CN1642758A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种充气轮胎，其包含一个含有胎体帘布层(6A)的胎体，该帘布层体(6A)具有一个从轮胎轴向内侧向轴向外侧围绕胎圈芯(5)折叠的折叠部(6b)，其与帘布层体(6a)持续相接跨越胎圈芯(5)和(5)，其中在帘布层体(6a)中的胎体帘线在最大宽度位置(M)处的中间伸长(Es)小于其在胎圈芯沿轮胎径向的最外端的高度位置(B)处的中间伸长(Eb)。

Description

充气轮胎
                                技术领域
本发明涉及一种能以优异平衡来提高轮胎的基本性能如转向稳定性、驾驶舒适性和噪音性能的充气轮胎。
                                背景技术
为了提高充气轮胎的转向稳定性，有效的是提高轮胎侧壁部的抗挠刚度。为达到这一目的，一种高模量胎体帘线被用来形成轮胎的骨架，或者增大设置在胎圈部内具有三角形截面的三角胶芯橡胶的尺寸。
这类措施可有效提高转向稳定性，但是由于同时提高了轮胎垂直方向上的刚度而使驾驶舒适性下降。近年来，各种试验表明，如果用增加三角胶芯橡胶的高度来提高垂直刚度，道路噪音性能(车内噪音)会变差，尤其是频率在约100～160Hz的低频范围内的噪音性能会变差。
本发明者进行了各种试验以优异平衡来提高轮胎的基本性能如转向稳定性、驾驶舒适性和噪音性能。结果他们发现，如果轮胎每个部分中胎体帘线的中间伸长都不一样，更具体讲，如果胎体帘线在帘布层体6a沿轮胎轴向向外最突出处的最大宽度位置M处的中间伸长Es设置得比胎体帘线在胎圈芯5沿轮胎径向的最外端的高度位置B处的中间伸长Eb小，就可以优异平衡来提升轮胎的基本性能。
即是说，本发明的目的是提供一种能够以优异平衡来提高轮胎基本性能如转向稳定性、驾驶舒适性和噪音性能的充气轮胎。
                                发明内容
为了达到上述目的，本发明提供了一种充气轮胎，其包含一个具有胎体帘布层的胎体，该胎体帘布层含有从胎面经胎侧壁向胎圈部的胎圈芯延伸的帘布层体，该帘布层体具有连续的帘布层折叠部，其围绕着胎圈芯沿轮胎轴向从胎圈芯内侧向外侧折叠，其中
胎体帘线在帘布层体6a沿轮胎轴向向外最突出处的最大宽度位置M处的中间伸长Es设置得比胎体帘线在胎圈芯5沿轮胎径向的最外端的高度位置B处的中间伸长Eb小。
最大宽度位置处的中间伸长Es与最外端的高度位置B处的中间伸长Eb的比值(Es/Eb)优选大于或等于0.7而小于或等于0.9。
从胎圈芯沿轮胎径向向外延伸的三角胶芯橡胶优选设置在胎圈部内，三角胶芯橡胶从胎圈基线起的高度(ha)优选为胎圈基线到最大宽度位置处的高度(h)的0.3～1.0倍。
轮胎在胎体帘布层的最大宽度位置处的厚度(Ts)优选为在最外端的高度位置处的轮胎厚度(Tb)的30～67％。
胎体帘线优选聚酯帘线，中间伸长Es优选3.0～5.0％。
这里，胎体帘线的“中间伸长”是指施加一恒定载荷下的伸长率，其依照JIS L1017第7.7.1节中所述的“普通时间测试”来测定。该恒定载荷由下式确定：
恒定载荷(kgf)＝4.5×(所显示的样品的但尼尔/帘线的参考但尼尔)
将轮胎拆解，从被拆解轮胎上取下胎体帘线作为测试材料。在测定中间伸长Es时，在最大宽度位置处的胎体帘线被放置在拉伸测试机的夹握器的中间。类似的，在测定中间伸长Eb时，位于径向最外端的高度位置处的胎体帘线的一部分被放置在拉伸测试机的夹握器的中间。由于在轮胎圆周方向上存在大量胎体帘线，在本说明中，从轮胎圆周方向上相等的四个位置处选取一根胎体帘线，测量了每个所选胎体帘线的中间伸长，并采用其平均值。在把附着在胎体帘线周边的橡胶仔细除去之后进行测定。
                               附图说明
图1是根据本发明一个实施方式的充气轮胎的右半截面图。
图2(A)～2(C)是该实施方式充气轮胎的制造方法的一个实施例。
图3是表1中实施例1～4以及比较例1和2的轮胎的胎体帘线从加固带端位置到胎缘部位置的中间伸长的分布图。
图4是轮胎中间伸长Es对Eb作的图。
                              具体实施方式
以下将结合图例对本发明的一个实施例加以描述。
图1中，充气轮胎1包括：胎面部2，一对从胎面部2的对边沿径向向内延伸的胎侧壁部3，以及位于胎侧壁部3内端的胎圈部4。在本例中，充气轮胎1是客车用子午线轮胎。充气轮胎1包括从胎面部2经过胎侧壁部3延伸到胎圈部4的胎圈芯5的环形胎体6，以及沿轮胎径向方向位于胎面部2内侧、胎体6外侧的加固带束层7。
胎体6含有一个(如在本实施例中)或多个胎体帘布层6A。在该胎体帘布层6A中，胎体帘线与轮胎圆周切向成75～90°角排列。胎体帘布层6A包括在胎圈芯5之间延伸的帘布层体6a，以及与帘布层体6a的对边相连并绕着胎圈芯5沿轮胎轴向从内侧到外侧折叠的帘布层折叠部6b。
由相互平行的胎体帘线组成的轮胎帘布层作为胎体帘布层6A。胎体帘线排列成如一根帘线，相对的表面涂有贴胶。胎体帘线可以使用有机纤维帘线如尼龙、聚酯、人造丝和芳香族聚酰胺，在本例中使用聚酯帘线。三角胶芯橡胶8设置在帘布层体6a和帘布层折叠部6b之间，并沿轮胎径向从胎圈芯5的外表面向外成逐渐缩小的锥形延伸，所述三角胶芯橡胶8适当增强胎圈部4的抗挠刚度。
加固带束层7含有两个或更多个加固带束帘布层，在本实施例中，含有两个加固带束帘布层7A和7B。组成加固带束帘布层的加固带束帘线与轮胎圆周切向成10°～35°角排列。加固带束帘线在帘布层7A和7B之间相互交叉，因而表现出加箍效应。钢帘线适合作为加固带束帘线，但也可使用高弹有机纤维帘线如芳香族聚酰胺纤维和芳香族聚酯纤维。
在本发明中，胎体帘布层6A的帘布层体6a中的胎体帘线的中间伸长在轮胎各个部分各不相同。
更具体讲，胎体帘线在帘布层体6a沿轮胎轴向向外最突出处的最大宽度位置M处的中间伸长Es设置得比胎体帘线在胎圈芯5沿轮胎径向的最外端的高度位置B处的中间伸长Eb小。在图1中，表示中间伸长的符号Es和Eb在相应位置加了括号以帮助理解。
在本实施例中，最大宽度位置M从胎圈基线BL起的高度(h)是轮胎截面高度H的0.48～0.52倍。
在本说明中，除非特别注明，最大宽度位置(M)、包括最外端的高度位置B在内的轮胎位置，以及包括高度(h)和(H)在内的各个部分的尺寸都是普通状态下(未施加荷载)规定的数值，普通状态是指轮胎装在一个普通轮圈(未显示)上、给轮胎施以普通内压且不施加荷载的情况。
这里，“普通轮圈”是由该轮胎所依据的标准所确定的，该普通轮圈在JATMA中是“标准轮圈”，在TRA中是“设计轮圈”，在ETRTO中是“测量轮圈”。此外，“普通内压”是指根据标准为每个轮胎确定的气压。“普通内压”在JATMA中是最大气压，在TRA中是“在各种常温充气压力下的轮胎荷载极限”，在ETRTO中是“充气压力”。当轮胎用在客车上时，普通内压为180kPa。
从由本发明者所做试验的结果可以发现，传统充气轮胎的胎体帘线在最大宽度位置M处的中间伸长Es等于或大于胎圈芯5沿轮胎径向的最外端的高度位置B处的中间伸长Eb。通常，最大宽度位置M实质上位于胎侧壁部3的中央，且没有设置除胎体帘布层以外的增强材料(同样在本实施方式的轮胎中，在最大宽度M处也没有设置除胎体帘布层和橡胶以外的增强材料)。由于这个原因，传统充气轮胎的承载能力或胎侧壁部3的横向刚度由具有较大中间伸长Es的胎体帘线所确定。根据这样一种结构，由于胎侧壁部3处胎体帘线的伸长变得很大，轮胎横向刚度减小、转向稳定性变差。
因此，本发明的胎体帘线的中间伸长分布完全不同于传统技术的。即是说，中间伸长建立起了Es＜Eb的关系。由此，胎侧壁部3处胎体帘线的荷载支承能力可在最大宽度位置M周围得到提高，横向刚度和回转力也在无需增加轮胎重量的情况下得到提高。即是说，可在最大程度上发挥胎体帘线的原本性能。此外，通过适当增大胎圈部位置B处的中间伸长Eb，有可能阻止垂直刚度的升高，同时防止驾驶舒适性和道路噪音性能变差。胎体帘线的中间伸长Es和Eb只适用于胎体帘布层6A的帘布层体6a。这是因为帘布层体6a实质上决定了轮胎的垂直刚度、横向刚度和承载能力，而帘布层折叠体6b的影响较小。
这里，中间伸长Es与中间伸长Eb的比值(Es/Eb)小于1。如果这一比值非常大，转向稳定性的提高效果将非常小。如果这一比值非常小，胎侧壁部3的垂直刚度变得非常大，或者胎圈部4的抗弯性能变差。从这点出发，尽管不是特别受限，中间伸长的比值(Es/Eb)优选大于0.7而小于0.9，进一步优选在0.75～0.85的范围，更进一步优选0.75～0.80。
本实施方式中使用聚酯帘线作为胎体帘线。在这种情况下，中间伸长Es优选约3.0～5.0％。尤其当聚酯帘线的总旦尼尔为3000dtex或更高如1670dtex/2、1100dtex/3或者1100dtex/2/2时，中间伸长Es优选3.2～4.8％，进一步优选3.3～4.5％。对于聚酯帘线的总旦尼尔为3000dtex或更小如1100dtex/2的情况，中间伸长Es优选4.0～6.5％，进一步优选4.2～5.5％。从由本发明者所做试验的结果可以发现，当使用人造丝帘线(如，1840dtex/2)作为胎体帘线时，中间伸长Es优选3.5～5.5％，进一步优选4.0～5.0％。
现在重点集中到胎体帘线的中间伸长在从加固带束层7的外端位置F经最大宽度位置M到胎圈部4的位置B的范围内的分布。优选的是，中间伸长从位置F到位置B平稳的升高。即是说，如果把位置F处的中间伸长定义为Ef，优选建立Ef＜Es＜Eb的关系。这是因为如果建立了Ef＜Es＜Eb的关系，对于在加载行驶时受到压缩最多的扶壁部BT(如图1所示)中，胎体帘线的伸长可能减小。通过这种构型，承载能力可以发挥到最大。从这点出发，中间伸长比值Ef/Es优选0.6～0.95，进一步优选0.7～0.9。那时，优选将比值Ef/Es与比值Es/Eb的比值(Ef/Es)/(Es/Eb)设定为0.80～1.20，进一步优选0.90～1.10，这样中间伸长的变化将得到缓和。
优选设定中间伸长Ef的平均值(Ef+Es+Eb)/3为3.0～5.0％，此值小于传统轮胎的5％或更高值。这样，当施加在轮胎上的力分散到胎体6及附属体如三角胶芯橡胶8上，胎体6的分散率可能变大。因此，一股从路面经胎面到转向轮的力没有分散到其他部位而直接传递到了转向轮上。这对于操纵性能是有利的。
对于本发明的充气轮胎1，即使三角胶芯橡胶8从胎圈基线BL起的高度(ha)设置成最大宽度位置M处高度(h)的0.3～1.0，或者进一步优选0.5～1.0倍的较大值时，也可阻止道路噪音性能变差。对于传统的充气轮胎，如果胎圈芯5内设置了这么大的三角胶芯橡胶8，道路噪音性能(车内噪音)会变差，尤其是在约100～160Hz低频范围内的噪音性能如上所述会变差。
然而，在本实施方式的充气轮胎1中，由于胎体帘线的中间伸长受到上述限制，胎圈部4的胎体帘线的中间伸长设定得相对较大。因此，即使增加三角胶芯橡胶8的尺寸，也有可能防止胎圈部4刚度过分增大。因此，由三角胶芯橡胶8尺寸增大所导致的道路噪音性能恶化能得到有效遏止。
充气轮胎1在胎侧壁部3的最大宽度位置M处的轮胎厚度Ts可减少到胎圈部4的位置B处的轮胎厚度Tb的30～67％，进一步优选30～50％。这是因为即使最大宽度位置M处的橡胶部的厚度减小了，由于胎体帘线的中间伸长被限制在一个较小值，转向稳定性没有变差。如果该厚度在最大宽度位置M处减小，滚动阻力也减小。
有多种方法可以用于制造本实施方式中各部分胎体帘线的中间伸长都不相同的充气轮胎1。例如，有一种方法，如图2(A)～2(C)所示，当轮胎在金属模10内以硫化成型方式形成时，推压内腔表面的内胆11的膨胀形状得到控制。在该方法中，首先，如图2(A)所示，在硫化的初期内胆11实质上只推压胎面部2的内腔表面，而扶壁部周围的胎体帘线得以进一步延伸并进行硫化。而后，如图2(B)所示，内胆11的推压区延伸到包括最大宽度位置M在内的胎侧壁部，并且进行硫化反应。其后，内胆11的推压区朝胎圈部延伸。通过这种方式对内胆的膨胀和变形进行调整，原外胎的变形所导致的橡胶变形和胎体帘线的膨胀得到了控制。即是说，有可能制造充气轮胎1，在其中，胎体帘线的伸长在胎面部一边最大，该伸长朝胎圈部的最大宽度位置M处和位置B处逐渐减小，从而满足对中间伸长的要求。
对于另一种方法，是一个所谓的后硫化充气，其在硫化后进行了残余热膨胀，可以通过按照与上述方法相同的次序加压来制造能够满足中间伸长要求的充气轮胎。或者，还可以通过硫化之前对胎体帘线的帘线织物加压而实施预定热处理来控制不同部位的中间伸长。本发明的充气轮胎可以用各种方法制造。
尽管对本发明的实施方式进行了详细描述，本发明可不仅应用于客车充气轮胎的制造，还可应用在包括小型卡车轮胎、重载轮胎和二轮机车轮胎在内的各种轮胎。
实施方式
基于图1及表1中显示的规格制造尺寸为195/65R15的客车子午线轮胎原型，测量和评价下列基本性能。胎体包含用1670dtex/2的聚酯帘线制成的胎体帘布，各轮胎部位在硫化时所受张力不相同，借此调整中间伸长Es和Eb。
图3显示每个典型实施方式1～4以及比较例1和2中，轮胎的中间伸长E从加固带束层的外端位置F到胎圈部位置B的分布情况。图4为轮胎位置M和位置B处的中间伸长Es和Eb的值。
测试方法如下：
转向稳定性和驾驶舒适性
对一辆车(2500cc排量的FF车)的四个车轮(轮圈15×6JJ)安装原型轮胎，轮胎内压210kPa。车上只有驾驶员一人，让车辆在测试跑道上行驶，由驾驶员的感官评价来决定转向稳定性和驾驶舒适性，评价采用10分制，比较例1的分数定为6分。分值越高，性能越好。道路噪音性能。
让车辆在干燥的沥青路面上以60km/h的速度行驶，用设置在驾驶员左耳位置附近的麦克风来测量总体噪音水平dB(A)。噪音水平dB(A)表示为与比较例1噪音的差值。这里，符号“-”(负号)表示测量值低于传统道路噪音水平值。
横向弹性
测量了原型轮胎(轮圈15×6JJ)在内压210kPa、垂直载重4.27kN条件下的横向弹性常量，并将其与比较例1(设定其指数值为100)相比较。较大值表示横向弹性常量较大。
回转力
使用室内测量装置测量了安装在轮圈上且施以内压的轮胎横偏角为1°状态下的回转力，并以与比较例1(设定其指数值为100)相比得到的指数值来表示。较大值表示结果较好。
测试结果见表1。
    比较例1     实施例1     实施例2     实施例3     实施例4     比较例2     比较例5     比较例6     比较例7 比较例8
胎体帘线规格   材料，旦尼尔                                                                    聚酯1670dtex/2
  加固带束层外端处的中间伸长(％) 4.5 3.5 3.4 2.8 5.3 3.6 2.8 2.8 2.8 2.8
  轮胎最大宽度位置处的中间伸长(％) 6.5 5.0 4.2 3.5 5.3 6.0 3.5 3.5 3.5 3.5
  胎圈芯最外端位置处的中间伸长(％) 6.5 5.6 5.3 4.7 7.6 4.2 4.7 4.7 4.7 4.7
  比值(Ef/Es)     0.7     0.7     0.8     0.8     1.0     0.6     0.8     0.8     0.8 0.8
  比值(Es/Eb)     1.00     0.89     0.79     0.75     0.70     1.43     0.75     0.75     0.75 0.75
三角胶芯橡胶的高度ha/h     0.7     0.7     0.7     0.7     0.7     0.7     0.2     1.2     0.7 0.7
轮胎最大宽度位置处厚度Ts/Tb     0.6     0.6     0.6     0.6     0.6     0.6     0.6     0.6     0.3 0.9
测试结果     转向稳定性(分值范围1～10) 6 6 7 8 6 5 4 7 5 5
    驾驶舒适性(分值范围1～10) 6 6 6 7 7 6 5 5 6 5
    道路噪音性能     参考     -0.6     -0.8     -1.2     -0.2     +1.2     -1.0     +0.6     -0.5 +0.5
    横向弹性     100     103     107     105     101     95     90     105     93 103
    回转力(指数值)     100     103     107     105     100     95     95     103     97 102
工业应用性
根据本发明的充气轮胎，胎体帘线在轮胎帘布层体的最大宽度位置处的中间伸长Es设置得比胎体帘线在轮胎胎圈芯沿轮胎径向的最外端的高度位置处的中间伸长Eb小。因此，可充分发挥胎体帘线的性能，提高胎体的承载能力。结果是，在不增加轮胎重量的前提下提高横向刚度和回转力。由于防止了垂直刚度的增加，有可能遏止驾驶舒适性和道路噪音性恶化。
尤其当中间伸长的比值(Es/Eb)设定在0.7～0.9的范围内时，轮胎的基本性能可以优异平衡来得到提高。
当三角胶芯橡胶的高度(ha)设置为最大宽度位置的高度(h)的0.3～1.0倍时，具有较高的中间伸长的胎圈部可以适当得到三角胶芯橡胶的加强。因此补偿了轮胎侧面的刚度，同时能够防止由此引起的低频噪音性能变差。
由于中间伸长Es设置的较小，即使当轮胎在最大宽度位置处的厚度设置得较小，其值为轮胎在胎圈芯沿轮胎径向最外端的高度位置处的厚度Tb的30～67％，轮胎侧面刚度的差异也不易发生，可进一步防止噪音性能变差，并降低滚动阻力。

Claims (8)

1.一种充气轮胎，其包含一个具有胎体帘布层的胎体，所述胎体帘布层含有从胎面部经胎侧壁向胎圈部的胎圈芯延伸的帘布层体，所述帘布层体具有连续的帘布层折叠部，其围绕着胎圈芯沿轮胎轴向从胎圈芯内侧向外侧折叠，其特征在于，
帘布层体中胎体帘线在帘布层体沿轮胎轴向向外最突出处的最大宽度位置处的中间伸长Es比在胎圈芯的径向最外端的高度位置处的中间伸长Eb小。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述最大宽度位置处的中间伸长Es与最外端的高度位置处的中间伸长Eb的比值(Es/Eb)大于0.7而小于0.9。
3.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，所述最大宽度位置处的中间伸长Es与最外端的高度位置处的中间伸长Eb的比值(Es/Eb)在0.75～0.85的范围内。
4.如权利要求1到3中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，从胎圈芯的径向外表面沿轮胎径向向外延伸的三角胶芯橡胶设置在胎圈部内，所述三角胶芯橡胶从胎圈基线起的高度(ha)优选为从胎圈基线到最大宽度位置处的高度(h)的0.3～1.0倍。
5.如权利要求1到4中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，在胎体帘布层的最大宽度位置处胎侧壁部的厚度Ts为在最外端的高度位置处胎圈芯的轮胎厚度Tb的30～67％。
6.如权利要求1到5中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎体帘线为聚酯帘线，中间伸长Es为3.0～5.0％。
7.如权利要求1到6中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎面部在胎体的径向向外方向上具有带束层，所述胎体帘线在带束层的外端位置处的中间伸长Ef与在最大宽度位置处的中间伸长Es的比值(Ef/Es)为0.6～0.95。
8.如权利要求7所述的充气轮胎，其特征在于，所述比值(Ef/Es)与所述比值(Es/Eb)的比值(Ef/Es)/(Es/Eb)为0.80～1.20。
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