胎圈的制作方法
【专利说明】胎圈
[0001]本发明是由政府支持的基于美国能源部资助的批准号DDE-FOA0000239来进行 的。政府具有本发明的某些权利。本申请要求于2013年4月9日提交的美国临时申请第 61/810,040号的权益，其内容通过引用结合于此。
【背景技术】
[0002] 随着欧洲新的立法需要和世界其他地方议案的需要，轮胎重量和提高的燃料效率 比以往更加重要。已经采取了许多技术方法来解决这些问题。在调查研究中的一个技术领 域是，用芳纶（aramid，芳香聚酰胺）胎圈代替目前的钢胎圈。此技术可能减小轮胎的重量。 本示例性实例涉及用于轮胎的芳纶胎圈的发展。
[0003] 轮胎通常包括：胎体（carcass)结构；处于胎体结构径向外部的位置的胎面；插入 胎体结构和胎面之间的束带结构。轮胎通常还包括在轴向相对的位置应用于胎体结构的一 对侧壁。将至少一个胎体垫层的端部折叠起来或固定至两个环形增强元件，即，所谓的"胎 圈芯（beadbundles)"，并且，包含胎圈芯的轮胎区域叫做"胎圈（tirebead，胎唇）"。通 常，在胎圈芯径向外部的位置中，胎圈还包括弹性体插入物，习惯上叫做"胎圈填料"或"三 角胶带（beadapex)"，其从相应的胎圈芯径向地向外延伸。
[0004]胎圈执行将轮胎固定至相应的轮缘的功能，从而在无内胎轮胎的情况中确保轮胎 和轮缘之间的密封效果，轮缘设置成对应于胎圈安装位置，并通常包括用作胎圈的衬底的 两个基本上圆锥形的共轴表面。该表面通常终结于径向地向外伸出的一凸缘中，该凸缘支 撑胎圈的轴向外表面，并且胎圈的轴向外表面由于轮胎充气压力而抵靠该凸缘。
[0005] 需要胎圈承受在轮胎安装于相应轮缘上的操作过程中出现的相关变形。实际上， 胎圈芯的径向内环形表面的直径小于轮辋凸缘（rimflange)的径向外径，并且胎圈芯的径 向内环形表面的直径选择成使得一旦已将胎圈定位在轮缘的相应胎圈座（beadseat)中， 在越过（passover)凸缘之后，通过轮胎充气流体的压力将胎圈沿着胎圈座的分叉表面抵 靠凸缘的轴向内表面推动。通常，轮胎在相应轮缘上的安装通过胎圈的变形（成椭圆形） 而开始，使得胎圈的一部分能够越过凸缘。接着，使胎圈的剩余部分完全越过凸缘，以使得 胎圈位于最近的胎圈座中。然后，将胎圈朝向相对的胎圈座轴向地推动，以使胎圈落入轮缘 的中心凹槽中。这样，一旦胎圈位于上述中心凹槽内，轮胎的赤道面便可相对于轮缘的赤道 面倾斜，以允许相对的胎圈也越过凸缘并通过胎圈形成的椭圆形（以及由此通过相应胎圈 芯的形成的椭圆形）而定位在相应的胎圈座中。
[0006] 最后，给轮胎充气，以使得两个胎圈都与凸缘的轴向内表面抵靠。由于胎圈芯是刚 性的，将轮胎安装在轮缘上的操作/从轮缘去除轮胎的操作都可能需要使用杠杆，通过该 杠杆能施加足以使胎圈芯变形的力，将结构从基本上圆形的改变成椭圆形的以允许胎圈越 过凸缘，如上所述。
[0007] 为了实现这些功能，胎圈不仅需要具有足够的强度以承受所施加的张力，而且需 要具有在保持胎圈部分的内边缘具有足够的尺寸精度以确保与轮缘良好地配合的同时将 轮胎保持在轮缘上所必需的刚性。
[0008] 为了满足这些强度和刚性需求，已经使用多个高模量钢丝作为传统的胎圈。一种 普通类型的胎圈叫做单丝胎圈。对于单丝胎圈，将单丝或涂层丝在角度方向上缠绕多圈，以 形成环形。图1示出了单丝胎圈的横截面，该单丝胎圈具有六边形截面的钢丝中心几何形 状（为了清楚示出，省略了截面线（crosshatching))，每个圆代表一圈钢丝。图2中示出 了带状钢丝中心几何形状。
[0009] 虽然已经证明了钢胎圈长期的商业成功，但是这种传统的钢圈已具有这样的问 题：其重量占了轮胎重量的大约5%，这是目前日益重要的实现更轻轮胎的目标的一个障 碍。
【发明内容】
[0010] 本公开的各个细节在下文中总结为基本的理解。该总结并不是本公开的泛泛概 述，也并非旨在确定本公开的某些元件，也不是描述本公开的范围。相反，该总结的主要目 的是，在下文中给出的更详细的描述之前，以简化的方式提供本公开的一些概念。
[0011] 根据第一实施方式，提供了一种用于机动车辆的轮胎。该轮胎包括胎体结构，其具 有由冠部和两个轴向相对的侧部组成的至少一个胎体垫层，侧部终止于胎圈中以将轮胎安 装在轮缘上。胎面（treadband)和束带结构插入胎体结构与胎圈之间。每个胎圈均包括细 长帘布，细长帘布由具有熔点或分解点为?\的第一纱线和具有熔点为T2的第二纱线组成， 其中，?\> ^且！^大于40°C。
[0012] 根据另一实施方式，提供了一种由多个聚合物帘布组成的胎圈，该帘布彼此平行 地布置以形成多个圈（wrap)。这些圈形成组成胎圈芯的同心环。该帘布包括具有熔点或 分解点为?\的聚合物纱线和具有熔点为T2的聚合物纱线的组合，其中，TT2且T2大于 4(TC〇
[0013] 根据第三实施方式，提供了一种乘用车胎圈。该胎圈包括彼此平行地布置以在胎 圈芯中形成7至18个圈（wrap)的多个聚合物帘布。胎圈芯具有至少大约40英寸的内周长。 胎圈芯的横截面具有大约在0. 3英寸与0. 4英寸之间的平均直径。胎圈具有至少20000 (N) 的破坏强度和小于100克的重量。
[0014] 根据第四实施方式，提供了一种摩托车胎圈。该胎圈包括彼此平行地布置以在胎 圈芯中形成6至18圈的多个聚合物帘布。胎圈芯具有至少大约40英寸的内周长。胎圈芯 的横截面具有大约在0. 25英寸与0. 4英寸之间的平均直径。胎圈具有至少11000 (N)的破 坏强度和小于100克的重量。
[0015] 根据一个附加实施方式，提供了一种卡车或公共汽车胎圈。该胎圈包括彼此平行 地布置以在胎圈芯中形成20至50圈的多个聚合物帘布。胎圈芯具有至少大约59英寸的 内周长。胎圈芯的横截面具有0.10英寸的最小尺寸和1.00英寸的最大尺寸。胎圈具有至 少106000 (N)的破坏强度和小于1500克的重量。
【附图说明】
[0016] 以下描述和附图详细地说明了本公开的某些示例性实施方式，其表示可执行本公 开各种原理的多个示例性方式。然而，所示实例并非穷举了本公开的多个可能的实施例。当 结合附图考虑时，将在本公开的以下详细描述中说明本公开的其他优点和新颖特征，附图 中：
[0017] 图1是第一现有技术胎圈的横截面图；
[0018] 图2是第二现有技术胎圈的横截面图；
[0019] 图3示出了包括聚合物胎圈芯的轮胎；以及
[0020] 图4是传统的胎圈盘线装置的立体图。
【具体实施方式】
[0021] 本公开涉及一种车辆轮胎，包括由至少两种聚合物（例如芳纶和尼龙）构成的胎 圈。使用单个处理过的芳纶帘布（aramidcord)来形成六边形（见图1)或带形（见图2) 胎圈的一个好处是，可使用目前的钢胎圈形成设备。此外，处理过的芳纶帘布可形成卷轴并 传送至挤压模，在该挤压模处该帘布包覆橡胶。
[0022] 本实施方式是有利的，因为芳纶帘布的卷轴的处理和运输相对简单、经济，此外， 在商业上可以与传统成卷钢丝相同的方式实现。特别地，可通过钢胎圈六边形或带状成型 设备来处理橡胶包覆的芳纶帘布，以制造芳纶胎圈。最终的轮胎重量可以更轻（预期轻2% 至6% )，并且车辆燃料消耗量可通过更轻重量的轮胎来改进。
[0023] 然而，为了使目前的胎圈形成设备能够工作，芳纶帘布必须是硬的。这通过使一股 热塑性材料与在热处理工艺过程中熔化的芳纶帘布交织来实现。一旦热塑性材料重新变 硬，就产生硬芳纶帘布。该硬帘布允许通过目前的钢帘布胎圈处理设备来处理。
[0024] 本公开的用于缠绕成胎圈的帘布可以是美国专利6, 921，572中描述的帘布的类 型，该专利的公开内容通过引用的方式结合于此。该帘布可由至少两条纱线组成，第一条是 具有熔点或分解点为?\的纱线，第二条是具有熔点为T2的纱线，其中，TT2,T2大于40°C。 第一纱线的线密度与第二纱线的线密度的比例可以在1000:1与1:1之间，可以在100:1和 4:1之间，或可以在35:1和15:1之间。
[0025]用于具有相对较高的熔点或分解点〇\)的纱线的合适的材料包括芳香族聚酰胺 (例如芳纟仑），例如聚对苯二甲酰对苯胺（p〇ly(para_phenyleneterephthalamide))。用于 具有相对较低的熔点（T2)的纱线的合适的材料可以是聚酯、聚酰胺、聚烯烃、氨纶、热塑性 硫化橡胶和丙烯酸塑料。根据一个实施方式，?\聚合物可以是芳纶，Τ2聚合物可以是尼龙。
[0026] 为了提供强度和硬度的适当组合，帘布可包含重量百分比大约在85%与97%之 间的?\聚合物，以及重量百分比大约在3%与15%之间的Τ2聚合物。在某些实施方式中， 将存在重量百分比在大约88%与95%之间的1\聚合物以及重量百分比在大约5%和12% 之间的Τ2聚合物。当然，还可以考虑在帘布中包含少部分的第三或第四纱线。
[0027] 通过根据适当编织方案的编织来控制第二纱线的分布，并且，该分布取决于帘布 构造的类型。编织方案和第二纱线相对于所使用的第一纱线的量取决于预期的胎圈芯内聚 力，并可由本领域的技术人员确定。编织方法在本领域中是众所周知的。可通过任何适当 的编织设备来执行编织。通常，每毫米纱线将包括少于2捻（twist)。然而，在某些实施方 式中，未搓捻的纱线可以是期望的。合适的帘布材料的实例包括可从德国伍珀塔尔的帝人 公司（TeijinLimitedofWuppertal,Germany)获得的特沃给D1014(TwaronD1014)、特沃 纶D2200(3220dtexX2X4+热粘合剂）和特沃纶D2200(3220dtexXlX4+热粘合剂）。
[0028] 制造帘布的方法包括以下步骤：编织第一纱线和第二纱线，然后在1\和T2之间的 温度下加热交织的帘布。执行加热步骤以通过熔化第二纱线来固定第一纱线束。熔化的细 丝（f