具有复合结构胎面的轮胎及其制造方法
【专利摘要】本发明公开一种具有复合胎面的轮胎及其制造方法，轮胎包括由橡胶材料制成的胎体，在胎体的胎面上镶嵌有聚氨酯材料制成的胶条，胶条外表面面积占整体胎面面积的1/3-2/3。本发明制造方法包括密炼、包括胎面等胶部件的准备、通过独立的挤出机挤出聚氨酯胶条，并将聚氨酯胶条敷贴在橡胶胎面中、轮胎成型，将胶部件与聚氨酯胶条在成型机上组装成生胎、硫化生胎等步骤。本发明轮胎具有高耐磨、低滚动阻力、弹性好、与地面附着力强的特点。本发明轮胎的使用寿命可比传统轮胎高20%以上，其适用于主要在城区行驶的出租车、公交车轮胎、以及多轮中重型载重汽车的拖车轮、农业轮胎、叉车轮胎、工程轮胎、轿车专用备用胎等。
【专利说明】具有复合结构胎面的轮胎及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轮胎，尤其涉及一种具有由不同材料组成的复合结构胎面的轮胎。
【背景技术】
[0002]轮胎是汽车行驶中保证安全的重要部件，目前常用的轮胎一般均是橡胶轮胎，即胎体采用橡胶制成，而胎面由单一或多种橡胶和补强剂、填充剂、防老剂、硫化剂、促进剂等经密炼机或开炼机等设备捏合而成的混炼胶，经过挤出成型敷贴在轮胎胎体上，然后通过模型硫化，形成固定的外形和花纹。这种由橡胶为主体材料的胎面，虽然弹性好，与地面附着力好，具有一定耐磨性。但是为降低这种传统轮胎的滚动阻力，需要牺牲部分耐磨性，从而导致其耐磨性更加不能满足需要，影响轮胎的行驶里程及使用寿命(例如，胎面使用寿命通常为轿车胎6-8万公里，载重胎10-14万公里)，并且导致产生废旧轮胎，对环境形成“黑色”污染和重金属污染。另外，为增加橡胶的强度，轮胎胎面均添加炭黑补强和芳烃油(有致癌作用)，这些添加物均会随胎面磨损而散发到空气中而进一步严重污染环境。另外为降低胎面的滚动阻力，常在胶料中配用大量导电性差的白炭黑，从而导致传统轮胎同样存在放电问题。
[0003]近年来，国际上有很多人致力于研究比现有轮胎更加耐磨，更加环保的轮胎。而聚氨酯材料是一种完全反应的聚合物，化学结构保证了其具有很好的稳定性，具有高耐磨性和滚动阻力小、降低油耗等特点。但是这种材料也存在附着力降低、内生热大、玻璃化转变温度高的缺点。目前已经出现整体浇注的聚氨酯轮胎，虽然这些胎面特别耐磨，不需要炭黑补强和添加芳烃油，但其硬度高、弹性差、滚动阻力大、油耗多且行驶中生热大。虽然也研究出在轮胎橡胶胎体上浇注全宽的聚氨酯胎面的轮胎，但是这种轮胎存在如下缺陷:1)由于橡胶基部胶片与聚氨酯材料的不同，导致胎体与胎面之间粘合的粘附强度不够，在行驶中胎体与胎面容易分离；2)在行驶过程中胎体与胎面的耐热性不同，生热也不同，导致二者产生不同程度的热膨胀，从而使胎体与胎面易于分离；3)在行驶过程中，聚氨酯胎面的滚动阻力小而橡胶胎体滚动阻力大，因此二者在着地位置受相同的力却产生不同的变形，同样使胎体与胎面易于分离。因此这种轮胎同样没有克服前述聚氨酯材料的弱点，不能使胎面与胎体完全紧密结合。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有橡胶-聚氨酯复合结构胎面的轮月台。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种具有橡胶-聚氨酯复合结构胎面的轮胎的制造方法。
[0006]为实现本发明第一目的，本发明采用如下技术方案:本发明具有复合结构胎面的轮胎包括由橡胶材料制成的胎体，在胎体的胎面上镶嵌有聚氨酯材料制成的胶条，胎体与胶条是过盈配合，且胶条外表面面积占整体胎面面积的1/5-4/5。
[0007]优选地，胶条外表面面积占整体胎面面积的1/3-2/3，且胶条为环带状，胶条的宽度范围为15-300mm，厚度范围为5_50mm。
[0008]优选地，胎体上设置收容槽及与收容槽连通的第一闭锁槽，胶条上设置与第一闭锁槽配合的第一闭锁件；或者胎体上设置收容槽及设置在收容槽侧壁上的第一闭锁件，胶条上设置与第一闭锁件配合的第一闭锁槽。
[0009]优选地，胎体上设置与收容槽连通的第二闭锁槽，胶条上设置与第二闭锁槽配合的第二闭锁件；或者胎体的收容槽侧壁设置第二闭锁件，胶条上设置与第二闭锁件配合的第二闭锁槽。
[0010]优选地，第一、第二闭锁件为长条形、锯齿形或圆柱形，第一、第二闭锁槽的形状与第一、第二闭锁件的形状分别对应相同。第一闭锁件、第二闭锁槽的数目范围是1-8条，第二闭锁件、第二闭锁槽的数目范围是2-20。
[0011]为实现本发明第二目的，本发明采用如下技术方案:本发明复合结构胎面轮胎的制造方法，包括如下步骤:(1)密炼、；(2)胶部件准备，即挤出、压延、胎圈成型、帘布裁断、贴三角胶条、带束层成型；(2-1):制造聚氨酯胶条，在胶条上同时制造出闭锁件或闭锁槽
(3)轮胎成型，即将除聚氨酯胶条外的胶部件在成型机上组装成生胎，组成后的生胎上具有分别与所述闭锁件或闭锁槽配合的闭锁槽或闭锁件；(4)硫化，将生胎和聚氨酯胶条分别硫化成型，生成硫化后的胎体和胶条；(5)组装硫化后的胎体和胶条，胎体与胶条是过盈配合，且闭锁件与闭锁槽构成闭锁件组合。
[0012]优选地，在步骤(2-1)中增加步骤(a):通过模压或机床加工、离心浇涛或手工雕刻在胶条上制造出花纹。
[0013]优选地，在步骤(5)之前增加步骤(b):在胶条的两侧边或/和底表面涂覆粘合剂，和/或在胎体的收容槽的两侧边或/和底表面涂覆粘合剂。
[0014]为实现本发明第二目的，本发明还可以采用如下技术方案:本发明具有复合胎面轮胎的制造方法，包括如下步骤:(I)密炼；(2)胶部件准备，即挤出胎侧/子口和三角胶条、压延、胎圈成型、帘布裁断、贴三角胶条、带束层成型；(3)挤出胎面，同时通过独立的挤出机挤出聚氨酯胶条，并将聚氨酯胶条敷贴在同时挤出的橡胶胎面中；(4)轮胎成型，将胶部件与橡胶/聚氨酯胎面在成型机上组装成生胎；(5)硫化生胎。
[0015]本发明将橡胶和聚氨酯两种材料的各自特点充分发挥，将耐磨性好的聚氨酯材料设置在相对磨损较大的胎面中心1/3 — 2/3部分，而在对操控性能影响较大的胎肩部位仍然使用橡胶材料；从而获得较佳的综合性能。本发明轮胎的胎体与胶条是过盈配合且通过闭锁件组合，从而保证硫化后的胎体与胶条结合强度确保二者不易分离，还可以再通过粘结剂进一步保证二者的紧密结合。本发明轮胎的胎体还可以省略闭合件组合，通过独立的挤出机将聚氨酯胶条直接挤出并敷贴在橡胶胎面中，通过同时硫化使两种材料间产生分子键结合，形成一体式的复合胎面，并且还可以在胎面上形成固定的花纹。因此本发明轮胎的胎面不仅耐磨性高、滚动阻力低，而且弹性好，与地面附着力强，轮胎的使用寿命相对于传统轮胎的使用寿命得到大幅度提高。
[0016]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明第一实施例的轮胎局部剖面图。[0017]图2为本发明第二实施例的轮胎局部剖面图。
[0018]图3为图1所示实施例轮胎的一部分的示意图。
图4为本发明第三实施例的立体示意图。
[0019]【具体实施方式】:
请参照图1-4所示，本发明轮胎10包括具有胎冠(未标号)的胎体12，设置在胎冠区域上的径向胎面14，胎面14上设置有花纹块144和花纹槽142。胎体12自胎面14向下设置收容槽120，胎体12还设置有与收容槽120连通的若干第一闭锁槽122。轮胎10的胎体12由本领域技术员所公知的常用像胶材料制成。轮胎10还包括具有一定宽度和厚度的环带状胶条16 (当然胶条16也可以是分段设置在胎体中的非闭合的环带状胶条)，胶条16由聚氨酯材料制成，包括胶条主体160、设置在胶条主体160侧边且沿侧边纵长延伸的第一闭锁件162、及设置在胶条主体上的花纹沟164。胶条16装配于胎体12的收容槽120中，且胶条16与收容槽120是过盈配合，聚氨酯胶条16位于相对磨损较大的胎面相对中间的位置，胶条16的外表面面积占整体胎面面积约1/5-4/5，优选的为1/4-3/4，更优选的为1/3-2/3。第一闭锁件162卡合于第一闭锁槽122中，从而胶条16稳固地镶嵌于胎体12中，保证在使用过程中轮胎10与胶条16的紧密结合。可以理解的是，胶条16的宽度和厚度是根据配用轮胎的规格来确定。优选地，胶条16的宽度范围是15-300mm，厚度范围是5_50mm。
[0020]在图1所示的第一实施例中，胶条16有两条，相对于轮胎中心线对称地设置在轮胎10的胎面上，且胶条16的第一闭锁件162为沿胶条长度方向延伸的长条形，在图示实施例中，第一闭锁件162为4条。但是根据胶条16厚度不同，第一闭锁件162的数目也可以变化，优选地，第一闭锁件数目范围是1-8条，即如果胶条厚度较薄，第一闭锁件162可以仅在胶条16的单侧设置一条，若胶条厚度较厚，第一闭锁件162可以在胶条16两侧分别设置4条，也可以不对称地分别设置在胶条16的两侧。当然在图1所示的实施方式中，第一闭锁件162可以是锯齿状长条、也可以是分布在胶条16单侧或双侧的多根独立圆柱或有利于胶条16和胎体12紧密结合的其他任意形状。胎体12上的第一闭锁槽122的形状与数目与第一闭锁件162的形状与数目对应。
[0021]在图2所示的第二实施例中，轮胎10仅包括一条胶条16，即胎体12仅设置一个收容槽120，在收容槽120中过盈镶嵌有胶条16。与第一实施例相同，胶条16的数目也可以变化，优选的是1-8条，第一闭锁件162与第一闭锁槽122的形状为锯齿形，当然，第一闭锁件162与第一闭锁槽122可以是沿胶条长度方向延伸的长条形、分布在胶条16单侧或双侧的多根独立圆柱或有利于胶条16和胎体12紧密结合其他任意形状。
[0022]请参照图4所示，考虑到聚氨酯胶条16和橡胶胎体12在压缩变形以及摩擦力的差异性，优选地，在胶条16上还可以设置有沿胎体12径向方向延伸的第二闭锁件166，第二闭锁件166的数目可以是变化的，优选的数目范围是2-40个，更优选的是2-20个。胎体12对应地设置有与第二闭锁件166配合的且与收容槽120连通的第二闭锁槽(未标号)。可以理解的，第二闭锁件166、第二闭锁槽可以是径向延伸的长条形、锯齿形、独立圆柱形或有利于胶条16和胎体12紧密结合其他任何形状，而且第二闭锁件166、第二闭锁槽可以是不对称地设置在胶条16的两侧。
[0023]本发明第一闭锁件162与第一闭锁槽122构成第一闭锁件组合，第二闭锁件166与第二闭锁槽构成第二闭锁件组合。第一、第二闭锁件162、166与第一闭锁槽122、第二闭锁槽的位置可以互换，即第一、第二闭锁件166、166可以设置于胎体12上，而第一闭锁槽122、第二闭锁槽可以设置在胶条16上，也可以是第一闭锁件162、第二闭锁槽设置在胶条16上,而第二闭锁件166、第一闭锁槽122设置在胎体12上,或者第二闭锁件166、第一闭锁槽设置在胶条16上，而第一闭锁件162、第二闭锁槽设置在胎体12上。优选地，为增强聚氨酯胶条16与橡胶胎体12之间的结合性，在胶条16两侧边或/和底表面涂覆粘合剂，和/或在胎体12的收容槽120的两侧边或/和底表面涂覆粘合剂，粘合剂使胶条16和胎体12具有较好的粘性。
[0024]本发明轮胎10的胶条16也可以不设置花纹沟164，胶条16的外表面可以是平滑的，或者设置其他形式的花纹。当轮胎10的胶条16是对称分布时，胶条16上的花纹根据其在胎面14上的分布位置可以是左右对称的，也可以是不对称的。另外，当本发明轮胎10的胎体12与胶条16是一体成型时，省略第一、第二闭锁件组合。
[0025]本发明轮胎10的制造工艺的一个实施例包括如下步骤:1)密炼；2)胶部件准备，即挤出、压延、胎圈成型、帘布裁断、贴三角胶条、带束层成型；3)制造聚氨酯胶条16，胶条16上同时制造出第一、第二闭锁件162、166 ；4)轮胎成型，即将除聚氨酯胶条16外的胶部件在成型机上组装成生胎，组成后的生胎上具有收容槽120、与收容槽120连通的第一闭锁槽122和第二闭锁槽；5)硫化，将生胎和聚氨酯胶条16分别硫化成型，生成硫化后的胎体12和胶条16 ；6)组装硫化后的胎体12和胶条16，胎体12与胶条16是过盈配合，第一、第二闭锁件162、166与第一闭锁槽122、第二闭锁槽的存在，保证组装后的胎体12与胶条16的紧密结合。
[0026]优选地，在步骤3)中，可以增加步骤a:通过模压或机床加工、离心浇涛或手工雕刻在胶条上制造出花纹。在上述实施例中，步骤3)与步骤4)不分前后顺序的。优选地，为进一步保证胎体12与胶条16的紧密结合，在步骤6)之前增加步骤b:在胶条16的两侧边或/和底表面涂覆粘合剂，和/或在胎体12的收容槽120的两侧边或/和底表面涂覆粘合剂。
[0027]以上是以第一、第二闭锁件162、166设置于胶条16上,而第一闭锁槽122和第二闭锁槽设置于胎体上为例进行说明，当第一、第二闭锁件162、166与第一闭锁槽122、第二闭锁槽的位置如之前所述改变时，制造工艺与上述实施方式基本相同，不同之处仅在于闭锁件与闭锁槽设置的位置不同。
[0028]本发明制造工艺的第二个实施例包括如下步骤:1)密炼；2)胶部件准备，即挤出胎侧/子口和三角胶条、压延、胎圈成型、帘布裁断、贴三角胶条、带束层成型；3)在胎面14挤出时，通过独立的挤出机挤出聚氨酯胶条16，并将聚氨酯胶条16敷贴在同时挤出的橡胶胎面14中；4)轮胎成型，将胶部件与橡胶胎面14/聚氨酯胶条16复合胎面在成型机上组装成生胎；5)硫化生胎，使胎面14的橡胶材料与胶条16的聚氨酯材料间产生分子键结合，形成一体式的胎面复合结构，并且在胎面上形成固定的花纹。采用本实施例制造工艺的轮胎10则省略闭锁件与闭锁槽，同样可以保证胎体12与胶条16的紧密结合。
[0029]以上是对本发明较佳的【具体实施方式】的描述，本发明轮胎10的结构与制造方法不仅适用于新轮胎的结构与制造、翻新轮胎的结构与制造，而且也适用于斜交轮胎和子午线轮胎的结构与制造。本发明轮胎适用于主要在城区行驶的出租车、公交车轮胎、以及多轮中重型载重汽车的拖车轮、农业轮胎、叉车轮胎、工程轮胎、轿车专用备用胎等。
【权利要求】
1.一种具有复合结构胎面的轮胎，包括由橡胶材料制成的胎体，其特征在于:所述胎体的胎面上镶嵌有聚氨酯材料制成的胶条，所述胎体与所述胶条是过盈配合，且所述胶条外表面面积占轮胎整体胎面面积的1/5-4/5。
2.如权利要求1所述的复合结构胎面的轮胎，其特征在于:所述胶条外表面面积占整体胎面面积的1/3-2/3，所述胶条为环带状，胶条的宽度范围为15-300mm，厚度范围为5-50mmo
3.如权利要求1或2所述的复合结构胎面的轮胎，其特征在于:所述胎体上设置收容槽及与所述收容槽连通的第一闭锁槽，所述胶条上设置与所述第一闭锁槽配合的第一闭锁件；或者所述胎体上设置收容槽及设置在所述收容槽侧壁上的第一闭锁件，所述胶条上设置与所述第一闭锁件配合的第一闭锁槽。
4.如权利要求3所述的复合结构胎面的轮胎，其特征在于:所述胎体上设有与所述收容槽连通的第二闭锁槽，所述胶条上设置与所述第二闭锁槽配合的第二闭锁件；或者所述胎体的收容槽侧壁设置第二闭锁件，所述胶条上设置与所述第二闭锁件配合的第二闭锁槽。
5.如权利要求4所述的复合结构胎面的轮胎，其特征在于:所述第一、第二闭锁件为长条形、锯齿形或圆柱形，所述第一、第二闭锁槽的形状与第一、第二闭锁件的形状分别对应相同。
6.如权利要求4所述的复合结构胎面的轮胎，其特征在于:所述第一闭锁件、第二闭锁槽的数目范围是1-8条，所述第二闭锁件、第二闭锁槽的数目范围是2-20。
7.—种制造如权利要求1所述具有复合结构胎面的轮胎的制造方法，包括如下步骤:(I)密炼；(2)胶部件准备，即挤出、压延、胎圈成型、帘布裁断、贴三角胶条、带束层成型；(3)轮胎成型；其特征在于:在步骤(2)与(3)之间具有步骤(2-1):制造聚氨酯胶条，在胶条上同时制造出闭锁件或闭锁槽；并且在步骤(3)中是将除聚氨酯胶条外的胶部件在成型机上组装成生胎，组成后的生胎上具有分别与所述闭锁件或所述闭锁槽配合的闭锁槽或闭锁件；(4)硫化，将生胎和聚氨酯胶条分别硫化成型，生成硫化后的胎体和胶条；(5)组装硫化后的胎体和胶条，所述胎体与胶条是过盈配合，闭锁件与闭锁槽构成闭锁件组合。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于:在步骤(2-1)中增加步骤(a):通过模压或机床加工、离心浇涛或手工雕刻工艺在胶条上制造出花纹。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于:在步骤(5)之前增加步骤(b):在胶条的两侧边或/和底表面涂覆粘合剂，和/或在胎体的收容槽的两侧边或/和底表面涂覆粘合剂。
10.一种制造如权利要求1所述具有复合结构胎面的轮胎的制造方法，包括如下步骤:(I)密炼；(2)胶部件准备，即挤出胎侧/子口和三角胶条、压延、胎圈成型、帘布裁断、贴三角胶条、带束层成型；其特征在于:还包括如下步骤:(3)挤出胎面，在胎面挤出的同时，通过独立的挤出机挤出聚氨酯胶条，并将聚氨酯胶条敷贴在同时挤出的橡胶胎面中；(4)轮胎成型，将胶部件与橡胶/聚氨酯胎面在成型机上组装成生胎；(5)硫化生胎。
【文档编号】B29D30/08GK103660801SQ201210343442
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月17日 优先权日:2012年9月17日
【发明者】王 锋, 聂秋海, 王祖键, 黄炜, 张正伟 申请人:山东玲珑轮胎股份有限公司