CN1388017A - 充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充气轮胎,其包括一个延伸在两胎圈部分之间的胎体帘布层,在两个胎圈部分中,该帘布层绕过胎圈芯而从轮胎内侧反折向外侧,从而形成一对折边部分和位于两折边部分之间的主体部分,在每个胎圈部分中,在折边部分的轴向外侧都设置了一个用钢丝帘线制成的胎圈增强层,其中的每条钢丝帘线都是由聚在一起的钢丝制成的,帘线的形状指数在0.35到0.70之间,该形状指数指该帘线中所有钢丝直径平方值的总和除以L1和L2的乘积所得到的数值,其中,L1是指在垂直于帘线纵向方向的剖面上,在某一方向上测得的最大尺寸,而L2是指在与该方向正交的方向上测量得到的尺寸。

Description

充气轮胎

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎，更具体来讲，其涉及一种适于提高胎圈耐久性的胎圈结构。

背景技术

对于充气轮胎—尤其是重载轮胎，很重要的一个方面是要增强轮胎的胎圈部分，以承受大的轮胎载荷。因而，对于重载子午线轮胎的情况，往往要在胎圈部分处设置一个由钢丝帘线制成的胎圈增强层，对于这种用途的钢丝帘线，迄今为止，广泛采用的是那些分层扭绞类型例如为3+7结构、3+9结构和3+9+15结构的帘线结构。例如，如图8中所示，3+7结构是这样的：帘线是由一个线芯和一个鞘套组成的，其中的线芯是由三条钢丝(a)组成的，而鞘套是由七条缠绕着线芯的钢丝(b)组成的。

但是，对于这种钢丝帘线，在非常恶劣的工作条件下，微观的原始疏松会发展成为帘线与橡胶的分离，从而在轮胎的表面上造成细槽纹或龟裂，由此降低了胎圈的耐久性，其中，上述的微观原始疏松是在橡胶未融渗部分中的钢丝之间出现的。

对于卡车/公共汽车轮胎等重载轮胎，为了满足营销需求，必须要进一步提高胎圈部分的耐久性。

发明内容

因而，本发明目的是设计一种充气轮胎，在该轮胎中，胎圈部分的耐久性得以提高。

根据本发明，设计了一种充气轮胎，其包括：

一个胎面部分，

一对轮胎胎壁部分，

一对内部带有胎圈芯的胎圈部分，

一延展在两胎圈部分之间的胎体帘布层，该胎体帘布层在两胎圈部分处从轮胎内侧绕过胎圈芯而折向其外侧，从而形成一对折边部分以及位于两折边部分之间的主体部分，以及

一由钢丝帘线制成的胎圈增强层，其布置在两胎圈部分中折边部分的轴向外侧，

其中，由钢丝聚合在一起而形成的钢丝帘线的形状指数在0.35到0.70之间，其中的形状指数是指该帘线中所有钢丝直径平方值的总和除以L1和L2的乘积所得到的数值，其中，L1是指在垂直于帘线纵向方向的一剖面上，在某一方向上测得的最大尺寸，而L2是指在与该方向正交的方向上测量得到的尺寸。

附图说明

下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述，在附图中：

图1是对根据本发明的充气轮胎所作的横剖面视图；

图2是一个放大的横剖面视图，表示了用于组成胎圈增强层的钢丝帘线；

图3是一个局部的横剖放大面视图，表示了胎圈增强层所用的钢丝帘线在涂覆胶后形成的条带；

图4是一个放大的横剖面视图，表示了图1所示轮胎的胎圈部分；

图5、6和7中的横剖面视图表示了胎圈部分另外的实施例；以及

图8中的横剖面视图表示了3+7结构的钢丝帘线。

具体实施方式

在附图中，根据本发明的充气轮胎1包括一个胎面部分2；一对轴向间隔开的胎圈部分4，且每个胎圈部分中都设置有一个胎圈芯；一对胎侧壁部分3，它们延伸在胎面边缘和胎圈部分之间；一个在两胎圈部分4之间延伸的胎体6；以及一个带束层7，其布置在位于胎体6径向外侧的胎面部分2中。

图1是对处于未加载的、正常充气状态的轮胎所作的一个经线剖面图，图中的情形下，轮胎1安装在一个标准轮辋J上，并以标准气压充气，但没有加载任何轮胎载荷。在此状态下，测量各个尺寸参数：轮胎截面高H、胎体折边高度h1、胎圈增强层高度h2、h3。

胎体6包括至少一个由浸胶帘线制成的帘布层6A，浸胶帘线相对于轮胎赤道面以90到70度的经角径向布置，帘布层6A经过胎面部分2和胎壁部分3而在两胎圈部分4之间延伸，并在两胎圈部分4中，绕过胎圈芯5而从轮胎的内侧折翻向其外侧，从而形成一对折边部分6b和位于两折边部分6b之间的一个主体部分6a。在该实施例中，胎体6是由一个帘布层6A组成的，该帘布层的钢丝帘线是以90度的经角径向排布的。

折边部分6b的径向外端部6be从胎圈基线BL所测得的高度h1最好是在轮胎截面高度H的10～30％的范围内，最为理想的是在15～25％之间。如果高度h1小于H的10％，则胎圈部分4的抗弯刚性将是不够的。如果高度h1大于30％，则折边部分6b的径向外边缘6be将会延伸到胎壁上会发生大弯曲变形的区域。因而，这也是不理想的。

在主体部分6a和折边部分6b之间，设置了一个由硬橡胶制成的胎圈胶芯8，其从胎圈芯5向外径向延伸，同时在朝向其径向外端的方向上逐渐减薄。

带束层7包括至少两个交叉的缓冲层。该带束层7还可包括一个帘布带环，该帘布带环中帘线相对于轮胎赤道面的角度几乎为零度。在该实施例中，带束层7是由四层缓冲层组成的；径向方向上最里侧的缓冲层7A是由排布角在45到75度之间的平行帘线组成的，径向外侧的缓冲层7B、7C和7D是由排布角在10度到30度之间的平行帘线织成的，上述的排布角均是指相对于轮胎赤道面的角度。对于上述的缓冲层，使用的是钢丝帘线。

两胎圈部分4中都设置有一个增强层9。胎圈增强层9是一条带构成的，如图3所示，该条带是由覆涂胶的钢丝帘线10组成的，这些钢丝帘线10平行排列，并由注覆橡胶TG进行覆盖。图3是沿垂直于钢丝帘线10纵向方向的方向对该条带所作的横剖面视图。

胎圈增强层具有一个主要部件9b，其贴着胎体折边部分6b的轴向外侧布置，其中，该增强层中钢丝帘线10相对于轮胎圆周方向的角度θ在10度到40度之间，且最好是在15度到35度之间。在该实施例中，由于胎体帘线的径向布置角为90度，所以主要部件9b中钢丝帘线与胎体折边部分9b中胎体帘线的交角为(90-θ)—即在80度到50度之间。

如果θ超过40度，则胎圈部分的抗弯刚性趋于过度增大，从而使得乘坐舒适性恶化。如果θ角小于10度，则就很难达到对胎圈部分进行增强的目的。

主要部件9b的径向外端部9o位于胎体帘布层折边部分6b的径向外端6be的径向内侧，且其距离胎圈基线BL的高度h2最好被设定为轮胎截面高H的7％到30％，最好是在9％到28％之间。如果高度h2小于轮胎截面高H的7％，则对于提高胎圈部分4的抗弯刚度几乎没有帮助。如果高度h2大于30％，则主要部件9b的径向外端部9o就会到达胎壁上易发生大弯曲变形的区域，从而就易于在该端部9o处引发胶层分离破坏。因而，这也不是理想的情况。

在胎圈增强层9中，每根钢丝帘线10沿其长度的截面形状都不是恒定一致的。

该钢丝帘线10是由一组(n条)钢丝F组成的，且该帘线的结构必须是通透的，以便于注覆橡胶能容易地渗融到帘线内部。

图2中的横剖面视图表示了该钢丝帘线10一种实施例的结构，该帘线是由十条钢丝F组成的，其作为目前在胎圈增强层中普遍采用“3+7”结构的帘线的替代物。

每条钢丝F的直径被设定为在0.10到0.50毫米之间，最好是在0.15到0.45毫米之间。

每条帘线10中所包含的钢丝数目(n)最好设定在6到12之间。

如果钢丝直径小于0.10毫米，则其强度就会降低，从而钢丝帘线10的断裂强度也会降低。如果直径大于0.50毫米，则帘线的抗弯刚度就会变得过高，使得乘坐舒适性等轮胎指标恶化，且轮胎的制造难度也加大了。

如果钢丝数(n)小于6，钢丝帘线10的断裂强度就不足了。如果钢丝数(n)大于12，则帘线的直径就会变得过粗。

根据本发明，每根钢丝帘线10形状指数S的范围是在0.35到0.70之间，且最好是在0.40到0.65的区间内。

帘线形状指数是指该帘线所有钢丝直径平方值的总和除以L1和L2乘积所得的数值，其中的L1和L2分别是指在垂直于帘线纵长方向的横截面上、在某一方向上测得的最大尺寸以及在该方向的正交方向上测得的尺寸。

如果所有的钢丝都具有相同的直径(d)，则形状指数S由如下的公式来确定：

S＝(d²×n)/(L1×L2)

如果钢丝F的直径具有几个不同的数值di(i＝1到j)，则可由如下的公式来确定形状指数S：

S＝∑(di²×ni)/(L1×L2)

其中，j代表有多少种不同的直径，以及

ni是指直径为di的钢丝的数目。

本发明人已经发现：该形状指数S代表了橡胶渗入到钢丝帘线内部的程度，且如果该形状指数S超过0.70，则橡胶很难渗入到帘线内，随着形状指数的变小，橡胶的渗融度增加。但是当形状指数S减小到低于0.35时，增强层的厚度就要加大了。因而，考虑到轮胎的重量、刚度以及类似因素，这样的情形也是不理想的。

对于“x+y”结构的帘线—也就是说：帘线为分层扭绞结构，在该结构中，“x”条拧在一起的钢丝再被一个由“y”条钢丝组成的鞘套环包着，则其形状指数能难小于0.70。因而，在本发明中，不采用分层扭绞结构的帘线。

对于“1×n”型帘线结构的情况，n条钢丝F—也即是所有钢丝F都作为一整束在一个“S”型或“Z”型方向上扭绞，从而易于地实现小于0.70的形状指数。因而，本发明可以采用这样的结构。但是，相比于下文中的特定的扭绞结构，由于在上述结构中钢丝的扭绞易于变松，所以很难作到沿帘线长度稳定地具有理想的形状指数S。因而，在该实施例中，实际上并没有采用“1×n”型结构作为钢丝帘线10的结构。

一般而言，钢丝帘线10中的所有钢丝都要在以“S”型或“Z”型方向进行扭绞，但是，在对所有钢丝进行扭绞的过程中，部分钢丝会在帘线的长度方向上、每隔规则或不规则的间距就互换它们的相对位置(在下文中称为“互换扭绞束”)。

尽管在“1×n”型结构中，除了由于变松而出现位错之外，在帘线的纵长方向上钢丝之间的相对位置并不变化，但在互换扭绞束结构的钢丝帘线中，钢丝之间的相对位置是被有意设计成在局部周期性地变换。在某一位置处，某一组钢丝中的两条钢丝互换它们的相对位置。在另一个位置处，另一组钢丝中的两条钢丝互换它们的相对位置。结果就是：肯定会在帘线10中形成孔洞(h)，且由于互换的钢丝相互缠绕在一起，所以钢丝F变松的程度不会超过所要求的程度。

在任何情况下，钢丝帘线10在断裂时的拉伸率都最好被设定在4.0％到10.0％的范围内，最为理想的是在6.0％到8.0％之间。由此，在胎圈增强层9的边缘部分中，帘线中钢丝之间的剪切应变能有效地降低，从而就可以进一步地提高耐久性。

图4中表示了胎圈增强层9的一种实施例，该增强层由主要部件9b和基底部件9a组成。主要部件9b位于胎体折边部分6b的轴向外侧。基底部件9a在胎圈芯5的径向内侧延伸，并基本保持与胎圈底面恒定的距离，其末端部位于胎趾的前方。胎圈增强层9的径向内端9i位于胎圈芯5径向最内端5e的径向内侧，在本实施例中，该径向内端9I还位于胎圈芯5的轴向内端的下方。

图5表示了胎圈增强层9的另一个实施例，该增强层只是由设置在胎体折边部6b轴向外侧的主要部件9b构成的。胎圈增强层9的径向内端9i位于胎圈芯5径向最内端5e的径向外侧，在该实施例中，该径向内端9i位于胎圈芯5轴向外端的旁侧。

图6表示了胎圈增强层9的又一种实施例，该增强层贴着胎体6在轴向方向上向内延伸到某一位置，该位置位于胎体主体部分6a的轴向内侧。因而，该胎圈增强层9是由主要部件9b、基底部件9a、以及轴向内侧的一个回折部件9c组成的，其中的主要部件9b位于胎体折边部分6b的轴向外侧，基底部件9a位于胎圈芯5径向最内端5e(在直线N上)的径向内侧，回折部件9c则是贴着胎体主体部分6a的轴向内侧布置的。结果就是：该增强层的横截面形状为U形。在径向方向上，主要部件9b和轴向内侧回折部件9c的两径向外端9bo和9co位于胎体帘布层折边部分6b径向外端6be的径向内侧。径向外端9bo和9co距离基线BL的高度h2和h3最好设定为轮胎截面高H的7％到30％，更为理想的是在9％到28％之间。在图6中，径向外端9co位于胎圈芯径向最内端5e的径向外侧。高度h2和h3是相同的，但这两个值也可以是不同的。该实施例适于用在卡车轮胎和公共汽车轮胎等重载型轮胎中作为胎圈增强层9。

图7表示了胎圈增强层的又一实施例，其是图6所示实施例的改型形式。该实施例适于作为某些重载轮胎中的胎圈增强层9，这些轮胎用在工作于恶劣路况、且载荷很大的自卸式载重汽车或类似车辆上。在该实施例中，主要部件9b的高度h2设定为轮胎截面高H的7％到30％，最好是在9％到28％之间。但是，轴向内侧回折部件9c的高度h3则被设置为大于主要部件9b的高度h2(h3＞h2)，且这两个高度之间的差值h3-h2被设定为轮胎截面高度H的3％到17％，且最好为5％到15％。因而，轴向内侧回折部件9c很宽，能与胎体主体部分6a上的某一区域重叠，当胎圈部分4发生大的弯曲变形时，所说区域中会产生拉伸应力。因而，这样能提高胎圈部分4的抗弯刚性，从而进一步地提高其耐久性。

对比实验

进行对比实验的轮胎型号为11R22.5 14P，且除了胎圈增强层的结构不同之外，其它的结构都相同，所进行的实验如下：

1)橡胶渗入性实验

将新制出的实验轮胎解体，并从胎圈增强层中将钢丝帘线连同其周围的注覆橡胶取出。且将注覆橡胶小心地从帘线表面上清除下来。然后，用小刀从帘线中剖出10厘米长的两条相邻钢丝，且测量由两剖出钢丝与剩下钢丝之间包围着的部分的长度，在该长度部分中，橡胶完全融渗进去，从而获得该部分长度与总的10厘米长度的百分比，此百分比即作为橡胶渗入率的百分比。在表1中表示了十条帘线的平均值，其中：数值越大，橡胶的渗入性越好。

2)胎圈耐久性实验

采用一个轮胎测试转鼓，实验轮胎被安装在一个尺寸为8.25×22.5的标准轮辋上，以1000kPa的压力充气，并加载88.3kN的轮胎载荷，然后以20公里/小时的线速度转动，直到该轮胎爆破为止，此时测量其行驶里程。在表1中，该实验结果用一个指数来表示，该指数以现有技术中的轮胎为基准值100，该指数越大，胎圈的耐久性越好。

3)锈蚀实验和残余强度实验

一辆驱动轮安装了实验轮胎的二前轮—四驱动轮型(2-D·4)卡车行驶了100000公里，然后对轮胎解体，以目测胎圈增强层中钢丝帘线的生锈情况。结果表示在图1中，表中用“Y”和“N”来分别代表“已生锈”和“未生锈”。

另外，还从胎圈增强层中拉出钢丝帘线来测量其残余断裂强度。并用该强度值与原始强度的百分比来代表此结果。

4)轮胎重量

轮胎重量用一个指数来代表，该指数对于现有技术轮胎为基准值100。该指数越小，轮胎越轻。

表1

轮胎	现有技术	对照例1	对照例2	实例1	实例2	实例3
							胎圈增强层钢丝帘线结构*1钢丝数目钢丝直径d(毫米)形状指数S	见图43+7100.20.73	图41×10100.20.32	图41×10100.20.72	图4IB100.20.5	图4IB100.20.38	图4IB100.20.67
实验结果轮胎重量橡胶渗入性(％)胎圈耐久性锈蚀情况帘线残余强度(％)	100线芯：0线芯—鞘套：100100Y92	105100135N98.4	10060105Y93.5	100100135N98	102100135N98.4	10095120N98.2

*1)处，IB代表互换扭绞束结构

轮胎截面高度H：240毫米

胎体折边高度h1：36毫米(15％H)

高度h2：26毫米(11％H)

本发明适用于重载轮胎，例如作为卡车/公共汽车的子午线轮胎，但本发明也适用于轻型卡车、乘用车、休闲车等车辆的充气轮胎。

Claims (8)

1.一种充气轮胎，其包括：

一个胎面部分；

一对胎壁部分；

一对内部带有胎圈芯的胎圈部分；

一延展在两胎圈部分之间的胎体帘布层，在两胎圈部分处，胎体帘布层从轮胎内侧绕过胎圈芯而折向其外侧，从而形成一对折边部分以及位于两折边部分之间的主体部分；以及

一由钢丝帘线制成的胎圈增强层，其布置在两胎圈部分中折边部分的轴向外侧；

每条由钢丝聚合在一起而形成的钢丝帘线的形状指数都在0.35到0.70之间，其中的形状指数是指该帘线所有钢丝直径平方值的总和除以L1和L2的乘积所得到的数值，

其中，L1是指在垂直于帘线纵向方向的剖面上，在某一方向上测得的最大尺寸；

L2是指在与该方向正交的方向上测量得到的尺寸。

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：

钢丝的直径在0.10到0.50毫米之间。

3.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：

每根帘线中的钢丝数目在6到12之间。

4.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：

胎圈增强层的径向内端位于胎体折边部分的轴向外侧。

5.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：

胎圈增强层的径向内端位于胎圈芯的径向内侧。

6.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：

胎圈增强层延伸到胎体主体部分轴向内侧的一个部位处。

7.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：

钢丝帘线断裂时的拉伸率在4.0到10.0之间。

8.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：

钢丝帘线断裂时的拉伸率在6.0到8.0之间。

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