CN1982088B - 低压安全轮胎 - Google Patents

Abstract

一种低压安全轮胎，其低压安全耐久性得到了改进，它包括具有月牙状横截面积的胎侧壁加强橡胶层(10)，配置在胎侧壁部(3)上的胎体(6)的轴向内侧。所述胎体(6)包含至少一个胎体帘布层(6A)，其胎体帘线由芳族聚酰胺纤维或聚萘二甲酸乙二酯纤维构成，按照与圆周方向呈70～90°角度排列，并被顶层橡胶覆盖。

Description

低压安全轮胎

技术领域

本发明涉及一种低压安全轮胎(runflat tire)，它在缺气压下的耐用性得到改良，更具体说，它能在漏气的情况(因被刺破而导致轮胎释放气压)下行驶较远的距离。

背景技术

低压安全轮胎，就是广为人知的所谓胎侧壁加强型轮胎，其中的横截面为月牙状的胎侧壁加强橡胶层配置在构成轮胎骨架的胎体的轴向内侧(在胎腔里的侧面上)，胎侧壁部由此支承施加于漏气轮胎的负荷，从而使之能在低压安全的状态下行驶，如JP-A-2000-351307所公开的一样。在这种类型的低压安全轮胎里，人造纤维帘线有良好的耐热性，可以用作胎体帘线来确保低压安全模式的轮胎耐久性，这是因为与在充气足的状态下正常行驶过程中的轮胎温度相比，低压安全模式的轮胎温度相对较高。

使用人造纤维帘线可以确保必要的最低耐久性能，但是从对低压安全模式的高速行驶和长距离行驶的要求上，耐久性能仍需要进一步改进。

因此，本发明的一个目的是提供在低压安全模式中耐用性得到改良的低压安全轮胎。

本发明的这个目的和其他目的，将从下文的叙述中明显看出。

发明内容

研究发现，当芳族聚酰胺纤维帘线和/或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纤维帘线用作胎体帘线，由此改进胎体帘线的耐热性时，并且更进一步，当指定这些纤维帘线的加捻结构，同时牺牲了这些纤维帘线的高弹性性能，由此来改进帘线的耐疲劳性时，可以改进低压安全轮胎的低压安全耐久性。

依照本发明，提供一种低压安全轮胎，它包括：胎体、带束层和胎侧壁加强橡胶层，其中，所述胎体从胎面部经胎侧壁部延伸至胎圈部的每个胎芯，此胎体包含至少一个胎体帘布层，其胎体帘线由芳族聚酰胺纤维或聚萘二甲酸乙二酯纤维构成、按照与轮胎圆周方向呈75°～90°排列并被顶层橡胶覆盖；所述带束层配置在胎面部的胎体径向外侧；所述胎侧壁加强橡胶层配置在胎侧壁部的胎体轴向内侧，有一个月牙形状的横截面，从而在中心部有最大厚度，并且从中心部向径向内侧和径向外侧延伸，厚度随之逐渐减小。

胎体帘线优选三股线结构，三股线结构就是第一加捻丝的三束线是最终加捻的，三股线帘线的捻度系数T为0.5～0.7，可用下列公式表示：T＝N×{(0.125×D/2)/ρ}^1/2×10^-3，式中N是每10cm的第一捻度数，D是帘线的总公称分特(细度)，ρ是帘线材料的比重。

此外，胎体帘线的顶层橡胶的复数模量E^*优选7～13MPa。

本发明的低压安全轮胎在低压安全模式中的耐用性得到改良。

术语“标准轮辋”用在这里表示每个轮胎在标准化***中定义的轮辋，比如所指的JATMA中的“标准轮辋”，TRA中的“设计轮辋”，在ETRTO中的“测量轮辋”。此外，假定客车轮胎的“正常内压”为180kPa，那么术语“正常内部压力”用在这里表示每个轮胎在标准化***中定义的气压，比如所指的JATMA中的最大气压，在TRA中表格“在各种冷充气压力下轮胎负荷极限”所列的最大值，以及在ETRTO中的“充气压力”。

另外，术语“复数模量”(或者“复数弹性模量”)用在这里表示，在测量温度为70℃，初始张力为450g，频率为10Hz，动力应变为±0.03％的条件下，用粘弹性分光计测量的数值。

术语“硬度”用在这里表示用硬度计型号A所测的肖氏A硬度。

附图说明

图1是一个用于解释本发明实施方式的低压安全轮胎的截面图。

图2是一个用于解释图1中轮胎放大形式下胎圈部的部分截面图。

图3是一个用于解释图1中轮胎放大形式下胎面部的部分截面图。

图4是一个用于解释胎体帘线的侧视图。

图5是一个表示轮胎外表面轮廓的图。

图6是一个表示从胎面轮廓线(胎面的外表面)上一个点的轮胎赤道面开始的轴向距离和从此点的轮胎赤道点开始的径向距离之间关系的曲线图。

具体实施方式

本发明的实施方式将结合附图加以说明。

图1是一个用于解释本发明的低压安全轮胎在正常内压条件下的子午线截面图。在图1中，本实施方式中的低压安全轮胎1至少包括：胎体6、带束层7和胎侧壁加强橡胶层10。所述胎体6从胎面部2经胎侧壁部3延伸至反向胎圈部4的每个胎芯5；所述带束层7配置在胎面部2的胎体6径向外侧；以及所述胎侧壁加强橡胶层10配置在胎侧壁部3的胎体6轴向内侧。

胎体6至少包括一个胎体帘布层6A(在本实施方式中为单胎体帘布层)，其中胎体帘线按照与轮胎圆周方向呈75°～90°角配置，用顶层橡胶覆盖。胎体帘布层6A包括主体部6a和卷起部6b，所述主体部6a从胎芯5经轮胎的冠部延伸至反向胎芯5；所述卷起部6b与主体部6b是相连的，并从轮胎轴向内侧到轴向外侧在胎芯5周围卷起，由此固定胎体帘布层。

用于加强胎圈部的胎圈三角胶带8配置在每个胎芯5的径向外侧，在胎体帘布层的主体部6a和卷起部6b之间以逐渐变细的方式，从胎芯5开始向径向外侧延伸。胎圈三角胶带8优选由硬质橡胶构成，其用硬度计(型号A)在23℃时测得的肖氏A硬度值在65～95范围内。胎圈三角胶带8的断面高度“ha”(径向距离)，从胎圈基线BL到胎圈三角胶带8的顶点，没有特别加以限定。然而，如果胎圈三角胶带8的高度太小，低压模式的耐久性会变差；如果该高度太大，轮胎的重量可能过度增加，或者乘坐舒适性可能变差。因此，胎圈三角胶带8的高度“ha”优选为轮胎断面高度“SH”的10～60％，更优选为20～40％。

在图1所示的实施方式中，胎体帘布层6A有一个所谓的高卷起结构，其中，卷起部分6b，从胎圈三角胶带8径向外端的那边，向径向外侧延伸，至带束层7的轴向边缘部，延伸方式如图1和图3所示：卷起部6b的外端6be夹在帘布层主体部6a和带束层7之间。通过使用单层胎体帘布层，这种结构可以有效加强胎侧壁部3。而且，由于帘布层卷起部6b的外端6be处于远离胎侧壁部3(胎侧壁部3在低压安全条件下大大弯曲)的位置，因而可以恰当地抑制从外端6be产生的损伤。含有带束层7的卷起部分6b，其重叠部分的轴向宽度EW优选至少5mm，更优选至少10mm；从降低重量的角度考虑，轴向宽度EW优选至多25mm为宜。对于使用多个胎体帘布层构成的胎体6来说，优选至少一个胎体帘布层具有这样高的卷起结构。

胎侧壁加强橡胶层10有一个月牙状的横截面，在其中心部分10a有一个最大厚度，从中心部分开始，分别径向延伸至径向内端10i和径向外端10o，随之厚度逐渐减小。内端10i位于胎圈三角胶带8的径向外端的径向内侧，外端10o位于带束层7的轴向外端7e的轴向内侧。含有胎圈三角胶带8的胎侧壁加强橡胶层10，其重叠部分的径向宽度Wi优选5～50mm；含有带束层7的胎侧壁加强橡胶层10，其重叠部分的轴向宽度Wo优选0～50mm。由此，胎侧壁加强橡胶层10的外端10o和内端10i之间出现的刚度差别得以控制。

胎侧壁加强橡胶层10配置在胎体6中主体部6a的轴向内侧，因此，当胎侧壁部3受弯曲变形作用时，主要是压缩载荷施加于胎侧壁加强橡胶层10，以及拉伸载荷施加于含有帘线材料的胎体帘布层6A。由于橡胶材料抗压缩载荷，帘线材料抗拉伸载荷，因此上面所提到的胎侧壁加强橡胶层10的构型可以有效提高胎侧壁部3的弯曲刚度，从而有效降低低压安全模式中轮胎的垂直弯曲。

胎侧壁加强橡胶层10的肖氏A硬度优选至少60，特别优选65。如果硬度低于60，那么低压安全模式的压缩应变会很大，从而得不到满意的低压安全性能。如果硬度过高，那么轮胎的刚度常数增加过度，从而降低乘坐舒适性。考虑到这些方面，胎侧壁加强橡胶层10的硬度优选至多80，更优选至多75。

胎侧壁加强橡胶层10的最大厚度“t”根据轮胎的尺寸、轮胎的类型等进行恰当选择。对于客车轮胎，最大厚度值“t”通常在5～20mm范围内。

带束层7包含数个带束帘布层(在本实施方式中，为二个带束帘布层7A和7B)，在每个带束帘布层中，带束帘线(如钢丝帘线)以与圆周方向成一个角度，比如10～35°排列，并用顶部橡胶覆盖。带束帘布层是层叠结构的，并且使一个帘布层的带束帘线同另一个带束帘布层的帘线交叉，因此，由于环箍作用提高了带束的刚度，加强了胎面部2。

为了提高高速耐久性，加固带层9中的有机纤维(如尼龙)加固带帘线以与圆周方向呈5°或更小的角度螺旋式缠绕，所述加固带层9可配置在带束层7的径向外侧。

如图1和图2所示，轮辋保护肋11可呈凸起状配置在胎圈部4。如图2所示，轮辋保护肋11是从轮廓基线“j”凸起的肋，覆盖了轮辋的轮缘JF。它具有近似梯形的横截面，该横截面被凸起面(端面)11c、径向内斜面11i和径向外斜面11o所包围，所述凸起面11c的最大凸起在轴向向外方向；所述径向内斜面11i从端面11c平稳地向胎圈部的轴向外表面延伸；和所述径向外斜面11o从端面11c平稳地向临近轮胎最大宽度点M的轮廓基线“j”延伸。径向内斜面11i是一个弧形的凹面，其曲率半径“r”比轮辋的轮缘JF的弧形部分大，并起到在正常行驶条件下保护轮辋的轮缘JF免受石头碰撞的作用。它也起到降低轮胎的垂直弯曲的作用，从而改进了低压安全性能和低压安全耐久性，这是因为径向内斜面11i与轮辋的轮缘JF接触，随之靠在轮辋的轮缘JF的弧形部。

在本发明中，由芳族聚酰胺纤维构成的帘线和/或由聚萘二甲酸乙二酯纤维构成的帘线，被用作胎体帘线来改进低压安全耐久性。

这些胎体帘线有足够的耐热性，但是由于其高弹性，往往在耐疲劳性方面不佳。因此，仅仅使用这些耐热纤维很难充分提高低压安全耐久性。

通过对这些胎体帘线采用通常都不用的高水准的捻度系数，和/或采用三股线结构替代通常采用的两股线结构，改进耐疲劳性，进而与传统人造纤维帘线相比，显著改进低压安全耐久性成为可能。

在本实施方式中，通过使用三股线结构的胎体帘线，低压安全耐久性得到改进。所述三股线结构的捻度系数T的范围为0.5～0.7。

也就是说，如图4所示，胎体帘线20具有三股线结构，即第一加捻丝的三束线21(三股线21)是最终加捻的。对于这样的三股线结构，同传统的两股线结构相比，即使捻度数相同，也可以得到更大的捻度值，从而可以增加帘线的挠曲性来改进耐疲劳性。通过提高捻度系数T，可以在不改变捻度结构的情况下进一步增加捻度值，从而可以进一步增加帘线的挠曲性来进一步改进耐疲劳性。

所谓的平衡加捻(即第一捻度数同最终捻度数是相同的)施于上面所提到的三股线结构。众所周知，捻度系数T可以用下面的公式(1)表示：

T＝N×{(0.125×D/2)/ρ}^1/2×10^-3    (1)

式中N是每10cm帘线的第一捻度数，D是帘线的总公称分特(细度)，ρ是帘线材料的比重。

对于由芳族聚酰胺纤维或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纤维构成的传统帘线来说，那些用作胎体帘线的，有两股线结构和大约0.45或更低的捻度系数T，这样通过利用高弹性可以表现出良好的加强效果。高弹性是芳族聚酰胺或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纤维帘线的一个重要性质。相反，在本发明中不是利用其高弹性，而是利用芳族聚酰胺或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纤维帘线别的性质，即良好的耐热性。也就是说，在冒着失去这些纤维的重要性能-高弹性的同时，通过改变捻度结构和捻度系数T，来增加高水平上的捻度值(相对于传统胎体帘线来说)，可以确保耐疲劳性，而对于在低压安全模式上严重变形的低压安全轮胎来说，耐疲劳性是特别需要的。

如果胎体帘线20的捻度系数T小于0.5，改进耐疲劳性的效果很小，因此不能充分改进低压安全耐久性。如果捻度系数T大于0.7，那么加捻处理会变得困难，因此这是工业生产上是不利的。从低压安全轮胎的耐久性角度考虑，捻度系数T优选0.6或更大。如果捻度系数T在上面所提到的范围内，那么即使用两股线结构的芳族聚酰胺或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纤维帘线，也可以确保必需的低压安全耐久性，但是通过采用三股线结构，可以进一步改进低压安全耐久性。

上面所提到的单帘线总分特D(细度)没有特别限定，但是优选在1600～3500分特范围内。

在如图1所示的实施方式中，同传统胎体顶层橡胶(即复数模量E^*为5.0～13.0MPa)相比，胎体帘布层6A的顶层橡胶使用了较高弹性的橡胶。这可以降低在轮胎变形时发生在胎体帘线的应变，因而通过使用这种高弹性的橡胶，可以实现进一步改进低压安全耐久性的目的。如果胎体顶层橡胶的复数模量E^*低于5.0MPa，那么不能达到以上的效果；如果复数模量E^*高于13.0MPa，那么橡胶会变得太硬，导致橡胶本身很容易断裂。因此，胎体顶层橡胶的复数模量E^*优选大于7.0MPa且小于13.0MPa。传统上用于胎体帘布层的顶层橡胶的复数模量E^*大约为5.7MPa。

在本实施方式中的低压安全轮胎1，有一个如日本专利No.2994989所建议的特殊轮廓的外表面2A。也就是说，装配在标准轮辋上且在正常内压条件下充气的轮胎1的子午截面中，轮胎1的轮廓线(外表面2A)定义如下：

如图5所示，如果“P”为轮胎外表面2A上的一点，“CP”为轮胎赤道面C和外表面2A相交的轮胎的赤道点，那么轮胎外表面2A的曲率半径RC，被设置为从轮胎赤道点CP到点P逐渐减小。上面所说的点“P”距轮胎赤道面C的距离SP大约为轮胎最大截面宽度SW的45％。轮胎的“最大截面宽度SW”表示在轮胎外表面2A的轮廓基线“j”上的最大宽度，而轮廓基线“j”表示轮胎外表面2A的平滑轮廓线，其来自局部凹陷部和凸起部，如显示用来装饰或说明的字母、数字和标志的细纹和凹线；用作保护轮辋以防止轮辋脱落的轮辋保护肋，以及防止断裂的胎侧保护肋。

另外，如果P60、P75、P90、P100分别表示在轮胎外表面2A上的点，其距离赤道面C的距离X60、X75、X90和X100分别为轮胎最大截面宽度SW的半宽(SW/2)的60％、75％、90％和100％，如果Y60、Y75、Y90、Y100分别表示轮胎赤道点CP和轮胎外表面2A上每个点P60、P75、P90、P100之间的径向距离，如果SH表示在正常内压条件下充气的，从胎圈基线BL到轮胎赤道点CP的轮胎截面高度(径向距离)，那么径向距离P60、P75、P90、P100满足下面的公式：

0.05＜Y60/SH≤0.1

0.1＜Y75/SH≤0.2

0.2＜Y90/SH≤0.4

0.4＜Y100/SH≤0.7

满足上面公式的范围RYi如图6所示，其中，RY60＝Y60/SH，RY75＝Y75/SH，RY90＝Y90/SH，RY100＝Y100/SH。

据日本专利No.2994989报道，由于轮廓满足上面公式的胎面非常圆(如图5和图6所示)，因此轮胎的印迹呈纵向上长椭圆形，即与地面接触的宽度小，而与地面接触的长度大，可以改进抗噪音性能和抗水滑性能。如果RY60、RY75、RY90和RY100的值低于上面的范围，那么胎面部2会变得平坦，轮胎外表面2A的轮廓会接近传统轮胎的轮廓。如果RY60、RY75、RY90和RY100的值高于上面的范围，那么胎圈部2有一个明显的凸起轮廓，地面接触宽度会变得太小，因而不能确保正常行驶操作下必要的行驶性能。

由于轮胎的长宽比、轮胎的最大截面宽度、轮胎的最大高度等参数，可以由诸如JATMA和ETRTO的标准大致决定，因此，如果轮胎的尺寸可以预先确定，那么RY60、RY75、RY90和RY100可以很容易计算出来。所以，通过把轮胎外表面2A描绘成从上面所提到的轮胎赤道点CP到点P的平滑曲线，以满足RY60、RY75、RY90和RY100在各自位置上的范围，并逐渐减小曲率半径RC，这样可以达到恰当决定轮胎外表面2A的目的。

上面所提到的轮胎的地面接触宽度CW(即轮胎接触地面时，所形成痕迹的轴向最外部边缘之间的轴向距离)，在正常内压以及正常载荷的80％的载荷条件下，其范围优选为轮胎最大截面宽度SW的50～65％。如果轮胎的地面接触宽度CW小于最大截面宽度SW的50％，那么在正常行驶条件下的抗偏移性能会变差，并且因地面的接触压力不均匀而导致不均匀磨损容易发生。如果轮胎的地面接触宽度CW大于最大截面宽度SW的65％，地面接触宽度太大，难以同时实现良好的抗噪音性能和抗水滑性能。

由于这种特殊的轮廓有胎侧壁部区域短的特点，因此在胎侧壁加强橡胶层10中的橡胶体积可以减小，从而使低压安全轮胎的重量减轻并改进了其乘坐舒适性。另一方面，相对于普通胎面轮廓的轮胎来说，橡胶体积大的胎面部2中的变形量较大。对于这样的轮胎来说，根据本发明，具有良好耐热性的胎体帘线，在低压安全耐久性的改进上显示出很好的效果。

当本发明的优选实施方式结合附图描述时，毫无疑问，本发明并不限定于仅仅这样的实施方式，而是可以做出各种变化和修改。

本发明用下面的实施例进行更详细地叙述和解释。需要理解的是，本发明不限定于这些实施例。

实施例

具有如图1所示的结构的低压安全轮胎(尺寸：245/40R18)，是基于表1所示和下面所述的规格而生产的。轮胎的其它规格同所有其它普通轮胎基本上一样。

胎体：单帘布层，帘线角度90°

带束层：两个帘布层，帘线角度+18°/-18°

胎侧壁加强橡胶层：硬度90

最大厚度0.9mm’

胎面轮廓：相同的轮廓形状在RY60＝0.05～0.1，RY75＝0.1～0.2，RY90＝0.2～0.4，和RY100＝0.4～0.7范围内。

轮胎的低压安全耐久性通过下面所描述的方法测评。结果如表1所示。

<低压安全耐久性>

把轮胎安装在去掉气门芯的轮辋(尺寸为18×8)上，然后轮胎在垂直载荷为5.74kN以及漏气状态下，以90km/h的速度在转鼓试验机的转鼓上行驶。测量了直至轮胎破裂的行驶距离。其结果以对比例1的结果设为100作基准的指数表示。指数值越大，耐久性就越好。

在表1中，帘线材料的比重ρ如下：

人造纤维帘线的比重：1.51

芳族聚酰胺纤维的比重：1.44

聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纤维帘线的比重：1.36

Claims (2)

1.一种低压安全轮胎，它包括胎体、带束层、胎圈三角胶带和胎侧壁加强橡胶层，

其中，所述胎体从胎面部经胎侧壁部延伸至每一胎圈部中的胎芯；

所述带束层配置在胎面部的胎体径向外侧；

所述胎圈三角胶带配置在每一胎圈部中；

所述胎侧壁加强橡胶层配置在每一胎侧壁部的胎体轴向内侧，有一个月牙形状的横截面，在中心部有最大厚度，并且从中心部开始向径向内端和径向外端延伸，厚度随之逐渐减小，并且其径向内端和径向外端分别与所述带束层的轴向外端和所述胎圈三角胶带的径向外端重叠，其中

所述胎体由胎体帘线的单帘布层构成，所述胎体帘线由芳族聚酰胺纤维构成，按照与轮胎圆周方向呈75°～90°排列，并被复数模量E^*为10.3-13MPa的顶层橡胶覆盖，

所述胎体帘线具有第一加捻丝的三束线是最终加捻的三股线结构，且用公式(1)表示的捻度系数T为0.6532至0.7：

T＝N×{(0.125×D/2)/ρ}^1/2×10^-3    (1)

式中N是每10cm帘线的第一捻度数，D是帘线的总公称分特，ρ是帘线材料的比重，其中

第一捻度数与最终捻度数的总捻度数为55-68每10cm帘线。

2.如权利要求1所述的低压安全轮胎，其特征在于，在一个装配在标准轮辋上且以正常内压充气的轮胎的子午截面中，所述轮胎的轮廓为：所述轮胎外表面的曲率半径从轮胎赤道点CP到点P逐渐减小，其中点P表示轮胎外表面上的点，点P距轮胎赤道面C的距离SP为轮胎最大截面宽度SW的45％，所述轮廓满足下面的公式：

0.05＜Y60/SH≤0.1

0.1＜Y75/SH≤0.2

0.2＜Y90/SH≤0.4

0.4＜Y100/SH≤0.7

式中Y60、Y75、Y90和Y100表示轮胎赤道点CP和轮胎外表面上各个点之间的径向距离，所述各个点跟轮胎赤道面C的距离X60、X75、X90和X100分别为轮胎最大截面宽度SW的半宽(SW/2)的60％、75％、90％和100％，SH表示轮胎的截面高度。

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