，在奥氏体状态下，至少一个加强金属带在受到来自于不变载荷的拉伸应力时，呈现出1-8％的延伸率。

15.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个加强金属带通过开始温度As和结束温度A_f之间产生收缩力而恢复到事先记忆的形状，其中

As至少一个加强金属带开始从马氏体状态向奥氏体状态的结构转变，及

A_f至少一个加强金属带完成了从马氏体状态向奥氏体状态的结构转变。

16.如权利要求15所述的涂胶织物，其特征在于，As为约40至90℃。

17.如权利要求15所述的涂胶织物，其特征在于，A_f为约60至120℃。

18.如权利要求15所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个加强金属带在温度(As+10℃)时的收缩应力为约50至100MPa。

19.如权利要求15所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个加强元件在温度A_f时的最大应力为约400至600MPa。

20.如权利要求1所述的涂胶织物，其特征在于，至少一个加强金属带在室温下具有约50至150MPa的变形应力。

21.一种轮胎，包括：

一胎体；

一在胎体上的胎面带；

一位于胎面带与胎体之间的皮带，包括至少一层涂胶织物；

在至少一层涂胶织物中的至少一个加强金属带，由定向成与轮胎赤道面成0°的形状记忆材料制成，其宽度不大于1mm，具有在与轮胎半径基本垂直方向上并排设置的匝。

22.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，涂胶织物的厚度不大于0.4mm。

23.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，宽度为约1至5mm。

24.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，至少一个加强带具有一不大于约0.1mm的厚度。

25.如权利要求24所述的轮胎，其特征在于，至少一个金属带的厚度为约0.02至0.1mm。

26.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，至少一个加强金属带包括多个以并排方式设置的分开的加强金属带，带之间的距离为约0.1至3.5mm。

27.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，至少一个加强金属带是螺旋缠绕的连续金属带，金属带相邻匝之间的距离为约0.1至3.5mm。

28.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，至少一个加强金属带的厚度为“s”，匝轴向互相移动的距离为“d”，涂胶织物的至少一层厚度为“S”，“s”、“d”和“S”之间的比例关系用下式确定：

              s＜＝d＜＝S

29.如权利要求28所述的轮胎，其特征在于，距离“d”为约0.1至3.5mm。

30.如权利要求28所述的轮胎，其特征在于，厚度“s”为约0.02至0.1mm。

31.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，弹性体材料包括天然橡胶，其硬度为约65至85IRHD。

32.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，形状记忆材料是从下述各项中挑选出的一个：NiTi合金，NiTiX合金，其中X从Fe，Cu，或Nb的组合中挑选，CuZnAl合金，CuAlNi合金，CuAlBe合金，FeNiCoTi合金，FeMnSi合金，FeMnSi基合金，FeNiCo基合金。

33.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，为了获得预定的记忆长度，至少一个加强金属带接受了热处理。

34.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，在室温下，在奥氏体状态下，至少一个加强金属带在受到来自于不变载荷的拉伸应力时，呈现出1-8％的延伸率。

35.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，至少一个加强金属带通过开始温度As和结束温度A_f之间产生收缩力而恢复到事先记忆的形状，其中

As至少一个加强金属带开始从马氏体状态向奥氏体状态的结构转变，及

A_f至少一个加强金属带完成了从马氏体状态向奥氏体状态的结构转变。

36.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，As为约40至90℃。

37.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，A_f为约60至120℃。

38.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，至少一个加强金属带在温度(As+10℃)时的收缩应力为约50至100MPa。

39.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，至少一个加强元件在温度A_f时的最大应力为约400至600MPa。

40.如权利要求21所述的轮胎，其特征在于，至少一个加强金属带在室温下具有约50至150MPa的变形应力。

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