具有改进胎体的低成本跑气保用轮胎的制作方法

专利名称：具有改进胎体的低成本跑气保用轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮胎，具体涉及到能在未充气状态下使用的充气轮胎。这种轮胎胎体结构能改进或至少是等于常规轮胎的性能，而又不需要如跑气保用型轮胎加大其一般重量，并能用较少部件制成。
背景技术：
对于充气的跑气保用轮胎即能够用于未充气状态下的轮胎，已提出过种种轮胎结构，其中之一是美国专利No.4111 249以“带束轮胎”为题所描述的方法，提出了直接在胎面之下设置宽度近似胎面的箍或环形带。这种箍结合轮胎结构的其余部分能够在未充气状态下支承车重。这样的带束轮胎实际上即使在未充气状态下也将帘布层的帘线拉伸。
采用过的另一种方法只是通过增加胎壁的剖面厚度来增强胎壁。这种轮胎在未充气状态下运转时，使帘线和胎壁处于压缩力之下。由于需用大量的橡胶来加强胎壁件，热的积聚就成为轮胎损坏的主要因素，尤其是当轮胎于未充气状态下高速地长时间运行时更是如此。Pirelli于欧洲专利公报No.0-475-258A1中公开了这样一种轮胎。
Goodyear公司的一件具有与本发明相同的某些发明人的专利，公开了第一次获得工商界认可的跑气保用充气式子午胎，即Eagle GSC-EMT轮胎。这种轮胎已为1994年Corvette汽车当作可选用设备接受。美国专利No.5368 082提出了使用特殊的胎壁嵌入件来提高刚度。在这种未充气轮胎中，为支承800lb的载荷，每个轮胎需要另增6磅重量。此种轮胎具有很低的断面高宽比。这项早期的发明虽然优于在它以前的种种尝试，但却加大了各个轮胎的重量负担，而这就抵消了不用备用轮胎和轮胎支架的优点。当工程师们打算为大型高级旅游车制造具有较高高宽比的轮胎时，这种重量负担就更会成为问题。对于未充气的高级小客车轮胎，所需的支承重量约1400lb载荷。高宽比为55-65％或更大的较高胎壁的轮胎意味着其工作载荷是先前的40％高宽比的跑气保用Corvette型轮胎的若干倍。这样的载荷等于说胎壁和整个轮胎不得不硬到牺牲乘坐舒适性的程度。豪华客车的主人是不愿简单地为了跑气保用能力而牺牲乘坐质量的。工程上的要求则是要提供不损失乘车舒适性或乘坐性能的保气轮胎。在具有很强悬架性能型的车辆中，与具有较弱乘坐特性的高级轿车相比，能较易提供这种轮胎的。轻型卡车和多用途运动车对乘坐性能不太敏感，提供了从接受较刚性的乘坐性能到要求较软的豪华型乘坐性能这样一个范围的跑气保用轮胎市场。
在开发跑气保用轮胎中同样重要的设计上的考虑是，要确保未充气的轮胎仍能坐定于其轮辋上。已提出的一些解决方法是采用胎圈限制装置以及能实现这种要求的特殊轮辋，例如Bridgestone Expedia S-01跑气保用A/M轮胎，另外，采用新胎圈结构的Eagle GSC-EMT轮胎能在标准轮辋上起作用，而不要求另外的胎圈限制装置。
Walter L Willard，Jr.的两件美国专利54 27 166和55 115 99表明，公开了在胎壁中增设有第三帘布层和增设有第三嵌件的Michelin轮胎，比原先的Oare等专利，进一步提高了轮胎的跑气保用性能。这些专利讨论了发生在轮胎未充气状态下的某些载荷关系，它们证明了Oare的见解适用于更多个数的层与嵌件。
美国专利申请08/391746提出了一种新的跑气保用轮胎设计。通过将支承载荷的胎圈芯直接设在轮胎面带束之下而形成有较大高宽比的轮胎。此外，有上述见解的发明人中的绝大多数则是原先Corvette EM轮胎原有设计组的部分成员。但是，虽然这种方法对载荷的支承和乘坐性能都有希望作出满意的解决，但在正常的充气状态下则呈现稍高的滚动阻力。
更近的一件美国专利No.55 35800公开了将弹性的覆盖用复合材料肋与径向帘布层结合使用，能在广泛的轮胎应用中提供优越的跑气保用能力。
美国专利No.5361820公开的一种充气式子午轮胎具有肩部嵌件和由单一帘布层所包围的三角胶芯，此单一帘布层具有的反包端延伸到直接终止于带增强件的边缘之下。这种轮胎虽不是跑气保用轮胎，但能有利地减轻重量而几乎不损失其高的运动性能。这种结构由于需有优越的设计要求而尚未成功地用于跑气保用轮胎。
下面公开的发明成功地揭示了一种优异的方法，能用少到一个帘布层和两个嵌件未实现跑气保用轮胎，同时能在跑气保用状态下保持轮胎完整无损。这样就能以较轻的重量和较少的部件来极其有效地生产这种轮胎。
发明概述一轮胎10具有一胎面、一带束层加强结构36和胎体30，一对大致非延伸的胎圈芯26，和至少一个由帘线41加强的帘布层38，该至少一个帘布层38具有一对卷绕到一对非延伸的胎圈芯26之上的反包端并径向向外延伸到带束层36之下的终端33。在各胎壁结构中胎体具有至少一个沿径向在帘布层38之内侧的嵌件42，和一第二嵌件，反包端32与第一帘布层38为胎壁20中的第二嵌件46分隔开。
在此最佳实施形式中，第一帘布层38具有由尼龙、人造丝或芳族聚酰胺制成的合成或纺织的帘线。
此第一与第二嵌件42、46最好是弹性的，它们所具有的横剖面形状和材料性质，经选择成能提高充气时的乘坐性能同时确保有耐久的跑气保用性能。嵌件42、46还可以由帘线41或短纤维82或是由高模量的优选是钢制的帘线43增强。
在一种实施形式中，本发明的轮胎只有一个嵌件42和一个胎圈填充胶条48，这种胎圈填充胶条沿径向设于胎圈芯之上和介于帘布层38与反包端32之间。反包端32的端部33沿径向在轮胎剖面高度的至少40％的位置处。
本发明的原理可以应用于具有多个帘布层和多个嵌件的轮胎10。
附图简述

图1是依据例如美国专利No.5368082所公开的轮胎制成的先有技术跑气保用轮胎的横剖图。
图2A与2B是本发明的最佳实施形式轮胎的胎面肩部、胎壁与胎圈区的放大的局部横剖面。
图3A、3B与3C是先有技术的胎壁结构以及本发明的最佳实施形式轮胎的胎壁结构的示意性横剖图。各图以虚线示明了中性弯曲轴线。
图4示明另一实施形式，其中的多个嵌件46是用帘线增强。
图5示明另一实施形式，其中的嵌件46加有短纤维。
图6是具有不同模量的帘线的复合胎壁材料的视图。
图7示明另一实施形式，其中表明了用于胎壁剖面中的扩展了的胎圈。
图8示明另一实施形式，如横剖面所示，其中采用了卷绕到胎圈芯上的斜帘线增强结构。
定义“高宽比”指轮胎剖面的高度对此剖面宽度的比。
“轴向的”与“轴向地”描述与轮胎转动轴线平行的直线或方向。
“胎圈”和“胎圈芯”一般是指轮胎的包括环形抗张件的部分，径向内胎圈关系到将轮胎保持于由帘布层帘线卷绕的轮辋上并使其定形，其中用或不用其他增强件如钢丝圈外包布、胎跟加强层、三角胶芯或填充胶条、护趾胶以及胎圈包布。
“带束层结构”或“增强带束层”是指平行帘线的至少两个环形层或帘布层，织造的或非织造的，在胎面之下，不固定于胎圈之上，并具有相对于轮胎的赤道面成17-27°的左、右两个帘线角。
“周边”是指沿垂直于轴线的环形胎面的边界延伸的线或方向。
“胎体”是指除带束层结构、胎面、带束底层外的轮胎结构，但包括胎圈。
“外胎”是指除胎面与带束底层外的胎体、带束层结构、胎圈、胎壁以及所有其他部件。
“胎圈包布”是指环绕胎圈外侧设置用来保护帘布层不受轮辋影响，将挠曲分布于轮辋上的窄料带。
“帘线”是组成轮胎中帘布层的增强合股线之一。
“赤道面(EP)”是指垂直于轮胎转动轴线且通过胎面中心的平面。
“接地印痕”是指胎面与平的表面在零速度和在正常负荷和压力下的接触面或接触区。
“内衬”是构成无内胎轮胎的内表面且含有此轮胎内充气流体的一层或多层弹性材料或其他材料的。
“标准充气压力”是指相称的标准机构为轮胎使用条件指定的具体设计的充气压力与负荷。
“标准负荷”是指相称的标准机构为轮胎使用条件指定的具体设计的充气压力与负荷。
“帘布层”是指以橡胶涂层的平行帘线的层。
“径向的”与“径向地”指沿径向朝向或背离轮胎转动轴线的方向。
“子午线轮胎”是指带束的或者周向约束的充气轮胎，其中从胎圈延伸到胎圈的帘线层相对于轮胎的中心平面是以65°-90°之间的帘线角度铺设的。
“剖面高度”是指在轮胎的中心平面从轮胎的公称轮辋直径到外径的径向距离。
“剖面宽度”是指轮胎于标准压力充气时和经24小时后，但无负荷平行于轮胎轴线且在其轮胎壁外部间的距离，这里除去了胎壁因注标记、装饰或加保护带的高度。
“胎肩”是指正好在胎面边缘之下的胎壁上部。
“胎壁”指轮胎在胎面与胎圈间的部分。
“胎面宽度”是指胎面在轴向中即在平行于轮胎转动轴线的平面中的弧长。
最佳实施形式详述参看图1与3A，其中示明了依据美国专利No.5368082所制先有技术轮胎100的部分横剖面。轮胎100是客车轮胎，具有胎面120、带束层结构360、一对胎壁部180与200、一对胎圈部220与220′、以及一胎体增强结构300。胎体300包括第一帘布层380和第二帘布层400、衬里350、一对胎圈260与260′和一对胎圈填充胶条480与480′以及一对第一嵌件填充胶条420与420′和一对第二嵌件填充胶条460与460′，此第一嵌件填充胶条420、420，位于衬里350和第一帘布层380之间，此第二嵌件填充胶条460、460′则位于第一和第二帘布层380、400之间。胎体结构300则给轮胎100以有限的跑气保用能力。
本专利申请中所用的词“跑气保用”是指轮胎在未充气状态下工作时，其结构独自所具强度足以支承车辆的载荷，而轮胎的胎壁和内表面不会塌缩或皱缩到其自身上，且不需有任何内部装置来防止轮胎塌缩。
传统的充气轮胎在未充气下工作时当要支承车辆载荷就会塌缩到自身上。
从图1可见，轮胎100胎壁区中的结构增强部分特别是从最大剖面宽度沿径向朝外到商部处，基本上是增加整个胎壁的厚度。上述先有技术专利指出，胎壁与肩会合处的整个胎壁厚度，于最大剖面宽度处测量，应是此整个胎壁厚度的至少100％而最好是其125％。据信这是为在未充气状态下充分支承载荷所必需的厚度。上述嵌件对于典型的P275/40ZR17轮胎，重约6.0磅。第一嵌件420、420′的最大厚度为0.30英寸(7.6mm)，第一嵌件460、460′的最大厚度为0.17英寸(4.3mm)。将这种原先技术的定则应用于具有较大高宽比的轮胎P235/55R17，意味嵌件的重量增加到约6.7，而第一嵌件厚约0.26，第二嵌件最大厚度约0.20。
图中给出的标号与说明书中提及的相同。在本申请文件中，由图2，3B、3C至8所示的各实施形式，对于类似的部件各采用相同的标号。各个结构采用基本相同的部件，而在因位置或数量变化导致的不同结构中是可以实施本发明的原理的。
本发明的轮胎10采用了优异的胎壁结构20。图2B、3C至图8所示的轮胎10是客车或轻型的卡车子午线轮胎；轮胎10设有与地面接合的胎面部12，它在胎面12的各横向边缘14、16处终止于各个肩部。一对胎壁部20分别从胎面的横向边缘14、16延伸出而终止于一对胎圈区22处，后者各有一环形的非延伸性的胎圈芯26。轮胎10还设有胎体增强结构30，它从胎圈区22通过一个胎壁部20、胎面部12、相对的胎壁部20再到胎圈区22延伸。至少一个帘布层38的胎体增强结构30的反包端32分别卷绕到胎圈芯26上。并沿径向朝外延伸到直接在带束层结构36之下的终端33。或者，此反包端可终止于图2A和3C的实施形式中最大剖面宽度的径向位置附近。轮胎10当它是无内胎形时，还可包括形成其内周面的传统的内衬35。
如图2A所示，此轮胎可以采用单独一个合成帘布层，它卷绕到胎圈芯26之上并延伸到约位于最大剖面直径h径向位置处的高反包端32处。嵌件42是除了胎圈填充胶条48、单一帘线增强件52与具有端部63终止于沿径向约等于三角胶芯48外部极限的位置处的护趾胶61之外，唯一需要的嵌件。这种轮胎具有图3B所示的弯曲轴线A。评价了尺寸为275/40ZR18的试验轮胎，此轮胎在试验室试验条件下于零充气压力下运行了313英里。
沿胎体增强结构30的径向外周面，于胎面部12之下绕圆周设有胎面增强带束层结构36。在所示具体实施形式中，带束层结构36包括两个裁切成的带帘布层50、51，此带帘布层50、51的帘线相对于轮胎的中间圆周中心平面按约23°的角度取向。
带束层50的帘线设在与上述中间圆周的中心平面的相对方向同时与带束层51帘线的方向相反。但是，带束层结构36可以包括任意多个取任意所需构型的带束层，而帘线则可按任意所需角度设置。带束层结构36沿整个带束层宽度提供了横向刚度，得以在轮胎于未充气状态下工作时，使胎面举离路面的程度最小。在所示实施形式中，这是通过使带束层50、51的帘线取钢丝结构而最好是取钢索结构而实现的。
胎体增强结构30包括至少一个增强帘布结构38。在图2B所示的具体形式中，提供了具有沿径向向外的帘布层反包端32的增强帘布结构38，后者最好有一层平行的帘线41。加强帘布结构38的帘线41相对于轮胎10的中间圆周的中心平面CP定向成至少75°的角。在所示此具体实施形式中，帘线41相对于中间圆周中心平面CP定向成约90°角。帘线41可由任何通常用于橡胶制品的帘线增强材料制成，例如但不限于人造丝，尼龙和聚酯，芳族聚酰胺或钢。这种帘线还最好以具有高粘性的材料制成，具有耐橡胶和耐高温性。
对于胎体帘线41，通常采用弹性模量为250-600kgf/cm2的有机纤维帘线，如尼龙6、尼龙6-6、人造丝、聚酯等的帘线或高模量的帘线。在采用840-1890旦尼尔纤维的帘线时，这类帘线最好以35-60帘线/5cm的密度增设于具有10-50kgf/cm2的100％模量的橡胶中。
其他的高模量纤维包括芳族聚酰胺、维尼龙、pen、PET、碳纤维、玻璃纤维、聚酰胺。在所示的具体实施形式中，帘线41是由人造丝制成。帘线41具有的模量E为X而百分伸长率为y。理想的人造丝帘线41的x值至少是10GPa的范围而百分伸长率则是在帘线所用专门材料常见的范围内。
如图2B进一步所示，帘布层结构38有一对反包端32，它们卷绕在各胎圈芯26上，延伸到带束层36下的终端32。
如图2所示，轮胎10的胎圈区22各具有一环形的实质上非延伸性的第一和第二胎圈芯26。这两个芯26各有一与胎圈钢丝圈径向最内表面相切的虚拟表面限定的平底面27。此平底表面27有一对边缘28、29和在这对边缘间的宽度BW。胎圈芯26具有从边缘28沿径向延伸出的轴向内第一表面23和从边缘29沿径向延伸出的轴向外第二表面25。第一表面23与平底面27构成锐夹角α，第二表面25和平底面27构成镜夹角β且α≥β，而在最佳实施形式中，α近似地等于β。
胎圈芯26还包括各在第一与第二表面23，25间延伸的径向外表面31。径向外表面31具有最大高度BH，BH小于底宽BW。为表面23，25，27与31所确定的横剖面最好是等腰三角形。此三角形横剖面的上部一般是不需要的。这是因为例示的胎圈芯26，26′足以将未充气轮胎的胎圈约束于轮辋上。
胎圈芯26最好是由单丝钢线连续卷绕构成。在最佳实施形式中，用0.050英寸直径的丝分别按8、7、6、4、2丝，从径向内到径向外卷绕成层。
第一和第二胎圈芯26的平底面最好相对于转动轴线倾斜，而胎圈的模制部分的底面作相似的倾斜，此相对于转动轴线的倾角宜近似10°而最好约为10.5°。胎圈区的倾角有助于轮胎的密封，约为常规轮辋胎圈座凸缘倾角的2倍，据信这能简化组装和有助于将胎圈约束坐定于轮辋上。
位于胎圈区22与胎壁部22的径向内部的是分别设在胎体增强结构30和反包端32之间的高模量弹性嵌件46。此弹性嵌件46分别从胎圈芯26的径向外部向上延伸到渐减其剖面宽度的胎壁部内。弹性嵌件46终止于径向外端距轮胎带束层宽度至少5％的带束层结构横向朝内的距离G处。在所示的具体实施形式中，弹性填充胶条46各沿横向从它们各自的带束层端在带束层36之下延伸约为此带束层宽SH 25％的距离。
本发明中，轮胎的最大剖面高度SH将视作为从轮胎的名义轮辋直径NRD测量到轮胎胎面部径向最外部分的径向距离。此外，本发明中将此名义轮辋直径视作为轮胎据其尺寸标定的轮胎直径。
在本发明的最佳实施形式中，胎圈区22还包括位于胎圈嵌件46和帘布层反包端32之间的至少一个帘线增强件52-53。帘线增强件52、53中的一个或全部具有第一端54和第二端55。第一端54沿轴向与径向在第二端55之内。帘线增强件52、53作为距其第一端54距离的函数增大距轮胎10转动轴线的径向距离。如图2B所示。帘线增强件包括的这两个部件52、53具有约4cm的宽度。轴向外部件52具有的径向内端54沿径向在第一和第二胎圈芯26的边缘29之上。轴向内部件53具有的径向内端则沿径向在胎圈芯26、26′之外约1cm。此轴向内、外部件52、53最好具有尼龙、人造丝或钢丝帘线增强件。帘线增强件的第二端55沿径向位于胎圈芯26之外同时位于第一帘线层38反包端32的终端之内至少是剖面高度50％的距离。
部件52、53的帘线相对于径向应倾斜成25°-75°的夹角，而最好成45°的夹角。要是用到了两个部件，两个帘线角最好大小相等方向相反。帘线增强件52、53改进了具有本发明的未充气轮胎的汽车的操纵特性。部件52、53显著地减少了汽车过度转向的可能性，而这是常规轮胎在未充气或充气不足驱动时遇到的一个大问题。
可以对轮胎10的胎圈区22增设织物增强件61，后者具有第一和第二端62、63。此增强件卷绕到第一和第二帘布层38、40与胎圈芯26上。此第一与第二端62、63沿径向延伸到胎圈芯26之上的外方。
胎壁部20设有第一填充胶条42。第一填充胶条42可应用于内衬35和增强帘布层38之间。第一填充胶条42从各端圈区22沿径向延伸到增强带束层结构36之下。如图2B与3B所示本发明最佳实施形式所表明的，各胎壁部20可以包括第一和第二填充胶条42与46。第一填充胶条42的位置如以上所述。第二填充胶条46各分别位于第一帘布层38和帘布层38的反包端32之间。第二填充胶条46或46/48(为双组份时)从各胎圈区22沿径向外延到增强带束层结构36之下。
如图2B所示，第一填充胶条42在与轮胎10的最大剖面宽度沿径向类似准直的位置处具有最大厚度B，此厚度B约为最大剖面高度SH的3％。例如，在P235/55R17的旅游车轮胎中，此嵌件42的厚度B等于0.10英寸(2.5mm)。
本发明中，轮胎的最大剖面宽度SW是平行于轮胎的转动轴线从轮胎的轴向外表面起测量的，但除去了标志和装饰等。此外，本发明中的胎面宽度乃是从充气到最大标准充气压力的轮胎处于额定载荷下且安装到它据以设计的轮子上时，从此轮胎的轮迹起测量的垂直于赤道面EP的整个轮胎的轴向距离。在图2与3B所示的具体实施形式中，各第一填充胶条42具有的最大厚度B，约为在径向上与轮胎最大剖面宽度近似准直的位置h处最大剖面宽度SH的3％。
第二填充胶条46具有的最大厚度c则是轮胎10于轮胎最大剖面宽度径向上位置处最大剖面高度的1.5％。在此最佳实施形式中，各弹性的第二填充胶条46具有的厚度c近似地为轮胎在约75％剖面高度SH的径向位置处时最大剖面高度SH的1.5％。例如在P275/40ZR17尺寸的高性能轮胎中，轮胎的这一厚度c等于0.08英寸(2mm)。在位置h，即在径向上与轮胎最大剖面宽度的位置近似准直处，此第二填充胶条的厚度为0.05英寸(1.3mm)。
从胎圈芯26之前的弹性填充胶条42、46结合成的整体到最大剖面宽度SW的径向位置处的整个横剖面厚度最好为恒定的厚度。整个的胎壁与胎体厚度在最大剖面宽度位置E处约为0.45英寸(11.5mm)，并在其于横向胎面边缘14、16附近汇合到肩部同时增加至一总厚度F，F约为在轮胎最大剖面宽度SW处测量的整体壁厚的200％。胎壁在轮胎肩部区中的整体厚度F较好是在最大剖面宽度SW处整体胎壁厚度的至少125％，而最好至少是150％。这种比值说明此胎壁可以制成为比先有类型的跑气保用轮胎薄的多。
如同在常规的高性能型轮胎中，这里的各个实施形式的图中所示的轮胎可以通过围绕其胎面增强带束层结构36设置绕物覆盖层59而改进其高速性能。例如，可将具有尼龙和芳族聚酰胺帘线的两层帘布层设于各增强带束层结构36之上，它们的横向端延伸到超出带束层结构的横向端。或者可把单层螺旋卷绕的芳族聚酰胺增强织物用作覆盖层。芳族聚酰胺材料的弹性模量比尼龙的高得多，因而能形成比两层尼龙的情形更强的轮胎增强。申请人发现，采用单层的芳族聚酰胺覆盖层，能使轮胎的高速能力提高10％以上。一般避免把芳族聚酰胺料用于客车轮胎中，这部分是由于芳族聚酰胺料的噪音性质差，使得谐振声响能通过客车轮胎较薄的壁。本发明的申请人的轮胎采用了能显著阻尼轮胎产生的噪音的增强胎壁。这种噪声阻尼胎壁则是可采用芳族聚酰胺复盖层，而不会产生不能接受的噪音级。
如图所示，第二填充胶条46是由一或二或多种不同的弹性材料制成，图2B以46、48所示的双组份形式具有在三角胶芯48的径向之外的嵌件。这些填充胶条嵌件46可以在图6B所示的胎体结构中采用到两个以上帘布层时，用作多个嵌件。这里的最佳实施形式在从胎圈芯26延伸到带束层结构36之下的单一嵌件46中只采用一种组份或一种材料。
另外，嵌件46本身可以是帘线增强的，在图4的实施形式中，采用相邻的填充胶条46据认为是有益的。这多个相邻帘线41增强的填充胶条46可以定位成，使其径向外端或是终结于带束层结构之下而径向内端结于胎圈芯26附近，或是卷绕到胎圈芯26之上，类似于帘布层。嵌件46或者如图5所示可以添加短纤维82，纤维宜按至少45°取向来提高嵌件的径向和横向刚度而最好是取径向。帘线41或短纤维82最好由人造丝、尼龙、聚酯、芳族聚酰胺或碳制成，它们可按径向取向或按最好至少45°的斜角取向或定位，但不应沿圆周方向延伸。另外，嵌件80可以由高模量钢丝帘线增强。在此情形下，所述终端应牢靠地嵌埋另一帘线增强件或例如带束层36的部件的层和反包端32与其他织物或帘线增强件52、53之间。再有，上述终端可以按锯齿或正弦波图案裁切，以确保从非延伸的钢丝帘线、端部的渐变，同时使可延伸的人造丝布散到较大的线性路径上来防止端部分离。
第一填充胶条嵌件42最好由弹性材料制成。此第一填充胶条能有效地防止轮胎在无充气压力下运转时致其胎壁塌缩，并可具有从约50较软的邵氏A硬度到约85的很硬的邵氏A硬度，材料的形状和剖面轮廓因此可以调节来保证乘坐性能和胎壁弹簧刚度合格。一般，材料越硬，剖面也越薄。
第二填充胶条46相对于第一嵌件填充胶条42可以具有相同或不同的材料物理性质。这意味着可以设想将硬的第二填充胶条与软的第一填充胶条相结合，同样也可将硬的第一填充胶条与软的第二填充胶条46相结合。第二填充胶条46的弹性材料的邵氏A硬度类似地为50-85。
第二填充胶条46在未增强时在相邻帘布层38与其反包端32之间起到隔件作用。帘布层，特别是径向外帘布层反包端的帘线，当轮胎于未充气下运转时是在拉力作用之下。填充胶条80在增强时有助于胎壁的支承结构。
如图所示，胎壁当在无充气压力下或甚在充气下而偏转时，即使得径向外帘线处于拉力之下，而径向内帘线在受到向下载荷作用时，便在轮胎放气或偏转时会局部压缩帘线。
上述加载的特点对于本发明的轮胎10是与图1中先有技术轮胎100结构以及美国专利No.5368082中所述的情形相同。
参看图6，通过改变帘布层38中的帘线41和增强嵌件80中的帘线41和43的模量，其中，在一个帘布层结构中帘线的模量与增强嵌件结构80中的不同，且最好是显著的不同，会意外地显著增加跑气保用的稳定性，另外也同时改进了乘坐性能。
上述的轮胎10能使轮胎设计者调节具体轮胎的设计特点，以实现从软性的豪华感到刚性的高性能感。此外，上述的优异结合可以构制成具有前所未有的高度比的轮胎。这种优异特点的结合意味着设计者能在拓宽的保气保用性能或轮胎的减重之间作出选择。
通过给增强帘布结构38或80的各层的帘布层表层提供物理性能与弹性填充胶条42、46基本相同的弹性材料，可以进一步提高轮胎的跑气保用性能。正如轮胎工艺中内行的人周知的，织物层的帘布表层乃是未硫化的弹性材料层，它在裁切成所需形状和布设到轮胎安装鼓上的轮胎之前铺设到织物之上。在许多应用中，最好是使用作帘布层表层的弹性材料类似于弹性填充胶条42、46中所用的弹性材料。
实际上，本发明中用于上述充气轮胎结构中一或多个帘布层结构38与80的第一填充胶条42、第二填充胶条46和帘布层表层的橡胶料最好具有下述特征能改进其用于本发明的物理性质总体上说可以认为是与通常用于充气轮胎胎壁的橡胶料不同的，特别是将第一和第二填充胶条42和46与帘布层38和/或80相结合，就能综合地具有不相似或相似的高刚度，还有实际上如后所述的低的滞后性质。
在这里论述到的帘布层表层是在实施本发明时的一或多层的帘布层结构38、80，而这里涉及到的帘布层表层则指的是帘布层38和40的帘布层表层，除非只使用这种帘布层中之一。
本发明中，特别对于上述填充胶条42和46进行了评价，评价其是否具有高度的刚性以及是否对于这样程度的刚性是否具有较低的滞后性。
填充胶条42和46的橡胶料的刚性最好要能满足轮胎胎壁的刚性和尺寸稳定性。
帘布层38的表层橡胶料的刚性最好要能满足轮胎胎体包括其胎壁的整体的尺寸稳定性，因为胎体是通过轮胎的两侧胎壁和轮胎的胎冠的。
结果，可以认为此第一和第二填充胶条42和46以及帘布层结构38和/或80的上述橡胶料的刚性性质便会相配合相互增强，同时将轮胎胎壁的上述尺寸稳定性提高到比上述填充胶条或帘布层表层单独设有高刚性橡胶料时更高的水平。
但应认识到，具有高刚度的橡胶在充气轮胎中一般在使用条件下有可能产生过大的内热(即当轮胎在加载运行的车辆上工作和/或无内部充气压力下工作时)，尤其是当橡胶的刚性是只是通过增加其碳黑含量那种较传统的方法来提高时尤为如此。橡胶料内产生的这种内热通常会造成硬橡胶和相关轮胎结构的温度升高，而这对轮胎的使用寿命是潜在的危害。
橡胶料的滞后性是用来测度其在使用条件下产生内热的趋势。相对地说，具有较低滞后性的橡胶在使用条件下与具有显著高的滞后性而其他方向相当的橡胶料相比，产生较少的内热。这样，从一个方面看，填充胶条42和46以及帘布层38的表层所用的橡胶料希望具有较低的滞后性。
滞后性一词反映材料(例如硫化橡胶料)因作功而消耗的热能，因而橡胶料的低滞后性便表现为较高的回弹性视较低的内摩擦和较低的损耗模量值。
于是，重要的是填充胶条42和46以及帘布层38的表层中的一或多个既具有较高的刚性也具有较低的滞后性。
下表1中汇集了填充胶条42和46以及帘布层38的表层的橡胶料经选定的所需性质。
表1

>①Goodrich挠度仪试验ASTM试验No.D623。
②邵氏硬度试验ASTM试验No.D2240。
③抗拉模量试验ASTM试验No.D412。
④Zwick回弹试验DIN5 3512。
列出的硬度性质可视作为在使用这种优异的帘布层结构时所允许的适当橡胶硬度的扩大范围。
列出的100％模量F的模量性质是用来代替300％模量的，这是因为硫化的橡胶在其断裂点具有较低的极限伸长率。这样的硫化橡胶视作为刚硬的。
列出的静压力性质是由挠度计测量的，从另一角度来表征硫化橡胶的较高刚度。
列出的E′性质是表征材料(例如硫化橡胶料)刚度的粘弹性的储能或弹性模量分量的系数。
列出的E″性质是表征材料(例如硫化橡胶料)的滞后性质的粘弹性的损耗或粘滞模量分量的系数。
应用E′和E″这两种性质来表征橡胶料的刚度和滞后性是熟悉橡胶这类特性的人周知的。
引出的热积聚值是按Goodrich挠度计(ASTM P623)试验所测量的，它表征了材料(例如硫化橡胶料)产生的内热。
列出的约23℃(室温)下的冷回弹试验性质是由Zwick回弹试验(DIN53512)所试验的，它表征了材料(例如硫化橡胶料)的回弹能力。
这样，表1中列出的性质表明了这样的硫化橡胶料，它具有较高的刚性，适当的硬度以及对于这样高刚度的橡胶的较低的滞后性。
此较低的滞后性是由较低的热积聚、较低的E″和较高的回弹性所表征，而且是为使橡胶料在使用条件下能具有较低的内热积聚所必须的。
在轮胎的各个部件所用材料中，可以采用的各种橡胶最好是具有较高不饱和度的二烯基橡胶。这类橡胶有代表性(但非限制性)的例子是苯乙烯-丁二烯橡胶、天然橡胶、顺式1，4和3，4-聚异戊二烯橡胶、顺式1，4与乙烯基1，2-聚丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶以及苯乙烯-异戊二烯橡胶。
填充胶条42和46以及帘布层38表层所用的各种橡胶最好是天然的顺式1，4-聚异戊二烯橡胶、异戊二烯/丁二烯橡胶与顺式1，4-聚丁二烯橡胶。
橡胶的优先选用的组合或混合形式是用于填充胶条的天然的顺式1，4-聚异戊二烯橡胶和顺式1，4-聚丁二烯橡胶以及用于所述表层的天然顺式1，4-聚丁二烯橡胶和异戊二烯/丁二烯共聚物橡胶。
在优先的实际操作中，按100份重量橡胶计(A)填充胶条包括约60-100最好最好约60-90份的天然橡胶，以及相应地可多达约40而最好约40-约10份的至少是顺式1，4-聚丁二烯橡胶和异戊二烯/丁二烯橡胶而最好是顺式1，4-聚丁烯橡胶中的一种，这里所述异戊二烯/丁二烯橡胶当采用时最大量为20份；(B)所述表层则包括最高可达100，更好是约80-约100，而最好是约80-约95份的天然橡胶，以及相应地最高约100，更好约20而最好约20-约5份的异戊二烯/丁二烯共聚物橡胶和顺式1，4-聚丁二烯橡胶而最好是异戊二烯/丁二烯橡胶中的至少一种，其中异戊二烯/丁二烯共聚物橡胶中异戊二烯对丁二烯之比为约40/60-约60/40。
在本发明的范围内还考虑到，可在上述天然橡胶中包括少量一或多种有机溶液聚合制成的橡胶，例如约5-约15份，而用于所述填充胶条和/或表层的顺式1，4聚丁烯橡胶和/或异戊二烯/丁二烯橡胶料，也可以有选择的添加这种附加的橡胶料，而后者可由熟悉橡胶配料的人不必经过太多的试验制成。
这样，在上述情况下，在此是以“包括”方式描述填充胶条和表层橡胶，目的在于其中可加入少量的这种溶液聚合物制备的弹性料，只要能与硫化橡胶料的上述物理参数匹配即可。应该说，这种橡胶配料是内行的人不需经过多的试验便能掌握的。
其他一些可考虑的(但并非必需限定于它们的)溶液制备的橡胶是苯乙烯/丁二烯，以及一或多种异戊二烯和丁二烯如3，4-聚异戊二烯/苯乙烯/异戊二烯/丁二烯的三聚物和介质乙烯基聚丁二烯。
内行的人很快地可以认识到，用于充气轮胎部件包括第一和第二填充胶条42和46以及用于一或多个帘布层38的表层的橡胶料，可以由橡胶配料工艺中周知的方法配制，例如将各种硫-可硫化组份橡胶混合以各种通用的添加料，例如硫化辅助剂如硫、活化剂、阻滞剂与促进剂；处理添加剂如橡胶处理油、包括增粘树脂在内的树脂、硅石、增塑剂、填充胶条、颜料、硬脂酸或其他材料如妥尔油树脂、氧化锌、石蜡、抗氧化剂、抗臭氧剂、胶溶剂与增料材料如碳黑。正如内行的人所周知的，取决于可硫化的和硫化材料(橡胶)的最终用途，可有选择地且一般按常规数量使用上述的某些添加剂。
通常添加的碳黑包括约30到约100份按重量计的二烯橡胶(pHr)，但对于本发明中所用的前述填充胶条和表层所需的高硬度橡胶，则最好包括约40到最多约70phr的碳黑。通常所用(如果用到时)的树脂包括增粘树脂和刚性树脂，它们当用到时包括化学惰性的苯酚甲醛的增粘树脂以及起反应的苯酚甲醛树脂类的增硬树脂，同时间苯二酚或间苯二酚与六甲撑四胺可以共同地包括约1-10phr以及最少量的增粘树脂；如果使用时为1phr和最少量的增硬树脂，如果采用时为3phr。这样的树脂有时称之为苯酚甲醛型树脂。处理辅助剂包括约4-约10.0phr。硅石在使用时的数量包括约5-约50而最好约5-约15phr，而硅石偶联剂当采用时按重量计每份硅石包括约0.05-0.25份。有代表性的硅石例如可以是水合的无定形硅石。典型的偶联剂例如可以是二官能含硫的有机硅烷，如双-(3-三乙氧基-甲硅烷丙基)四硫代物、双-(3-三甲氧基-甲硅烷丙基)四硫代物以及双-(3-甲氧基-甲硅烷丙基)四硫化物接枝的硅石(购自DeGussa，AG.)。抗氧剂的典型数量包括1-约5phr。典型的抗臭氧剂可以包括例如二苯基对苯二胺，例如公开于《Vanderbilt Rubber Handbook》(1978)，344-346页中的。合适的抗臭氧剂与石蜡，特别是微晶型石蜡则可以是《Vanderbilt RabberHandbook》(1978)，346-347页中所示的类型。抗臭氧剂的典型数量包括1-约5phr。硬脂酸和/或妥尔油脂肪酸的典型数量可以包括约1-约3phr。氧化锌的典型数量包括约2到最高约8或10phr。石蜡的典型数量包括1-约5phr。胶溶剂的典型数量包括0.1-约1phr。上述添加剂的存在及相对数量并不构成本发明的一个方面，本发明主要是针对把一些树脂的特殊混合物在胎面中用作可硫化的成份。
硫化是在存在硫化剂下进行的。适用的硫化剂的例子包括元素硫(自由硫)或是给硫的硫化剂，例如胺的二硫化物、聚合的多硫化物或硫烯烃加合物。最好的硫化剂是元素硫。内行的人周知，所用硫化剂的数量对于本发明所需的硬橡胶而言应为约0.5-约8phr，而最好是约3-约5phr。
促进剂是用来控制硫化所需的时间和/或温度，并用来改进硫化性质。在一种实施形式中，可以采用单一的促进剂体系即主促进剂。通常，主促进剂所用的数量为约0.5-约3phr。在另一实施形式中则结合有两或多种促进剂，其中的主促进剂一般是大量使用的(0.5-约2phr)，而副促进剂则一般是少量使用的(0.05-0.50phr)，用以激活和改进硫化性质。将这两种促进剂结合历史上已知的能硫化橡胶的最终性质产生协同效应，而常常要比单独使用任一种促进剂时获得较好的效果。此外，可以采用延迟作用的促进剂，它们较少受到正常处理温度的影响，但能在通常的硫化温度下产生满意的硫化结果。促进剂的代表性例子包括胺、二硫化物、胍、硫脲、噻唑、秋兰姆、亚磺酰胺、氨苯酸盐以及黄原酸盐。主促进剂最好是亚磺酰胺。要是采用第二种促进剂，此副促进剂最好是胍、氨苯酸盐或秋兰姆化合物，但也可采用第二种亚磺酰胺。在实施本发明时，对于高刚度的橡胶，最好采用一种有时是两种，或是多种促进剂。
轮胎可以用内行的人易知的各种方法构制、成形、模制和硫化的。
正如所公开的，试验轮胎10和先有技术轮胎100是利用先有技术专利中所公开的帘布层表层的物理性质和嵌件而构造成的。本发明的轮胎10计划采用具有不同物理性质的广泛材料，使得填充胶条42、46和48以及帘布层38的表层各有显著不同的性质，而能选择适应所需的乘坐、操纵和跑气保用性质。换言之，设计者能够有选择地调节各个材料来实现所需的轮胎性能。
例1提供了下面的橡胶组成，它们是用来代表具有表1中所列性质的橡胶料的。
用传统的橡胶混合方法制备和混合了橡胶料，它们包括了表2中所示的原料，代表了可计算用作填充胶条42和46以及带布层38的表层的橡胶料。为便于本例的说明，指出的原料量C进行约整。
表2

橡胶处理油和妥尔油脂肪酸的常规数量在一起约为5份，而每秒至少一份；抗退化剂；增粘和刚化树脂，主要是苯酚甲醛型的，其数量约为6phr；以及硅石与其偶联剂；它们与两种促进剂一起用于表层试样而与一种促进剂一起用于填充胶条橡胶成份试样。
①顺式1，4-聚异戊二烯型，②异戊二烯对丁二烯之比约1∶1的光聚物；③高的顺式1，4-聚丁二烯橡胶。
上述橡胶料模制并在约150℃下硫化20分钟。
在实施本发明时，重要的是用于填充胶条42和46以及帘布层表层的一或两者的橡胶料应具有相当强的刚性、适当的硬度并具有较低的滞后性。
此外，通常希望填充胶条42和46的橡胶料要比帘布层38表层的橡胶料具有稍强的刚性和硬度，同时这两种橡胶料都要有较低的滞后性。
重要的是应认识到，表1中列出的有关橡胶料的物理性质是相对于其试样来说的，还应认识到，最终的轮胎部件(填充胶条和帘布层)的尺寸(包括厚度)需视作为对轮胎胎壁和胎体的整体硬度和尺寸稳定性起作用的因素。
重要的是，填充胶条42和46的橡胶料的刚度所以要略大于所述帘布层表层橡胶料的，是由于它们并不是织物增强帘布层的一部分，还由于希望使它们在某种程度下具有最大的刚度。
上述填充胶条用橡胶料的滞后性或E″以及热积聚值最好略低于所述帘布层表层用橡胶料的，这是由于填充胶条的松密度与增物增强帘布层的薄的尺寸有关。
通过设置硬橡胶的胎圈包布60，轮胎在其与轮辋凸缘相邻的胎体结构30沿径向朝外的下部胎圈中，可使磨损减至最少，特别是当轮胎用于未充气的状态下时。
在图7中，所示的胎壁结构与图2A和2B中所示的基本相同。例外的只是帘线增强件52，53已为或可以由胎圈芯26A置换。胎圈芯26A具有径向向外的三角形部而不是从胎圈座沿横向朝外取悬臂式的形状，同时沿径向朝外延伸到轮胎10将安装于其上的指定的轮辋凸缘之上。胎圈芯26A给下部胎壁20提供了横向刚性，改进了操作性能同时不需要帘线增强件。或在另需支承时，可将增强件52、53同胎圈芯26A相结合使用。
图8中，帘线增强件52、53为一或多个斜向帘线增强件70置换，增强件70一般称之为“钢丝圈包布”，它卷绕到胎圈芯26之上，沿径向朝外在填充胶条46的各侧，延伸到端部，此端部沿径向位于增强件52，53(如果使用)的终止距离处。此单一部件使此最佳实施形式的图2所示部件的个数减少一个。此钢丝圈包布70最好由相对于增强件52、53所述的相同材料的帘线制成，且类似地具有最好按约45°取向的斜定向帘线以及当采用于多个钢丝圈包布70时相错开的端部。
所有上述实施例的重要特点是嵌件42、46、80的径向外端在它们趋近带束层结构时应使其横剖面逐渐变窄，同时使横剖面厚度快速减小直至各自相应的端部，这些端部最好应错开，且两者终结于离带束层结构36的横向端沿轴向朝内的带宽的5％-25％的范围内。要是嵌件42、46终结得太快，就会降低跑气保用性能。要是嵌件向内延伸得太远或是具有太厚的剖面，就会不利于滚动阻力。因而最好是嵌件端部错开，并终止于带束层宽度的5％-15％内。此外，在图2B所示的实施形式中，同样认为重要的是，反包端32应延伸到或略略超过嵌件46的端部。
用图2B所示的结构构造了具有延伸到胎圈芯的单一组份的嵌件46的试验轮胎，还构造了图1的先有技术轮胎。所有的部件都是相同的，例外的是在试验轮胎中没有使用对比轮胎组合的三角胶芯48和第二帘布层40而代之以使用嵌件42和伸展的反包端32。
对比轮胎是先有技术轮胎，试验轮胎如图2B所示，这两种轮胎的尺寸分别是P225/50R17和P245/50R17。
结果表明，试验轮胎与对比轮胎相比较，具有略低的因而是较好的滚动阻力、减轻了重量、稍有改进了的操纵性能以及基本上相同的跑气保用性能。图2B的尺寸为P225/50R17的试验轮胎在试验室无空气的试验条件下运行了400英里，未见有足以造成轮胎塌缩的部件损伤的迹象。P245/50R17轮胎的试验室跑气保用性能试验数据表明有约110英里的里程，这与对比轮胎基本相同。显然，本发明的轮胎能进一步减轻重量。最终的结果是，这种轮胎是显著地减少了制造费用的可接受的代替用品。
为阐明本发明上面虽然给出了几个有代表性的实施形式及各种细节，但应知内行的人在不背离本发明的精神或范围的前提下是可以作出种种变更与改进的。
权利要求
1.轮胎，它具有一胎面、一带束层结构和沿径向在此胎面与带束层结构之内的胎体，此胎体具有一对胎壁结构一对非延伸性的胎圈芯，各个胎壁结构中有一个胎圈芯；此轮胎的特征在于至少一个帘布层从胎圈芯延伸到相对胎圈芯，此至少一个帘布层有一对反包端，各反包端卷绕一个胎圈芯并沿径向外延到处于所述带束层结构下的一个端部处；一对第一嵌件，一个第一嵌件沿径向处于各胎壁结构中的至少一个帘布层之内；一对第二嵌件，一个第二嵌件介于各胎壁结构中所述至少一个帘布层和反包端之间。
2.权利要求1所述的轮胎，其中所述第一和第二嵌件是弹性的。
3.权利要求2所述的轮胎，其中所述弹性的第二嵌件还具有增强帘线。
4.权利要求2所述的轮胎，其中所述弹性的第二嵌件还具有埋设于其中且大致取径向方向的短纤维。
5.权利要求3所述的轮胎，其中所述至少一个帘布层的帘线具有的模量E不同于所述嵌件的帘线。
6.权利要求1所述的轮胎，其中所述轮胎的特征还在于位于在各胎壁结构中此至少一个帘布层和胎圈芯上方的反包端之间的斜交帘线增强结构。
7.如权利要求6所述的轮胎，其中所述斜交帘线增强结构具有两个帘线增强材料带，它们所包括的帘线有大致相等但相反的取向，这两个带位于此反包端和嵌件之间。
8.如权利要求6所述的轮胎，其中所述斜交帘线增强结构是单一的带，它从胎圈芯上方在包绕胎圈芯的至少一个帘布层附近和径向外侧沿径向向内延伸，并在反包端和第二嵌件附近径向向外延伸。
9.如权利要求6所述的轮胎，其中所述帘线是合成的，且相对径向按约45°的角度取向。
10.权利要求1所述的轮胎，其中所述胎圈芯具有的横剖面包括径向靠外的三角部分，后者沿径向延伸到此轮胎拟安装于其上的设计轮辋凸缘之上。
11.轮胎，具有小于或等于0.8的断面高宽比，以及包括有胎面、带束层结构和沿径向在此胎面与带束层结构之内的胎体的剖面高度(h)，此胎体具有一对胎壁结构；一对非延伸性的胎圈芯，各胎壁结构中有一个胎圈芯，此轮胎的特征在于至少一个帘布层从所述胎圈芯延伸到相对的胎圈芯，此至少一个帘布层有一对反包端，各反包端包绕胎圈芯并沿径向外延伸至一端部，此端部在上述剖面高度(h)的至少40％的径向高度处；一对第一嵌件，一个第一嵌件沿径向位于各胎壁结构中至少一个帘布层之内侧；一对胎圈填充胶条，一个胎圈填充胶条介于各胎壁结构中此至少一个帘布层和反包端之间。
12.如权利要求11所述的轮胎，其中所述第一嵌件和胎圈填充胶条是弹性的。
13.如权利要求12所述的轮胎，其中所述弹性的第一嵌件还具有增强帘线。
14.如权利要求12所述的轮胎，其中所述弹性第一嵌件还具有埋设于其中且一般按径向取向的短纤维。
15.如权利要求13所述至少一个帘布层的帘线具有的模量E不同于所述嵌件的帘线。
16.如权利要求11所述的轮胎，其特征还在于位于各胎壁结构中此至少一个帘布层和胎圈芯上方的反包端之间的斜交帘线增强结构。
17.如权利要求16所述的轮胎，其中所述斜交帘线增强结构具有两个帘线增强材料带，具有大致相同而相反取向的帘线，这两个带位于反包端和胎圈填充胶条之间。
18.如权利要求16所述的轮胎，其中所述斜交帘线增强结构是单一的带，它从胎圈芯上方在包绕胎圈芯的至少一个帘布层附近和径向外侧沿径向向内延伸，并在反包端和第二嵌件附近径向向外延伸。
19.如权利要求16所述的轮胎，其中所述帘线是合成的且相对径向按约45°的角度取向。
20.如权利要求11所述的充气轮胎，其中所述胎圈芯具有的横剖面包括径向靠外的三角部分，后者沿径向延伸到此轮胎拟安装于其上的设计轮辋凸缘之上。
全文摘要
跑气保用的充气式子午轮胎(10),它具有由至少两个胎壁填充脱条或嵌件(42,46)增强的胎体(30)、至少一个帘线增强的帘布层(38)、两个胎圈芯(26)以及一或多个增强带束层(36)。此至少一个帘布层(38)增强用的帘线有一对卷绕到这对胎圈芯(26)上的反包端(32)。反包端(32)沿径向外延至终端(33),终端(33)位于增强带束层(36)之下。第一嵌件(42)沿径向铺设于帘布层(38)内邻近处。第二嵌件(46)沿径向位于帘布层(38)和其反包端(32)之间。轮胎(10)与先有技术的跑气保用轮胎相比,减少了部件数和减轻了重量。
文档编号B60C15/04GK1264342SQ98807371
公开日2000年8月23日 申请日期1998年4月17日 优先权日1997年5月29日
发明者A·C·保尼萨, M·H·瑟洛弗, 小J·J·贝克, T·R·奥尔雷, J·G·丹 申请人:固特异轮胎和橡胶公司