CN1982087A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种充气轮胎，它包含具有胎体帘线的胎体帘布层。所述胎体帘线含有高韧度的维尼纶纤维、聚萘二甲酸乙二酯纤维或全芳族聚酯纤维(polyalylate)。120℃时每个胎体帘线的粘弹性满足下面的公式(1)～(3)：　　　　B＞0 ...(1)　　　　B≤0.0000437×A+0.042857 ...(2)　　　B≤－0.00003636×A+0.163636 ...(3)(其中“A”代表复数模量E*(N/cm2)和帘线横截面积“S”(cm2)的乘积，“B”代表正切损耗tanδ)。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎，通过具体指定胎体帘线的粘弹性，可提高它的操纵稳定性和乘坐舒适性。
背景技术
通常，有机纤维帘布，如尼龙、人造纤维、PET等，被广泛应用于客车和二轮机动车上作为充气轮胎的胎体帘线。特别是PET纤维，考虑到轮胎刚度、轮胎尺寸稳定性、抗胎面扁平性等，它是胎体帘线的主流材料。然而，由于PET纤维帘线的模量在高温下会大大恶化，从而使得在高速行驶时的操纵稳定性很差。另外，当车辆性能提高，速度增加时，对轮胎性能的要求也变得更加严格，近年来，急需进一步提高轮胎在高速行驶时的操纵稳定性。
近年来，有人建议使用弹性比PET纤维帘线高的纤维帘线作为胎体帘线。然而，如果胎体帘线的弹性增加，轮胎的刚度也增加，从而在高速行驶时的操纵稳定性尽管提高了，但是也会出现乘坐舒适性变差的问题。
发明内容
因此，基于使用高弹性的纤维帘线作为胎体帘线，以及具体指定高温时粘弹性的观点，本发明的一个目的是提供一种充气轮胎，它能够在高速行驶时提高操纵稳定性的同时，保证良好的乘坐舒适性。
为了实现上面这个目的，本申请技术方案1的发明提供了一种具有胎体帘布层的充气轮胎，所述胎体帘布层的胎体帘线从胎面部经胎侧壁部延伸至胎圈部的胎芯。胎体帘线由高韧度的维尼纶纤维(聚乙烯醇缩纤维)、聚萘二甲酸乙二酯纤维或全芳族聚酯纤维(polyalylate)构成，120℃时每个帘线的粘弹性满足以下公式(1)～公式(3)：
B＞0    …(1)
B≤0.0000437×A+0.042857  …(2)
B≤-0.00003636×A+0.163636…(3)
(其中，“A”代表复数模量E*(N/cm2)和帘线横截面积“S”(cm2)的乘积，“B”代表正切损耗tanδ)。
如上所述，根据本发明，作为胎体帘线的有机纤维帘线是具有高弹性的，并优选自高韧度的维尼纶纤维、聚萘二甲酸乙二酯纤维或全芳族聚酯纤维。另外，有机纤维帘线在高温(120℃)时的粘弹性被指定在设定的范围内。因此，应该把帘布层的张力和回弹性间的平衡最优化，并且可在高速行驶时提高操纵稳定性的同时，保证良好的乘坐舒适性。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的充气轮胎的截面图；
图2是一个用于解释胎体帘线的粘弹性、操纵稳定性和乘坐舒适性之间关系的图表。
具体实施方式
本发明的实施方式将结合附图予以解释。
图1是本发明的充气轮胎用作客车的子午线轮胎时的截面图。如图1所示，充气轮胎1包括胎体6和带束层7，所述胎体6从胎面部2经胎侧壁部3延伸至胎圈部4的胎芯5；而所述带束层7被置于胎面部2内侧和胎体6径向外侧。
胎体6包括一个或多个(本实施方式中为一个)胎体帘布层6A，其中胎体帘线按照与轮胎周边方向呈75°～90°角配置。胎体帘布层6A包括帘布层主体部分6a和帘布层折起部分6b，所述帘布层主体部分6a在胎芯5和5之间延伸，而帘布层折起部分6b连接到帘布层主体部分6a的两侧并围绕着胎芯5在轮胎的轴向由内侧到外侧折起。三角胶带8由三角形横截面形状的硬质橡胶构成，配置在帘布层主体部分6a和帘布层折起部分6b之间。三角胶带8自胎芯5向轮胎的径向外侧延伸。具有这样的结构，从而使从胎圈部4到胎侧壁部分3的轮胎部分得到加强。
如果三角胶带8的橡胶硬度低，那么胎圈刚度和胎圈耐久性不足；如果橡胶硬度过高，那么乘坐舒适性和震动特性会变差。从这个观点来看，橡胶硬度的下限值优选70°或更高，更优选80°或更高，上限值优选95°或更低。“橡胶硬度”是用A型硬度计在25℃的气氛下测得的硬度。从相同观点考虑，从胎圈基线BL起三角胶带8的外端的径向高度Ha优选为轮胎横截面高度H0的25％或更高，更优选30％或更高，上限值优选为轮胎横截面高度H0的45％或更低。
带束层7包含多个(在本实施方式中为二个)带束层帘布层7A和7B，其中，高强度的带束层帘线(例如，钢丝帘线)以与轮胎周边方向呈10～40°角的方向配置。在每个带束层帘布层7A和7B中，带束层帘线在帘布层之间相互交叉排列，因此提高了带束层的刚度，并由此通过环箍效果充分加强了胎面部2的整个宽度。
在本实施方式中，加固带层9形成在带束层7的径向外侧，以增强高速耐久性。加固带层9包含加固带帘布层9A，其中的加固带芯在轮胎周边方向以5°或更小的角度呈螺旋状缠绕。作为加固带帘布层9A，可使用一对左边缘和右边缘的加固带帘布层，它仅仅覆盖带束层7的外端；或者也可使用整块加固带帘布层，它基本上覆盖带束层7的整个宽度。加固带层6可单独由边缘加固带帘布层形成，或由整块加固带帘布层形成，或由二者的组合形成。
然后，由高韧度的维尼纶(聚乙烯醇缩纤维)、聚萘二甲酸乙二酯纤维(聚2，6-萘二甲酸乙二酯纤维)或全芳族聚酯纤维构成的高弹性有机纤维帘线，被用作胎体帘线。在这些高弹性的有机纤维帘线中，特别优选使用聚萘二甲酸乙二酯纤维(聚2，6-萘二甲酸乙二酯纤维)，因为它具有合适的刚度，而且轮胎操纵稳定性和乘坐舒适性间很容易平衡。
众所周知，高弹性的有机纤维帘线有高抗张弹性模量。因此，这有助于增强轮胎刚度和操纵稳定性。另一方面，由于胎侧壁部分3的刚度同时增加，会出现乘坐舒适性变差的问题。
这里，在行驶时周期性重复的牵引力施加到胎体胎体帘线上。本发明人的研究基于的观点为：轮胎的行驶性能受胎体帘线的动态粘弹性，而不是静态粘弹性的极大影响。更具体地说，胎体帘线是使用各种有机纤维材料的试样，并且使用胎体帘线，构成客车的轮胎。检验了行使性能与胎体帘线的粘弹性之间的关系。
结果发现，高速行驶时的操纵稳定性和乘坐舒适性，与高温时的粘弹性，特别是120℃时的复数模量E*(N/cm2)和正切损耗tanδ有极大联系。研究发现，通过使用胎体帘线，在高速行驶时提高操纵稳定性的同时，可以确保良好的乘坐乘坐舒适性。当复数模量E*(N/cm2)和帘布层横截面积“S”(单位为cm2)的乘积定义为变量A，胎体帘线的损失正切定义为变量B，所使用的胎体帘线满足下列的公式(1)～(3)：
B＞0    …(1)
B≤0.0000437×A+0.042857  …(2)
B≤-0.00003636×A+0.1 63636  …(3)
图2为胎体帘线中的部分实验结果，其中，测评了原型轮胎在高速行驶时的操纵稳定性和乘坐舒适性，水平轴表示变量A的值，垂直轴表示变量B的值。这里，○表示操纵稳定性和来坐舒适性都良好的轮胎，□表示操纵稳定性和乘坐舒适性中至少一个是次等的。从图2中还可以看出，在f1(A)＞0且大于B＝0.0000437×A+0.042857的直线f1(A)的区域，以及在f2(A)＞0且大于B＝-0.00003636×A+0.163636的直线f2(A)的区域，操纵稳定性和乘坐舒适性中的至少一个是次等的。
在实验中，PET纤维、PEN纤维(聚萘二甲酸乙二酯纤维)、尼龙、高韧度维尼纶、全芳族聚酯纤维、芳族聚酰胺纤维和人造纤维被用作有机纤维材料，技术规格比如帘线的厚度(细度)、捻度被改变，变量A和变量B不同的胎体帘线形成原型。使用胎体帘线，形成轮胎尺寸为(195/65R15)的客车轮胎，当车辆实际行驶在轮胎测试过程中时，根据司机的感觉，测评了操纵稳定性和乘坐舒适性。
即使胎体帘线一样，如果突起数(striking number)增加，那么操纵稳定性也将增加(乘坐舒适性将变差)。因此，实际的情况是在原型胎体帘线中，调整原型轮胎的突起数M，并把操纵稳定性提高到令人满意的基准水平，从而测评乘坐舒适性。以及测评原型轮胎是否在操纵稳定性和乘坐舒适性都是优良的。从图2中得到确认，粘弹性满足公式(1)～(3)的胎体帘线，在提高高速行驶时操纵稳定性的同时，表现出了优良的乘坐舒适性。从本发明人的研究中可以很明显看出，同样的结果也可以在不同轮胎尺寸的客车轮胎中和不同类型(比如二轮机动车)的轮胎中得到。
据估计，操纵稳定性和乘坐舒适性也受到胎体帘线的伸长和伸长恢复的影响。即可以认为，使用具有大复数模量和高弹性的有机纤维的胎体帘线，相对不容易伸长，并且具有良好的操纵稳定性。可是，当正切损耗tanδ大时，在负荷从帘线一旦为伸长的状态下释放，并且胎体帘线恢复到原来状态，其滞后损耗大。因此，恢复性相对较差，响应差，操纵稳定性差。另一方面，即使对于其复数模量低和相对容易伸长的帘线来说，如果正切损耗tanδ小，恢复性良好，响应加快的话，那么操纵稳定性也会增加。如果伸长性质和恢复性之间得到最佳平衡的话，会产生提高乘坐舒适性的空间，乘坐舒适性和操纵稳定性同时会提高。
为了同时提高乘坐舒适性和操纵稳定性，优选满足下列公式(4)：
B≤0.0000437×A+0.022857  …(4)
正切损耗tanδ(即变量B)大致由帘线纤维的材料决定。复数模量E*(N/cm2)和胎体帘线横截面积“S”(单位为cm2)的乘积(E*S)(即变量A)可以通过改变技术规格(比如帘线的厚度(细度)和捻度)来调节。
这里，对于芳族聚酰胺纤维来说，由于正切损耗tanδ大，抗张弹性模量太高，即使在帘线厚度降低和捻度增加时，也难以获得满足公式(2)和(3)的帘线。
通常，使用双股线结构的胎体帘线。这时，如果帘线每10cm长的捻度n(上捻度和下捻度相同)太高，那么在膨胀和收缩时单丝间的阻力会变得太大，帘线的恢复性也会变差。如果阻力太小，那么抗疲劳的阻力会增加，耐久性也会变差。因此，捻度n的上限优选70(/10cm)或更低，更优选60(/10cm)或更低，捻度n的下限优选30(/10cm)或更高，更优选35(/10cm)或更高。同样的原因，在下面的公式(5)中定义的帘线的捻度系数T优选在0.45～0.75范围内。在公式(5)中，n代表捻度(/10cm)，D代表基于帘线校正质量(dtex)的总细度，ρ代表纤维材料的比重：
T＝n×{(0.125×D/2)×(1/ρ)}1/2×10-3  …(5)
变量A是复数模量E*(N/cm2)和胎体帘线横截面积“S”(单位为cm2)的乘积(E*S)，如果变量A太大，那么帘线会变硬，这是不利于提高乘坐舒适性。因此，变量A的上限优选2000N或更低，更优选1900N或更低，进一步优选1800N或更低。从操纵稳定性的角度考虑，变量A的下限值优选340N或更高。变量B为正切损耗tanδ，其下限值优选0.02或更高，更优选0.03或更高。如果变量B低于这个值，那么冲击减轻效果的作用会降低，对外部作用力的响应非常好，从而会出现乘坐舒适性变差的趋势。
在胎体帘线中，胎体阻力K为变量A和帘线突起数M的乘积(A×M)，从同时提高操纵稳定性和乘坐舒适性角度考虑，其值优选2.0×104～5.0×104，更优选2.5×104～3.8×104。帘线突起数M表示胎体帘布层每5cm宽度的帘线数目。
作为覆盖胎体帘线的胎体帘布层用的顶层橡胶，优选使用在70℃时的复数模量为4.5MPa或更高和正切损耗为0.14或更低的橡胶。这是因为，由于顶层橡胶的正切损耗小，如果同本发明中使用的正切损耗相对较低的帘线组合使用，那么轮胎的能量损失降低，操纵稳定性更为提高。事实上，复数模量少许偏高的也可以提高操纵稳定性。在传统的顶层橡胶中，复数模量为4.0MPa，正切损耗大约为1.5。
尽管已详细叙述了本发明的特别优选宜的实施方式，但是本发明不受所说明的实施方式的限制，可对本发明进行各种改进和实施。
实施例
胎体帘线是基于表1所示规格的原型，使用胎体帘线构成轮胎尺寸为195/65R15的客车轮胎。测试了高速行驶时原型轮胎的操纵稳定性、稳定性感觉和乘坐舒适性。除了胎体帘线外，规格都是一样的。在温度为70℃，频率为10Hz，初始变形为10％及动态变形为±1％的条件下，测量了胎体顶层橡胶的复数模量和正切损耗。
<操纵稳定性、稳定性感觉和乘坐舒适性>
原型轮胎被安装在客车(2500cc，FR车)的所有轮子上，轮辋尺寸为15英寸，内压力为200KPa，汽车在干沥青轮胎检测路线上高速行驶，在此条件下，按照司机的感觉，以1-5档评估操纵稳定性、稳定性感觉和驾驶舒适性。
                                                        表1
对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 对比例2 实施例4 实施例5 对比例3 实施例6
帘线材料 PET 高韧度维尼纶纤维 PEN Vectran 芳族聚酸胺纤维 高韧度维尼纶纤维 Vectran 芳族聚酸胺纤维 PEN
构型(dtex) 1670dtex/2 1330dtex/2 1670dtex/2 1670dtex/2 1100dtex/2 1330dtex/2 1670dtex/2 1100dtex/2 1670dtex/2
基于校正质量的细度(dtex) 3722 3025 3725 3815 2610 3165 3465 2278 3725
帘线的比重ρ 1.38 1.28 1.36 1.40 1.44 1.28 1.40 1.44 1.36
帘线的横截面积S(cm2) 0.002697101 0.002363281 0.002738971 0.002725000 0.001812500 0.002472656 0.002475000 0.001581944 0.002738971
120℃时的复数模量E*(N/cm2) 367235.593 398360.711 587187.977 532618.055 1493316.08 28594.39 550757.313 1617968.1 587187.977
120℃时的系数A(E*×S)(N) 990.4717 941.4387 1608.2906 1451.3842 2706.6354 608.0123 1363.1243 2559.5357 1608.2906
120℃时的系数B(tanδ) 0.102 0.069 0.071 0.089 0.093 0.058 0.086 0.090 0.071
捻度(上/下)(/10cm) 40/40 38/38 40/40 53/58 38/38 60/60 60/60 60/60 40/40
捻度系数* 0.52 0.46 0.52 0.69 0.40 0.75 0.75 0.60 0.52
帘线突起数(/5cm) 50 36 22 20 30 36 36 36 22
是否满足公式(2) × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
是否满足公式(3) ○  ○  ○  ○  ×  ○  ○  ×  ○
顶层橡胶的复数模量(Mpa)顶层橡胶的正切损耗 4.00.15  5.00.12  5.00.12  5.00.12  5.00.12  5.00.12  5.00.12  5.00.12  4.00.15
轮胎性能
·操纵稳定性 3.7  4.5  5.0  4.3  5.0  4.0  4.0  4.5  4.5
·稳定性感觉 3.8  4.5  5.0  4.5  4.5  4.0  4.5  4.0  4.5
·乘坐舒适性 3.8  3.9  4.0  3.9  3.0  4.0  4.0  3.5  4.0
可以确定，实施例中的轮胎在高速行驶时提高操纵稳定性的同时，可以表现出优良的乘坐舒适性。

Claims (9)

1.一种充气轮胎，它包含具有胎体帘布层的胎体，所述胎体帘布层的胎体帘线从胎面部经胎侧壁部延伸至胎圈部的胎芯，其中，
所述胎体帘线由高韧度的维尼纶纤维、聚萘二甲酸乙二酯纤维或全芳族聚酯纤维构成，120℃时每个帘线的粘弹性满足以下公式(1)～公式(3)：
B＞0...(1)；
B≤0.0000437×A+0.042857...(2)；
B≤-0.00003636×A+0.163636...(3)；
式中，“A”代表复数模量E*(N/cm2)和帘线横截面积“S”(cm2)的乘积，“B”代表正切损耗tanδ。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎体帘线满足下列公式(4)：
B≤0.0000437×A+0.022857...(4)。
3.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎体帘线由聚萘二甲酸乙二酯纤维构成。
4.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎体帘线具有双股丝捻结构，帘线的捻度n为30～70/10cm。
5.如权利要求4所述的充气轮胎，其特征在于，用下列公式(5)定义的帘线捻度系数“T”为0.45～0.75：
T＝n×{(0.125×D/2)×(1/ρ)}1/2×10-3...(5)；
式中，n代表捻度(/10cm)，D代表基于帘线校正质量(dtex)的总细度，ρ代表纤维材料的比重。
6.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，变量“A”为340～2000N。
7.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，变量“B”为0.02或更高。
8.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，用所述胎体帘布层每5cm宽度的帘线数“M”与变量“A”的乘积(A×M)定义的胎体阻力为：2.0×104～5.0×104N。
9.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎体帘布层的顶层橡胶的复数模量在70℃时为4.5MPa或更高，其正切损耗为0.14或更低。
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