CN1900399A - 单层充气安全轮胎 - Google Patents

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Abstract

充气轮胎具有单个胎体帘布层、至少一个在轮胎的胎冠部分中置于胎体帘布层径向外侧的带束层、以及至少一个在胎侧部分中位置邻近胎体帘布层的插件，插件为轮胎负载提供支承以便使得轮胎能够在未充气条件下工作。胎体帘布层包括至少一种复合帘线。该复合帘线由至少两种第一纱形成，该至少两种第一纱绕着至少一种第二纱螺旋地扭捻。第一纱和第二纱具有不同的弹性模量，第一纱的模量大于第二纱的模量。

Description

单层充气安全轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎。更具体而言，本发明的目的在于一种其中单个胎体增强层包括多模量或混合帘线的充气轮胎。
背景技术
WO03/060212 A1中公开了一种用于充气轮胎中的混合帘线，其设计成用作覆盖层。复合帘线由两种不同的材料形成：低起始模量芯纱和高模量包覆纱。纱的选择使得帘线的“断点”，即当力相对于伸长曲线的斜率从较低斜率变为较高斜率时，出现于介于2％至3％伸长率之间的伸长率处，最终的帘线断开出现于刚刚超过5％伸长率处。
US6,799,618 B1公开了一种用作充气轮胎中的覆盖层的混合帘线。混合帘线由扭捻在一起的芳族聚酰胺和尼龙形成，其中帘线的“断点”出现于介于4％至6％伸长率之间的伸长率处，最终的帘线断开出现于超过10％伸长率处。
以上出版物描述了特别是用于覆盖层的混合帘线的使用。在覆盖层中，需要强帘线的加箍增强效果，然而，帘线必须具有一定程度的伸长属性以便容许轮胎在轮胎模制过程期间膨胀至环形。迄今为止，当使用单材料帘线时，这些为相对立的属性。
在US6,695,025 B1(Roesgen)中公开了一种安全轮胎，其具有位于轮胎胎侧中的两个胎体增强帘布层和多个楔形插件。如Roesgen所指出，在充气及未充气状态中，楔形插件都组合利用压缩和弯曲应力来抵抗轮胎的径向偏转。在胎侧的最靠近轮胎的路面接触部分的区域中，安全轮胎经受净压缩负载。此外，在弯曲期间，胎侧的外侧部分经受张力而胎侧的内侧部分经受压缩应力。Roesgen通过采用两个增强胎体帘布层来解决平衡充气状态中的所需挠性与未充气状态中的刚性的问题。轴向最外侧的帘布层具有的帘线所具有的弹性模量随着应变增加。在充气状态中，在正常负载期间，轴向最内侧的帘布层具有的帘线所具有的模量超过最外侧帘布层的模量；因此，最内侧帘布层在正常操作期间承担大部分负载，而最外侧帘布层在承受负载方面并不发挥同样的作用。当轮胎在未充气状态中操作时，负载从轴向最内侧帘布层移向轴向最外侧帘布层，并且，再次，帘布层并不在承受负载方面发挥同样的作用。Roesgen教导在正常充气操作期间，最外侧帘布层并不有助于轮胎胎侧的整体刚度。
发明内容
本发明目的在于一种轮胎，其中轮胎组件的弯曲行为得到优化以便获得改进的舒适和操纵性能。本发明还公开了一种充气安全轮胎，其中从充气到未充气状态的弯曲行为得到优化以便改进跑气行驶性能。
根据本发明的一个方面，充气轮胎具有单个胎体帘布层、至少一个在轮胎的胎冠部分中置于胎体帘布层径向外侧的带束层、以及至少一个在胎侧部分中位置邻近胎体帘布层的插件，插件为轮胎负载提供支承以便使得轮胎能够在未充气条件下工作。胎体帘布层包括至少一种复合帘线。该复合帘线由至少两种第一纱形成，该至少两种第一纱绕着至少一种第二纱螺旋地扭捻。第一纱和第二纱具有不同的弹性模量，第一纱的模量大于第二纱的模量。
在本发明的另一个方面中，第一和第二纱选自芳族聚酰胺、PK、PBO、人造丝、尼龙、聚酯、PET和PEN材料。优选地，复合帘线的第一纱选自芳族聚酰胺、PK和PBO，而第二纱选自人造丝、尼龙、聚酯、PET和PEN。
在所公开的本发明的另一个方面中，第一纱具有处于550至3300dtex范围内的线性密度值，而第二纱具有处于940dtex至3680dtex范围内的线性密度值。
在形成复合帘线时，第一纱的数量少于十，而第二纱的数量少于五。第一和第二纱的优选比率为2/1、3/1、2/2、3/2、2/3、3/3或者4/3。
在本发明的另一个公开方面中，当形成增强胎体帘布层时，复合帘线设置成具有处于15-32范围内的每英寸织入密度(5.9-12.6每厘米端数)。
附图说明
将通过实例并参看附图对本发明进行描述，附图中：
图1为轮胎的剖视图；
图2为帘线构造；以及
图3为示出了不同的胎体帘布层构造的负载相对于伸长率值的曲线图。
具体实施方式
下述语言为实现本发明的最佳当前预期模式。这种描述目的在于示出本发明的一般原理而不应被理解为限制意义。本发明的范围通过参照所附权利要求得到最佳地确定。附图中所示的参考数字与说明书中所指的那些参考数字相同。为了用于本申请，图中所示的各种实施例中的每一个均用相同参考数字表示类似构件。因此，这些结构使用位置与数量变化的基本上相同的组件从而产生能够实践本发明的思想的替代构造。
图1为轮胎10的剖视图，其安装于轮胎轮辋11上，设计成能够在充气或放气状态期间连续操作。图中只示出了一半轮胎，应当理解，按照常规，另一半为所示一半的镜像。轮胎具有单个增强帘布层12，帘布层12从轮胎的一个胎圈区域14向相对的胎圈区域延伸。增强帘布层12的端部绕着胎圈芯16和胎圈三角胶芯18沿轴向向内至沿轴向向外转动。增强帘布层12的末端部延伸经过胎圈三角胶芯18的径向外侧端部，包封着胎圈三角胶芯18。
胎侧插件20位于轮胎10的每个胎侧区域中。插件20的位置可邻近轮胎内衬层22或者位于增强帘布层12的轴向外侧。插件由弹性材料形成并且从胎冠区域，优选地从带束层结构24的径向内侧，向胎圈三角胶芯18的最外末端的径向内侧延伸，与胎圈三角胶芯18重叠。插件的弹性材料选择成用于在轮胎的未充气操作期间为轮胎提供支承。
在轮胎的胎冠区域中为带束层结构24，位于胎体帘布层12的径向外侧。带束层结构24具有至少两个倾斜的交叉帘线帘布层。带束层中的帘线相对于圆周方向倾斜，并且，优选地，直接与帘布层相邻的帘线以类似但是彼此相反的角度倾斜。交叉帘线帘布层的外侧可为覆盖层帘布层。覆盖层帘布层的宽度等于或大于交叉帘线帘布层的最大宽度，将交叉帘布层包封于覆盖层帘布层和胎体增强帘布层之间。覆盖层帘布层利用相对于轮胎的赤道面成15°或更小的角度，优选0°的角度倾斜的帘线增强。
根据本发明，胎体帘布层12由帘线30形成，如图2中所示。帘线30为复合帘线，由具有适当应力-应变特性的长丝纱制成，以便当轮胎在跑气模式下工作时为轮胎提供附加弯曲阻力。帘线30由至少一根低模量纱32形成，至少一根高模量纱34绕着该低模量纱32扭捻。这种纱构造容许纱30的低模量组分在较低应变即充气轮胎模式下工作，直到帘线到达容许的伸长率为止，从此时开始，将只有高模量组分处于张力下，即安全轮胎模式，并且将限制帘线的伸展。
高或低模量纱的可能的增强材料包括但不限于芳族聚酰胺、聚乙烯酮(PK)、聚苯撑-2，6-苯并异恶唑(benzobisoxazole)(PBO)、人造丝、聚酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯萘(PEN)和聚乙烯醇(PVA)。优选地，高模量纱由芳族聚酰胺、PK、PVA或PBO形成，而低模量纱由人造丝、尼龙、聚酯、PET或PEN形成。最终的材料选择根据帘线30的理想应力/应变特性进行。主要要求是包覆纱的模量大于芯纱的模量。因此，包覆纱可为带有人造丝芯纱的芳族聚酰胺，或者包覆纱可为带有尼龙芯纱的PEN。
低模量芯纱32的数量不大于五，而高模量包覆纱的数量不大于十。优选地，帘线30中的高模量纱34的数量对低模量纱32为2/1、3/1、2/2、3/2、3/3、或4/3。
为了获得帘线30的理想强度特征以便使得帘线能够在正常充气模式期间支承轮胎，芯纱32具有处于940dtex至3680dtex范围内的线性密度值；举例来说，包括但不限于PET 1100、1440、1670和2200dtex，人造丝1220、1840和2440。包覆纱34具有处于550dtex至3300dtex范围内的线性密度值，举例来说，包括但不限于1100和1670dtex纤维。
在帘线30中，每根纱32、34使得其组分长丝一起扭捻成每单位长度的纱32、34具有给定的转数(通常表示为TPI)，并且此外，纱32、34一起扭捻成每单位长度的帘线30具有给定的转数。扭捻的方向指的是当纱或帘线保持垂直时其螺旋的倾斜方向。如果螺旋的倾斜与字母“S”的倾斜方向一致，则扭捻就被称为“S”或“左手”式。如果螺旋的倾斜与字母“Z”的倾斜方向一致，则扭捻就被称为“Z”或“右手”式。“S”或“左手”扭捻方向被理解为“Z”或“右手”的相反方向。“纱扭捻”应被理解为是指在纱合并成帘线之前给予纱的扭捻，而“帘线扭捻”应被理解为是指当两根或更多纱彼此扭捻在一起以形成纱之后给予它们的扭捻。“dtex”应被理解为是指在给予纱扭捻之前10000米纱的单位为克的重量。
可用于本发明中的帘线包括但不限于具有以下构造的帘线：1100/2+1840/2dtex，扭捻10Z/(10.4Z/7S)/3S(是指两根1100dtex纱具有沿Z方向的10TPI的纱扭捻，两根1840dtex纱各具有沿Z方向的10.4TPI的纱扭捻，并一起扭捻以便得到沿S方向7TPI的中间帘线扭捻，并且在1100dtex纱绕着扭捻的1840dtex纱包绕之后，四根纱受到沿S方向的3TPI的帘线扭捻)；1100/2+1220/2；1100/2+1440/2；1670/2+1220/2，1670/2+1840/2和1100/3+1840/2。一种优选的帘线构造为由人造丝构成的低模量芯纱32和由芳族聚酰胺构成的高模量包覆纱34。在选择帘线结构时，包覆和芯纱并非必须具有优选的强度比率；如上所述，主要要求在于使得包覆和芯纱的模量值不同以便使得帘线在不同的负载和轮胎操作状态下正确地做出响应。
本发明的帘线的直径范围为0.6至1.6mm。在压延帘线30时，复合帘线的每英寸织入密度(EPI)处于15至32每英寸端数(5.9-12.6每厘米端数，epcm)的范围内，优选15-25每英寸端数(5.9-9.8epcm)。
在两种对比轮胎与具有根据本发明的胎体帘线的两种安全单层胎体轮胎之间进行比较。除了胎体帘布层的帘线材料之外，轮胎具有相同的构造，如以下的表1所示。
表1
轮胎 胎体材料  帘布层数  EPI
对比1 人造丝1220/2，12.3/12.3tpi  2  31
对比2 芳族聚酰胺1100/2，16/16tpi  1  30
A 人造丝/芳族聚酰胺1100/2+1840/2，10Z/(10.4Z/7S)/3S  1  18
B 人造丝/芳族聚酰胺1100/2+1840/2，10Z/(10.4Z/7S)/3S  1  22
图3中示出了表1的帘线的胎体帘布层的伸长率相对于负载的特征曲线。人造丝帘线单层胎体在大约3200牛/英寸的最大负载下具有大约10％的最终伸长率；而双人造丝帘布层在几乎为6400牛/英寸两倍的负载下具有最终伸长率。芳族聚酰胺在大约7500牛/英寸的最大负载下具有大约8％的最终伸长率。两复合帘线帘布层分别在大约7400牛/英寸和9700牛/英寸的最大负载下具有大约9至10％的最终伸长率。
轮胎经过各种静态和动态属性试验，如下所示。
表2
对比1 对比2 A B
 加载的轮胎偏转，450kgf
 0kPa，mm  43.6  45.1  44.4  43.5
 220kPa，mm  17.0  17.7  17.3  17.1
 250kPa，mm  15.9  16.5  16.0  15.9
 实验室跑气里程，km，轮胎1  163  193  253  286
 轮胎2  236  224  283  270
 平均滚动阻力系数  100  101  101  103
以上数据表明，对于具有由复合帘线构成的单层胎体的安全轮胎而言，加载轮胎偏转可与常规两帘布层人造丝胎体安全轮胎相比。混合帘线用于在充气和放气两种状态时承载负载。混合单层胎体轮胎的实验室跑气里程超过了两种对比轮胎。关于在552kgf、220Kpa下测得的平均滚动阻力系数，对比轮胎1的结果被标准化为标准值100，该值越大，轮胎的滚动阻力属性就越好。混合单层胎体轮胎显示滚动阻力系数超过对比轮胎1。
因此，当由所公开的混合帘线形成时，在减少了轮胎的总重量并简化了安全轮胎的构造的同时，单层胎体结构在充气和未充气工作状态两者期间都为安全轮胎提供了需要的支承。

Claims (9)

1.一种充气轮胎，包括：
(a)胎体帘布层
(b)至少一个在轮胎的胎冠部分中置于胎体帘布层径向外侧的带束层；以及
(c)至少一个在胎侧部分中位置邻近胎体帘布层的插件，插件为轮胎负载提供支承以便使得轮胎能够在未充气条件下工作；
所述轮胎的特征在于，只具有单个胎体帘布层，胎体帘布层包括至少一种复合帘线，所述帘线包括至少两种第一纱，该至少两种第一纱绕着至少一种第二纱螺旋地扭捻，第一纱和第二纱具有不同的弹性模量，第一纱的模量大于第二纱的模量。
2.根据权利要求1所述的轮胎，所述轮胎的特征在于，第一和第二纱选自芳族聚酰胺、PK、PBO、人造丝、尼龙、聚酯、PVA、PET和PEN。
3.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，所述轮胎的特征在于，第一纱选自芳族聚酰胺、PK、PVA和PBO。
4.根据权利要求1或2所述的轮胎，所述轮胎的特征在于，第二纱选自人造丝、尼龙、聚酯、PET和PEN。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，所述轮胎的特征在于，第一纱具有处于550至3300dtex范围内的线性密度值。
6.根据权利要求1至2或4中任一项所述的轮胎，所述轮胎的特征在于，第二纱具有处于940dtex至3680dtex范围内的线性密度值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，所述轮胎的特征在于，第一纱的数量对第二纱的数量之比为2/1、3/1、2/2、3/2、2/3、3/3或者4/3。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，所述轮胎的特征在于，复合帘线胎体帘布层具有处于15-32范围内的每英寸织入密度(5.9-12.6每厘米端数)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，所述轮胎的特征在于，第一纱为芳族聚酰胺而第二纱为人造丝。
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PB01 Publication
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