CN102137764B - 具有包括复合条带的胎冠增强件的用于重型车辆的轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轮胎，所述轮胎具有胎冠增强件，所述胎冠增强件由包括增强元件的至少两个胎冠工作层(1)形成，并且在径向由胎面覆盖，所述胎面经由两个侧壁连接至两个胎圈。根据本发明，至少两个胎冠工作层(1)由复合条带(1)的圆周绕组形成，所述复合条带(1)由包括连续增强元件(4)的两层(2、3)形成，所述增强元件(4)从一层延伸至另一层，所述增强元件在一层中是平行的，并且从一层到另一层是彼此交叉的，相对于圆周方向形成绝对值相等的角度。所述复合条带(1)是通过压制包括增强元件(4)的管件而提前获得的。
Description
本发明涉及一种轮胎，所述轮胎具有在每一侧面锚固至至少一个胎圈金属丝的径向胎体增强件并且具有胎冠增强件，所述胎冠增强件由称为工作层的至少两层组成，所述工作层叠置并且由增强元件构成，所述增强元件在每一层之内是平行的并且从一层到下一层是交叉的，与轮胎的圆周方向形成一定角度。
在某些用途中，包括这样的工作层的轮胎所具有的耐久性能正是由于这些工作层的存在而受到限制。
问题在于，在胎冠增强件中存在应力，更具体而言，在胎冠层之间存在剪切应力，结合所述层的端部处操作温度的不可忽略的升高，这种应力导致在所述端部处橡胶中裂缝的出现和蔓延。同样的问题存在于具有增强元件的两层的边缘的情况下，所述另一层不一定必然与第一层径向邻近。
为了改进这样的轮胎的胎冠增强件的耐久性，已经实施了多种方案，涉及层的结构和质量以及/或者位于层的端部之间和/或位于层的端部周围的橡胶混配物的轮廓。然而，这些方案在某些特定用途的情况下已经到达了它们的极限。在特定用途的情况下也已经实施了其它方案。
虽然不限于这种类型的应用，本发明将参考用于飞机的轮胎和用于地铁车辆的轮胎进行更加具体的描述。
就飞机轮胎而言，胎冠增强件通常由包括称为工作层的层的多层组成，所述工作层叠置并且由增强元件构成，所述增强元件在每一层之内是平行的并且从一层到下一层是交叉的。这些层通常是通过使用如下技术生产的，所述技术涉及放置增强元件或者放置由若干增强元件构成的带子，它们从一个边缘连续地行进至另一边缘，从而对于车轮的一次回转形成一个周期或多个周期。使用这些技术，从而可以生产由增强元件形成的工作层，所述增强元件在每一层中是平行的并且从一层到下一层是交叉的，在帘布层的边缘处没有自由端部，因此改进了轮胎的耐久性。
然而，这些操作技术确实导致了相对较长的制造时间，因此导致了相对较高的轮胎成本。
就用于地铁车辆的轮胎而言，这些轮胎目前的胎冠增强件本质上由圆周增强元件的带子的圆周绕组构成。增强元件通常由芳香族聚酰胺制成。已知的是，这样的轮胎在轮胎的胎肩区域可能会展现出不均匀的磨损。用于改进这些轮胎的磨损性质的可设想方案可以涉及添加增强元件的工作层，所述增强元件在每一层中是平行的并且从一层到下一层是交叉的。然而，在层的边缘具有增强元件的自由端部的工作层会损害轮胎的耐久性能。对于飞机轮胎的情况，使用上文描述的技术生产的工作层将会导致对于这种类型轮胎的制造成本较高。
当帘线在等于断裂强度的10％的拉伸力的作用下展现出至多0.2％的相对伸长的时候，所述帘线称为是不可延伸的。
当帘线在等于断裂强度的拉伸力的作用下展现出至少4％的相对伸长的时候，所述帘线称为是弹性的。
轮胎的圆周方向(或纵向方向)是对应于轮胎的***并且由轮胎运行的方向限定的方向。圆周增强元件是与所述方向形成的角度包含在0°周围+2.5°，-2.5°范围内的元件。
轮胎的横向或轴向方向平行于轮胎的旋转轴线。
径向方向是与轮胎的旋转轴线交叉并且与之垂直的方向。大致径向增强元件是与子午方向形成的角度包含在0°周围+5°，-5°范围内的元件。
轮胎的旋转轴线是轮胎在正常使用中绕其旋转的轴线。
径向或子午平面是包含轮胎的旋转轴线的平面。
圆周中平面或赤道平面是垂直于轮胎旋转轴线的平面，其将轮胎分为两半。
发明人给自己设定的任务是提供用于重型车辆的轮胎，该轮胎的耐久性能相对于常规轮胎而言得以改进，或者在该轮胎中耐久性能和制造成本之间的折衷得以改进。
根据本发明，这个目的是通过一种轮胎实现的，所述轮胎包括胎冠增强件，所述胎冠增强件由增强元件的至少两个工作胎冠层形成，其本身在径向由胎面条带(strip)覆盖，所述胎面条带经由两个侧壁连接至两个胎圈，至少两个工作胎冠层由复合条带的圆周绕组形成，所述复合条带由连续增强元件构成的两层形成，所述增强元件从一层到达另一层，所述增强元件在一层之内是平行的，并且从一层到另一层是交叉的，相对于圆周方向形成绝对值相等的角度。
根据本发明这样生产的轮胎包括增强元件的多层，所述增强元件在一层之内是平行的并且从一层到另一层是交叉的，它们在其边缘上没有端部并且相对易于实现；结果是，通过复合条带构成的预制元件的圆周绕组而使两层同时生产。事实上，圆周绕组是相对易于执行的技术，其能够以高速进行；此外，如同上文所回想的那样，至少两层是同时生产的。
圆周绕组对应于复合条带的绕组，从而形成的线圈与圆周方向形成小于8°的角度。
根据本发明的一个优选实施方案，形成复合条带的胎冠层的每一者的各自的增强元件之间的径向距离小于胎冠层的厚度，并且优选地小于胎冠层厚度的一半。
在本发明的含义中，胎冠层的每一者的各自的增强元件之间的径向距离是在径向内胎冠层和径向外胎冠层的所述增强元件的各自的上母线和下母线之间径向测量的。胎冠层的厚度也是在径向方向上测量的。
同样优选地，对于每一层由聚合混配物(polymer compounds)制成的两个衬垫之间的增强元件形成，每个衬垫在所述增强元件的外侧在径向以及在所述增强元件的内侧在径向形成一定厚度，每个胎冠层的各自的增强元件之间的径向距离大致相当于在径向内胎冠层的增强元件的径向外侧的衬垫中的聚合混配物的厚度和在径向外胎冠层的增强元件的径向内侧的衬垫中的聚合混配物的厚度之和。
复合条带可以通过使用如下方法提前获得，所述方法涉及：将管件变平，其本身通过以邻接线圈缠绕带子形成，所述邻接线圈相对于管件的纵向方向形成给定角度，带子中的增强元件彼此平行并且平行于所述带子的纵向方向，并且覆盖在聚合混配物中。带子的宽度调节为适合于线圈缠绕的角度，从而使得线圈邻接。
当所述管件变平时，因为线圈是完美邻接的，所获得的复合条带由从一层到达另一层的连续增强元件的两层构成，所述增强元件在一层中是平行的并且从一层到另一层是交叉的，相对于圆周方向形成绝对值相等的角度。生产具有邻接线圈的管件使得在每一层中获得线性增强元件成为可能，每一层的轴向端部除外，在每一层的轴向端部处增强元件形成弯曲部分(loops)以保证一层和下一层之间的连续性。
在每一层中增强元件的这种线性能够在形成复合条带的所述层的整个宽度上赋予恒定的径向刚度和恒定的剪切刚度。
所述管件的变平也使得在层之间获得联接成为可能，从而使得每一层的各自的增强元件之间的径向距离大致相当于在径向内层的增强元件的径向外侧的衬垫中的聚合混配物的厚度和在径向外层的增强元件的径向内侧的衬垫中的聚合混配物的厚度之和，所述衬垫彼此接触。
两个胎冠层之间的这种联接有利于较大的径向刚度和较大的剪切刚度。这样的一个间接结果是，轮胎变得更轻，因为如果形成这些条带的层没有充分联接则会需要复合条带的若干层，从而能够获得所需的纵向和剪切刚度。
根据一个特别有利的实施方案，所述复合条带的增强元件与圆周方向形成10和45°之间的角度。
如上文所述，由增强元件与圆周方向形成的角度对应于该管件变平之前管件的线圈与管件的纵向方向形成的角度。较小的角度使得复合条带更加易于通过使用上文描述的方法而生产。
根据该实施方案的第一可选择形式，复合条带在圆周方向上缠绕为具有轴向重叠，所述轴向重叠优选地等于所述复合条带宽度的至少一半。轴向重叠可以避免存在的增强元件不那么多的区域的产生。具有复合条带的宽度的至少一半的轴向重叠可以同时生产四个工作层，所述四个工作层的增强元件从一层到下一层是交叉的，在每一层中增强元件的角度的绝对值是相等的。
当生产飞机轮胎时，至少等于复合条带的宽度的三分之二的轴向重叠可以使得能够同时生产至少六个工作层。
根据本发明的实施方案的另一个可选择形式，复合条带在圆周方向缠绕以形成并列的线圈。该实施方案的可选择形式使得能够产生两个工作层而不产生任何过大的厚度。
根据本发明的第一实施方案，复合条带的增强元件由金属制成。
有利地，根据本发明的该第一实施方案，复合条带的增强元件是金属增强元件，所述金属增强元件在0.7％的伸长之下具有10和120GPa之间的正割模量，并且具有小于150GPa的最大正切模量。
根据一个优选实施方案，增强元件在0.7％的伸长之下的正割模量小于100GPa并且大于20GPa，优选地处于30和90GPa之间，更加优选地还小于80GPa。
同样优选地，增强元件的最大正切模量小于130GPa并且更加优选地还小于120GPa。
上文中表示的模量值是在作为伸长的函数的拉伸应力的曲线上测量的，这种伸长是通过20MPa的预加负载除以增强元件中金属的横截面积而确定的，拉伸应力对应于测量的拉力除以增强元件中金属的横截面积。
相同增强元件的模量值能够在作为伸长的函数的拉伸应力的曲线上测量，这种伸长是通过10MPa的预加负载除以增强元件的总的横截面积而确定的，拉伸应力对应于测量的拉力除以增强元件的总的横截面积。增强元件的总的横截面积是由金属和橡胶制成的复合增强元件的横截面积，橡胶在轮胎硫化阶段中特别地穿透增强元件。
根据涉及增强元件的总的横截面积的这个式子，复合条带的增强元件是金属增强元件，所述金属增强元件在0.7％的伸长之下具有5和60GPa之间的正割模量，并且具有小于75GPa的最大正切模量。
根据一个优选实施方案，增强元件在0.7％的伸长之下的正割模量小于50GPa并且大于10GPa，优选地处于15和45GPa之间，更加优选地还小于40GPa。
同样优选地，增强元件的最大正切模量小于65GPa并且更加优选地还小于60GPa。
根据一个优选实施方案，复合条带的增强元件是金属增强元件，其具有作为相对伸长的函数的拉伸应力的曲线，该曲线对于较小的伸长展现出平缓的梯度，并且对于较大的伸长展现出大致恒定且陡峭的梯度。在附加帘布层中的这样的增强元件一般称为“双模量”元件。
根据本发明的一个优选实施方案，大致恒定且陡峭的梯度从0.1％和0.5％之间的相对伸长开始出现。
如上文所述的增强元件的各个特征是在从轮胎取得的增强元件上测量的。
例如，更加适合于生产根据本发明的复合条带的增强元件是结构式(foumula)21.23的组件，其构造是3×(0.26+6×0.23)4.4/6.6SS；这种成股帘线由结构式3×(1+6)的21根基本线构成，3股缠绕在一起，每股由7根线构成，一根线形成直径等于26/100mm的中心帘线，6根缠绕的线的直径等于23/100mm。这样的帘线具有的正割模量在0.7％下等于45GPa，并且具有的最大正切模量等于98GPa，其是在作为伸长的函数的拉伸应力的曲线上测量的，这种伸长是通过20MPa的预加负载除以增强元件中金属的横截面积而确定的，拉伸应力对应于测量的拉力除以增强元件中金属的横截面积。在作为伸长的函数的拉伸应力的曲线上，这种伸长是通过10MPa的预加负载除以增强元件的总的横截面积而确定的，拉伸应力对应于测量的拉力除以增强元件的总的横截面积，结构式21.23的这种帘线具有的正割模量在0.7％下等于23GPa，并且具有的最大正切模量等于49GPa。
类似地，增强元件的另一个例子是结构式21.28的组件，其构造是3×(0.32+6×0.28)6.2/9.3SS。该帘线具有的正割模量在0.7％下等于56GPa，并且具有的最大正切模量等于102GPa，其是在作为伸长的函数的拉伸应力的曲线上测量的，这种伸长是通过20MPa的预加负载除以增强元件中金属的横截面积而确定的，拉伸应力对应于测量的拉力除以增强元件中金属的横截面积。在作为伸长的函数的拉伸应力的曲线上，这种伸长是通过10MPa的预加负载除以增强元件的总的横截面积而确定的，拉伸应力对应于测量的拉力除以增强元件的总的横截面积，结构式21.28的这种帘线具有的正割模量在0.7％下等于27GPa，并且具有的最大正切模量等于49GPa。
在复合条带中这样的增强元件的使用特别地使得通过简单地使用上文描述的方法来生产管件并且使得所述管件变平成为可能，同时限制了增强元件断裂的风险，并且改进了复合条带的能力使其在生产之后保持平坦，特别是在圆周方向和两个工作胎冠层的增强元件之间形成的角度大于40°的时候。
金属元件优选地是钢帘线。
根据本发明的第二实施方案，复合条带的增强元件由纺织材料制成，例如尼龙、芳香族聚酰胺、PET、人造丝、聚酮类型的材料。
根据本发明的第三实施方案，复合条带的增强元件由混合材料制成。其可以是纺织混合材料，例如由芳香族聚酰胺和尼龙构成的增强元件，如在文献WO 02/085646中描述的那些，或者可选择地可以是结合纺织材料和金属材料的混合材料。
本发明的一些实施方案提供了胎冠增强件，包括圆周增强元件的至少一层。特别地在用于前面讨论的地铁车辆的轮胎的情况下，复合条带将会在径向设置于圆周增强元件的层的外侧上的位置。
根据本发明的实施方案的其它形式，胎冠增强件可以通过称为弹性元件的增强元件的至少一个补充层(称为保护层)而在外侧在径向得到进一步补充，所述弹性元件相对于圆周方向以10°和45°之间的角度定向，并且与由径向邻近于所述弹性元件的复合条带的元件形成的角度处于相同方向。
根据本发明同样有利的是，复合条带的增强元件与圆周方向形成的角度小于30°并且优选地小于25°，特别是在存在圆周增强元件的层以减小作用在轴向最外圆周元件上的拉伸应力的时候。
根据上文描述的本发明的任何一个实施方案，胎冠增强件可以通过由钢制成的金属不可拉伸增强元件的三角层而在胎体增强件和径向内工作层之间在内侧在径向得到进一步补充，所述径向内工作层最接近所述胎体增强件，所述金属不可拉伸增强元件与圆周方向形成大于60°的角度，并且与由在径向最接近胎体增强件的层的增强元件形成的角度处于相同方向。
参考图1至图3，根据下文对于本发明的一些示例性实施方案的描述，本发明的进一步的细节和有利特征将会变得明显，图1至图3记载了：
-图1：根据本发明的复合条带的剖视立体图；
-图2：图1的复合条带的子午视图；以及
-图3：包括图1的复合条带的轮胎的子午视图。
为了使其易于理解，附图并未按比例绘制。图3仅仅记载了相对于轴线XX’对称延伸的轮胎的一半视图，该轴线XX’表示轮胎的圆周中平面或赤道平面。
图1记载了由增强元件4的两层2、3构成的复合条带1的剖视图，增强元件4与圆周方向形成一定角度，在一层之内是平行的并且从一层到另一层是交叉的，相对于圆周方向形成绝对值相等的角度。
复合条带1是根据如下方法获得的，所述方法涉及：将管件变平，所述管件通过以邻接线圈缠绕带子形成，所述邻接线圈相对于管件的纵向方向形成给定角度，带子中的增强元件彼此平行并且平行于所述带子的纵向方向，并且覆盖在聚合混配物中。当管件变平时，因为线圈是完美邻接的，所获得的复合条带由从一层到达另一层的连续增强元件的两层构成。
生产具有邻接线圈的管件使得在每一层中获得线性增强元件4成为可能，每一层的轴向端部除外，在每一层的轴向端部处增强元件形成弯曲部分以提供从一层到下一层的连续性。
图2对应于这样的复合条带1的示意性记载的子午视图。该图显示了复合条带1由增强元件4的两层2、3构成，其中所述增强元件从一层到另一层是连续的。
在图中如此记载的复合条带1具有的优点是，构成了增强元件的两层的***，所述增强元件彼此平行并且从一层到下一层是交叉的，所述层不具有增强元件的任何自由端部。
复合条带1是通过由增强元件构成的带子而生产的，所述增强元件具有等于1.14mm的直径，嵌入0.11mm厚的两个衬垫中。从而，每层都具有1.36mm的厚度，复合条带具有2.72mm的厚度，每个胎冠层的各自的增强元件之间的径向距离等于0.22mm。每个胎冠层的各自的增强元件之间的径向距离等于在径向内层的增强元件的径向外侧的衬垫的厚度和在径向外层的增强元件的径向内侧的衬垫的厚度之和。
图3示出了包括径向胎体增强件6的轮胎5，胎体增强件6锚固在两个胎圈中(在此图中未记载)并且由胎面条带7覆盖。胎体增强件6也被胎冠增强件8环箍。
增强件由增强元件的第一层9构成；在用于地铁车辆的轮胎的情况下，这些增强元件例如可以是增强元件的圆周层。
第一层9被复合条带1径向覆盖，复合条带1通过圆周缠绕而铺设。在此处的记载中进行缠绕是为了对于每个线圈获得条带的一半的轴向重叠。从而，复合条带1的缠绕形成增强元件的四个径向叠置层，所述增强元件在相同层之内是平行的并且从一层到下一层是交叉的，没有自由端部。
根据实施方案的其它形式，在复合条带的缠绕过程中形成的线圈可以是并列的，从而它们正好形成元件的两个径向叠置层。在缠绕的时候，线圈还可以轴向重叠复合条带的宽度的2/3，以形成六个叠置层。
对于飞机轮胎的情况，胎冠增强件通常进一步包括由金属增强元件构成的保护层，所述层是径向最外胎冠增强层。
对于根据图3的记载根据本发明生产的尺寸为345/85R16的地铁轮胎，已经进行了测试，对于称为参考轮胎的轮胎进行了其它测试。参考轮胎就包括圆周增强元件的层9。
测试涉及运行，以在速度和负载方面模拟正常的使用条件。
这些测试显示，在300,000km级别的距离之后，参考轮胎展示出不均匀的磨损，特别是在胎肩处更加显著，然而根据本发明的轮胎的胎面条带在已经行驶相同的公里数之后显示出一致均匀的磨损。
此外，对根据本发明的轮胎进行的分析显示，胎冠增强件或周围的聚合混配物没有过早老化的迹象，正如复合条带的本质已经预测的那样，该条带并未显示出增强元件的自由端部。
对于尺寸为46×17.0R 20和1400×530R 23的飞机轮胎进行了进一步的测试。测试涉及在磨损和耐久性方面将传统轮胎与根据本发明的轮胎进行比较。通过与参考轮胎进行比较，根据本发明的轮胎具有类似的结构，其中增强元件的层被复合条带所取代，从而重新获得相同数量的径向叠置的层，其中所述增强元件的层是通过卷绕生产的，也就是说使用了涉及放置增强元件或者放置由若干增强元件构成的带子的技术，增强元件从一个边缘连续地行进至另一边缘，从而对于车轮的一次转动形成一个周期或多个周期。
进行的各种测试表明，根据本发明的轮胎所显示的结果相对于使用参考轮胎获得的结果在磨损方面以及在耐久性方面都是完全相当的。
作为对比，制造根据本发明的轮胎所花费的时间及其因此造成的成本会显著低于参考轮胎，与之前描述的涉及卷绕增强元件的相等数量的层的步骤比较，根据本发明的复合条带的缠绕在轮胎制造中是迅速得多的步骤。对于生产胎冠增强件所花费的时间而言，对于飞行器轮胎，制造时间方面的节省可以是60％的级别。
Claims (9)
1.一种轮胎，所述轮胎包括胎冠增强件，所述胎冠增强件由增强元件的至少两个工作胎冠层形成，胎冠增强件在径向由胎面条带覆盖，所述胎面条带经由两个侧壁连接至两个胎圈，其特征在于，至少两个工作胎冠层由复合条带的圆周绕组形成，所述复合条带由所述增强元件连续地构成两个层形成，所述增强元件从一层到达另一层，所述增强元件在一层之内是平行的，并且从一层到另一层是交叉的，相对于圆周方向形成绝对值相等的角度，并且形成每个胎冠层的复合条带的各自的增强元件之间的径向距离小于胎冠层的厚度，所述复合条带的增强元件与圆周方向形成10和45°之间的角度。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述复合条带在圆周方向上缠绕为具有轴向重叠。
3.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述复合条带在圆周方向缠绕以形成并列的线圈。
4.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述复合条带的增强元件由金属制成。
5.根据权利要求4所述的轮胎，其特征在于，所述复合条带的增强元件在0.7％的伸长之下具有10和120GPa之间的正割模量，并且具有小于150GPa的最大正切模量。
6.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述复合条带的增强元件由纺织材料制成。
7.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述复合条带的增强元件由混合材料制成。
8.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述胎冠增强件包括圆周增强元件的至少一层。
9.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，胎冠增强件通过称为弹性元件的增强元件的至少一个补充层而在外侧在径向得到补充，所述补充层称为保护层，所述弹性元件相对于圆周方向以10°和45°之间的角度定向，并且与由径向邻近于所述弹性元件的工作胎冠层的增强元件形成的角度处于相同方向。
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