低壓安全輪胎的製作方法

2023-07-05 01:09:21

專利名稱：低壓安全輪胎的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓安全輪胎(runflat tire)，它在缺氣壓下的耐用性得到改良，更具體說，它能在漏氣的情況(因被刺破而導致輪胎釋放氣壓)下行駛較遠的距離。
背景技術：
低壓安全輪胎，就是廣為人知的所謂胎側壁加強型輪胎，其中的橫截面為月牙狀的胎側壁加強橡膠層配置在構成輪胎骨架的胎體的軸向內側(在胎腔裡的側面上)，胎側壁部由此支承施加於漏氣輪胎的負荷，從而使之能在低壓安全的狀態下行駛，如JP-A-2000-351307所公開的一樣。在這種類型的低壓安全輪胎裡，人造纖維簾線有良好的耐熱性，可以用作胎體簾線來確保低壓安全模式的輪胎耐久性，這是因為與在充氣足的狀態下正常行駛過程中的輪胎溫度相比，低壓安全模式的輪胎溫度相對較高。
使用人造纖維簾線可以確保必要的最低耐久性能，但是從對低壓安全模式的高速行駛和長距離行駛的要求上，耐久性能仍需要進一步改進。
因此，本發明的一個目的是提供在低壓安全模式中耐用性得到改良的低壓安全輪胎。
本發明的這個目的和其他目的，將從下文的敘述中明顯看出。

發明內容
研究發現，當芳族聚醯胺纖維簾線和/或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維簾線用作胎體簾線，由此改進胎體簾線的耐熱性時，並且更進一步，當指定這些纖維簾線的加捻結構，同時犧牲了這些纖維簾線的高彈性性能，由此來改進簾線的耐疲勞性時，可以改進低壓安全輪胎的低壓安全耐久性。
依照本發明，提供一種低壓安全輪胎，它包括胎體、帶束層和胎側壁加強橡膠層，其中，所述胎體從胎面部經胎側壁部延伸至胎圈部的每個胎芯，此胎體包含至少一個胎體帘布層，其胎體簾線由芳族聚醯胺纖維或聚萘二甲酸乙二酯纖維構成、按照與輪胎圓周方向呈75°～90°排列並被頂層橡膠覆蓋；所述帶束層配置在胎面部的胎體徑向外側；所述胎側壁加強橡膠層配置在胎側壁部的胎體軸向內側，有一個月牙形狀的橫截面，從而在中心部有最大厚度，並且從中心部向徑向內側和徑向外側延伸，厚度隨之逐漸減小。
胎體簾線優選三股線結構，三股線結構就是第一加捻絲的三束線是最終加捻的，三股線簾線的捻度係數T為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的第一捻度數，D是簾線的總公稱分特(細度)，ρ是簾線材料的比重。
此外，胎體簾線的頂層橡膠的複數模量E*優選7～13MPa。
本發明的低壓安全輪胎在低壓安全模式中的耐用性得到改良。
術語「標準輪輞」用在這裡表示每個輪胎在標準化系統中定義的輪輞，比如所指的JATMA中的「標準輪輞」，TRA中的「設計輪輞」，在ETRTO中的「測量輪輞」。此外，假定客車輪胎的「正常內壓」為180kPa，那麼術語「正常內部壓力」用在這裡表示每個輪胎在標準化系統中定義的氣壓，比如所指的JATMA中的最大氣壓，在TRA中表格「在各種冷充氣壓力下輪胎負荷極限」所列的最大值，以及在ETRTO中的「充氣壓力」。
另外，術語「複數模量」(或者「複數彈性模量」)用在這裡表示，在測量溫度為70℃，初始張力為450g，頻率為10Hz，動力應變為±0.03％的條件下，用粘彈性分光計測量的數值。
術語「硬度」用在這裡表示用硬度計型號A所測的肖氏A硬度。


圖1是一個用於解釋本發明實施方式的低壓安全輪胎的截面圖。
圖2是一個用於解釋圖1中輪胎放大形式下胎圈部的部分截面圖。
圖3是一個用於解釋圖1中輪胎放大形式下胎面部的部分截面圖。
圖4是一個用於解釋胎體簾線的側視圖。
圖5是一個表示輪胎外表面輪廓的圖。
圖6是一個表示從胎面輪廓線(胎面的外表面)上一個點的輪胎赤道面開始的軸向距離和從此點的輪胎赤道點開始的徑向距離之間關係的曲線圖。
具體實施例方式
本發明的實施方式將結合附圖加以說明。
圖1是一個用於解釋本發明的低壓安全輪胎在正常內壓條件下的子午線截面圖。在圖1中，本實施方式中的低壓安全輪胎1至少包括胎體6、帶束層7和胎側壁加強橡膠層10。所述胎體6從胎面部2經胎側壁部3延伸至反向胎圈部4的每個胎芯5；所述帶束層7配置在胎面部2的胎體6徑向外側；以及所述胎側壁加強橡膠層10配置在胎側壁部3的胎體6軸向內側。
胎體6至少包括一個胎體帘布層6A(在本實施方式中為單胎體帘布層)，其中胎體簾線按照與輪胎圓周方向呈75°～90°角配置，用頂層橡膠覆蓋。胎體帘布層6A包括主體部6a和捲起部6b，所述主體部6a從胎芯5經輪胎的冠部延伸至反向胎芯5；所述捲起部6b與主體部6b是相連的，並從輪胎軸向內側到軸向外側在胎芯5周圍捲起，由此固定胎體帘布層。
用於加強胎圈部的胎圈三角膠帶8配置在每個胎芯5的徑向外側，在胎體帘布層的主體部6a和捲起部6b之間以逐漸變細的方式，從胎芯5開始向徑向外側延伸。胎圈三角膠帶8優選由硬質橡膠構成，其用硬度計(型號A)在23℃時測得的肖氏A硬度值在65～95範圍內。胎圈三角膠帶8的斷面高度「ha」(徑向距離)，從胎圈基線BL到胎圈三角膠帶8的頂點，沒有特別加以限定。然而，如果胎圈三角膠帶8的高度太小，低壓模式的耐久性會變差；如果該高度太大，輪胎的重量可能過度增加，或者乘坐舒適性可能變差。因此，胎圈三角膠帶8的高度「ha」優選為輪胎斷面高度「SH」的10～60％，更優選為20～40％。
在圖1所示的實施方式中，胎體帘布層6A有一個所謂的高捲起結構，其中，捲起部分6b，從胎圈三角膠帶8徑向外端的那邊，向徑向外側延伸，至帶束層7的軸向邊緣部，延伸方式如圖1和圖3所示捲起部6b的外端6be夾在帘布層主體部6a和帶束層7之間。通過使用單層胎體帘布層，這種結構可以有效加強胎側壁部3。而且，由於帘布層捲起部6b的外端6be處於遠離胎側壁部3(胎側壁部3在低壓安全條件下大大彎曲)的位置，因而可以恰當地抑制從外端6be產生的損傷。含有帶束層7的捲起部分6b，其重疊部分的軸向寬度EW優選至少5mm，更優選至少10mm；從降低重量的角度考慮，軸向寬度EW優選至多25mm為宜。對於使用多個胎體帘布層構成的胎體6來說，優選至少一個胎體帘布層具有這樣高的捲起結構。
胎側壁加強橡膠層10有一個月牙狀的橫截面，在其中心部分10a有一個最大厚度，從中心部分開始，分別徑向延伸至徑向內端10i和徑向外端10o，隨之厚度逐漸減小。內端10i位於胎圈三角膠帶8的徑向外端的徑向內側，外端10o位於帶束層7的軸向外端7e的軸向內側。含有胎圈三角膠帶8的胎側壁加強橡膠層10，其重疊部分的徑向寬度Wi優選5～50mm；含有帶束層7的胎側壁加強橡膠層10，其重疊部分的軸向寬度Wo優選0～50mm。由此，胎側壁加強橡膠層10的外端10o和內端10i之間出現的剛度差別得以控制。
胎側壁加強橡膠層10配置在胎體6中主體部6a的軸向內側，因此，當胎側壁部3受彎曲變形作用時，主要是壓縮載荷施加於胎側壁加強橡膠層10，以及拉伸載荷施加於含有簾線材料的胎體帘布層6A。由於橡膠材料抗壓縮載荷，簾線材料抗拉伸載荷，因此上面所提到的胎側壁加強橡膠層10的構型可以有效提高胎側壁部3的彎曲剛度，從而有效降低低壓安全模式中輪胎的垂直彎曲。
胎側壁加強橡膠層10的肖氏A硬度優選至少60，特別優選65。如果硬度低於60，那麼低壓安全模式的壓縮應變會很大，從而得不到滿意的低壓安全性能。如果硬度過高，那麼輪胎的剛度常數增加過度，從而降低乘坐舒適性。考慮到這些方面，胎側壁加強橡膠層10的硬度優選至多80，更優選至多75。
胎側壁加強橡膠層10的最大厚度「t」根據輪胎的尺寸、輪胎的類型等進行恰當選擇。對於客車輪胎，最大厚度值「t」通常在5～20mm範圍內。
帶束層7包含數個帶束帘布層(在本實施方式中，為二個帶束帘布層7A和7B)，在每個帶束帘布層中，帶束簾線(如鋼絲簾線)以與圓周方向成一個角度，比如10～35°排列，並用頂部橡膠覆蓋。帶束帘布層是層疊結構的，並且使一個帘布層的帶束簾線同另一個帶束帘布層的簾線交叉，因此，由於環箍作用提高了帶束的剛度，加強了胎面部2。
為了提高高速耐久性，加固帶層9中的有機纖維(如尼龍)加固帶簾線以與圓周方向呈5°或更小的角度螺旋式纏繞，所述加固帶層9可配置在帶束層7的徑向外側。
如圖1和圖2所示，輪輞保護肋11可呈凸起狀配置在胎圈部4。如圖2所示，輪輞保護肋11是從輪廓基線「j」凸起的肋，覆蓋了輪輞的輪緣JF。它具有近似梯形的橫截面，該橫截面被凸起面(端面)11c、徑向內斜面11i和徑向外斜面11o所包圍，所述凸起面11c的最大凸起在軸向向外方向；所述徑向內斜面11i從端面11c平穩地向胎圈部的軸向外表面延伸；和所述徑向外斜面11o從端面11c平穩地向臨近輪胎最大寬度點M的輪廓基線「j」延伸。徑向內斜面11i是一個弧形的凹面，其曲率半徑「r」比輪輞的輪緣JF的弧形部分大，並起到在正常行駛條件下保護輪輞的輪緣JF免受石頭碰撞的作用。它也起到降低輪胎的垂直彎曲的作用，從而改進了低壓安全性能和低壓安全耐久性，這是因為徑向內斜面11i與輪輞的輪緣JF接觸，隨之靠在輪輞的輪緣JF的弧形部。
在本發明中，由芳族聚醯胺纖維構成的簾線和/或由聚萘二甲酸乙二酯纖維構成的簾線，被用作胎體簾線來改進低壓安全耐久性。
這些胎體簾線有足夠的耐熱性，但是由於其高彈性，往往在耐疲勞性方面不佳。因此，僅僅使用這些耐熱纖維很難充分提高低壓安全耐久性。
通過對這些胎體簾線採用通常都不用的高水準的捻度係數，和/或採用三股線結構替代通常採用的兩股線結構，改進耐疲勞性，進而與傳統人造纖維簾線相比，顯著改進低壓安全耐久性成為可能。
在本實施方式中，通過使用三股線結構的胎體簾線，低壓安全耐久性得到改進。所述三股線結構的捻度係數T的範圍為0.5～0.7。
也就是說，如圖4所示，胎體簾線20具有三股線結構，即第一加捻絲的三束線21(三股線21)是最終加捻的。對於這樣的三股線結構，同傳統的兩股線結構相比，即使捻度數相同，也可以得到更大的捻度值，從而可以增加簾線的撓曲性來改進耐疲勞性。通過提高捻度係數T，可以在不改變捻度結構的情況下進一步增加捻度值，從而可以進一步增加簾線的撓曲性來進一步改進耐疲勞性。
所謂的平衡加捻(即第一捻度數同最終捻度數是相同的)施於上面所提到的三股線結構。眾所周知，捻度係數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簾線的第一捻度數，D是簾線的總公稱分特(細度)，ρ是簾線材料的比重。
對於由芳族聚醯胺纖維或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維構成的傳統簾線來說，那些用作胎體簾線的，有兩股線結構和大約0.45或更低的捻度係數T，這樣通過利用高彈性可以表現出良好的加強效果。高彈性是芳族聚醯胺或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維簾線的一個重要性質。相反，在本發明中不是利用其高彈性，而是利用芳族聚醯胺或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維簾線別的性質，即良好的耐熱性。也就是說，在冒著失去這些纖維的重要性能—高彈性的同時，通過改變捻度結構和捻度係數T，來增加高水平上的捻度值(相對於傳統胎體簾線來說)，可以確保耐疲勞性，而對於在低壓安全模式上嚴重變形的低壓安全輪胎來說，耐疲勞性是特別需要的。
如果胎體簾線20的捻度係數T小於0.5，改進耐疲勞性的效果很小，因此不能充分改進低壓安全耐久性。如果捻度係數T大於0.7，那麼加捻處理會變得困難，因此這是工業生產上是不利的。從低壓安全輪胎的耐久性角度考慮，捻度係數T優選0.6或更大。如果捻度係數T在上面所提到的範圍內，那麼即使用兩股線結構的芳族聚醯胺或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維簾線，也可以確保必需的低壓安全耐久性，但是通過採用三股線結構，可以進一步改進低壓安全耐久性。
上面所提到的單簾線總分特D(細度)沒有特別限定，但是優選在1600～3500分特範圍內。
在如圖1所示的實施方式中，同傳統胎體頂層橡膠(即複數模量E*為5.0～13.0MPa)相比，胎體帘布層6A的頂層橡膠使用了較高彈性的橡膠。這可以降低在輪胎變形時發生在胎體簾線的應變，因而通過使用這種高彈性的橡膠，可以實現進一步改進低壓安全耐久性的目的。如果胎體頂層橡膠的複數模量E*低於5.0MPa，那麼不能達到以上的效果；如果複數模量E*高於13.0MPa，那麼橡膠會變得太硬，導致橡膠本身很容易斷裂。因此，胎體頂層橡膠的複數模量E*優選大於7.0MPa且小於13.0MPa。傳統上用於胎體帘布層的頂層橡膠的複數模量E*大約為5.7MPa。
在本實施方式中的低壓安全輪胎1，有一個如日本專利No.2994989所建議的特殊輪廓的外表面2A。也就是說，裝配在標準輪輞上且在正常內壓條件下充氣的輪胎1的子午截面中，輪胎1的輪廓線(外表面2A)定義如下如圖5所示，如果「P」為輪胎外表面2A上的一點，「CP」為輪胎赤道面C和外表面2A相交的輪胎的赤道點，那麼輪胎外表面2A的曲率半徑RC，被設置為從輪胎赤道點CP到點P逐漸減小。上面所說的點「P」距輪胎赤道面C的距離SP大約為輪胎最大截面寬度SW的45％。輪胎的「最大截面寬度SW」表示在輪胎外表面2A的輪廓基線「j」上的最大寬度，而輪廓基線「j」表示輪胎外表面2A的平滑輪廓線，其來自局部凹陷部和凸起部，如顯示用來裝飾或說明的字母、數字和標誌的細紋和凹線；用作保護輪輞以防止輪輞脫落的輪輞保護肋，以及防止斷裂的胎側保護肋。
另外，如果P60、P75、P90、P100分別表示在輪胎外表面2A上的點，其距離赤道面C的距離X60、X75、X90和X100分別為輪胎最大截面寬度SW的半寬(SW/2)的60％、75％、90％和100％，如果Y60、Y75、Y90、Y100分別表示輪胎赤道點CP和輪胎外表面2A上每個點P60、P75、P90、P100之間的徑向距離，如果SH表示在正常內壓條件下充氣的，從胎圈基線BL到輪胎赤道點CP的輪胎截面高度(徑向距離)，那麼徑向距離P60、P75、P90、P100滿足下面的公式0.05＜Y60/SH≤0.10.1＜Y75/SH≤0.20.2＜Y90/SH≤0.40.4＜Y100/SH≤0.7滿足上面公式的範圍RYi如圖6所示，其中，RY60＝Y60/SH，RY75＝Y75/SH，RY90＝Y90/SH，RY100＝Y100/SH。
據日本專利No.2994989報導，由於輪廓滿足上面公式的胎面非常圓(如圖5和圖6所示)，因此輪胎的印跡呈縱向上長橢圓形，即與地面接觸的寬度小，而與地面接觸的長度大，可以改進抗噪音性能和抗水滑性能。如果RY60、RY75、RY90和RY100的值低於上面的範圍，那麼胎面部2會變得平坦，輪胎外表面2A的輪廓會接近傳統輪胎的輪廓。如果RY60、RY75、RY90和RY100的值高於上面的範圍，那麼胎圈部2有一個明顯的凸起輪廓，地面接觸寬度會變得太小，因而不能確保正常行駛操作下必要的行駛性能。
由於輪胎的長寬比、輪胎的最大截面寬度、輪胎的最大高度等參數，可以由諸如JATMA和ETRTO的標準大致決定，因此，如果輪胎的尺寸可以預先確定，那麼RY60、RY75、RY90和RY100可以很容易計算出來。所以，通過把輪胎外表面2A描繪成從上面所提到的輪胎赤道點CP到點P的平滑曲線，以滿足RY60、RY75、RY90和RY100在各自位置上的範圍，並逐漸減小曲率半徑RC，這樣可以達到恰當決定輪胎外表面2A的目的。
上面所提到的輪胎的地面接觸寬度CW(即輪胎接觸地面時，所形成痕跡的軸向最外部邊緣之間的軸向距離)，在正常內壓以及正常載荷的80％的載荷條件下，其範圍優選為輪胎最大截面寬度SW的50～65％。如果輪胎的地面接觸寬度CW小於最大截面寬度SW的50％，那麼在正常行駛條件下的抗偏移性能會變差，並且因地面的接觸壓力不均勻而導致不均勻磨損容易發生。如果輪胎的地面接觸寬度CW大於最大截面寬度SW的65％，地面接觸寬度太大，難以同時實現良好的抗噪音性能和抗水滑性能。
由於這種特殊的輪廓有胎側壁部區域短的特點，因此在胎側壁加強橡膠層10中的橡膠體積可以減小，從而使低壓安全輪胎的重量減輕並改進了其乘坐舒適性。另一方面，相對於普通胎面輪廓的輪胎來說，橡膠體積大的胎面部2中的變形量較大。對於這樣的輪胎來說，根據本發明，具有良好耐熱性的胎體簾線，在低壓安全耐久性的改進上顯示出很好的效果。
當本發明的優選實施方式結合附圖描述時，毫無疑問，本發明並不限定於僅僅這樣的實施方式，而是可以做出各種變化和修改。
本發明用下面的實施例進行更詳細地敘述和解釋。需要理解的是，本發明不限定於這些實施例。
實施例具有如圖1所示的結構的低壓安全輪胎(尺寸245/40R18)，是基於表1所示和下面所述的規格而生產的。輪胎的其它規格同所有其它普通輪胎基本上一樣。
胎體單帘布層，簾線角度90°帶束層兩個帘布層，簾線角度+18°/-18°
胎側壁加強橡膠層硬度90最大厚度0.9mm』胎面輪廓相同的輪廓形狀在RY60＝0.05～0.1，RY75＝0.1～0.2，RY90＝0.2～0.4，和RY100＝0.4～0.7範圍內。
輪胎的低壓安全耐久性通過下面所描述的方法測評。結果如表1所示。
低壓安全耐久性
把輪胎安裝在去掉氣門芯的輪輞(尺寸為18×8)上，然後輪胎在垂直載荷為5.74kN以及漏氣狀態下，以90km/h的速度在轉鼓試驗機的轉鼓上行駛。測量了直至輪胎破裂的行駛距離。其結果以對比例1的結果設為100作基準的指數表示。指數值越大，耐久性就越好。
在表1中，簾線材料的比重ρ如下人造纖維簾線的比重1.51芳族聚醯胺纖維的比重1.44聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維簾線的比重1.36
表1

----下續---

----下續---

----完---
權利要求
1.一種低壓安全輪胎，它包括胎體、帶束層和胎側壁加強橡膠層，其中，所述胎體從胎面部經胎側壁部延伸至胎圈部的每個胎芯，且包含至少一個胎體帘布層，其中的胎體簾線由芳族聚醯胺纖維或聚萘二甲酸乙二酯纖維構成，按照與輪胎圓周方向呈75°～90°排列，並被頂層橡膠覆蓋；所述帶束層配置在胎面部的胎體徑向外側；所述胎側壁加強橡膠層配置在胎側壁部的胎體軸向內側，有一個月牙形狀的橫截面，在中心部有最大厚度，並且從中心部向徑向內側和徑向外側延伸，厚度隨之逐漸減小。
2.如權利要求1所述的低壓安全輪胎，其特徵在於，所述胎體簾線具有第一加捻絲的三束線是最終加捻的三股線結構。
3.如權利要求1所述的低壓安全輪胎，其特徵在於，用下面的公式(1)表示的所述胎體簾線的捻度係數T為0.5～0.7T＝N×{(0.125×D/2)/ρ}1/2×10-3(1)式中N是每10cm簾線的第一捻度數，D是簾線的總公稱分特，ρ是簾線材料的比重。
4.如權利要求1所述的低壓安全輪胎，其特徵在於，所述胎體簾線具有第一加捻絲的三束線是最終加捻的三股線結構，且用公式(1)表示的捻度係數T為0.5～0.7T＝N×{(0.125×D/2)/ρ}1/2×10-3(1)式中N是每10cm簾線的第一捻度數，D是簾線的總公稱分特，ρ是簾線材料的比重。
5.如權利要求1所述的低壓安全輪胎，其特徵在於，所述胎體簾線具有第一加捻絲的二束線是最終加捻的二股線結構，且用公式(1)表示的捻度係數T為0.5～0.7T＝N×{(0.125×D/2)/ρ}1/2×10-3(1)式中N是每10cm簾線的第一捻度數，D是簾線的總公稱分特，ρ是簾線材料的比重。
6.如權利要求3～5中任一項所述的低壓安全輪胎，其特徵在於，所述胎體簾線的捻度係數T為0.6～0.7。
7.如權利要求1～5中任一項所述的低壓安全輪胎，其特徵在於，所述胎體簾線的頂層橡膠的複數模量E*為7～13MPa。
8.如權利要求1～5中任一項所述的低壓安全輪胎，其特徵在於，在一個裝配在標準輪輞上且以正常內壓充氣的輪胎的子午截面中，所述輪胎的輪廓為所述輪胎外表面的曲率半徑從輪胎赤道點CP到點P逐漸減小，其中點P表示輪胎外表面上的點，點P距輪胎赤道面C的距離SP為輪胎最大截面寬度SW的45％，所述輪廓滿足下面的公式0.05＜Y60/SH≤0.010.1＜Y75/SH≤0.20.2＜Y90/SH≤0.40.4＜Y100/SH≤0.7式中Y60、Y75、Y90和Y100表示輪胎赤道點CP和輪胎外表面上各個點之間的徑向距離，所述各個點跟輪胎赤道面C的距離X60、X75、X90和X100分別為輪胎最大截面寬度SW的半寬(SW/2)的60％、75％、90％和100％，SH表示輪胎的截面高度。
全文摘要
一種低壓安全輪胎，其低壓安全耐久性得到了改進，它包括具有月牙狀橫截面積的胎側壁加強橡膠層(10)，配置在胎側壁部(3)上的胎體(6)的軸向內側。所述胎體(6)包含至少一個胎體帘布層(6A)，其胎體簾線由芳族聚醯胺纖維或聚萘二甲酸乙二酯纖維構成，按照與圓周方向呈70～90°角度排列，並被頂層橡膠覆蓋。
文檔編號D02G3/48GK1982088SQ20061016854
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月13日 優先權日2005年12月13日
發明者宮崎真一 申請人:住友橡膠工業株式會社