专利名称：形成轮胎的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成充气轮胎的方法，尤其是形成其中胎面构造成当轮胎磨损时可提供不同胎面花纹的充气轮胎的方法。
背景技术：
轮胎胎面花纹配置有各种元件如花纹条和花纹块，这些元件被周向花纹沟和/或横向花纹沟分隔开。花纹沟提供了排水的手段并且形成胎面元件的抓地缘边。
如果轮胎是新的，则胎面具有最大胎面高度。该初始高度可以依据轮胎的预定用途改变；冬季用的轮胎与全季节用的轮胎相比具有加大的胎面深度。无论初始胎面深度如何，如果轮胎是新的，胎面元件就具有初始的刚度。胎面元件的实际刚度受花纹块大小、形状、任何刀槽花纹的存在与否以及胎面胶的支配。当胎面磨损时，花纹块高度减小而胎面元件刚度增大。当胎面刚度增大时，一些希望的轮胎特性如湿地防滑性和湿地处理能力就下降。飘滑特性也随着胎面磨耗的增大由于花纹沟体积的减小而降低。因此当轮胎磨耗时，能够较好地维持轮胎的性能特性是人们所希望的。
US6,408,910公开了一种制造可维持希望的花纹沟体积的轮胎的方法，其中轮胎是用可形成在胎面被磨损后显出的低陷花纹沟的模具制造。但是，由于需要拆掉形成低陷花纹沟的模具，这种轮胎的制造很困难，并且该方法被限于只用于形成接触胎面缘边的低陷花纹沟或向花纹沟中敞开的低陷花纹沟。
发明内容
本文中公开了一种形成充气轮胎的方法。轮胎被设计成具有可变胎面花纹，该胎面花纹随着磨耗的发展而变化，以便当轮胎是新的和被磨损时都具有类似的胎面性能。变化的花纹优化了被磨损的轮胎性能，以便维持轮胎的湿地性能特性。
本文中公开了一种制造轮胎的方法。轮胎具有胎体、箍带结构和胎面。胎面具有渐开胎面结构，其中该胎面结构在胎面的不同深度处是变化的。制造轮胎的步骤包括a)形成胎体，该胎体包括至少一个胎体加强帘布层，一对相对的胎侧，和一对相对的胎圈部分，b)在胎体的径向外表面上放置箍带结构，c)形成胎面胶，该胎面胶具有平行于胎面胶的长度的两个相对的表面，d)在箍带结构的径向外侧上放置该胎面胶，和e)在模具中硫化该轮胎，其中模具具有用于在轮胎的径向外表面上形成花纹沟的至少一个肋条。按照本发明，在硫化轮胎之前，在与胎面胶相邻处或在胎面胶内放置管子，其中该管子在被硫化的轮胎中形成埋入式花纹沟。在轮胎胎面磨损到预定的层面时，该管子被暴露出来并且在进一步磨损中被敞开，以便在轮胎经历了一定的轮胎磨耗之后在胎面中形成增大的沟槽。
在公开的方法的一个方面中，胎面胶通过挤出形成并且至少一个花纹沟在其中放置了管子的胎面胶中形成。形成的花纹沟可以沿着该胎面胶的纵向长度延伸或可以是在胎面胶的纵向长度的横向上。形成的花纹沟可以是连续的或可以是不连续的，可以是短长度的花纹沟或多个系列的不连续的短长度的花纹沟。对于这种带花纹沟的挤出的胎面胶，胎面胶中形成的花纹沟在硫化之前优选地不与硫化了的轮胎的径向外表面上形成的任何花纹沟重合。
在本发明的另一个方面中，放置在胎面中的或者与胎面相邻的管子是由一种在轮胎硫化期间不会被破坏的材料形成的。管子可以是在轮胎的整个圆周上延伸的连续的环形管子、预先形成的端部敞开的任意长度的管子或至少一个柔性的任意长度的筒。管子优选地具有范围为0.10至5mm的厚度。管子可以由乙烯基共聚物或热塑性材料形成。管子也可以具有填充材料，其当管子材料在胎面磨耗期间被磨掉时被释放出来。
在本发明的另一个方面中，管子可以具有预先形成的形状。这种预先形成的形状可以从由圆形、椭圆形、两维曲线结构、方形、矩形、梯形、四边形、五边形、六边形和多边形构成的组中选择。
在该制造方法的另一个方面中，在轮胎硫化期间，管子通过从胎面模具表面延伸的针、从胎面模具表面延伸的模具肋条或从胎面模具表面延伸的刀槽花纹片保持在要求的位置上。
在该制造方法的另一个方面中，在将胎面胶放置在箍带结构的径向外表面上之前，可以实施将底胎面胶放置在箍带结构上的附加步骤。
本文还公开了一种由公开的制造方法和它的变型制造的轮胎。
公开的轮胎具有胎体、箍带结构和胎面。胎面具有或者至少一个表面周向花纹沟或者至少一个表面横向花纹沟，和渐开胎面结构，其中该胎面结构在胎面的不同深度处是变化的。胎面具有埋入式花纹沟，该埋入式花纹沟不与任何表面花纹沟连通。胎面由至少一个橡胶母体形成，其被同时硫化并且在与轮胎的其余部分相同的模具中硫化。
定义以下的定义用于公开的本发明。
“环形的”是指象环一样地成形。
“渐开胎面结构”是指在胎面的不同深度处或磨损层上是变化的胎面结构。
“内部的”是指朝向轮胎的内部和“外部的”是指朝向轮胎的外部。
“横向的”是指轴向。
“不打滑线”是指在轮胎胎面中花纹沟的深度。
“径向的”和“径向地”是用于指径向地指向或离开轮胎的旋转轴线的方向。
下面将通过示例并参考附图来介绍本发明，在附图中图1是按照本发明形成的轮胎；图2是没有被磨损的轮胎胎面；图3是在限定的磨耗量之后的图2的胎面；图4是胎面胶的截面视图；图5A-5B是胎面胶的截面视图；和图6-9是胎面胶的备选视图。
具体实施例方式
以下的描述是目前预期的实施本发明的最佳方式。该描述的目的在于说明本发明的一般原理而不是对本发明的限制。本发明的范围可以最佳地参见所附权利要求来确定。
图1是按照本发明形成的充气轮胎10的截面视图。轮胎10具有胎体结构12，其包括气密层14、在一对相对的胎圈部分18和一对相对的胎侧20之间延伸的至少一个加强帘布层16。胎体12的径向向外处是箍带组件22。箍带组件22通常具有至少两个由交叉加强帘布构成的帘布层24。在交叉帘布的帘布层24和一部分箍带组件22的径向向外处，可以是大致上平行于轮胎10的周向倾斜的帘布叠置的帘布层26。
位于轮胎10的径向外表面上的轮胎胎面28的特征由数个形式为花纹块和/或花纹条的胎面元件30限定。这种胎面元件30由周向延伸的和/或横向延伸的花纹沟32形成。在胎面表面内侧处具有至少一个埋入式花纹沟34。埋入式花纹沟34优选地具有至少一些在周向延伸的部分。此外优选地，在胎面4处于没有被磨损的阶段，埋入式花纹沟34不与胎面中的任何表面花纹沟32连通，亦即它在轮胎胎面28的胎面元件30内是隔离开的；表面花纹沟定义为在轮胎10处于没有被磨损的阶段时存在于胎面表面36上的花纹沟。
在图2的胎面中，在没有被磨损的阶段，胎面由四个周向延伸的花纹沟限定，其将胎面分成五列胎面元件。位于胎面中央线CL上的胎面元件列40是由周向花纹沟44，45限定的花纹条。与中央胎面元件列40交界的胎面元件列46，48是由周向花纹沟44，45，52，54和横向花纹沟56形成的数个花纹块50。
外周向花纹沟52，54的轴向向外处是轴向最外部的胎面元件列58，60。这些列58，60具有数个准花纹块62。花纹块62由周向花纹沟52，54和倾斜的横向花纹沟64形成；但是花纹块62轴向内部的缘边处由连接元件66连接起来。花纹决50，62和连接元件66也配置有刀槽花纹68，用于增大胎面中抓地缘边的数目。
图3的胎面是图2的胎面在大约磨损了30％之后的情况。被磨损的胎面具有附加的周向花纹沟34，其现在将中央胎面元件列40划分成两个较小宽度的列70，72。在一定的磨耗周期之后暴露出来的花纹沟34的存在增大了轮胎的湿地性能特性。胎面具有渐开胎面结构，其中该胎面结构在胎面的不同深度处或磨耗层上是变化的。这种具有以后暴露的花纹沟的胎面可以按照以下所述方式形成。
在一种两级式轮胎建造工艺中，轮胎胎体12被装配在第一级轮胎建造鼓上。毛坯胎体12包括除了箍带组件22和胎面4之外的轮胎的所有元件。箍带-胎面组件单独在第二级轮胎建造机上形成。箍带组件材料的帘布层24，26被定位在第二级鼓上，然后供入用于形成胎面28的连续的未硫化橡胶带，作为胎面胶材料。连续的带材被切割成需要的长度，优选地以一定的角度切割，以便将切割末端拼接起来形成覆盖箍带组件的封闭的圆圈。组装的箍带-胎面组件被施加到已经组装在第一级轮胎建造机上的没有加工的轮胎胎体上。轮胎胎体然后在箍带-胎面组件内被″吹起″成为环形形状并且送到模具中，整个组件在这里被硫化成最终的轮胎。这种工艺的示例公开于美国专利No.5,141,587、5,3544,404、5,554,242和6,139,668中。
图4示出了可以用于本发明的图2和图3的胎面结构的胎面胶74的截面视图。胎面胶74具有大致矩形的结构，虽然其端部可以具有比图示的情况更大的锥度。胎面胶74具有限定的外侧面76和限定的内侧面78。外侧面76将被放置在未硫化轮胎上的箍带组件22和轮胎胎体12的外部并且形成硫化的轮胎的胎面结构。内侧面78是将胎面胶74直接放置在箍带组件22上或胎面的底胎面胶材料80的侧面8上。按照本发明的一个实施例，为了在渐开胎面结构中形成磨损后暴露的花纹沟34，在胎面胶74的一个侧面76，78中预先形成至少一个花纹沟82。在图4的胎面胶74中，花纹沟82形成在胎面胶内侧面78上。
胎面胶74中的花纹沟82可以由挤出形成或通过除去胎面胶材料来形成花纹沟82。在形成的花纹沟82中，花纹沟82可以形成为具有大于最终硫化的埋入式花纹沟34所要求的横截面积。通过具有较大的宽度或较大的深度来形成具有较大横截面积的花纹沟82将补偿由于在硫化期间胎面胶74有限的流动导致的较小横截面积的最终硫化的埋入式花纹沟34。备选地，花纹沟82可以形成为具有与硫化的埋入式花纹沟34近似相同的尺寸。
备选地，如果或者由于胎面胶或者由于选择的胎面结构的原因使得胎面胶74在轮胎硫化期间承受高的流动，那么通过在花纹沟82中插入在硫化期间不会被破坏或者在硫化完成期间维持其整体性的元件84可以维持花纹沟82，参见图5A和5B。
如上所述，花纹沟82可以形成在胎面胶材料74的内侧面78或外侧面76上。当花纹沟82如图所示形成在内侧面78上时，并且花纹沟的形状通过使用插入元件84如管子来维持时，在轮胎的模制期间，胎面胶材料围绕插入元件84流动，并且在模制期间插入元件84的相对位置不受影响。如果在硫化期间橡胶流具有将插入元件84从硫化的轮胎内要求的最终位置移动的潜力，则可以使用模具装置将插入元件84保持在要求的位置上。这种模具装置包括从胎面模具上延伸的针或从模具上延伸的花纹沟肋条或刀槽花纹片。如果使用针，则这些针的尺寸设计成可提供用于插入元件84的必要的保持力，但是又足够地小到不会改变最终的胎面结构。如果只使用针来保持插入元件84，则优选地采用组针，在插入元件84的每侧上各设一组，按照需要沿着插入元件84的长度设置多组针。这种保持装置将使插入元件84从顶部和/或侧面定位，而轮胎在硫化期间的伸展将从下侧固定插入元件。
如果花纹沟82和插入元件84位于胎面胶74的外侧面76上而形成埋入式花纹沟34，则胎面胶必须围绕插入元件84流动，以便完全包围插入元件82。对于这种实施例，在最终硫化的轮胎中，埋入式花纹沟34将相当靠近胎面表面36，从而埋入式花纹沟34在胎面磨耗的较早状态下就变得很明显，如在20％或25％的胎面磨耗时。
插入元件84优选地是具有任意长度的管子，其长度可以等于、小于或大于轮胎胎面28的周长。管子可以形成为连续的环或具有限定的长度。管子的横截面结构可以变化并且可能受到埋入式花纹沟的横截面结构的支配。可能的管子横截面结构包括，但不限于圆形、椭圆形或其它两维曲线结构；方形、矩形、梯形或其它四边形形状；五边形、六边形或其它多边形形状。管子可以在挤出胎面胶74之后放置在花纹沟82中或胎面胶74可以在管子上面挤出，形成如图5A中所示的胎面胶74。备选地，管子可以放置在材料的一对挤出层74，80之间，参见图5B；内部的胎面胶80可以由底胎面胶构成，其有助于在轮胎10模制期间将管子固定到位。对于这种双胎面胶结构，在轮胎建造期间底胎面胶80可以先放置在箍带组件22上，随后放置管子和外部的胎面胶74。
在本发明的一个实施例中，管子由在未硫化的轮胎进行硫化期间不会被破坏的材料制成，并且该材料不会影响硫化的轮胎性能。管子材料的厚度选择成可平衡上述两个目标并且以所使用的材料类型为基础。可能的备选材料包括，但不限于，乙烯基共聚物如浆粉和乙烯/乙烯基酒精的硬的共聚物或热塑性材料如高分子量的聚乙烯。
备选地，管子可以完全地或部分地由预硫化的弹性管子形成。理想地，形成该管子的橡胶聚合物母体与相邻的胎面部分是相同的橡胶聚合物母体但是其具有更大的每百份橡胶的加强材料(例如碳黑，硅石)份数，以便产生具有比相邻的橡胶更大刚度的管子。例如，管子由这样的材料形成，其中加强材料加载范围为每百份橡胶80至130份，优选范围为每百份橡胶100至120份(即100-120phr)。
无论是否进行任何预硫化，管子厚度的范围为0.10至5.0mm。优选地，管子厚度范围为0.50至3mm。管子厚度越大，越适合于形成非常大的胎面，如用于中型卡车径向轮胎或越野车轮胎的胎面。对于客车来说，管子厚度的范围为0.5至2mm。
在任何上述变型方案中，插入花纹沟82中用于维持结构的物件84可以是短长度的封闭的筒，其中该筒具有小于轮胎胎面周长的长度。该备选的实施例在胎面胶下侧面上形成不连续的花纹沟时更有用。
在另一个实施例中，可以要求在埋入式花纹沟34中充填可以生物降解的材料或具有可溶解连系物(例如用可溶胶粘接起来的砂子)的非污染性材料。可以生物降解的材料的示例公开于共同拥有的2005年10月5日提交的题为“充气轮胎”的美国专利申请60/723,756中。当管子被部分硫化时可以使用填充材料，而可以生物降解的材料部分地用于在轮胎10硫化期间维持管子或筒的形状和防止管子材料流入埋入式花纹沟34和使其封闭。当紧位于填入的管子上面的胎面胶已经被磨耗得很低但是还要被完全从胎面上磨掉时，填充材料还具有为胎面提供一定的刚度的附加好处。
在胎面胶上形成的花纹沟82可以是连续的，如图3的胎面实施例所提示的；但是，花纹沟82可以具有任何要求的结构，参见图6-8。数个花纹沟82可以在胎面胶74的纵向L上形成，参见图6；花纹沟86可以在胎面胶74的纵向L的横向上形成，参见图7；或者花纹沟可以是纵向花纹沟82和横向花纹沟86的组合，参见图8。花纹沟也可以是在胎面胶74的内侧面78上形成的不连续的系列花纹沟88，参见图9。
在制造轮胎的另一种方法中，提供给第二级轮胎建造机的胎面胶74没有设置预先形成在其中的任何花纹沟82，86，88。在将组装后的箍带-胎面组件装配到未硫化轮胎胎体上之后，形式为环的管子被施加到未硫化组装件的外表面76上。由于管子环具有的直径，其在未硫化轮胎上的位置被维持。在轮胎模制期间，与位于胎面胶74的内侧面78上的花纹沟和插入元件类似，橡胶将围绕管子环流动，在硫化的轮胎中形成埋入式花纹沟34。该制造方法不需要对常规未硫化轮胎的元件做任何改变。上述有关管子的所有特征也都与在该制造方法中使用的管子环相关联并且对其是有用的。
权利要求
1.一种制造轮胎的方法，该轮胎具有胎体、箍带结构和胎面，该胎面具有渐开胎面结构，其中该胎面结构在胎面的不同深度处是变化的，该方法的步骤包括形成胎体，该胎体包括至少一个胎体加强帘布层、一对相对的胎侧和一对相对的胎圈部分，在胎体的径向外表面上放置箍带结构，形成胎面胶，该胎面胶具有两个平行于胎面胶长度的相对的表面，在箍带结构的径向外侧上放置该胎面胶，和在模具中硫化该轮胎，其中该模具具有至少一个用于在轮胎的径向外表面上形成花纹沟的肋条，该方法的特征在于，在硫化轮胎之前在与胎面胶相邻处或在胎面胶内放置管子，其中该管子在硫化的轮胎中形成埋入式花纹沟。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，胎面胶通过挤出形成和至少一个花纹沟形成在其中放置该管子的胎面胶中。
3.如权利要求1的方法，其特征在于，该管子是环形管子、预先成形的端部敞开的管子或至少一个柔性的筒。
4.如权利要求1的方法，其特征在于，该管子由乙烯基共聚物或热塑性材料制成。
5.如权利要求1的方法，其特征在于，该管子具有从圆形、椭圆形、两维曲线结构、方形、矩形、梯形、四边形、五边形、六边形和多边形构成的组中选择的横截面结构。
6.如权利要求2的方法，其特征在于，在硫化的轮胎中，在胎面胶中形成的该至少一个花纹沟在硫化之前不与硫化的轮胎的径向外表面上形成的花纹沟重合。
7.如权利要求2的方法，其特征在于，该至少一个胎面带的花纹沟是沿着胎面胶的纵向长度形成的或是在胎面胶的纵向长度的横向上形成的。
8.如权利要求1的方法，其特征在于，在轮胎硫化期间，通过从胎面模具表面延伸的针、从胎面模具表面延伸的模具肋条或从胎面模具表面延伸的刀槽花纹片将该管子保持在要求的位置上。
9.如权利要求1的方法，其特征在于，还包括在将胎面胶放置在箍带结构的径向外表面上之前将底胎面胶放置在箍带结构上的附加步骤。
10.一种轮胎，该轮胎是用上述权利要求中任一项所述的方法形成的。
全文摘要
一种形成轮胎的方法包括a)形成胎体，该胎体包括至少一个胎体加强帘布层、一对相对的胎侧和一对相对的胎圈部分，b)在胎体的径向外表面上放置箍带结构，c)形成胎面胶，该胎面胶具有两个平行于胎面胶长度的相对的表面，d)在箍带结构的径向外侧上放置该胎面胶，和e)在模具中硫化该轮胎，其中该模具具有至少一个用于在轮胎的径向外表面上形成花纹沟的肋条。在硫化轮胎之前在与胎面胶相邻处或在胎面胶内放置管子，其中该管子在硫化的轮胎中形成埋入式花纹沟。在轮胎胎面磨耗到预定的水平时，管子就暴露出来并且在进一步磨耗时被敞开，以便在轮胎经过一定的磨损之后在胎面中形成增大的花纹槽结构。
文档编号B29C35/02GK1986203SQ200610172029
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月20日 优先权日2005年12月22日
发明者G·-V·阮, F·A·J·福冈, A·-F·G·J·-M·坎布罗 申请人:固特异轮胎和橡胶公司