具有覆盖增强结构的充气轮胎 发明领域 本发明总体涉及充气轮胎， 更具体地讲涉及子午线胎体轮胎， 该轮胎具有径向朝 外置于带状物组件的织物覆盖结构。
发明背景
常规的子午线胎体轮胎具有径向朝外置于带状物组件的增强元件。 增强元件可包 含关于轮胎中间 - 环形平面按小角度取向的织物帘线。已经发现当经受高旋转速度时该增 强元件可接受地耐用。
该增强元件， 称为覆盖层， 可插入带状物组件的径向最外层与胎面之间， 且包含宽 度约等于最宽带束层的一个或多个包裹物。或者， 覆盖层可由两个单独的轴向空间分开的 层部分组成， 所述层部分径向朝外置于带状物组件以便覆盖径向最外带束层的边缘， 或插 入带束层之间以便在其边缘之间延伸。
覆盖层另一个备选的实施方案在于在带状物组件的径向最外层和胎面之间插入 螺旋状缠绕的帘线或单纱， 该帘线或单纱已经用弹性体材料涂布。 因为缠绕单一帘线费时， 覆盖层通常由 5mm-30mm 宽， 螺旋状缠绕的条状物装配， 该条状物由帘线增强的弹性体材料 制成， 径向朝外位于带束层。常规的覆盖增强材料是尼龙， 该尼龙具有约 6,000MPa 的杨氏 模量。这样的低模量允许带状物在轮胎的成形和硫化步骤期间膨胀。
期望提供更便宜的具有覆盖结构的充气轮胎， 所述覆盖结构具有优良的高速特 性、 良好的舒适性和滚动阻力、 减少的平点和低噪音传播。
发明概述
本发明的充气轮胎包括子午线胎体、 径向置于胎体外面的胎面部分和相对于胎体 环向插入胎面部分与胎体之间的胎冠增强结构。胎冠增强结构包括带状物组件和覆盖结 构， 该带状物组件具有至少一个带束层， 该带束层具有互相平行延伸的增强帘线， 该覆盖结 构包括尼龙增强层， 该尼龙增强层横跨带状物组件延伸， 且与轮胎赤道面成 -5 度至 5 度的 角度。尼龙增强层包括具有 2000-2200/1 分特， 1-10(S 或 Z)TPI 构造， 10-35EPI 末端密度 的尼龙帘线。
依照本发明的另一方面， 覆盖结构具有两层， 且第二层邻近第一层且在其外面径 向放置。
依照本发明的还另一方面， 覆盖层包括宽度范围为 5mm-30mm 的条状物。
定义
以下定义限制本发明。
″三角胶 (apex)″指径向位于胎圈芯以上并在帘布层与翘起层之间的弹性体填 充剂。
″环状″指像环一样形成。
轮胎的″高宽比″指其断面高度 (SH) 与其断面宽度 (SW) 之比， 为了以百分比表 达而乘以 100％。
本文使用的″轴向的″和″轴向″指平行于轮胎旋转轴的线或方向。
″胎圈 (bead)″指轮胎部件， 该轮胎部件包含由帘布包裹并成形的环状可拉伸元 件， 有或没有其它增强元件例如鳍状物 (flippers)、 削片器、 三角胶、 护脚板和胎圈包布， 以 适合设计的轮辋。
″带状物结构″指平行帘线、 织造或非织造、 在胎面下面、 未锚定至胎圈、 并具有 相对于轮胎赤道面倾斜的帘线的至少两个环状层或帘布层。 带状物结构也可包括按相对低 的角度倾斜的平行帘线的帘布层， 用作限制层。
″缓冲层″指平行增强帘线的至少两个环状层或帘布层， 该增强帘线作为在胎体 帘布层中平行的增强帘线相对于轮胎赤道面具有相同的角度。缓冲层通常与斜交轮胎有 关。
″线缆″指由两种或多种合股的纱扭在一起形成的帘线。
″胎体″指除带状物结构、 胎面之外， 胎面下面和在帘布层以上侧壁橡胶， 但包括 胎圈的轮胎结构。
″胎圈包布″指窄的材料条状物， 该材料条状物围绕胎圈外面放置以保护帘布层 免受轮辋的损害， 在轮辋上挠曲分布， 并密封轮胎。
″削片器″指位于轮胎胎圈部分的增强结构。
″环向″指平行于赤道面 (EP) 并垂直于轴向， 沿环状轮胎表面周边延伸的线或方向。 ″帘线″指组成轮胎帘布层的增强线之一。
″帘线角″指在轮胎平面图中左边或右边的锐角， 由帘线相对于赤道面形成。″ 帘线角″在已固化但还未充气的轮胎中测定。
″旦尼尔″指每 9000 米的克重量 ( 用于表示线性密度的单位 )。 分特指每 10,000 米的克重量。
″弹性体″指在变形之后能恢复尺寸和形状的弹性材料。
″赤道面 (EP)″指垂直于轮胎的旋转轴并穿过其胎面中心的平面。
″织物″指基本上单向延伸帘线的网络， 该帘线可被扭曲， 且其又由许多各种高 模量材料的长丝 ( 其也可被扭曲 ) 组成。
″纤维″是形成长丝基本单元的天然或人造的物质单位。 特征在于长度为其直径 或宽度的至少 100 倍。
″长丝计数″指组成纱的长丝数目。 实例 ： 1000 旦尼尔聚酯具有大约 190 根长丝。
″鳍状物″指围绕胎圈芯包裹的增强织物。
″绸坯 (greige)″指未完成的帘线或织物。
″内部″表示朝向轮胎的内部， 而″外部″表示朝向其外部。
″内衬″指弹性体或其它材料的一个或多个层， 该弹性体或其它材料形成无内胎 轮胎内表面并在轮胎内包含吹胀性流体。
″ LASE″是在规定伸长率的负荷。
″侧面″指轴向方向。
″融合的帘线″指由许多单一纱螺旋扭曲构成的帘线， 至少一种单一纱是不同于 至少一种其它单一纱的材料的材料。
″帘布层″在轮胎的上下文中指橡胶涂覆的平行帘线的连续层， 且在纱或帘线的
上下文中也指扭曲的纱， 当用于本文时， 含义取决于上下文。
″聚酯″指由二元醇与二羧酸的缩聚合成的任何聚合物。
″径向的″和″径向″用于表示放射状地朝向或离开轮胎旋转轴的方向。
″子午线轮胎″指有带的或环向限制的充气轮胎， 其中从胎圈延伸至胎圈的帘布 按相对于轮胎赤道面成 65 度 -90 度之间的帘线角铺设。
″断面高度 (SH)″指在其赤道面， 从轮胎的标称轮辋直径开始的径向距离。
″侧壁″指胎面与胎圈之间的轮胎部分。
″韧度″是以力 / 每单位未紧张样品的线性密度表示的应力 (gm/ 特或 gm/ 旦尼 尔 )。用于织物。
″拉伸″是以力 / 横截面积表示的应力。以 psi 表示的强度＝ 12,800 乘以比重 乘以每旦尼尔克数表示的韧度。
″胎面″指模塑的橡胶组件， 当粘合至轮胎外胎时， 该组件包括当轮胎正常膨胀 和在正常负荷下时与道路接触的轮胎部分。
″扭曲 (Twisted) ″指每单位长度的纱围绕其轴的匝数 (turns)， 每英寸匝数即 TPI。
″纱″按以下形式存在 ： 1) 扭曲在一起的许多纤维 ； 2) 铺设在一起没有扭曲的许 多长丝 ； 3) 铺设在一起有一定程度扭曲的许多长丝 ； 4) 有或没有扭曲的单一长丝 ( 单丝 ) ； 5) 有或没有扭曲的窄的材料条状物。
附图简述
为了使与本发明最密切相关的领域的技术人员理解， 现在参考附图描述其某些实 施例实施方案。这些实施例实施方案为例示性的， 且可以在本发明的精神和范围内以许多 方式改进， 本发明的精神和范围如在权利要求中限定。
图 1 是本发明使用的充气轮胎的横断面视图。
本发明实施例的详述
参考图 1， 其表示实施例径向胎体充气轮胎 10， 该轮胎具有一对基本上不可延伸 的胎圈芯 11、 13， 它们被在胎圈芯之间延伸的径向胎体层 12 轴向间隔开。 胎体层 12 围绕胎 圈芯 11、 13 中的每一个轴向并向外径向折叠， 由基本上彼此平行并与实施例轮胎 10 的赤道 面 (EP) 成一定角度的帘线增强。
当用于本文时， 实施例轮胎 10 的″赤道面″为垂直于轮胎的旋转轴并穿过轮胎 面 19 的中心的平面。术语″轴向的″和″轴向″是指平行于实施例轮胎 10 的旋转轴的方 向， 术语″径向的″和″径向″是指放射状地朝向或离开轮胎的旋转轴的方向。
胎体层 12 的帘线可以用任何合适的材料例如人造纤维、 聚酯、 聚酰胺或芳族聚酰 胺制备。轮胎 10 的胎冠区域 14 由向内径向位于轮胎面 19 的带状物组件 15 增强。带状物 组件 15 可包含两个同心的带束层 16、 17， 它们各自由钢帘线或其它合适的材料例如芳族聚 酰胺、 玻璃纤维、 PVA、 碳纤维或人造纤维帘线增强的弹性体层组成。在各带束层 16、 17 内， 帘线可基本上互相平行。径向最里面的带束层 16 的帘线与轮胎 10 的赤道面 (EP) 形成 15 度 -30 度之间的角度。然而， 径向最外面的带束层 17 的帘线沿与径向最里面带束层 16 的 帘线对角反方向延伸， 并与轮胎 10 的赤道面 (EP) 形成 -15 度 --30 度之间的角度。
在帘线内， 各纱使其组分长丝扭曲在一起成给定数目的每单位长度纱的匝数 ( 通常表示为 TPI)， 另外， 纱被扭曲在一起成给定数目的每单位长度帘线的匝数。 扭曲的方向是 指当其保持垂直时纱或帘线的螺旋的倾斜方向。如果螺旋的倾斜一致沿字母″ S″的倾斜 方向， 那么扭曲称为″ S″或″左旋″。如果螺旋的倾斜一致沿字母″ Z″的倾斜方向， 那 么扭曲称为″ Z″或″右旋″。 ″ S″或″左旋″扭曲方向应理解为与″ Z″或″右旋″扭 曲相反的方向。″纱扭曲″可理解为是指在纱掺入帘线之前赋予纱的扭曲， ″帘线扭曲″ 可理解为是指当它们互相扭曲在一起形成帘线时赋予两根或多根纱的扭曲。 ″分特″可理 解为是指在纱具有被赋予其中的扭曲之前 10,000 米纱的克重量。
形成覆盖层 18 的螺旋状缠绕条状物， 可径向在外部重叠至最外面的带束层 17， 并 可在带束层 16、 17 的轴向最宽部分上横向延伸。螺旋状缠绕的条状物可由弹性体材料增强 的混合有机帘线例如尼龙制备。尼龙可理解为是脂族聚酰胺 6、 4.6 或 6.6。
用于覆盖的常规增强结构利用″成单一 (by one) ″尼龙构造例如 940/1 分特 4.6S TPI(“每英寸扭曲” ) 或 1400/1 分特 4.6S TPI 作为成本有效的选择。的确， 低扭曲 和相应高模量的″成单一″构造可控制轮胎生长， 限制驻波， 并获得良好的高速性能。
然而， 此类 “成单一” 构造没有达到高性能轮胎的某些高速要求。 因此， 为了达到此 类高速要求， 已经执行常规的″成两种″构造例如 1400/2 分特 6/6TPI、 1400/2 分特 8/8TPI 或 1400/210/10TPI。 期望将″成单一″构造用于覆盖， 可以有效地代替常规的″成两种 (by two)″构 造， 该″成两种″构造更昂贵， 产生和显示通常更低的模量。依照本发明， 高性能轮胎的覆 盖层可具有尼龙增强帘线， 该增强帘线具有 2000-2200/1 分特和 1-10TPI 扭曲 (S 或 Z) 的独 特构造。此外， 依照本发明， 高性能轮胎的另一覆盖层可具有 2400-2600/1 分特和 1-10TPI 扭曲 (S 或 Z) 独特构造的尼龙增强帘线。此外， 依照本发明， 高性能轮胎的还另一覆盖层可 具有 2700-2900/1 分特和 1-10TPI 扭曲 (S 或 Z) 独特构造的尼龙增强帘线。覆盖层还可显 示此类帘线的 10-35EPI(“每英寸经纱数” )。该覆盖层可提供成本有效的织物构造， 同时 与常规 1400/2 分特构造相比， 还达到等于更佳的高速性能。
此外， 由于较高分特纱比较低分特纱便宜， 所以本发明覆盖层的更简单结构可允 许织物生产时间和成本的减少。依照本发明， 更高模量的 2000-2200/1 分特覆盖层构造也 可提供比常规的 1400/2 分特构造更佳的高速性能和更少的 “平点” 。
下表表示本发明 2100/1 分特 4.6S TPI 覆盖帘线构造和其它三种构造的拉伸特性 比较。如表所示， 与常规的 1400/2 分特 6/6TPI 帘线构造相比， 本发明的 2100/1 分特 4.6S TPI 构造提供可接受的拉伸特性， 而生产成本便宜很多。此外， 虽然 2800/1 分特 4.6S TPI 构造 ( 依照本发明的另一构造 ) 具有更理想的拉伸特性， 但它比 2100/1 分特 4.6S TPI 构 造显著更贵。此外， 依照本发明的 2500/1 分特 1-10(S 或 Z)TPI 构造期望产生优于 2100/1 分特 4.6S TPI 构造的拉伸特性， 而比 2800/1 分特 4.6S TPI 构造便宜的多。
在轮胎例如实施例轮胎 10 内， 依照本发明的尼龙增强的螺旋状缠绕的覆盖结构 18 可外部重叠在最外面的带束层 17 上。 螺旋状缠绕的覆盖结构 18 可覆盖径向最外面的带 束层 17 的侧面末端几毫米， 并可沿环向方向提供刚性， 以及在胎面表面上提供均匀的压力 分布。虽然所述覆盖结构 18 在一层上面， 但是它可同样包含第二层， 该第二层临近第一层 并在其外面径向放置。第二层可具有用与第一层相反的手缠绕的其螺旋面， 以便各层的尼 龙帘线以非常小的角度交叉。由于该构造， 所述两层在条状物中可连续而不中断的连续缠 绕。代替与任何邻近的螺旋面 (convolution) 邻接， 螺旋状缠绕的条状物的螺旋面也可与 先前螺旋面具有重叠关系， 该重叠可恒定地或可变地跨越带状物增强结构 15 的宽度， 而不 背离本发明的精神。
此外， 熟知因为轮胎的膨胀在带状物增强结构的中心部分比其肩部大， 所以在扁 平的圆筒形滚筒上建立的轮胎螺旋面在轮胎制备方法的成形和硫化步骤期间经过不同的 伸长。为了使得到的条状物应力差异最小化， 与制备条状物的轮胎肩部分时使用的缠绕张 力相比， 在带状物中心的条状物可用非常小的缠绕张力缠绕。
或者， 在条状物螺旋状缠绕在其上的圆筒形滚筒的表面可给定为轻微的凸形。该 凸形可以尽可能接近地与覆盖层 18 可在成品轮胎中采用的断面辐射状形状相符合， 以便 在成形和固化期间获得在覆盖条状物中心与肩部之间的最小拉伸差异。
未固化的子午线轮胎在轮胎模具中成形期间经过约 3％的膨胀。该成形实现带束 层帘线的伸缩 (pantographing) 和帘线的预拉伸， 这些帘线增强一个或多个胎体帘布层， 只要这些帘线不能围绕胎圈芯滑动。 也可在成形操作期间并通过充分选择未固化的轮胎尺 寸和模具形状， 将实施例轮胎的增强螺旋状缠绕的覆盖结构的尼龙帘线预拉伸。 应理解， 除 成形之外， 160℃ -200℃的固化温度还可实现仅尼龙帘线轻度收缩的效果。
以上结果清楚地证明了依照本发明的教导制备的轮胎的优良高速性能。 虽然已经 举例说明和描述了本发明的特定形式， 但是可以进行各种修改而不背离本发明的精神和范 围， 对本领域的技术人员来讲也将是显而易见的。因此， 除权利要求以外， 本发明将不以任 何方式限定。