轻量轮胎的制作方法

本发明涉及轮胎，更具体地，涉及具有轻质泡沫部件的乘用子午线轮胎或高性能轮胎。

背景技术：

充气轮胎通常包括一对轴向隔开的不能伸展的胎圈。周向布置的胎圈填料三角胶芯从各自相应的胎圈径向向外延伸。至少一个胎体帘布层在两个胎圈之间延伸。胎体帘布层具有轴向相对的端部，每个端部绕着相应的胎圈反包并固定到相应的胎圈。胎面胶和胎侧胶分别位于胎体帘布层的轴向外侧和径向外侧。

胎圈区是轮胎的一部分，其贡献了轮胎滚动阻力的很大部分，由于周期性挠曲该部分也导致热积聚。在严峻运行情况下，就泄气保用轮胎和高性能轮胎而言，胎圈区域中的挠曲和发热会特别成问题，导致具有不同性能，比如具有各自的弹性模量，的互邻部件分离。尤其，帘布层反包端可能容易与相邻的轮胎结构元件分离。

常规帘布层可利用比如尼龙、聚酯、人造丝、和/或金属的材料加强，这些材料具有比制成轮胎主体的相邻的橡胶化合物大很多的刚度（也就是，弹性模量）。在使用期间，当轮胎受压并变形时，互邻的轮胎元件的弹性模量差异可导致分离。

多种结构设计方案被使用以控制轮胎元件在轮胎胎圈区域中的分离。例如，一种方法是：提供包围胎圈和胎圈填料的“胎圈芯包布”。胎圈芯包布充当阻止帘布层与不能伸展的胎圈直接接触的隔离层，允许帘布层和相应的胎圈之间一定程度的相对运动，其中帘布层从胎圈下方向上翻。在作为隔离层的这个作用中，胎圈芯包布可减小帘布层上的应变和相邻轮胎橡胶部件（例如，填料三角胶芯、胎侧胶、胎圈区域中的橡胶部件、和帘布层自身的弹性体部分）上的应变的差异。

技术实现要素：

根据本发明的轮胎具有旋转轴线。轮胎包括：用以附接到车辆轮辋的两个不能伸展的环形胎圈结构；具有至少一个加强帘布层的胎体状结构，胎体状结构围绕两个胎圈结构缠绕；在胎体状结构的径向外侧布置的胎面；和在胎体状结构和胎面之间径向地布置的剪切带结构。两个胎圈结构包括至少一层轻质泡沫材料。

根据轮胎的另一方面，轻质材料的开孔通过轴向延伸的壁维持。

根据轮胎的又一方面，轮胎是充气轮胎。

根据轮胎的再一方面，轮胎是非充气轮胎。

根据轮胎的又一方面，至少一层进一步包含布置在其上的附着力促进剂。

根据轮胎的再一方面，轻质泡沫包含至少两种不同的材料。

根据轮胎的又一方面，剪切带结构是带束层结构。

根据轮胎的再一方面，轻质泡沫材料是吸音材料。

根据轮胎的又一方面，轻质泡沫材料是设计成以特定音频为目标的开孔隔音材料。

根据轮胎的再一方面，轻质泡沫材料是具有用于有效吸收空气载声的复杂孔隙几何形状的开孔结构。

定义

“三角胶芯”或“胎圈填料三角胶芯”表示径向地位于胎圈芯上方且在帘布层与反包帘布层之间的弹性填料。

“轴向的”和“轴向地”表示平行于轮胎旋转轴线的线或方向。

“胎圈”或“胎圈芯”通常表示包含与将轮胎保持到轮辋有关的径向内胎圈的环形抗拉构件的轮胎部分;胎圈由帘布层帘线包绕并且成形为带有或不带有其它加强元件，比如胎圈芯包布、胎跟加强层、三角胶芯或填料、护趾胶和胎圈包布。

“胎体”表示除带束层结构、胎面、帘布层之上的底胎面之外的轮胎结构，但是包括胎圈。

“外胎”表示除胎面和底胎面之外的轮胎的胎体、带束层结构、胎圈、胎侧和所有其它部件，即，整个轮胎。

“空心微珠（cenosphere）”表示轻质惰性的空心球，例如，其大部分由二氧化硅和氧化铝制成并填充有空气或惰性气体（例如，作为热电厂中煤燃烧的副产品产生的）。

“胎跟加强件”指的是位于胎圈区中的一窄条织物或钢丝帘线，其功能是加强胎圈区并稳定胎侧的径向最内侧部分。

“周向”大多数情况下表示沿着与轴向方向垂直的环形胎面表面的周长延伸的圆形线或方向；它还可以指其半径限定胎面的轴向曲率的多组相邻圆曲线的方向，如在断面图中所视。

“帘线”表示用以加强帘布层和带束层的包括纤维的加强线束之一。

“赤道面”表示垂直于轮胎的旋转轴线并穿过其胎面中心的平面；或者含有胎面周向中心线的平面。

“胎圈芯包布”指的是用于强度并将胎圈金属丝系在轮胎本体中的绕着胎圈金属丝的加强织物。

“规格尺寸”一般指的是测量值，具体指厚度。

“内衬”表示形成无内胎轮胎的内表面的弹性体或其它材料的一层或多层，其含有轮胎内的充气流体。

“横向”表示平行于轴向方向的方向。

“标准负荷”表示由适当的标准组织为轮胎使用情况选定的特定设计充气压力和负荷。

“帘布层”表示由涂覆有橡胶的径向配置或以其它方式平行的帘线构成的帘线加强层。

“径向的”和“径向地”表示在径向方向上朝着或远离轮胎的旋转轴线的方向。

“子午线帘布层结构”表示一个或多个胎体帘布层，或其至少一个帘布层具有相对于轮胎的赤道面定向在65°和90°之间的角度的加强帘线。

“子午线轮胎”表示带束的或周向地限制的充气轮胎，其中，至少一个帘布层具有相对于轮胎赤道面以在65°和90°之间的帘线角铺设的从胎圈延伸至胎圈的帘线。

“断面高度”表示在轮胎赤道面上从名义轮辋直径到轮胎外直径的径向距离。

“断面宽度”表示以标准压力对轮胎充气24小时之时或之后，但并未承载的情况下，平行于轮胎轴线且位于其胎侧的外部之间的最大直线距离，不包括由于标签、装饰或保护带而导致的胎侧升高。

“胎侧”表示轮胎在胎面与胎圈之间的部分。

“护趾胶”指的是轮胎的每个胎圈轴向内侧的周向配置的弹性体的轮辋接触部分。

“胎面宽度”表示包括轮胎旋转轴线的平面内的胎面表面的弧长。

“反包端”表示胎体帘布层从被帘布层包绕的胎圈向上翻（即径向向外翻）的部分。

附图说明

在结合附图仔细思考下列说明后，本发明的结构、操作和优点将变得更加明显，其中：

图1表示用于与本发明一起使用的示例轮胎的示意性断面图；

图2表示图1所示的示例轮胎的胎圈区域的示意性细部图；

图3表示用于与本发明一起使用的另一胎圈区域的示意性细部图；以及

图4表示根据本发明的示例胎圈区域的示意性细部。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于与加强部件一起使用的示例轮胎10。这些部件可被用在充气轮胎和非充气轮胎中。美国专利7,992,611中描述了示例轮胎10，其全部内容通过引用的方式被并入本文中。示例轮胎10具有胎面12、内衬23、包含带束层18、20的带束层结构16、具有单个胎体帘布层14的胎体22、两个胎侧15、17、和包含胎圈填料三角胶芯26a、26b和胎圈28a、28b的两个胎圈区域24a、24b。示例轮胎10适合于例如安装在乘用车的轮辋上。胎体帘布层14包括一对轴向相对的端部30a、30b，每个端部被固定到胎圈28a、28b中的相应一个上。胎体帘布层14的每个轴向端部30a或30b向上且围绕相应的胎圈28a、28b翻到足够锚固各个轴向端部30a、30b的位置，如图2中详细所见。

胎体帘布层14可以是浸胶帘布层，具有多个大致平行的由像聚酯、人造丝或相似的适合的有机聚合物这样的材料制成的胎体加强构件。胎体帘布层14接合两个胎圈芯包布32a、32b的轴向外表面。

图3以断面图示出根据本发明的用于与加强部件一起使用的另一示例轮胎的胎圈区域。胎体帘布层50包绕胎圈52b并通过胎圈芯包布54与胎圈隔开。胎圈芯包布54可以是围绕胎圈52b且在胎体帘布层50从胎圈下方向上翻的部分内侧布置的织物层。胎圈芯包布54可具有介于刚性金属胎圈52b与不那么刚性的胎体帘布层50之间的物理性质（比如弹性剪切模量）。因此，胎圈芯包布54可用作隔开胎圈52b与胎体帘布层50的有效的应变消除层。胎体帘布层50可利用金属加强。

图3的示例轮胎还可具有胎跟加强层56，其位于胎圈区中用于加强胎圈区并稳定胎侧57的轴向最内侧部分。以下分开讨论胎圈芯包布54和胎跟加强层56、以及联合它们的补片58，然后讨论它们与彼此的工作结合。

胎圈芯包布54包绕胎圈52并径向向外延伸到示例轮胎的胎侧区域中。胎圈芯包布54的轴向内侧部分55终止在胎圈填料三角胶芯59b内。胎圈芯包布54的轴向外侧部分60b处于在径向上超过反包端62b，反包端自身定位成在径向上超过胎跟加强层56（以下单独讨论）的径向最外所及距离。胎体帘布层50的反包端62b的轴向最外侧部分62b可径向向外延伸超过轮辋70的轮辋凸缘72的顶部约15-30毫米。

如图3所示，胎圈芯包布54可配置在胎圈52b周围，胎圈自身在示例轮胎内周向布置。胎圈芯包布54的轴向内侧部分55可从胎圈52b径向向外延伸到大约轴向邻近轮辋70的轮辋凸缘72顶部的位置。在轴向向外侧上，胎圈芯包布54可从胎圈52b径向向外延伸到轮辋凸缘72上方的末端60b。胎圈芯包布54的末端60b的径向最外所及距离可延伸超过反包端62b的径向最外可及距离约7-15毫米之间。胎圈芯包布54可被称作“有效的”，因为它有效吸收（即，在轮胎挠曲期间）在相对刚性的胎圈52b和相对不那么刚性的胎体帘布层50之间的差异应变。

胎跟加强层56可邻近胎体帘布层50的包绕胎圈52b的部分布置。更具体地，胎跟加强层56可布置在胎体帘布层50部分的与胎圈芯包布54相反的一侧。胎跟加强层56的轴向最内侧部分处在胎圈区域的在轮胎安装在轮辋70上时将距离轮辋的圆柱部分74最近的部分中。胎跟加强层56的轴向和径向最外侧部分处在胎圈区域的在轮胎安装在轮辋70上时将在轮辋70圆形部分轴向内侧的部分中，通过比如护趾胶64的胎胶与轮辋的圆形部分隔开。

换句话说，如图3中可见，胎跟加强层56围绕胎体帘布层50的径向最内侧部分周向地布置，在此处胎体帘布层在胎圈52b下方向上翻。胎跟加强层56可径向向外延伸，差不多与胎体帘布层50的反包端62b平行。

胎跟加强层56保护胎体帘布层50包绕胎圈52b的部分免受隔开胎跟加强层与轮辋70的橡胶中的应变。胎跟加强层56加强胎圈区并稳定胎侧57的径向最内侧部分。换句话说，胎跟加强层56可以以如下方式吸收变形以使从轮辋70向内发生的应力引发的切应变通过护趾胶64到胎跟加强层最紧邻于刚性胎圈52b地方的胎体帘布层50的反包部分62b的传递最小化。

图3所示的补片58在胎圈52b周围周向布置，以这样的方式以便覆在胎跟加强层56的径向最外侧区域68和胎体帘布层50的反包端62b上。补片58执行与胎跟加强层56和有效的胎圈芯包布54相似的功能。更具体地，补片58可吸收橡胶部件中的切应力，否则这些切应力可能引起柔性的橡胶与胎跟加强层56和胎体帘布层50的不那么柔性的材料的分离。例如，补片58可由尼龙织物制成。补片58的径向最外侧部分67可达到最小水平，比如延伸高于胎圈芯包布54的上端60b至少5mm，且优选高出10-15mm。补片58的径向最内侧部分可与胎跟加强层56重叠约10mm。

胎圈芯包布54与胎跟加强层56合并的净效应是提供应变缓冲部，其缓和或吸收差异切应变，否则如果胎圈芯包布和胎跟加强层不存在，差异切应变将导致具有不同弹性剪切模量的相邻材料分离。另外，通过包含比用于带胶条的标准构造更少数目的部件，该加强构造可增进轮胎的耐久性。

以上描述的结构中的一些，比如带束层18、20、三角胶芯26a、26b、胎圈芯包布32a、32b、54、胎跟加强层56、补片58、和护趾胶64，可由轻质材料构成。轻质材料可替代这些橡胶部分或部件18、20、26a、26b、32a、32b、54、59b、56、58、64。例如，常规三角胶芯26a、26b、59b可被根据本发明的三角胶芯100b替代。于是，这样的三角胶芯100b可包含轻质材料。轻质材料可以是聚对苯二酸酯（pet）泡沫、聚乙烯-对苯二酸酯泡沫、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚异氰脲酸酯泡沫、通过利用称为微珠（微球体）的中空颗粒填充金属、聚合物、树脂、和/或陶瓷基而合成的复合泡沫塑料、和/或其它适合的材料。微球体可以是各种各样的尺寸和材料，包括玻璃、空心微珠、碳、和/或聚合物。这样的复合泡沫塑料可满足所要求的力学性能，同时还非常轻质。

三角胶芯100b可限定轻量结构，同时还具有可超过常规三角胶芯化合物的足够的强度和刚度。可实现显著的重量减轻，通过替换三角胶芯的当前构造，允许带有这样三角胶芯100b（图4）的轮胎不那么依赖于橡胶化合物，从而减轻轮胎整体的重量。轻质材料也可被用在轮胎的其它区域中，比如例如在轻质材料的性能允许这样的轮胎体系的构造的限度下用在部件18、20、32a、32b、54、56、58、64中。

轻质泡沫的疲劳和强度对重量比可相似于或大于常规组成材料。轻质材料还可减小轮胎整体的总迟滞，并因此减小滚动阻力。这样的三角胶芯100b可减少成本并由比如pet的循环使用的材料构成。

轻质材料的一个例子是设计用于各种不同的声学应用中使用的常规吸音体，比如us9,174,363中公开的吸音体，其全部内容通过引用的方式被并入本文中。轻质材料可以是具有振动衰减和振动解耦两种性能的高性能吸音屏障。轻质材料可以是设计成以特定音频为目标的开孔隔音材料。开孔结构可具有用于有效吸收空气载声的复杂的孔隙几何形状。轻质材料可具有高密度，同时具有高流动阻力。

因此，根据本发明的三角胶芯100b可滚动阻力。这样的结构会明显更轻，但仍具有足够的强度和刚度以满足或超过轮胎性能要求。如以上所说的，通过利用轻质材料的空隙或孔替代这些结构中的橡胶，该方案可因此实现显著的重量减轻，并且不那么依赖于橡胶。轻质材料的声学应用展现出在非常轻重量下的卓越力学性能。

根据本文中提供的本发明的描述，本发明的变型是可能的。尽管为了示例主题发明的目的示出了特定的代表性实施例和细节，但在不偏离主题发明范围的情况下可在其中作出各种变化和修改对本领域技术人员将是显而易见的。因此，将理解的是，可在所描述的特定实施例中作出变化，其将在由后附的权利要求限定的本发明的全部意图范围内。