充氣輪胎用的紡織帘子線及其製造方法
2023-04-25 00:28:56
專利名稱：充氣輪胎用的紡織帘子線及其製造方法
背景技術：
本發明一般涉及紡織帘子線，更具體地涉及用於增強帶束、復蓋層、胎圈部分和輪胎胎體的帘子線。本發明還公開一種用於製造此種帘子線的方法和一種包含此種帘子線的輪胎。
當前用於輪胎中的增強帘子線是用一種或幾種紗線製成的，這些紗線由紡織材料纖維如尼龍、聚酯和人造纖維組成，此種增強具有1000至9000旦尼爾的紗線線密度。這些紗線和帘子線分別被加捻約6TPI(每英寸捻數)至約12TPI。此種多絲帘子線可以廉價製造並易於處理。這些帘子線的缺點是它們很軟，韌度低，並在歷史上開發用於優化編壓層輪胎中的胎體的抗疲勞性能。
在輪胎技術中也已知利用聚醯胺單絲如Hyten或聚酯單絲來增強輪胎部件如胎圈包布等。這些單絲帘子線可以具有特別好的韌度，其強度水準在可以比較的加捻帘子線中不能得到。不幸的是，這些帘子線很貴，並可能由於其剛性高而產生輪胎不易製造的問題。其次，它們的用於粘合到橡膠上的表面減小了。
本發明的一個目的是提供一種帘子線，將纖維帘子線的有利的成本性能與單絲帘子線的特別好的韌性、防穿透和抗磨性能結合起來。
另一目的是提供一種紡織帘子線的製造方法，它可以與用於處理多絲帘子線的方法相比較。
又一目的是提供一種具有高的拉伸強度、高的模量、高的尺寸穩定性和抗磨性能而維持足夠的抗疲勞性能的帘子線。
發明概要如附屬的權利要求中所述，本發明提供一種紡織帘子線，一種包括這些帘子線的輪胎和一種適合於製造此種帘子線的方法。
先有技術的紡織多絲輪胎帘子線是在製成帘子線的纖維的熔點以下15至30℃之間的溫度下處理的。根據本發明，該溫度是這樣選定的，以便使這些絲的部分一起熔化而產生硬挺的帘子線，並具有高的壓實，使該帘子線顯示類似一個單絲的某些性能，而其餘性能類似於常規的多絲帘子線。一種用於處理紡織帘子線或紡織品材料卷的標準裝置僅要求少量修改其處理參數，以實施本發明。
附圖簡述現在參照附圖描述本發明的某些優選實施例。如下面所述，這些實施例指向尼龍帘子線的利用，但它們僅作為例示，並可在下面的權利要求書中敘述的本發明範圍內以許多方式修改。
圖1和1a是根據本發明製造的充氣輪胎的可以替代的實施例的截面圖；圖2和2a分別表示包括根據本發明處理的一根紗線的帘子線的80和400倍截面圖；圖3和3a分別表示包括根據本發明處理的兩根紗線的帘子線的80和400倍放大截面圖；圖4和4a分別表示包括根據本發明處理的三根紗線的帘子線的80和400倍放大截面圖；圖5是一種可以用於根據本發明的帘子線製造方法中的設備的示意平面圖；以及圖6是另一種可以用於根據本發明的帘子線製造方法中的設備的示意平面圖。
定義如本說明書及其權利要求書中所用，輪胎的「赤道平面」是垂直於輪胎的轉動軸並通過輪胎胎面中央的平面，術語「軸向」指平行於輪胎轉動軸的方向，而術語「徑向」指沿半徑朝向或離開輪胎轉動軸的方向。「旦尼爾」指一根紗線在具有傳遞給它的捻度之前該紗線每9000米長度的以克數計算的重量。
發明詳述參照圖1，圖中表示一個充氣輪胎10的徑向胎體的一部分，該輪胎有一對基本上不能拉伸的胎圈芯11，它們與延伸在胎圈芯11之間的至少一個徑向胎體層12沿軸向隔開。這些胎體層圍繞每個胎圈芯沿軸向和沿徑向向外摺疊，並利用帘子線增強，這些帘子線基本上互相平行而與輪胎的赤道平面(EP)成70度至90度的角度。
輪胎10的胎冠區14用帶束組件15增強，帶來組件15在輪胎胎面13的內部沿徑向安置。
客車輪胎通常有兩個帶束層，沿徑向最內層的帶束層16的帘子線與硫化輪胎的赤道平面(EP)可以成15度至30度的角度，而沿徑向最外層的帶束層17的帘子線與硫化輪胎的赤道平面(EP)成-15度至-30度的角度；帘子線的優選角度分別為17度至23度和-17度至-23度。輪胎增強層的帘子線可以用任何合適的材料製成，如鋼、粘膠纖維、聚酯、聚醯胺或芳族聚醯胺。
輪胎還可以有一個任選的疊合結構，用於增強和保護徑向最外帶束層17。該疊合結構可以由層18組成，其寬度可與胎面寬度比較。增強該層18的帘子線可以與赤道平面形成0度至30度的角度。另一種方式是，該疊合結構可以由寬5至30mm的條帶組成，該條帶螺旋形地卷繞在徑向外帶束層上。關於此種胎冠增強方式的細節，可在LU85.964中找到。
用本文描述的準單絲來替代用於增強客車輪胎一些部分的任何紡織品帘子線，屬於本發明的範圍之內。
本發明的帘子線的一種優選用途是增強卡車輪胎的徑向外帶束層16d。圖1a中示出這樣一種輪胎10a，它有一對基本上不能拉伸的胎圈芯11a，它們與延伸在胎圈芯之間的至少一個徑向胎體層12a沿軸向隔開。該帶束組件15a基本上是剛性的，通常包括四個同心的帶束層16a、16b、16c、16d。帶束層中的增強部件相對於輪胎的赤道平面通常具有5度至35度的角度。第二和第三帶束16b和16c的增強部件是交叉的，而頂部帶束層16d的增強部件相對於赤道平面可以具有與第三帶束相同的方向。
現在參照圖2，圖中未示出本發明的由一根紗線組成的準單絲帘子線20的80度放大截面圖，該紗線在以3TPI加捻後具有約6000旦尼爾的線密度。這樣一根紗線例如可以通過併合三根1890旦尼爾的紗線來得到。該紗線包括多根尼龍單絲21。這些單絲在靠近帘子線的中心22處是壓實的並可能熔融在一起，而單絲在朝向帘子線的周邊23處保持其單獨性。圖2a表示帘子線20的靠近中心22的部分的400倍放大截面。由於在柔軟狀態下與相鄰的單絲接觸，壓實的各單絲成多邊形。
現在參照圖3，圖中示出本發明的由兩根紗線31、32組成的另一準單絲帘子線30的80倍放大截面圖，該紗線每根具有1890旦尼爾的線密度，並且是在8TPI(每英寸捻數)下加捻的；每根紗線包括多根尼龍單絲36。像圖2中單根紗線的情況一樣，周邊35處的單絲保持其單獨性，而靠近中心34的各單絲被壓實並可能熔融。
該帘子線是通過在與其轉動方向相反的轉動方向上以8TPI加捻紗線而得到的。加捻方向是指當紗線或帘子線保持垂直時其螺線的斜坡方向。如果螺旋的斜坡方向與字母「S」的斜坡方向符合，那麼加捻稱為「S」形或「左旋」型。如果螺線斜坡方向與字母「Z」的斜坡方向符合，那麼加捻稱為「Z」形或「右旋」型。「S」形或「左旋」型加捻方向與「Z」形或「右旋」型方向相反。「紗線加捻」指在紗線併入帘子線之前對紗線加捻，而「帘子線加捻」指當兩根或多根紗線互相形成一個帘子線時對它們一起加捻。
圖3a表示帘子線30的靠近中心34的部分的400倍放大截面。
現在參照圖4，圖中示出本發明的由三根紗線26、27、28組成的另一準單絲帘子線25的80倍放大截面圖，該紗線每根具有1890旦尼爾的線密度並且是在3TPI下加捻的；每根紗線包括多根尼龍單絲36。像圖2或3中單根紗線的情況一樣，周邊38處的單絲保持其單獨性，而靠中心37的各單絲被壓實並可能熔融。
帘子線25是通過在與帘子線的轉動方向相反的轉動方向上以3TPI加捻這三根紗線而得到的。
圖4a表示帘子線25的靠近中心37的部分的400倍放大截面。
圖5表示可以用於實施本發明的設備的示意平面圖。該設備包括一個用於退繞一卷原紗紡織材料40(在該例子中材料為尼龍66)的松卷裝置41、多個導輥42、一個鐵絲網43和後隨的一組拉輥44。紡織材料40從拉輥44進入浸漬裝置45，然後進入乾燥塔46。浸漬裝置46包含一種塗層溶液，它對於尼龍來說可以是RFL(間苯二酚甲醛膠乳)。該溶液例如敘述於專書《充氣輪胎力學》，美國運輸部，美國政府印刷局，1982；pp.92-93。紡織材料在大約60秒鐘內通過乾燥塔移動，並在含熱空氣的受控氣氛中暴露到140±20℃。
帘子線從乾燥塔46進入高溫爐47，其中溫度調整在270±10℃。該溫度必須選擇得足夠高，以使組成單絲(尼龍66)的某些紡織材料在大約250℃開始熔融，但溫度不能高到使紡織材料品質變壞。由於帘子線的熱容量低，因此帘子線的變熱是立即而幾乎均勻的。外加在帘子線上的張力在其中心要比在其周邊的大。各單獨燈絲的表皮被軟化和壓實，並可在熱量和張力的聯合作用下與相鄰單絲一起熔融。取決於爐47中的溫度和紡織材料在高熱區中的停留時間，組成尼龍帘子線的單絲或多或少地熔融，或換句話說，該熔融和壓實的量可以受曝光時間、溫度高低和外加張力的控制。在所示溫度下，直徑為0.60至0.80mm的尼龍66的停留時間在30至120秒之間，最好為60秒。
高溫爐47後面跟隨一組拉輥48、第二浸漬裝置49、第二乾燥裝置50和第二高溫爐51。浸漬裝置49包含RFL溶液。紡織材料在90至120秒內通過乾燥塔50，並在含熱空氣的受控氣氛中暴露到140±20℃的溫度。第二高溫爐51在比第一高溫爐47稍低的溫度下操作，最好在180至245℃之間。該溫度能使膠粘劑與紡織材料反應。高溫爐51後隨一組拉輥52、鋼絲網53和卷繞裝置54。
紡織材料包括經紗帘子線和緯紗帘子線選擇在經紗帘子線的熔點溫度下不會降低品質的緯紗帘子線可能較為有利。在此種情況下這種緯紗帘子線能保持其原來的尺寸性能。
因為紡織材料層40是從松卷裝置41通過鐵絲網43和53、浸漬裝置45和49、乾燥塔46和50以及高溫爐47和51而沿長度方向受到拉動的，所以存在這樣一種危險，就是在方法的某些步驟期間，在經紗帘子紗上會外加一個顯著的張力。該張力必須處於一個特定範圍內，以便產生所要的帘子線壓實而不會傷害帘子線的抗疲勞性能。上述實施本發明用的優選設備包括三個拉輥組44、48和52。小心控制外加在拉輥組上的動力，可以精確地調整不同處理階段期間外加在紡織材料上的張力。
根據圖6中例示的本發明的另一個實施例，紡織材料40直接進入高溫爐47，不通過浸漬裝置45和隨後的乾燥塔46。紡織材料進入浸漬裝置49之前，其芯部分被壓實並可能熔融。在浸漬之後，乾燥裝置50和第二高溫爐51將膠粘劑固定在帘子線上。高溫爐51後面跟隨一組拉輥52、一個鐵絲網53和一個卷繞裝置54。溫度、不同的停留時間、外加在紡織材料上的張力等，與上述相同。
表1列舉用本發明的上述兩實施例中的第一個實施例的方法步驟處理的尼龍帘子線所得到的結果。
該多絲帘子線為1890/3/1旦尼爾尼龍帘子線，它們已經在3TPI下加捻。表1中列舉的歸類為LDS的不同帘子線樣品961等來自於兩家製造廠商；最後一列表示具有同樣旦尼爾值的尼龍單絲帘子線的性能。表中除了列舉爐溫和爐中停留時間外，還列舉在8小時彎曲後和按照本發明處理之前帘子線的拉伸強度疲勞試驗數據。擴散指通過橡膠中埋置的3cm長的帘子線的帘子線截面的氣體擴散。硬挺度分為10級，1級為軟而10級為極硬。
看起來，本發明的準單絲帘子線具有替代單絲的可能性。提高熔融溫度或曝光時間會增加壓緊的和可能熔融的帘子線絲數目，增加硬挺度和減少氣體滲透。但是，當曝光時間過長時拉伸強度降低，而耐疲勞性能劇烈下降。
本發明可以用於僅有五百旦尼爾的帘子線，也可以用於具有超過六千旦尼爾的巨型帘子線。紡織材料可以是尼龍、聚酯、PET、PEN、聚乙烯醇及它們的混合物。還可以使非熔融材料如聚芳基醯胺與熔融材料如聚醯胺或聚酯組合；非熔融和熔融材料最好為構成帘子線的不同紗線。通過常規實驗，該技術的專業人員可以確定合適的溫度和曝光時間來優化帘子線的性能，使其滿足指定用途的要求。
雖然為了例示本發明已經舉出某些代表性的實施例和細節，但該技術的專業人員可以明白，其中可以進行各種變化和修改的並不偏離附屬的權利說明書中敘述的本發明的範圍。
權利要求
1.用於增強充氣輪胎的一部分的紡織材料帘子線；該帘子線包括由單絲組成的至少一根紗線；該帘子線有一個鄰近其外周邊表面的第一部分和一個沿徑向在內的第二部分，其特徵在於，該第二部分由壓實且可熔融在一起的單絲構成，而該第一部分則由分立的單絲組成。
2.如權利要求1所述的帘子線，其特徵在於，在帘子線的截面中，該第二部分的表面為帘子線截面的表面的20％至99％。
3.如權利要求1所述的帘子線，其特徵在於，該帘子線包括1-6根尼龍66紗線，每根具有700至5000旦尼爾值。
4.如權利要求1所述的帘子線，其特徵在於，該帘子線包括2-4根尼龍66紗線，每根具有1000至2500旦尼爾值。
5.一種充氣輪胎，包括至少一個徑向胎體層、一個沿徑向設置在胎體的胎冠區外面的胎面，以及一個在胎面部分和胎體的胎冠區之間的沿周向圍繞胎體的胎冠增強結構，由此，該胎冠增強結構包括一個帶束組件，該帶束組件有至少一個沿徑向最內的第一帶束層和沿徑向最外的帶束層，每個帶束層包括在每個帶束層中互相平行地延伸的增強帘子線，以及其寬度可與胎面相比較的覆蓋層結構，其特徵在於，至少其中一個輪胎部件是利用根據權利要求1的紡織材料製成的帘子線來增強的。
6.權利要求5所述的輪胎，其特徵在於，至少三個帶束層和一覆蓋層結構是由權利要求1的帘子線增強的層構成，所述帘子線與赤道平面成0度至45度的角，其特徵在於，所述帘子線為尼龍66並包括3×1890旦尼爾的紗線，以3TPI加捻，其中，在帘子線的截面中，第二部分的表面為帘子線截面的50％至99％。
7.一種製備複合材料層的方法，包括下列步驟(a)製備一種具有經紗帘子線和緯紗帘子線的原紗紡織纖維材料，所述經紗帘子線具有1.5至12TPI的加捻；(b)從松卷裝置上對一卷原紗紡織材料進行松卷；(c)用至少一種膠粘材料對該紡織材料進行浸漬；(d)對該層進行預乾燥，以獲得一乾燥的塗層的紡織材料層；(e)使紡織材料層通過高溫爐移動，爐中溫度至少等於經紗帘子線中包括的至少一部分紡織材料的熔融溫度；以及(f)將處理過的紡織材料層卷繞在一個卷上。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，該經紗帘子線具有2至5TPI的加捻。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，高溫爐的溫度為紡織層的至少一部分經紗帘子線的熔融溫度以上10℃至50℃，而且高溫爐的溫度是在紡織層的至少一部分經紗帘子線的熔融溫度以上10℃至30℃之間。
10.如權利要求7所述的方法，還包括下列步驟(f)在紡織材料已離開高溫爐後，用至少一種第二膠粘材料浸漬該紡織材料；(g)預乾燥該紡織材料層，以獲得一種乾燥的塗層的紡織材料層；(h)使紡紗材料層通過第二高溫爐移動，該爐中的溫度低於該紡織材料層中包括的任何紡織材料的熔融溫度；以及(i)將處理過的紡織材料層卷繞在一個卷上。
全文摘要
特別的紡織材料帘子線被用於增強充氣輪胎的一部分。該帘子線包括至少一根紗線,並具有一個鄰近其外周邊表面的第一部分和一個鄰近其帘子線的沿徑向在內的第二部分,其中,該第二部分由壓實而可以熔融在一起的單絲組成,該第一部分由分立的單絲組成。此外,公開了一種製造該帘子線的方法和一種包括該帘子線的充氣輪胎。
文檔編號B60C9/20GK1252760SQ98804297
公開日2000年5月10日 申請日期1998年2月20日 優先權日1997年4月18日
發明者R·F·路透 申請人:固特異輪胎和橡膠公司