专利名称：用于制造增强弹性体材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造增强弹性体材料的方法。
背景技术：
众所周知，大多数充气轮胎构造的部件必须按照一种方式来进行装配，这种方式能够提高轮胎的均匀性以便提供最佳轮胎性能。轮胎均匀性一般是指轮胎尺寸和质量分布沿各个方向均匀且对称从而使力实现静态与动态平衡。
尽管一定程度的轮胎不均匀性可以在后装配过程中得以校正，但是更优选地且更有效的方法是制造更均匀的轮胎。通常，轮胎在轮胎成型鼓上进行构造，轮胎部件按照连续的层如内衬层、一个或多个增强胎体帘布层、任选的胎侧、胎圈区三角胶条、胎侧以及胎圈钢丝缠绕于该轮胎成型鼓上。通常，内衬层和帘布层各自缠绕着轮胎成型鼓，然后将端部进行切割再拼接在一起。轮胎制造厂通常努力使绕着轮胎的接头均衡以便使轮胎的不均性最小化。
通常，轮胎制造厂制造其特有的帘布层，其中帘布层由被织成织物的增强长丝或帘线制成，其中帘线沿着纤维的长度纵向延伸。Pic帘线穿过帘布层的宽度延伸以便保持帘线的间距或端密(epi，每英寸端数)。然后，用橡胶粘合剂涂敷并压延这种帘布层织物。随后，将所涂敷的织物剪成分离的段，这些段的长度与制造轮胎所需的宽度相匹配。再将这些段的侧边拼接在一起，其中帘线垂直于所拼接的段的长度。将多个段拼接起来以便获得特定轮胎所需的必要圆周长度。这些制备的接头通常与若干帘线重叠，因为这些段的边缘优选地不是直型。一般来说，除了用来将帘布层安装于轮胎制造成型鼓上的最终接头之外，帘布层轮胎部件中具有两个至三个制备的接头。
现有技术过程的一个缺点在于需要多个接头，这样就会造成轮胎不均匀性，尤其是在接头与帘线重叠的情况下，在分离的位置处产生极小的质量增加以及强度增加而使柔韧性降低。另一个缺点在于帘布层轮胎部件的端部处的帘线的准确间距可能略微变化，通常“聚成一团”或端密增加会使强度更高、柔韧性降低，这会在轮胎胎侧中形成波状起伏。另外，pic帘线也会造成轮胎不均匀性。现有技术过程的另一个缺点在于如果轮胎制造厂需要在生产中改变给定成型鼓上的轮胎的类型或尺寸，就还需要改变轮胎帘布层部件的线轴。另外，在高性能轮胎中使用一种轮胎帘布层部件的趋势日益增强，这种轮胎帘布层部件的帘线角度(通常帘布层以90度从胎圈至胎圈沿径向延伸)略微变化成88度或一些其它所需角度变化。更困难的是使用现有技术过程来制造带有角度变化的帘布层。
这样，就需要一种用于为轮胎制造更均匀的帘布层部件的改进型方法与设备，其具有统一帘线数量和统一帘线间距，而其中检测不到接头。还需要一种用于制造帘布层的方法与设备，其中在无须设备停机的情况下就可以容易地改变厚度、宽度、帘线角度和帘线间距。由于轮胎制造厂中存在一种日益增加的趋势，就是能够在轮胎成型机构上制造各种轮胎而不会在转换过程中造成不适当延迟，所以还需要在轮胎成型鼓上制造帘布层。
定义为了易于理解本公开内容，对以下词语进行了限定“胎圈”是指轮胎的包括由帘布卷绕并成形的环状抗拉构件的那部分，其带有或不带其它加强元件如外护圈包布、胎跟加强层、三角胶芯、护趾胶和胎圈包布以便适配于所设计的轮辋。胎圈与将轮胎保持于车轮轮辋上相关联。
“固化”是指以加热或其它方式处理橡胶或塑料化合物以便通过使化合物交联而将其从热塑性或流体材料转化成固体、相对抗热状态的过程。当使用加热方法时，这种过程被称作硫化。
“弹性体”是指能够在变形之后恢复尺寸与形状的弹性材料。
“弹性体物品”是指至少部分由弹性体制成的物品。
“内衬层”是指弹性体或其它材料的层，其形成无内胎轮胎的内表面并且包含轮胎内的充气流体。
“充气轮胎”是指基本上为环形通常为敞口圆环的层压机械装置，其具有胎圈和胎面并且由橡胶、化学品、织物和钢或其它材料制成。当安装于机动车辆的车轮上时，轮胎就通过其胎面提供牵引并且包含支撑车辆负载的流体。
“径向”和“沿径向”是指沿径向朝向或背离轮胎的旋转轴线的方向。
图1为本发明的设备的透视图；图2为图1中所示的设备的另一侧的透视图；图3为沿图2的3-3方向观察的侧视图；图4为沿图2的4-4方向观察的侧视图；图5为压延机与可调式端密模具的透视图；图6为图5的压延机与可调式端密模具顶部透视图；图7为压延机与可调式端密模具的第二实施例的透视图；图8为图7的压延机与可调式端密模具的侧视图；图9为可调式端密模具的前视图；图10和11为用于图9的可调式端密模具的外壳的前侧视图和侧透视图；图12为可调式端密模具的第二实施例；图13和14为用于图12的可调式端密模具的外壳的前侧视图和侧透视图；图15为端密模具的第三实施例；图16为帘布层成型机构的前透视图；图17为图16的帘布层成型机构的后透视图；图18为图16的帘布层成型机构的侧透视图；图19为段的第一实施例的侧视图；图20为段的第二实施例的侧视图；图21为绕着成型鼓拼接在一起的帘布层的剖视图；图22a为段的第三实施例的侧视图；图22b为示出了拼接在一起的这些段的侧视图；图23a为段的第四实施例的侧视图；图23b为示出了拼接在一起的这些段的侧视图；图24a为段的第五实施例的侧视图；图24b为示出了拼接在一起的这些段的侧视图；图25为十字头挤出机的透视图；
图26a和26b为段构型的第二实施例的剖视图；图27是根据本发明的方法制造的反包端的局部剖视图。
具体实施例方式
图1-6中示出了用于制造增强弹性体织物如帘布层1的本发明设备10的第一实施例。本发明用于制造弹性体增强织物(下文中称织物)，其中可以瞬间改变帘线间距、帘线角度、厚度以及宽度而不需要任何设备停机。设备10包括具有多个卷轴14的卷轴架12，卷轴14用于存储增强长丝或帘线(下文中称“帘线”)，其可以由任何增强长丝制成，增强长丝例如但是并不限于天然或合成材料如人造纤维、聚合物、尼龙、棉或钢丝。这些帘线可能已经覆盖有用于增加粘性的涂层如RFL(间苯二酚甲醛胶乳)粘合剂或涂有用于增强帘线与弹性体之间的粘性的复合物的任何已知粘合剂。
来自卷轴的每条帘线分别以螺旋形式穿过任选的导向板(未示出)的孔。然后，帘线穿过如图7-14中所示的可调式端密模具20、30，其位置靠近压延机系统。图9-11中示出了可调式端密模具20的一个实例，其包括具有多个狭槽24的第一板22，其中单根帘线容放于狭槽中。多个狭槽在大约0至大约30度范围内以不同角度定向。外部狭槽以比内部狭槽更陡的角度定向。这些狭槽在板22的下端25处的定向最接近，从而使帘线的端密最高。板的上端26处的狭槽定向隔开最远，从而在处于上部位置时使帘线端密最低。模具安装于外壳28内，外壳28具有将模板22容放于其中的内部孔29。外壳的前段具有用于容放穿过其的帘线的导向狭槽27。导向狭槽的下缘优选地为圆形。模板22相对于导向狭槽27可运动地安装，并且可以相对于模具中的狭槽固定于所需定向中。水平导向狭槽的定向和外壳内模具的垂直位置，进而狭槽内帘线的垂直位置决定了帘线间距或端密。如果需要不同的EPI，模板可以不固定并向上运动以增加端密或者向下运动以减少端密。当狭槽为线性时，狭槽内所需端密与帘线的位置之间存在线性关系。重要的是应当指出可以在不需要将帘线重新穿进模具或其它系统部件上的情况下对端密进行调节。另外，外壳内的板的垂直位置可以由用于自动化系统的系统控制器(未示出)进行伺服控制。
图12-14中示出了可调式端密模具30的第二实施例。如图12中所示，模板32具有两行33、34扇形狭槽35，其倾斜角度从靠近板的中心的0度左右至靠近板的外端的30度左右的范围内变化。除了具有的两个导向狭槽27中一个狭槽对应一行33、34扇形狭槽35之外，模具外壳与上述模具外壳相同。与图9的模具22相比，两行狭槽就容许端密间距增加。每行帘线33、34的位置靠近压延机，并且每行帘线帘线都被压入压延弹性体胶料中，形成所需的端密间距。
替代地，可以使用固定式端密模具40，如图15中所示。在一个实例中，固定式端密模具可以包括具有圆形圆周槽44的圆柱体42，其中帘线位于相应的槽中。槽之间的间距表示端密。
上述模具之一靠近压延机系统60安装，如图5所示。压延机系统包括带有一组安装于其上的定型模66的第一压延辊筒62和第二压延辊筒64。由橡胶或弹性体材料制成的挤出管68离开挤出机70并被送入压延辊筒62、64的辊缝72。一组修边刀74将连续的条修剪成可以调节的所需宽度。条的厚度由压延辊筒之间的间隙或间距来表示，也可以对厚度进行调节。模具外壳的背面76紧靠压延机系统60的压延辊筒64。帘线被压靠在压延辊筒上，与橡胶条接触。还可以通过任选的压合辊78将帘线压入条中。帘线沿纵向即沿着连续条的长度方向延伸。
在一个实例中，将帘线108压入条110中以便使得它们与材料外表面齐平，如图20中所示。这样，所有的弹性体材料都位于帘线的一侧上。
在第二实例中，帘线108位于条112的中间，如图19所示。为了实现这一结果，使用第一、第二压延机系统60来将材料沉积于帘线的两侧。替代地，十字头挤出机可以用于形成条，以下将对其进行更详细地描述。
在连续的增强条离开压延机之后，其被送入蓄布器80，蓄布器80张紧松弛情况并临时存储连续的条。来自蓄布器的条被送入成型机构90中，成型机构90将这些条切割成特定长度的段。使用拾取臂92的机构拾取段并将其放置于成型输送带94上。随后，成型输送机按照分度前进，由切割刀片96切割新段，然后将其放置于输送带，从而将第二段部分放置于第一段与输送机上方。重复这个过程直至已经成型所需数量的条为止。
可以使用的成型机构的一个实例由Steelastic LLC of Akron，Ohio制造。美国专利No.4,087,308中示出了可以与本发明一起工作的拾放机构的第二实例，其全部内容被引入作为参考。
位于机构上或与机构相联系的控制器(未示出)检测被送进机构的条的长度，传递至切割机以便将条切成所需长度的段。切割刀片96将横向跨过帘线的条切成段。
成型机构90还可以用于制造帘布层，帘布层的帘线定位于从大约85至大约90度的角度范围内。为了实现这点，使成型臂转动并且成角度切割连续的条以便形成段。这些段以所需的角度定位于填充机输送带上并且如上所述的搭接在一起。
段的宽度可以调节，并且在一个实施例中，其宽度可以是pi(3.14)或者pi的某些倍。例如，条的宽度可以是pi、2*pi、pi/2、pi/3等等。这些段的长度与所需轮胎部件帘布层宽度相同。这些条的厚度为所需轮胎部件厚度的一半。条内的帘线的端密为轮胎所需厚度的一半。
用于轮胎帘布层的段构型110的第一实例的帘线与弹性体段的表面齐平，如图20所示。每个段的宽度为pi，长度为L，厚度为成品轮胎帘布层厚度的一半。帘线108与长度平行延伸，其端密为成品轮胎帘布层的所需端密的一半。在Z形构型中段的边缘连接在一起，如图21所示。对于Z形构型而言，将第一段平放于输送机上。将第二段放在第一段上，其中第二段宽度的1/2覆盖在互搭接头中的第一段上，而段的另一个1/2平放在输送机上，当从侧面观察时就形成Z形形状。所覆盖段的圆周宽度为pi/2(1/2段宽)。Z形构型容许小间距调节s。这种构型还容许段的数量为偶数或奇数。如图21所示，合成轮胎帘布层在任何给定的径向位置处都具有两个有效段层，从而使得成品轮胎帘布层的有效端密与厚度分别为段端密与厚度的两倍。另外，由于每个段都搭接在一起，其中每个接头的宽度为段宽的一半，所以这些接头非常牢固。然而，由于在接头的位置处没有额外的帘线，即帘线间距与数量得以保持，所以接头不会造成轮胎不均匀。在将这些段压合在一起之后，就形成了帘布层织物，其具有所需厚度、端密间距、宽度并且很难检测到的接头(没有帘线重叠)。
图22a和22b中示出了段构型的第二实例。每个段120具有多根帘线108，帘线108的端密与成品帘布层产品的所需端密相同。这些帘线位于帘布层的中间。每个段的厚度就是成品帘布层产品的所需厚度。每个段的宽度为pi，长度为L。垫带122、124从每个段端部延伸，垫带的厚度约为段的中间厚度的一半。每个垫带的帘线端密为所需端密的一半。段可以在微型压延设备上进行制造。如图22b中所示，段端部的垫带122与相邻段的垫带124连接在一起。当所有的段都连接在一起时，成品帘布层产品在任何给定位置处都具有相同的均匀厚度、端密和帘线数量。
图23a和23b中示出了段构型的第三实例130。除了以下内容之外，段的构型与上述第二实施例相同。段的第一端上的垫带132具有一半厚度并且没有帘线。段的第二端上的垫带134的厚度、所需端密和帘线数量都为成品帘布层产品的一半。当将这些段首尾相连地拼接在一起时，所形成的成品帘布层产品具有均匀的厚度、端密和帘线数量。
图24a和24b中示出了段构型的第四实例140。除了以下内容之外，段的构型与上述第二实施例相同。垫带端部142、144都从段的同一边缘146延伸。
图26a和26b中示出了段构型的第五实例150。每个段的宽度为pi，长度为L，厚度为成品轮胎帘布层厚度的一半。帘线与长度平行延伸，其端密为成品轮胎帘布层的所需端密的一半。将段的第一层152铺放在输送机上，其中侧向边缘靠接。将段的第二层154放在第一层上，其中第二层从第一层偏移开。第二层可以偏移开约宽度的一半或W/2。由这种段构型形成的帘布层的端部具有延伸的垫带，其具有一半的端密与厚度。这些垫带可以拼接在一起，如图26a所示。在这种交错式构型中，帘线的第一层和第二层都可以按照相同的角度如90度定向，或者第一层和第二层都可以按照大小相等方向相反的角度如+88度、一88度定向。第一层和第二层的长度还可以被切成用于交错式末端的不同长度。如图27b中所示，交错式末端202、204的高度为传统反包末端的步测高度的一半，这样就减少了应力梯级并减少了空气截留于帘布层末端中的可能性。
在将这些段在成型输送机上拼接在一起形成成品帘布层产品之后，将成品帘布层产品传送至临时成型鼓输送机100上。临时成型鼓输送机的位置邻近轮胎成型鼓，该输送机可以在导轨上向前滑动。输送机还可以绕枢轴转动以便式输送机边缘可以与成型鼓表面相切定向以便将成品帘布层产品应用于成型鼓上。
图1-4和图25中部分示出了本发明的第二实施例。除了以下区别之外，本发明的第二实施例与第一实施例相同。十字头挤出机200代替压延系统。美国专利No.4,274,821中示出了适于使用的十字头挤出机的一个实例，在此其全部内容被引入作为参考。适于与本发明一起使用的交叉进给式挤出机的另一个实例由Steelastic LLC ofAkron，Ohio制造。其它十字头挤出机也可以与本发明一起使用。在交叉进给式挤出机中，传动辊筒(未示出)拉动帘线穿过挤出机。加压橡胶或其它弹性体材料通过传动螺杆送出，其保持着挤出机头中的压力。将橡胶或弹性体材料挤在帘线上，随后通过位于挤出机出口处的模具使其成形成所需的厚度与截面。
因此，本发明的上述方法与设备可以在轮胎成型鼓上直接制造轮胎帘布层。用于制造帘布层的机构允许容易地改变帘布层厚度、帘线间距、帘线角度及宽度。这样，就可以为每个连续轮胎制造不同构型的帘布层。
根据本文中所提供的描述，本发明可以发生各种变化。尽管为了对本发明进行示例说明而示出了一些代表性实施例和详细情况，但是本发明所属领域的普通技术人员应当理解在不背离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种变化和改动。因此，应当理解可以在所述的特定实施例中进行变化，这些变化将在由以下附属权利要求所限定的本发明的全部范围内。
权利要求
1.一种用于制造具有厚度G和帘线间距S的增强弹性体织物的方法，这种方法的特征在于以下步骤提供帘线间距大约为S/2的多根增强帘线，压制增强帘线以与厚度约为G/2的弹性体材料的条带形成接合，将增强弹性体材料的条带切割成长度为L的段，每个段的宽度为W，每个段都具有侧向边缘，以及将多个段连接在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将相邻段的侧端互相搭接在一起，搭接接头的宽度约为W/2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，宽度W是pi的倍数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，帘线定位成与弹性体材料的表面齐平。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，帘线定位在增强弹性体材料的中部。
6.一种用于制造具有厚度G和帘线间距S的增强弹性体织物的方法，这种方法的特征在于以下步骤提供帘线间距大约为S/2的多根增强帘线，通过十字头挤出机的模具拉动增强帘线，所述模具的帘线间距大约为S/2，用挤出机中的弹性体封装帘线，通过挤出机的出口模具挤出帘线与弹性体以形成厚度约为G/2的增强弹性体材料的连续条；将增强弹性体材料的连续条带切割成长度为L的段，每个段的宽度为W，每个段都具有侧向边缘，将多个段连接在一起。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将相邻段的侧端互相搭接在一起，搭接接头的宽度为W/2。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，这些段的宽度为pi/2。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，这些段的宽度为pi。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，弹性体材料是未固化的橡胶。
全文摘要
一种用于制造具有厚度G和帘线间距S的增强弹性体织物的方法，这种方法包括以下步骤提供帘线间距大约为S/2的多根增强帘线，压制增强帘线以与厚度约为G/2的弹性体材料的条带形成接合，将增强弹性体材料的条带切割成长度为L的段，每个段的宽度为W，每个段都具有侧向边缘，以及将多个段连接在一起。
文档编号B29C70/40GK1833857SQ20051013408
公开日2006年9月20日 申请日期2005年12月23日 优先权日2004年12月23日
发明者D·R·道宁, J·A·本京二世 申请人:固特异轮胎和橡胶公司