CN102442160B - 具有机织或针织的加强件的充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有机织或针织的加强件的充气轮胎。一种充气轮胎具有旋转轴线。充气轮胎包括：放置在环形表面上的预定位置中的加强帘布层，布置在加强帘布层径向外侧的胎面，和径向布置在加强帘布层和胎面之间的带束层结构。加强帘布层包括至少一个开放构造的机织或针织织物的层，所述织物具有在圆周方向上延伸的经线和在径向方向上延伸的纬线。

Description

具有机织或针织的加强件的充气轮胎

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎，更具体地，涉及一种成本更低且更快速被制造的充气轮胎。

背景技术

历史上，充气轮胎被构造为大体环面形状的层叠结构，其具有胎圈、胎面、带束加强件和胎体。轮胎由轮胎、织物和钢制成。用于大多数部分的制造技术涉及由平的材料条或片装配许多轮胎部件。每个部件放置于成型鼓上且定长剪切以致该部件的末端交汇或重叠以形成搭接处。

在组装的第一阶段，现有技术胎体通常会包括一个或多个帘布层、一对胎侧、一对三角胶芯、内衬（对于无内胎轮胎）、一对胎圈包布，可能还包括一对橡胶胎肩条。在轮胎制造的该第一阶段中可以添加环形胎圈芯，帘布层可绕胎圈芯翻折起以形成帘布层反包端。可以使用另外的部件，或者甚至另外的部件可以替代上述部件中的一些。

这种制造的中间产品在组装的第一阶段中此时被圆柱形地形成。然后在完成第一阶段的轮胎制造之后圆柱形胎体膨胀至环面形状。在第二阶段的轮胎制造期间将胎面之下的加强带束层添加到该中间产品上，这可以使用同一成型鼓或工作台发生。这种从平的部件然后被环形地成型而制造轮胎的形式限制了要以最佳均一形式生产的轮胎的能力。

传统上，建议将胎体帘布层以箍状或弧形布置，胎体帘布层的端部在圆周方向上延伸。这样制成的轮胎可能无需胎圈中的任何环形胎圈芯，胎体将不具有任何带有由切割的缆线限定界限的边缘的径向向上翻起的侧面部件。虽然最初这种工艺不能在商业上实施，但已进行了进一步研发，与在平构造中制造轮胎相反，使用圆弧状的箍状物构造帘布层以便在早期的制造阶段中独立的帘布层帘线穿过凸环面形截面敷设。于是帘线可以在线性路径中延伸穿过胎体。早期样式包括将帘布层帘线围绕胎圈芯包绕以实现帘线方向的改变。在制造过程中这些帘布层帘线在张力下环绕圆弧形状放置。后来的样式包括在相反方向上改变这些线性延伸的帘线的方向并将它们夹在径向延伸的胎圈层之间。

为了加快制造速度，相似的传统工艺在制造胎体帘布层过程的同时使用多个帘线制造多个拱形。这种工艺提供了每个圆周部分由单根细帘线制成且帘线之间的距离或节距非常窄。这样，当应用一系列帘线时，该一系列帘线增加了帘线之间的节距。

在环面形表面上制造帘布层帘线的这些传统方法中，确定的是帘线中的张力是最佳的，且帘线应该以直线在凸表面上从回转端（turnaround）至回转端敷设。换句话说，帘线角可以不以90度布置。然而，90度为帘线路径的优选定向，因为由于90度是最短帘布路径因此90度减少了滑脱角的可能性。常规地，这些角度不可以以除了提供线性路径的任何方式被调整，因为当帘线施加在圆的或凸的表面上时需要在制造过程中布置在帘线上的张力。在每一常规步骤中，胎体帘布层使用所谓“缠绕”的技术，其中回转端将张力施加在整个帘线路径中。这样的用于施加帘布层帘线的轮胎缠绕布骤可以仅仅工作在凸表面上且不允许在凹的环面形状上的“布置”，如在轮胎胎圈附近的胎侧区域中发生的一样。

另一个传统方法制造允许布置在凹表面和凸表面上的帘布层帘线，与成型轮胎的形状相似。该方法不要求当建立帘线路径时从回转端到回转端的张力，因此允许了非线性的帘线路径。而且，帘线的回环末端，或回转端，可以出现在不同直径处，且帘布层帘线可以这样布置：环面形状的帘布层帘线可以包括形成反包端且允许使用胎圈芯固定帘布层。因此，随着直径沿着帘线路径增加，帘线之间的节距可以均匀增大。由于帘线的施加和环面表面的移动之间的被协调的差别运动，随着直径沿着帘布层路径增加，帘线节距均匀地增大。

传统充气轮胎的结构典型地包括一对轴向分开的不可延伸的胎圈。周向布置的胎圈填料三角胶芯从每个胎圈径向向外延伸。至少一个胎体帘布层在两个胎圈之间延伸。胎体帘布层具有轴向相对的端部部分，每个端部部分围绕各胎圈向上翻折且固定到胎圈。胎面橡胶和胎侧橡胶分别位于胎体帘布层的轴向和径向外部。

由于周期性挠曲，胎圈区域是对于轮胎滚动阻力具有相当大贡献量的轮胎的一个部分，该周期性挠曲也导致发热。在恶劣的运行情况下，如对于泄气保用型和高性能轮胎，胎圈区域内的弯曲和发热可能是特别存在问题的，从而导致相互相邻的具有相异特性的部件的分离，例如具有各自弹性模量的部件的分离。特别地，帘布层反包端部可能倾向于从轮胎的相邻的结构元件分离。

常规的帘布层可通过具有比制成轮胎的主体的相邻的橡胶混合物高得多的刚性（即，弹性模量）的例如尼龙、聚酯纤维、人造丝和/或金属的材料加强。相互相邻的轮胎元件的弹性模量的差异可能导致在轮胎使用期间受到应力且变形时的分离。

多种常规设计方法已用于控制轮胎元件在轮胎的胎圈区域内的分离。例如，一个方法是提供围绕胎圈和胎圈填料的“胎圈芯包布”。胎圈芯包布作为间隔件工作，其使得帘布层不直接与不可延伸的胎圈接触，从而允许在胎圈下向上翻的帘布层和各胎圈之间的一定程度的相对运动。在作为间隔件的此作用中，胎圈芯包布可降低帘布层上和轮胎的相邻的橡胶部件（例如，填料三角胶芯、胎侧橡胶、胎圈区域内和帘布层自身的弹性体部分）上的应变不一致性。

胎圈芯包布可由方形机织织物（square woven cloth）制成，所述织物是其中每个纤维、丝或帘线具有大体圆形横截面的纺织品。当胎圈芯包布与轮胎固化时，纤维/帘线的刚度变得基本上在纺织品胎圈芯包布的平面内在任何方向上相同。

作为使用胎圈芯包布作为用以降低帘布层分离趋势的手段的补充或替代，已使用的另一个方法涉及放置“胎跟加强层”。胎跟加强层是布置在胎圈配合到车轮轮辋上的轮胎部分内的胎圈区域内的周向上布置的金属层或织物层。更具体地，胎跟加强层位于车轮轮辋的内侧（即向着胎圈）和帘布层的围绕胎圈向上翻折的部分外侧（即在横截面内观察时相对于胎圈径向向外）。胎跟加强层用于加固相邻的橡胶材料且增加相邻的橡胶材料的弯曲阻力，所述橡胶材料自身通常与反包帘布层末端部分相邻。

发明内容

根据本发明，充气轮胎具有旋转轴线。充气轮胎包括在预定位置布置在环面形表面上的加强帘布层、在加强帘布层径向向外布置的胎面、以及径向地布置在加强帘布层和胎面之间的带束层结构。加强帘布层包括至少一层具有开口结构的机织或针织的纺织物，该纺织物具有沿圆周方向延伸的经线和沿径向方向延伸的纬线。

在本发明的一个方面，机织的织物具有5EPI至18EPI经线对结构和5EPI至35EPI纬线结构。

在本发明的另一方面，经线是1220/1Dtex人造丝，纬线是1840/2 Dtex人造丝或2200/2 Dtex聚酯纤维。纬线结构的另一些例子可以是：1100/2、1440/2、1670/2、2200/2聚酯纤维或者1220/2、1840/2、1840/3、2440/2 Dtex人造丝。

在本发明的另一方面，经线具有18EPI的密度，纬线具有12EPI的密度。

在本发明的另一方面，织物具有LENO 2T或针织构造，其具有5EPI至18EPI经线对结构和5EPI至35EPI纬线结构。

在本发明的另一方面，经线具有14EPI的密度，纬线具有26EPI的密度。

在本发明的另一方面，充气轮胎是高性能的充气轮胎。

在本发明的另一方面，机织织物还包括布置在其上的增粘剂。

在本发明的另一方面，胎体的加强结构具有一层或多层机织织物。

在本发明的另一方面，经线包括由不同纤维材料制成的至少两种纤维。

在本发明的另一方面，加强帘布层的机织或针织织物通过彼此相邻地布置一系列条而构造。

定义

“三角胶芯”表示位于胎圈芯径向上方且在帘布层与反包帘布层之间的弹性体填料。

“环形”表示形成如同一个环。

“高宽比”表示其断面高度与其断面宽度的比。

“轴向的”和“轴向地”在本文中是指平行于轮胎旋转轴线的线或方向。

“胎圈”表示轮胎的包括环形抗拉构件的部分，其由帘布层帘线包绕并且成形为带有或不带其它增强元件，如胎圈芯包布、胎跟加强层、三角胶芯、护趾胶和胎圈包布，以便适配于轮辋设计。

“带束层结构”表示由平行帘线构成的至少两个环形层，帘线经过纺织或未经纺织，位于胎面下方，非锚定于胎圈上，并且具有相对于轮胎的赤道面倾斜的帘线。所述带束层结构也可包括以相对低的角度倾斜的用作限制层的平行帘线层。

“斜交轮胎”（交叉帘布层）表示其中在胎体帘布层中的加强帘线以相对于轮胎赤道面约25度至65度角斜对角地穿过轮胎从胎圈至胎圈延伸的轮胎。如果存在多个帘布层，那么帘线在交替的层内以相反的角度延伸。

“缓冲层”表示由平行加强帘线构成的至少两个环形层，上述平行加强帘线关于轮胎的赤道面具有与胎体帘布层中平行加强帘线相同的角度。缓冲层通常与斜交轮胎相关联。

“缆线”表示通过将两个或多个合股线扭绞在一起而形成的帘线。

“胎体”表示除带束结构、胎面、底胎面以及帘布层上的胎侧橡胶之外的轮胎结构，但是包括胎圈。

“外胎”表示除胎面与底胎面之外的胎体、带束层结构、胎圈、胎侧及轮胎所有其它部件，即，整个轮胎。

“胎跟加强层”指位于胎圈区域内的一窄条织物或钢帘线，其功能是加强胎圈区域并稳定胎侧的径向最内侧部分。

“周向”表示沿着与赤道面（EP）平行且与轴向方向垂直的环形轮胎表面的周长延伸的线或方向；它还指其半径限定胎面的轴向曲率的多组相邻圆形曲线的方向，如在横截面中观察。

“帘线”表示组成轮胎加强结构的加强线束之一。

“帘线角”表示由帘线相对于赤道面在轮胎平面图的向左或右形成的锐角。所述“帘线角”在已固化但未充气的轮胎中测量。

“旦尼尔（Denier）”表示以每9000米的克数为单位的重量（表示线性密度的单位）。“分特（Dtex）”表示以每10000米的克数为单位的重量。

“弹性体”表示在变形之后能够恢复大小和形状的弹性材料。

“赤道面（EP）”表示垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过其胎面中心的平面；或者含有胎面周向中心线的平面。

“织物”表示基本上单向延伸的帘线的网眼织物，其可被扭绞，进而由多个由高模量材料构成的众多长丝（也可被扭绞）组成。

“纤维”为形成长丝的基本元素的天然或人造的物质单元，其特征在于具有至少100倍于其直径或宽度的长度。

“长丝支数”表示构成纱线的长丝的数量。例如，1000旦聚酯纤维具有大致190根长丝。

“胎圈芯包布”指围绕胎圈钢丝的加强织物用于强度并将胎圈钢丝紧固在轮胎本体内。

“规格尺寸”通常指的是测量值，具体指厚度测量值。

“高抗拉强度钢（HT）”表示以0.20 mm的长丝直径具有至少3400 MPa的抗拉强度的碳钢。

“内部”表示朝着轮胎的内侧，且“外部”表示朝着其外侧。

“内衬”表示形成无内胎轮胎的内表面的弹性体或其它材料的层或多个层，其含有轮胎内的充气流体。

“针织（knitted）”表示将线在一系列相连的圈中缠结。例如，“针织”可定义一种方法，通过所述方法将线或纱变成被称为线圈（stitch）的相继的圈的织物。当每一行线圈前进时，新的圈可拉过现有的圈。

“LASE”为在规定伸长下的载荷。

“横向”表示轴向方向。

“捻距”表示加捻的长丝或线束绕另一长丝或线束旋转360度而行进的距离。

“兆抗拉强度钢（MT）”表示以0.20 mm的长丝直径具有至少4500 MPa的抗拉强度的碳钢。

“标准载荷”表示由适当的标准组织为轮胎使用状况选定的规定设计充气压力和载荷。

“标准抗拉强度钢（NT）”表示以0.20 mm的长丝直径具有至少2800 MPa的抗拉强度的碳钢。

“帘布层”表示由涂覆有橡胶的径向配置或以其它方式平行布置的帘线构成的帘线加强层。

“径向的”和“径向地”用于表示在径向方向上朝着或远离轮胎的旋转轴线的方向。

“子午线帘布层结构”表示具有加强帘线的一个或多个胎体帘布层或至少一个帘布层，且所述加强帘线相对于轮胎的赤道面定向在65度与90度之间的角度。

“子午线轮胎”表示带束的或周向地限制的充气轮胎，其中，至少一个帘布层具有以相对于轮胎赤道面在65度与90度之间的帘线角从胎圈延伸至胎圈的帘线。

“断面高度”表示在轮胎赤道面上从名义轮辋直径到轮胎外直径的径向距离。

“断面宽度”表示以标准压力对轮胎充气24小时之时或之后，但并未承载的情况下，平行于轮胎轴线且位于其胎侧的外部之间的最大线性距离，不包括由于标签、装饰或保护带而导致的胎侧升高造成的宽度。

“胎侧”表示轮胎在胎面与胎圈之间的部分。

“超抗拉强度钢（ST）” 表示以0.20 mm的长丝直径具有至少3650 MPa的抗拉强度的碳钢。

“韧性”为未应变的样品的以每单位线密度的力表示的应力（克/特克斯或克/旦尼尔）。用在纺织品中。

“张力”是以力/横截面积为单位表示的应力。以psi=12,800的强度乘以比重乘以克/旦尼尔为单位的韧性。

“护趾胶”指的是轮胎的每个胎圈轴向向内的周向展开的弹性轮辋接触部分。

“胎面”表示当结合至外胎时包括轮胎的一部分的模制橡胶部件，该部分在轮胎正常充气并在标准负载下时与路接触。

“胎面宽度”表示胎面表面在包括轮胎旋转轴线的平面内的弧长度。

“反包端（turnup end）”表示胎体帘布层的从帘布层包绕的胎圈向上(即径向向外)翻折的部分。

“超高抗拉强度钢（UT）”表示以0.20 mm的长丝直径具有至少4000 MPa的抗拉强度的碳钢。

“机织（woven）”表示将纵向纱线（经线）与纬纱（纬线）交织。交织的纱线可以是相互成直角的两组或多组纱线。

“纱线”是用于纺织纤维或长丝的连续线股的专业术语。纱线出现于以下形式：1)捻绞到一起的许多纤维；2)无加捻地布置到一起的许多长丝；3)以一定程度的加捻布置到一起的许多长丝；4)有或者没有加捻的单根长丝(单丝)；5)有或者没有加捻的窄材料条带。

附图说明

结合附图，通过思考下面的描述将更加清楚本发明的结构、操作和优点，其中：

图1示出了和本发明一起的设备的透视图；

图2和3图示出图1的设备的环形心轴的横截面视图；

图4至9示出了平视图中布置在预定帘线路径中的单根帘线的示意图；

图10至15示出了施加在环形心轴上的帘线的示意图；

图16示出了同时分配多根帘线的示意图；

图17示出了示例性帘线路径的局部侧视图；

图18是图14的示例性的帘线路径的局部平视图，示出了帘布层路径的两侧；

图19至25示出了多种示例性帘布层路径设计；

图26图示了本发明的环形心轴的截面视图，其上具有替代的帘线路径布置；

图27表示与本发明一起使用的示例轮胎的示意截面图；

图28表示图27中示出的示例轮胎的胎圈区域的详细示意图；

图29表示根据本发明的示例织物结构的详细示意图；和

图30表示根据本发明的另一个示例织物结构的详细示意图。

具体实施方式

参照图1，图示了与本发明一起使用的设备100的透视图。设备100具有引导装置，除了帘布层配置机构70之外，该引导装置还具有用于将帘布层帘线2放置在环形表面（toroidal surface）50上的计算机控制的机器人***110。设置用于将弹性体层4施加在心轴52上的装置，其可包括服务器机构（未示）以便将弹性体层4的条进给至心轴52。

计算机控制的机器人***110具有计算机120和已编程的软件，该软件指令将要用于特定轮胎尺寸的帘布层路径10。可以精确地铰接***110的每个运动。安装在底座151上的机器人150具有可以在六个轴上移动的机器人臂152。如所示的，***纵的机器人臂152连接到帘布层配置机构70。

回环端（loop end）形成机构60定位在环形心轴（toroidal mandrel）52的每一侧56上。机器人臂152在预定路径10上进给帘布层帘线2，当形成回环端12时，回环端形成机构60将帘布层帘线2保持在适当位置上。每当形成回环端12，旋转环形心轴52以便转位到下一个节距P和围绕环形心轴52的相邻帘布层路径10。

帘布层配置机构70的运动允许凸曲率联接到胎圈区域附近的凹曲率，从而模拟充气轮胎的最终（如模制的）形状。用于使心轴52绕着轴64旋转的装置63可以如图所示的安装在刚性构架65上。

参照图2和3，示出了与本发明一起使用的环形心轴52的横截面视图。环形心轴52的每一侧56上的径向内部部分54具有凹曲率，其朝着环形心轴52的胎冠区域55径向向外延伸。随着凹形截面朝着上部胎侧部分57径向向外延伸，在或者通常所说的环形心轴52的胎冠区域55，曲率转变到凸曲率。此截面非常接近地复制轮胎的最终（如模制的）截面。

参照图4至9，用于引导分配帘线的装置具有以示意形式所示的帘布层配置机构70，其说明了帘布层帘线2如何在预定的帘布层路径10中被放置在弹性体表面4上。示意图示出了帘布层配置机构70的基本工作部件和帘布层配置机构70如何运行放置帘布层帘线2到精确的位置。

为使帘布层帘线2在预定的帘布层路径10上前进，帘布层配置机构70包含两对平行销或者辊子40，42，其中第二对辊42相对于第一对辊40成90°放置，且第二对辊42位于第一对辊40上方约1英寸的物理空间内，两对辊子间形成中心开口30，其能够使预定帘布层路径10定中心。如所示，通过将帘线嵌入到预先放置到环形表面50上的弹性体表面4中和未固化的表面胶粘性相结合，将帘布层帘线2保持在适当位置。一旦帘布层帘线2正确地围绕环形表面50的整个圆周被施加，后续可使用弹性体面涂复合物(未示出)的层压来完成胎体20的构造。

如图4所示，一对底部辊子40使用第一辊子40A将帘布层帘线2向前横向穿过环形表面50嵌入。在图5中，一旦预定的帘线路径10被传递穿过环形表面50，设备100停止，且保持和回环形成盘机构60前进到帘布层帘线2上和将帘布层帘线压到环形表面50上，如图6所示。然后，设备100使预定帘布层路径10反向以形成在预定帘布层路径10中的一个回环12。在这点上，第一对40的第二辊子40B拉回帘布层帘线2穿过环形表面50。当环形心轴52和被底涂层弹性体层4覆盖的环形表面50前进用于返回路径时，上面的第二对辊42定位帘布层帘线2于平行的预定帘布层路径10中并形成了在帘布层帘线2之间的间距，下文被称为节距。换句话说，如图7所示，环形表面50被转位或者稍微前进，允许周向间隔或节距P存在于第一帘布层路径下到第二返回帘布层路径之间。如图7所示，在反向横穿上形成的回环12被稍微的位移，因此当帘布层帘线2钩紧在销子上时允许回环12紧靠回环形成机构60拉出以产生所需回环位置。

如图8所示，回环端12被形成，第二帘布层路径10被放置在环形表面50上平行于第一帘布层路径10。如图9所示，回环机构60然后缩回并且第二帘布层路径10被完成。这个过程被重复以便形成一系列帘布层帘线2，它们是连续的并且在帘布层路径10的至少某些部分内是平行的。这通过下述方法完成，即，使具有环形表面50的环形心轴52绕其轴线均匀地转位或前进，伴随所述对辊子销40，42的每次横穿，以便形成围绕环形表面50均匀分布的线性平行帘线路径10，其中环形表面50带有层压到环形表面上的弹性体层4。通过当设备100横穿时改变帘布层帘线2的前进，非线性平行帘线路径10可能被形成以调整轮胎刚度和改变载荷下的挠曲。

优选的，帘布层帘线2被缠绕在张紧或者帘布层配置机构70上用以调节和维持帘布层帘线中所需的张紧力。如果张紧力太大，当辊子销40、42反向时，帘布层帘线2将会从弹性体层4抬起。如果张紧力太小，帘布层帘线2将不会围绕回环销机构60在正确的长度上形成回环。作为一个例子，如对于过程和辊子40、42所需要的，当帘布层帘线穿过一系列能够调节和维持张紧力的辊子72之间时，产生帘布层帘线2上的张紧力。施加的张紧力的大小应该是足够小以便于帘布层帘线2不会从环形表面50上的放置位置抬起。换句话说，帘布层帘线2放在环形表面50上被定位且缝到弹性体层4上以便于帘布层帘线和弹性体层之间的粘合大于由帘布层配置机构70作用的张紧。这允许了帘布层帘线2在帘布层构建步骤中可以自由地放置在环形表面50上而不需移动或分离。这和其它传统的机构具有很大的不同，当设备横向穿过凸形表面以形成层叠的帘布层时其它传统的机构需要线性路径和大的张紧量以维持路径10。

参考图10-15，圆柱体的三维视图表示了预定的帘布层路径10如何沿着通常被称为胎体20的胎圈区域22起始、沿着轮胎胎侧24到环形表面50的胎肩区域25，然后在通常被称作为胎冠26的区域中横穿环形表面50。在图11中，帘布层路径10以小角度被放置。虽然帘布层路径10可以是任意角度，包括径向的90度或者更小，但帘布层路径也可以被在非线性样式中应用。如图12所示，一旦帘布层帘线2被完全横穿环形表面50并沿着相反侧向下，回环12如前所讨论的被形成且帘布层帘线被牵引回穿过胎冠26。在图13中，帘布层帘线2然后向下沿轮胎胎侧24朝着胎圈区域22前进，在胎圈区域处帘布层帘线被转向并如前所讨论的形成回环12，然后按平行于第一和第二帘布层帘线路径10的线性路径10横向回穿环形表面50。当环形表面50被转位时，这个过程在图14和15中被重复，从而产生了非常统一和间隔均匀的帘布层帘线路径10。

参考图16，帘布层配置机构70可设置有额外的辊子40以便于多条帘布层路径10能够被绕环形表面50横穿。三条分配的线轴74横穿三个辊子42A、42B和42C，所述辊子以错开的顺序间隔开，允许在每对辊子之间的开口用以继续引导帘布层帘线2，同时下部或者底部的辊子对40A、40B提供帘布层帘线到环形表面50上的缝纫。再一次，同样的回环机构60可被使用以在每个回环端12处钩紧帘布层帘线2（仅仅一个回环机构60显示出来）。然而，典型的是有一对回环机构，在环形表面50的每一侧上各有一个。

参考图17，示出帘布层路径10，其中回环端12B能够径向向外的被调整。回环12，同时属于帘布层帘线2的连续线的一部分，被示出仅仅部分地向上到达胎侧26并终结于此。这种帘布层帘线2的连续线可以形成帘布层路径10，从而第一组相邻对帘布层路径10的回环端12B具有在直径上稍微高于第二对回环端12A的回环端12B。这可以以交替的方式被重复。这种特殊的帘线路径10创建了如图18所示的帘线路径，在平面方向上示出。因此，更少的帘线端12A可以被在胎圈附接区域22间隔开，而在胎冠区域26，可以增加额外的帘布层帘线路径10。根据帘布层帘线直径，每英寸经线数被帘布层帘线2的直径在物理上限制。例如，乘用车轮胎通常以在帘布层帘线2之间间隔的最小铆接孔或橡胶时不能超过30每英寸经线数。为了获得更高的每英寸经线数，必须使用纤细的帘布层帘线2，而且这种纤细的帘布层帘线的强度有限制。然而，随着具有平面构成的帘布层的轮胎胎体膨胀为环面形构造，帘布层帘线间距或者节距（P）以这种方式被伸展以至于靠近轮胎胎冠区域26的每英寸帘线经常为胎圈区域中的至少一半数量。这种物理限制可以通过明智使用不同直径的帘布层端部12被修正，如图18-21所示。在图18中，30每英寸经线数的帘线间距可获得30每英寸经线数的胎冠帘线间距。理由是通过稍微位移回环端12B到胎圈区域22上方而实现胎冠区域26内的帘布层帘线2的两倍化。因此，在环形帘布层路径10中，有可能维持穿过胎体结构的始终一致的帘布层路径。这能使轮胎设计者使用更细或更少的帘线并依然获得和其它传统轮胎同样的强度。

参考图19，一条长帘布层帘线路径10A可被用来穿越轮胎，然后两条短帘布层帘线路径10B被应用，之后一条长帘线路径10A用在相反侧。长帘布层帘线路径10A在两条短路径10B的图案上沿圆周偏移，两条短路径10B又在每条沿圆周偏移的长帘布层帘线路径10A之间。因此，四条这种帘布层帘线路径短端12B在长端12A之间每一侧。

图20示出一个帘布层路径结构，其中仅仅一个这种短帘布层帘线路径10B在沿圆周偏移的长路径10A之间。在图21中，每条帘布层帘线路径10形成了沿圆周偏移的长帘布层路径10A。因此，如图21所示在每条帘线路径的一半处，存在一长路径10A，然后一短路径10B，然后由回环端12A，12B和12C形成的一个长帘线路径10A。

参考图22，两条帘布层帘线路径10A，10B示出以重复方式端到端地延伸。帘布层帘线路径10A，10B示出形成双层的可能性。第一层平行帘布层帘线路径10A被示出具有沿一个方向的弯曲。图22的第二帘布层帘线路径10B可能是第二层帘布层帘线路径，它可被连续应用在第一帘布层帘线路径10A顶部上面。这些帘布层帘线路径10A，10B都展示了以均匀样式制成非线性帘线路径的能力。这种技术可以极大的有助于真实短程线帘布层帘线路径轮胎的构造作为可变化和制造可行的轮胎。几乎所有的非线性或者短程线类型帘布层帘线路径10是简单近似，因为事实上帘布层帘线2不能以真实地代表固化时轮胎的内部形状或充气形状的方式铺设。如 Purdy，在他的书中《Mathematics Underlying the Design of Pneumatic Tires》，在84页提到，“通过任何可以接受的方式，使用缠绕工艺生产在胎圈区域的帘线中在大小、形状或张紧上一致的轮胎胎圈，实际上是不可能的。在很大程度上由于这种原因，帘线缠绕机构在形成短程线帘线路径方面仅有有限的价值”。设备100允许帘布层帘线路径被放置在几乎精确的与它们将在充气和固化轮胎里的同样位置上，从而使这种非线性帘布层轮胎可行。

参考图23，胎体帘布层20示出了常规制造的标准轮胎如何能够构造成帘布层末端12处于同一位置上。参考图24和25，预定帘布层路径10被设计为，胎侧将具有增多数量的朝着胎冠区域26向上延伸的帘线，但是在回环端12B突然停止穿越胎冠区域，并通过横穿回来而返回，然后形成穿越整个环面表面50的连续的帘布层。 这些帘布层路径10仅仅提供了在胎冠区域26下面实际穿过轮胎中心线的帘布层帘线2的一部分。在大多数轻质量乘用车和卡车轮胎中，穿过中心线的帘布层帘线2具有很少的结构值，其部分地基于轮胎带束层加强结构而言，该轮胎带束层加强结构可论证地传递了穿过轮胎胎冠区域26的所有负荷。因此，使用大数目的穿过胎冠区域26的帘布层帘线2是多余的，没有增加很大的结构值。图24和25的帘布层帘线路径10提供了拼合帘布层（split ply）概念，但是具有至少每二个或每三个有一个帘布层帘线路径10穿过胎冠26从而产生提高的结构值的优点。换句话说，不是简单依赖拼合帘布层路径10B，具有穿过胎冠区域26的交替的连续帘布层路径10A，为轮胎提供了附加的安全性和可靠性。

如图17和26所示的，环形表面50以基本成型的构型和尺寸按照轮胎的曲率行进。如说明的那样，心轴52具有形成环形表面50的多个凹曲率。在心轴每侧上的凹曲率120从胎圈附接区22径向外侧开始。第二外侧胎侧曲率122从各第一凹曲率朝着心轴52的胎冠区域55径向向外延伸。随着心轴截面朝着上部胎侧部分57径向向外延伸，胎侧122的曲率在或者被称为心轴52的胎冠区域55转变为凸曲率。该截面非常接近地复制了成型的（如模制的）轮胎截面。如图15-17所示以及如前所述，在连续长度中的一个或多个帘线嵌入环形表面50上的弹性体层4。较长帘线路径124可以在心轴52的一侧上与第一凹曲率120径向相对地开始，从该处延伸通过胎侧曲率并越过胎冠区域55。较长帘线路径124可进一步延伸到相对心轴侧上与胎圈附接区22相邻的第一凹曲率120。

作为另一种选择，或者与较长帘线路径124结合，可形成一个或多个较短帘线路径126。较短帘线路径126可在心轴52的一侧上与邻近胎圈附接区22的第一凹曲率120相对地起始。较短帘线路径126可从那儿延伸通过胎侧曲率122并越过胎冠区域55，或者终止在胎侧曲率122中。延伸越过胎冠区域55的较短帘线路径126可具有位于相对心轴侧的上部胎侧处的回环端。这样的较短帘线路径126通过在心轴52的相对胎侧上结束于较高位置处，可以降低在轮胎胎圈区域中帘线路径的密度。较短帘线路径126进一步在成型轮胎中保留了帘线材料并降低制造成本。因此，形成帘布层的帘线路径可以是定制设计以便帘线路径具有不同的帘线延伸和长度。较短路径可在横穿心轴（轮胎）的赤道面之前终止，或者穿过胎冠区域到相对侧上的胎侧。较长路径可以从胎圈附接区22延伸到相对侧上的胎圈附接区22，横穿轮胎的胎冠区域26。因此，帘线层可以构造为在胎圈附接区22具有较少帘线路径存在（较低的帘线路径密度）以及在轮胎胎冠区域26具有较高的帘布层帘线路径密度。

图17表示具有不同长度帘线路径的这样一个帘线帘布层构造。一个帘布层路径10存在，因而较短帘线路径的回环端12B放置并位于环形表面50的胎侧曲率122的径向内侧。较长帘线路径的回环端12A布置并位于胎圈附接区22与第一凹曲率120相对的环形表面50的径向内侧。因此第一组相邻对的帘线路径10的回环端12B和相邻组的帘线路径的回环端12A相对于环形表面50的第一和第二曲率120、122位于不同的各自径向位置。端部12A延伸通过环形表面50的第一和第二凹曲率120、122到胎圈附接区22，而端部12B终止于与环形表面的胎侧相对的第二凹曲率120的径向外侧。从而，与存在较高的帘线路径密度的胎冠区域26中相比，较少的帘线端部12A在胎圈附接区22处第一凹曲率120径向以下间隔开。

轮胎因此可以构造为具有不同长度的帘布层帘线路径。取决于所需的轮胎性能特性可以采用相同数量的较长和较短帘线路径，或不同数量的较长和较短帘线路径。较长帘线路径可以构造为延伸越过环形表面50的胎冠区域26到胎圈附接区22。较短帘线路径可以构造为具有终止在胎冠区域26或胎侧区域24的回环端。帘线路径可以有利地通过布置构造并在预定的相对较长和较短的帘线路径中将一个或多个帘线以连续长度嵌在弹性体层4上，较长帘线路径从环形表面50的各侧延伸穿过环形表面的凸的胎冠区域26，且一个或多个相对较短的帘线路径具有位于胎侧或胎冠区域（图18）或环形表面的凸的胎冠区域内的相对的路径端部。因此，通过使一个或多个帘线路径在位于第一和第二凹曲率120、122的径向外侧的相对路径端部之间延伸，同时其它帘线路径径向地延伸至胎圈附接区22，可以获得在胎冠区域处的较高帘线密度（帘线每英寸经纱数）和在胎圈附接区22处的较低帘线密度的期望结果。

图27示出了与本发明一起使用的示例轮胎210。示例轮胎210可使用如上所述的方法和设备100所制成。示例轮胎210具有胎面212，内衬223，包括带束层218、220的带束层结构216，带有单独一个胎体帘布层214的胎体222，在胎面和带束层结构之间的垫底层219，两个胎侧215、217，和包括胎圈填料三角胶芯226a、226b和胎圈228a、228b的两个胎圈区域224a、224b。示例轮胎210例如适用于安装在乘用车的轮辋上。胎体帘布层214包括一对轴向相对的端部部分230a、230b，每个端部部分固定到胎圈228a、228b的相应一个。胎体帘布层214的每个轴向端部部分230a或230b向上翻且围绕各胎圈228a、228b到足以锚定每个轴向端部部分230a、230b的位置，如在图28中详细可见。

胎体帘布层214和/或垫底层219可以是具有多个大体上平行的胎体加强构件的常规的橡胶化的帘布层，所述胎体加强构件由例如聚酯、人造丝或类似的合适的有机聚合物的材料制成。胎体帘布层214可接合两个胎圈芯包布232a、232b和两个胎跟加强层234a、234b的轴向外表面。

如果示例轮胎210利用上述方法和设备100制成，那么胎体帘布层214和垫底层219将可能包括单纱浸渍（Single End Dipped，SED）帘线。为了生产效率，SED帘线将是大直径帘线。根据本发明，使用由对于经线和纬线具有不同应力-应变特征的长丝纱线制成的方形机织物将改善生产成本和时间。织物可以构造具有Leno（纱罗）（标准或2T）纺织技术。下列材料可以用于经线和/或纬线：PEN、PET、PK、PBO、PVA、人造丝、尼龙6和6，6，芳族聚酰胺、碳纤维和玻璃纤维。经纱可以具有与纬纱不同的模量。而且，在同一织物内的经纱也可以改变，例如芳族聚酰胺经纱与尼龙纬纱组合。使用这样的织物用于整个胎体帘布层214和整个垫底层219，与使用上述单纱浸渍帘线用于胎体帘布层和垫底层相比，可以缩短缠绕过程。织物可以被浸渍、粘化并机织至规定宽度（也就是，被预制）。有利地，织物不需要被压延（不再需要挤压机或齿轮泵），并可以直接施加在轮胎成型机上，如上所述。

根据本发明，示例胎体帘布层214和/或垫底层219可用机织的或针织的加强结构141加强。机织的加强结构141可包括胎体帘布层214的平行的胎体加强构件（纬线）312、512和另外的支撑构件（经线）311、511用于在轮胎成型过程中支撑帘线。加强的帘布层214和/或垫底层219的机织或针织织物可通过在帘布层配置机构70上将一系列条彼此相邻地放置而构成。

用于胎体帘布层214和/或垫底层219的一个示例机织加强结构141可限定一层LENO（纱罗）组织织物。如图28和29的例子中所示，机织加强机构141可包括一层或多层300的LENO织物310，该LENO织物310具有大体沿充气轮胎10的圆周方向延伸的经线对311和大体沿充气轮胎的径向方向延伸的纬线312。每个经线对311可具有在填充纬线312之间绕彼此相互捻绕的经线311a和311b。

如图28和30的例子中替代地示出的，用于胎体帘布层214和/或垫底层219的另一个示例机织加强结构141可限定具有一层或多层500的LENO 2T织物510的机织加强机构141，该LENO 2T织物510具有大体沿充气轮胎10的圆周方向延伸的经线对511和大体沿充气轮胎的径向方向延伸的纬线512。每个经线511可具有在填充纬线512的一侧上延伸且垂直于填充纬线512的第一组绞捻对的填料经线511a，和大致平行于填料经线511a延伸且位于填料经线511a下方且交替地位于纬线512上方/下方的第二组经线511b。

由图28和29可见，经线对311沿LENO织物310周向地延伸。经线311a和311b提供了轮胎成型过程中保持正确间隔和相对定向，如上所述。经线311、511可以是由合适材料形成的短纤维纱、复丝和/或单丝纱。

如上所述，用于经线311、511的合适材料的例子包括聚酰胺，芳族聚酰胺（包括meta和para形式），聚酯，聚醋酸乙烯酯，尼龙（包括尼龙6，尼龙6,6，和尼龙4,6），聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN），人造丝，聚酮，碳纤维，PBO和玻璃纤维。

纬线312、512可以是由合适材料形成的复丝和/或单丝纱。用于纬线312、512的合适的材料的例子包括聚酰胺，芳族聚酰胺（包括meta和para形式），聚酯，聚醋酸乙烯酯，尼龙（包括尼龙6，尼龙6,6，和尼龙4,6），聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN），棉，人造丝，聚酮，碳纤维，PBO和玻璃纤维。

经线和/或纬线311、312、511、512也可是混合纱线。混合纱线可以是由至少两个不同材料（例如，芳族聚酰胺和尼龙）的纤维构成的多重纱线。这些不同的纤维材料可产生带有不同化学和物理特性的混合纱线。混合纱线能够改变它们所用于的最终产品的物理特性。示例的混合纱线可以是带有尼龙纤维的芳族聚酰胺纤维，带有人造丝纤维的芳族聚酰胺纤维，和带有聚酯纤维的芳族聚酰胺纤维。

如在本文使用，纱线的机械回弹性是纱线纵向位移而无材料的弹性变形的能力。机械回弹性允许LENO织物310、510具有较小的弹性伸长量以用于与示例轮胎10的相容性，但在胎体帘布层214或垫底层219中使用更强的纱线。

机织加强结构141是开放构造织物，这允许轮胎10内橡胶的渗透以用于更好的结合构造。用于机织加强结构141的织物的开放程度可由经线311或511的间距和特征确定。纬线312通常按需要的间隔开以保持经线311或511的位置，为胎体帘布层214或垫底层219提供合适强度。

机织加强结构141可以用增粘剂处理。增粘剂的例子包括间苯二酚甲醛胶乳（RFL），异氰酸酯基材料，环氧基材料，和基于三聚氰胺甲醛树脂的材料。机织加强结构141也可具有粘化整理或初步粘合，其被应用于在生轮胎的制造过程期间促进粘合。用于粘化整理的材料的选择可取决于选择用于在轮胎10中使用的材料。粘化整理可通过多种方法实现，例如将织物在松香和橡胶网格的水混合物中进行涂层，或使用未硫化橡胶混合物的溶剂溶液进行涂层。

此外，机织或针织的加强结构141可包括多个层（例如两个、三个或更多层）的LENO织物310、510，以向胎体和/或垫底层提供额外的强度。当大于一层的LENO带310、510用于胎体帘布层214或垫底层219时，未硫化的橡胶层可位于多层LENO带之间以保证有效的结合。

机织加强结构141的形成可开始于获得用于织物的原纱。随后，纱线可被加捻以提供另外的机械回弹性。在加捻之后，经线311、511可放置在大织轴上以用于形成机织加强结构141。机织加强结构141可通过带有合适间距的经线对311、511的LENO纺织来形成。在机织加强结构141形成之后，该结构可使用增粘剂整理，例如RFL处理。如果希望进行粘化整理，则这在增粘剂整理之后提供。最终的层可切分为特定的宽度。

根据本发明的机织的加强结构141可降低轮胎成型过程的成本和复杂性，而没有减少滚动阻力、高度能力和操纵特性。因此，机织加强结构141可由于振动衰减（即，由经线311或511提供的周向加强）而降低噪声。

用于机织加强结构141的一个示例构造可包括1220/1 Dtex 14 EPI（每英寸经纱数）的人造丝经线和2200/2 Dtex 26 EPI的聚酯纬线。一般地，经线对311、511可具有10 EPI至18 EPI的密度，且纬线312、512可具有5 EPI至35 EPI的密度。

方形机织织物的机织的加强结构141可由对于经线和纬线具有不同应力－应变特征的长丝纱线制成。织物300、500可使用Leno（标准或2T）纺织技术生产或是针织的。经线311、511可具有与纬线312、512不同的或相同的模量。

织物310、510可用作胎体加强和或垫底层加强。织物310、510可浸渍、粘性化且机织/针织为特定的帘布层宽度。织物300、500不要求压延处理且因此可在轮胎成型机上直接施加，如上所述。

此外，在应用于生轮胎前，现在不需要压延织物310、510或切分材料。以特定宽度生产的织物条带卷可提供到轮胎工厂且直接应用在轮胎成型机上。

经线可提供周向加强，而常规的胎体仅提供径向加强。机织或针织的加强结构141为胎体组件提供了另外的周向刚度，因此降低了滚动阻力。

如上所述，带有根据本发明的加强结构141的胎体帘布层214或垫底层219产生了极好的且成本低、更有效制造的充气轮胎10。因此该胎体帘布层214和/或垫底层可提高轮胎生产，虽然充气轮胎的结构和行为的复杂性使得未提出完整的和满意的理论。Temple, Mechanics of Pneumatic Tires (2005)。虽然在充气轮胎力学中容易地了解经典复合材料理论的基础原理，但由充气轮胎的许多结构部件引入的另外的复杂性容易地使得预测轮胎性能的问题复杂化。Mayni, Composite Effects on Tire Mechanics (2005)。另外，因为聚合物和橡胶的非线性的时间、频率和温度行为，充气轮胎的分析设计是目前工业中最具挑战性的和未得到正确评价的工程挑战之一。Mayni。

充气轮胎具有特定的基本结构元件。美国交通运输部，Mechanics of Pneumatic Tires，207-208页 (1981)。重要的结构元件是胎体帘布层和垫底层，其典型地由许多柔性的高模量帘线嵌入到且结合到通常为天然或合成橡胶的低模量聚合物材料的基料中制成，所述帘线可为天然纺织品、合成聚合物、玻璃纤维、或细硬拉制钢。同上，207 至 208页处。

柔性的高模量帘线通常布置为单层。同上，208页处。整个行业内的轮胎制造商不能同意或预测胎体帘布层帘线或垫底层帘线的不同捻绞对于充气轮胎中的噪声特征、操控性、耐久性、舒适性等的影响。Mechanics of Pneumatic Tires，80至85页。

这些复杂性通过轮胎性能和轮胎部件之间的相互关系的下表展示。

内衬

胎体帘布层&垫底层

三角胶芯

带束层

覆层

胎面

模具

胎面磨损

X

X

X

噪声

X

X

X

X

X

X

操控性

X

X

X

X

X

X

牵引

X

X

耐久性

X

X

X

X

X

X

X

滚动阻力

X

X

X

X

X

乘坐舒适性

X

X

X

X

高速

X

X

X

X

X

X

气密性

X

质量

X

X

X

X

X

X

X

如从表中可见，胎体帘布层和垫底层帘线特征影响充气轮胎的其他部件（即，胎体帘布层/垫底层影响三角胶芯、带束层、覆层等），从而导致许多部件相互关联且相互影响，以致影响了一组功能特性（噪声、操控性、耐久性、舒适性、高速和质量），从而导致完全不可预测的和复杂的复合物。因此，改变甚至一个部件可导致多达以上十个功能特征的直接改进或劣化，以及改变该一个部件和多达六个其它结构部件之间的相互作用。这六个相互作用的每个因此可能间接地改进或劣化这十个功能特征。这些功能特征的每个是否改进、劣化或未受影响，且受影响的量，在没有由发明人进行的试验和测试的情况下无疑是不可预测的。

因此，例如当为了改进充气轮胎的一个功能特性而修改了充气轮胎的胎体帘布层或垫底层帘线的结构（即，加捻、帘线构造等）时，多个其他功能特性可能不可接受地劣化。此外，胎体帘布层/垫底层帘线与三角胶芯、带束层、胎体和胎面之间的相互作用也可能不可接受地影响充气轮胎的功能特性。由于这些复杂的相互关系，胎体帘布层或垫底层帘线的修改可能甚至不能改进所述一个功能特性。

因此，如上所述，多个部件之间的相互关系的复杂性使得根据本发明的胎体帘布层或垫底层的修改的实际结果不可能从无限的可能的结果中被预测或预见。仅通过大量实验才表明本发明的胎体帘布层214、垫底层219和机织的加强结构141是作为轮胎胎体的极好的、出乎意外的并且不可预测的选择。

可以根据在此所提供的描述对本发明做出各种变化。尽管为说明本发明的目的示出了某些代表性实施例和细节，但是本领域的技术人员应当清楚，在不脱离本发明范围的情况下，可在其中作出各种变化和变型。因此，应理解的是，可在所描述的特定实施例中作出变化，所述变化将在如所附权利要求所限定的本发明的全部想要的范围内。

虽然本发明已经通过各种示例性实施例的描述被说明，且这些实施例相当详细地被描述，但是申请人并不意图限定或以任何方式限制所附权利要求的范围至这样的细节。另外的优点和修改对于本领域熟练技术人员将是显而易见的。本发明的各种特征可以单独使用或者以许多组合来使用，取决于使用者的需求和偏好。这就是如当前所了解的本发明的描述连同实践本发明的优选方法。然而，发明本身应当仅由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种具有旋转轴线的充气轮胎，其特征在于，充气轮胎包括：

放置在环形表面上的预定位置中的加强帘布层；

布置在加强帘布层径向外侧的胎面；和

径向布置在加强帘布层和胎面之间的带束层结构，所述加强帘布层包括至少一层开放构造的机织或针织织物，所述机织或针织织物具有在圆周方向上延伸的经线和在径向方向上延伸的纬线，

所述机织或针织织物具有5 EPI至18 EPI经线结构和5 EPI至35 EPI纬线结构，经线是1220/1 Dtex人造丝，且纬线是2200 /2 Dtex聚酯。

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，经线具有14 EPI的密度，且纬线具有26 EPI的密度。

3.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，织物具有LENO 2T构造，该LENO 2T构造带有5 EPI至18 EPI经线结构和5 EPI至35 EPI纬线结构。

4.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，该织物具有针织构造。

5.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，充气轮胎是高性能轮胎。

6.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，机织织物进一步包括布置在其上的增粘剂。

7.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，加强帘布层具有两层或更多层机织或针织织物。

8.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，经线包括至少两种不同纤维材料的纤维。