CN1291946A - 导电轮胎和用于挤压具有导电嵌件的部件的设备 - Google Patents

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Abstract

一种轮胎,它包括一个胎面(3),胎面(3)由两个圆形层(31、32)构成,该轮胎的增强填料主要包括非导电材料,每层(31、32)包含一个圆形嵌件(11、12),嵌件由导电混合物制成并在两层(31、32)之间的接触面(310)上具有一个周向印记,第一层(31、32)在所述表面上具有一个环形路径宽度为e的周向印记,第二层(31、32)在所述表面上具有一个宽度为e’、与第一层的环形路径交叉并在第一层的环形路径的每一侧具有波峰的周向印记,从而,在两个路径之间在圆周上有数个接触点,以确保两个导电元件之间的电连接。所述第二层与其嵌件是采用下述设备挤压而成的,所述设备包括一个主挤压机(10),用于在未硫化条件下挤压胎面(3)的部分(31、32),和一个微型挤压机(40),其挤压喷嘴(43)配有一个切割边缘,并且其挤压孔指向一个与用于生产部分(31)的主挤压机相连的运输装置。

Description

导电轮胎和用于挤压具有导电嵌件的部件的设备
本发明的目的是提供一种由几种混合物制成的轮胎，所述混合物包含有作为主料的非增强填料，例如二氧化硅(或其与低碳黑成分的混合)，这些混合物中至少一种形成胎面。更具体地说，本发明涉及一种轮胎，这种轮胎在滚动时其内部温度的升高可不予考虑，这种轮胎例如可用于承受很重的载荷。本发明还涉及生产所述轮胎的工艺和实施这种工艺的设备。
由于环境问题变得越来越重要，并且燃料价格和对汽车污染的限制已经成为要解决的首要问题，所以出现了这样一种轮胎，其制造目的是使该轮胎可结合有滚动阻力低，对于干、湿路面或被冰、雪覆盖的路面均具有良好的胶着力，耐磨损性能极好，并且滚动噪音低等优点。
为实现上述目的，欧洲专利EPA501227公开了一种轮胎，这种轮胎的胎面包含有作为主增强填料的二氧化硅。尽管这种解决方案在前述各种相互非常矛盾的特性之间提供了一种最佳的折中方案，但是已经发现，在汽车行驶过程中，胎面的主增强填料为二氧化硅的轮胎具有或多或少的积累静电的缺点，静电的积累是由汽车行使时轮胎和路面之间的摩擦而产生的，这主要是因为二氧化硅是非导电材料而导致的。
当一些特定的条件同时存在时，积累在轮胎上的静电可升高到当乘员接触车体时会产生使车内乘员感到不适的电击。这还会因为由放电产生的臭氧而加速轮胎的老化。另外，根据路面和汽车的自然条件，因放电产生的干扰还可可造成安装在车内的收音机不能很好地工作。
这种由于轮胎中的静电积累而产生的问题和随之而来的缺点是一个长久以来的问题，其在采用碳黑作为增强填料时就已经存在了。
专利申请EP0658452A1描述了从人们长期认为的原则到所谓的现代轮胎的改进过程。它提供了对于有关各种旧文献中所提出的解决方案中存在的主要问题的解决办法，并特别涉及轮胎结构中出现的有害的不均匀性问题。所提出的解决办法是插入一个导电橡胶混合物带或“嵌件”，其优选地环绕着轮胎的圆周，并将胎面的表面与胎冠层中的一个或胎体增强件或轮胎中任何其它可充分导电的部位连接起来，借助于以适当形式存在的碳黑提供必要的导电率。
尽管这种解决办法对于胎面仅包含一种相同成分且该成分为非导体混合物(例如旅行汽车的胎面)的轮胎十分可行，但是它不适用于在胎冠增强件上方具有若干橡胶混合物层以及包括有胎体增强件的轮胎，也不适用于任何以稳定且高的工作温度滚动的轮胎，例如装在重型或高速汽车上的轮胎。
事实上，如果由于任何原因而希望生产这样一种轮胎，该轮胎在胎冠增强件和通过设置周向嵌件或条带而具有导电性的胎面外部部分(与地面接触的部分)之间具有不导电的一层或胎面内部部分(不与地面接触的部分)，则必须使所述内部部分导电。类似地，在胎体增强件和胎冠增强件之间的一层(该层在胎冠层的边缘区域中通常具有过大的厚度)若是不导电的，则也必须使之导电。获得导电胎面的第一个方案是同时挤压胎面的内侧和外侧部分，将两者结合起来从而形成一个导电的周向嵌件。由于几方面的原因，该方案是不理想的，其中两个原因值得提及：在所考虑的轮胎类型中，胎面的总厚度太大；此外，胎面的内层和外层若不采用相同品质的橡胶混合物，则对于导电嵌件可能是有利的。
如本申请人的法国专利申请FR 97／02276中所述，另一种解决方案是，利用至少一个橡胶混合物带在被一个非导电层分开的两个导电层或提供导电性能的层之间提供电连接，该橡胶混合物带具有较小厚度、宽度和长度，位于非导电层的两个熔接表面之间，且与用于使所述两个层可导电地连接起来的装置相接触。尽管在工业应用上是令人满意的，但这种方法必须设置一个辅助产品，从而产生了附加的制造成本。
第三个解决方案包括在用通常的挤压方法挤压所述部分之后，对每个非导电部分提供一个周向嵌件，所述嵌件具有一个直线型的环形路径或环形条带，然后在两个制品被定位在胎冠增强件上之前将两个制品连接在一起。其中，所述条带通常非常窄，以便不影响组成胎面的两个部分的合成物的物理特性，沿横截面看，轮胎中这些嵌件的厚度大约为0．01至2．0mm，这种解决方案必须使得在所述两个部分之间的接触表面上的胎面外部部分中的条带路径应与同一胎面内侧部分中的条带的所述接触面上的路径准确对齐或对中。
然而，因为生橡胶混合物可能呈软膏状，或相反呈非常硬的块状，因此在硬化之前，橡胶成分的机械特性非常差。无论采用什么装置加工这种混合物，都很难实现对由两个未硫化胎面部分结合在一起组成的半成品的几何形状进行良好的控制：在两个部分之间的接触面上的两个条带的各自路径之间实现对齐是非常困难的，所以，无论从成本的角度还是从所获得的性能的角度考虑，涉及到两个环形条带的解决方案在结构上不能被认为是最佳的，在工业上也不能被认为是可行的。制造按这种方法设计的轮胎更接近精确的机械工程学，而不是工业生产。
现在，本发明的目的之一是消除由包含有几种非导电性混合物的轮胎滚动时所产生的静电电荷，同时又不显著地影响轮胎的性能。本发明的另一个目的是获得一种在生产材料成本和／或制造成本方面尽可能简单、廉价的轮胎。
本发明提供了一种轮胎，该轮胎包括至少两个径向相邻的非导电橡胶混合物层，所述两个层具有一个共同的接触表面，其特征是，每个所述层包含一个由导电混合物组成的周向嵌件，该周向嵌件在所述接触界面上的印记呈圆周状，所述这些层中的第一层在所述接触表面上具有一个环形路径宽度为e的周向印记，而第二层在接触表面上具有一个路径宽度为e’的周向印记，其与第一层的环形路径相交并在第一层的环形路径的每一侧具有波峰，从而环绕着圆周在两个路径之间具有多个接触点，以确保两个导电元件之间的电连接，并且第二层具有一个至少等于10mm的最大峰-峰间宽度(crest-to-crest width)。
工业生产上最简单的第二层的周向印记的路径是一个波浪形路径，并且更具体地说为一个周期性的路径。一个路径当它可以用周期函数表示时被称为是周期性的，它可以是波浪形路径、之字形路径、由三角形组成的路径、正弦路径、或者由矩形或斜方形组成的路径。因此，所述路径可通过模拟周期运动由一个振幅和一个波长确定。所述振幅a可以沿着所述层之间的接触表面的圆周变化，但是更优选地是采用恒定的振幅，并且接触表面上的两个路径的中轴应相互平行，并与胎面的赤道面以一定距离隔开，所述距离的差值至多等于所述周期性路径的振幅的一半a／2。
这样做是有利的，因为在最简单的情况下，每一层包含一个嵌件，从横截面上看，其在所述层的整个厚度上具有矩形面积。
在到目前为止的多数情况下，两个非导电层将作为胎面的内侧部分和外侧部分，并且必须确保地面和由设在橡胶混合物中的金属丝构成的胎冠增强件之间的电连接，所述橡胶混合物通过在其成分中加入碳黑而具有导电性。非导电层也可以一方面具有将胎体增强件从胎冠增强件的边缘分开的三角形截面形状，而另一方面又是胎面的内侧和外侧部分。接着必须确保所有三层之间的连接。
在胎面中，最好是，带有在所述两部分之间的接触表面上具有环形路径的周向印记的嵌件的所述胎面部分为胎面的外部部分，而另一部分则优选为胎面的内部部分，该另一部分设有一个条带，该条带的圆周表面具有周期性的路径(优选为波浪形)。
一个层，无论是胎面的一部分还是胎体增强件和胎冠增强件之间的中间部分，其通常是通过用一个挤压机在未硫化状态下挤压获得的。该工艺被设计成用于获得两个层的结合，该两个层(例如轮胎的胎面部分)将要被设置成可导电的，该工艺包括各层(例如胎面的各部分)的单独挤压，在每层中夹入一个条带，所述条带在一层(例如胎面的外部部分)中是周向的和直线型的，而在另一层(例如所述胎面的内部部分)中则是周期性的，然后通过常用的方法将两层(例如所述的两部分)连接起来，以形成未硫化的胎面。根据本发明的用于获得具有周期性条带的层的工艺包括：
*用挤压机挤压出所述的层，所述挤压机包括一个挤压头，所述挤压头设有一个通向一个挤压孔的流道，
*在一个切断装置的辅助下，将置于挤压孔下游的运输装置上的生产出的部分切断，
*在未硫化条件下挤压出导电橡胶混合物条带，并通过一个活动微型挤压机的喷嘴将其夹入切口的两壁之间，所述喷嘴指向所述运输装置的壁并经受一个平行于所述壁且振幅为10mm的周期运动。
有利的是，根据本发明的工艺采用一种类似于已知的辊模挤压机的挤压机，其中，所挤压的产品的轮廓或截面一方面由将橡胶混合物挤压到其上的辊子的表面所确定，另一方面由与所述表面合作以限定出一个挤压孔的挤压刮片的固定壁所确定。因此，该工艺源于前面的描述，其中微型挤压机的喷嘴指向一个作为运输装置的辊子的辊壁，并经受一个平行于所述壁的周期运动。
本发明还涉及一种用于实施制造一个层的工艺的装置，所述层可以是如上所述的设有具有周期性路径的条带的胎面内部部分。所述装置包括一个常规的挤压机，例如可以是已知的平模挤压机或辊模挤压机，用于在未硫化条件下挤压所述层，以及一个永久性安装在一个支撑件上的微型挤压机，所述支撑件可以使所述微型挤压机沿三个主要方向移动，所述微型挤压机主要包括一个挤压头，在挤压头的端部安装有一个用于按所述截面和路径向从主挤压机出来的未硫化混合物部分中挤压环形嵌件的喷嘴。所述喷嘴的端部指向主挤压机的辊子或胎面已处理部分的运输装置的壁。更具体地说，本发明涉及所采用的微型挤压机的喷嘴或挤压孔。所述喷嘴的特征在于，它包括一个接触表面，用于通过固定它的连接元件与微型挤压机的出口连接，所述表面轴向延伸到一个与一中空的给料腔结合的喷嘴头，所述挤压腔上游具有一个尖锐的切割边，并在下游侧设有一个具有所希望的截面形状的挤压孔，通过该挤压孔挤压出所述的导电橡胶材料。
通过下面参考附图进行的描述，将可以更好地理解本发明的这些特征：
图1A为具有非导电胎面的轮胎的胎冠部分的透视图；
图1B为所述轮胎的胎面部分的平面图；
图2示出了本发明所采用的装置的主要部件；
图3为用于安置条带的放大视图；
图4A至4C为用于挤压条带的喷嘴的各种视图，图4A是前视图，图4B是侧视图，图4C是顶视图。
尺寸为315／80．R．22．5、具有低滚动阻力的轮胎，包括：一个胎体增强件1，所述胎体增强件1由一个金属线网层构成，所述金属线网层由覆盖有橡胶涂层混合物的无延展性金属丝构成，所述橡胶涂层混合物由于加有碳黑而可以传导静电电荷，目前在这种混合物中碳黑通常被用作增强填料。已知，所述胎体增强件1在每个轮胎胎圈中被锚定在至少一个胎圈钢丝上，并形成一个翘起(未示出)。在所述胎体增强件1的内侧是通常所称的增强层，这些层由一般不能被已知的充入气体渗透的混合物构成。所述该或多个层的边缘通常被轮胎胎圈防护层(未示出)的内侧部分轴向覆盖，所述胎圈防护层是一个耐磨层，其轴向外部部分压靠在安装轮缘上。所述层通常包含大量的碳黑填料，因此是一个良导体。
胎体增强件1在顶部覆盖有一个胎冠增强件2，所述胎冠增强件2举例来说包括：两个由非延展性金属丝形成的称为三角线网层20的半线网层，所述金属丝的取向相对于圆周方向可成一个在30°至90°范围的角度；在两个半线网层的径向之上有两个线网层，即工作线网层21和22，它们由从一个线网层到下一个线网层相互交叉的非延展性金属丝构成，其中它们相对于圆周方向的交角可以相等也可以不等，其绝对值在10°至30°之间；并且通常，最后还有至少一个称作防护线网层的由弹性丝构成的线网层23，所述弹性丝相对于圆周方向的角度与径向最外层工作线网层中的角度在方向和数值上是相等的。胎冠增强件2的所有丝线均被一个或更多的橡胶涂层混合物覆盖，所述橡胶涂层混合物由于含有碳黑而可以传导静电电荷，碳黑通常被用作这种混合物的增强填料。
由于胎冠增强件2与位于其下的胎体增强件1具有不同的截面，它与后者被一个在轴向中心部分61上具有较小厚度的橡胶结合体分开，其中，在所述的轴向中心部分61处两个增强件大体平行，并且所述橡胶结合体的厚度在所述轴向部分61的两侧向着轮胎的外侧增加，以形成楔形或三角形截面62。为了耐热，所述橡胶楔62和轴向部分61不是由导电橡胶混合物制成的，因为它们含有非常少的碳黑。在胎冠增强件2的径向上方设置着胎面3，它包括一个径向内层31，该内层31称为次胎面，并且由主填料为二氧化硅的混合物构成，次胎面31本身在径向上被一个二氧化硅填料量很高的径向外层32或胎面层所覆盖。胎面3通过同样含有很高的二氧化硅填料量并形成侧壁4的混合物与轮胎胎圈连接。
按照已知的正确方式，通过橡胶嵌件11使胎面层32可以导电，所述橡胶嵌件11呈一个围绕着胎面层32整个高度的周向圆环形，以便使与地面接触的胎面表面和次胎面31的径向最外面连接。在图示情况下，其轴向宽度e非常小的所述嵌件11是理论上对中地位于轮胎赤道平面XX’上的单个嵌件，并且其沿着位于胎面两个部分31和32之间的接触面310上的路径为直线型和环形的。嵌件11可以是偏心的，特别是当在胎面中有一个中心槽的时候；或者可以有两个嵌件11，例如相对于赤道平面对称设置，或者可以有更多的嵌件，但是在任何情况下，其均是轴向设置的，以便无论胎面磨损到什么程度都可以与地面接触。由于其橡胶成分中含有大量的碳黑因而可以导电的嵌件11，无论轮胎是在未硫化的条件下还是在硫化之后进行组装，均可以由任何适当的装置生产。例如，在未硫化条件下生产胎面3的径向外层32的过程中，可以通过挤压来制造嵌件11。当通过挤压已经独立地获得了径向内层31时，在胎面层32之间，或更精确地说，在嵌件11和胎冠增强件2的径向最外侧线网层23之间的电连接，是通过覆盖胎面的部分31的整个高度的周向嵌件12来实现的，其中，所述胎冠增强件2由覆盖有橡胶混合物的金属丝形成，在所述橡胶混合物中填充有通用类型的碳黑并因此可以导电，而周向嵌件12在胎面3的两个部分31和32之间的接触面310上的宽度为e’的路径沿理论上对中于赤道平面的中心轴线YY’呈波浪式起伏。构成传导静电电荷的连接件12的橡胶成分与嵌件11的成分类似，以天然橡胶和／或通常用于制造轮胎、特别是胎面的合成橡胶为基础，并含有优选为通常制造轮胎所采用的作为增强填料的导电碳黑。如图1B所示，所示嵌件12在两个层31和32之间的接触面310上具有一个呈波浪形的路径或路线，波浪的振幅a等于10mm，远大于所述接触表面上的嵌件11和12的各自路径的宽度e和e’，这些宽度在0．01mm-2mm之间，并且在所述情况下为0．4mm。当胎面的两个部分已经定位后，无论在轮胎成型鼓上还是在任何其它用于连接所述两个部分的装置上，在忽略正常可以接受的在两个胎面部分的相互定位中的误差的情况下，这一配置将确保在两个嵌件11和12之间存在多个接触点，其中，所述误差被称为中心误差(如图1A和1B所示，两个嵌件11和12的中心轴的位移)。绕内侧部分的圆周的接触点的数量有赖于所选波浪形的波长λ。
胎冠增强件2和胎体增强件1之间的电连接在所述情况下是通过同样的系统实现的，即，通过采用一个周向嵌件(未示出)，所述周向嵌件无论连续与否，其环形路径的中心轴线大体上与嵌件12的波浪形路径的中心轴线对中，从而通过穿过将胎体增强件1与胎冠增强件2分开的小厚度部分61的通道实现电连接，或者通过通向将胎冠增强件2的一个边缘与胎体增强件1分开的部分62之一的通道实现电连接。
图2表示一个第一挤压装置10，该装置通过一个挤压螺杆101推进将制造出胎面的内侧部分31的未硫化橡胶混合物，使之进入一个由拱顶103和104限定且包括一个流道105的挤压头102，它一方面将混合物导入与挤压机10相关联的旋转辊15，另一方面将所述混合物导向由辊15的圆柱状表面150和刮片106限定的挤压孔107。所述挤压孔给出被挤压的混合物的所需形状。与该第一挤压机和辊相结合的是一个安装在一个支撑件41上的微型挤压机40，该微型挤压机40既可以是手动的，也可以根据预先建立的程序操作，从而使得所述微型挤压机40可在三个主要方向上运动。后者(图3)包括一个螺杆401和一个挤压头402，在其端部具有一个与微型挤压机40的出口连接的喷嘴43，该喷嘴43的端部直接指向挤压孔107下游的辊15的圆柱表面150。因此，所述喷嘴43可按所需形状和路径向未硫化的部分和从挤压机10的孔107出来的热混合物中挤压环形嵌件12。
如图4A至4C所示，所示喷嘴43包括一个带孔的接触表面403，所述孔允许所述喷嘴43连接到微型挤压机40的挤压头402的出口上。该接触表面轴向延伸，以形成一个喷嘴头404，所述喷嘴头404主要包括一个带有两个分隔室的给料腔405：第一隔室是一个球形形状的中空隔室406，由卵形的第二隔室407延伸而来。所述腔室405具有为高度和宽度与待处理的制品31相适应的槽408提供的空间，所述制品在开始时被一个与喷嘴404成一体的切割边409劈开。图4B和4C中的箭头表示被处理的橡胶混合物的流动方向。

Claims (11)

1、一种轮胎，包括至少两个不导电的橡胶混合物层(31)、(32)，所述两层(31)和(32)具有一个共同的接触表面(310)，其特征在于，每层(31、32)包含一个由导电混合物组成的周向嵌件或条带(11、12)，其在接触表面(310)上具有一个周向印记，这些层(31、32)中的第一层在所述表面上具有一个环形路径宽度为e的周向印记，而第二层(31、32)在所述表面上具有一个路径宽度为e’的周向印记，它与第一层中的环形路径相交，并在第一层的环形路径的每一侧上具有波峰，从而沿圆周方向在两个路径之间具有数个接触点，以确保两个导电元件之间的电连接，并且第二层的路径具有一个等于10mm的最大峰-峰间振幅。
2、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，第二层的周向印记的路径是一个周期性的路径，它由振幅a和波长λ确定，两个路径在接触表面上的中轴与轮胎的赤道平面平行且被一定的距离分开，所述距离的差值至多等于所述周期性路径的振幅的一半a／2。
3、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，每一层(31、32)中包含一个嵌件(11、12)，从横截面上看，其具有一个贯穿该层厚度的矩形区域。
4、如权利要求2所述的轮胎，其特征在于，所述两个非导电层为胎面(3)的内部和外部部分(31、32)，并且确保在地面和胎冠增强件(2)之间的电连接，所述胎冠增强件(2)由被导电橡胶混合物所覆盖的金属丝构成。
5、如权利要求2所述的轮胎，其特征在于，非导电层一方面是胎面(3)的内部和外部部分(31、32)，另一方面是将胎体增强件(1)与胎冠增强件(2)分开的三角形(62)的一部分，并确保所述三层之间的连接。
6、如权利要求4所述的轮胎，其特征在于，设有具有一环形周向路径的嵌件(11)的部分是胎面(3)的上部(32)，而另一个设有具有周期性周向路径的嵌件的部分是胎面(3)的下部(31)。
7、用于生产设有具有周向且周期性路径的嵌件的未硫化橡胶层的工艺，其特征在于，
*在一个挤压机(10)上挤压所述的层，所述挤压机包括一个设有一流道(105)的挤压头(102)，所述流道(105)通向一个挤压孔(107)，
*所述部分被置于挤压孔下游的运输装置上，并由一个切断装置切断，
*导电橡胶混合物嵌件(12)在未硫化条件下通过一个微型挤压机(40)的可动喷嘴(43)被挤压，并被夹入切口的两个壁之间，所述喷嘴(43)指向所述运输装置的壁，并经受平行于所述壁的周期性运动，所述运动的振幅至少等于10mm。
8、用于制造轮胎胎面(3)的层的工艺，所述层将被包含在轮胎结构之中，并包括一个导电嵌件(12)，其特征在于，采用如权利要求7所述的工艺。
9、如权利要求8所述的工艺，其特征在于，采用一称为辊模挤压机的挤压机(10)，运输装置为所述的辊(15)。
10、用于实现如权利要求9所述的工艺的设备，所述工艺用于获得一个设有具有周期性路径的嵌件(12)的层，该设备包括一个挤压机(10)，挤压机(10)带有用于在未硫化条件下挤压所述层的辊模(15)，其特征在于，它还包括一个安装在一个支撑件(41)上的微型挤压机(40)，所述支撑件(41)允许所述微型挤压机(40)在三个主要方向上运动，所述微型挤压机包括一个挤压头(402)，在其端部设有一个用于按所需形状和路径向从主挤压机(10)中出来的未硫化混合物层中挤压周向嵌件(12)的喷嘴(43)。
11、如权利要求10所述的设备，其特征在于，微型挤压机(40)的挤压喷嘴包括一个用于固定到微型挤压机(40)的出口上的接触表面(403)，所述表面由喷嘴头(404)轴向延伸，喷嘴头(404)主要包括一个中空给料腔(405)，该中空给料腔(405)具有一个为其高度和宽度与被处理的制品(31)相应的槽(408)提供的空间，所述制品预先被一个与喷嘴头(404)成一体的切割边(409)劈开。
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Granted publication date: 20050323

Termination date: 20140217