专利名称：重载充气轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种重载充气轮胎及其制造方法，其可以有效地防止主沟槽的槽底发生折皱或龟裂。
背景技术：
在客车和公共汽车中采用的用于重载充气轮胎的胎面橡胶通常由具有较高的耐磨性的硬橡胶制成。然而，在磨损的中期或者后期，随着主沟槽深度的减少，例如块或肋状物等触地部分的刚性显著增加。因此，大的应力会集中并作用在槽底，从而在表面上易于产生折皱或伤痕，其使轮胎的外观显著变差。
因此，可以考虑设置由多种类型的具有不同粘弹性的橡胶形成的胎面橡胶。图6(A)示出作为示例的重载充气轮胎的局部截面视图。所述重载充气轮胎设置有采用三种具有不同粘弹性的橡胶的三层式胎面橡胶a1。更具体地，胎面橡胶a1由沿轮胎径向从外到内顺序布置的顶层b、中间层c和底层d组成。例如，采用呈较高的抗磨性的橡胶作为顶层b，呈低发热性的橡胶作为中间层c，并采用呈较高粘性的橡胶作为底层d。
图6(B)是用于制造胎面橡胶a1的未硫化的胎面橡胶a2的局部截面视图。通常，采用包括三个独立头(混合部分)的三头型橡胶挤压机用于胎面橡胶a2。已经混合在相应头中的各橡胶层b、c、d(其中硫化前的顶层b、中间层c和底层d的橡胶层也称之为橡胶层b、c、d)的材料橡胶在例如一个橡胶挤压机出口之前融合并通过所述出口形成为一体。
可将通过这样的一体挤压而获得的胎面橡胶a2制成为呈现基本一致的轮廓形状。然而，各橡胶层b、c、d呈塑性且当其与另一层融合时受到例如由另一层所施加的压力的影响。因此，会出现橡胶层之间的边界位置不稳定的缺点。因此，各橡胶层b、c、d的厚度趋向于是不规则的。
另一方面，胎面橡胶a2在进行硫化和在模具中进行模塑时承受热和很大的压力，使得其以基本上流动的状态沿模具覆盖。模具通常设置有用于形成主沟槽e(图7)的主沟槽成型突起。在与主沟槽成型突起相接触的部分处橡胶流非常大。例如，发生在顶层b的厚度t较薄处的部分f(示于图6(B))与主沟槽成型突起(未示出)对应一致的情况。此时，顶层b会在主沟槽e的槽底中断或者成形为具有如图7放大所示的非常小的厚度。这样的问题也会发生除顶层以外的部分。
运行时，主沟槽e的槽底连续受到变形张力的作用。因此，除非顶层b具有足够的厚度，否则在槽底会产生大量的折皱和龟裂。这也导致显著影响轮胎外观的缺点。对此，现有技术参考如下。
关于组成轮胎结构橡胶材料—例如具有其中的橡胶条带以螺旋状方式缠绕的条带层置体的胎面橡胶—的建议揭示于日本公开专利申请第2000-94542号、日本公开专利申请第2002-187219号、以及公开专利申请第2003-104013号等等中。
发明内容
考虑了上述问题而得到本发明，且其目的是提供一种重载充气轮胎，通过将各橡胶层的厚度限定为在设置于胎面橡胶中的主沟槽的槽底位置处是可控制的，可以有效防止在主沟槽的槽底处产生折皱或龟裂。
即，本发明是一种重载充气轮胎，其包括从胎面部分经过胎侧部分延伸而在胎圈部分的胎圈芯处卷起的胎体，所述胎体包括至少一个胎体帘布层，所述胎体帘布层由钢帘线构成，设置在所述胎体的轮胎径向外侧的带束层，所述带束层包括至少两个带束帘布层，所述带束帘布层由钢帘线构成，以及设置于所述带束层外侧的胎面橡胶，所述胎面橡胶做有沿所述轮胎圆周方向连续延伸的主沟槽，其中所述胎面橡胶包括一顶层，其包括位于轮胎径向最外侧的顶层橡胶，一底层，其位于轮胎径向最内侧且由不同于所述顶层橡胶的底层橡胶制成，及一中间层，其位于所述顶层橡胶和所述底层橡胶之间且由不同于所述顶层橡胶和底层橡胶的中间层橡胶制成，其中，所述顶层橡胶具有5.0Mpa到7.0Mpa的复合弹性模量E*1和0.08至0.15的损耗角正切值tanδ，其中，通过使用其中的带状未硫化的橡胶条带成螺旋状缠绕的条带层置体来形成各个层，以及其中，所述胎面橡胶在主沟槽的槽底位置处的总厚度为4.0到6.0mm，且所述顶层橡胶层的厚度不小于1.3mm，且所述底层橡胶层和中间层橡胶层的厚度不小于0.5mm。
在本说明中，例如橡胶的复合弹性模量和损耗角正切值tanδ等的粘弹性通过在测量温度为70摄氏度、频率为10Hz、初始拉伸变形为10％且单振幅是1％的条件下借助于粘弹性分光计测量测试样品获得。测试样品通过拆开轮胎且从中切下一个宽4mm、长30mm且厚1mm的部分，并通过抛光凹凸表面来制成平面而获得。
以此方式，通过使用其中的带状未硫化的橡胶条带成螺旋状缠绕的条带层置体来形成构成为三层式结构的胎面橡胶。控制橡胶条带缠绕的缠绕节距和数目。相较于挤压方法，通过该设置可以精确地控制未硫化的胎面橡胶各层的厚度。因此，可以消除在现有技术中形成的未硫化的胎面橡胶厚度方面的不均匀性。因此，在主沟槽的槽底位置也可以稳定地形成具有例如不小于1.3mm厚度的顶层。构成顶层的顶层橡胶呈现具有较佳抗龟裂性的特定粘弹性。因此可以有效防止龟裂或作为龟裂前兆的折皱在主沟槽的槽底位置处产生。
图1是示出本发明的一个实施例的重载充气轮胎的截面图；图2是其胎面部分的局部放大图；图3是未硫化的胎面橡胶的截面图；图4是橡胶条带的立体图；图5(A)、5(B)和5(C)是示出缠绕橡胶条带的步骤的一个示例的截面图；图6(A)是传统的重载充气轮胎的胎面部分的局部截面图，以及图6(B)是未硫化胎面橡胶的局部截面图；以及图7是图6(A)的主沟槽附近的放大图。
具体实施例方式
下面基于附图描述本发明的一个实施例。
图1示出根据本实施例的重载充气轮胎的截面图，图2示出其胎面部分的放大图。重载充气轮胎1设置有胎面部分2、一对从其两端沿轮胎径向向内延伸的胎侧部分3，以及位于胎侧部分3的内端处的胎圈部分4。重载充气轮胎1进一步包括跨接在胎圈部分4、4之间的环形胎体6，以及位于胎面部分处的胎体6的外侧的带束层7。
胎体6由一个单一的胎体帘布层6A组成，所述胎体帘布层6A具有从胎面部分2经胎侧部分3一直延伸到胎圈部分4的胎圈芯5的主体部分6a，以及接续所述主体部分6a的卷起部分6b。本实施例中，卷起部分6b沿轮胎轴向从内向外绕胎圈芯5卷起。胎体帘布层6A设置为钢帘线相对于轮胎赤道C以例如75到90度的一个角度排列。沿轮胎径向从胎圈芯5向外以渐缩方式延伸的胎圈三角胶8设置在主体部分6a和卷起部分6b之间，以适于增强胎圈部分4。在此，本实施例所示重载充气轮胎1为无内胎型的，其中内衬层橡胶设置于胎体6的内表面上。
带束层7由至少两个带束帘布层组成，本实施例中由四个带束帘布层7A到7D组成。带束帘布层设置成平行排列的钢帘线相对于轮胎赤道C倾斜。至少两个带束帘布层相重叠而使钢帘线相对于轮胎赤道C形成一大约15到40度的角度且使钢帘线彼此交叉。
胎面橡胶Tg1设置在带束层7的轮胎径向外侧。胎面橡胶Tg1包括一个接触路面的胎面表面2a。胎面表面2a由至少一个、在本实施例中为三个的主沟槽9形成，该主沟槽9从胎面表面2a凹进且沿轮胎圆周方向连续延伸。而主沟槽9的深度没有具体限制，其优选地以不小于约6.0mm且不大于30.0mm的深度形成。本重载充气轮胎1具有称为SOT(胎侧越过胎面(sidewall over tread))的结构，且胎面橡胶Tg1沿轮胎轴向的两端部由胎侧橡胶Sg覆盖。
胎面橡胶Tg1包括由三种不同材料的橡胶制成的层。更具体地，胎面橡胶Tg1包括设置于轮胎径向最外侧且由顶层橡胶制成的顶层10、设置于轮胎径向最内侧且由底层橡胶制成的底层12、以及设置于顶层10和底层12之间且由中间层橡胶制成的中间层11。本实施例中，顶层10和中间层11在胎面部分2的大致整个宽度上形成。此处，“大致整个宽度”的表达表示由胎面橡胶Tg1组成的胎面部分2的宽度，但不包括由胎侧橡胶Sg组成的部分。胎面宽度包括主沟槽9的槽壁和槽底。在这方面，底层12宽度至少大于带束层7的宽度，且其稍小于顶层10的宽度。
图3示出硫化处理前的未硫化胎面橡胶Tg2的截面图。硫化后的顶层10、中间层11和底层12是通过使用未硫化的相应橡胶层10b、11b和12b而形成的。使用其中的未硫化橡胶条带15成螺旋状缠绕的第一、第二和第三条带层置体10a、11a和12a作为橡胶层10b、11b和12b。未硫化胎面橡胶Tg2通过沿轮胎径向从内向外顺序重叠第三条带层置体12a、第二条带层置体11a和第一条带层置体10a构成。
如图4中例示的，未硫化的橡胶条带15形成具有矩形截面的带状形状且从挤压机(未示)连续供应。所供应的橡胶条带15由敷料机引导而使其相对于模塑成形设备的位置受到控制，其中所述橡胶条带将会缠绕在该模塑成形设备上。带束层7预先缠绕在模塑成形设备上。橡胶条带15直接或者借助于置于橡胶条带与带束层之间的垫层橡胶Cg等类似物而螺旋状缠绕在带束层外部。通过所述设置，第一到第三条带层置体10a、11a和12a顺序形成。
层置体10a、11a和12a设置为螺旋状缠绕橡胶条带15A、15B、15C的节距(条带15沿轮胎轴向的的移动量)可适当改变。通过所述设置，层置体10a、11a和12a可制成为具有理想的横截面形状。换句话，缠绕橡胶条带15的节距根据相应的层置体的理想横截面形状而预先确定，并且将所述节距编制到控制设备或者敷料机等类似设备中而进行控制。敷料机基于信号而精确地改变橡胶条带15的缠绕节距。
虽然橡胶条带15的宽度W和厚度H没有具体限制，其优选地具有15到30mm的宽度W和0.7到1.4mm的厚度H。当橡胶条带15的宽度W小于15mm或者其厚度H小于0.7mm时，为了形成层置体而缠绕橡胶条带15的圈数将增加，从而生产率降低。相反，当宽度W超过30mm或者厚度H超过1.4mm时，橡胶条带15沿轮胎径向重叠的步进量会增加，从而趋于难以形成精密的截面形状。
本实施例中，第三条带层置体12a通过使用由底层橡胶制成的第三橡胶条带15C先行形成。虽然缠绕方法没有具体限制，在本实施例中，第三橡胶条带15C在从轮胎轴向一端A侧到另一端B侧的方向上螺旋状缠绕。本实施例中，第三条带层置体12a形成有基本上恒定的厚度。
在第三条带层置体12a的外侧，第二条带层置体11a通过使用由中间层橡胶制成的第二橡胶条带15B形成。虽然缠绕方法没有具体限制，本实施例中，第二橡胶条带15B也是在从轮胎轴向一端A侧到另一端B侧的方向上螺旋状缠绕。本实施例中，第二条带层置体11a也形成为具有基本恒定的厚度。
尽管可以在完成第三条带层置体12a的缠绕后开始缠绕第二条带层置体11a，此情况下将产生空置时间，使得生产率可能降低。优选地，在从第三橡胶条带15C的缠绕开始直至其缠绕完成的过程中开始缠绕第二橡胶条带15B。即，如图5(A)所示，当第三橡胶条带15C缠绕到模塑成形设备上时，橡胶条带15C的缠绕在已形成所规定的宽度的时刻终止。第二橡胶条带15B缠绕的开始端固定在终止的橡胶条带15C的外侧(图5(B))。此后，期望第三橡胶条带15C和第二橡胶条带15B同时向另一端B侧缠绕。通过所述设置，橡胶条带15的缠绕时间缩短，从而生产率提高。
在第二条带层置体11a的外侧，通过使用由顶层橡胶制成的第一橡胶条带15A形成第一条带层置体10a。本实施例中，第一橡胶条带15A在从所述的轮胎轴向另一端B侧至所述的一端A侧的方向上连续缠绕。其厚度设置为轮胎轴向两端部分处稍大并形成厚度基本恒定的中间部分。
然而，各层的厚度和缠绕方向并不限于所示情况。
与图6(B)所示的通过一体挤压获得的胎面橡胶a2相比较，通过重叠条带层置体10a、11a和12a所获得的未硫化胎面橡胶Tg2可以高精确度得到条带层置体10a、11a和12a的厚度。因而轮胎之间在厚度上基本上没有变化。因此，可以防止例如在顶层置体10a处形成厚度小于容许尺寸下限的部分。当在由于使用这样的未硫化胎面橡胶Tg2而形成的生轮胎中通过模具模塑主沟槽9时，也可以保持槽底的厚度。本发明中，在硫化后的胎面橡胶Tg1处几乎不会发生传统情况下由模制引起的在槽底位置处的顶层10的损失或过薄。
理想地，形成顶层10的顶层橡胶的复合弹性模量E*1不小于5.0Mpa、更优选不小于5.5Mpa，且其上限优选不超过7.0Mpa、更优选不超过6.5Mpa。顶层橡胶的损耗角正切值tanδ优选为不小于0.08、更优选为不小于0.10，而其上限优选为不超过0.15、更优选为不超过0.13。
顶层橡胶形成胎面表面2A并且还覆盖主沟槽9的槽底。因此，需要具备耐磨性、操纵稳定性以及抗龟裂性。当顶层橡胶的复合弹性模量E*1小于5.0Mpa时，橡胶趋向变软，从而耐磨性降低。另一方面，当其超过7.0Mpa时，橡胶会变得过硬而使得抗龟裂性和操纵稳定性趋于降低。当顶层橡胶的损耗角正切值tanδ小于0.08时，湿地性能趋向恶化。另一方面，当其超过0.15时，耗油量趋向恶化。
虽然，从新产品到胎面磨损中期期间，形成中间层11的中间层橡胶位于由顶层10覆盖的胎面橡胶Tg1内侧，但从顶层10的磨损中期到磨损终期，其除了槽底位置之外的部分会暴露于外部。所述中间层橡胶需要具备低发热性以限制内部发热，还要具备用适当的柔性，用以当主沟槽的深度在胎面磨损终期变得较小时防止触地部分的刚性过度增加。在这方面，中间层橡胶的复合弹性模量E*2优选为不小于5.0Mpa、更优选不小于5.3Mpa，而其上限优选不超过7.0Mpa、更优选不超过6.0Mpa。中间层橡胶的损耗角正切值tanδ优选为不小于0.05、更优选为不小于0.08。而其上限优选为不超过0.15、更优选为不超过0.12。
即使在胎面磨损终期，形成底层12的底层橡胶也位于胎面橡胶Tg1的内侧。因此，需要具备低发热性以限制内部发热，还要具备高粘性，用以防止具有较大刚性的带束层7剥落。在此方面，底层橡胶的复合弹性模量E*3优选为不小于4.0Mpa、更优选不小于4.5Mpa，而其上限优选不超过6.0Mpa、更优选不超过5.5Mpa。底层橡胶的损耗角正切值tanδ优选为不小于0.02、更优选为不小于0.04，而其上限优选为不超过0.10、更优选为不超过0.08。
JIS(日本工业标准)A型硬度计下的顶层橡胶硬度Hd1优选为不小于60度且更优选不小于63度。当硬度Hd1小于60度时，取决于使用条件，易于产生早期磨损。虽然硬度Hd1的上限不受具体限制，但通常选择为不超过72度。
JIS A型硬度计下的中间层橡胶硬度Hd2和JIS A型硬度计下的底层橡胶硬度Hd3需要满足下列条件
Hd1≥Hd2＞Hd3换句话说，将中间层橡胶限定为具有等于或小于顶层橡胶硬度的硬度，且底层橡胶的硬度限定为小于中间层橡胶的硬度。通过所述设置，在乘坐舒适度上可以获得改善。在此方面，当中间层橡胶的硬度和底层橡胶的硬度之间的差(Hd2-Hd3)过大时，应力会集中到这两个构件之间的边界处，使得耐用性趋于受损。对此，硬度差(Hd2-Hd3)优选限定为0.5到10.0度、优选为0.5到2.0度且更优选为1.0到1.5度。
胎面橡胶Tg1设置为在主沟槽9的槽底位置处的整体厚度T为4.0到6.0mm。当整体厚度T小于4.0mm时，在胎面橡胶Tg1处，不能获得足够的槽底刚性，从而更大的变形会在所述部分集中。另一方面，当整体厚度T超过6.0mm时，内部发热易于发生，这不是所希望的。对此，主沟槽9的槽底具有例如凹弧状的截面形状，整体厚度T限定为主沟槽的深度最大位置处的厚度。
在主沟槽9的槽底处，顶层橡胶10的厚度t1形成为不小于1.3mm、优选为不小于1.5mm且更优选为不小于1.8mm。当顶层橡胶10的厚度t小于1.3mm，则行驶时变形会在这样的部位集中，从而在槽底产生多个折皱，这往往会显著恶化外观。所述折皱还可能过早地发展成龟裂。中间层11和底层12的厚度t2和t3都不小于0.5mm且更优选为不小于1.0mm。当厚度t2和t3小于0.5mm，则变形会集中而使交界处易于发生剥落。橡胶层厚度的上限通过整体厚度T的限制而确定。
虽然至此已说明了本发明的一个实施例，但缠绕条带层置体的方法等并不限于所示出的实施例，而是可以通过各种方法实现。
示例根据表1的详细说明来制造具有图1结构且尺寸为11R22.5R的重载充气轮胎，并评估耐磨性、抗龟裂性以及胎面橡胶层的厚度。评估方法如下所述。
<耐磨性/抗龟裂性>
将每个样品轮胎装配至一个适合的JATMA轮辋(7.50’22.5)，充填标准气压(700kPa)，且安装至装载货物的卡车，从而在每一轮胎上施加的负载成为标准负载(24.5kN)，并且卡车以此运行200,000km以上。对于耐磨性，在轮胎圆周上的10个位置测量主沟槽的深度以获得平均值，且其以将传统示例限定为100的指数表示。值越大，则其越有利。对于抗龟裂性，用肉眼检测槽底上有/没有龟裂和折皱并基于下述标准评估◎肉眼未观测到折皱○肉眼观测到少量折皱Δ肉眼观测到大量折皱但仍无龟裂×出现龟裂<胎面橡胶各层的厚度>
在各个轮胎的主沟槽的沟槽中心线位置处测量轮胎圆周上的10个位置处的各橡胶层的厚度以获得平均值和最小值测试结果及其他参数示于表1。
表1
权利要求
1.一种重载充气轮胎，其包括从胎面部分经过胎侧部分延伸而在胎圈部分的胎圈芯处卷起的胎体，所述胎体包括至少一个胎体帘布层，所述胎体帘布层由钢帘线构成，设置在所述胎体的轮胎径向外侧的带束层，所述带束层包括至少两个带束帘布层，所述带束帘布层由钢帘线构成，以及设置在所述带束层外侧的胎面橡胶，所述胎面橡胶做有沿轮胎圆周方向连续延伸的主沟槽，其中所述胎面橡胶包括顶层，其由设置于轮胎径向最外侧的顶层橡胶构成，底层，其设置于轮胎径向最内侧且由与所述顶层橡胶不同的底层橡胶制成，以及中间层，其设置于所述顶层橡胶和所述底层橡胶之间，且由与所述顶层橡胶和所述底层橡胶不同的中间层橡胶制成，其中，所述顶层橡胶具有5.0兆帕到7.0兆帕的复合弹性模量E*1和0.08至0.15的损耗角正切值tanδ，其中，通过使用其中的带状未硫化的橡胶条带成螺旋状缠绕的条带层置体来形成各层，以及其中，所述胎面橡胶在所述主沟槽的槽底位置处的总厚度为4.0到6.0毫米，且所述顶层橡胶层的厚度不小于1.3毫米，所述底层橡胶层和中间层橡胶层的厚度不小于0.5毫米。
2.如权利要求1所述的重载充气轮胎，其中，所述顶层橡胶的JIS A型硬度计下的硬度Hd1不小于60度。
3.如权利要求2所述的重载充气轮胎，其中，所述中间层橡胶的JISA型硬度计下的硬度Hd2和所述底层橡胶的JIS A型硬度计下的硬度Hd3满足下述关系Hd1≥Hd2＞Hd3
4.如权利要求1所述的重载充气轮胎，其中，所述橡胶条带具有一个宽度为15到30毫米且厚度为0.7到1.4毫米的矩形截面。
5.一种用于制造重载充气轮胎的方法，所述重载充气轮胎包括至少一个由钢帘线构成的胎体帘布层、至少两个由钢帘线构成的带束帘布层以及设置于带束层外侧的胎面橡胶，所述胎面橡胶做有沿轮胎圆周方向延伸的主沟槽，所述方法包括步骤形成由条带层置体构成的未硫化的胎面橡胶，在所述条带层置体中带状未硫化的橡胶条带成螺旋状缠绕在所述带束层的外侧，以及通过使用所述未硫化的胎面橡胶形成生轮胎，其中，形成所述未硫化的胎面橡胶的步骤包括通过使用三种具有不同粘弹性的橡胶条带，分别形成位于轮胎径向最内侧的由底层橡胶制成的底层、形成位于底层的轮胎径向外侧的中间层、以及形成位于中间层外侧的顶层而形成胎面表面。
全文摘要
本发明的目的是提供一种重载充气轮胎及其制造方法，其可有效防止在主沟槽的槽底上产生折皱或龟裂。所述重载充气轮胎1包括由钢帘线制成的胎体6以及带束层7。其胎面橡胶Tg1包括顶层10，其位于轮胎径向最外侧且由具有5.0Mpa到7.0Mpa的复合弹性模量E*1和0.08至0.15的损耗角正切值tanδ的粘弹性的顶层橡胶制成；底层12，其位于轮胎径向最内侧且其底层橡胶的粘弹性与顶层橡胶不同；以及中间层11，其位于顶层橡胶和底层橡胶之间且具有不同于上述二者的粘弹性。各层由条带层置体构成，条带层置体中的带状未硫化的橡胶条带成螺旋状缠绕。
文档编号B29D30/70GK1739990SQ20051009356
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月26日 优先权日2004年8月26日
发明者丸冈清人 申请人:住友橡胶工业株式会社