CN108638757B - 一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎 - Google Patents
一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是一种载重用充气子午线轮胎，尤其涉及一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎。一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，该轮胎的胎体层是一层钢丝帘布层，从钢丝圈的内侧向下然后向外包裹住钢丝圈，在钢丝圈外侧完成反包，在反包区域覆盖设置有钢丝帘布补强层；钢丝帘布补强层由第一钢丝补强层和第二钢丝补强层构成，第一钢丝补强层的钢丝采用无拉伸特性的钢丝，第二钢丝补强层的钢丝采用高拉伸特性的钢丝。本发明能够解决上文所述的钢丝强化层上端点破裂问题以及由于胎体帘布钢丝间距变化导致胎体帘布强度被削弱问题，既有效增强了产品的抗载强度，又提升耐久性。
Description
技术领域
本发明是一种载重用充气子午线轮胎，尤其涉及一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎。
背景技术
近年来，在中国市场上载重用充气子午线轮胎正在快速地实现着无内胎化。中国市场与欧美市场不同，轮胎普遍都是用较高的气压与较高的载荷，这使得大多数经受过欧美市场考验的技术在中国国内却容易出现耐久性不足这个重大的问题。
图1是普通的载重用充气子午线无内胎轮胎的胎圈结构示意图。在此结构中，胎体从钢丝圈内侧反包至钢丝圈外侧，而胎圈部分有两部分钢丝强化层，且该两部分的钢丝强化层使用两种不同拉伸特性的钢丝材料。在胎圈内侧部分(贴近胎体)有一层由钢丝帘布构成的强化层，而在胎体反包位置附近的外侧设计有一层由钢丝帘布构成的强化层，该两种钢丝强化层钢丝按照20°～40°的角度(相对周向来讲)排列。在图1的结构中，高拉伸钢丝强化层的上端点位置高于胎体反包端点位置，为了适应此区域中的应力应变分布状况，此结构中的强化层钢丝通常使用高伸张钢丝。
图2是在较高气压、较高载荷的情况下比较常见的胎体反包区域发生的破裂形态。这类破坏的特征是：通常以胎体反包端点为破裂起点，是此区域经历反复的曲挠变形后生成的剪切力导致的破裂，常出现在轮胎使用的中期。不过随着中国国内的运输形态逐渐从短途运输转变为高速长途运输，轮胎的载荷相对减小，使用强度降低，前文所述的这种破裂形态也逐渐变少。但与此同时，在轮胎使用寿命的末期，以及一次翻新、二次翻新的阶段，同样由于反包区域的剪切力导致的破裂会出现在钢丝强化层上端点的位置上，破裂形状呈伞状，见图3。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，本发明能够解决上文所述的钢丝强化层上端点破裂问题以及由于胎体帘布钢丝间距变化导致胎体帘布强度被削弱问题，既有效增强了产品的抗载强度，又提升耐久性。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，该轮胎的胎体层是一层钢丝帘布层，从钢丝圈的内侧向下然后向外包裹住钢丝圈，在钢丝圈外侧完成反包，在反包区域覆盖设置有钢丝帘布补强层；钢丝帘布补强层由第一钢丝补强层和第二钢丝补强层构成，第一钢丝补强层的钢丝采用无拉伸特性的钢丝，第二钢丝补强层的钢丝采用高拉伸特性的钢丝；第一钢丝补强层位于胎圈内侧，至少覆盖住钢丝圈侧面以及高于第二钢丝补强层的上端点，第一钢丝补强层的上端点与第二钢丝补强层的距离(e)的范围为8mm～15mm；第二钢丝补强层至少覆盖住钢丝圈侧面以及胎体层反包端点，且高度比胎体层反包端点更靠近胎侧胶，胎体层反包端点与上述第二钢丝补强层端点的距离(a)的范围为12mm～20mm；第一钢丝补强层和第二钢丝补强层的下端点相互搭接，其连接处位置位于轮胎的钢丝圈内侧位置，搭接宽度(f)15mm-20mm；第二钢丝补强层的端点覆盖有保护性橡胶，该保护性橡胶与钢丝帘布外覆胶的总厚度(d)与钢丝帘布的钢丝直径(c)之间存在以下关系：d＝(2.5～5)×c；并且该保护性橡胶从钢丝帘布端点向上延伸，厚度渐减，延伸量(b)在8mm～35mm范围内。
作为进一步改进，所述的第一钢丝补强层和第二钢丝补强层的钢丝均由复数根按照一定捻距捻成的钢丝股组成，每一股钢丝由复数根按照一定捻距捻成的细钢丝组成，第一钢丝补强层钢丝材料的断裂拉伸强度在1600N以上，第二钢丝补强层钢丝材料的断裂拉伸率在5％以上。
作为进一步改进，所述的第一钢丝补强层和第二钢丝补强层的钢丝的排列角度的范围可以是20°～45°。
作为进一步改进，所述的第一钢丝补强层钢丝帘布采用无结构性伸张拐点。第二钢丝补强层钢丝帘布的结构性伸张为2.0％～3.0％，优选为2.5％。
作为进一步改进，所述的第一钢丝补强层和第二钢丝补强层的下端点位置不高于胎圈的胎踵(5h)。
作为进一步改进，所述的第一钢丝补强层和第二钢丝补强层的钢丝帘布的钢丝直径在0.8mm～1.40mm范围内。第一钢丝补强层采用7号钢丝，第二钢丝补强层采用4号钢丝。
作为进一步改进，所述的第一钢丝补强层和第二钢丝补强层的钢丝帘布外的覆胶的100％模量在0.38MPa～4.8MPa范围内。
作为进一步改进，所述的第一钢丝补强层的上端点与第二钢丝补强层的距离(e)的范围为10mm～13mm；胎体层反包端点与上述第二钢丝补强层端点的距离(a)的范围为12mm～16mm；延伸量(b)在12mm～28mm范围内。
作为进一步改进，所述的保护性橡胶的100％模量等于或低于钢丝帘布外覆胶的100％模量。
如图3所示，在胎体反包外侧的钢丝强化层上端点出现的伞状破裂主要是受到钢丝强化层延长方向上的伸张应变支配。如图6所示，为了控制胎圈内侧部分胎体帘线的间距出现变化，防止胎体帘布的强度被削弱。在本发明中，通过在胎圈内侧部分和胎体反包外侧处采用两种不同拉伸特性的钢丝帘布强化层。一方面通过控制胎圈内侧胎体帘线间距的变化，防止了胎体帘布的强度被削弱。另一方面，通过改变胎体反包端点处强化层钢丝的伸张特性，使其在低应力下仍然能够实现较大的伸张，使钢丝强化层在受到前文所述伸张应变时能够比较容易地发生追随，从而缓和强化层上端点附近的应变，提高轮胎耐久性。
附图说明
图1为本发明适用的载重用充气子午线轮胎断面示意图。
图2为胎圈损坏示例。
图3为胎圈损坏示例及钢丝强化层上端点附近应变分布概念图，箭头表示应变大小，虚线表示应变区域。
图4为实施案例示意图。
图5为钢丝帘线的伸长率-载荷曲线的图表。
图6为胎圈内侧部分胎体帘布与钢丝强化层的钢丝排布示意图。
符号说明
1、轮胎断面示意图；
2、钢丝圈；
3、胎体层；
4、第二钢丝强化层；
4a、第二钢丝强化层上端点；
4b、第二钢丝强化层下端点；
5、胎圈底部；
5h、胎圈底部胎踵位置；
5t、胎圈底部胎趾位置；
6、包胶；
7、第一钢丝强化层；
7a、第一钢丝强化层上端点；
7b、第一钢丝强化层下端点；
8、胎圈内侧部分胎体帘线间距。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
图4是本发明的载重用充气子午线轮胎的断面示意图。图5是本发明钢丝强化层使用的两种钢丝材料的张力-伸张特性曲线。
图4中，1是胎圈、2是钢丝圈、3是胎体、7是第一钢丝强化层、4第二钢丝强化层。胎体层是由复数根沿轮胎周向按90°排列钢丝帘线组成，从钢丝圈内侧反包至钢丝圈外侧。胎圈内侧有第一钢丝补强层7，强化层的下端点位置不高于胎圈的胎踵(5h)，上端点高于第一钢丝补强层7上端点。胎体反包位置的外侧有第二钢丝补强层4，强化层的下端点位置不高于胎圈的胎踵(5h)，上端点高于胎体反包端点。并且两种钢丝强化层在下端点位置有一定宽度的搭接，搭接位置位于钢丝圈内侧位置，搭接宽度(f)控制在15mm-20mm。
强化层钢丝的张力-伸张特性曲线如图5所示，曲线的拐点由传统的伸张2％推迟至2.5％和3.0％，最理想值是2.5％，以此实现钢丝在受到初期应力作用下能够更多地产生结构性伸张。钢丝的结构性伸张特性取决于每根细钢丝的捻成角度(α)以及各钢丝股的捻成角度(β)，捻成角度合计(α+β)与张力-伸张曲线拐点之间存在以下关系：
α+β＝20°～29° 2％
α+β＝30°～38° 2.5％
α+β＝39°～48° 3.0％以上
使用这种伸张特性的钢丝后，就可以使得钢丝在低应力状态下伸张(应变)高，中高应力状态下伸张(应变)小，呈现出非线性的应力-应变关系，从而让钢丝强化层能够经受住轮胎长时间的使用。
强化层钢丝的排列角度的范围可以是20°～45°。如果选用20°左右的小角度的话，对胎体反包端点区域的强化效果是最好的，但是会助长强化层上端点位置的破裂发生；而选用45°左右的大角度的话，虽然有助于减少强化层上端点的破裂，但同时也会降低对反包位置的强化作用。所以综合两者的优劣，该强化层钢丝的排列角度选择30°。
本发明中的钢丝强化层上端点位置还覆盖有图4所示的截面呈纺锤形的应变缓和橡胶(也称保护性橡胶6)，可以进一步提升轮胎耐久性。此保护性橡胶6形状与图3所示的应力应变大小分布相一致，强化层上端点位置的保护性橡胶6厚度(d)与强化层钢丝直径(c)存在以下关系：d＝(2.5～5)×c。若保护性橡胶6厚度小于钢丝直径的2.5倍，就不能充分发挥缓和应变的作用；而厚度大于直径的5倍的话，缓和应变的效果不再那么明显，而且也会引起生产上的问题。而该保护性橡胶6从强化层上端点延伸到胎侧胶附近的长度(b)也要保证在8mm以上才能充分发挥分散应变的作用。但如果长度(b)超过35mm的话，由于应变分布范围的关系，保护性橡胶6并不能发挥更多的分散应变的作用，而且会引起生产上的问题。
胎体反包端点到第二钢丝补强层4上端点的距离(a)也需要保证在12mm以上，以此使强化层上端点能够避开作用在反包端点上的剪切力。但如果距离(a)超过20mm以上的话，会增加强化层本身由于曲挠变形生成的应变，导致强化层破裂。第一钢丝补强层7上端点到第二钢丝补强层4上端点的距离(e)需要保证在8mm以上，以此来控制胎圈部位胎体帘布间距的变化，但如果距离(e)超过15mm以上的话，也会增加强化层本身由于曲挠变形生成的应变，导致强化层破裂。
图6是普通的载重用充气子午线无内胎轮胎的胎圈内侧部分胎体帘线排布结构示意图，通常情况下，胎圈内侧部分使用这种高伸张钢丝，但是并不可以有效的控制胎体帘线间距的变化，反而削弱了胎体帘布的强度。因此，为了有效控制胎圈内侧部分胎体帘线间距的变化，此结构中的钢丝强化层使用无结构性伸张钢丝。
本实施例的试验对象是13R22.5，具有钢丝带束层、钢丝胎体层结构的载重用充气子午线轮胎。按照以下方案制作几种不同强化层的试验轮胎：
表1a
*去除外层环绕钢丝后的直径
上述轮胎的保护性橡胶6厚度(d)为3.5mm，长度(b)为22mm，胎体反包端点到第二钢丝补强层4上端点的距离(a)为14mm，第一钢丝补强层7上端点与第二钢丝补强层4上端点距离为12mm，两种钢丝强化层下端点搭接宽度(e)为20mm，强化层钢丝的排列角度为30°。按照上述方案制作5种试验轮胎，按照下文的试验方法进行室内机床耐久试验，试验结果见表1b
【室内机床耐久试验】
把试验轮胎安装在22.5×9.75的轮辋上，充入830kPa的气压，在30℃的室内温度下，施加单胎标准负荷3750kg的80％的负荷，以40km/h的速度预跑10小时，预跑完成后施加140％的负荷，以40km/h的速度行驶，直至轮胎损坏。试验速度与试验温度的设定是为了尽量避免轮胎由于胎面的过量生热到导致轮胎损坏，确保能真实反映出胎圈部分的性能水平。
表1b
然后又对不同形状的保护性橡胶6的效果进行了确认，如下表：
表2
**以比较方案1的结果为100转换为指数
从表1b的结果可以看出，第一钢丝补强层7使用无拉伸钢丝强化层控制了胎体帘线的间距，保证了胎体的强度；第二钢丝补强层4使用高拉伸钢丝强化层，钢丝结构性伸张的能力得到增强。两种钢丝强化层同时使用，耐久性优于单一钢丝强化层使用；胎体反包位置的钢丝强化层钢丝的张力-伸张曲线拐点从2％推迟到2.5％和3％后，钢丝结构性伸张的能力得到增强，耐久性表现更好。而表2的试验结果证明，保护性橡胶6厚度(d)和长度(b)只要能够符合强化层端点附近的应变分布情况，就能够大幅地提升耐久性。当然，此处保护性橡胶6需要使用与强化层覆胶同类型的橡胶配方，其100％模量要等于或略低于强化层覆胶，才能充分发挥出分散、吸收应变的效果，所以其100％要控制在0.38～4.8MPa范围内。
该实施案例中，两种钢丝强化层的下端点有一定宽度的搭接，且搭接处位于钢丝圈内侧位置，不超过胎踵位置(5h)，搭接宽度(f)控制在15mm-20mm。
Claims (6)
1.一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，该轮胎的胎体层(3)从钢丝圈(2)的内侧向下然后向外包裹住钢丝圈(2)，在钢丝圈(2)外侧完成反包，在反包区域覆盖设置有钢丝帘布补强层；其特征在于，钢丝帘布补强层由第一钢丝补强层(7)和第二钢丝补强层(4)构成，第一钢丝补强层(7)的钢丝采用无拉伸特性的钢丝，第二钢丝补强层(4)的钢丝采用高拉伸特性的钢丝；第一钢丝补强层(7)位于胎圈内侧，至少覆盖住钢丝圈(2)侧面以及高于第二钢丝补强层(4)的上端点(4a)，第一钢丝补强层(7)的上端点(7a)与第二钢丝补强层(4)的距离(e)的范围为10mm～13mm；第二钢丝补强层(4)至少覆盖住钢丝圈(2)侧面以及胎体层(3)反包端点，且高度比胎体层(3)反包端点更靠近胎侧胶，胎体层(3)反包端点与上述第二钢丝补强层(4)端点的距离(a)的范围为12mm～16mm；第一钢丝补强层(7)和第二钢丝补强层(4)的下端点相互搭接，其连接处位置位于轮胎的钢丝圈(2)内侧位置，搭接宽度(f)的范围为15mm-20mm；第二钢丝补强层(4)的端点覆盖有保护性橡胶(6)，该保护性橡胶(6)与钢丝帘布外覆胶的总厚度(d)与钢丝帘布的钢丝直径(c)之间存在以下关系：d＝(2.5～5)×c；并且该保护性橡胶(6)从钢丝帘布端点向上延伸，厚度渐减，延伸量(b)在12mm～28mm范围内；第一钢丝补强层(7)和第二钢丝补强层(4)的钢丝的排列角度的范围是20°～45°；
第一钢丝补强层(7)和第二钢丝补强层(4)的钢丝均由复数根按照一定捻距捻成的钢丝股组成，每一股钢丝由复数根按照一定捻距捻成的细钢丝组成，第一钢丝补强层(7)钢丝材料的断裂拉伸强度在1600N以上，第二钢丝补强层(4)钢丝材料的断裂拉伸率在5％以上；
第一钢丝补强层(7)钢丝帘布采用无结构性伸张拐点；
第二钢丝补强层(4)钢丝帘布的结构性伸张为2.0％～3.0％。
2.根据权利要求1所述的一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，其特征在于，第一钢丝补强层(7)和第二钢丝补强层(4)的下端点位置不高于胎圈的胎踵(5h)。
3.根据权利要求1所述的一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，其特征在于，第二钢丝补强层(4)钢丝帘布的结构性伸张为2.5％。
4.根据权利要求1所述的一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，其特征在于，第一钢丝补强层(7)和第二钢丝补强层(4)的钢丝帘布的钢丝直径在0.8mm～1.40mm范围内。
5.根据权利要求1所述的一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，其特征在于，第一钢丝补强层(7)和第二钢丝补强层(4)的钢丝帘布外的覆胶的100％模量在0.38MPa～4.8MPa范围内。
6.根据权利要求1所述的一种具有双钢丝补强材料胎圈结构的载重用充气子午线轮胎，其特征在于，保护性橡胶(6)的100％模量等于或低于钢丝帘布外覆胶的100％模量。
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