专利名称：轮胎用钢帘线及使用该钢帘线的充气轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于胎体帘线和胎圈补强帘线的轮胎用钢帘线；以及一种使用 该钢帘线的充气轮胎。
背景技术：
在重载轮胎中，钢帘线常用于形成轮胎构件的胎体和/或胎圈补强层，该补强层 补强胎圈部从而改进胎圈耐久性。作为钢帘线，为了获得较高的帘线拉伸强度每帘线直径 以及出色的耐疲劳性，广泛采用3+9和1+6的双层绞线结构、或者3+9+15和1+6+12的三层 绞线结构，其中具有相同直径的绞线(strand)被非常紧密地或致密地设置。然而，这样的致密层绞线结构中，包覆层(sheath)中的绞线之间的间隙数较少， 于是帘线内部的橡胶渗透性较差。因此，轮胎运行中产生的来自轮胎损伤部的水分导致绞 线中生锈，并存在帘线强度劣化的倾向。因此，相比于包覆绞线(sheath strand)，建议通 过加厚芯绞线来改进致密层绞线结构中的橡胶渗透性，或者通过在扭绞使用波状图案的绞 线作为芯绞线的帘线的同时将其与包覆层绞合在一起，形成如专利文献1中所示的三维图 案，从而来改进橡胶渗透性。参见日本专利申请公开No. 2002-16148
发明内容
然而根据前一建议，必需制备具有不同直径的绞线从而不经济，而且如果加粗芯 绞线，那么绞线横截面单位面积的拉伸强度趋向下降，并且这对轻质化产生不利影响。根据 后一建议，因为由于图案处理导致强度下降，所以必需增加帘线锻造次数，这同样对轻质化 产生不利影响。另一方面，三层绞线结构的钢帘线常用于轮胎的胎体帘线和/或胎圈补强帘线， 所述轮胎用于卡车/公共汽车和需要特别高强度的自动倾卸卡车。然而，在三层绞线结构 的情况下，存在内外包覆绞线之间绞线磨损的问题，于是强度因轮胎运行而下降。因此，在三层绞线结构的钢帘线中，本发明的目标在于提供一种轮胎用钢帘线以 及一种使用该钢帘线的充气轮胎，其中绞线之间的磨损被降低、因运行导致的帘线强度下 降被抑制，橡胶渗透性被提高并且轮胎耐久性可被提高。解决问题的方法权利要求1的发明提供一种轮胎用钢帘线，其包括三层绞线结构的帘线主体部 分，所述帘线主体部分包括由一个芯绞线形成的型芯、由N根(2至5根)内包覆绞线 (innersheath strand)围绕型芯以绞合节距Pi (stranding pitch)绞合所形成的内包覆层 (innersheath)、由M根(6至11根)外包覆绞线(outer sheath strand)围绕内包覆层以 绞合节距Po绞合所形成的外包覆层(outer sheath)；其中芯绞线、内包覆绞线、外包覆绞线的直径da是彼此相等的，所述直径da在0. 15至 0. 25mm的范围内；
内包覆层和外包覆层的捻合方向彼此相同；内包覆层的捻距Pi大于直径da的25倍并小于直径da的100倍，并且外包覆层 的捻距Po大于捻距Pi，大于直径da的42倍并小于直径da的167倍；内包覆绞线的线数N和外包覆绞线的线数M之间的差值(M-N)在4至6的范围内； 并且内包覆绞线的绞合角Ai和外包覆绞线的绞合角Ao之间的差值(|Ai-Ao|)大于 1°，小于3°。权利要求2的发明提供一种充气轮胎，其使用如权利要求1所述的轮胎用钢帘线 用于胎体帘线或胎圈补强帘线。发明效果根据本发明，因为型芯是由一根绞线形成的，所以能够避免型芯内部的橡胶渗透 性问题型芯。因为内包覆层由2至5根绞线形成并且外包覆层由6至11根绞线形成，故即 使绞线的直径是相同的，也能保障各包覆层中的未经图案处理的绞线之间有足够的空隙， 从而可提高橡胶渗透性，并且可抑制由生锈引起的帘线强度下降。因为绞线的直径相同，所 以可防止由芯绞线变粗引起的拉伸强度下降和由图案处理引起的强度下降。因为内包覆层和外包覆层的绞合方向是相同的，所以包覆层之间的绞线的接触面 积增加，并且绞线之间的单位面积接触压力下降。在本发明中特别地是，内包覆层绞线的绞 合角Ai和外包覆层绞线的绞合角Ao之间的差值(|Ai-Ao|)设定为大于1°并小于3°。为 此，接触压力可大幅下降。可高度抑制磨损的产生，提高橡胶渗透性并提高轮胎耐久性。
图1是本发明的充气轮胎的一个实施方式的横截面视图；图2是胎圈补强帘线理论上的横截面视图；图3是胎圈补强帘线理论上的侧视图；图4是胎体帘线理论上的横截面视图；图5是胎体帘线理论上的侧视图；并且图6(A)和(B)是表1和表2中比较例1A、1B、2A和2B的帘线的横截面视图。附图标记说明6C 胎体帘线9C 胎圈补强帘线 15，2116 型芯17 内包覆层1819 帘线主体部分 fl 芯绞线f2f3 外包覆绞线
具体实施例方式下面结合附图对本发明的示范实施例进行详细描述。图1是使用本发明的钢帘线的充气轮胎的子午线横截面视图。关于图1，充气轮胎1是一种卡车和公共汽车用重载轮胎。所述充气轮胎1包括 胎体6，其从胎面部2经由胎侧壁部3延伸至胎圈部4的胎圈芯5 ；带束层7，其位于胎面部 2中并位于胎体6的径向外侧；胎圈补强层9，其位于胎圈部4中。
钢帘线 外包覆层 内包覆绞线
所述胎体6由一个以上(本实施例中为一个)胎体帘布层6A形成，其中胎体帘线 以相对轮胎圆周方向成一定角度如70°至90°排列。胎体帘布层6A连续地设有帘布层卷 起部6b，所述帘布层卷起部6b在跨越胎圈芯5之间的帘布层主体部分6a的两侧、围绕胎圈 芯5从轴向内侧向轴向外侧卷起。具有从胎圈芯5向径向外侧延伸的三角形横截面的胎圈 三角胶8位于帘布层主体部分6a和卷起部6b之间，借此加固胎圈部4至胎侧壁部3。带束层7由两层以上(在重载轮胎的情况下通常为三层以上)使用带束帘线的 带束帘布层形成。在本实施例中，带束层7包括四层带束帘布层，例如，第一层带束帘布层 7A，其中带束帘线以相对轮胎圆周方向成60士 15°的角度排列，并且位于径向最内侧；第 二至第四层带束帘布层7B至7D，其中带束帘线以相对轮胎圆周方向成10至35°的小角度 排列。这些带束帘布层7A至7D被排列成使得帘布层之间的带束帘线在至少一个位置处 彼此相交。藉此，带束刚性得到提高，并且实质上，胎面部2的整个宽度因环箍效应(hoop effect)而得到大幅补强。胎圈补强层9由一个以上(本实施例中为一个)胎圈补强帘布层9A形成，其中胎 圈补强帘线以相对轮胎圆周方向成10°至50°的角度排列。在此实施例中，胎圈补强层9 具有U形横截面，其中内侧部9i沿着帘布层主体部分6a的轴向内侧竖起并且外侧部9o沿 着帘布层卷起部6b的轴向外侧竖起，内侧部9i和外侧部9o相互连接。在此实施例中，内 侧部9i和外侧部9o在帘布层卷起部6b径向内侧结束。胎圈补强层9可提高胎圈部4的 刚性，缓和施加负载时施加到帘布层卷起部6b上的压应力和施加到帘布层主体部分6a上 的拉伸应力，以及提高胎圈耐久性。在示范实施例的充气轮胎1中，采用如图2和3所示结构的钢帘线15作为用于胎 圈补强层9的胎圈补强帘线9C。钢帘线15包括三层绞线结构的帘线主体部分19。帘线主体部分19包括由一根 芯绞线fl形成的型芯16 ；由N根(2至5根)内包覆绞线f2围绕型芯16以绞合节距Pi绞 合所形成的内包覆层17 ；以及由M根(6至11根)外包覆绞线f3围绕内包覆层17以绞合 节距Po绞合所形成的外包覆层18。在此实施例中，一根绕线(wripping wire) 20围绕帘线 主体部分19的外侧螺旋式缠绕。更具体地说，芯绞线f 1、内包覆绞线f2和外包覆绞线f3的直径da彼此相同，并且 直径da设定在0. 15至0. 25mm的范围内。芯绞线H、内包覆绞线f2和外包覆绞线f3有时 被共同称作绞线f。如果绞线f较粗，那么横截面单位面积的拉伸强度趋向下降，并且与大弯曲形变 相关的弯曲外侧的表面变形增加。因此，设定绞线f的直径彼此相等从而能抑制负载集中 和局部粗绞线上的变形，均衡应力负载并提高强度利用率(strong utilizing ratio)，从 而有利于帘线耐久性。不需要制备具有不同直径的绞线，这是经济的并且可提高帘线的绞 合操作性。如果绞线f的直径da小于0. 15mm，那么当绞线f用作胎体帘线6C或胎圈补强 帘线9C时此直径da太小，降低了抗切割性能并且变得难以获得足够的帘线强度。另一方 面，如果直径da超过0. 25mm,那么与大弯曲形变相关的表面变形变得较大，绞线易于裂开 或损伤，并且耐久性下降。至于帘线主体部分19，因为型芯16由一根绞线f 1形成，所以能够避免型芯内部的 橡胶渗透性问题。因为所述内包覆层17由N根(2至5根)绞线f2形成并且所述外包覆层18由M根(6至11根)绞线f3形成，故即使绞线f的直径彼此相同，也可保障各包覆层 中的绞线之间有足够的空隙，从而可提高橡胶渗透性，并且可抑制由生锈引起的帘线强度 下降。此外，因为绞线上的图案处理是不必要的，所以也可防止由图案处理所引起的帘线强 度下降。那时，要求内包覆绞线f2的线数N和外包覆绞线f3的线数M之间的差值(M-N) 在4至6的范围内。如果(M-N)的差值小于4，存在如下问题外包覆绞线f3之间的空隙过 宽，于是帘线的形状变得不稳定。另一方面，如果(M-N)的差值超过6，那么外包覆绞线f3 之间的空隙消失。为了合适地维持外包覆绞线f3之间的空隙并稳定帘线的形状，数值N优 选在3至5的范围内，并更优选在4至5的范围内。在帘线主体部分19中，内包覆层17和外包覆层18的绞合方向相同，内包覆层17 的绞合节距Pi大于直径da的25倍并小于直径da的100倍，并且外包覆层18的绞合节距 Po大于绞合节距Pi，大于直径da的42倍并小于直径da的167倍。如果包覆层17和18 的绞合方向彼此相同，那么包覆层之间的绞线的接触面积增加，于是绞线f之间的单位面 积接触压力降低。通过将绞合节距Pi和Po限制在上述范围内，可确保帘线耐疲劳性及强 度。如果绞合节距Pi不大于绞线f直径da的25倍，那么存在帘线强度下降的问题；如果 绞合节距Pi超过100倍，则存在帘线的耐疲劳性下降的问题。如果绞合节距Po不大于绞 线f直径da的42倍，那么存在帘线强度下降的问题；如果绞合节距Po超过167倍，则存在 帘线耐疲劳性下降的问题。至于示范实施例的帘线主体部分19，内包覆层17的绞线f2的绞合角Ai和外包覆 层18的绞线f3的绞合角Ao之间的差值(|Ai-Ao|)设定为大于1°并小于3°。如图3所 示，绞合角Ai和Ao表示绞线f2和f3相对于帘线轴向的倾角，并且绞合节距Pi和Po之间 存在以下关系。在下述等式中，Di表示内包覆层17的直径，并且Do表示外包覆层18的直径。tan Ai = n XDi/Pitan Ao = n XDo/Po通过将绞合角的差值(|Ai-Ao|)限制在如上所述的范围内，绞线f2和f3之间 的接触压力可大幅降低，并且可高度抑制磨损的产生。如果(|Ai-Ao|)的差值为3°以 上，那么即使包覆层17和18的绞合方向相同，也不能期望有足够的磨损抑制效果。如果 (|Ai-Ao|)的差值在1°以下，那么外包覆绞线f3落入内包覆绞线f2之间，橡胶渗透性下 降，于是变得难以确保稳定的橡胶渗透性。在外包覆绞线f3落入其内的部分处，帘线的弯 曲刚度局部改变，并且此部分可能变为新损伤的起点。当钢帘线15用作胎圈补强帘线9C时，优选一根绕线20围绕帘线主体部分19的外 侧螺旋式缠绕从而聚集帘线主体部分19的绞线f。这是因为当轮胎运行时大弯曲形变被反 复施加到胎圈部4上，如果没有绕线20，绞线f 在弯曲形变时散开，局部异常压力作用于绞 线f，绞线f弯曲变形(buckle)从而导致绞线在因磨损破裂之前就有破裂的倾向。为了防 止此现象，在胎圈补强帘线9C中，使用绕线20聚集帘线主体部分19的绞线f。那时，绕线 20的直径dr小于绞线f的直径da，并且其绕组节距(winding pitch) Pr调整至和绞合节距 Po的15至30% —样低的低值。如果绕组节距Pr小于绞合节距Po的15%，那么存在橡胶渗 透性下降的趋势；如果绕组节距超过30%，那么绞线f的集束性(gatheringperformance)不足。绕线的绕线方向和包覆层17和18的绞合方向相同。于是，绕线20和外包覆绞线 f3之间的接触压力降低，并且外包覆绞线f3的磨损下降。所述绞线f和所述绕线20没有特别限制，但是可适当采用碳含量在0. 65至 0.68界1:%的硬拉线(hard-drawn wire)。然后，在此实施例中，采用具有如图4和5所示结构的钢帘线21用于胎体帘线6C。 钢帘线21具有和钢帘线15基本相同的结构，不同点仅在于移除了绕线20。亦即，所述钢帘 线21仅包括帘线主体部分19，于是在说明书中省略钢帘线21的说明。在钢帘线21中，可 移除绕线20的理由是因为胎体帘线6C的两端是通过胎圈芯5固定的，始终通过充气内压 将张力施加于胎体帘线6C上。因此在胎体帘线6C中，即使当轮胎弯曲变形时，绞线f也不 散开而是被聚集，故可移除绕线20。在充气轮胎1中，可采用本发明的钢帘线15用于胎圈补强帘线9C，并且还可采用 常规钢帘线或有机纤维帘线用于胎体帘线6C。反之，可采用常规钢帘线用于胎圈补强帘线 9C，并且可采用本发明的钢帘线21用于胎体帘线6C。特别优选的本发明的示范实施例如上详细描述，本发明并不局限于示范实施例并 且本发明可以以多种方式进行修改和施行。实施例为了确认本发明的效果，制备重载轮胎A (轮胎尺寸11R22. 5)，其使用具有如图1 所示结构和表1中规格的胎圈补强帘线；以及重载轮胎B (轮胎尺寸11R22. 5)，其使用具 有表2中规格的胎体帘线，并测试橡胶渗透性；运行后生锈的发生；以及胎圈补强帘线和胎 体帘线运行后的强度保持特性。比较例1A和1B的帘线横截面形状如图6(A)所示，并且比 较例2A和2B的帘线横截面形状如图6(B)所示。(1)橡胶渗透性胎圈补强帘线和胎体帘线以附着贴胶橡胶的状态从轮胎上分离，从具有橡胶的帘 线表面尽可能多地去除橡胶，然后，拆开帘线。在帘线长度方向观察各帘线10cm以上，并且 测量其在绞线之间完全充满橡胶的部分的长度。完全充满橡胶的部分在10cm长度中的比 率被定义为橡胶渗透性。十根帘线进行上述测量，并且将其平均值定义为帘线的测定值。(2)运行后生锈的发生在轮胎运行200，000km之后，将轮胎拆开，并且观察胎圈补强帘线和胎体帘线的 生锈发生状况。评估通过指数表示，并且数值越小，生锈的发生越少，并且结果越出色。(3)运行后强度保持率在轮胎运行约200，000km之后，将轮胎拆开，并且取出胎圈补强帘线和胎体帘线。 帘线的强度通过指数表示，其中运行前的帘线的强度(帘线强度)定义为100。数值越大， 结果越出色。表1
〔0062|__|*移除绕线
表权利要求
一种轮胎用钢帘线，包含三层绞线结构的帘线主体部分，所述帘线主体部分包括由一个芯绞线形成的型芯、由N根(2至5根)内包覆绞线围绕型芯以绞合节距Pi绞合所形成的内包覆层、由M根(6至11根)外包覆绞线围绕内包覆层以绞合节距Po绞合所形成的外包覆层；其中所述芯绞线、内包覆绞线、外包覆绞线的直径da彼此相同，所述直径da在0.15至0.25mm的范围内。所述内包覆层和外包覆层的绞合方向彼此相同；所述内包覆层的绞合节距Pi大于直径da的25倍并小于直径da的100倍，所述外包覆层的绞合节距Po大于绞合节距Pi，且大于直径da的42倍并小于直径da的167倍；所述内包覆绞线的数目N和外包覆绞线的数目M之间的差值(M-N)在4至6的范围内；并且所述内包覆绞线的绞合角Ai和外包覆绞线的绞合角Ao之间的差值(|Ai-Ao|)大于1°并小于3°。
2.一种充气轮胎，其使用如权利要求1所述的轮胎用钢帘线用于胎体帘线或胎圈补强帘线。
全文摘要
本发明的目标在于降低钢帘线中的绞线之间的磨损；抑制由运行引起的帘线强度的下降；提高橡胶渗透性；并改进轮胎耐久性。钢线包括三层绞线结构的帘线主体部分19，所述帘线主体部分包括由一根芯绞线f1形成的型芯16、由N根(2至5根)内包覆绞线f2围绕型芯以绞合节距Pi绞合所形成的内包覆层17、由M根(6至11根)外包覆绞线f3围绕内包覆层以绞合节距Po绞合所形成的外包覆层18。绞线f1、f2和f3的直径彼此相等，并且包覆层17和18的绞合方向相同。内包覆绞线f2的绞合角Ai和外包覆线f3的绞合角Ao之间的差值(|Ai-Ao|)大于1°并小于3°。
文档编号B60C9/00GK101855400SQ20088011646
公开日2010年10月6日 申请日期2008年9月26日 优先权日2007年11月27日
发明者宫崎真一 申请人:住友橡胶工业株式会社