具有高强度补强的轮胎的制作方法

专利名称：具有高强度补强的轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及充气轮胎，和更具体地涉及充气轮胎的补强结构。
背景技术：
补强的弹性制品是公知的。例如，传送带或类似类型的带、轮胎等利用织物和/或细钢丝长丝或丝束的帘线来构成。特别地，充气轮胎中使用的带由高达八个帘布层构成，其中相邻帘布层的帘线补强相对于轮胎的运动方向而偏移，其中希望补强轮胎的横向和旋转方向。此外，已知帘线由细钢丝的多捻长丝的丝束制成，其中单个丝束构造具有两个或多个长丝和围绕其的覆盖长丝以补强帘线结构。在一些情况下，补强包括使用不在彼此周围加捻而是以一捆或一束的形式一起加捻(集束帘线)的复丝的单束帘线，以简化帘线构造。对于轮胎中的复合材料的更高疲劳寿命要求已经导致帘线具有更小的长丝直径，帘线中需要更多的长丝以获得必要的强度。用于载客和轻型卡车轮胎的常规双帘布层轮胎带结构可以分别具有255ST 和2+hO. 32-0. 40ST的帘线。该标号分别表示两个0. 255 mm直径长丝的一个帘线和四个0.32-0. 40 mm直径长丝的一个帘线(其中两个长丝以比另两个长丝更短的捻向长度加捻)。已经发现例如2+hO. 32-0. 40ST的复丝帘线对满足例如轻型卡车应用中的轮胎带中复合材料的更高强度需求来说是必需的。这些帘线都由如以下定义的超级拉伸(ST)钢制成。尽管引入超级拉伸(ST)钢的帘线设计已经证明是有效的，但是持续需要研发比常规的高拉伸(HT)和超级拉伸(ST)构造具有例如耐腐蚀扩展更高的改善的特性和改善的轮胎性能的更轻重量的帘线构造。这些常规的帘线构造通常并未在大型轮胎，例如越野(OTR)轮胎中得到应用。大型OTR轮胎通常使用例如7x7x0. 25+1HT和3x7x0. 22HT的构造，其分别包括七束，每束七个 0.25 mm直径高拉伸(HT)的加捻在一起并螺旋缠绕的长丝；和三束，每束七个0. 22 mm直径高拉伸(HT)的加捻在一起的长丝。用于尺寸36R51和更大型的OTR轮胎中的帘布层补强的一种常规钢制帘线线缆为高拉伸(HT)轮胎帘线长丝的集束帘线，例如包括七束，每束十九个0. 20 mm直径高拉伸(HT)的加捻在一起并螺旋缠绕的长丝的7x19x0. 20+1HT帘线。OTR轮胎也可以由具有例如27x0. 265ST或5+8+HxO. 265+1ST的补强帘线的多层带或单层带构成。此外，常规钢制帘线构造具有断裂载荷和线缆计量限制，防止对于比载重高达和有时超过320吨的卡车和推土机使用的40R57更大型的轮胎，达到所需设计英寸-强度。另外，对于36R51和更大的轮胎尺寸而言，需要增大帘布层和带中的铆接面积， 即帘线之间的间距，以使更多的橡胶可以在轮胎制造期间渗透到帘线之间，通过防止“弱铆接”或“松散涂布”(可能导致轮胎中夹带空气)来提高压延处理的质量。更高强度钢合金已经在帘线模量方面产生变化，使得可以调整轮胎带总荷载的参数，所述轮胎带总荷载取决于假设帘线对橡胶粘合性充足的三个因素。该因素为帘线模量、 帘线体积对橡胶体积的比率(经常表示为每英寸帘线经纱数(the number of cord ends per inch,印i))、和帘线补强的角度。此外，随着帘线补强的角度接近轮胎的旋转方向，来自横向中补强的支撑向零移动。上述两个其它帘线相关因素，即帘线模量和帘线体积对橡胶体积比率的增加，通常导致带的重量增加。重量增加可能意味着轮胎的成本增加、滚动阻力更高和燃料经济性更低。简单地使用具有较低模量的较轻帘线不解决该问题，因为即使它们具有较低的重量，但是较低的帘线模量必然被帘线对橡胶体积比率的增加所抵消。帘线体积的这种增加受到帘线的实际尺度和帘线之间的最终间距的限制，所述间距控制铆接量，即橡胶渗透到帘线之间以使帘线对橡胶粘合性良好的能力。定义
“三角胶芯”表示辐射状设置在胎圈芯之上和帘布层与反包帘布层之间的弹性填料。“环形”表示形成类似于圆环。“断面高宽比”表示断面高度对断面宽度的比率。 “轴向，，和“轴向地”在此用来表示平行于轮胎旋转轴的线或方向。“胎圈”表示包括由帘布层帘线包裹并成型以适合设计轮辋的环形拉伸元件的轮胎部分，有或没有其它补强元件，例如钢丝圈外包布、胎跟加强层、三角胶芯、胎趾护层和胎圈包布。“带结构”表示至少两个织造或非织造的平行帘线的环形层或帘布层，其在胎面下，未固定到胎圈，并且具有相对于轮胎的赤道面倾斜的帘线。带结构也可以包括起限制层作用的以较低角度倾斜的平行帘线的帘布层。“斜交轮胎”(交叉帘布层)表示一种轮胎，其中胎体帘布层中的补强帘线以相对于轮胎赤道面约25 -65 的角度从胎圈对角延伸穿过轮胎至胎圈。如果存在多个帘布层，则帘布层帘线在交替层中以对角延伸。“缓冲层”表示至少两个相对于轮胎赤道面具有与胎体帘布层中的平行补强帘线相同角度的平行补强帘线的环形层或帘布层。缓冲层通常与斜交轮胎有关。“线缆”表示通过将两个或多个合股纱线加捻在一起形成的帘线。“胎体”表示除带结构、胎面、底胎面(imdertread)及帘布层之上的侧壁橡胶之外， 但是包括胎圈的轮胎结构。“胎身”表示除胎面和底胎面之外，轮胎的胎体、带结构、胎圈、侧壁和所有其它组件，即整个轮胎。“胎跟加强层”表示位于胎圈区域中的织物或钢制帘线的窄带，其作用是补强胎圈区域并且稳定侧壁的辐射向内部分。“圆周”表示沿着平行于赤道面(EP)和垂直于轴向的环形轮胎的表面周长延伸的线或方向；其也可以表示如截面中观察到的，其半径限定胎面轴向曲度的相邻的环形曲线组的方向。“帘线”表示构成轮胎的补强结构的补强束之一。“帘线角”表示轮胎俯视图中左或右的锐角，由帘线相对于赤道面形成。“帘线角” 在固化但未充气的轮胎中测量。“胎冠”表示轮胎胎面宽度界限内的轮胎部分。“旦尼尔”表示以每9000米的克数计的重量(表示线密度的单位)。Dtex表示以每10，000米的克数计的重量。“密度”平均每单位长度的重量。
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“弹性体”表示变形之后能够恢复大小与形状的弹性材料。“赤道面(EP) ”表示垂直于轮胎旋转轴并穿过胎面中心的平面；或者包含胎面圆周中心线的平面。“织物”表示基本不定向延伸的帘线的网络，所述帘线可以加捻，并且进而由多个高模量材料的多根长丝(也可以加捻)组成。“纤维”为形成长丝的基本单元的天然或人造的物质单位。特征在于长度为其直径或宽度的至少100倍。“长丝数”表示构成纱线的长丝的数目。例如1000旦尼尔聚酯具有大约190根长丝。“钢丝圈外包布”表示用于增强和将胎圈钢丝结合进胎体中的围绕胎圈钢丝的补强织物。“计量”通常表示量度，特别表示厚度量度。“高拉伸钢(HT)，，表示在0. 20 mm长丝直径下拉伸强度为至少3400 MPa的碳钢。“内部”表示朝向轮胎内侧，“外部”表示朝向其外侧。“内衬”表示形成无内胎轮胎内表面并含有轮胎内的膨胀流体的一层或多层弹性体或其它材料。“ LASE ”为定伸长载荷。“横向”表示轴向。“捻向长度”表示加捻的长丝或丝束围绕另一个长丝或丝束移动产生360度旋转的距离。“载荷范围”表示如由The Tire and Rim Association, Inc.中的表格定义的特定工作类型中使用的给定轮胎的载荷和充气限度。“Mega拉伸钢(MT) ”表示在0.20 mm长丝直径下拉伸强度为至少4500 MPa的碳钢。“正常载荷”表示由适当标准组织对轮胎的工作条件确定的特定设计充气压力和载荷。“标准拉伸钢(NT) ”表示在0. 20 mm长丝直径下拉伸强度为至少观00 MPa的碳钢。“帘布层”表示辐射配置或以其它方式平行帘线的涂胶的帘线-补强层。“子午线”和“辐射”用来表示朝向或离开轮胎旋转轴的辐射方向。“子午线帘布层结构”表示一个或多个胎体帘布层或至少一个帘布层具有相对于轮胎赤道面以65 至90 角度取向的补强帘线。“子午线帘布层轮胎”表示带状或圆周限制的充气轮胎，其中至少一个帘布层具有从胎圈延伸至胎圈的帘线，相对于轮胎的赤道平面，所述帘线以65 至90 的帘线角布置。“铆接”表示一个层中的帘线之间的空隙。“断面高度”表示在轮胎赤道面处从标称轮辋直径至轮胎外径的径向距离。“断面宽度”表示平行于轮胎轴并且当轮胎在常压下已经充气M小时之时和之后， 但是空载，在轮胎侧壁外侧之间的最大直线距离，排除侧壁由于标记、装饰或保护带而引起的上升。
“侧壁”表示胎面和胎圈之间的轮胎部分。“刚度比”表示对照带结构刚度值除以另一个带结构刚度值，届时各值通过固定三点弯曲测试，使帘线两端由固定端之间集中的荷载支撑和弯曲来测定。“超级拉伸钢(ST) ”表示在0. 20 mm长丝直径下拉伸强度为至少3650 MPa的碳钢。“韧度”为表示为未应变试样的每单位线密度的力(gm/tex或gm/旦尼尔)的应力。用于织物。“拉伸”为以力/横截面积表示的应力。以psi = 12，800计的强度乘以比重乘以
克/旦计的韧度。“胎趾护层”表示轴向朝向各胎圈内部圆周设置的轮胎的弹性轮辋-接触部分。“胎面”表示模塑的橡胶组件，当粘合至轮胎胎身时，其包括当轮胎正常充气和处于正常载荷下时与道路接触的轮胎部分。“胎面宽度”表示包括轮胎旋转轴的平面中的胎面表面的弧长。“反包边”表示从帘布层包裹的胎圈向上(即辐射向外)弯曲的胎体帘布层的部分。“超拉伸钢(UT) ”表示在0. 20 mm长丝直径下拉伸强度为至少4000 MPa的碳钢。“纱线”为织物纤维或长丝的连续丝束的通用术语。纱线以下列形式存在1)加捻在一起的许多纤维；幻放在一起但不加捻的许多长丝；幻放在一起具有一定加捻程度的许多长丝；4)加捻或不加捻的单个长丝(单丝)力)加捻或不加捻的材料的窄带。

发明内容
根据本发明的充气轮胎包括胎体结构、两个以一定距离间隔的侧壁、两个胎圈、辐射配置在胎体结构的胎冠外侧的胎面、辐射插入胎体结构和胎面之间的带结构和具有铁素体高铝TRIPLEX钢的帘线的补强结构。根据本发明的另一个方面，布置TRIPLEX钢补强帘线使得具有每英寸8至20根经纱。根据本发明的另一个方面，TRIPLEX钢补强帘线具有h构造。根据本发明的另一方面，TRIPLEX钢补强帘线具有0. 185 mm直径的长丝。根据本发明的另一方面，其中TRIPLD(钢补强帘线具有0. 210 mm直径的长丝。根据本发明的另一方面，TRIPLEX钢补强帘线具有2+1构造。根据本发明的另一方面，TRIPLEX钢补强帘线具有2+2构造。根据本发明的另一方面，TRIPLEX钢补强帘线具有切构造。根据本发明的另一个方面，胎体包括补强结构。根据本发明的另一方面，胎圈包括补强结构。根据本发明的另一个方面，带结构包括补强结构。 根据本发明的另一种充气轮胎包括胎体结构、两个以一定距离间隔的侧壁、两个胎圈、辐射配置在胎体结构的胎冠外侧的胎面、辐射插入胎面和胎体结构之间的带结构和具有铁素体高铝TRIPLEX钢的帘线的补强结构。所述帘线具有直径为0. 18 mm至0. 22 mm 的长丝。


图1为用于本发明的充气轮胎的示例实施方案的截面示意图2为用于本发明的充气轮胎的第二个示例实施方案的局部截面示意图； 图3为根据本发明的示例补强帘线的截面示意图； 图4为根据本发明的另一个示例补强帘线的截面示意图； 图5为根据本发明的另一个示例补强帘线的截面示意图；和图6为根据本发明的另一示例补强帘线的截面示意图； 图7为各种钢的应力/应变性能的示意图； 图8为单位k-碳化物晶体结构的示意图； 图9为各种热老化钢的应力/应变性能的示意图； 图10为各种钢的能量吸收性能的示意图。
具体实施例方式参见图1和2，在具有子午线胎体的示例充气轮胎10内示出帘布层12、14，其中相同的元件已经赋予相同的参考数字。示例轮胎10具有子午线帘布层胎体结构，届时胎体补强帘布层或帘布层12、14的帘线以相对于示例轮胎赤道面(EP) 75 至90 的角度取向。各帘布层12、14可以用金属帘线、人造丝、聚酯、尼龙或任何其它合适的补强物补强。金属帘线补强的胎体帘布层12或14可以具有布置使得当在具有最大宽度MW的位置在沿圆周方向的轮胎中测量时，具有每英寸约8至约20根经纱(EPI)的钢帘线层。例如，可以布置钢帘线的层使得在具有最大宽度MW的位置具有每英寸约12至约16根经纱(EPI)。 根据公制单位，可以布置钢帘线使得当在具有轮胎最大宽度MW的位置在轮胎沿圆周方向测量时，具有每厘米3至8根经纱(EPC)。每英寸经纱数高可以包括对于给定强度，使用较低直径钢丝，而每英寸经纱数低可以包括对于相同强度，使用较高直径钢丝。此外，使用给定直径的单丝可能需要每英寸更多或更少的经纱，取决于单丝钢丝的强度。充气轮胎10可以具有一对彼此轴向间隔的基本不可扩张的环形胎圈16、18。各胎圈16、18可以位于充气轮胎10的胎圈部分，其具有构造为接纳胎圈和容纳轮辋的轮缘(未示出)的外表面，充气轮胎被设计装配在轮辋的轮缘上。帘布层12、14可以具有聚酯、钢或其它合适材料的并排补强帘线，并且在胎圈16、18之间延伸，其中胎体结构的轴向外部包围在各胎圈周围。图1的胎体帘布层结构包括补强材料的两个帘布层12、14。可以使用任何合适材料的一个或多个胎体帘布层。低渗透性材料层20可以配置在胎体帘布层12、14内部，并且邻接由充气轮胎10 和轮辋限定的充气室。弹性侧壁22、M可以轴向配置在胎体结构12、14的外侧。双层带 28,30 (图1)，或四层带观、30、32、34 (图2)的圆周延伸带结构沈可以包括钢补强帘线 36，如图3所示。带结构沈也可以包括辐射插入带观、30、32、34和胎面15之间的冠带层 38 (图 2)。图1和2的带结构沈可以表征为示例帘线36，其具有0.08 mm至0.35 mm直径的超拉伸钢(UT)或Mega拉伸钢(MT)(如以上定义)的长丝和合适的捻向长度。例如，图3的帘线36可以具有h长丝363的构造。图4的示例帘线36可以具有2+1长丝364的构造。 图5的示例帘线36可以具有2+2长丝365的构造。图6的示例帘线36可以具有切长丝366的构造。获得UT强度的一个示例方法可以合并如US 4，960，473中公开的方法，在此将其全部引入作为参考，采用与一种或多种以下元素Cr、Si、Mn、Ni、Cu、V和B微合金化的碳棒。 一个示例构造可以为 C 0. 88 至 1. 00,Mn 0. 30 至 0. 50,Si 0. 10 至 0. 30 Cr 0. 10 至 0. 40、 V 0至0. 10、Cu 0至0.50、Ni 0至0. 50和Co 0. 20至0. 10，余量为!^e和残余物。所得棒然后可以拉伸至相当于4000 MPa的拉伸强度，在0. 20 mm。0.30 mm至0.35 mm直径UT钢丝的示例长丝可以具有至少1，020牛顿(N)，加减 5%的帘线断裂强度。一个示例结构可以具有加捻在一起的两个长丝，具有16.0 mm的捻向长度，其中这两个长丝在相同的加捻方向中以16.0 mm捻向长度与两个其它长丝加捻在一起，所述两个其它长丝当与加捻长丝一起加捻时是未加捻的并且互相平行。该示例帘线， 2+2构造(图5)，可以表示为2+&30 UT或2+h35 UT。2+2构造可以呈现开口，以及由开口产生的良好的橡胶针入度。0. 30和0. 35表示以毫米计的长丝直径，UT表示材料为超拉伸钢。UT和MT帘线结构的上述实例表现可以类似于较高计量HT和ST钢构造。因此，当这些示例帘线结构引入直径比HT和ST帘线结构更小的长丝时，与HT和ST帘线结构相比， 计量材料和成本方面的最终减少导致重量更轻和轮胎更便宜。此外，对于相等的长丝直径，UT和MT帘线比前身HT和ST帘线具有更高的强度和通常更高的疲劳寿命。这些优点导致弹性体产物具有更少的补强材料并因此重量和成本更低。可选地，产物的寿命可以随这种帘线36和长丝363、364、365、366的疲劳寿命增加而增加，如US 7，082，978中所示，在此将其全部引入作为参考。在弹性体的补强复合材料中可以变化的参数为以每英寸经纱(EPI)计的经纱数， 即相对于其中弹性体正在被补强的方向的横向中的每单位长度帘线的数目。UT和MT试样的强度增加可以允许EPI降低以获得可比的强度。可选地，帘线直径可以减少，而经纱数保持或增加，以获得可比的强度。此外，可以保持0. 018' ’ (0. 46 mm)的最小铆接，以在嵌入的帘线之间提供适当的弹性体针入度。针入度可以进一步地通过更小的直径和更简单的(帘线中的长丝更少)可由UT和MT钢长丝制造的帘线构造来增强。UT构造，例如图3-6的那些，具有例如0. 185 mm或0. 21 mm的直径，为轻型轮胎的带构造提供重量更轻和成本更低的备选方案。此外，重量和成本减低提供相等到更好的设备可加工性(压延)以及优于常规构造的轮胎性能。如上所述，UT或MT钢帘线36的带结构沈在充气轮胎10中产生优异的疲劳性能， 以及允许在充气轮胎10的带和其它部分中使用更少的材料。但是，根据本发明，在充气轮胎中使用TRIPLEX钢用于补强钢丝(即胎圈、帘布层、带等)将在充气轮胎中提供甚至更大的优点，因为可以利用TRIPLEX钢完成重量降低，同时保持相等的强度特性。例如，用于飞机或卡车轮胎的TRIPLEX钢胎圈钢丝圈将提供类似的强度，但是重量更轻。充气轮胎的重量减少通常受到材料的所需最低量限制。但是，对于TRIPLEX钢，可以用更少的重量获得所需强度。例如，具有TRIPLEX钢胎圈的卡车轮胎可以整个轮胎重量称重减少13%，或减少500克。利用TRIPLEX钢的性能，和相应的更少重量，也可以在充气轮胎中获得其它好处，例如滚动阻力降低。高强度、轻重量TRIPLEX钢通常包括含有18-28%锰、9-12%铝和0. 7-1. 2% C (以质量％计)的一般组成Fe-xMn-yAl-k。微结构可以由奥氏体的 Y-Fe (Mn, Al，C)固体溶液基质组成，所述基质具有不同体积分数的纳米尺度K-碳化物 (Fe, Mn) 3A1(VX和α -Fe (Al, Mn)铁氧体的细分散体。相变Y fcc — Ehcp的计算吉布斯自由能总计为e=1757 J/mol和堆垛层错能测定为rsF=110 mj/m2。因此，奥氏体非常稳定，不能形成应变诱导的e-马氏体。塑性变形(plastic deformation)期间几乎抑制了机械捻线(mechanical twinning)。TRIPLEX钢显示6. 5至7. 0 g/cm3的低密度和优越的机械性能，例如700至1100 MI^a的高强度和高达60%和更多的总伸长率。IO3 s—1的高应变速率下获得的比能吸收为约0.43 J/mm3。TEM研究已经揭示在变形的拉伸试样中已经存在伴有位错滑移的均勻剪切能带形成。TRIPLEX钢的主要变形机理为由与奥氏体基体内聚的纳米尺度K-碳化物的均勻排列所经受的剪切能带诱导可塑性(SIP作用)。高流动应力和拉伸强度由有效的固体溶液硬化和叠加的分散强化产生。这种铁素体高铝钢提供基于体心立方铁晶格中的Al的高溶解度的比重的显著降低和约40 MI^a每wt% Al的强固体溶液强化。由于在低于400°C形成k_相，最高Al含量被限制在约6. 5 wt%0在这一 Al含量下，密度降低约9%。冷成形限度通过与B、Nb和Ti金属微合金化而大大扩展，以避免碳化物在晶粒边界处脆化。在转变诱导塑性(TRIP)和捻线诱导塑性(TWIP)钢中，可以通过与轻型或晶格膨胀Al和Si元素合金化来实现密度降低。15至30 wt%的高Mn含量可以稳定奥氏体。在 1. 5至4 wt% Al和Si的组成范围中，Mn-Al-Si-钢的堆垛层错能(SFE’ s)可以变化以产生不同的变形机理由于马氏体转变的转变诱导塑性和捻线诱导塑性。基于四元！^-Mn-Al-C构造的TRIPLEX钢结合了上述给出的合金构思。与常规的深拉钢相比，这种TRIPLEX钢由于其化学、微结构、变形和强化机理，具有约15%的更低密度、 优越的强度性能、改善的耐腐蚀性和高拉伸延展性。TRIPLEX微结构由奥氏体、铁氧体和纳米分散的(Fe，Mn)3Al-C k_碳化物组成。这些碳化物的形态和分布受到合金元素的强烈影响，尽管热处理可能显著影响它们的机械性能。显著的均勻剪切能带形成引起剪切能带诱导塑性(SIP作用)，并且高强度性能是由于有效的固体溶液硬化和横向剪切能带中的错位交感。如图7所示，即使在冲击载荷下，TRIPLEX钢的卓越延展性和韧性促进很高应变速率 (高达IO3 s-1)下的高能量吸收。因此，基于!^-Mn-Al-C构成的高强度合金代表被称为TRIPLEX的一代高锰合金之一，具有面心立方(FCC)微结构，其中主要8%铁氧体和6-9%纳米尺度k-碳化物分散在FCC 固体溶液基质中。TRIPLEX合金由FCC基质组成，特征在于退火捻线、约8%铁氧体和纳米尺度k_碳化物有规律地分布在FCC基质中，并具有有规则地排列的FCC结构。对于最佳的性能，可以使用另外的老化应用，由此有助于后续实现特定变形机理(SIP作用)所需的常规k-碳化物沉淀。这种TRIPLEX合金可以抵抗e-马氏体转变。即，正自由焓奥氏体分解成为e_马氏体(AGyY -e= +1755 J. moF1)为高FCC基质稳定性的原因。由于为约110 mj/m2的较高堆垛层错能(SFE)，相变成为马氏体也得到抑制。高SFE水平也是TRIPLEX合金的机械捻线不敏感性的原因。已经发现当SFE低于15-20 mj/m2时，发生朝向e-马氏体的倾向。SFE 水平和e-马氏体转变稳定性(HCP结晶晶格)的检测改进由铝(Al)加入到具有锰(Mn)的基础固体溶液中引起，由此通常增加SFE和抑制形变捻线。由于FCC基质中的Al和Mn溶解度水平和与铁(Fe)的原子半径相比，Al和Mn的较高原子半径，比重发生降低。例如，在 12% Al和28% Mn的合金中，FCC基质密度相当于6. 5 g/cm3。固体溶液中共存的FCC和基础心立方(BCC)相的总体重量降低导致合金基质的平均摩尔重量降低和联合晶胞摩尔密度降低。与Fe原子(rFe = 0. 126 nm)相比，由Al和Mn原子半径(rAl = 0. 147 nm, rMn =0. 134 nm)产生的基体晶格将更大。除基础FCC相之外，TRIPLEX微结构可以由铁氧体(6_8%)和在FCC基质中沉淀和显示规则排列的具有中心定位C原子的纳米尺度k-碳化物组成(参加以下L12)。联合晶胞可以用( ^Μη)3Α1(来表示。平均晶格参数水平a0 = 0.3857 nm，主要取决于合金中的 Al含量。k-碳化物晶格在图8中提供。高锰合金中获得的捻线变形和马氏体相变可以由FCC基质内的高密度平面{111} 上均勻排列的剪切能带形成替代。这些特征代表对大的塑性伸长率的均勻剪切变形的重要贡献，被称为SIP-作用(剪切能带诱导塑性)。由于以上给出的马氏体转变的正自由焓值 (+1755 J/mol1)和由于较高的SFE (大约110 mj/m2)，TRIPLEX合金可能不容易发生马氏体转变或严重的机械捻线。k-碳化物沉积形态的微构造分析证明了与FCC基质内聚的这一相的纳米尺度颗粒的正态分布。这一发现证明了由于有助于增强TRIPLEX合金的均勻排列的剪切能带的影响，上面讨论的k-碳化物在FCC基质中的分布的重要作用。在-100°C至400°C测试温度下的高Mn-Al TRIPLEX合金的工程应力-应变曲线说明了该温度间隔中的迥然不同的应变硬化和不同的变形机理。在20°C检测到约53%的最好的塑性应变(ε pl)(强度达到1100 MPa)。对于更高温度，ε ρ1随强度一起增加(在400°C， 对于ε ρ1=19%,强度为700 MPa)。选择的测试温度越低，与最差ε ρ1 一起达到的应力水平越高(在-100°C下，对于ερ1= 37%，强度为1260 MPa)。结果归纳于以下表1中。为了增加强度水平方面的机械特性而不发生塑性响应降解，特别地，所研究的合金通常在550°C经历 2. 1分钟至46分钟的不同恒温老化时间的加热老化。结果在以下图3中以老化试样的工程曲线的形式概括。延长老化时间之后，发现(在室温下测定)Rp (0. 从700 MI^a增加至 1060 MPa0给出的应力-应变依赖性非常类似于理想弹性的那些(其中实际上不存在应变硬化的塑性固体)。这一点表明了用于实现由中等变形硬化机理获得的扩展的塑性变形的均勻剪切的需要程度。表 1
颈区中TRIPLEX合金的应力和应变值之间的关系(借助于拉伸测试)
===擔pel ========== a.丨jpiFaj丄热老化的TRIPLEX合金的工程应力-应变曲线在图9中示出。老化在550°C按照不同的时间间隔获得。高Mn合金和常规深拉钢(撞击模型)的比能吸收(EV spec)在图10中示出。在图10中，比较比能吸收(EVspec)，所述比能吸收定义为在102-103 s—1的高应变速率(在与撞击模型有关的条件下)下，所选择的材料类型的每单位体积的耗散能量。在
10评价的钢和合金组中，显示用作深拉材料的两种高Mn合金变体和四种钢型。该对比表明常规深拉钢的吸收能量低于TWIP和TRIPLEX合金的吸收水平。与研究的深拉钢类型相比，这些合金的吸收能力高两倍。上述合金的这些较高吸收值反映了较高的应力流和有利的塑性伸长水平。在TRIPLEX合金中，吸收能力的重要作用可以归因于在高应变速率下严重的剪切能带形成的作用。TRIPLEX合金 ^-26/30Μη-10/12Α1-0. 9/1. 2C主要由具有纳米尺度k_碳化物 (以上L12)分散体和部分有序 -铁氧体的FCC微结构组成。k-碳化物的化学组成为 (FeMn) 3A1C0获得的TRIPLEX的优越性能可以归因于有效的固体溶液和沉淀增强。高Mn 合金的高能量吸收水平(EVspec)提供有利的Mn影响。变形机理对增强的延展性的贡献与 SIP-作用(剪切能带诱导塑性)有关。均勻剪切能带形成可以伴随有位错滑移。这一机理的实现取决于与FCC基质内聚的纳米尺度k-碳化物的均勻的排列形式。由于比重减少、高强度和包括优越抗撞击性的所需成型性，TRIPLEX合金可以具有许多应用，例如充气轮胎中的重量减轻结构。例如，TRIPLEX合金用于特别是飞机和卡车的胎圈钢丝圈，可以提供优异的结果。在具有TRIPLEX钢胎圈的卡车轮胎上，胎圈重量可以减少13%。对于全部轮胎重量，这提供了 500 g或超过一磅的节省。与常规的深拉钢(UT，MT)相比，借助于TRIPLEX钢的特殊化学、微结构、变形和强度机理，提供了 TRIPLEX钢的更低的密度(约15%)、优越的强度性能、改善的耐腐蚀性和高拉伸延展性。如上所述，根据本发明，具有TRIPLEX钢帘线36的胎圈结构16、18，帘布层结构 12、14，或带结构沈产生更轻重量的充气轮胎10，而不牺牲强度。这些结构12、14、16,18,26 因此增强充气轮胎10的性能，即使是充气轮胎的结构和性能的复杂性使得已经提不出完善和令人满意的理论。Temple,Mechanics of Pneumatic Tires (2005)。虽然在充气轮胎机械学中容易看到传统复合材料理论的基础，但是由充气轮胎的许多结构组件引入的额外复杂性容易使预期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时间、频率和温度特性，充气轮胎的分析设计是当今工业中最具挑战性和低估的工程挑战之一。Mayni。充气轮胎具有某些必需的结构单元。United States Department of Transportation,Mechanics of Pneumatic Tires, 207-208 M (1981)。重要的结构单元为带结构，其通常由许多嵌入和粘合至通常为天然或合成橡胶的低模量聚合物材料基质的细微硬拉钢或其它金属的帘线制成。同上，207至208。帘线通常配置为单、双或四层。显上，208。整个工业的轮胎制造商不能同意或预期不同捻度的带结构的帘线对于充气轮胎中的噪声特性、操控、耐久性、舒适性等的作用， Mechanics of Pneumatic Tires，80 至 85 页。这些复杂性由以下轮胎性能和轮胎组件之间的相关性的表格表明。
权利要求
1.充气轮胎，其特征在于包括 胎体结构；以一定距离间隔的两个侧壁； 两个胎圈；辐射配置在胎体结构的胎冠外侧的胎面； 辐射插入胎体结构和胎面之间的带结构；和具有铁素体高铝TRIPLEX钢的帘线的补强结构。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，特征在于布置TRIPLEX钢补强帘线使得具有每英寸 8至20根经纱。
3.如权利要求1所述的充气轮胎，特征在于TRIPLEX钢补强帘线具有h构造。
4.如权利要求3所述的充气轮胎，特征在于TRIPLEX钢补强帘线具有0.185 mm直径长丝。
5.如权利要求3所述的充气轮胎，特征在于TRIPLEX钢补强帘线具有0.210mm直径长丝。
6.如权利要求1所述的充气轮胎，特征在于TRIPLEX钢补强帘线具有2+1构造。
7.如权利要求6所述的充气轮胎，特征在于TRIPLEX钢补强帘线具有0.185 mm直径长丝。
8.如权利要求6所述的充气轮胎，特征在于TRIPLEX钢补强帘线具有0.210mm直径长丝。
9.如权利要求1所述的充气轮胎，特征在于TRIPLEX钢补强帘线具有2+2构造。
10.充气轮胎，其特征在于包括 胎体结构；以一定距离间隔的两个侧壁； 两个胎圈；辐射配置在胎体结构的胎冠外侧的胎面； 辐射插入胎面和胎体结构之间的带结构；和具有铁素体高铝TRIPLEX钢的帘线的补强结构，所述帘线具有直径为0. 18 mm至0. 22 mm的长丝。
全文摘要
本发明公开了具有高强度补强的轮胎。具体地，充气轮胎包括胎体结构、两个以一定距离间隔的侧壁、两个胎圈、辐射配置在胎体结构的胎冠外侧的胎面、辐射插入胎体结构和胎面之间的带结构和具有铁素体高铝TRIPLEX钢的帘线的补强结构。
文档编号B60C9/16GK102407739SQ20111028341
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月22日 优先权日2010年9月22日
发明者维内奇亚尼 A., P. 克林肯伯格 M., B. 迪瓦尔 Y. 申请人:固特异轮胎和橡胶公司