CN108136848B - 胎面具有增强区段和自支撑通道的轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种轮胎(1)，其胎面(5)包括第一区段(51)和第二区段(52)，所述第二区段基本上由刚性增强配混物组成，胎面(5)还包括由所述接触面中的一个制成的多个凹槽(6)，所述接触面旨在当轮胎行驶时与道路接触，每个凹槽具有凹槽侧壁和凹槽底部，每个凹槽具有在底部与所述接触面之间在径向方向上测得的深度(p)，其中，在第二区段中的至少一个中，第二区段的接触面具有深度(p)小于2mm的通道(7)。

Description

胎面具有增强区段和自支撑通道的轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎，并且更特别地涉及其抓地力性能得以改进的轮胎。
通常，轮胎是围绕旋转轴线呈现出旋转对称性的物体。轮胎包括两个旨在安装到轮辋上的胎圈；它还包括两个连接至胎圈的胎侧、以及含旨在与地面接触的胎面的胎冠，所述胎冠具有与两个胎侧之一的径向外端连接的第一侧并且具有与两个胎侧中的另一个的径向外端连接的第二侧。
通常通过其在子午平面中所示的构成构件来描述轮胎的组成，这意思是说平面包含轮胎的旋转轴线。径向、轴向和周向方向分别表示垂直于轮胎旋转轴线、平行于轮胎旋转轴线和垂直于任何子午平面的方向。在下文中，表述“沿径向”、“沿轴向”和“沿周向”分别意指轮胎中“在径向方向”、“在轴向方向”和“在周向方向”。表述“沿径向位于内部或沿径向位于外部”意指“在径向方向更接近轮胎的旋转轴线或更远离轮胎的旋转轴线”。子午平面是垂直于轮胎旋转轴线的平面，其以如下方式沿轴向设置：与胎圈之间基本中间的胎面表面相交。表述“沿轴向位于内部或沿轴向位于外部”意指“在轴向方向更接近轮胎的子午平面或更远离轮胎的子午平面”。
背景技术
如已知的那样，轮胎的胎面设置有胎面花纹，所述胎面花纹通过各种主要的(纵向或周向的)轴向或倾斜的凹槽而显著地包括胎面花纹块，这些基本块也能够具有各种更细的狭缝或沟槽。凹槽形成通道，所述通道旨在在行驶于湿地面上时排水；这些凹槽的壁也限定了胎面花纹块的边缘；取决于行驶轮胎所经受的力的取向，当力朝向块的中心取向时涉及的是胎面花纹块的前缘，胎面花纹块的后缘是相反的边缘。
为了改进轮胎的抓地力，并且更特别地对于在干地面和湿地面上的抓地力而言，众所周知的是降低形成胎面的橡胶配混物的刚度或硬度。这种胎面刚度的降低使得胎面更好地匹配行驶表面的粗糙表面，由此与行驶表面的实际接触区域得以增加并且抓地力性能相对于其橡胶配混物更硬的胎面而言得以改进。
然而，使用刚度较小的胎面橡胶配混物使胎面花纹凹槽易于变形，这可降低它们的排水能力。
为了通过使胎面花纹块稳定来改进轮胎的排水性能，文献EP 1 708 896 B1提出了一种轮胎，其凹槽用比主要形成胎面的橡胶配混物更硬的橡胶配混物镶边。然而，在刚性配混物相对于本身旨在促进抓地力的相对柔性的橡胶配混物而言成比例稀疏地存在时，可观察到，即使在轮胎的接触区域中刚性配混物的比例适中，在制动条件下或在高轴向加速度下，仍然可注意到抓地力显著变差，所述刚性配混物的比例结束了具有固有高抓地力的橡胶配混物的使用。在文献WO 2005/030503中提出了另一个比较例，根据该文献其将使得能够获得随着轮胎的磨损而稳定的侧偏刚度。在文献JP H 0834205或文献GB 357419中提出了另一个比较例。
发明内容
本发明的一个主题为轮胎，所述轮胎包括：
-两个胎圈和两个连接至胎圈的胎侧；
-胎冠，所述胎冠具有与两个胎侧之一的径向外端连接的第一侧并且具有与两个胎侧中的另一个的径向外端连接的第二侧，所述胎冠包括沿径向位于外部的胎面，所述胎面包括：
■至少一个第一区段，其在胎面的总宽度的一部分上沿轴向延伸，在轮胎的整个圆周上沿周向延伸，并沿径向延伸至旨在在轮胎行驶时与道路接触的第一区段接触面，所述第一区段基本上由基础材料组成；
■至少一个第二区段，其在胎面的总宽度的一部分上沿轴向延伸，在轮胎的整个圆周上沿周向延伸，并沿径向延伸至旨在在轮胎行驶时与道路接触的第二区段接触面，所述第二区段基本上由增强材料组成，所述增强材料的动力学剪切模量G*是基础材料的动力学剪切模量G*的至少两倍；
■多个凹槽，其是起始于旨在在轮胎行驶时与道路接触的所述接触面中的一个而形成的，每个凹槽具有凹槽侧壁和凹槽底部，每个凹槽具有在底部与所述接触面之间沿着径向方向测得的深度P；
其特征在于，在第二区段上或至少在第二区段的一个上，第二区段接触面包括深度p小于2mm的凹部。
因此，用以具有高抓地力的相对柔性的橡胶配混物(该配混物非常主要地在轮胎的轴向宽度上设置于第一区段中)的使用能够通过将刚性增强配混物嵌入一个或多个第二区段中来调和。特别地，在基础材料和刚性增强材料的相同高度处，承受的负荷以及由此在胎面与地面之间的压力取决于这两种材料的压缩刚度。如果增强材料比胎面的基础材料硬9倍，则在增强材料下的变形时的局部压力比胎面其余部分上的压力大9倍。于是将抓地力的程度与每种材料的抓地力和施加至每种材料的压力相关联，所述每种材料的抓地力通过其接触的表面分数来加权。因此，发明人已经观察到，刚性增强材料越硬(更不用说其在表面存在越多)，轮胎的新抓地力就越不利，这成比例地大于其在胎面的接触区域存在的比例。而且，加重因素在于，当使用不同刚度的材料时，轮胎硫化之后的热收缩不同，这导致刚性增强材料相对于基础材料在轮胎表面处突出来。
根据本发明的一个方面，形成架状物(亦即非常浅的凹槽)的凹部使得能够获得所谓的“牺牲肋部”。就以下意义而言该肋部是牺牲性的：根据设计，其将在正常使用时在道路表面滑动，这将通过在该位置处轮胎的永久磨损来保持所述架状物。对于有关牺牲肋部”构造性设置的其它信息，读者可以参考专利US 4,480,671，其示出了出于完全不同的目的而提出的这种牺牲肋部[参见侧肋8]。本领域技术人员知道，在第一区段的滚动半径与垂直于第二区段的凹部的滚动半径之间的差异可以在正常使用时的轮胎磨损期间自支撑。
附图说明
现在将借助于附图来描述本发明的主题，在所述附图中：
-图1高度示意性地表示(未忠实于特定比例)根据本发明的一个实施方案的穿过轮胎的子午截面；
-图2至图5描绘出根据本发明的各种实施方案的轮胎胎面的局部子午截面。
具体实施方式
图1示出包括两个胎侧3的轮胎1，每个胎侧3连接至胎圈4。该轮胎包括胎冠2；胎冠2在每侧连接至两个胎侧中的每一个的径向外端。胎冠2包括胎面5。图1示出赤道平面EP，该平面垂直于轮胎的旋转轴线，位于两个胎圈4(安装在轮辋上)之间的中间并穿过带束层增强件的中部；图1还通过位于胎面5正上方的箭头来示出在赤道平面EP上的轴向X、周向C和径向Z方向。
每个胎圈具有胎圈线40。胎体帘布层41围绕每个胎圈线40缠绕。胎体帘布层41是径向的并且以本身已知的方式由帘线制成；在该实施中，为织物帘线；这些帘线基本上彼此平行设置并且以如下方式从一个胎圈延伸至另一个胎圈：它们与赤道平面EP形成在80°和90°之间的角度。
胎面5基本上由多个第一区段51和多个第二区段52组成。每个第一区段在胎面的总宽度的一部分上沿轴向延伸，并且沿径向延伸至旨在在轮胎行驶时与道路接触的第二区段接触面。依照沿轴向测得的宽度，全部第一区段在胎面的大部分轴向宽度上延伸。每个第一区段基本上由具有高抓地力类型的基础材料组成。
每个第二区段52在胎面的总宽度的一小部分上沿轴向延伸；它沿径向延伸至第二区段接触面，所述第二区段接触面也旨在在轮胎行驶时与道路接触。可看出，每个第二区段均是楔形的，其基部接近于轮胎的增强结构(该增强结构以本身已知的方式包括例如胎体41和带束层42)，并且其宽度在越来越靠近胎面表面时逐渐减小。每个第二区段基本上由显著比基础材料更为刚性的刚性增强材料组成。
第一区段51和第二区段52形成胎面花纹块。两个轴向相邻的胎面花纹块由凹槽6分开。每个凹槽至少部分地沿周向延伸并且由凹槽侧壁61和62沿轴向界定。每个凹槽6具有在凹槽的底部与胎面中和地面接触的接触面之间沿径向方向测得的深度P。当在子午截面中看时，每个第二区段均是楔形的；在转弯时的快速行驶过程中，每个第二区段通过其在压缩和剪切下的高刚度(与第一区段相比)来对抗胎面花纹块的剪切和倾斜；这由此使得能够保持与行驶表面的很大的接触区域，从而确保更好的抓地力，并且这使得能够限制在凹槽的前缘上的过大压力并由此限制温度上升。优选地，刚性增强材料出现在凹槽6的侧壁61中的至少一个上。
根据本发明，至少一个第二区段(例如在轮胎上施加高轴向加速度的情况下受压最多的那个或那些第二区段，或者在紧急制动的过程中负荷最大的那个第二区段)包括具有相对于胎面花纹深度而言非常浅的径向深度的凹部7；根据本发明的一个有利的实施方案，凹部7具有小于2mm的深度p。这使得能够获得相对接近于材料的磨损动力学的平衡状态的架状物，如轮胎将在整个使用期间所遇到的那样。每个凹部7至少部分地沿周向延伸，由此遵循第二区段的取向。
将提及各种实施方案变体形式。在图2中可看出，凹部7a存在于所有的第二区段上。在图3中可看出，凹部7b仅覆盖第二区段的轴向宽度的一部分，而不是其整个轴向宽度。凹部可以从一个第二区段到下一个第二区段具有不同的深度。在图4中可看出，凹部7c具有相对于轮胎的轴线而言倾斜的轮廓，并且在图5中可看出，凹部7d具有相对于轮胎的轴线而言倾斜的圆形轮廓。凹部可以具有阶梯形轮廓或其它轮廓或各种形状的组合。换言之，可看出，凹部从一个或多个第一区段沿轴向朝向一个或多个第二区段具有渐增的深度p。作为变体形式，凹部可以在第二区段面的轴向宽度的仅一部分上存在。再次作为变体形式，凹部在第二区段的整个轴向宽度上并在第一区段的一小部分上沿轴向延伸。
关于尺寸，浮突的深度p优选为0.1mm至1.5mm，优选0.2mm至0.8mm。
优选地，制成胎面5的材料为在60℃并在10Hz交变应力0.7MPa下动力学剪切模量G*小于1.25MPa的弹性体材料。表述“制成胎面的材料”理解为意指在未用过且水平高度对应于凹槽7的底部70上方的1.6mm(1.6mm为胎面磨损指标的通常高度)时在接触区域与地面之间包含的体积为至少50％的材料。
为了制备制成胎面5的具有0.9MPa动态剪切模量G*的弹性体材料，可以参考例如以下配方：
表1：配方
组分 phr
SBR(a) 100
二氧化硅(b) 110
偶联剂(c) 9
液体增塑剂(d) 20
树脂增塑剂(e) 50
炭黑 5
氧化锌 3
硬脂酸 2
抗氧化剂(f) 2
促进剂(g) 2
DPG 2
硫 1
其中：
(a)具有27％苯乙烯的SBR，1,2-丁二烯：5％；顺式-1,4-丁二烯：15％；反式-1,4-丁二烯：80％；Tg＝-48℃
(b)来自Solvay的“Zeosil1165MP”二氧化硅，BET表面积为160m2/g
(c)来自Evonik的“SI69”TESPT硅烷
(d)来自Shell的“Flexon 630”TDAE
(e)来自Exxon的“Escorez 2173”树脂
(f)来自Solutia的“Santoflex 6PPD”抗氧化剂
(g)来自Solutia的“Santocure CBS”促进剂
表2：组合物在硫化之后的机械性能
性能 值
模量G<sup>*</sup>(MPa) 0.9
Tg(℃)Tanδmax -10
通常，第二区段基本上由刚性增强材料组成。其可以是纤维增强的弹性体配混物，如在专利US 2 710 042 B1或专利申请US 2010/0145948 A1或专利EP 0 320 215 B1中所提出的。其可以是刚性类型的弹性体配混物。优选地，刚性增强材料基于在60℃下并在10Hz交变应力0.7MPa下测得的动力学剪切模量G*大于20MPa的弹性体材料。可以组合上述实施方案。
至于第二区段的形状，它可以是楔形；这是选择用以解释本发明的例子。或者，如在专利EP 1 701 854 B1中所提出的，第二区段可以采取具有基本上恒定的轴向宽度的***件形式，所述***件在凹槽的表面处形成外壳。关于在胎面中的位置，增强配混物可以设置为凹槽的壁或设置在胎面花纹块的厚度中。增强第二区段可以是独立的，或者通过在胎面的全部或部分宽度上由相同增强材料形成的共同基部连接。
举例而言，表3给出了使得能够获得具有高刚度的配混物的配方：
表3
组分 C.1(以phr计)
NR(1) 100
炭黑(2) 70
苯酚-甲醛树脂(3) 12
ZnO(4) 3
硬脂酸(5) 2
6-PPD(6) 2.5
HMT(7) 4
硫 3
CBS(8) 2
(1)天然橡胶；
(2)炭黑N326(根据标准ASTM D-1765命名)；
(3)苯酚-甲醛清漆树脂(来自Perstorp的“Peracit 4536K”)；
(4)氧化锌(工业级-Umicore)；
(5)硬脂(来自Uniquema的“Pristerene 4931”)；
(6)N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对-苯二胺(来自Flexsys的Santoflex 6-PPD)；
(7)环六亚甲基四胺(来自Degussa)；
(8)N-环己基苯并噻唑基次磺酰胺(来自Flexsys的Santocure CBS)。
该组合使得能够获得具有高刚度的配混物。在10Hz的交变剪切应力0.7MPa和60℃下测得的动力学剪切模量G*为30.3MPa。
测试
参考轮胎T以商品名Primacy3,225/45R17公知，被充气至2.4巴。测试是在水深1mm的湿地面上进行的破坏测试。在80和10km/h之间测量制动距离。变体形式V1是具有与对照相同的尺寸和相同的结构但具有以下胎面的轮胎，所述胎面具有动力学剪切模量G*为0.9MPa(在10Hz并在0.7MPa的交变应力下测得)的材料。该变体形式包括具有以下的胎面花纹：五个肋部，它们由四个凹槽(空隙率为20％)以5°的后角分开并且无轴向凹口；楔形第二区段，其由配方如上给出的刚性配混物制成，除了没有凹部外，所述第二区段如图2中所示的那样设置。变体形式V2根据图2，具有深度p为0.2mm的凹部。
观察到制动距离增加了5个点，这是使用刚性增强材料能够获得的显著增加。

Claims (15)

1.轮胎(1)，其具有旋转轴线并且包括：
-两个胎圈(2)和两个连接至胎圈的胎侧(3)；
-胎冠(4)，所述胎冠具有与两个胎侧之一的径向外端连接的第一侧并且具有与两个胎侧中的另一个的径向外端连接的第二侧，所述胎冠包括沿径向位于外部的胎面(5)，所述胎面包括：
o至少一个第一区段(51)，所述至少一个第一区段在胎面的总宽度的一部分上沿轴向延伸，在轮胎的整个圆周上沿周向延伸，并沿径向延伸至旨在当轮胎行驶时与道路接触的第一区段接触面，所述第一区段基本上由基础材料组成；
o至少一个第二区段(52)，所述至少一个第二区段在胎面的总宽度的一部分上沿轴向延伸，在轮胎的整个圆周上沿周向延伸，并沿径向延伸至旨在当轮胎行驶时与道路接触的第二区段接触面，所述第二区段基本上由刚性增强材料组成，所述刚性增强材料的动力学剪切模量G*是基础材料的动力学剪切模量G*的至少两倍；
o多个凹槽(6)，所述多个凹槽起始于旨在当轮胎行驶时与道路接触的所述接触面中的一个而形成，每个凹槽具有凹槽侧壁和凹槽底部，每个凹槽具有在底部与所述接触面之间沿着径向方向测得的深度P；
其特征在于，在第二区段上或至少在第二区段的一个上，第二区段接触面包括深度p小于2mm的凹部(7)。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所有第二区段包括深度p小于2mm的凹部。
3.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述凹部具有在0.1mm和1.5mm之间的深度p。
4.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述凹部具有在0.2mm和0.8mm之间的深度p。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述凹部在一个区段和另一个区段之间具有不同的深度p。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述凹部具有相对于轮胎的旋转轴线而言倾斜的轮廓。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述凹部具有弯曲的轮廓。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述凹部具有阶梯形轮廓。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述凹部从第一区段沿轴向朝向第二区段具有渐增的深度p。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述凹部存在于第二区段的轴向宽度的仅一部分上。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述凹部在第二区段的整个轴向宽度上并在第一区段的一小部分上沿轴向延伸。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，增强材料比胎面的基础材料硬9倍。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述基础材料基于在60℃下并在10Hz交变应力0.7MPa下动力学剪切模量G*小于1.25MPa的弹性体材料。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述刚性增强材料基于在60℃下并在10Hz交变应力0.7MPa下测得的动力学剪切模量G*大于20MPa的弹性体材料。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎，其中，所述刚性增强材料出现在凹槽侧壁的至少一个上。
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