CN1252760A - 充气轮胎用的纺织帘子线及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

特别的纺织材料帘子线被用于增强充气轮胎的一部分。该帘子线包括至少一根纱线,并具有一个邻近其外周边表面的第一部分和一个邻近其帘子线的沿径向在内的第二部分,其中,该第二部分由压实而可以熔融在一起的单丝组成,该第一部分由分立的单丝组成。此外,公开了一种制造该帘子线的方法和一种包括该帘子线的充气轮胎。

Description

充气轮胎用的纺织帘子线及其制造方法
发明背景
本发明一般涉及纺织帘子线，更具体地涉及用于增强带束、复盖层、胎圈部分和轮胎胎体的帘子线。本发明还公开一种用于制造此种帘子线的方法和一种包含此种帘子线的轮胎。
当前用于轮胎中的增强帘子线是用一种或几种纱线制成的，这些纱线由纺织材料纤维如尼龙、聚酯和人造纤维组成，此种增强具有1000至9000旦尼尔的纱线线密度。这些纱线和帘子线分别被加捻约6TPI(每英寸捻数)至约12TPI。此种多丝帘子线可以廉价制造并易于处理。这些帘子线的缺点是它们很软，韧度低，并在历史上开发用于优化编压层轮胎中的胎体的抗疲劳性能。
在轮胎技术中也已知利用聚酰胺单丝如Hyten或聚酯单丝来增强轮胎部件如胎圈包布等。这些单丝帘子线可以具有特别好的韧度，其强度水准在可以比较的加捻帘子线中不能得到。不幸的是，这些帘子线很贵，并可能由于其刚性高而产生轮胎不易制造的问题。其次，它们的用于粘合到橡胶上的表面减小了。
本发明的一个目的是提供一种帘子线，将纤维帘子线的有利的成本性能与单丝帘子线的特别好的韧性、防穿透和抗磨性能结合起来。
另一目的是提供一种纺织帘子线的制造方法，它可以与用于处理多丝帘子线的方法相比较。
又一目的是提供一种具有高的拉伸强度、高的模量、高的尺寸稳定性和抗磨性能而维持足够的抗疲劳性能的帘子线。
发明概要
如附属的权利要求中所述，本发明提供一种纺织帘子线，一种包括这些帘子线的轮胎和一种适合于制造此种帘子线的方法。
先有技术的纺织多丝轮胎帘子线是在制成帘子线的纤维的熔点以下15至30℃之间的温度下处理的。根据本发明，该温度是这样选定的，以便使这些丝的部分一起熔化而产生硬挺的帘子线，并具有高的压实，使该帘子线显示类似一个单丝的某些性能，而其余性能类似于常规的多丝帘子线。一种用于处理纺织帘子线或纺织品材料卷的标准装置仅要求少量修改其处理参数，以实施本发明。
附图简述
现在参照附图描述本发明的某些优选实施例。如下面所述，这些实施例指向尼龙帘子线的利用，但它们仅作为例示，并可在下面的权利要求书中叙述的本发明范围内以许多方式修改。
图1和1a是根据本发明制造的充气轮胎的可以替代的实施例的截面图；
图2和2a分别表示包括根据本发明处理的一根纱线的帘子线的80和400倍截面图；
图3和3a分别表示包括根据本发明处理的两根纱线的帘子线的80和400倍放大截面图；
图4和4a分别表示包括根据本发明处理的三根纱线的帘子线的80和400倍放大截面图；
图5是一种可以用于根据本发明的帘子线制造方法中的设备的示意平面图；以及
图6是另一种可以用于根据本发明的帘子线制造方法中的设备的示意平面图。
定义
如本说明书及其权利要求书中所用，轮胎的“赤道平面”是垂直于轮胎的转动轴并通过轮胎胎面中央的平面，术语“轴向”指平行于轮胎转动轴的方向，而术语“径向”指沿半径朝向或离开轮胎转动轴的方向。“旦尼尔”指一根纱线在具有传递给它的捻度之前该纱线每9000米长度的以克数计算的重量。
发明详述
参照图1，图中表示一个充气轮胎10的径向胎体的一部分，该轮胎有一对基本上不能拉伸的胎圈芯11，它们与延伸在胎圈芯11之间的至少一个径向胎体层12沿轴向隔开。这些胎体层围绕每个胎圈芯沿轴向和沿径向向外折叠，并利用帘子线增强，这些帘子线基本上互相平行而与轮胎的赤道平面(EP)成70度至90度的角度。
轮胎10的胎冠区14用带束组件15增强，带来组件15在轮胎胎面13的内部沿径向安置。
客车轮胎通常有两个带束层，沿径向最内层的带束层16的帘子线与硫化轮胎的赤道平面(EP)可以成15度至30度的角度，而沿径向最外层的带束层17的帘子线与硫化轮胎的赤道平面(EP)成-15度至-30度的角度；帘子线的优选角度分别为17度至23度和-17度至-23度。轮胎增强层的帘子线可以用任何合适的材料制成，如钢、粘胶纤维、聚酯、聚酰胺或芳族聚酰胺。
轮胎还可以有一个任选的叠合结构，用于增强和保护径向最外带束层17。该叠合结构可以由层18组成，其宽度可与胎面宽度比较。增强该层18的帘子线可以与赤道平面形成0度至30度的角度。另一种方式是，该叠合结构可以由宽5至30mm的条带组成，该条带螺旋形地卷绕在径向外带束层上。关于此种胎冠增强方式的细节，可在LU85.964中找到。
用本文描述的准单丝来替代用于增强客车轮胎一些部分的任何纺织品帘子线，属于本发明的范围之内。
本发明的帘子线的一种优选用途是增强卡车轮胎的径向外带束层16d。图1a中示出这样一种轮胎10a，它有一对基本上不能拉伸的胎圈芯11a，它们与延伸在胎圈芯之间的至少一个径向胎体层12a沿轴向隔开。该带束组件15a基本上是刚性的，通常包括四个同心的带束层16a、16b、16c、16d。带束层中的增强部件相对于轮胎的赤道平面通常具有5度至35度的角度。第二和第三带束16b和16c的增强部件是交叉的，而顶部带束层16d的增强部件相对于赤道平面可以具有与第三带束相同的方向。
现在参照图2，图中未示出本发明的由一根纱线组成的准单丝帘子线20的80度放大截面图，该纱线在以3TPI加捻后具有约6000旦尼尔的线密度。这样一根纱线例如可以通过并合三根1890旦尼尔的纱线来得到。该纱线包括多根尼龙单丝21。这些单丝在靠近帘子线的中心22处是压实的并可能熔融在一起，而单丝在朝向帘子线的周边23处保持其单独性。图2a表示帘子线20的靠近中心22的部分的400倍放大截面。由于在柔软状态下与相邻的单丝接触，压实的各单丝成多边形。
现在参照图3，图中示出本发明的由两根纱线31、32组成的另一准单丝帘子线30的80倍放大截面图，该纱线每根具有1890旦尼尔的线密度，并且是在8TPI(每英寸捻数)下加捻的；每根纱线包括多根尼龙单丝36。像图2中单根纱线的情况一样，周边35处的单丝保持其单独性，而靠近中心34的各单丝被压实并可能熔融。
该帘子线是通过在与其转动方向相反的转动方向上以8TPI加捻纱线而得到的。加捻方向是指当纱线或帘子线保持垂直时其螺线的斜坡方向。如果螺旋的斜坡方向与字母“S”的斜坡方向符合，那么加捻称为“S”形或“左旋”型。如果螺线斜坡方向与字母“Z”的斜坡方向符合，那么加捻称为“Z”形或“右旋”型。“S”形或“左旋”型加捻方向与“Z”形或“右旋”型方向相反。“纱线加捻”指在纱线并入帘子线之前对纱线加捻，而“帘子线加捻”指当两根或多根纱线互相形成一个帘子线时对它们一起加捻。
图3a表示帘子线30的靠近中心34的部分的400倍放大截面。
现在参照图4，图中示出本发明的由三根纱线26、27、28组成的另一准单丝帘子线25的80倍放大截面图，该纱线每根具有1890旦尼尔的线密度并且是在3TPI下加捻的；每根纱线包括多根尼龙单丝36。像图2或3中单根纱线的情况一样，周边38处的单丝保持其单独性，而靠中心37的各单丝被压实并可能熔融。
帘子线25是通过在与帘子线的转动方向相反的转动方向上以3TPI加捻这三根纱线而得到的。
图4a表示帘子线25的靠近中心37的部分的400倍放大截面。
图5表示可以用于实施本发明的设备的示意平面图。该设备包括一个用于退绕一卷原纱纺织材料40(在该例子中材料为尼龙66)的松卷装置41、多个导辊42、一个铁丝网43和后随的一组拉辊44。纺织材料40从拉辊44进入浸渍装置45，然后进入干燥塔46。浸渍装置46包含一种涂层溶液，它对于尼龙来说可以是RFL(间苯二酚甲醛胶乳)。该溶液例如叙述于专书《充气轮胎力学》，美国运输部，美国政府印刷局，1982；pp.92-93。纺织材料在大约60秒钟内通过干燥塔移动，并在含热空气的受控气氛中暴露到140±20℃。
帘子线从干燥塔46进入高温炉47，其中温度调整在270±10℃。该温度必须选择得足够高，以使组成单丝(尼龙66)的某些纺织材料在大约250℃开始熔融，但温度不能高到使纺织材料品质变坏。由于帘子线的热容量低，因此帘子线的变热是立即而几乎均匀的。外加在帘子线上的张力在其中心要比在其周边的大。各单独灯丝的表皮被软化和压实，并可在热量和张力的联合作用下与相邻单丝一起熔融。取决于炉47中的温度和纺织材料在高热区中的停留时间，组成尼龙帘子线的单丝或多或少地熔融，或换句话说，该熔融和压实的量可以受曝光时间、温度高低和外加张力的控制。在所示温度下，直径为0.60至0.80mm的尼龙66的停留时间在30至120秒之间，最好为60秒。
高温炉47后面跟随一组拉辊48、第二浸渍装置49、第二干燥装置50和第二高温炉51。浸渍装置49包含RFL溶液。纺织材料在90至120秒内通过干燥塔50，并在含热空气的受控气氛中暴露到140±20℃的温度。第二高温炉51在比第一高温炉47稍低的温度下操作，最好在180至245℃之间。该温度能使胶粘剂与纺织材料反应。高温炉51后随一组拉辊52、钢丝网53和卷绕装置54。
纺织材料包括经纱帘子线和纬纱帘子线选择在经纱帘子线的熔点温度下不会降低品质的纬纱帘子线可能较为有利。在此种情况下这种纬纱帘子线能保持其原来的尺寸性能。
因为纺织材料层40是从松卷装置41通过铁丝网43和53、浸渍装置45和49、干燥塔46和50以及高温炉47和51而沿长度方向受到拉动的，所以存在这样一种危险，就是在方法的某些步骤期间，在经纱帘子纱上会外加一个显著的张力。该张力必须处于一个特定范围内，以便产生所要的帘子线压实而不会伤害帘子线的抗疲劳性能。上述实施本发明用的优选设备包括三个拉辊组44、48和52。小心控制外加在拉辊组上的动力，可以精确地调整不同处理阶段期间外加在纺织材料上的张力。
根据图6中例示的本发明的另一个实施例，纺织材料40直接进入高温炉47，不通过浸渍装置45和随后的干燥塔46。纺织材料进入浸渍装置49之前，其芯部分被压实并可能熔融。在浸渍之后，干燥装置50和第二高温炉51将胶粘剂固定在帘子线上。高温炉51后面跟随一组拉辊52、一个铁丝网53和一个卷绕装置54。温度、不同的停留时间、外加在纺织材料上的张力等，与上述相同。
表1列举用本发明的上述两实施例中的第一个实施例的方法步骤处理的尼龙帘子线所得到的结果。
该多丝帘子线为1890/3/1旦尼尔尼龙帘子线，它们已经在3TPI下加捻。表1中列举的归类为LDS的不同帘子线样品961等来自于两家制造厂商；最后一列表示具有同样旦尼尔值的尼龙单丝帘子线的性能。表中除了列举炉温和炉中停留时间外，还列举在8小时弯曲后和按照本发明处理之前帘子线的拉伸强度疲劳试验数据。扩散指通过橡胶中埋置的3cm长的帘子线的帘子线截面的气体扩散。硬挺度分为10级，1级为软而10级为极硬。
  LDS   961-1   961-2    961-3   978-A   979-A    980-A   988-A    989-A   990-A   单丝
  炉温(℃)   140   270    275   270   270    270   265    265   265   140
  暴露时间(秒)   60   60    60   60   80    100   60    80   100   60
  拉伸强度(N)   535   498    466   458   420    334   494    485   476   352
初始疲劳(N)   537   499    453   464   400    328   495    492   477   345
  8小时弯曲处理后的疲劳(N)   374   350    321   325   226    45   344    360   334   301
残留强度(％)   70   70    71   70   57    14   69    73   70   87
  扩散   YES   YES    YES   YES   SOME    NO   YES    YES   YES   NO
  硬挺度(N)   1   3    4   4   6    8   3    5   7   10
看起来，本发明的准单丝帘子线具有替代单丝的可能性。提高熔融温度或曝光时间会增加压紧的和可能熔融的帘子线丝数目，增加硬挺度和减少气体渗透。但是，当曝光时间过长时拉伸强度降低，而耐疲劳性能剧烈下降。
本发明可以用于仅有五百旦尼尔的帘子线，也可以用于具有超过六千旦尼尔的巨型帘子线。纺织材料可以是尼龙、聚酯、PET、PEN、聚乙烯醇及它们的混合物。还可以使非熔融材料如聚芳基酰胺与熔融材料如聚酰胺或聚酯组合；非熔融和熔融材料最好为构成帘子线的不同纱线。通过常规实验，该技术的专业人员可以确定合适的温度和曝光时间来优化帘子线的性能，使其满足指定用途的要求。
虽然为了例示本发明已经举出某些代表性的实施例和细节，但该技术的专业人员可以明白，其中可以进行各种变化和修改的并不偏离附属的权利说明书中叙述的本发明的范围。

Claims (10)

1.用于增强充气轮胎的一部分的纺织材料帘子线；
该帘子线包括由单丝组成的至少一根纱线；
该帘子线有一个邻近其外周边表面的第一部分和一个沿径向在内的第二部分，其特征在于，该第二部分由压实且可熔融在一起的单丝构成，而该第一部分则由分立的单丝组成。
2.如权利要求1所述的帘子线，其特征在于，在帘子线的截面中，该第二部分的表面为帘子线截面的表面的20％至99％。
3.如权利要求1所述的帘子线，其特征在于，该帘子线包括1-6根尼龙66纱线，每根具有700至5000旦尼尔值。
4.如权利要求1所述的帘子线，其特征在于，该帘子线包括2-4根尼龙66纱线，每根具有1000至2500旦尼尔值。
5.一种充气轮胎，包括至少一个径向胎体层、一个沿径向设置在胎体的胎冠区外面的胎面，以及一个在胎面部分和胎体的胎冠区之间的沿周向围绕胎体的胎冠增强结构，由此，该胎冠增强结构包括一个带束组件，该带束组件有至少一个沿径向最内的第一带束层和沿径向最外的带束层，每个带束层包括在每个带束层中互相平行地延伸的增强帘子线，以及其宽度可与胎面相比较的覆盖层结构，其特征在于，至少其中一个轮胎部件是利用根据权利要求1的纺织材料制成的帘子线来增强的。
6.权利要求5所述的轮胎，其特征在于，至少三个带束层和一覆盖层结构是由权利要求1的帘子线增强的层构成，所述帘子线与赤道平面成0度至45度的角，其特征在于，所述帘子线为尼龙66并包括3×1890旦尼尔的纱线，以3TPI加捻，其中，在帘子线的截面中，第二部分的表面为帘子线截面的50％至99％。
7.一种制备复合材料层的方法，包括下列步骤：
(a)制备一种具有经纱帘子线和纬纱帘子线的原纱纺织纤维材
   料，所述经纱帘子线具有1.5至12TPI的加捻；
(b)从松卷装置上对一卷原纱纺织材料进行松卷；
(c)用至少一种胶粘材料对该纺织材料进行浸渍；
(d)对该层进行预干燥，以获得一干燥的涂层的纺织材料层；
(e)使纺织材料层通过高温炉移动，炉中温度至少等于经纱帘子
   线中包括的至少一部分纺织材料的熔融温度；以及
(f)将处理过的纺织材料层卷绕在一个卷上。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该经纱帘子线具有2至5TPI的加捻。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，高温炉的温度为纺织层的至少一部分经纱帘子线的熔融温度以上10℃至50℃，而且高温炉的温度是在纺织层的至少一部分经纱帘子线的熔融温度以上10℃至30℃之间。
10.如权利要求7所述的方法，还包括下列步骤：
(f)在纺织材料已离开高温炉后，用至少一种第二胶粘材料浸渍该纺织材料；
(g)预干燥该纺织材料层，以获得一种干燥的涂层的纺织材料层；
(h)使纺纱材料层通过第二高温炉移动，该炉中的温度低于该纺织材料层中包括的任何纺织材料的熔融温度；以及
(i)将处理过的纺织材料层卷绕在一个卷上。
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