CN1262410C - 带有直接施加在径向最外加强层上的胎面胶料的轮胎 - Google Patents
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Abstract
一种轮胎，其包含一个胎面1、至少一个由与垂直于轮胎轴线的中央圆周中心面大致呈零度角安置的带束加强织物帘线21构成的径向最外加强层2、一个胎体3、一个与所述帘线21的径向外侧直接接触的胎面胶料10。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎，特别是轮胎的胎面部分。
背景技术
轮胎的胎面部分通常包含一个胎面、一个包括有至少一层且通常多于一层的加强帘线的带束加强元件，以及一个胎体。胎面部分与地面接触并且需要传输车辆运行所需的力。在这一方面，需要胎面相对坚硬，同时又要有足够的屈扰性，以使胎面与路面接触时获得良好的平整性。
为了在各种所需性能之间取得一个好的相容性，一般来说，特别是对于轿车(小客车)轮胎，需要在一个轮胎中含有越来越多的不同胶料，这些胶料分别在特定的位置上起到特定的作用。例如，一个公知的技术是，通过用橡胶来压延加强帘线的方法来制造帘布层，在该帘布层中帘线被嵌入到橡胶中，通过选择压延橡胶胶料，以获得特定的功能，例如将橡胶粘着在一钢帘线上，或使轮胎具有独特的性能。
众所周知，用于将加强帘线粘合在胎面区域加强层上的胶料在获得胎面部分的高硬度方面发挥着重要作用。带束交叉帘布层中的压延橡胶胶料被设计成具有高的弹性模量。相反，用于胎体帘线的压延橡胶胶料则具有低的弹性模量，这是因为它们在轮胎侧壁中要承受很大的变形。
此外，降低车辆燃料消耗的需要是永无止境的。为此，希望所设计的轮胎具有很低的滚动阻力，同时又要保证其它性能，例如抗磨损性能、附着性能、操纵性能等不受影响。这也会影响橡胶胶料和帘线加强层的设计以及它们在轮胎中的位置。
因此，即使可以直接施加加强帘线，而不需要在轮胎成型之前首先对它们进行预压延并制成半成品帘布层，轮胎的设计者一般也会在轮胎中的每个位置上，对于帘布层的一给定侧使用相同的橡胶胶料。
发明内容
本发明的一个当前目的是通过降低滚动阻力而减小轮胎的总体质量，同时又使轮胎的其它性能保持在一个理想水平上。
本发明的另一个目的是提供一种轮胎结构，该结构易于机械化制造。
在下面的说明书中，词语“帘线”可以理解为单丝和多丝帘线，或是诸如帘布帘线、合股帘线等的组合，或其它任何类型的等效组合，而不论采用何种材料和对帘线进行何种处理，例如进行一表面处理，或被涂敷或者预涂敷以粘接剂，以促使帘线粘着在橡胶上。词语“加强层”表示彼此平行布置的多个帘线，其通常以帘线相对于与轮胎轴线相垂直的中央圆周中心面CP的角度为特征。
词语“胶料”表示一种橡胶混料，其包含一种或多种弹性基体和添加剂，它们是根据轮胎区域中所需的胶料性能而选择的。“接触”于一根帘线与一种橡胶混料或胶料之间可以理解为该帘线的至少某些外表面与所述胶料紧密接触。一种胶料的“弹性模量”可以理解为在室温下单轴延伸变形为10％时所得到的正割定伸强度。
根据本发明的轮胎包含：
一个胎面，
至少一个由带束加强帘线构成的径向最外加强层，所述带束加强帘线相对于垂直于轮胎轴线的中央圆周中心面大致呈零度角安置，
一个胎体，其带有胎体帘线并位于所述至少一个由带束加强帘线构成的径向最外加强层的径向内侧，上述胎体在轮胎的每一侧固定在一个胎圈中，
一个固定装置，其用于将上述胎体固定在胎圈中，
在上述至少一个径向最外加强层的轴向宽度的一重要部分中，在任何垂直于轮胎轴线并横切上述至少一个径向最外加强层中的一根帘线的横截面中，轮胎进一步含有：
一个胎面胶料，其与上述至少一个径向最外加强层中的各帘线的径向外侧直接接触，
一个第一隔离层，其包含不同于胎面胶料的隔离胶料，上述隔离胶料与上述至少一个径向最外加强层中的各帘线的径向内侧直接接触，胎面胶料与隔离胶料在多个界面处相接触，所述界面沿轴向终止于上述至少一个径向最外加强层中的各帘线上；
在上述至少一个径向最外加强层的径向内侧包含有至少两个以偏置角度安置着的径向叠加的带束帘线加强层，上述角度在一个带束加强层中沿一个方向，而在另一个带束加强层中则沿其相反的方向，上述偏置角度的绝对值在大约10°至75°的范围内，轮胎还带有一个由隔离胶料构成的第二隔离层，其安置在上述至少两个以偏置角度安置着的径向叠加的带束帘线加强层之间，第二隔离层中的隔离胶料直接接触着以偏置角度安置着的径向上部带束帘线加强层中的各帘线的径向内侧，并直接接触着以偏置角度安置着的径向内部带束帘线加强层中的各帘线的径向外侧。
换言之，本发明提出将一个胎面胶料直接施加在最外加强帘线层上，优选施加在织物帘线上，而不采用任何压延橡胶。本发明的轮胎的特征是，胎面胶料直接接触织物帘线。在很多实施例中，在上述织物帘线的径向内侧中使用的各胶料将在本质上有所不同，在这样的特定情况下，轮胎的特征还在于不同胶料之间具有界面。所述界面的路径在由带束加强织物帘线构成的径向最外加强层中是从帘线伸向帘线的。
本发明提出的轮胎中还包含一个第一隔离层，其由不同于胎面胶料的隔离胶料构成，上述隔离胶料与上述由带束加强织物帘线构成的径向最外加强层中的织物帘线的径向内侧直接接触，胎面胶料与隔离胶料接触于多个界面处，所述界面沿轴向终止于上述由带束加强织物帘线构成的径向最外加强层中的织物帘线上。
由于本发明的轮胎在上述至少一个由带束加强织物帘线构成的径向最外加强层的轴向宽度的一重要部分中不带有任何压延橡胶，因此，与上述至少一个由带束加强织物帘线构成的径向最外加强层中的织物帘线的径向外侧相接触着胶料(是一种胎面胶料)的厚度大于压延橡胶层的通常厚度，该厚度是在一个垂直于轮胎轴线并且位于一根上述织物帘线的一外侧之上的横截面内测量的。对于本领域的技术人员来说，可以注意到，上述至少一个径向最外加强层的轴向宽度的一重要部分是与胎面胶料直接接触的，这一点具有重要的技术特征。这意味着，至少在多个相邻帘线的轴向连续部分上是直接接触的。例如，由带束加强织物帘线构成的径向最外加强层的总宽度的至少5％部分中的所有帘线是直接接触的，这一点是很重要的。
可以在多个隔离层中采用相同的“隔离胶料”，这将可以从本发明所公开的一个优选实施例中看出。在该优选实施例中，还可以看到，通过将一组径向取向的圆周帘线从侧向靠近胎体，可以使胎圈得到加强，尽管本发明并不局限于通过这种固定装置来固定胎圈的特定方式。
附图说明
下面借助附图对本发明进行解释，附图包括：
图1是一个根据本发明的轮胎在子午面上的局部横截面图；
图2是一个根据本发明的一个变型的轮胎在子午面上的放大了的局部横截面图；
图3是一个根据本发明的轮胎于模塑之前在子午面上的局部横截面图。
具体实施方式
在图1中的局部横截面上显示的是一个根据本发明的轮胎的胎冠。该胎冠中包含一个胎面1和一个径向最外加强层2。径向最外层2中带有多个带束加强织物帘线21，它们相对于垂直于轮胎轴线的中央圆周中心面CP大致呈零度角安置。在这个特别实施例中，织物帘线21是一根尼龙帘线，其从轮胎的一个胎肩螺旋缠绕至另一个胎肩，如图1中详细显示。这意味着，织物帘线实际上相对于中心面CP呈一个小的非零角度，以使所有织物帘线圈均相邻。
织物帘线21可以是聚酯帘线、芳族聚酰胺帘线或任何基于上述示例织物帘线的混合帘线，这取决于轮胎设计者所选择的加强效果。更一般地讲，由于本发明建议避免采用用以压延帘线的特殊橡胶胶料，因此径向最外加强层2中的帘线是非金属帘线(即织物帘线)。虽然织物帘线经常要嵌入一压延橡胶中，但不需要使用专用于成使橡胶粘着在金属帘线上的独特配方的压延橡胶。
在径向最外加强层2的径向内侧，胎冠中还包含两个径向叠加着的带束加强层5、6，它们由带偏置角度的帘线构成。在这个特别实施例中，加强层5和6中采用了相同的钢帘线56，当然这个特征显然并不对本发明的范围构成限制。钢帘线56以一偏置角度布置。如本技术领域的技术人员所公知的那样，在一个带束加强层与另一个带束加强层中的上述角度通常彼此相反。换言之，一个带束加强层中的角度是正的，而另一个带束加强层中的角度是负的。众所周知，上述相对于中心面CP的偏置角度的绝对值在大约10°至75°的范围内。在两个带束层中的上述角度的绝对值并不是必须相等，但所述角度通常接近于两个符号相反的值。胎冠中还带有一个包含有胎体帘线的胎体3，该胎体进一步伸入侧壁中并固定在胎圈(未画出)上。在这个特别实施例中，胎体帘线采用的是一种聚酯帘线，但是，也可以采用其它帘线，特别是织物帘线，如芳族聚酰胺帘线、玻璃纤维帘线、人造丝帘线、其他聚酯帘线或混合织物帘线，甚至在重型卡车轮胎中还可以采用钢帘线。
胎面1由一种胎面胶料10制成。胎面胶料10与所述至少一个径向最外加强层2中的织物帘线21的径向外侧直接接触。第一隔离层11由一种隔离胶料构成。隔离胶料与所述至少一个径向最外加强层2的织物帘线21的径向内侧直接接触。胎面胶料也与第一隔离层11的隔离胶料在位于各织物帘线21之间的界面4处相接触。例如，如图1所示，沿轴向位于每两个相邻织物帘线21之间的各界面4大致与径向最外加强层2的织物帘线21的中心相平齐。界面4的这个特定的径向位置可以显著不同，即可以径向略高于织物帘线21的最外侧表面，或径向略低于织物帘线21的最内侧表面。
胎面胶料优选通过一种带料缠绕工艺敷设：带料17(见图3)连续地缠绕在上述径向最外加强层2上，而不是在每一圈中缠绕一个成型好的半成品胎面。之后，所需轮廓在硫化步骤中由一个模具的型面18成型出。在硫化步骤中，采用带料缠绕工艺时所有可能留下的空隙，如图3所示在带料17的径向内侧与上述径向最外加强层2和隔离层11之间的空隙将会消失。
此外，优选通过一个单根帘线21沿着所需路径缠绕而敷设上述至少一个径向最外加强层2，而不是如普通工艺那样敷设一个由一组(例如10个)平行嵌入到压延橡胶中的帘线构成的带料，这种普通工艺如美国专利4,869,307中所示。“缠绕一个单根帘线”指的是引导一个单根帘线沿着一个预定路径进入上述径向最外加强层2，但并不排除通过多于一根的帘线构成上述径向最外加强层，而每根帘线在敷设过程中均被单独引导着。例如，一个单根帘线21可以缠绕上述径向最外加强层2的左侧部分，而另一个单根帘线21可以缠绕上述径向最外加强层2的右侧部分。此外，例如，两个单根帘线21可以从左侧胎肩区域开始缠绕并终止于右侧胎肩区域，他们在敷设过程中均被单独引导。
胎面胶料10和第一隔离层11中的隔离胶料在本质上差别很大，因此这两种胶料之间的界面在图中非常清楚地显示出来。在轿车轮胎中，隔离胶料是一种以天然橡胶为弹性基体的橡胶混料，或者至少主要包含有天然橡胶作为其弹性基体。隔离胶料的弹性模量在2.5至30Mpa的范围内，并且更典型地是在5至30Mpa的范围内。胎面胶料是一种橡胶混料，其含有占总重量100％的合成橡胶(SBR[丁苯橡胶]或PB[聚丁二烯])弹性体，或者是含有大于总重量60％，优选为至少70％的合成橡胶弹性体以及天然橡胶(NR)的混料。胎面胶料的弹性模量在2.5至7.5Mpa内。胎面可以在胎面的不同轴向区域中或胎面厚度的不同位置上由多于一种的橡胶混料制成。例如，可以在胎面的胎肩部分上采用第一种橡胶混料，而在中央部分上采用另一种橡胶混料。
作为可行变型的另一个例子，还可以在胎面上径向叠加多于一种的橡胶混料。例如，可以在用于保持胎面结构中的凹槽16的底部15与织物帘线21的径向外侧之间的橡胶厚度最小化的部分中带有一个所谓的“次胎面”8(胎面下面的橡胶胶料层，见图2)。上述橡胶混料可以进行选择，以实现下列优点：降低滚动阻力，降低成本，提高操纵性能，通过使用低磁滞橡胶混料以减少生热从而防止带料在胎肩区域分离。在本说明书中，词语“胎面胶料”可以理解为包含一个次胎面8。在这样一个实施例中，胎面通常包含至少一个弹性模量在2.5至7.5Mpa之间的第一胎面胶料以及一个与上述织物帘线的径向外侧直接接触且弹性模量在5至50Mpa之间的次胎面胶料。
这样的次胎面与前面提到的压延橡胶的作用完全不同，该次胎面与胎面中的任何胎面胶料一样，其厚度均大于压延橡胶的厚度。因此，更一般来讲，与上述至少一个由带束加强织物帘线构成的径向最外加强层中的织物帘线的径向外侧直接接触着的胎面胶料的厚度TH大于1mm，并优选大于2mm，该厚度是在一个垂直于轮胎轴线并且位于一根上述帘线的外侧径向上方的横截面内测量的。
本发明提出了一种结构设计，其由于能够减少径向叠加层的数目，从而能够最大限度地简化轮胎的制造工艺，同时又能保持良好的轮胎性能。
该轮胎中带有一个由隔离胶料构成的第二隔离层12，其安置在两个径向叠加的带束加强层5与6之间。第二隔离层12中的隔离胶料直接与径向上部带束加强层6中的钢帘线56的径向内侧相接触，并直接与径向内部带束加强层5中的帘线的径向外侧相接触。轮胎中还带有一个由隔离胶料构成的第三隔离层13，其安置在最内加强层5与胎体3之间。在这个特别优选实施例中，第三隔离层中的隔离胶料直接与最内加强层5中的帘线56的径向内侧相接触，并与胎体3中的帘线的径向外侧相接触，如美国专利申请SN 09/052,846中所描述的那样，上述专利结合在此作为参考。
对于不同的隔离层11、12和13，建议采用弹性模量在6至12Mpa范围内的相同隔离胶料。
根据本发明的轮胎可以包含一个单一的胎体3，其由固定在轮胎的两个胎圈上的一个加强帘线圆周列构成，在这种情况下，胎体加强帘线在径向外侧与前面描述的由隔离胶料构成的第三隔离层相接触。轮胎也可以包含这样一个胎体，其由固定在轮胎的两个胎圈上的多个加强帘线圆周列构成。在这种情况下，只有位于轮胎最外侧的圆周列中的加强帘线与第三隔离层相接触。
现在转向固定装置，在图示的实施例中，每个限定胎体3的轮廓的轴向坐标均具有一个唯一的径向位置，以对应于胎圈中的每个径向位置。在其径向最内部分，如美国专利5,660,656中所示，胎体3可以终止于胎圈部分中而不是绕着一个胎圈芯向上折回。例如在上述美国专利5,660,656中的图4中，通过沿轴向在至少一侧上侧向接近于胎体3的、至少一个沿圆周方向螺旋缠绕的帘线(见52)将胎体3固定在胎圈部分中。在这种情况下，“固定”在胎圈部分中意味着帘线(在图4中，一个沿圆周方向螺旋缠绕的第二帘线51沿轴向在另一侧接近胎体3)仅通过胎体帘线的粘着作用抵抗着因充气而在胎体3中产生的张力。
出于制造方面的原因，虽然可以采用各种不同的工艺，但优选将轮胎构造在一个刚性内芯上，以获取内部空腔形状。轮胎中的所有组成部分均按最终设计所要求的顺序敷设在内芯上，这些部分直接安置在它们的最终位置上，而不需要在制造过程中有任何成型步骤。这种结构可以利用美国专利4,804,436或5,261,795中介绍的装置。轮胎可以利用美国专利4,895,692或5,639,326中介绍的方法进行模塑和硫化，当然，这些在此作为参考的专利只是用于解释的目的。
本发明建议使胎面胶料与由带束加强织物帘线构成的径向最外加强层直接接触，但并不排除在胎面中采用多于一种的胶料，或者在胎面中采用一种改进胶料。虽然以上是通过轿车(小客车)轮胎进行描述的，但本发明并不局限于任何特别的应用，并可以用于载重汽车(卡车)轮胎或其它轮胎中。
本发明提出了一种非常简便的途径以获得诸如带料分离、滚动阻力、操纵特性和制造成本等各种总是相互冲突的性能之间的相容性。
Claims (14)
1.一种轮胎，其包含：
一个胎面，
至少一个由带束加强帘线构成的径向最外加强层，所述带束加强帘线相对于垂直于轮胎轴线的中央圆周中心面大致呈零度角安置，
一个胎体，其带有胎体帘线并位于所述至少一个由带束加强帘线构成的径向最外加强层的径向内侧，上述胎体在轮胎的每一侧固定在一个胎圈中，
一个固定装置，其用于将上述胎体固定在胎圈中，
在上述至少一个径向最外加强层的轴向宽度的一重要部分中，在任何垂直于轮胎轴线并横切上述至少一个径向最外加强层中的一根帘线的横截面中，该轮胎进一步含有：
一个胎面胶料，其与上述至少一个径向最外加强层中的各帘线的径向外侧直接接触，以及
一个第一隔离层，其包含不同于胎面胶料的隔离胶料，上述隔离胶料与上述至少一个径向最外加强层中的各帘线的径向内侧直接接触，胎面胶料与隔离胶料在多个界面处相接触，所述界面沿轴向终止于上述至少一个径向最外加强层中的各帘线上；
在上述至少一个径向最外加强层的径向内侧包含有至少两个以偏置角度安置着的径向叠加的带束帘线加强层，上述角度在一个带束加强层中沿一个方向，而在另一个带束加强层中则沿其相反的方向，上述偏置角度的绝对值在大约10°至75°的范围内，该轮胎还带有一个由隔离胶料构成的第二隔离层，其安置在上述至少两个以偏置角度安置着的径向叠加的带束帘线加强层之间，第二隔离层中的隔离胶料直接接触着以偏置角度安置着的径向上部带束帘线加强层中的各帘线的径向内侧，并直接接触着以偏置角度安置着的径向内部带束帘线加强层中的各帘线的径向外侧。
2.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，与上述至少一个径向最外加强层中的各帘线的径向外侧直接接触着的胎面胶料的厚度大于1mm，该厚度是在一个垂直于轮胎轴线并且径向位于上述帘线外侧上方的横截面内测量的。
3.根据权利要求2的轮胎，其特征在于，上述直接接触涉及上述至少一个径向最外加强层的总宽度的至少5％部分中的所有帘线。
4.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，上述径向最外加强层中的帘线是织物帘线。
5.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，上述至少一个径向最外加强层中的帘线选自下面一组帘线：尼龙帘线、聚酯帘线、玻璃纤维帘线、芳族聚酰胺帘线、以及它们的混合帘线。
6.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，所述胎面胶料是以缠绕在上述径向最外加强层上的带料的形式敷设的。
7.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，上述至少一个径向最外加强层是通过缠绕一个单一的、沿着所需路径单独引导着的帘线而敷设的。
8.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，上述胎面胶料的弹性模量在2.5至7.5Mpa之间。
9.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，上述胎面胶料是一种橡胶混料，该混料中包含着天然橡胶和60％以上的合成橡胶的混合物，该百分比表示所占弹性体总重量的比例。
10.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，上述胎面胶料是一种橡胶混料，该混料中包含着天然橡胶和至少70％的合成橡胶的混合物，该百分比表示所占弹性体总重量的比例。
11.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，上述胎面胶料是一种橡胶混料，该混料中包含着占弹性体总重量100％的合成橡胶。
12.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，上述胎面包含一个弹性模量在2.5至7.5Mpa之间的第一胎面胶料，以及一个与上述织物帘线的径向外侧直接接触且弹性模量在5至50Mpa之间的次胎面胶料。
13.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，用于确定胎体帘线位置的每个轴向坐标分别具有一个相应代表着胎圈中每个径向位置的唯一径向坐标，并且固定装置中包含至少一个沿圆周方向螺旋缠绕的帘线，该帘线沿轴向在至少一侧上接近胎体帘线，上述至少一个沿圆周方向螺旋缠绕的帘线仅通过胎体帘线与固定装置的侧向粘着作用抵抗着因充气而在胎体中产生的张力。
14.根据权利要求10的轮胎，其特征在于，上述固定装置中还包含至少一个沿圆周方向螺旋缠绕的第二帘线，该帘线在轴向的另一侧上接近胎体中的各帘线。
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