用于充气轮胎的纱罗组织结构的层带的制作方法

专利名称：用于充气轮胎的纱罗组织结构的层带的制作方法
技术领域：
本发明总地来说涉及一种充气轮胎，更特别涉及具有纱罗组织冠带层的层状轮胎 结构。
背景技术：
轮胎通常是由一个或多个胎壳构成，胎壳是在壁的内周上具有金属胎圈的大致成 U形的部件。可以通过使钢丝帘布层带围绕胎壳的外周延伸并横跨胎面的宽度为胎壳提供 支撑。这种钢丝层带沿着轮胎的预期旋转方向相对不可延伸，并包括与该方向平行布置或 以小角度布置的钢丝帘布。层带用于限制胎面的移动并使轮胎保持更好的抓地特性。这种 类型的支撑在径向轮胎中尤为重要，其中胎壳由具有沿横向即从胎圈到胎圈的径向相对不 可延伸的加强线的浸胶织物制成。在将钢丝层带并入到轮胎的胎面区域中遇到一些技术难题。一个难题就在于要确 保钢丝与橡胶之间具有较好的粘合力。钢丝层带的离心力可能会使层带很难被粘结在轮胎 中。此外，钢丝层带较大速度的运动会在轮胎中产生过热的温度，从而可能导致胎面破损和 脱层。在轮胎的胎肩区域中，脱层的问题尤其明显。轮胎制造商以前所使用的一个方法就是使用一层沿圆周放置在层带上面的压延 织物。该压延织物还可以与置于轮胎肩部区域上的宽织物带一起使用，使钢丝层带的边 缘保持在轮胎的特定位置上。在Poque等人的于1981年8月18日授权的美国专利号 4，284, 117中可以发现这种类型轮胎的一个例子。为了覆盖轮胎的整个圆周并将其保持在 恰当位置上，现有技术中的织物必须在圆周的某个位置上沿着轮胎的宽度重叠。重叠区域 有助于将现有技术中的织物保持在轮胎圆周的周围。然而，因为这种类型的重叠部分增大 了重量，因此可以重叠的长度受到限制。较短的重叠限制了织物的长度，从而限制了织物提 供给轮胎的强度。此外，织物的重叠部分使胎周周围的织物的厚度不均勻。为了克服这个难题，制造在其中具有纵向布置的帘布的橡胶带，并将其沿着轮胎 的宽度缠绕在层带的周围。在由Pirelli Pneumatic S. P. Α.提交的并于2005年1月13 日公开的W02005/0(^823中可以发现该类型轮胎的一个例子。连续的带可以提供更大的强 度。然而，带的橡胶使纵向纱线以间隔开的关系布置，因而不能阻止因物件介入纱线之间的 区域而使纱线分离。本发明提供一种消除或减轻现有技术中上述难题的方法。

发明内容
本发明涉及一种充气轮胎，包括胎面，具有至少一个置于胎面下面的层带的胎壳，和位于胎壳与胎面之间的冠带层。该冠带层包括至少一层具有松散结构的纱罗组织带， 其具有沿纵向的一对经线和一个沿纬线方向的纬线。经线对包括第一经线和第二经线，其 中第二经线具有第一经线拉伸力的大约-40%的拉伸力，其中第二经线处于张紧状态， 其中第二经线具有大于2%断裂的伸长率。平纹的纱罗组织带被布置在层带区域中的胎壳 圆周的周围。本发明还公开一种制造充气轮胎的方法。


现在将参考附图以举例的方式描述本发明的一个实施方式，其中图1是示出本发明一个实施方式的充气径向轮胎的局部剖视图；图2是与图1对应的横截面图；图3是图1所示轮胎中所使用的纱罗带的局部剖视放大图；图4是在构建轮胎之前纱罗带的放大剖视侧面图；图5是在构建轮胎之后纱罗带的放大剖视侧面图；图6是示出力与纱罗组织带的伸长特性之间关系的曲线图；图7是根据本发明另一个实施方式的充气轮胎的局部剖视图。
具体实施例方式现在参考附图特别是图1和图2，图中示出轮胎100，其包括通过胎肩108连接到 胎面500上的侧壁107。轮胎100包括由胎面500覆盖的胎壳200。在图1和图2中，轮胎 100是径向轮胎。然而，本发明并不局限于径向轮胎，还可用于其它轮胎结构中。胎壳200 由在轮胎内周处终止于金属胎圈220中的一层或多层轮胎帘布210构成，至少一个层带230 周向围绕在胎面500区域中的轮胎帘布210周围。轮胎帘布210是浸胶机织物，具有由相对 不能延伸的加强线211制成的经线。在图1所示的轮胎中，胎壳200被构造成使得加强线 211大致沿轮胎100的预期旋转方向R的径向延伸。层带230由钢丝加强经线等相对不能 延伸的经线材料231制成，沿着轮胎的预期旋转方向R延伸，或者通常稍微与该方向呈一定 角度延伸。不能延伸的经线材料231的角度可以随着构造或应用方法进行变化。层带230 延伸轮胎的胎面500的宽度，终止于轮胎100的胎肩108区域(即胎面500与侧壁107相 交的区域)的边缘232中。在本发明中，纱罗冠带层300位于层带230与胎面500之间。纱罗冠带层300由 以扁平旋转形式沿周向缠绕在轮胎100的胎壳200周围的纱罗带310构成。在一个实施方 式中，纱罗带310在轮胎的边缘上比在轮胎中部缠绕得更密。如图3所示，纱罗带310包括 一对经线即第一经线311和第二经线313，和纬线312。纱罗组织是经线对中的经线(311， 313)被布置成在纬线312的投纬(pick)之间一根经线缠绕在另一根经线周围的编织物。 纱罗组织为松散组织织物，提供纱罗带310的紧实和强度，防止经线和纬线的滑动和移位。 第一和第二经线311、313沿着纱罗带310纵向延伸，由于纱罗带310缠绕在胎壳200上，因 而第一和第二经线311、313也缠绕在胎壳200上。由第一和第二经线311和313为纱罗冠 带层300提供大部分的加固。第一经线311和第二经线313由不同的材料制成，使得第二经线313具有第一经 线311拉伸力的大约-40%的拉伸力，第二经线具有大于2%断裂的伸长率并处于张紧状态。拉伸力是拉伸一定量的纱线所需的力，或者应力-应变曲线的斜率。在一个优选实 施方式中，第二经线313具有第一经线311拉伸力的大约1.5%-20%的拉伸力。在编织之 后，两根经线具有不同程度的卷曲，第二经线具有少于第一经线的卷曲。如图4所示，在编 织时，第二经线313具有比第一经线311少得多的卷曲。实现该目的的一种方法是以不同的 张力来编织两根经线，以比第一经线311大得多的张力来编织第二经线。例如可以使用双 织轴纱罗编织机(two-beam Ieno weave machine)来实现上述操作。其它方法包括，但不 限于，在浸渍、树脂化处理和热固过程中改变经线和冠带层上的张力。在随后对纱罗带施加 拉力时，第二经线313伸长直到卷曲被去除，而第一经线311如图5中的纱罗带310所示。如图6所示，纱罗带310的力/伸长曲线包括具有较低模量的第一段，并具有向具 有较高模量的第二段过渡的部分。在纱罗带伸长的前段(大约0-2%)，纱罗带的模量由第 二经线313的模量特性支配，如曲线图中的610区域所示。一旦织物被伸长到第一经线31 基本上是直的且基本上没有卷曲(在此没有卷曲被定义为在纱线中没有大于纱线直径两 倍的弯曲)的点时，由第一经线311的模量特性支配，如曲线图中的620区域所示。在去除 第一经线的卷曲的过程中，纱罗带的伸长率由曲线的第一段来表示。在第一经线的卷曲被 去除之后纱罗带的伸长率由第二段表示。图6示出纱罗带310对应伸长率百分比的力(牛顿)(纱罗带上具有所覆盖织物 重量的25%的增粘剂和胶粘剂的涂层，并且每厘米具有7根纱线)，所示的上、下线示出预 期特性的边界。上边界线605和下边界线603示出如上所述的纱罗冠带层的优选牛顿/伸 长率曲线。线601示出用于一个应用的一个优选的冠带层纱罗带的特性。在某些实施方式 中，在带上的涂层具有织物重量的大约2-40%。优选地，具有涂层的7根纱线的纱罗带的 力-伸长率特性是在伸长率为2%时大约50-500N，伸长率为4%时大约350-2000N。优选 地，纱罗带310具有非弹性变形。曲线图示出在区域610和区域620之间伸长率为大约2% 时出现拐点。该拐点可因产品的预期特性而移动，例如该拐点可以位于大约1-4%处。在制造轮胎的过程中，将纱罗带310缠绕在胎壳上。少量的伸长在制造轮胎的各 个工艺中是必要的，例如在将由冠带层缠绕的胎壳从缠绕的心轴上去除时。如图6中线的 第一段所示，第一段中的纱罗带310的伸长特性容许轮胎制造工艺中所需的少量拉伸。下 部的线示出预期结果的下部边界线，上部的线示出预期结果的上部界线。优选地，该伸长率 为大约2%。在将缠绕的胎壳从心轴上去除之后，拉伸纱罗带310使得第一经线311伸直， 图5示出织物的侧视图。在此情况下，纱罗带310的优选情形是，力/伸长率曲线从图6中 的过渡点开始提供用于抵抗伸长的增大的力。在过渡点之后需要增大对应每百分比伸长率 的力，来形成结构可靠的充气轮胎。选择第一经线311以使纱线为纱罗冠带层300提供预期的强度，以防止层带230 在轮胎100中向外移动，并保护轮胎100中的橡胶不受层带230尖部的破坏。第一经线311 可以是复丝，并由会约束层带230的材料构成。第一经线优选地具有大约25-153GPa，更优 选地大约50-110GPa的模量。低模量的纱线可能因考虑强度而会被需要，但是在某些应用 中因具有较大轮廓而不是所预期的。在一个优选实施方式中，第一经线311包括芳族聚酸 胺。优选地，第一经线每米具有大约80-300个捻回，更优选地为每米大约100-250个捻回。 每米的捻回数的变化可影响对应伸长率的力，如图6所示。如果第一经线具有较少的捻回， 则曲线图的第二段(从2%或以上开始)会具有较大的斜率，如果第一经线具有较多的捻回，则曲线图的第二段(从2%或以上开始)会具有较平的斜率。在一个实施方式中，第一 经线311可以是混纺纱。这些混纺纱由具有不同纤维材料(例如棉和尼龙)的至少两种纤 维构成。这些不同的纤维材料可产生具有不同化学和物理特性的混纺纱。混纺纱能够改变 所使用的最终产品的物理特性。某些优选的混纺纱包括含有尼龙纤维的芳族聚酸胺纤维、 含有人造纤维的芳族聚酸胺纤维、以及含有聚酯纤维的芳族聚酸胺纤维。在一个实施方式 中，作为与尼龙、人造纤维或聚酯纤维组合的芳族聚酸胺纤维的复合第一纱311，与尼龙或 聚酯纤维等低模量纱线的较细第二纱线313配对。复合第一纱线311的特性与构成其的纱 线的特性相同，但是两种类型纱线的组合提供了特殊的力-伸长率曲线，例如如图6所示。 对于复合第一纱线311，纱线中捻回的数量越大，则图6中所示的曲线越平。为了能够制造，第二经线313在纱罗带310的第一经线311中提供卷曲(一旦将 由冠带层缠绕的胎壳从心轴上去除，则卷曲基本上变成零)。一个实施方式中的第二经线 313具有5-lOGI^a的模量。优选地，第二经线是尼龙(包含尼龙6、尼龙6，6、尼龙4，6、尼龙 4，10)。第二经线313优选地具有大约80-300个捻回/米，更优选地为大约100-250个捻 回/米。在一个实施方式中，第二经线313可以是混纺纱。这些混纺纱由具有不同纤维材 料的至少两种纤维(例如棉和尼龙)构成。这些不同的纤维材料可以产生具有不同化学和 物理特性的混纺纱。混纺纱能够改变使用该混纺纱的最终产品的物理特性。一些优选的混 纺纱包括含有尼龙纤维的芳族聚酸胺纤维、含有人造纤维的芳族聚酸胺纤维、以及含有聚 酯纤维的芳族聚酸胺纤维。纬线312使经线311和313保持预期的间隔关系。纬线312可以是短纤维的纺织 纺纱、复纱、和/或单纱。用于纬线312的适宜材料的优选例子包括棉、人造纤维、聚酯纤 维、聚酰胺、芳族聚酸胺纤维(包括对芳族聚酸胺纤维和间芳族聚酸胺纤维)、尼龙、多乙酸 乙烯脂聚乙烯醇、尼龙(包含尼龙6、尼龙6，6和尼龙4，6)、ΡΒ0,和PEN。纱罗带310优选地被构建成具有大约5-25毫米的宽度。更优选地，纱罗带310被 构建成具有大约7-15毫米的宽度。本发明人已发现纱罗带310的宽度对于在轮胎100的 胎壳200的表面上形成均勻扁平的纱罗带层是至关重要的。如果在螺旋缠绕工艺中使用纱 罗带310，则较宽的带子会因材料的多余宽度而使缠绕的前缘弯曲。较短的宽度会给制造 轮胎带来困难，因为在缠绕工艺中必需以多余的圈数，获得纱罗带310对胎壳200的预期覆盖。
纱罗带310是一种松散结构织物，其使橡胶可以渗透到轮胎100中以得到更好的 接合结构。纱罗带310所使用的织物的松散度通常由第一、第二经线311和313的间隔和 特征来决定。纬线312通常按需要间隔以保持经线311和313的位置。优选地，该织物具 有40-75经线对/分米和10-30纬线对/分米，第一经线是1100/2分特芳族聚酰胺，第二 经线是470/1分特尼龙，而第三纬线是1220/1分特人造纤维。在一个实施方式中，由经线 和纬线构成的松散度是这样的，即该松散度为平均松散尺寸的大约士5%以内。在另一个实 施方式中，织物是与上述材料相同的每分米讨经线/22纬线的织物，经线对311、313间隔 大约0. 95毫米，纬线312之间间隔大约3. 66毫米，以提供3. 48mm2的平均开孔尺寸。在又 一个实施方式中，织物是具有相同纱线材料的每分米20经线/10纬线的织物，经线311和 313的经线对间隔大约4. 31毫米，而纬线312间隔大约9. 94毫米，以提供42. 84mm2的平均 开孔尺寸。在另一个实施方式中，织物是具有相同纱线材料的每分米75经线/30纬线的织物，经线311和313的经线对间隔大约0. 43毫米，而纬线312之间间隔大约2. 36毫米，以 提供LOlmm2的平均开孔尺寸。如果以平面螺旋形状使用纱罗带310，则该形状典型地需要超过3整圈纱罗带310 围绕在轮胎100的胎壳200周围。纱罗带310的长度依赖于轮胎100的直径、纱罗带310 的宽度，以及由纱罗带310提供的覆盖量。纱罗冠带层300中的纱罗带310的大致最小长 度，即只有一层纱罗带310而不包括缝隙或搭接区域，可以根据以下公式来计算长度=2 9rw/t其中θ是3. 14，r是轮胎的半径，w是需要覆盖的轮胎区域的宽度，而t是带的宽 度。例如，对于185/60/R14轮胎，13毫米宽的纱罗带310具有大约15米的最小直线长度， 并可以具有大约2-3米的余量以使其搭接到胎肩区域。通过使纱罗带310最外层经线对的第一和第二经线311和313沿着纱罗带310的 长度作为连续的未切断纱线纵向延伸来构建纱罗带310，将赋予纱罗带310较大的强度。还 可以通过将所有的第一和第二经线311和313沿着纱罗带310长度作为连续的未切断纱线 纵向延伸来构建纱罗带310，以赋予纱罗带310更大的强度。优选地，可以使用增粘剂来对纱罗带310进行处理。典型的增粘剂包括苯二酚甲 醛乳胶(RFL)、异氰酸盐基材料、环氧基材料、酚醛树脂，以及基于三聚氰胺甲醛树酯的材 料。纱罗带310还可以具有带粘性的外表面，用于在生轮胎的制造过程中涂布粘合 剂、生粘胶(green tack)。带粘性的外表面材料的选择在很大程度上依赖于轮胎所使用的 材料，技术人员根据其普通知识可以很容易地适当确定。可以通过各种方法来得到带粘性 的外表面，例如，用未硫化橡胶组合物溶剂的溶液或其它增粘剂来在织物上涂布树脂和橡 胶网(rubber lattice)的含水混合物等。优选地，当纱罗带310被放置在轮胎100的胎壳200上时，纱罗带310边靠边地布 置，并缠绕在轮胎100的整个层带230区域的周围。在一个实施方式中，纱罗带310缠绕在 轮胎100的胎壳200的周围，使得纱罗冠带层300延伸到层带230的边缘之外，并处于轮胎 100的胎肩108的区域之下。利用纱罗带310使带230的边缘232重叠，以便在温度过高时 对带230的边缘232提供支撑。此外，纱罗冠带层300可以包括多层，例如，两层、三层，或者更多层的纱罗带310， 缠绕在胎壳200的层带230上以提供额外的强度。在一个实施方式中，纱罗带310在轮胎 100的胎肩108区域被布置成双层，为带230的边缘232提供附加的强度。在另一个实施方 式中，纱罗冠带层300可以具有两层纱罗带310，将层带230固定在轮胎100的整个宽度上。 当纱罗冠带层300使用超过一层的纱罗带310时，将未硫化橡胶层置于两层纱罗带310之 间以确保良好的结合。此外，在使用多层纱罗带310的实施方式中，纱罗带310的多层可以 交错，使得纱罗带310的上带覆盖下层中纱罗带310的边缘。本发明的纱罗冠带层300可以在其下面使用单层带、双层带(如图1和图2所示)， 或者两个以上的层带。在图7所示的本发明的一个可选实施方式中，轮胎100可以具有多 个层带230和250用于纱罗冠带层300和350，布置在每个层带上形成交替的层带和冠带 层。在一个可选的实施方式中，纱罗冠带层300还可以搭接下面层带的边缘，并且/或者具 有多层纱罗带310 (其也可以交错布置以使上带搭接下带的边缘)。
纱罗带310的形成以获得织物的原纱开始。接着，将纱线扭转以提供附加的机械 弹力。在扭转之后，将第一经线311和第二经线313布置在两个织轴上以形成织物。利用 纱罗织造法来形成织物，织造时将经线对适当隔开，第二经线313通常具有比第一经线311 大得多的张力。以较大宽度例如61. 4英寸形成织物。在形成织物之后，利用RFL处理等增 粘剂对织物进行织物整理。如果需要增粘的加工表面，在用增粘剂对织物整理后进行。将 成品织物分成特定宽度的纱罗带310以放置在线轴上。将纱罗带310横向缠绕在硬纸管上 以便在制造轮胎100的过程中为随后去除纱罗带310提供方便的包装。在轮胎的成形工艺中，胎壳200由轮胎帘布210、金属胎圈220，和层带230构成。 在形成胎壳200之后，从包装上将纱罗带310缠绕在层带230上以形成纱罗冠带层300。在 将纱罗冠带层300放置在胎壳200上之后，将经缠绕的胎壳去除，并将纱罗冠带层拉伸大约 2%，以使第一经线311基本不具有弯曲。然后将胎面500模压到组件上，轮胎100完成。本发明克服了现有技术中的难题。由于纱罗带具有的扁平螺旋形状，因此没有沿 着轮胎宽度延伸的重叠区域。同时，将纱罗带缠绕在轮胎圆周的周围很多圈，为层带提供更 强的加固效果。此外，带的纱罗组织确保经线固定在纬线上，能更有效防止经线分离。
权利要求
1.一种充气轮胎，包括胎面；胎壳，具有置于所述胎面下面的至少一个层带；和位于所述胎壳和胎面之间的冠带层，其中所述冠带层包括至少一层松散结构的纱罗组 织带，该纱罗组织带具有沿纵向的一对经线和沿纬度方向的纬线，其中所述一对经线包括 第一经线和第二经线，其中所述第二经线具有第一经线拉伸力的大约-40%的拉伸力， 其中所述第二经线处于张紧状态，其中所述第二经线具有大于2%断裂的伸长率，并且其中 所述纱罗组织带以平坦形式在层带区域中围绕胎壳的圆周布置。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其中所述第一经线基本上不具有卷曲。
3.如权利要求1所述的充气轮胎，其中所述第一经线包括芳族聚酸胺。
4.如权利要求1所述的充气轮胎，其中所述第二经线包括尼龙。
5.如权利要求1所述的充气轮胎，其中所述第一经线包括混纺纱。
6.如权利要求1所述的充气轮胎，其中所述第二经线包括混纺纱。
7.一种充气轮胎，包括胎面；胎壳，具有置于所述胎面下面的至少一个层带；和位于所述胎壳和胎面之间的冠带层，其中所述冠带层包括至少一层松散结构的纱罗组 织带，该纱罗组织带具有沿纵向的一对经线和沿纬度方向的纬线，其中所述一对经线包括 具有大约25-153GI^模量的第一经线和具有大约5-10GI^模量的第二经线，其中所述第二 经线处于张紧状态，其中所述第二经线具有大于2%断裂的伸长率，并且其中所述纱罗组织 带以平坦形式在层带区域中围绕胎壳的圆周布置。
8.如权利要求7所述的充气轮胎，其中所述第一经线具有大约50-110GPa的模量。
9.如权利要求7所述的充气轮胎，其中所述第一经线基本上不具有卷曲。
10.如权利要求7所述的充气轮胎，其中所述第一经线包括混纺纱。
11.如权利要求7所述的充气轮胎，其中所述第二经线包括混纺纱。
12.一种制造充气轮胎的方法，包括提供纬线和一对经线，其中所述一对经线包括第一经线和第二经线；编织纱罗组织织物，所述纱罗组织织物包括至少一层松散结构的纱罗组织带，所述纱 罗组织带沿纵向具有所述一对经线，沿着纬度方向具有所述纬线，其中所述第二经线以比 所述第一经线大的张力来编织，以使在所述纱罗组织织物中第一经线是卷曲的；将所述纱罗组织织物以平坦形式围绕胎壳的圆周置于层带区域中以形成冠带层；拉伸纱罗组织织物去除第一经线的卷曲；以及将胎面围绕所述冠带层贴合。
13.如权利要求12所述的方法，其中在编织纱罗组织织物之后和拉伸纱罗组织织物之 前，所述第一经线具有比第二经线更多的卷曲。
14.如权利要求12所述的方法，其中在拉伸纱罗组织织物之后，所述第一经线基本上 不具有卷曲。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述第二经线具有所述第一经线拉伸力的大约 1-40%的拉伸力。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述第一经线具有大约25-153GPa的模量。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述第二经线具有大约5-lOGPa的模量。
18.—种制造充气轮胎的方法，包括编织纱罗组织织物，所述纱罗组织织物包括至少一层松散结构的纱罗组织带，所述纱 罗组织带具有沿纵向的一对经线和沿着纬度方向的纬线，其中所述一对经线包括第一经线 和第二经线，其中所述第二经线具有第一经线拉伸力的大约-40%的拉伸力，其中所述 第二经线处于张紧状态，其中所述第二经线具有大于2%断裂的伸长率，以使在所述纱罗组 织织物中第一经线具有比第二经线更多的卷曲；将所述纱罗组织织物以平坦形式围绕胎壳的圆周置于层带区域中以形成冠带层； 拉伸纱罗组织织物以去除第一经线的卷曲；以及 将胎面围绕所述冠带层贴合。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一经线具有大约25-153GPa的模量。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述第二经线具有大约5-lOGPa的模量。
全文摘要
一种充气轮胎，包括胎面(500)，具有至少一个置于胎面下的层带(230)的胎壳(210)，和位于胎壳与胎面之间的冠带层(300)。该冠带层包括至少一层具有松散结构的纱罗组织带，其具有沿纵向的一对经线(311、313)和一个沿纬线方向的纬线(312)。经线对包括第一经线(311)和第二经线(313)，其中第二经线具有第一经线拉伸力的大约1％-40％的拉伸力，其中第二经线处于张紧状态，其中第二经线具有大于2％断裂的伸长率。平纹的纱罗带置于层带区域中的胎壳圆周的周围。本发明还提供一种制造充气轮胎的方法。
文档编号B60C9/22GK102105314SQ200980129317
公开日2011年6月22日 申请日期2009年5月27日 优先权日2008年5月29日
发明者丹尼.F.米基尔斯, 博德维津.斯诺沃尔特, 威利.德拉诺伊, 彼得.埃克霍特, 约翰.佩谢克 申请人:美利肯公司