CN1962291B - 充气轮胎及其制造方法和用于此轮胎中的缓冲橡胶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有改进的均匀性和耐久性的充气轮胎(1)，其包括：从胎面部(2)经胎侧部(3)延伸到胎圈部(4)中的每个胎圈芯(5)的环面状胎体(6)；设置在所述胎面部(2)中的所述胎体(6)的径向外侧的带束层(7)；和设置在所述胎体(6)和带束层(7)的各轴向边缘部(7E)之间的、具有大致三角形横截面的缓冲橡胶(9)。本发明还公开了一种制造具有改进的均匀性和耐久性的充气轮胎(1)的方法，其中，所述缓冲橡胶(9)由如下的条叠置体制成，即，所述条叠置体通过沿轮胎圆周方向螺旋卷绕第一长带状未硫化橡胶条和具有与第一橡胶条的成分不同的成分的第二长带状未硫化橡胶条而形成。

Description

充气轮胎及其制造方法和用于此轮胎中的缓冲橡胶

技术领域

本发明涉及一种具有改进的耐久性的充气轮胎及其制造方法，和适于在此充气轮胎中使用的缓冲橡胶。

背景技术

充气轮胎通常在胎体和带束层的各轴向边缘部之间设置有缓冲橡胶，如JP-A-2002-160508和JP-B-3370282所公开的。缓冲橡胶具有适度的柔韧性并用于缓和在负荷下运转时显著变形的带束层的轴向边缘附近的应变。

通常，通过如下方式形成缓冲橡胶：从挤压机的冲模连续地将橡胶化合物挤制成具有如图9(A)所示的大致三角形横截面的带状缓冲橡胶“b”，将挤制成的缓冲橡胶“b”切割为对应于轮胎圆周长度的长度，如图9(C)所示，在绕圆柱形成型鼓D卷绕的胎体帘布层(未示出)的外表面上环形地卷绕所切割的缓冲橡胶“b”。图9(B)示出切割的缓冲橡胶“b”的侧视图，其轮胎圆周方向的两端b1和b2以相同的方向斜向切割成渐缩形式。

渐缩的两端b1和b2连接成使连接部J的厚度t1与其余部分的厚度t2相同，但是不容易形成与其余部分的厚度完全相同的厚度的连接部J。因而，这样的具有不同厚度的连接部J会劣化轮胎的均匀性。进而，在用于卡车和公共汽车的重载轮胎的情况下，由于轮胎在高负荷和高内压的条件下使用，在具有不同缓冲橡胶厚度的连接部J处特别容易发生应变集中。因此，这样的轮胎会造成轮胎耐久性的劣化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种没有缓冲橡胶的连接部造成的不利之处的充气轮胎。

本发明的进一步的目的在于提供一种通过形成无连接部J的缓冲橡胶而具有改进的均匀性和耐久性的充气轮胎。

本发明的另一个目的在于提供一种生产充气轮胎的方法，其能够消除缓冲橡胶的连接部造成的不利之处。

根据下文中的说明，本发明的这些以及其他目的将变得明确。

现在已发现以绕鼓卷绕压出物的方式形成的缓冲橡胶会由于上述原因造成充气轮胎的均匀性和耐久性的劣化，而充气轮胎的均匀性和耐久性可以通过由条叠置体制造缓冲橡胶而得以改进，其中所述条叠置体是通过沿轮胎圆周方向螺旋卷绕第一长带状未硫化橡胶条和具有与第一橡胶条的成分不同的成分的第二长带状未硫化橡胶条形成的。

根据本发明，提供了一种充气轮胎，其包括：从胎面部经过胎测部延伸到胎圈部中的各胎圈芯的环面形胎体；设置在胎面部中的胎体径向外侧的带束层；和设置在胎体和带束层的每个轴向边缘部之间的具有大致三角形横截面的缓冲橡胶，其中，缓冲橡胶由条叠置体制成，所述条叠置体是通过沿轮胎圆周方向螺旋卷绕第一长带状未硫化橡胶条和具有与第一橡胶条的成分不同的成分的第二长带状未硫化橡胶条形成的。

优选地，缓冲橡胶包括由第一橡胶条制成的主体和由第二橡胶条制成的内层部，该内层部设置在主体的径向外侧并邻接胎体，其中，第一和第二橡胶条中的每个都沿从轴向内侧朝轴向外侧的方向螺旋卷绕。

优选地，缓冲橡胶的主体的复弹性模量E*1为2.0到5.0MPa，损耗角正切(tanδ)为0.03到0.07，缓冲橡胶的内层部的厚度为0.2到3.0mm，复弹性模量E*2为2.5到9.0MPa且其比主体的复弹性模量E*1大，硫含量至少为1.0phr。

本发明还提供了一种制造充气轮胎的方法，所述充气轮胎包括：从胎面部经过胎侧部延伸到胎圈部中的各胎圈芯的环面状胎体；设置在胎面部中的胎体径向外侧的带束层；以及设置在胎体和带束层的每个轴向边缘部之间的具有大致三角形横截面的缓冲橡胶，所述方法包括如下步骤：通过沿轮胎的圆周方向螺旋卷绕至少两种具有不同成分的带状未硫化橡胶条形成生缓冲橡胶。

可用已知的方式形成轮胎的其他部件，例如带束层和胎侧。在制造胎坯之后，用已知的方式进行硫化以提供充气轮胎。

由于本发明的充气轮胎中的缓冲橡胶由如下的条叠置体形成，即，所述条叠置体是通过沿圆周方向、螺旋地卷绕至少两种未硫化橡胶条形成，因此其没有如传统的当缓冲橡胶由具有大致三角形横截面的挤出物形成时那样形成的连接部。因此，缓冲橡胶具有圆周方向上均匀的厚度，进而可以改善均匀性和耐久性。而且，由于缓冲橡胶用至少两种具有不同成分的橡胶条形成，可以赋予缓冲橡胶各种需要的性能或者可进一步增强上述效果。

在此所用的术语“复弹性模量”和术语“损耗角正切(tanδ)”表示在测量温度70℃、频率10Hz、初始拉伸应变10％和振幅(零到峰值)1％的条件下用粘弹性分光计测量的值。例如，通过拆开轮胎、从所需要的轮胎部分切割下宽度4mm、长度30mm、厚度1mm的样品、并抛光该样品以使其不均匀表面平滑来准备用于测量的样品。

附图说明

图1是说明本发明的实施方式的重载充气轮胎的横截面图；

图2是说明图1所示的轮胎分胎面部的一部分的放大形式的局部横截面图；

图3是未硫化的缓冲橡胶的示意性横截面图；

图4是橡胶条的立体图；

图5(A)到5(C)是说明制造充气轮胎的步骤的示意性横截面图；

图6(A)到6(D)是说明卷绕橡胶条的步骤的示意性横截面图；

图7是说明未硫化的缓冲橡胶的另一个实施方式的示意性横截面图；

图8是说明使用图7所示的未硫化的缓冲橡胶制造的充气轮胎的胎面部的一部分的局部放大横截面图；和

图9(A)是传统缓冲橡胶的横截面图，图9(B)是其侧视图，图9(C)是示出传统缓冲橡胶卷绕的状态的示意性侧视图。

具体实施方式

现在参照附图解释本发明的实施方式。

作为本发明的一个实施方式，图1示出用于卡车、公共汽车等的重载充气轮胎的右半部的横截面图，图2示出其主要部分的放大视图。在图1和2中，重载充气轮胎1包括胎面部2、从胎面部2的两个轴向边缘径向朝内延伸的一对胎侧部3、位于胎侧部3的径向内端部处的一对胎圈部4。充气轮胎1设置有在一对胎圈部4、4之间延伸的环面状胎体6和设置在胎面部2中的胎体6的径向外侧的带束层7。

胎体6包括钢帘线和/或有机纤维帘线的至少一个胎体帘布层6A，在图1和2所示的实施方式，为单个胎体帘布层，其钢帘相对于轮胎赤道C成80°到90°的角度设置。所述胎体帘布层由主体部6a和卷起部6b构成，所述主体部6a从胎面部2经过胎侧部3延伸到胎圈部4中的每个胎圈芯5，所述卷起部6b与主体部6a连续并绕胎圈芯5卷起(在此实施方式中，是从轮胎的轴向内侧向轴向外侧)，从而锚定胎体帘布层。

根据情况需要，每个胎圈芯5的径向外侧、在胎体帘布层的主体部6a和卷起部6b之间、从胎圈芯5径向朝外以渐缩的方式设置三角胶芯橡胶8，由此增强胎圈部4。

而且，不透气的内衬层10可以设置在胎体6的内表面上以提供无内胎型的充气轮胎1。

带束层7包括钢帘线的至少两个帘布层、通常为三个或者四个帘布层，所述钢帘线相互平行排列并相对于轮胎赤道C倾斜取向。根据图1和2所示的实施方式的轮胎1包括由四个带束帘布层7A到7D构成的带束层7。至少两个带束帘布层的钢帘布相对于轮胎赤道C成约15°到40°的角度设置，并且堆叠为使得一个帘布层中的带束层帘线与另一带束帘布层中的帘线相交叉。

胎面橡胶2G设置在带束层7的径向外侧。胎面橡胶2G具有与路面接触的胎面表面2a，并在胎面表面2a中设置有至少一个沿圆周方向连续延伸的圆周主沟槽11。

在此实施方式中，充气轮胎具有所谓的SOT(胎侧覆盖胎面(Sidewall Over Tread))结构，其中胎面橡胶2G的两个轴向边缘以胎侧橡胶3G覆盖。但是，本发明的轮胎不局限于此种结构。

具有大致三角横截面的缓冲橡胶9设置在胎体6与带束层7的各轴向边缘部7E之间。缓冲橡胶9具有轴向内边缘9i和轴向外边缘9o，并在这两个边缘之间延伸而形成大致三角形的横截面。轴向外边缘9o位于带束帘布层轴向最外边缘的带束边缘7e的轴向外侧，即，带束帘布层7A到7D之中的最宽的带束帘布层的轴向边缘的轴向外侧。轴向内边缘9i位于带束边缘7e轴向内侧。在图2所示的实施方式中，轴向内边缘9i位于轴向最外侧的圆周主沟槽11(肩部沟槽)的轴向内侧。而且，在此实施方式中，缓冲橡胶的厚度从轴向内边缘9i到带束边缘7e逐渐增加，而从带束边缘7e到轴向外边缘9o逐渐减小。换句话说，缓冲橡胶9在对应于带束边缘7e的位置处有最大厚度，并且从该位置沿着胎体6的径向外表面以其厚度逐渐减小的方式延伸。因而，缓冲橡胶9形成为轴向外表面中凸地弯曲的三角形形状的横截面。

由于缓冲橡胶9设置成填充胎体6和带束层7的轴向边缘部7E之间的区域，在负荷运转中它随带束层7的边缘部7E的变形而变形，并用于分散应变。而且，通过适当地控制缓冲橡胶9的成分可以防止由周期性变形造成的过度发热。如图1和2所示的缓冲橡胶9还有助于缓和在设置于胎面部2中的主沟槽11的底部附近产生的应变。

优选地，用于带束层7的缓冲橡胶由具有大致三角形横截面的缓冲主体9m和具有渐缩的边缘部的内层部9a构成，内层部9a设置在主体9m的径向内侧并邻接胎体6。

图3示出未硫化的缓冲橡胶9的示意性横截面图。未硫化的缓冲橡胶9在胎坯硫化之前为条叠置体13的形式，通过对其进行硫化而提供缓冲橡胶9。在此实施方式中，条叠置体13通过沿圆周方向地、螺旋地卷绕第一长带状未硫化橡胶条14和具有与第一橡胶条14的成分不同的成分的第二长带状未硫化橡胶条15而形成。

在此实施方式中，缓冲主体9m由第一橡胶条14形成，内层部9a由第二橡胶条15形成。图2示出了硫化后的主体9m和内层部9a。

缓冲主体9m构成缓冲橡胶9的主部，换句话说，它占据了硫化的缓冲橡胶9的横截面的最大面积。缓冲主体9m起到缓冲橡胶9的主要作用，即缓和应变和防止由于变形而发热。为此目的，缓冲主体9m(即第一橡胶条14)优选地由硫化后复弹性模量E*1为2.0到5.0MPa、损耗角正切(tanδ)为0.03到0.07的橡胶制成。

如果缓冲主体9m的复弹性模量E*1小于2.0MPa，缓冲橡胶9往往刚度太低而不能抑制带束层7的边缘部7E的变形，因此轮胎的耐久性劣化。如果复弹性模量E*1大于5.0MPa，缓冲橡胶9的刚度往往变得太大，而不能获得充分的缓和应变的能力。为此，缓冲主体9m的复弹性模量E*1优选地为2.5到4.0MPa。

如果缓冲主体9m的损耗角正切(tanδ)小于0.03，往往难以显示出增强特性，因此耐久性劣化。如果缓冲主体9m的损耗角正切(tanδ)大于0.07，在负荷运转中，缓冲橡胶9的能量损耗变大，而容易发热并由此耐久性劣化。考虑到此，缓冲主体9m的损耗角正切(tanδ)优选地为0.04到0.06。

缓冲橡胶9的内层部9a用于防止缓冲橡胶9与胎体6分离，由此确保耐久性。为此目的，在如图1和2所示此实施方式中，内层部9a设置在缓冲主体9m的径向内表面的大致全部区域中。如图2所示，在硫化之后，内层部9a位于缓冲主体9m和胎体6之间，因而缓冲主体9m不接触胎体。

优选地，这样的缓冲橡胶9的内层部9a的复弹性模量E*2大于缓冲主体9m的复弹性模量E*2，处于2.5到9.0Mpa、尤其是3.0到7.0 MPa的范围内。如果内层部9a的复弹性模量E*2等于或小于缓冲主体9m的复弹性模量E*2，在内层部9a和胎体6之间的交界面处往往容易产生大的剪切应变，因此不能获得充分的粘附力。如果内层部9a的复弹性模量E*2大于9.0MPa，相对胎体6的粘附力降低。更优选地，用于形成内层部9a的第二橡胶条15由具有与胎体帘布层6A的顶覆橡胶化合物的成分大致相同的成分的橡胶化合物制备，由此，在内层部9a和胎体6之间的粘附强度得以进一步地增强。

硫化后获得的内层部9a的最大厚度“ti”优选地为0.2到3.0mm，更优选地为0.5到2.5mm。如果最大厚度“ti”小于0.5mm，因为内层部9a太薄，往往不能获得足够的增强在缓冲橡胶9和胎体6之间的粘附特性的效果。如果最大厚度“ti”大于3.0mm，缓冲主体9m的体积减小，因此缓冲橡胶9所表现出的性能降低。

优选地，缓冲橡胶9的内层部9a由硫含量至少为1.0phr的橡胶制成。如果内层部9a的硫含量小于1.0phr，不能获得足够的弹性模量，进而内层部9a往往变软。如果硫含量太大，橡胶交联加速而降低强度。因此，内层部9a的硫含量优选地为1.0到4.0phr，更优选地为1.5到3.0phr。根据相同观点，优选地，缓冲主体9m的硫含量为1.5到3.0phr。

用于形成缓冲橡胶9的第一和第二橡胶条14和15是如图4所示的具有矩形横截面的带的形式。这些橡胶条从例如挤压机或者压延机等的设备在未硫化状态下连续地挤压出。挤压出的橡胶条14和/或条15由传送机状的敷料器(未示出)引导并导引到如图5(A)所示的圆柱形成型器D。在成型器D上，预先设置有圆筒形内衬层10和圆筒形胎体帘布层6A，橡胶条14和15直接绕胎体帘布层6A的外表面卷绕，以形成条叠置体13的形式的缓冲橡胶9。在此实施方式中使用了内衬层10，但其使用是可选的。

橡胶条14和15的卷绕以如下方式执行，即，首先按压橡胶条14或15的端部(图5(A))而将该端部固定到胎体帘布层6A上的指定位置处，然后旋转成型器D并同时以前述的节距沿轮胎的轴向方向移动橡胶条14或15，由此沿轮胎的圆周方向螺旋卷绕橡胶条。优选地，橡胶条14或15以重叠的方式卷绕，其中至少橡胶条的边缘部如图3所示的重叠。因而，条叠置体13的形式的缓冲橡胶9绕圆筒形胎体帘布层6A形成，如图5(B)所示。可以以已知方式设置胎圈芯5和三角胶芯橡胶8，如图5(C)所示，将圆筒形胎体帘布层6A膨胀成环面状形式，通过已知的技术形成其他必须的轮胎部件(例如带束层7、胎面橡胶2G和胎侧橡胶3G)以产生胎坯16。通过在模具中硫化胎坯而获得充气轮胎1。

由于由条叠置体13制成的缓冲橡胶9没有以当缓冲橡胶9通过将一体挤制的橡胶的两端连接的传统方式形成缓冲橡胶9时那样形成的连接部J，缓冲橡胶9的横截面形状和厚度在圆周方向上是一致的。因此，改善了轮胎的均匀性，从而提供了一种如下的轮胎，其具有例如伴随低振动性的良好驾乘舒适性。而且，由于防止了易于在缓冲橡胶的厚度不均匀处产生的应力集中，抑制了在带束层7的边缘部7E处的损坏发生，从而改善了轮胎的耐久性。

首先通过卷绕第二橡胶条15形成条叠置体13，以形成缓冲橡胶9的内层部9a，然后在内层部9a的外侧上卷绕第一橡胶条14以形成缓冲主体9m。但是，在该情况下，产生空转时间(idling time)，这是工业上的不利之处。因此，优选地，在卷绕第二橡胶条15预定的次数之后和完成第二橡胶条15的卷绕之前的一段时期内，开始卷绕第一橡胶条14，如图6(A)到6(D)所示。

也就是说，如图6(A)所示，首先在绕圆柱形成型器D卷绕的胎体帘布层6A的外表面上将第二橡胶条15卷绕预定的次数而形成小宽度的内层部9a。停止卷绕条15，如图6(B)所示，将卷绕开始端14s固定到小宽度的内层部9a上。然后，将第一和第二橡胶条14和15几乎同时以螺旋方式朝轮胎轴向外侧卷绕。根据此卷绕方式，卷绕橡胶条14的空转时间可以缩短，从而提高生产率。用于引导橡胶条14和15的敷料器的位置适于在圆周方向上转换而使得它们不会相互干扰。

通过适当地改变每个第一和第二橡胶条14和15的螺旋卷绕节距(在轴向方向上的条的移动量)，缓冲主体9m和内层部9a可以制造为具有所需要的横截面形状。换句话说，每个橡胶条14或15的卷绕节距是根据缓冲主体9m和内层部9a中每一个的所需要的横截面形状而确定的，并将此在敷料器控制装置等中设定程序。敷料器基于装置的信号而精确地改变橡胶条14和15的卷绕节距。

在附图中所示的实施方式中，通过在从开始卷绕到结束卷绕的期间中以大致相同的节距沿轴向方向移动第二橡胶条15而形成内层部9a，因此可以形成具有基本均匀的厚度的内层部9a。在另一方面，通过在从开始卷绕到结束卷绕的期间中沿轴向方向逐渐地减小第一橡胶条14的卷绕节距，因此，缓冲主体9m形成为具有厚度从轴向内侧朝向轴向外侧逐渐增加的大致三角形的横截面。

而且，优选地，通过开始从轴向内侧开始螺旋卷绕并朝轴向外侧卷绕而形成缓冲主体9m和内层部9a。由于以此方式形成的主体和内层部中的橡胶条的卷绕方向与在运转中作用的剪切力的方向相反，可以有效地防止沿着位于重叠的橡胶条之间的交界面发生破裂。

橡胶条14和15的宽度W和厚度H均未特别限制，但是优选地宽度为从5到30mm，厚度为从0.5到3.0mm。如果宽度小于5mm或者厚度H小于0.5mm，用于形成条叠置体13的橡胶条卷绕数量增加，因此生产率往往降低。如果宽度W大于30mm或者厚度H大于3.0mm，重叠部的长度和宽度增加，形成需要的横截面往往变得困难。

未硫化的缓冲橡胶9的另一个实施方式如图7所示。图8示出用图7所示的缓冲橡胶所获得的充气轮胎(硫化后)的局部横截面图。在此实施方式中，缓冲橡胶9由缓冲主体9m、设置在主体9m径向外侧的内层部9a、设置在主体9m的径向外侧并与带束层7相接触的外层部9b构成。外层部9b通过在主体9m的径向外表面上螺旋卷绕第三橡胶条17形成。外层部9b(即第三橡胶条)的橡胶成分不同于主体9m的橡胶成分，可以与内层部9a的橡胶成分相同或者不同。优选地，外层部9b具有与带束帘布层7A和7B的顶覆橡胶相同的成分，当生产轮胎时带束帘布层7A和7B会与缓冲橡胶9的外层部9b相接触，由此缓冲橡胶9与带束层7的粘附特性被增强而改善了轮胎的耐久性。

本发明特别适合于重载充气轮胎，但是也适用于其他各种类型的轮胎。

虽然参照附图描述了本发明的优选实施方式，不言而喻，本发明不仅仅限于这些实施方式，可以进行各种改变和修改。

通过以下示例和比较例对本发明做出更具体的描述和解释。应该理解，本发明不限于这些示例。

示例1到9和比较例1到3

基于表1所示的说明制造具有如图1所示的基本结构的重载充气轮胎(尺寸：11R22.5)，通过以下测试方法评价每个轮胎的耐久性和均匀性。

(1)耐久性

在以下条件下使轮胎行驶后，将轮胎拆开并视觉观察缓冲橡胶的状态。

轮辋尺寸：7.5×22.5

内压：700kPa

负荷：40kN(标准最大负荷的1.5倍的负荷)

外倾角：3°

行驶速度：20km/h

行驶距离：300km

(2)均匀性

对安装在轮辋(尺寸：7.5×22.5)上并且充填空气至内压为700kPa的轮胎，用均匀性测试机测量径向跳动(RRO)。值越小，均匀性越好。

测试结果如表1所示。

在表1中观察到根据本发明的示例的轮胎与比较例中的轮胎相比具有更高的耐久性和均匀性。

Claims (5)

1.一种充气轮胎，其包括：

从胎面部经过胎侧部延伸到胎圈部中的每个胎圈芯的环面状胎体；

设置在所述胎面部中的所述胎体的径向外侧的带束层；和

设置在所述胎体和带束层的各轴向边缘部之间的、具有大致三角形横截面的缓冲橡胶，

其中，

所述缓冲橡胶由如下的条叠置体制成，即，所述条叠置体通过沿轮胎圆周方向螺旋卷绕第一长带状未硫化橡胶条和第二长带状未硫化橡胶条而形成，所述第二长带状未硫化橡胶条具有与第一橡胶条的成分不同的成分，

所述缓冲橡胶包括

由所述第一橡胶条制成的主体，和

由所述第二橡胶条制成的内层部，所述内层部设置在所述主体的径向内侧并邻接所述胎体，

所述内层部由如下橡胶制成，即，该橡胶的厚度为0.2到3.0mm、复弹性模量E*2为2.5到9.0MPa且比主体的复弹性模量E*1大，并且硫含量至少为1.0phr。

2.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述主体由复弹性模量E*1为2.0到5.0MPa且损耗角正切(tanδ)为0.03到0.07的橡胶制成。

3.一种制造如权利要求1所述的充气轮胎的方法，包括如下步骤：通过沿轮胎的圆周方向螺旋卷绕至少两种具有不同成分的带状未硫化橡胶条形成生缓冲橡胶，其中，

所述主体由第一长带状未硫化橡胶条制成，并且

所述内层部由第二长带状未硫化橡胶条制成。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述主体和所述内层部中的每个都通过沿从轴向内侧开始朝轴向外侧的方向螺旋卷绕所述橡胶条而形成。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述橡胶条的宽度为5到30mm，厚度为0.5到3.0mm。

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