载重用充气子午线轮胎的制作方法

本发明属于充气子午线轮胎，特别涉及载重用充气子午线轮胎。
背景技术：
：图1～3所示的轮胎断面示意图中的带束层结构是目前国内被广泛使用的结构。这些带束结构存在经过成型和硫化工序后轮胎耐久性、耐偏磨性、操控性稳定性在同一条轮胎上无法实现良好平衡的问题。特别是在当前花纹沟深度增加的趋势下该问题变得尤为显著。技术实现要素：本发明提供一种抑制带束层边缘发生脱层问题，同时也能改善操控性稳定性的载重充气子午线轮胎，具体包括如下技术方案：载重用充气子午线轮胎，所述轮胎周向上有至少一层呈平行排列的钢丝组成的带束层；带束层在两肩区域具有钢丝，所述钢丝的“拉力—伸长曲线”在伸长率为0.8％～1.4％的区域内出现曲线走势的突变点，且该突变点区域位于拉力为40～110n的范围内，且断裂伸长率在5％以上。作为优选，所述载重用充气子午线轮胎覆盖整个冠部区域的耐张力带束层中的最下层带束层的中央区域膨胀率在成型工序和硫化工序完成后，按照下列公式计算后，出现在1.2％～1.9％的范围内，其中，rf：贴合在带束成型鼓上时的带束层直径；rf：硫化后模具内的带束层直径。作为优选，所述带束层钢丝的拉力-伸张曲线突变点控制在1.0％～1.2％之间。作为优选，所述轮胎的带束层钢丝在伸长率为1％时拉力至少为400n。作为优选，所述带束层为多层带束层叠加，果靠胎体侧的带束层比靠胎面侧的带束层窄，在靠胎面侧的带束层外侧两端的带束层能够覆盖住靠胎体侧的带束层的两端。作为优选，所述轮胎有多层带束层叠加，靠胎体侧的带束层比靠胎面侧的带束层宽，在靠胎面侧的带束层外侧两端覆盖有上述所述“拉力—伸长曲线”在伸长率为0.8％～1.4％的区域内出现曲线走势的突变点，且该突变点区域位于拉力为40～110n的范围内，且断裂伸长率在5％以上的周向带束层。采用以上技术方案实现了耐久性达到或超过标准胎，同时耐偏磨性能和操控性稳定性也仍然保持原有水平不变，相对于使用普通伸张特性钢丝的轮胎来讲，可以明显地提升耐久性能、耐偏磨性能和操控性稳定性。附图说明图1、2、3为本发明适用的重载用充气子午线轮胎例；图4为实施例1的结构示意图；图5为耐张力带束层钢丝与强化带束层钢丝的拉力-伸长曲线图比较示意图；图6为靠胎体一侧的带束层膨胀率计算说明；图7为强化带束层的膨胀率计算说明；图8为硫化时带束层膨胀模式说明；图9为不同膨胀率下强化带束层的裸钢丝及硫化后钢丝的拉力-伸张曲线图；图10为突变点在2％与1％的裸钢丝曲线图以及突变点在1％的硫化后钢丝曲线图；图11～13为交叉角度与耐偏磨性能、操控性稳定性结果的关系符号说明1、载重用充气子午线轮胎；2、胎面；3、4、耐张力带束层；5、保护性带束层；6、强化带束层；7、胎体。具体实施方式实施例1以图1所示的带束层结构为例来说明(参考图4的标记)。该结构中，有与轮胎周向呈10°～45°互相交叉叠加的耐张力带束层3、4，覆盖该耐张力带束层的位于胎冠中央位置且宽度较窄的保护带束层5，在保护带束层5两端、耐张力带束层4上方有2层或3层周向排列且互相平行的强化带束层6。强化带束层6的外端点比耐张力带束层3、4中较宽的那一层更靠近胎面中心线。上述结构中的强化带束层6由于是沿周向平行排列的，所以在成型与硫化工序中，无法像其他耐张力带束层3、4或保护带束层5那样通过角度变化来弥补带束层周长的增加，因此强化带束层6是通过利用如图5所示的“拉力-伸长曲线”特性来解决周长变化的问题。由于该伸长特性是通过调整钢丝的捻距来发挥出钢丝的结构性伸长功能，所以此类钢丝也称为高伸长钢丝。轮胎在成型工序中，带束层被贴合在一定周长的带束贴合鼓上，成型为胎胚。然后胎胚被放入到指定的模具内，在胎胚内表面给予压力和热量，完成热硫化。这个过程中，各带束层会发生径向的膨胀，硫化后的带束层直径与成型时的带束层直径的比值成为膨胀率。图6和图7分别是成型时与硫化后轮胎上各带束层膨胀率的计算基准示意图。膨胀率的计算公式可以概括为：其中，rf：贴合在带束成型鼓上时的带束层直径；rf：硫化后模具内的带束层直径。对于沿周向平行排列的强化带束层6，如果是两层排列的话，方便起见可以取宽度与厚度的中心位置来计算其膨胀率。如前文所述，硫化工序中各带束层会发生径向的膨胀。此时，由于耐张力带束层3、4出于功能因素必须使用没有结构性伸张的钢丝材料，所以会发生如图8所示，通过角度变化来实现径向上的膨胀。但是，这样的角度变化在整个带束层横向上并不是均匀出现的。硫化时，在带束层两侧端点附近基本不会发生角度变化，而是依靠钢丝间距的扩大来实现径向上的膨胀。所以硫化后的交叉层叠的耐张力带束层3、4，其冠部中央区域的角度会比成型时小，而两端则基本保持成型时的角度不变。我们着重对不同带束膨胀率下带束层角度变化的情况以及强化带束层6的不同伸长特性对轮胎性能的影响进行了调查和研究。调查对象是315/80r22.5，纵横向花纹，模具花纹沟深18mm，设计了7种不同膨胀率的试验轮胎并进行评价。表1表2表1中左侧是根据所述膨胀率计算公式算出的7个试验方案的耐张力带束层3和强化带束层6的膨胀率。根据此表制作7种不同膨胀率的试验轮胎，并测试它们的性能。其中耐张力带束层3、4所使用的带束层材料为3+8×0.33st，强化带束层6使用的材料为3×4×0.22he，且其拉力-伸张曲线的突变点出现在伸长2％时。耐张力带束层3和4的贴合角度(相对周向来讲)分别为25°和15°，强化带束层6角度为0°。带束层结构如图1所示，无论是钢丝特性还是带束层结构都是中国国内非常常见的带束层设计。对上述7个试验方案的轮胎进行了室内机床耐久试验、整车偏磨试验和整车操控性稳定性试验。其中室内机床耐久试验方法引用自美国交通运输部认证试验标准；偏磨试验是测量试验轮胎安装在车辆前轮位置并行驶4万公里后冠部中央与肩部的磨耗差异量；操控性稳定性试验方法引用自iso评价标准。前两者的测试结果按指数展示，指数越高代表性能越好。后一者采用打分制，10分满分，7分以上合格，经过训练的测试车手可以感受出1分的差异，普通司机可以感受出2分的差异。方案7的轮胎由于强化带束层6不能充分地伸张，轮胎表现出明显的缺陷，无法用于性能测试，故排除在比较结果之外。方案4的轮胎是我公司目前正常生产的规格。以上性能测试的结果列于表1右侧。从结果可以看出，带束膨胀率变大后，耐久性会得到提升，但是同时耐偏磨性能以及操控性稳定性会变差；而膨胀率变小后，耐偏磨性能和操控性稳定性变好，但耐久性大幅下降。为了找出导致上述结果的原因，我们又对试验胎硫化后的带束层中心与两端的钢丝排列角度进行了测量，如表2。结果显示，随着带束层膨胀率的变大，冠部中央区域的排列角度α依次变小，而两端点附近的排列角度β虽然也表现出同样的趋势，但变化幅度远小于中央区域α，可以认为几乎不受膨胀率的影响。再来看一下这种角度变化与上述试验结果的关系的话就能发现，耐偏磨性能和操控性稳定性的表现好坏与耐张力带束层3、4的相互间交叉角度有关。这里的交叉角度是指耐张力带束层3的排列角度α1与耐张力带束层4的排列角度α2的和α1+α2。耐张力带束层的交叉角度对胎面的径向弯曲刚性有很大的影响，而径向弯曲刚性会影响耐偏磨性能和操控性稳定性。交叉角度与耐偏磨性能、操控性稳定性结果的关系见图11～13，可以看到在交叉角度为36°左右的时候，两者性能出现了优劣分界点。耐久性方面，由于带束层两端的角度变化不如中央区域的角度变化明显，所以我们把关注点放在强化带束层6的硫化前的预拉力大小上。从上述试验轮胎中剥取强化带束层钢丝制作成试样，测试其拉力-伸张曲线，测试对象为方案1(强化带束层膨胀率0.1％)与方案4(强化带束层膨胀率0.9％)。同时在实验室中对钢丝不施加任何拉力，直接覆胶，然后硫化，制作出预拉力为0的钢丝试样，与无覆胶的裸钢丝进行对比，如图9。可以看到，强化带束层6膨胀率为0.1％的方案1轮胎的钢丝拉力-伸张曲线与实验室中的无预拉力的钢丝的曲线基本一致。通常在标准气压下胎面冠部的径向膨胀可以预估在0.5％～1.5％的范围内，这种情况下方案1的轮胎的带束层模量只有方案4的带束层模量的30％～40％，也就是说，对于这类带束层膨胀率比较小的轮胎来说，它们的强化带束层在整个生产过程中都得不到充分的拉伸，使得强化带束层的强化作用无法发挥，导致耐久性变差。基于以上推论，我们通过调整3×4×0.225he的捻距使其拉力-伸张曲线的突变点前移到1.1％附近，然后使用这种钢丝按照下列的方案组合，进行了第二轮耐久性、偏磨性能、操控性稳定性的试验。表3表4no.室内机床耐久耐偏磨性能操控性稳定性1-a10813582-a10513483-a1001288410010078901358表5表3是第二轮试验轮胎的施工方案，方案1-a、2-a、3-a是把原方案1、2、3的强化带束层钢丝改用拉力-伸张曲线突变点前移到伸张1.1％附近的钢丝而制作出来的试验胎。方案4是标准轮胎，方案8是调整了成型时带束贴合角度使其硫化后的带束层交叉角度确保在36°以上的对比轮胎。表4是按照表3方案施工的轮胎的试验结果，试验方法与第一轮试验方法相同。从结果可以看到，把强化带束层钢丝的拉力-伸张曲线突变点从2％前移到1.1％的方案1-a、2-a、3-a都实现了耐久性达到或超过标准胎，同时耐偏磨性能和操控性稳定性也仍然保持原有水平不变，整体性能比较全面地超越了标准胎。同时也可以看到方案8虽然耐偏磨性能和操控性稳定性得到了改善，但是耐久性也变差了。表5是表3的试验胎耐张力带束层3、4的角度变化情况。方案1-a、2-a、3-a、4的角度虽然与第一轮试验时有略微的差异，但是大体上的角度分布还是一致的。耐久性表现较差的方案8，其冠部的耐张力带束层3、4的交叉角度为36.5°，与方案2-a接近，但是其两端点附近的交叉角度达到了41.3°，高于其他所有方案。行业内众所周知，耐张力带束层端点附近的交叉角度如果超过40°会引起带束层耐久性的急剧下降，因此想要通过调整带束层贴合角度来使冠部中央区域的交叉角度达到比较合适的水平是必然会引起两端区域交叉角度超限值从而降低耐久性的。从以上结果可以得出结论，如果要让冠部的耐张力带束层交叉角度处于36°以上，两端点附近的交叉角度不超过40°，就需要使靠胎体的耐张力带束层膨胀率控制在1.9％以下。而由此带来的带束层硫化后拉力不足的问题，可以通过根据所需膨胀率相应地改变钢丝的拉力-伸张曲线来解决。图10是方案3-a的裸钢丝与硫化后钢丝的拉力-伸张曲线图，可以看出，该曲线图与标准胎方案4的硫化后曲线图基本一致。综上所述：①耐张力带束层中靠近胎体的那一层带束层膨胀率控制在1.2％～1.9％范围内时，冠部中央区域的带束层交叉角度可以实现36°以上，两端附近的带束层交叉角度可以控制在40°以下、最理想的是39°以下。②强化带束层6钢丝的拉力-伸张曲线突变点控制在0.8％～1.4％、最理想的是1.0％～1.2％时，可以保证上述①的膨胀率下强化带束层仍然能够发挥出应有的强化效果。通过以上2点措施的同时实施，相对于使用普通伸张特性钢丝的轮胎来讲，可以明显地提升耐久性能、耐偏磨性能和操控性稳定性。当前第1页12