一种具有胎圈补强材料的重载充气子午线轮胎的制作方法

本实用新型是一种载重用充气子午线轮胎，尤其涉及一种具有胎圈补强材料的重载充气子午线轮胎。

背景技术：

近年来，在中国市场上载重用充气子午线轮胎正在快速地实现着无内胎化。与欧美市场存在不同，目前中国市场部分轮胎采用较高的气压与载荷。这使得大多数经受过欧美市场考验的技术在中国市场容易出现胎圈耐久性不足的问题。

图1是普通载重用充气子午线无内胎轮胎的胎圈结构示意图。在此结构中，胎体从钢丝圈内侧反包至钢丝圈外侧，在反包区域外侧设计有一层由钢丝帘布构成的补强层，补强层帘线按照20°～40°的角度(相对周向)排列。在图1的结构中，补强层上端点高于胎体反包端点。为了适应此区域中的应力应变分布状况，此结构中的补强层钢丝通常使用高伸长钢丝。

图2是在较高气压、较高载荷的情况下比较常见的胎体反包区域发生的破裂形态示意图。这类破坏的特征是：通常以胎体反包端点为破裂起点，在此区域经历反复的曲挠变形后生成的剪切力导致的破裂，常出现在轮胎使用的中期。不过随着中国国内的运输形态逐渐从短途运输转变为高速长途运输，轮胎的载荷相对减小，使用强度降低，前文所述的这种破裂形态也逐渐变少。但与此同时，在轮胎使用寿命的末期，以及一次翻新、二次翻新的阶段，同样由于反包区域的剪切力导致的破裂会出现在补强层上端点的位置上，破裂形状呈伞状，见图 3。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种能够解决上述的补强层上端点破裂问题，有效提升胎圈耐久性的载重用充气子午线轮胎。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种具有胎圈补强材料的重载充气子午线轮胎，该轮胎的胎体层是一层钢丝帘布层，从钢丝圈的内侧向下然后向外包裹住钢丝圈，在钢丝圈外侧完成反包；覆盖该反包区域的是一层由钢丝帘布构成的补强层；补强层采用，补强层至少覆盖钢丝圈侧面以及胎体反包端点，且高度比胎体反包端点更靠近胎侧胶；胎体反包端点与补强层端点的距离(a)的范围为 8mm～20mm；并且补强层的端点覆盖有保护性橡胶，保护性橡胶与补强层外覆胶的总厚度(d) 与补强层帘线直径(c)之间存在以下关系：d＝(2.5～5)×c；所述的保护性橡胶从钢丝帘布端点向上延伸，厚度渐减，延伸量(b)在8mm～35mm范围内。

上述补强层上端点位置还覆盖有图4所示的截面呈纺锤形的应变缓和橡胶(也称保护性橡胶)，可以进一步提升胎圈耐久性。此保护性橡胶形状与图3所示的应力应变大小分布相一致，补强层上端点位置的保护性橡胶厚度(d)与补强层钢丝直径(c)存在以下关系：d＝ (2.5～5)×c。若保护性橡胶厚度小于钢丝直径的2.5倍，就不能充分发挥缓和应变的作用；而厚度大于直径的5倍的话，缓和应变的效果不再那么明显，而且也会引起生产上的问题。而该保护性橡胶从补强层上端点延伸到胎侧胶附近的长度(b)也要保证在8mm以上才能充分发挥分散应变的作用。但如果长度(b)超过35mm的话，保护性橡胶并不能发挥更多的分散应变的作用，而且会引起生产上的问题。

胎体反包端点到补强层上端点的距离(a)也需要保证在8mm以上，以此使补强层上端点能够避开作用在反包端点上的剪切力。但如果距离(a)超过20mm以上的话，会增加补强层本身由于曲挠变形生成的应变，导致补强层破裂。

作为进一步改进，所述的补强层帘线由复数根按照一定捻距绞拧制成的钢丝股组成，每一股钢丝由复数根按照一定捻距捻制而成的细钢丝组成。

作为进一步改进，所述的补强层帘线的断裂伸长率在5％以上。

作为进一步改进，所述的补强层帘线的断裂伸长率在5％以上。

作为进一步改进，所述的补强层帘线的结构性伸长在2.5％以上，达到最佳效果的结构性伸长在3.5％以上。补强层钢丝的拉力-伸长特性曲线如图5所示，曲线的突变点由传统的伸长2％推迟至3.5％，以此实现钢丝在受到初期应力作用下能够更多地产生结构性伸长。钢丝的结构性伸长特性取决于每根细钢丝的捻成角度(α)以及各钢丝股的捻成角度(β)，捻成角度合计(α+β)与拉力-伸长曲线突变点之间存在以下关系：

α+β＝20°～29° 2％

α+β＝30°～38° 2.5％

α+β＝39°～48° 3.0％以上

使用这种伸长特性的钢丝后，就可以使得钢丝在低应力状态下伸长(应变)大，中高应力状态下伸长(应变)小，呈现出非线性的应力-应变关系，从而使补强层能够经受住更长时间的使用。

作为进一步改进，所述的补强层帘线直径在0.8mm～1.4mm范围内。

作为进一步改进，所述的胎体反包端点与补强层端点的距离(a)的范围为12mm～16mm；延伸量(b)在12mm～28mm范围内。

作为进一步改进，补强层的下端点位置不高于胎圈的胎踵(5h)，上端点高于胎体反包端点。

作为进一步改进，所述的补强层钢丝的排列角度的范围可以是20°～45°。如果选用20°左右的小角度的话，对胎体反包端点区域的强化效果是最好的，但是会助长补强层上端点位置的破裂发生；而选用45°左右的大角度的话，虽然有助于减少补强层上端点的破裂，但同时也会降低对反包位置的强化作用。所以综合两者的优劣，该补强层钢丝的排列角度选择30°。

作为进一步改进，所述的补强层端点外的保护性橡胶的100％定伸模量等于或低于上述钢丝帘布外覆胶的100％定伸模量。

如图3所示，在补强层上端点出现的伞状破裂主要是受到补强层延长方向上的伸长应变所导致。在本实用新型中，通过改变补强层钢丝的伸长特性，使钢丝在低应力下仍然能够实现较大的伸长，从而使补强层在受到前文所述伸长应变时能够比较容易地发生追随，缓和补强层上端点附近的应变，提高胎圈耐久性。

附图说明

图1本实用新型适用的载重用充气子午线轮胎断面示意图。

图2胎圈损坏示意图1。

图3胎圈损坏示意图2及补强层上端点附近应变分布示意图，其中箭头表示应变大小，虚线表示应变范围。

图4实施案例示意图。

图5是钢包所使用的传统钢丝材料和本实用新型使用的钢丝材料的拉力-伸长特性曲线。

符号说明

1、胎圈断面；

2、钢丝圈；

3、胎体层；

4、补强层；

4a、补强层上端点；

4b、补强层下端点；

5、胎圈底部；

5h、胎圈底部胎踵位置；

5t、胎圈底部胎趾位置；

6、保护性橡胶。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。

一种具有胎圈补强材料的重载充气子午线轮胎，该轮胎的胎体层是一层钢丝帘布层，从钢丝圈的内侧向下然后向外包裹住钢丝圈，在钢丝圈外侧完成反包；覆盖该反包区域的是一层由钢丝帘布构成的补强层；补强层至少覆盖钢丝圈侧面以及胎体反包端点，且高度比胎体反包端点更靠近胎侧胶；胎体反包端点与补强层端点的距离(a)的范围为8mm～20mm；并且补强层的端点覆盖有保护性橡胶，保护性橡胶与补强层外覆胶的总厚度(d)与补强层帘线直径(c)之间存在以下关系：d＝(2.5～5)×c；所述的保护性橡胶从钢丝帘布端点向上延伸，厚度渐减，延伸量(b)在8mm～35mm范围内。

所述的补强层帘线由复数根按照一定捻距绞拧制成的钢丝股组成，每一股钢丝由复数根按照一定捻距捻制而成的细钢丝组成。所述的补强层帘线的断裂伸长率在5％以上。所述的补强层帘线的结构性伸长在2.5％以上，达到最佳效果的结构性伸长在3.5％以上。所述的补强层帘线直径在0.8mm～1.4mm范围内。补强层的下端点位置不高于胎圈的胎踵(5h)，上端点高于胎体反包端点。该补强层钢丝的排列角度选择30°。所述的补强层端点外的保护性橡胶的 100％定伸模量等于或低于上述钢丝帘布外覆胶的100％定伸模量。

试验对象是315/80R22.5，具有钢丝带束层、钢丝胎体层结构的载重用充气子午线轮胎。按照以下方案制作几种不同补强层的试验轮胎：

表1a

*去除外绕钢丝后的直径

上述轮胎的保护性橡胶厚度(d)为3.5mm，长度(b)为22mm，胎体反包端点到补强层上端点的距离(a)为14mm，补强层钢丝的排列角度为30°。按照上述方案制作4种试验轮胎，按照下文的试验方法进行室内机床耐久试验，试验结果见表1b

【室内机床耐久试验】

把试验轮胎安装在22.5×9.00的轮辋上，充入压力830kPa，在30℃的室内温度下，施加单胎标准负荷3750kg的80％的负荷，以40km/h的速度预跑10小时，预跑完成后施加140％的负荷，以40km/h的速度行驶，直至轮胎损坏。试验速度与试验温度的设定是为了尽量避免轮胎由于胎面的过量生热到导致轮胎损坏，确保能真实反映出胎圈部分的性能水平。

表1b

然后又对不同形状的保护性橡胶的效果进行了确认，如下表：

表2

**以比较方案1的结果为100转换为指数

从表1b的结果可以看出，补强层钢丝的拉力-伸长曲线突变点从2％推迟到2.5％和3.5％后，钢丝结构性伸长的能力得到增强，胎圈耐久性的表现更好。而表2的试验结果证明，保护性橡胶厚度(d)和长度(b)只要能够符合补强层端点附近的应变分布情况，就能够大幅地提升胎圈耐久性。当然，此处保护性橡胶需要使用与补强层覆胶同类型的橡胶配方，其100％定伸模量要等于或略低于补强层覆胶，才能充分发挥出分散、吸收应变的效果。

该实施案例中，补强层的下端点终止于钢丝圈外侧靠下的胎踵位置。在现实使用中，也可以采用补强层下端点终止于钢丝圈下方胎趾位置，或者终止于钢丝圈内侧上方位置的结构。