带有机织或针织的胎圈加强件的充气轮胎的制作方法

专利名称：带有机织或针织的胎圈加强件的充气轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及充气轮胎，且更特定地涉及低滚动阻力充气轮胎。
背景技术：
充气轮胎典型地包括一对轴向分开的不可延伸的胎圈。圆周布置的胎圈填料三角胶芯从每个胎圈径向向外延伸。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部分，所述端部部分每个围绕各自胎圈向上翻且固定到胎圈。胎面橡胶和胎侧橡胶分别位于胎体帘布层的轴向外部和径向外部。由于周期性曲挠，胎圈区域是对于轮胎滚动阻力具有明显贡献量的轮胎的一个部分，该周期性曲挠还导致发热。在严重的运行情况下，如对于泄气保用和高性能轮胎，胎圈区域内的曲挠和发热可能是特别成问题的，从而导致相互相邻的具有相异特性的部件的分离，例如具有各自弹性模量的部件的分离。特别地，帘布层反包端部可能倾向于从轮胎的相邻的结构元件分离。常规的帘布层可通过具有比制成轮胎的主体的相邻的橡胶混合物远更高的刚性 (即，弹性模量)的例如尼龙、聚酯、人造丝和/或金属的材料加强。相互相邻的轮胎元件的弹性模量的差异可能导致在轮胎使用期间受到应力且变形时的分离。多种结构设计方法已用于控制轮胎元件在轮胎的胎圈区域内的分离。例如，一个方法是提供围绕胎圈和胎圈填料的“胎圈芯包布”。胎圈芯包布作为间隔器工作，使得帘布层不直接与不可延伸的胎圈接触，从而允许在帘布层在胎圈下向上翻的位置和各胎圈之间的一定程度的相对运动。在作为间隔器的此作用中，胎圈芯包布可降低帘布层上和轮胎的相邻的橡胶部件(例如，填料三角胶芯、胎侧橡胶、胎圈区域内和帘布层自身的弹性体部分) 上的应变不一致性。胎圈芯包布可由正方形机织织物制成，所述织物是其中每个纤维、丝或帘线具有大体圆形横截面的纺织品。当胎圈芯包布与轮胎固化时，纤维/帘线的刚度变得基本上在纺织品胎圈芯包布的平面内在任何方向上相同。作为使用胎圈芯包布作为用以降低帘布层分离趋势的手段的补充或替代，已使用的另一个方法涉及放置“胎跟加强层”。胎跟加强层是布置在轮胎的其处胎圈配合到车轮轮辋上的部分中的胎圈区域内的圆周上展开的金属层或织物层。更具体地，胎跟加强层位于车轮轮辋的内侧(即向着胎圈)和帘布层的围绕胎圈向上翻的部分的外部(即在横截面内观察时相对于胎圈径向向外)。胎跟加强层用于强化相邻的橡胶材料，且增加相邻的橡胶材料的弯曲阻力，所述橡胶材料自身典型地与反包帘布层结束部分相邻。

发明内容
根据本发明的充气轮胎具有旋转轴线。充气轮胎包括胎体，所述胎体具有至少一个加强的帘布层和靠近充气轮胎的胎圈区域的加强结构，布置在胎体径向外侧的胎面，和径向布置在胎体和胎面之间的带束层结构。加强结构包括至少一层开放构造的机织或针织织物，所述织物具有胎体帘布层的在圆周方向上延伸的经线和在径向方向上延伸的纬线。在本发明的一个方面中，机织织物具有5 EPI至18 EPI经线对构造和5 EPI至35 EPI纬线构造。在本发明的另一个方面中，经线是1220/1 Dtex的人造丝构造，且纬线是1840/2 Dtex的人造丝构造或2200 /2 Dtex的聚酯构造。用于纬线的构造的其他示例可以是 1100/2，1440/2，1670/2，2200/2 Dtex聚酯，或220/2，1840/2，1840/3，2440/2 Dtex人造丝。在本发明的再另一个方面中，经线具有18 EPI的密度，且纬线具有12 EPI的密度。在本发明的再另一个方面中，织物具有LENO 2T或针织构造，带有5 EPI至18 EPI 经线对构造和5 EPI至35 EPI纬线构造。在本发明的再另一个方面中，经线具有14 EPI的密度，且纬线具有沈EPI的密度。在本发明的再另一个方面中，充气轮胎是高性能轮胎。在本发明的再另一个方面中，机织织物进一步包括布置在其上的增粘剂。在本发明的再另一个方面中，胎体的加强结构具有一个或多个机织或针织织物的层。在本发明的再另一个方面中，经线包括至少两个不同纤维材料的纤维。定义
“三角胶芯”表示位于胎圈芯径向上方且在帘布层与反包帘布层之间的弹性体填料。“环形”表示形成如同一个环。“高宽比”表示其断面高度与其断面宽度的比。 “轴向的”和“轴向地”在本文中是指平行于轮胎旋转轴线的线或方向。“胎圈”表示轮胎的包括环形抗拉构件的部分，其由帘布层帘线包绕并且成形为带有或不带其它增强元件，如胎圈芯包布、胎跟加强层、三角胶芯、护趾胶和胎圈包布，以便适配于轮辋设计。“带束层结构”表示由平行帘线构成的至少两个环形层，帘线经过纺织或未经纺织，位于胎面下方，非锚定于胎圈上，并且具有相对于轮胎的赤道面倾斜的帘线。所述带束层结构也可包括以相对低的角度倾斜的用作限制层的平行帘线层。“斜交轮胎”(交叉帘布层)表示其中在胎体帘布层中的加强帘线以相对于轮胎赤道面约25度至65度角斜对角地穿过轮胎从胎圈至胎圈延伸的轮胎。如果存在多个帘布层， 那么帘线在交替的层内以相反的角度延伸。“缓冲层”表示由平行加强帘线构成的至少两个环形层，上述平行加强帘线关于轮胎的赤道面具有与胎体帘布层中平行加强帘线相同的角度。缓冲层通常与斜交轮胎相关联。“缆线”表示通过将两个或多个合股线扭绞在一起而形成的帘线。“胎体”表示除带束结构、胎面、底胎面以及帘布层上的胎侧橡胶之外的轮胎结构， 但是包括胎圈。“外胎”表示除胎面与底胎面之外的胎体、带束层结构、胎圈、胎侧及轮胎所有其它部件，即，整个轮胎。
“胎跟加强层(chipper)”指位于胎圈区域内的一窄条织物或钢帘线，其功能是加强胎圈区域并稳定胎侧的径向最内侧部分。“周向”表示沿着与赤道面(EP)平行且与轴向方向垂直的环形轮胎表面的周长延伸的线或方向；它还指其半径限定胎面的轴向曲率的多组相邻圆形曲线的方向，如在横截面中观察。“帘线”表示组成轮胎加强结构的加强线束之一。“帘线角”表示由帘线相对于赤道面在轮胎平面图的向左或右形成的锐角。所述 “帘线角”在已固化但未充气的轮胎中测量。“旦尼尔(Denier)”表示以每9000米的克数为单位的重量(表示线性密度的单位)。“分特(Dtex)”表示以每10000米的克数为单位的重量。“弹性体”表示在变形之后能够恢复大小和形状的弹性材料。“赤道面”表示垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过其胎面中心的平面；或者含有胎面周向中心线的平面。“织物”表示基本上单向延伸的帘线的网眼织物，其可被扭绞，进而由多个由高模量材料构成的众多长丝(也可被扭绞)组成。“纤维”为形成长丝的基本元素的天然或人造的物质单元，其特征在于具有至少 100倍于其直径或宽度的长度。“长丝支数”表示构成纱线的长丝的数量。例如，1000旦聚酯纤维具有大致190根长丝。“胎圈芯包布(flipper)”指围绕胎圈钢丝的加强织物用于强度并将胎圈钢丝紧固在轮胎本体内。“规格”通常指的是测量值，具体指厚度测量值。“高抗拉强度钢(HT)”表示以0. 20 mm的长丝直径具有至少3400 MPa的抗拉强度的碳钢。“内部”表示朝着轮胎的内侧，且“外部”表示朝着其外侧。“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层或多个层，其含有轮胎内的充气流体。“针织(knitted)”表示将线在一系列相连的圈中缠结。例如，“针织”可定义一种方法，通过所述方法将线或纱变成被称为线圈(stitch)的相继的圈的织物。当每一行线圈前进时，新的圈可拉过现有的圈。“LASE”为在规定伸长下的载荷。“横向”表示轴向方向。“捻距”表示加捻的长丝或线束绕另一长丝或线束旋转360度而行进的距离。“兆抗拉强度钢(MT)”表示以0. 20 mm的长丝直径具有至少4500 MPa的抗拉强度的碳钢。“标准载荷”表示由适当的标准组织为轮胎使用状况选定的规定设计充气压力和载荷。“标准抗拉强度钢(NT)”表示以0. 20 mm的长丝直径具有至少观00 MPa的抗拉强度的碳钢。
“帘布层”表示由涂覆有橡胶的径向配置或以其它方式平行布置的帘线构成的帘线加强层。“径向的”和“径向地”用于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”表示具有加强帘线的一个或多个胎体帘布层或至少一个帘布层，且所述加强帘线相对于轮胎的赤道面定向在65度与90度之间的角度。“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以相对于轮胎赤道面在65度与90度之间的帘线角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M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线性距离，不包括由于标签、装饰或保护带而导致的胎侧升高造成的宽度。“胎侧”表示轮胎在胎面与胎圈之间的部分。“超抗拉强度钢(ST) ”表示以0. 20 mm的长丝直径具有至少3650 MPa的抗拉强度的碳钢。“韧性”为未应变的样品的以每单位线密度的力表示的应力(克/特克斯或克/旦尼尔)。用在纺织品中。“张力”是以力/横截面积为单位表示的应力。以psi=12，800的强度乘以比重乘以克/旦尼尔为单位的韧性。“护趾胶”指的是轮胎的每个胎圈轴向向内的周向展开的弹性轮辋接触部分。“胎面”表示当结合至外胎时包括轮胎的一部分的模制橡胶部件，该部分在轮胎正常充气并在标准负载下时与路接触。“胎面宽度”表示胎面表面在包括轮胎旋转轴线的平面内的弧长度。“反包端(turnup end)”表示胎体帘布层的从帘布层包绕的胎圈向上(即径向向外)翻折的部分。“超高抗拉强度钢(UT)”表示以0. 20 mm的长丝直径具有至少4000 MPa的抗拉强度的碳钢。“机织(woven)”表示将纵向纱线(经线)与纬纱(纬线)交织。交织的纱线可以是相互成直角的两组或多组纱线。“纱线”是用于纺织纤维或长丝的连续线股的专业术语。纱线出现于以下形式1) 捻绞到一起的许多纤维；幻无加捻地布置到一起的许多长丝；3)以一定程度的加捻布置到一起的许多长丝；4)有或者没有加捻的单根长丝(单丝)力)有或者没有加捻的窄材料条
市ο


结合附图思考如下描述后，本发明的结构、运行和优点将变得更明显，其中各图为
图1表示了与本发明一起使用的示例轮胎的示意性横截面视图； 图2表示了图1中示出的示例轮胎的胎圈区域的示意性细节视图； 图3表示了根据本发明的胎体帘布层的截面的示意性细节视图；图4表示了根据本发明的示例胎圈织物结构的示意性细节；和图5表示了根据本发明的另一个示例胎圈织物结构的示意性细节。
具体实施例方式图1示出了用于与本发明一起使用的示例轮胎10。示例轮胎10具有胎面12，内衬23，包括带束层18、20的带束层结构16，带有单个胎体帘布层14的胎体22，两个胎侧15、 17和包括胎圈填料三角胶芯^a、26b和胎圈的两个胎圈区域Ma、Mb。示例轮胎 10例如适用于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部分30a、 30b，所述端部部分30a、30b的每个固定到胎圈^a、28b的各自一个。胎体帘布层14的每个轴向端部部分30a、30b向上翻且围绕各自胎圈 a、28b到足以锚定每个轴向端部部分30a、 30b的位置，如在图2中详细可见。胎体帘布层14可以是具有多个大体上平行的胎体加强构件的橡胶化的帘布层， 所述胎体加强构件由例如聚酯、人造丝或类似的合适的有机聚合物制成。胎体帘布层14可接合两个胎圈芯包布32a、32b和两个胎跟加强层34a、34b的轴向外表面。根据本发明，胎圈区域Ma、24b可进一步以机织的加强结构141加强。机织的加强结构141可包括胎圈区域Ma、Mb内的胎体帘布层14的平行的胎体加强构件(纬线)312、 512和另外的加强构件(经线)311、511，以用于进一步加强胎圈区域且因此降低充气轮胎10 的滚动阻力。一个机织的加强结构141可限定在胎圈区域Ma 内围绕胎圈^a、28b布置的 LENO (纱罗)组织织物(LEN0 weave fabric)的层。机织的加强结构141加强了胎圈区域 24a,24b且稳定了胎侧15、17的径向最内部分。如在图3和图4的示例中图示，机织的加强结构141可包括LENO织物310的一层或多个层300，LENO织物310带有大致在充气轮胎10的圆周方向上延伸的经线对311和从胎体帘布层14大致在充气轮胎的径向方向上延伸的纬线312。每个经线对311可具有在填充纬线312之间围绕彼此相互扭绞的经线311a和311b。如在图3和图5的示例中替代地图示，机织的加强结构14可包括LENO 2T织物510 的一层或多个层500，带有大致在充气轮胎10的圆周方向上延伸的经线511和从胎体帘布层14大致在充气轮胎的径向方向上延伸的纬线512。每个经线511可具有在填充纬线512 的一侧上延伸且垂直于填充纬线512的第一组绞捻对的填料经线511a，和大致平行于填料经线511a延伸且位于填料经线511a下方且交替地位于纬线512上方/下方的第二组经线 511b。如在图2和图4中可见，经线对311沿LENO织物310周向地延伸。经线311a和 311b提供了胎圈区域Ma、24b的加强。经线311a、311b的构造、材料、尺寸和间距选择为使得它们提供了加强以用于最优的滚动阻力。经线311a、311b可以是由合适的材料形成的短
纤维纱、复丝和/或单丝纱。用于经线311a、311b的合适的材料的示例包括聚酰胺，芳族聚酰胺(包括meta和 para形式)，聚酯，聚醋酸乙烯酯，尼龙(包括尼龙6，尼龙6，6，和尼龙4，6)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，人造丝，聚酮，碳纤维，PBO和玻璃纤维。纬线312将经线对311保持在希望的间距定向。
纬线312可以是由合适材料形成的短纤维纱、复丝和/或单丝纱。用于纬线312 的合适的材料的示例包括聚酰胺，芳族聚酰胺(包括meta和para形式)，聚酯，聚醋酸乙烯酯，尼龙(包括尼龙6，尼龙6，6，和尼龙4，6)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，棉，人造丝，聚酮， 碳纤维，PBO和玻璃纤维。经线和/或纬线311、312也可是混合纱线。混合纱线可以是由至少两个不同材料 (例如，聚酰胺和尼龙)的纤维构成的多重纱线。这些不同的纤维材料可产生带有不同化学和物理特性的混合纱线。混合纱线能够改变它们所用于的最终产品的物理特性。示例的混合纱线可以是带有尼龙纤维的芳族聚酰胺纤维，带有人造丝纤维的芳族聚酰胺纤维，和带有聚酯纤维的芳族聚酰胺纤维。如在本文使用，纱线的机械回弹性是纱线纵向位移而无材料的弹性变形的能力。 机械回弹性允许LENO织物310具有较小的弹性拉伸量以用于与示例轮胎10的相容性，但在胎体帘布层14内使用更强的纱线。机织的加强结构141可从胎体帘布层14的轴向端部部分30a、30b围绕胎圈^a、 28b径向延伸到处于充气轮胎10的最大断面宽度的位置143。机织的加强结构141是开放构造织物，这允许橡胶在轮胎10中渗透以用于更好的结合构造。用于机织的加强结构141 的织物的开放程度可由经线311或511的间距和特征来确定。纬线312典型地按需要间隔开以维持经线311或511的位置从而为胎体帘布层14提供合适的强度。机织的加强结构141可使用增粘剂处理。增粘剂的示例包括间苯二酚甲醛胶乳 (RFL)，异氰酸酯基材料，环氧基材料，和三聚氰胺甲醛树脂基材料。机织的加强结构141也可具有粘化整理(tackified finish)或初步粘合(green tack)，其被应用于在生轮胎的制造过程期间促进粘合。用于粘化整理的材料的选择可取决于选择为使用在轮胎10中的材料。粘化整理可通过多种方法实现，例如将织物在松香和橡胶网格的水混合物中进行涂层， 或使用未硫化橡胶混合物的溶剂溶液进行涂层。此外，机织的加强结构141可包括多个LENO织物310、510的层，例如两个、三个或更多的层，以为胎圈区域Ma、24b提供额外强度。当多于一个层LENO带310用于结构141 时，未硫化橡胶的层可放置在LENO带的多层之间以保证有效的结合。机织的加强结构141的形成可开始于获得用于织物的原纱。随后，纱线可被加捻以提供另外的机械回弹性。在加捻之后，经线311a、311b可放置在大织轴上以用于形成机织的加强结构141。机织的加强结构141可通过带有合适的间距的经线对311的LENO纺织来形成。在机织的加强结构141形成之后，结构可使用增粘剂整理，例如RFL处理。如果希望进行粘化整理，则这在增粘剂整理之后提供。最终的层可切分为特定的宽度。根据本发明的机织或针织的加强结构141通过优化里程数、高速能力和操控性特征而改进了滚动阻力。另外，机织的加强结构141可因胎圈区域内的振动衰减(S卩，通过经线311或511提供的周向加强)而降低噪声。用于机织或针织的加强结构141的一个示例构造可包括2200/2 Dtex 26 EPI (每英寸经纱数)的聚酯经线和1220/1 Dtex 14 EPI的人造丝纬线。一般地，经线对311可具有5 EPI至18 EPI的密度，且纬线可具有5 EPI至；35 EPI的密度。根据本发明的机织的加强结构141因此降低了滚动阻力，同时使得其他轮胎性能特征相同或更好。机织的加强结构141是由用于经线和纬线的不同应力一应变特征的长丝纱线制成的方形机织织物。织物300、500可使用Leno (标准或2T)纺织技术生产。经线 311,511可具有与纬线312、512不同的或相同的模量。织物310、510可用作胎体加强，使得仅胎圈区域Ma、Mb (在最大断面宽度以下) 以经线材料加强。在充气轮胎10的径向内部分内的模量增加因此降低了固化的轮胎的滚动阻力。织物310、510可浸蘸、粘性化且纺织为特定的帘布层宽度(图3)。织物300、500不要求压延处理且因此可在轮胎制造机上直接施加。此外，在应用于生轮胎前，现在不需要压延织物310、510或切分材料。以特定宽度 (帘布层宽度)生产的织物卷可提供到轮胎工厂且直接应用在轮胎制造机上。经线可提供周向加强，而常规的胎体仅提供径向加强。机织或针织的加强结构141为胎圈区域内的胎体组件提供了另外的周向刚度，因此降低了滚动阻力。如上所述，带有根据本发明的加强结构141的胎体帘布层14在充气轮胎10内产生了良好的滚动阻力性能。因此该胎体帘布层14提高了充气轮胎10的性能，虽然充气轮胎的结构和行为的复杂性使得未提出完全的和满意的理论。Temple，Mechanics of Pneumatic Tires (2005)。虽然在充气轮胎力学中容易地了解经典复合材料理论的基础原理，但通过充气轮胎的许多结构部件引入的另外的复杂性容易地使得预测轮胎性能的问题复杂化。Mayni, Composite Effects on Tire Mechanics (2005)。另外，因为聚合物和橡胶的非线性的时间、频率和温度行为，充气轮胎的分析设计是目前工业中最具挑战性的和未得到正确评价的工程挑战之一。Mayni。充气轮胎具有特定的基本结构元件。美国交通运输部Mechanics of Pneumatic Tires，207-208页(1981)。一个重要的结构元件是胎体帘布层，所述胎体帘布层典型地由许多柔性的高模量帘线嵌入到且结合到通常为天然或合成橡胶的低模量聚合物材料的基料中制成，所述帘线可为天然纺织品、合成聚合物、玻璃纤维、或细硬拉制钢。厘上，207至 208页处。柔性的高模量帘线通常布置为单层。显上，208页处。整个工业界内的轮胎制造商不能同意或预测胎体帘布层帘线的不同捻绞对于充气轮胎内的噪声特征、操控性、耐久性、 舒适性等的影响。Mechanics of Pneumatic Tires,80 g 85 ^0这些复杂性通过轮胎性能和轮胎部件之间的相互关系的下表展示。
权利要求
1.一种具有旋转轴线的充气轮胎，其特征在于，充气轮胎包括具有至少一个加强的帘布层和靠近充气轮胎的胎圈区域的加强结构的胎体； 布置在胎体径向外侧的胎面；和径向布置在胎体和胎面之间的带束层结构，所述加强结构包括至少一层开放构造的机织或针织织物，所述织物具有在圆周方向上延伸的经线和在径向方向上延伸的胎体帘布层的纬线。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，机织或针织的织物具有5EPI至18 EPI经线对构造和5 EPI至35 EPI纬线构造。
3.根据权利要求2所述的充气轮胎，其特征在于，经线是1220/1Dtex人造丝，且纬线是 2200 /2 Dtex 聚酯。
4.根据权利要求3所述的充气轮胎，其特征在于，经线具有14EPI的密度，且纬线具有 12 EPI的密度。
5.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，织物具有LENO2T构造，该构造带有 5 EPI至18 EPI经线对构造和5 EPI至32 EPI纬线构造。
6.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，充气轮胎是高性能轮胎。
7.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，机织或针织织物进一步包括布置在其上的增粘剂。
8.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，胎体的加强结构具有一个或多个机织或针织织物的层。
9.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，纬线包括至少两个不同纤维材料的纤维。
全文摘要
本发明涉及带有机织或针织的胎圈加强件的充气轮胎。一种充气轮胎具有旋转轴线。充气轮胎包括胎体，该胎体具有靠近充气轮胎的胎圈区域的至少一个加强的帘布层和加强结构，布置在胎体径向外侧的胎面，和径向布置在胎体和胎面之间的带束层结构。加强结构包括至少一个开放构造的机织或针织织物的层，所述织物具有胎体帘布层的在圆周方向上延伸的经线和在径向方向上延伸的纬线。
文档编号D04B1/14GK102442161SQ20111029702
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年10月7日
发明者J. A. 因霍夫 S., 唐克尔斯 Y. 申请人:固特异轮胎和橡胶公司