CN1400116A - 轮胎胎体的固定 - Google Patents

Abstract

本发明所述轮胎包括一个胎冠，两个胎侧和两个胎圈，一个具有第一层帘线的胎体增强层，其中第一层帘线以至少一个从所述胎圈中至少一个到所述胎侧中一个间的圆周方向组合体的方式紧密且圆周对齐排列、并且固定在所述同一胎圈上，和一个胎冠增强层，所述同一胎圈含有一个使胎体增强层得以保持的固定区域并包括通过与第二层帘线和第一层帘线的相邻部分接触的橡胶粘合胶料而与所述胎体增强层的相邻部分共同起作用的至少一个圆周方向的第二层帘线，其中所述橡胶粘合胶料在10％的变形条件下，具有的弹性模量是10－20MPa，并且所述橡胶粘合胶料含有SBR组的至少一种合成橡胶和聚丁二烯，并且合成橡胶在橡胶总重量中所占的百分比超过50％。

Description

轮胎胎体的固定

本发明涉及一种轮胎，具体地说，涉及胎体帘线的排列以及它们在胎圈里的固定。

最近，WO98/54006提出了一种轮胎胎体增强层的新类型及其在胎圈里的固定。该申请所述轮胎包括一个胎冠，两个胎侧和两个胎圈，一个具有第一层帘线的胎体增强层，其中第一帘线以至少一个从所述胎圈到所述胎侧间的圆周方向组合体的方式相邻并圆周对齐排列，和一个胎冠增强层，每个胎圈含有使所述胎体增强层得以保持的粘结区，并包括通过一种橡胶粘合胶料而与所述胎体增强层的相邻部分发生协同作用的至少一种圆周方向的第二层帘线。这种橡胶粘合胶料在10％的变形条件下，具有的弹性模量大于20MPa，优选大于30MPa。

轮胎胎圈的这种新构造产生了极好的结果，尤其是考虑疲劳时。但是，该申请人发现这种胎圈的显著刚性给装卸轮胎带来困难，尤其是人工装卸大型轮胎，如卡车轮胎。

本发明是用来解决这个问题的。

在下面的正文中：

术语“帘线”是指单丝和多丝，或集合物例如绳、纱线或任何同等类型的集合物，而不论这些帘线物质组成或处理方法，例如为了有助于与橡胶粘结而进行的表面处理或涂覆或填孔处理。

帘线和橡胶粘合胶料之间的“接触”是指至少帘线外层的一部分与橡胶粘合胶料紧密接触的行为。如果帘线有覆盖物或涂层，则“接触”是指覆盖物或涂层的外层和橡胶粘合胶料紧密接触；

“轴向”是指和轮胎旋转轴平行的方向。当该方向指向轮胎内部时，称为“轴向向内”，当该方向指向轮胎外部时称为“轴向向外”；

“径向”指穿过轮胎旋转轴并与其垂直的方向。根据其是指向轮胎旋转轴还是指向轮胎外部可将其分为“径向向内”和“径向向外”；

橡胶胶料的“弹性模量”是指在10％的变形和室温条件下伸长的正割模数；在第一次调节到10％的变形时，进行测量； $E_{10}=\frac{F_{10}}{S\×{\mathrm{\δ}}_{10}},$ 即 $E_{10}=\frac{F_{10}(1+{\mathrm{\ϵ}}_{10})}{S_0\×{\mathrm{\ϵ}}_{10}}$ 和 $E_{10}=\frac{F_{10}\×1.1}{S_0\×0.1}$ 其中ε₁₀＝0.1

其中：

E₁₀：伸长率为10％时伸长量的正割模数；

F₁₀：伸长率为10％时的拉伸力；

S₀：测试样本或样品的初始剖面面积；

S：测试样品的伸长率为ε时的剖面面积，对橡胶材料来说， $S=\frac{S_0}{1+\mathrm{\ϵ}};$

和ε₁₀：在10％下的伸长率。

弹性体的“Tg”指用差示热分析法测量的弹性体玻璃化转变点温度；

“静态蠕变测试”是指一种测试，其中先准备一些测试样品，其有效部分长70mm、宽5mm以及厚2.5mm(把这些测试样品切成2.5mm厚的经过硫化的片状物)；把测试样品置于150℃的炉子里，然后迅速对它们施加3kg的重力；这样测试就开始了，初始应变为： ${\mathrm{\σ}}_0=\frac{M\×g}{S_0}=2.35\mathrm{MPa}$

其中，M：施加的重力；

      g：重力加速度；和

     S₀：测试样品的初始剖面面积。

测量测试样品作为时间函数的有效部分的伸长率。“静态蠕变率”等于一定时间内的变形的改变，例如在第3个测试小时和第5个测试小时之间： $\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\Δ\ϵ}}{\mathrm{\Δt}}$

其中，□ε＝ε(t₂)-ε(t₁)，表示在以分钟(分)为单位的时间变化□t＝t₂-t₁内所测量到的变形变量。

“流变性测试”是指在变形±0.2度、频率100周期/分、温度197℃的条件下，持续时间10分钟的交变剪切测试；

孟山都流变仪：在胶料盘上进行测试，记录10分钟内在盘两侧面间施加的剪切力产生的转矩变化。尤其将测得最大转矩之后的转矩变化进行记录。如果测得的转矩保持恒定则表示没有硫化返原，即测试样品的刚性没有减小；如果测得转矩减小，则表示有硫化返原。硫化返原现象表示在测试条件下测试样品的刚性降低。这是在高温下对胶料的热稳定性的测试。如下计算： $r=\frac{C_{\max }-C_{10}}{C_{\max }}\×100$

其中，r是测试后硫化返原率；

      C_max是测得的最大转矩；和

      C₁₀是测试进行10分钟后测得的转矩。

“圆周方向帘线”是指和轮胎圆周方向大体平行的帘线，即与轮胎圆周方向形成的角度背离该圆周方向不超过5°；“径向方向帘线”是指大体处于同一轴平面上的帘线或处于与某轴平面形成小于或等于10°二面角的平面上的帘线。

本发明所述轮胎包括一个胎冠，两个胎侧和两个胎圈，一个具有第一帘线的胎体增强层，其中第一层帘线以至少一个从所述胎圈中至少一个到所述胎侧中一个间的圆周方向组合体的方式紧密且圆周对齐排列、并且固定在所述同一胎圈上，和一个胎冠增强层，所述胎圈含有一个使胎体增强层得以保持的固定区域并包括通过与第二层帘线和第一层帘线的相邻部分接触的橡胶粘合胶料而与所述胎体增强层的相邻部分共同起作用的至少一个圆周方向的第二层帘线。这种轮胎的所述橡胶粘合胶料在10％的变形条件下，具有的弹性模量是10-20MPa，并且含有丁苯橡胶(SBR)组的至少一种合成橡胶和聚丁二烯，并且合成橡胶在橡胶总重量中所占的百分比超过50％。

申请人非常吃惊地发现，这种橡胶粘合胶料，尽管其刚性远低于以前推荐的刚性，但是它使保持有关胎圈非常令人满意的疲劳性能成为可能。

合成橡胶在橡胶总重量中所占比例优选范围是55-65％。

超过65％，该胶接橡胶的原始胶接能力将变得不足并引起轮胎胎圈的生产问题；另一方面，如果低于55％，橡胶粘合胶料在高温下对静态蠕变应力的抵抗力将下降。

该橡胶粘合胶料优选含有Tg在-70℃到-25℃之间的SBR，且以重量计，在橡胶总重量中份额超过20％。

所述橡胶粘合胶料还可含有Tg在-110℃到-90℃之间的聚丁二烯，且以重量计，在橡胶总重量中的份额低于40％。

实际上，聚丁二烯的存在可以改善橡胶粘合胶料在高温下的热稳定性。但如其含量超过橡胶总重量的40％，将很难形成该橡胶粘合胶料。

本发明还涉及一种轮胎，其包括一个胎冠，两个胎侧和两个胎圈，一个具有第一层帘线的胎体增强层，其中第一层帘线以至少一个从所述胎圈中至少一个到所述胎侧中一个间的圆周方向组合体的方式紧密且圆周对齐排列、并且固定在所述同一胎圈上，和一个胎冠增强层，所述同一胎圈含有一个使胎体增强层得以保持的固定区域并包括通过与第二层帘线和第一层帘线的相邻部分接触的橡胶粘合胶料而与所述胎体增强层的相邻部分共同起作用的至少一个圆周方向的第二层帘线，其中所述橡胶粘合胶料在10％的变形条件下，具有的弹性模量是10-20MPa，并且所述橡胶粘合胶料，不发生断裂，在2.35MPa初始应变、150℃条件下，承受静态蠕变应力至少5小时。

在初始应变为2.35Mpa、温度为150℃的条件下，该橡胶粘合胶料在应力作用的3-5小时中，优选具有的静态蠕变率小于2.10^-3/min。

本发明也涉及一种轮胎，其包括一个胎冠，两个胎侧和两个胎圈，一个具有第一层帘线的胎体增强层，其中第一层帘线以至少一个从所述胎圈中至少一个到所述胎侧中一个间的圆周方向组合体的方式紧密且圆周对齐排列、并且固定在所述同一胎圈上，和一个胎冠增强层，所述同一胎圈含有一个使胎体增强层得以保持的固定区域并包括通过与第二层帘线和第一层帘线的相邻部分接触的橡胶粘合胶料而与所述胎体增强层的相邻部分共同起作用的至少一个圆周方向的第二层帘线，其中所述橡胶粘合胶料在10％的变形条件下，具有的弹性模量是10-20MPa，并且所述橡胶粘合胶料在197℃处理10分钟后的硫化返原率小于10％，优选小于5％。

本发明所述轮胎优选的是这样的情形，即第一层帘线形成相邻的来回路线，并用所述同一胎圈中的环状物每次将向前路线连接到返回路线上。

下面借助附图描述本发明：

图1是主要显示本发明所述一种轮胎的一个胎侧和一个胎圈的局部横切面；

图2是主要显示本发明所述另一种轮胎的一个胎侧和一个胎圈的局部横切面；

图3是合乎透视法的视图，示意性显示帘线的局部排列；

图4给出静态蠕变测试结果。

在图1中，用局部横切面显示了本发明所述一种轮胎的一个胎圈和一个胎侧。所述轮胎包括与胎圈2相邻的胎侧1。胎体增强层3从胎圈2沿圆周方向延伸到胎侧1并引起本实施例中第一层帘线4的圆周方向排列。第一层帘线4在胎圈和胎侧里径向排列并固定到胎圈2的固定区域20上。固定区域20包括两个主要部分，第二层帘线7的两个圆周方向绕组41和42排列在第一层帘线4的区域40两侧，与橡胶粘合胶料9共同起作用。所述橡胶粘合胶料9涂在第一层帘线4的区域40两侧，并涂在第二层帘线7的圆周方向绕组41和42两侧。橡胶粘合胶料9至少与第一层帘线4外周的一部分和位于固定区域20的第二层帘线7直接接触。在所述的实施例中，橡胶粘合胶料9与位于固定区域20中的第一层帘线4的所有区域40轴向接触，接触部位是后者的两侧，并填充第一层帘线间的空隙。为在胎圈2的固定区域20中牢固固定第一层帘线4，并承受主要由于轮胎膨胀而产生的由第一层帘线4承受的应力，需要在第二层帘线7和橡胶粘合胶料9之间形成很好的机械协作，所以橡胶粘合胶料9与第一层帘线4和第二层帘线7的直接接触是必不可少的。第二层帘线7有点儿不能延展，可以用金属丝。第一层帘线通常可以是弹性模量较高的纺织品增强层，如芳族聚酰胺增强层。

从第二层帘线的圆周方向绕组41起，可以发现称为“内层橡胶”的标准橡胶胶料10是轴向向内的。从第二层帘线的圆周方向线圈42起，人们可以发现填充胶料11和保护胶料12是轴向向外的，然后沿径向向外，胎侧胶料13逐步取代它们。从固定区域20径向向外，胎体增强层3的第一层帘线4和胶料14直接接触。

所述轮胎胎圈的第一层帘线4和第二层帘线7与两种不同的橡胶粘合胶料接触：固定区域20的橡胶粘合胶料9和径向向外的胶料14。橡胶粘合胶料的主要机械特征是其与10-20Mpa的弹性模量相关的卓越抗蠕变强度。通常胶料14的刚性，弹性模量是3-10MPa。

图2给出了本发明所述轮胎胎圈的另一个实施方案。所述轮胎用于装备重型卡车。胎体增强层3由第一层帘线的两种圆周方向组合体4和5组成，在本图中对应于帘线层的两区域40和50。在本发明此处所述轮胎的情形中，帘线的两区域40和50在轮胎胎侧1里径向排列，并含有芳族聚酰胺纤维。第一层帘线的区域40和50平行排列并被胶料6隔离。在所述轮胎胎圈2的固定区域20里，第一层帘线的两个圆周方向组合体4和5被第二层帘线7的圆周方向绕组41、42、51、52和61固定，它们轴向排列在第一层帘线的区域40和50两侧，并由橡胶粘合胶料9贴合到第一层帘线部分上。对圆周方向的第二层帘线的绕组或堆积有利的是增强层的螺旋形绕组。在该实施例中，这些圆周方向的第二层帘线是螺旋缠绕的钢丝帘线。橡胶粘合胶料9与圆周方向帘线和径向帘线直接接触。该橡胶胶料避免了帘线之间的全面接触。这种结构可以承受由于轮胎膨胀对帘线区域40、50产生的张力。

在该所述实施例中，橡胶胶料6由3种不同刚性的橡胶胶料组成。第一种胶料62位于胎体增强层3的固定区域20中，并夹在第一层帘线的两个圆周方向排列物形成的夹缝里，直到界限A处。这第一种胶料相当于前面所述的橡胶粘合胶料9，且弹性模数在10-20Mpa之间。第二种橡胶胶料63位于胎冠区和与胎冠相邻的胎侧2部位，即胎肩部位，以及大约位于赤道E处的界限B处径向上方的所有部分。与轮胎最大轴宽相对应的“线”被叫做“轮胎赤道”。这第二种胶料的弹性模数小，在2-5MPa之间。最后，第三种胶料64用在前面所述的两界限A和B之间的过渡区。这第三种胶料的弹性模数也居于中间，在6-10Mpa之间。胶料63和64也可以相同。

在图2所示轮胎胎圈的固定区域中，橡胶粘合胶料是与第一层和第二层帘线接触的唯一胶料(可能除了第一层帘线的区域40和50的径向低末端)。该胶料使这种结构的轮胎在轮胎膨胀和行驶中对所经受的应力具有卓越的机械抗性。

图3是合乎透视法的视图，表明了本发明所述轮胎胎圈的实施方案之一中的第一层和第二层帘线的相对排列。所述图3中只表示出帘线层。从图中可以看到第一层帘线的圆周方向组合体5，由帘线50组合而成。在它们的径向低末端，钢丝帘线50形成并排的环55，其位于胎圈2中。这些环55紧密排列但并不重叠。在第一层帘线的圆周方向组合体5两侧的轴向帘线中，只画出了与该组合体直接轴向相邻的帘线堆61和51。

为了附图的清楚，只画出了第一层帘线的圆周方向组合体5，但是第一层帘线的圆周方向组合体4是呈现与帘线40的一部分相同的排列。

还可以使用其它实施方案实现第一层帘线的圆周方向组合体5。例如，不是由在胎圈处具有环的相邻的来回路线构成的帘线，人们可以使用连续使用的单根帘线或使用帘线条。

因此，作为基本的机械特征，本发明的橡胶粘合胶料具有，一定刚性例如在10％变形下的弹性模数是10-20MPa，高温下卓越的抗蠕变强度和高温下极好的稳定性。所选的刚性使所述胎圈结构具有足够的柔软性以便容易地从车轮上装卸轮胎且不降低其疲劳性能，即使大号轮胎也不例外；抗蠕变强度对胎体增强层在胎圈上实现结实耐久的固定非常重要，并且由于一些轮胎胎圈，特别是各种卡车轮胎中的胎圈，可能会经历苛刻的温度条件，胎体增强层在高温下的热稳定性也非常重要。

实验表明，为得到好的疲劳结果，使用的橡胶粘合胶料可含有Tg在-70℃到-30℃的SBR合成橡胶，可单独或与聚丁二烯橡胶混合使用。聚丁二烯橡胶优选具有Tg在-110℃到-90℃之间的。使用的那种合成橡胶或那几种橡胶在橡胶总重量中所占比例最低为50％，其余部分是天然橡胶。橡胶粘合胶料进一步还含有补强填充剂例如炭黑和硫化系统以达到所需刚性。在所述的实施例中，第二层帘线包括铜丝帘线。因此，橡胶粘合胶料必须含有较多硫磺并含有促进其和铜丝粘结的添加剂(如，钴金属盐或镍金属盐)。例如，人们可以使用的硫磺含量占橡胶总重量的5-8％、炭黑含量占橡胶总重量的60-70％。优选使用炭黑N347。

制造并测试了四种胶料以阐明本发明所述橡胶粘合胶料的特性。

下表列出了这些胶料配方的基本特征：

产品               1        2      3      4

CN                 100      80     40     40丁苯橡胶2300(SBR2300)  0        10     30     60聚丁二烯113(BR113)     0        10     30     0

N347               62       62     62     62

硫磺               7        7      7      7

对这四种胶料进行如下测试：

刚性：在常温、10％伸长率条件下，测定弹性模量；

蠕变：如前所述，150℃下静态蠕变测试7小时；

热稳定性：如前所述，197℃下流变测试10分钟。测试            1            2             3            4弹性模量        10.6         11.8          11.6         13.0蠕变测试        30分钟后断裂 60分钟后断裂  良好         良好τ             -            -            1.10^-3/min  6.10^-3/minr             35％          26％         1.5％        7.7％

这四种胶料都具有令人满意的刚性。

胶料1，只含天然橡胶基料，高温下的抗静态蠕变强度完全不够。测试30分钟后测试样品就断裂了。由于胶料表现非常显著的硫化返原率，其热稳定性也不能令人满意。

胶料2的结果比胶料1有所改善，但仍不能令人满意。

胶料3和4成功地通过了静态蠕变和流变测试。二者高温下的抗蠕变强度和热稳定性完全合格。含有3种橡胶的胶料3比胶料4的硫化返原率略好。

同样对与测试胶料配方相似的橡胶粘合胶料进行充气测试。轮胎在装卸操作中展示的性能虽然不错，但只有含相当于胶料3和4配方的橡胶粘合胶料的轮胎在胎圈中的胎体增强层固定上显示了足够的疲劳限度。

图1的实施方案涉及轿车轮胎，而图2的实施方案涉及载重汽车轮胎。但是，对于技术人员来说显而易见的是本发明同样可用于其它车辆的轮胎，如两轮车。

在本发明原始状态的基础上不做改动或只做很小改动的方法都可以方便地制造本发明所述的轮胎。例如，把预期轮胎的不同成分装配在固定其内腔形状的硬芯轮上。按最终构造决定的添加顺序，轮胎的所有成分都被应用在所述的硬芯轮上，并直接排列在它们的最终位置，在加工过程中的任何时候都不进行成型。特别是，加工时可以使用专利EP0,243,851描述的用于排列胎体增强层的帘线的装置和专利EP0,264,600描述的用于排列橡胶状树胶的装置。然后可对轮胎进行定型和硫化，如美国专利4,895,692所述。

虽然本发明是结合其实施方案描述的，而对于本领域的技术人员而言，根据前面的教导进行许多替代、修正和改动都是显而易见的。因此，本发明的意思是包括所有这种落入所附权力要求的精神和范围之内的替代、修正和改动。

Claims (9)

1、一种轮胎，包括一个胎冠，两个胎侧和两个胎圈，一个具有第一层帘线的胎体增强层，其中第一层帘线以至少一个从所述胎圈中的至少一个到所述胎侧中的一个的圆周方向组合体方式圆周对齐地相邻于所述一个胎圈放置、并且固定在所述同一胎圈上，和一个胎冠增强层，所述一个胎圈含有一个使胎体增强层得以保持的固定区域并包括通过与第二层帘线和第一层帘线的相邻部分接触的橡胶粘合胶料而与所述胎体增强层的相邻部分共同起作用的至少一个圆周方向的第二层帘线，其中所述橡胶粘合胶料在10％的变形条件下，具有的弹性模量是10-20MPa，并且所述橡胶粘合胶料含有SBR组的至少一种合成橡胶和聚丁二烯，并且合成橡胶在橡胶总重量中所占的百分比超过50％。

2、如权利要求1所述的轮胎，其中，所述合成橡胶的总量所占比例在55-65％之间。

3、如权利要求1和2中的任一项所述的轮胎，其中，所述橡胶粘合胶料含有Tg在-70℃到-25℃之间的SBR，且以重量计其比例超过橡胶总重量的20％。

4、如权利要求1到3中的任一项所述的轮胎，其中，所述橡胶粘合胶料含有Tg在-110℃到-90℃之间的聚丁二烯，且以重量计其比例低于橡胶总重量的40％。

5、一种轮胎，包括一个胎冠，两个胎侧和两个胎圈，一个具有第一层帘线的胎体增强层，其中第一层帘线以至少一个从所述胎圈中的至少一个到所述胎侧中的一个的圆周方向组合体的方式圆周对齐地相邻于所述一个胎圈放置、并且固定在所述同一胎圈上，和一个胎冠增强层，所述一个胎圈含有一个使胎体增强层得以保持的固定区域并包括通过与第二层帘线和第一层帘线的相邻部分接触的橡胶粘合胶料而与所述胎体增强层的相邻部分共同起作用的至少一个圆周方向的第二层帘线，其中所述橡胶粘合胶料在10％的变形条件下，具有的弹性模量是10-20MPa，并且所述橡胶粘合胶料，在2.35MPa初始应变、150℃条件下，承受静态蠕变应力至少5小时而不发生断裂。

6、如权利要求5所述的轮胎，其中，所述橡胶粘合胶料在150℃、初始应变2.35Mpa下，在应力作用的3-5小时之间，所具有的静态蠕变率小于2.10^-3/min。

7、一种轮胎，包括一个胎冠，两个胎侧和两个胎圈，一个具有第一层帘线的胎体增强层，其中第一层帘线以至少一个从所述胎圈中的至少一个到所述胎侧中的一个的圆周方向组合体的方式圆周对齐地相邻于所述一个胎圈放置、并且固定在所述同一胎圈上，和一个胎冠增强层，所述一个胎圈含有一个使胎体增强层得以保持的固定区域并包括通过与第二层帘线和第一层帘线的相邻部分接触的橡胶粘合胶料而与所述胎体增强层的相邻部分共同起作用的至少一个圆周方向的第二层帘线，其中所述橡胶粘合胶料在10％的变形条件下，具有的弹性模量是10-20MPa，并且所述橡胶粘合胶料在197℃处理10分钟后的硫化返原率小于10％。

8、如权利要求7所述的轮胎，其中，所述橡胶粘合胶料在197℃条件下处理10分钟后，具有的硫化返原率小于5％。

9、如权利要求1到8中的任一项所述的轮胎，其中，所述第一层帘线在所述一个胎圈中形成具有环的相邻的来回路线，带环每次将向前路线连接到返回路线上。

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