轮胎及其制造方法

专利名称：轮胎及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种轮胎及这种轮胎的制造方法。具体而言，本发明涉及一种轮胎及制造具有特殊带状结构轮胎的方法。
众所周知，轮胎包括一外胎身，一胎面圈，一对侧壁和介于胎面圈和外胎身之间的加强层。通常至少为一层的外胎身在其端部围绕一对胎圈线绳向外翻出。胎圈线绳，外胎身的端部及添加在胎圈线绳和外胎身之间的填料形成了位于轮胎两侧的胎圈。
在传统(或公知)的轮胎上，一般在胎面圈的下方设置有至少三个橡胶层，两个带状层和一个0°层或尼龙层。尼龙层内包含有加强线绳，加强线绳优选由纺织材料制成，但最好由热可缩材料例如尼龙制成并相对轮胎的赤道面以0°定向(即沿圆周方向)。加强线绳最好设置于由弹性体复合材料制成的薄板内。尼龙层设置于胎面圈和带状层之间。如本领域的技术人员所知，尼龙层能够使轮胎保持稳定、提高其滚动阻力，而且由于当尼龙层在高速状态下受到非常大的离心力时，尼龙层有利于轮胎保持其形状，因此其增强了运转性能。如果没有尼龙层，那么轮胎的性能就得不到保证，尤其是在高速运转的情况下。
两个带状层包括设置于弹性体复合材料内的精细线绳，该线绳最好由金属丝制成，这些精细线绳相互交叉并相对轮胎的赤道面倾斜。
除了这三个加强层外，传统的轮胎还包括一个设置于尼龙层和胎面圈之间的橡胶薄板，由于传统轮胎的制造工艺，该橡胶薄板必须加入。众所周知，车轮触轨面通常为单独制成的挤压制品。由于胎面圈是单独被制成的，因此在安装到轮胎上之前，胎面圈已被冷却至室温温度。胎面圈由于冷却而失去了粘性，而且在制造轮胎的过程中，不能正确地粘接到下面的层上。为弥补损失的粘性并提高胎面圈与下面层的粘接性能，从而在其被硫化之前能够使轮胎得以正确地装配，一橡胶薄板被安装到胎面圈的底面上。该橡胶薄板是一种以天然橡胶为基础经压延或(与胎面圈的)共挤塑形成的弹性体复合材料，这在本领域内是公知的。橡胶薄板的厚度通常为0.2至1.0mm。其厚度可归因于以下事实橡胶薄板一般由所含天然橡胶成分大于聚合物总量的50％的复合材料制成。
传统轮胎的另一种结构被称为“盖底式轮胎(cap and basetyre)”，其还包括一个作为胎面圈的一部分设置于面对轮胎内部的胎面圈之侧面上的底层。该底层提高了操纵性能同时降低了滚动阻力，并且被安装到胎面圈内介于胎面圈和底层之间的位置上。在这种结构中，轮胎的各个不同的层以下述方式从轮胎的外部向内部排列(1)胎面圈；(2)底层，该层将被安装到胎面圈的下面；(3)橡胶薄板；(4)设置于带状层上方的0°尼龙层。所述底层由基于橡胶的复合材料制成，而且其厚度通常介于1至2mm之间。由于该底层与胎面圈不具有相同的成分和特性，因此底层的厚度应按照以下方式选择当轮胎的胎面磨坏时，该底层能够与路面接触。
当底层由所含天然橡胶的成分大于聚合物量的50％的复合材料制成时，由于底层具有足够的粘性，从而能够正确地将胎面圈粘接到外胎身上，因此橡胶薄板可被省去，具体见上文对橡胶薄板的说明。
但是，这并非意味着在上层的天然橡胶含量大于50％时的每种情况下都可以省去橡胶薄板。在某些情况下，尽管上层的橡胶含量小于50％，但仍然可以省去橡胶薄板，例如在其它能够使上层具有良好粘性的材料被添加到复合材料中时，或当胎面圈未被冷却时。
构造用于轮胎的弹性体复合材料并通过加入加强纤维而使轮胎加固在本领域内是公知的。这样的实例见美国专利4,871,004(“‘004号专利”)，在该专利中公开了将Kevlar浆料(杜邦公司的注册商标)加入到轮胎内，从而在每一点上Kevlar的浓度为每100份橡胶(phr)中含有0.2至20份的Kevlar。在‘004号专利中，Kevlar纤维被描述成其长度为0.2至5mm，直径为0.005至0.02mm，长宽比(L/D)大于100。最终形成的纤维和橡胶的混合物可用于形成上述轮胎组成部分中的任意一个顶点、填料条、带子、带子的覆盖层、橡皮带。‘004号专利公开了在制造充气轮胎的过程中将加强纤维加入到弹性体中的一些优点，例如其加固作用和增加成品轮胎的硬度。
欧洲专利0592218(“EPO‘218”)也公开了一些将加强纤维加入到用于充气轮胎之不同部分的橡胶内的优点。EPO‘218专利公开了每100份橡胶(phr)中加入16至30份短纤维的方法，其中短纤维的平均直径(D)为0.1至0.5μm，其平均长度为40至500μm，长宽比(L/D)为100至5000。可添加的纤维包括芳族聚酰胺纤维，例如Kevlar、棉、尼龙、聚酯、人造纤维、和表面处理过的短纤维，例如尼龙6。
类似地，欧洲专利0604108A1(“EPO‘108号专利”)公开了加入某些类型的纤维，从而加固充气轮胎内的橡胶的方法。EPO‘108中所述的特殊纤维为UBEPOL-HE0100型短纤维(可从UBE工业有限公司买到)，即尼龙6。这种纤维被描述成平均直径(D)为0.3μm，平均长度(L)为300μm，长宽比(L/D)为1000。这种纤维以每100份橡胶(phr)中含有不少于10份的浓度最好以10至30phr的浓度加入到橡胶复合材料中。
本发明涉及在充气轮胎的胎面圈和带状层之间设置一弹性体的中间层，以替代传统轮胎的尼龙层，同时保持这种结构部件的良好性能。此外，如果存在橡胶层，那么该橡胶层可被中间层所取代。类似地，对于传统轮胎的第二实例，本发明提供一种用弹性体中间层替代0°尼龙层、底层和橡胶薄板(如果有的话)，以实现相同的目标。
本申请人发现通过将一个弹性体的中间层引入到设置有纤维加强层的胎面圈上来替代传统轮胎中的一层或多层，使本发明至少能够得到两种传统轮胎结构在滚动阻力和处理上的相同优点，而且还减轻了轮胎的整体重量。
此外，用更少的层替代传统的结构简化了轮胎的制造。
本发明试图将象Kevlar(以Kevlar浆料的形式)这样的短纤维加入到最好结合在胎面圈内的弹性体中间层，以补偿从传统轮胎结构中除去现有的0°尼龙层、橡胶薄板(如果有的话)和底层(如果存在)。本发明试图加入短纤维，这种短纤维具有一主干部分，其直径为10微米，长度约为200微米，长宽比约为20。结合本发明的其它特征，加入短纤维(例如Kevlar)有利于保持由两个传统轮胎结构所提供的滚动阻力和易于操纵性。类似地，可用另外一种包括加强纤维的浆料-Twaron(Akzo Nobel的注册商标)替代Kevlar浆料。用于加入了纤维，因此弹性体中间层也被称为“粘接”层。
本发明还认识到弹性体中间层可由短纤维及复合材料的组合物制成。复合材料可包括天然橡胶、乳液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶、溶液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶和丁二烯橡胶。复合材料最好是约60％的天然橡胶与40％的悬浊液聚合苯乙烯丁二烯橡胶的组合物。本发明尝试将浓度介于每100份含5至15份(phr)最好为7至11phr的短加强纤维加入到复合材料中。此外，本发明还尝试着将浓度介于20至80phr之间最好介于50至70phr之间的碳黑加入到混合物中。
当仔细考虑横截面相同，厚度大于1mm的有纤维加固的弹性体中间层时，本发明还认识到这种中间层可被制造成具有不同的截面，这样就会进一步提高按以上方式制成的轮胎的高速测试和易操纵性。由于具有这种结构，因此本发明考虑弹性体中间层的横截面具有较厚的边缘，这些边缘总共约占该层整体宽度的4/7，而其中央部分约占宽度的剩余3/7。此外，本发明还考虑边缘部分比中央部分厚约25％至75％，最好约厚33％。具体而言，本发明考虑边缘区域的厚度大于弹性体中间层的中央区域之厚度。弹性体中间层的较厚部分最好能够应付在轮胎转动过程中在胎面圈的边缘处形成的大量应力。
另外，本发明考虑较厚的区域可被加到弹性体中间层上胎面沟槽较宽的区域内。胎面圈上的较宽沟槽起到造斜点的作用，当轮胎转动时，应力集中于造斜点上。在这些区域内增加弹性体中间层的厚度有利于减少轮胎在转动过程中所产生的应力。
本发明还考虑弹性体中间层可与胎面圈一起共挤塑形成，以形成同样的产品。共挤塑成形允许弹性体中间层在制造过程中相对胎面圈正确定位。其还允许加强纤维的正确定向，从而使其大体位于与被替代的0°尼龙线绳相同的方向上。
构成说明书的一部分并结合在说明书中的附图示出了本发明的几个实施例。上述的总体说明及下述实施例的详细说明与附图一起用于解释本发明的原理。
在附图中

图1为第一传统轮胎结构的剖视图，图中示出了橡胶薄板设置于根据现有技术的0°尼龙层和胎面圈之间；图2为第二传统轮胎结构的剖视图，图中示出了底层、橡胶薄板和介于胎面圈与外胎身之间的0°尼龙层；图3为根据本发明第一实施例的轮胎的剖视图，图中示出了大体均匀的弹性体中间层设置于胎面圈之下；图4示出了本发明的第二实施例，而且还示出了位于弹性体中间层之边缘上的较厚区域；图5示出了弹性体中间层的第三实施例，其中较厚的区域跨越胎面圈的宽度设置，胎面圈上的沟槽形成了造斜点，该造斜点用于补偿弹性体中间层的较厚部分。
本领域的技术人员可以容易地发现本发明的其它优点并对本发明作出修改。因此，广义上讲，本发明并非仅限于特殊的代表性装置和说明性的实施例。因此，可在本发明的总的构思范围内，由本说明书的细节出发，而本发明的范围由所附权利要求书及其等同替换限定。
图1示出了根据现有技术第一实例的轮胎T。传统的轮胎T包括至少一个外胎身层CP，外胎身层的相对的侧面边缘围绕相应的固定胎缘线绳BC向上折起，每根线绳都结合在沿轮胎T的内圆周边缘形成的胎缘B内，轮胎T本身通过胎缘B与作为汽车车轮一部分的装配轮圈R相接合。沿圆周的延长部分安装于外胎身层CP上的是一个或多个由织物或金属丝制成的带状层BL，其中织物或金属丝结合在橡胶薄板上。通常情况下，带状层BL为三层靠近外胎身层CP的头两层由包含有相互线绳且最好包含有金属丝的胶布制成，所述线绳或金属丝相互交叉并分别相对轮胎T的赤道面倾斜。在两个金属带状层上方设置有一包含加强线绳的胶布层NL，该层最好为相对轮胎的赤道面以0°定向的织物材料，而且最好是热缩材料，例如尼龙。
在其各个相对的侧面位置上安装于外胎身层CP的外表面上的是一对侧壁S，每个侧壁都大体从胎缘B延伸至轮胎的“凸肩”区域，该凸肩区域形成于带状层的端缘附近。
一胎面圈TB沿圆周设置于带状层BL上，所述胎面圈的侧缘终止于凸肩处并与侧壁S相连接。胎面圈TB的外部具有一滚动表面，该滚动表面用于与地面相接触，在该表面上形成有与横向挖除部分交错排列的圆周沟槽G。所述沟槽G限定了多个沿一个或多个圆周排分布的块体。
如图所示，胎面圈TB邻近橡胶薄板RS设置并定位于橡胶薄板RS的上方。橡胶薄板RS的厚度一般为0.2至1.0mm并在胎面圈TB的几乎整个宽度上延伸。设置于胎面圈TB两端的是小侧壁MSW，这对于本领域的技术人员是公知的。在传统的轮胎中，一尼龙层NL恰好设置于橡胶薄板RS的下方，而且这两层的组合厚度为TH。
当然，在这种情况下，如果胎面圈TB具有足够的粘性，那么橡胶薄板RS可被省去。
图2示出了根据现有技术的轮胎T之第二实例的部分结构。如图所示，胎面圈TB包括一个位于其最下部的底层UL，该底层位于橡胶薄板RS的上方。底层UL的厚度通常介于1至2mm，但无论在何种情况下，底层UL都不具有足够的厚度，从而当轮胎胎面磨光时，该底层将与路面相互接触。由于底层UL的成分与胎面圈TB的成分不同，而且也不具有与胎面圈TB相同的操作性能，因此这是比较理想的情况。与第一现有技术的实例相同，尼龙层NL设置于橡胶薄板RS的下方。底层UL、橡胶薄板RS和尼龙层NL的组合厚度为TH。与第一实例相同，小侧壁MSW可被设置于胎面圈TB的两个侧向边缘上。
当然，在这种情况下，如果底层UL具有足够的厚度，那么可以省去橡胶薄板RS。
如本领域所公知的那样，橡胶薄板RS一般由弹性体复合材料构成，而弹性体复合材料又是以天然橡胶的组合物为基础的，这在本领域内是公知的。一般情况下，橡胶薄板RS的足够粘性是通过使天然橡胶的含量大于聚合物总量的50％而形成的。可将其它添加剂加入到橡胶薄板RS的化合物中，目的是得到永久的足够粘性。这样，胎面圈TB(不论其是否包含底层UL)将在制造构成中粘接到底层上。在每个实例中，橡胶薄板RS都是以薄板的形式装配到胎面圈TB(或具有底层的胎面圈TB)上的。橡胶薄板RS下方的层一般为尼龙层NL，尼龙层NL下方为两个带状层和外胎身层(未示出)。
在传统的实例中，橡胶薄板RS与轮胎T的胎面圈TB分开制造。橡胶薄板RS一般为被压延的材料薄板，在完成挤压后，该材料薄板被装配到胎面圈TB(或者具有底层UL的胎面圈TB)的下侧。橡胶薄板RS也可与胎面圈TB一起经共挤塑而成形。橡胶薄板RS、胎面圈TB(或胎面圈TB及底层UL)及轮胎的其它部件形成了一个完整的半成品轮胎，半成品轮胎经硫化处理后形成一个完整的一体轮胎制品。
与现有技术相反，如图3所示，根据本发明的第一实施例，胎面圈1包括设置于弹性体中间层3之上的外部2。弹性体中间层3在其整个宽度上厚度4是均匀的。外部2还包括位于最外端的小侧壁部分5,6。弹性体中间层3的厚度大于1mm，而且最好介于1.5至2mm之间。在所有情况下，就胎面花纹上的沟槽之最大深度而言，当轮胎胎面被磨光时，外部2的厚度都不应该允许弹性体中间层3与路面接触。根据本发明制成的胎面圈1被加入到轮胎的结构中。
本发明的第二实施例如图4所示，图中示出了设置有外部12的胎面圈10，外部12设置于弹性体中间层14之上。弹性体中间层14的厚度从厚度为16的中央部分18到厚度为20,22的边缘部分24、26是变化的。外部12还可在其两个最外端包括小侧壁28、30。中央部分18的厚度16大于1mm，而且最好介于1.5至2mm之间，而边缘部分24、26的厚度大于1mm，而且最好介于1.5至3mm之间，总之大于厚度16。在所有情况下，就胎面花纹的沟槽之最大深度而言，当轮胎的胎面磨光时，外部12的各个不同的厚度都不应该允许弹性体中间层14与路面接触。尽管在本发明的该实施例中，厚度20、22是相同的，但本领域的技术人员可以容易地认识到在本发明的范围内可根据轮胎的设计结构而使厚度20、22互不相同，从而改变胎面圈10的内边缘及外边缘的操作性能。
在本发明的第三实施例中，如图5所示，胎面圈40可包括一弹性体中间层46，该中间层46设置有厚度可变的附加部分。如图5所示，胎面圈40可包括弹性体中间层46，该中间层46具有边缘部分44、45，边缘部分44、45的厚度48、50大于底部56、42的基础厚度52、54。另外，在结合有一较宽沟槽62的外部60区域内，还可包括一个较厚的中间部分58，该中间部分的厚度大于底部56、42的厚度。当轮胎圈40旋转时，弹性体中间层46的较厚中间部分58补偿了在较宽沟槽62的区域内不成比例的较高应力，因为较宽沟槽62被用作胎面圈40上的偏转点，在运转过程中，尤其是在高速运转过程中，应力将集中在该偏转点上。弹性体中间层46的不同部分的厚度遵循与前一实施例相同的总体原则。底部56、42的厚度大于1mm，并且最好介于1.5mm至2mm之间，而边缘部分44、45和较厚的中间部分58之厚度大于1mm，而且大于底部56、42的厚度，但最好介于1.5mm至3mm之间。在所有情况下，就胎面花纹上的沟槽之最大深度而言，当轮胎的胎面被磨光时，外部60的厚度都不应该允许弹性体中间层46与路面接触。
在本发明的最佳实施例中，弹性体中间层的截面轮廓是对称的。尽管边缘部分44、45的厚度48、50是彼此相同的，但厚度48、50也可被设计成互不相同的形式。类似地，尽管本发明考虑可使较厚的中间部分58的厚度66与边缘部分44、45的厚度保持相等，但是这些部分的厚度可根据具体设计所需的操作性能而互不相同。另外，尽管底部56、42的厚度52、54的厚度是相同的，但其也可互不相同，这些是本领域的技术人员所能理解的。
在本发明的第三实施例中，尽管仅相对宽沟槽62示出了一个较厚的中间部分58，但是，在胎面圈40的整个宽度内可设置多个这样的部分，而且胎面圈40也可设置不止一个宽沟槽62。最后，小侧壁68、70可被包括在胎面圈40的结构中，这与前一实施例相同。
现对在三个实施例中示出的弹性体中间层结构加以说明。应该理解到下面的说明可应用于本发明所提供的所有实施例中。这可以通过挤压或压延来实现，具体如下所述。
在本发明的结构中，最好将弹性体中间层设置在传统轮胎的底层所占的空间内，如本发明的三个实施例所示。带状层放置在该位置上允许轮胎结构比传统轮胎的重量更轻，同时保持传统轮胎的操作性能。但，也可能将轮胎的带状层定位于传统轮胎的0°尼龙层所占的空间内。在这样的实施例中，可以实现弹性体中间层的性能优点，但轮胎的整体重量不会比传统轮胎有显著的减少。
加强纤维最好为芳族聚酰胺纤维，其可以是Kevlar，Twaron或其它材料。具体而言，加强纤维最好具有一主干部分，该主干部分的直径约为10微米(μm)，长度约为200微米(μm)。这样就使加强纤维具有应该约为20的长宽比，该比例为长度与纤维直径的比值。从主干部分向外延伸的加强纤维还包括多个分支或小纤维，小纤维的直径小于主干部分的直径。
关于这些纤维结构的具体内容见美国专利4,871,004，在此作为参考引用。根据该专利，可得到与浆料的纤维长度相同的Kevlar产品，例如Kevlar29(运转特殊的Kevlar浆料)，而且根据‘现代塑料百科全书’，这种产品是一种低密度、高强度的芳族聚酰胺纤维。根据杜邦的说明书，Kevlar的纤维由长分子链构成，而长分子链由聚对次苯基对苯二酸酰胺制成。长分子链以强有力的链间接合定向，这将形成唯一的组合特性。
尽管下面的说明主要围绕Kevlar纤维进行，因为这种纤维是最佳的强化剂，但应该理解在不偏离本发明的范围内，可用Twaron纤维也完全或部分替代Kevlar纤维。根据Akzo Nobel的Twaron纤维是一种由芳族聚酰胺聚合物制成的重量轻、强度高的合成纤维。芳族聚酰胺分子其特征在于具有通过氢键连接在一起的较坚硬的聚合物链，这种聚合物链能够来回传递机械应力，就象拉链。最后，本领域的技术人员应该理解在本发明的范围内，可用具有类似分支小纤维的其它芳族聚酰胺纤维替代Kevlar或Twaron纤维。
此外，不论使用的是何种纤维，所用的纤维都最好沿着与传统轮胎中0°尼龙线绳相同的方向定位，从而使纤维提高其预期的作用。
用于本发明之实施例中的Kevlar纤维分散在天然橡胶(NR)内，最终形成的化合物被称为“Kevlar浆料”，这也是杜邦公司的一种上市产品。
本领域的技术人员应该理解将Kevlar浆料用作原批非常有利于本发明的成功，因为这将在制造工艺中提供某些优点。
还应该理解Kevlar和Twaron浆料都可从其制造商处购买到。含有芳族聚酰胺纤维的浆料是一种芳族聚酰胺纤维与橡胶的预先混合组合物。最好使用芳族聚酰胺浆料，因为这种浆料比未处理过的芳族聚酰胺纤维更容易混合到弹性体化合物内，目的是提高分布在橡胶化合物内的纤维的均匀性，其中橡胶化合物用于制造本发明的弹性体中间层。未处理过的芳族聚酰胺纤维由于其分支结构而非常松软，而且只有在经过一些努力后才能与弹性体化合物混合在一起。
为本发明的弹性体中间层形成的化合物可由加入到混合物中的芳族聚酰胺纤维的数量表示。由于化合物是以每百份橡胶中的份数来表示的，因此一般使用缩写“phr”。
纤维的数量最好介于5至15phr之间。纤维的数量介于7至11phr之间为更好。最佳的情形是芳族聚酰胺纤维的数量为9phr。
有许多不同的Kevlar纤维原批可从杜邦公司购得。最公知和最常用的被称为Kevlar浆料，这种浆料是一种含77％天然橡胶(NR)和23％纤维的混合物。
当纤维以Kevlar浆料的形式被加入时，其能够在橡胶基体内达到必需的分散程度，以在本发明中产生作用。加入到化合物中的NR量就被计算在橡胶整体数量内。橡胶化合物可由许多经硫化处理后能够形成橡胶弹性体的不同材料中的一种构成。例如，可使用下列的一种材料或材料的组合天然橡胶(NR)、异戊间二烯橡胶、乳液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶(E-SBR)、溶液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶(S-SBR)和丁二烯橡胶(BR)等等。
对于本发明而言，NR和E-SBR为最好。尽管使用NR可得到最佳的结果，但是应该将全天然橡胶混合物的使用排除在外，因为当化合物被挤压时，将会出现问题。挤压NR制品所需的温度非常高。实验表明使用约60％的NR和约40％的E-SBR将得到折衷的方案。
碳黑(CB)是一种用于轮胎制造的标准填料。已经发现当N300(ASTM命名法；介于约65至95mgl/gCB的碘吸附(ISO1304/85),DBP介于约70至125ml/100gCB(ISO4656/92))系列中的CB被用作混合物的填料时，能够得到较好的轮胎性能。通过实验，CB的数量最好介于30至80phr之间，介于50至70phr之间则更好。在本发明中，最佳的情形是包括CB N326约60phr。
加入交联树脂例如具有芳香聚酰胺纤维的间苯二酚甲醛树脂将对最终形成的化合物产生有益的效果，这一点已经是公知的。用于轮胎试验的一种化合物的具体成分，化合物A如表1所示。
表1化合物“A”
如表1所列，这种化合物包含39phr的Kevlar(23％的Kv,77％的NR)，这意味着有30phr的NR和9phr的Kevlar纤维。
化合物A最好与胎面圈和小侧壁化合物经共挤塑形成。共挤塑是最佳的，因为在被测试的轮胎规格中基本胶料所需的厚度对于压延工艺来说太高。此外，共挤塑允许纤维沿大体的圆周方向即与传统轮胎的0°尼龙线绳相同的方向定向。另外，由于共挤塑允许由化合物A制成的层被加工成具有可变厚度的形状，如图4或5所示。例如，如图4所示，边缘部分24、26的厚度20、22比中央部分18的厚度大33％。
化合物A及小侧壁28、30的共挤塑是用经特殊设计的模具来完成的。对每个轮廓都必须使用多于一个型式的模具，从而形成由化合物A制成的层的最终形状。
可通过控制主运输机的速度和挤出物的温度以使其不超过120℃来控制共挤塑工艺。还可以施加控制，以使挤出物的尺寸保持在要被测试的轮胎的规定值或范围内。因为由化合物A制成的纤维具有加固作用，因此当被挤出模具时，化合物A不会膨胀。换言之，一旦化合物A离开挤压机，那么其基本保持同一尺寸。因此，必须优化化合物的黏性。
挤压工厂使用具有下述特征的三重挤压机(1)对于胎面主体，使用直径为150mm的螺杆；(2)对于基体，使用直径为120mm的螺杆；(3)对于小侧壁体，使用直径为90mm的螺杆。筒体、螺杆及每个主体在加工过程中都要经受温度调节。
一旦根据上述的混合和挤压步骤制成轮胎，那么充气轮胎(175/65R14T)就被制造成在胎面圈之下设置有加强层的结构形式，其中胎面圈由化合物A制成。然后，对产品轮胎进行试验，并与其它类似的轮胎相比较，以评价本发明之结构的效率。
首先，对一个传统的轮胎进行测试(轮胎Ⅰ)。其次，对橡胶薄板和底层已被一个由化合物A制成的弹性体中间层替换的轮胎进行测试。第三，对一个与轮胎Ⅱ相类似并且0°的尼龙层被除去的轮胎Ⅲ进行测试。在第三实例中，化合物A的厚度比底层厚度增加30％。在该第三实例中，化合物A的厚度范围介于经共挤塑形成的半成品胎面、小侧壁及基体化合物A的整体组合厚度的17％至27％之间。这样，底层约为2mm厚。最后，轮胎Ⅳ被制造成与轮胎Ⅲ相类似的结构形式。在该第四实例中，根据本发明，化合物A被制造成图4所示的形状。化合物A在中央胎面区域内的厚度范围与轮胎Ⅲ相同。在弹性体中间层的边缘处，该边缘比经共挤塑形成且包括化合物A的半成品胎面厚25％至50％。在轮胎Ⅳ的情况下，底层在中央部分的厚度为2mm，在边缘部分的厚度为3mm。接着，对上述的四个轮胎以几种方式进行测试。
首先，进行高速的完整性测试。这种测试是在轮胎在一直径为2m的滚筒上转动同时载荷为394kg、气压为2.5bar的情况下进行的。在我们的测试中，轮胎都是T速级的轮胎，轮胎以190km/h的速度转动60分钟，接着每隔10分钟速度增加10km/h，直到轮胎爆裂。所有的轮胎都能够通过完整性测试极限(以200km/h的速度转动10分钟)。但对轮胎Ⅲ的测试要比其它轮胎提前终止(以220km/h的速度转动2分钟)。轮胎Ⅲ的测试的提前终止表示如果没有0°尼龙层，厚度恒定的底层比其它设计结构的效率低，即使其设置有由化合物A制成的高强化底部。应该注意到这并非意味着轮胎Ⅲ的设计不适合于使用，仅说明其它设计方案，例如轮胎Ⅳ是最佳的。所有其它轮胎的速度都达到至少230km/h。这就证实边缘部分比底层的中央部分厚33％的轮胎Ⅳ是最佳实施例，其包括了本发明的优点。换言之，在不降低性能的前提下，接合有本发明的弹性体中间层的轮胎Ⅳ成功地替代了传统的尼龙和橡胶薄板。
第二，对轮胎Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ进行滚动阻力(RR)测试。可以确定在每个实施例中，向轮胎中加入化合物A都是有益的，即使其效率以速度和所选结构的函数的形式变化。轮胎Ⅰ和Ⅱ直到中等速度(＜120km/h)时仍然具有相同的RR，但在较高速度时，轮胎Ⅱ表现出较低的RR。轮胎Ⅰ和Ⅱ的重量相等，因此，显示出RR的提高仅决定于化合物A。轮胎Ⅲ和Ⅳ轻于轮胎Ⅰ和Ⅱ，因为其不包括尼龙0°层，而且在低速状态下，轮胎Ⅲ和Ⅳ表现出较低的RR。在高速状态下，轮胎Ⅲ的RR增加。比轮胎Ⅲ得到进一步改进的轮胎Ⅳ表现出与轮胎Ⅰ相似的RR。在该情况下，我们发现在没有0°层的情况下，化合物A能够保持传统轮胎所具有的大部分初始稳定性，但测试显示化合物A得益于由在边缘部分上较厚的结构修改而产生的附加稳定性。
第三，对轮胎Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ进行室外测试。在该测试中，对几种行驶条件进行评价，以确定化合物A和新结构的效果。测试证明当0°尼龙层被除去时，将由化合物A制成的层的形状修改为图4所示的形状有利于重新获得损失的性能。不考虑具体的结构，在每个化合物A被加入到轮胎结构中的实例中，都能发现其干燥条件下的操作性能得到提高。这种提高是适度的，而且是明显的，在轮胎Ⅳ中尤其显著。该结论还可在松软操作条件下得到验证。舒适度测试表明仅有轮胎Ⅱ得到改善，而轮胎Ⅲ和Ⅳ没有明显的区别，这个结果再次验证在不牺牲性能的前提下，由化合物A制成的弹性体中间层成功地替代了传统轮胎的橡胶薄板和尼龙层。本发明提供了一种新式结构的轮胎，这种轮胎补偿了除去0°尼龙层后所产生的性能降低。此外，本发明可使轮胎结构的重量更轻，更易于生产，而且不会损失0°尼龙层所提供的性能。
表3175/65 R14 T型轮胎的测试结果
在表3中，“-Ny 0°”表示未设置尼龙层；“NP”在本文开始时描述的现有技术中的轮胎；“+Kv”表示加入Kevlar浆料；“+Kv varthick”意思是加入Kevlar浆料，而且层的厚度是可变的；“1’(240km/hr)”表示速度为在240km/hr的1分钟后，轮胎“被毁坏”。
本领域的技术人员将会很容易地对本发明作出修改并理解到其它优点。因此，本发明并非仅限于具体的细节，代表性设备和图示的实施例。因此，本发明的范围内由所附权利要求书及其等同替换来限定。
权利要求
1．一种用于汽车车轮上的充气轮胎，其包括一个径向的外胎身；一个在表面上设置有沟槽的胎面圈，该胎面圈用于与地面接触并设置于外胎身的径向外表面上；侧壁和用于将轮胎固定到轮缘上的胎缘；和一个介于胎面圈和外胎身之间的带状结构，该轮胎的特征在于一个通过纤维加固的弹性体中间层设置于所述带状结构和所述胎面圈之间。
2．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述纤维加固的弹性体中间层由一种化合物材料和短的加强纤维构成。
3．根据权利要求2的轮胎，其特征在于所述短的加强纤维由芳族聚酰胺聚合物构成。
4．根据权利要求2的轮胎，其特征在于所述短的加强纤维以一个基本为0°的角度相对轮胎的赤道面定向。
5．根据权利要求2的轮胎，其特征在于所述化合物材料选自下述材料天然橡胶、异戊二烯橡胶、乳液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶、溶液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶和丁二烯橡胶。
6．根据权利要求2的轮胎，其特征在于所述短加强纤维在化合物材料中的浓度介于5至15phr。
7．根据权利要求2的轮胎，其特征在于所述短加强纤维在化合物材料中的浓度介于7至11phr。
8．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述纤维加强的弹性体中间层被加入到所述胎面圈内。
9．根据权利要求2的轮胎，其特征在于所述化合物材料包括大于约50％的天然橡胶。
10．根据权利要求2的轮胎，其特征在于所述化合物材料包括浓度介于20至80phr之间的碳黑。
11．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述纤维加强的弹性体中间层的厚度大于1mm。
12．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述纤维加强的弹性体中间层的厚度介于1.5mm至3mm之间。
13．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述纤维加强的弹性体中间层在横截面具有两个比中央部分厚的边缘部分。
14．根据权利要求13的轮胎，其特征在于所述两个边缘部分都比中央部分约厚25％至75％。
15．根据权利要求13的轮胎，其特征在于所述两个边缘部分比中央部分约厚33％。
16．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述纤维加固的弹性体中间层具有一宽度，所述边缘部分各具有所述宽度的2/7，而中央部分占所述宽度的3/7。
17．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述带状结构包括至少两个胶布层，所述胶布层包括相互交叉并相对轮胎赤道面倾斜的线绳。
18．根据权利要求1的轮胎，其特征在于其未设置胶布层，同时纵向加强线绳基本以0°角相对轮胎的赤道面定位。
19．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述轮胎包括一个或多个选自下面的结构一橡胶薄板，一0°层和一底层。
20．根据权利要求1的轮胎，其特征在于所述纤维加强的弹性体中间层仅是设置于所述带状结构和所述胎面圈之间的层。
21．一种用于制造轮胎的方法，其中轮胎包括至少一个带状层，设置于至少一个带状层之上的胎面圈和一个设置于胎面圈之下并位于至少一个带状层之上的纤维加强的弹性体中间层，该方法包括以下步骤在至少一个带状层的上表面设置纤维加强的弹性体中间层；在纤维加强的弹性体中间层的上表面设置胎面圈。
22．根据权利要求21的方法，其特征在于所述方法包括加入一个或多个选自下组的结构一个橡胶薄板、一个尼龙层和一个底层。
23．一种用于制造轮胎的方法，其中轮胎包括至少一个带状层，设置于至少一个带状层之上的胎面圈和一个设置于胎面圈之下并位于至少一个带状层之上的纤维加强的弹性体中间层，该方法包括以下步骤提供至少一个带状层；将纤维加强的弹性体中间层与胎面圈共同挤压，以形成共挤塑产品，在这种产品内，纤维加强的弹性体中间层被加入到胎面圈的底面部分内；在至少一个带状层的上表面设置经共挤塑制成的产品。
24．根据权利要求23的方法，其特征在于所述方法包括加入一个或多个选自下组的结构一个橡胶薄板、一个尼龙层和一个底层。
全文摘要
一种具有弹性体中间层的轮胎,其中弹性体中间层由化合物材料制成并设置于胎面圈和带状层之间,弹性体中间层由纤维加强材料制成。在一个实施例中,弹性体中间层的特征还在于:其边缘部分比中央部分约厚33%。在该实施例中,边缘部分的厚度约为2mm,中央部分的厚度约为1.5mm。两个边缘部分各占弹性体中间层宽度的2/7,而中央部分约占中间层宽度的剩余3/7。弹性体中间层可用短的加强纤维进行加固,以提高其机械性能中的弹性模量。这种短的加强纤维的直径约为10微米,长度约为200微米,长宽比约为20。这种短的加强纤维被加入到化合物材料中,其浓度介于每一百份橡胶中含有5至15份的加强纤维(phr)。本发明还公开了一种用于制造轮胎的方法。
文档编号B60C9/18GK1325347SQ99812808
公开日2001年12月5日 申请日期1999年10月26日 优先权日1998年10月28日
发明者马尔科·纳米亚斯南尼, 安东尼奥·布鲁那茨, 克劳迪奥·扎尼彻里 申请人:倍耐力轮胎公司