專利名稱：：輪胎簾線增強(qiáng)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及擰合(cabled)在一起成為股以形成簾線(cord)的多種不同單獨(dú)紡織紗線的復(fù)合材料。本發(fā)明特別涉及包含這種經(jīng)擰合的紡織紗線的簾線增強(qiáng)材料的充氣輪胎(pneumatictire),甚至更特別地涉及重栽輪胎如飛機(jī)輪胎(aircrafttires)。
背景技術(shù)：
：與其它應(yīng)用如轎車輪胎或重型裝備輪胎相比，飛機(jī)輪胎經(jīng)受極端苛刻的運(yùn)行條件。這歸因于飛機(jī)輪胎的高速度和重栽荷。飛機(jī)輪胎一般很重以便在苛刻的運(yùn)行條件下能夠經(jīng)受住極端栽荷。希望減輕飛機(jī)的總重以提高性能和功能。因此，需要能夠用于極端運(yùn)行環(huán)境的減重輪胎。斜交飛機(jī)輪胎的承載構(gòu)件或胎體(carcass)增強(qiáng)材料通常包括紡織簾線的多角度簾布層(multipleangledplies),典型地為約IO或更多，其被錨固在各胎圏中。減輕輪胎重量的一種方法是使用更強(qiáng)的輪胎增強(qiáng)材料。常規(guī)的斜交飛機(jī)輪胎使用由長聚酰胺鏈組成的聚酰胺6或聚酰胺6/6纖維(尼龍6、尼龍6/6)制造。尼龍的特性能夠提供多種線密度(lineardensities)以滿足給定的輪胎需求。尼龍具有能夠轉(zhuǎn)化為抗疲勞性的優(yōu)良延展性，由于輪胎循環(huán)形變的量這在飛機(jī)應(yīng)用中是必需的。另一類型的增強(qiáng)材料是芳族聚酰胺纖維。芳族聚酰胺增強(qiáng)材料由與尼龍類似的長聚酰胺鏈組成。芳族聚酰胺纖維與尼龍相比具有非常高的強(qiáng)度，但本質(zhì)上具有較差的延展性。尼龍與芳族聚酰胺相比具有優(yōu)越的耐久性能(施加循環(huán)拉伸-壓縮栽荷)。飛機(jī)輪胎的現(xiàn)代趨勢是使用由兩種或更多種材料如尼龍或芳族聚酰胺制造的經(jīng)合并、混合或復(fù)合的增強(qiáng)簾線?；旌陷喬ズ熅€大大擴(kuò)展了可獲得的輪胎簾線性能的范圍。然而，設(shè)計(jì)由復(fù)合簾線制造的飛機(jī)輪胎并滿足以下所有苛刻的設(shè)計(jì)要求非常困難高強(qiáng)度、耐久性、耐受熱栽荷的能力和延展性。此外，由于設(shè)計(jì)的復(fù)雜性飛機(jī)斜交輪胎非常難于模塑。更進(jìn)一步地，為了滿足強(qiáng)度要求，通常以輪胎變得更重而告終。因此，需要能夠滿足高速度、高栽荷和具有減輕的重量的改進(jìn)的飛機(jī)輪胎。概念所公開的發(fā)明適用以下概念。"芳族聚酰胺"和"芳香聚酰胺"是人造纖維，其中形成纖維的物質(zhì)通常被認(rèn)為是長鏈合成芳香聚酰胺，其中至少85%的酰胺鍵直接與兩個(gè)芳環(huán)相連。芳族聚酰胺或芳香聚酰胺的代表是聚(對苯二曱酰對苯二胺)。"三角膠(apex)"指位置為徑向地在胎圈芯之上和在簾布層與反包簾布層之間的彈性填料(elastomericfiller)。文中使用"軸向的"和"軸向地"指與輪胎的旋轉(zhuǎn)軸平行的線或方向。[OlO]"胎圖(bead)"指包括環(huán)狀拉伸構(gòu)件的輪胎部分，其被簾布層簾線纏繞并成型，具有或不具有其它增強(qiáng)元件如鋼絲困包布(flippers)、chippers、三角膠、toeguards和胎圈包布(chafers),以配合i殳計(jì)輪緣(designnm)。[Oll]"斜交輪胎"(交叉簾布層)指其中胎體簾布層中的增強(qiáng)簾線相對于輪胎赤道面以約25。-65。角從胎圖到胎圖斜向延伸穿過輪胎的輪胎。如果存在多層簾布層，在交替的層中簾布層簾線以相反的角度延伸。"纜線"指通過將兩股或更多股股紗(pliedyams)捻合在一起形成的簾線。"胎體"指除帶束結(jié)構(gòu)(beltstructure),胎面、胎面底層(undertread)和簾布層之上的側(cè)壁橡膠之外的輪胎結(jié)構(gòu)，但包括胎圈。"胎困包布"指環(huán)繞胎圏外測放置的窄材料條，以防止簾線簾布層接觸輪緣，在輪緣上分配撓曲性，并密封輪胎。"chippers"指位于輪胎的胎圏部分中的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。"周向(circumferential)"指沿著環(huán)狀輪胎表面的周界延伸、與赤道面(EP)平行并與軸向方向垂直的線或方向。"簾線，，指輪胎的簾布層包含的增強(qiáng)線之一。"簾線角(cordangle)"指輪胎平面圖中左邊或右邊的銳角，由簾線相對于赤道面形成。"簾線角"在經(jīng)固化的但未充氣的輪胎中測量。"旦"指每9000米的重量克數(shù)(用于表示線密度的單位)。"分特(dtex)"指每10,000米的重量克數(shù)。"彈性體"指能夠在形變后恢復(fù)尺寸和形狀的回彈材料。"赤道面(EP)"指與輪胎的旋轉(zhuǎn)軸垂直并通過其胎面中心的面。"織物"指基本上單向延伸的簾線的網(wǎng)絡(luò)，所述簾線可以是加捻的并且其由高模量材料的許多多股長絲(其也可以是加捻的)組成。"纖維"是形成長絲的基本元件的天然或人造的物質(zhì)單元，特征在于具有其直徑或?qū)挾鹊闹辽買OO倍的長度。"長絲支數(shù)"指組成紗線的長絲的數(shù)量。例子1000旦聚酯具有約190根長絲。"鋼絲圖包布"指纏繞胎圈芯的增強(qiáng)的織物。"坯布(greige)"指未整理的(unfinished)簾線或織物。"內(nèi)"指朝向輪胎的內(nèi)部，"外"指朝向其外部。"內(nèi)襯層(innerliner)"指形成無內(nèi)胎輪胎的內(nèi)表面和在輪胎中包含膨脹流體(inflatingfluid)的彈性體或其它材料的一個(gè)層或多個(gè)層。"LASE"是在特定伸長下的栽荷。"橫向"指軸向方向。"捻距"指加捻的長絲或線環(huán)繞另一長絲或線行進(jìn)實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)的距離。尼龍理解為是脂肪族聚酰胺6.6、6或4.6。"簾布層"在輪胎語境中指經(jīng)橡膠涂覆的平行簾線的連續(xù)層，并且在紗線或簾線語境中也指加捻的紗線，當(dāng)在本文中使用對其意義取決于上下文。"聚酯"指由二醇和二元羧酸縮聚合成的任意聚合物。"徑向的"和"徑向地"用于指放射狀地朝向或離開輪胎的旋轉(zhuǎn)軸的方向。"子午線輪胎，，指帶束化的或圓周受限的充氣輪胎，其中從胎圏延伸到胎圖的簾布層簾線以相對于輪胎的赤道面成65°-90°的簾線角排布。"斷面高度(sectionheight,SH)，，指在其赤道面從輪胎的公稱輪緣直徑的徑向距離。"側(cè)壁"指輪胎的胎面和胎圏之間的部分。"韌性"是以未發(fā)生應(yīng)變的試樣的每單位線密度的力表示的應(yīng)力(克/特或克/旦)。"拉伸強(qiáng)度"是以力/橫截面積表示的應(yīng)力。強(qiáng)度(psi)-12，800x比重x韌性(克/旦)。"胎面"指經(jīng)模塑的橡膠組件，當(dāng)與外胎粘結(jié)時(shí)，其包括當(dāng)輪胎正常充氣并在正常栽荷下時(shí)將與路面接觸的輪胎部分。"捻度"指每單位長度的紗線環(huán)繞其軸的轉(zhuǎn)數(shù)，每英寸的轉(zhuǎn)數(shù)即為TPI。"紗線，，具有以下形式1)一定數(shù)目的捻合在一起的纖維；2)一定數(shù)目的排布在一起未經(jīng)捻合的長絲；3)—定數(shù)目的排布在一起具有一定捻度的長絲；4)具有或沒有捻度的單一長絲(單絲)；5)具有或沒有捻度的窄材料帶。"人字帶束增強(qiáng)結(jié)構(gòu)"指至少兩層簾線或在每條帶中具有1-20條簾線的平行簾線帶，并以交替模式在帶束層的橫向邊緣之間以5°-30。的角度延伸設(shè)置。將通過實(shí)施例并參考附圖描述本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)的示意2是本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)的栽荷對百分比伸長率的圖；圖3是本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)的斷裂強(qiáng)度對循環(huán)數(shù)的圖；圖4是本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)的韌性對循環(huán)數(shù)的圖；圖5是說明尼龍、芳族聚酰胺和本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)的坯布以及浸漬斷裂強(qiáng)度的條形圖。圖6是說明尼龍、芳族聚酰胺和本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)(經(jīng)浸漬)的韌性(tenacity)的條形圖；圖7是說明尼龍、芳族聚酰胺和本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)(經(jīng)浸漬)的％伸長率的條形圖；圖8是說明尼龍、芳族聚酰胺和本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)(經(jīng)浸漬)的斷裂能量特性的條形圖；圖9是說明尼龍、芳族聚酰胺和本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)(經(jīng)浸漬)的韌度(toughness)特性的條形圖；圖10是說明尼龍、芳族聚酰胺和本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)(經(jīng)浸漬)的收縮(％)特性的條形圖；圖11是說明尼龍、芳族聚酰胺和本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)4小時(shí)后的動(dòng)態(tài)斷裂強(qiáng)度特性(撓曲斷裂強(qiáng)度(flexedbreakstrength)、非撓曲斷裂強(qiáng)度和保留的斷裂強(qiáng)度)的條形圖；圖12是說明尼龍、芳族聚酰胺和本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)在8小時(shí)后的動(dòng)態(tài)斷裂強(qiáng)度特性(撓曲斷裂強(qiáng)度、非撓曲斷裂強(qiáng)度和保留的斷裂強(qiáng)度)的條形圖；和圖13是本發(fā)明的示例性飛機(jī)輪胎的橫截面；和圖14是說明抗動(dòng)態(tài)疲勞性(dynamicfatigueresistance)對循環(huán)次數(shù)關(guān)系的圖。
發(fā)明內(nèi)容圖1示出了本發(fā)明的簾線結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施方案。所述簾線包括經(jīng)螺旋擰合的不同紗線2和3。所述復(fù)合或混合簾線包括芳族聚酰胺3的一股或多股紗線，和更優(yōu)選地只包含單——股紗線。芳族聚酰胺3可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的作為標(biāo)準(zhǔn)芳族聚酰胺的那些。適合本發(fā)明的芳族聚酰胺的一個(gè)例子由Dupont制造并以商品名Kevlar29銷售。適合本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)芳族聚酰胺的另一個(gè)例子由Teijin生產(chǎn)并以商品名Twaron1000銷售。線密度可以是約220分特-約3300分特，更優(yōu)選地約1100-約3300分特，和最優(yōu)選地約1670分特。各芳族聚酰胺紗線單獨(dú)地在Z方向加捻。在Z方向的捻度可以在約3到約16tpi(捻度/英寸)，更優(yōu)選地在約6-約12tpi的范圍，和最優(yōu)選地在Z方向約10.7tpi。所迷復(fù)合簾線還包括脂肪族聚酰胺或尼龍紗線2，優(yōu)選尼龍6/6。優(yōu)選只使用單一尼龍紗線。所述尼龍優(yōu)選具有約220-約2100分特(1890旦)，更優(yōu)選約1400-約2100，和最優(yōu)選約1400分特的線密度。尼龍2單獨(dú)地通過范圍為約3-約16,更優(yōu)選約3-約7，和最優(yōu)選約6.2(tpi)的Z捻加捻。然后將尼龍和芳族聚酰胺紗線絞合在一起形成具有范圍為約3-約16tpi,更特別是約7-約10，和最優(yōu)選約9.7捻度/英寸的S捻的纜線。表1示出了第一實(shí)施方案的坯布和在RLF浴中浸漬的簾線性能。為了對比，表1還示出了1400/1/2尼龍結(jié)構(gòu)和芳族聚酰胺1100/1/2結(jié)構(gòu)。如該表和圖5所示，1400N+1670A結(jié)構(gòu)大大提高了坯布和經(jīng)浸漬后的斷裂強(qiáng)度。簾線結(jié)構(gòu)在斷裂強(qiáng)度方面比尼龍?zhí)岣?5%,比芳族聚酰胺提高5%。圖3示出了斷裂強(qiáng)度對循環(huán)次數(shù)的變化，并顯示本發(fā)明的斷裂強(qiáng)度一直保持大于尼龍或芳族聚酰胺。圖2示出了本發(fā)明的經(jīng)浸漬的簾線結(jié)構(gòu)以及尼龍和芳族聚酰胺的應(yīng)力應(yīng)變曲線。本發(fā)明的經(jīng)浸漬的結(jié)構(gòu)與芳族聚酰胺結(jié)構(gòu)相比在曲線下具有更大的面積;，并且表現(xiàn)的性能與尼龍結(jié)構(gòu)一樣好。圖7示出了斷裂伸長率，其中本發(fā)明的簾線與尼龍對比顯示降低了24%。圖8示出了斷裂能，其中本發(fā)明的簾線具有與尼龍相似的斷裂能量特性。圖6示出了韌性，其中本發(fā)明的簾線在韌性方面比尼龍?zhí)岣?5°/0。圖4示出了經(jīng)過120,000次循環(huán)的韌性，并示出韌性輕微降低，然后持平。圖9示出了本發(fā)明的簾線的韌度，并顯示本發(fā)明的簾線具有芳族聚酰胺的韌度特性。圖10示出了本發(fā)明的收縮特性，并示出了與尼龍相比收縮減少58%。表I經(jīng)浸漬的和坯布纜線物理性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表II示出了在動(dòng)態(tài)條件下本發(fā)明的簾線性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表II說明了在動(dòng)態(tài)條件下本發(fā)明的簾線性能。在撓曲或非撓曲條件下本發(fā)明的斷裂強(qiáng)度都大于尼龍或芳族聚酰胺的值。測試在170F使用1/2英寸錠子(spindle)在4小時(shí)后實(shí)施。如圖11所示，撓曲后，本發(fā)明的簾線在撓曲斷裂強(qiáng)度方面保持比1260尼龍?zhí)岣?0%。圖12示出了在170F使用1/2英寸錠子(F411標(biāo)準(zhǔn))在8小時(shí)后測得的撓曲和非撓曲條件下的動(dòng)態(tài)斷裂強(qiáng)度。如圖所示，撓曲后本發(fā)明的簾線在斷裂強(qiáng)度方面保持比尼龍?zhí)岣?0%。圖13示出了飛機(jī)輪胎10。雖然示出的是斜交輪胎，但是飛機(jī)輪胎也可以是子午線輪胎。所迷飛機(jī)輪胎包括一對胎圏，其中每個(gè)胎圈分成三個(gè)胎圖部分12,各自包含嵌入其中的胎圈芯14。所述飛機(jī)輪胎包括從每個(gè)胎圏部分12沿輪胎的徑向方向基本向外延伸的側(cè)壁部分16，和在這些側(cè)壁部分16的徑向外端之間延伸的基本上為圓筒形的胎面部分20。此外，輪胎IO使用從一個(gè)胎圏部分12環(huán)形延伸至另一個(gè)胎圏部分12的胎體22進(jìn)行增強(qiáng)。胎體22包括內(nèi)胎體簾布層24和外胎體簾布層26。所述內(nèi)和外胎體簾布層被纏繞成所希望的構(gòu)造，例如如圖13中所示。因?yàn)橛性S多替換性結(jié)構(gòu)，所以本發(fā)明的使用不限于該構(gòu)造。胎體簾布層24、26的一個(gè)或多個(gè)還可以包括如上所述的本發(fā)明的芳族聚酰胺和尼龍混合簾線1。所述飛機(jī)輪胎10還包括設(shè)置在胎體22和胎面橡膠28之間的帶束組件(beltpackage)40。所述帶束組件還包含多條帶束(belts),—條或多條所迷帶束可以包括如上文所詳細(xì)描迷的本發(fā)明的芳族聚酰胺和尼龍簾線。具體實(shí)施方式實(shí)施例1構(gòu)建并測試具有圖13中所示的輪胎結(jié)構(gòu)的兩個(gè)測試輪胎32X11.5-15。對照輪胎包括尼龍?zhí)ンw。被測輪胎包括1670分特(A)+1400分特(N)/l/2;10.7Z(A)+6.2Z(N)X9.7S的經(jīng)合并的簾線結(jié)構(gòu)。使所述輪胎經(jīng)受一系列測試。使所述輪胎經(jīng)受爆裂測試。尼龍對比輪胎在1524psi爆裂。測試輪胎在1176psi爆裂。所述輪胎還經(jīng)受動(dòng)態(tài)測試。被測輪胎在失效之前經(jīng)過48次正常起飛，1次延長滑行和1次高速起飛。被測輪胎還通過了擴(kuò)散測試(diffusiontesting)。本發(fā)明的動(dòng)態(tài)輪胎性能數(shù)據(jù)超過了預(yù)想并十分令人驚奇。本發(fā)明的抗動(dòng)態(tài)疲勞性在圖14中給出，并示出超過尼龍對比輪胎的經(jīng)改善的強(qiáng)度、疲勞性和延展性。雖然本發(fā)明的輪胎并沒有在商業(yè)化所希望的水平測試，但所述測試說明了該想法的可行性?？梢园凑瘴闹刑峁┑拿枋龈淖儽景l(fā)明。雖然出于說明本發(fā)明的目的而給出某些代表性的實(shí)施方案和細(xì)節(jié)，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以作各種改變和改進(jìn)。權(quán)利要求1.一種纜線，特征在于單一芳族聚酰胺紗線和單一尼龍紗線擰合在一起，其中所述芳族聚酰胺紗線具有約220-約3300分特的線密度，所述尼龍紗線具有約220-約2100分特的線密度。2.權(quán)利要求1的纜線，其特征在于所述芳族聚酰胺具有約1670分特的線密度，和所述尼龍具有約1400分特的線密度。3.權(quán)利要求1的纜線，其特征在于所迷纜線的總捻度為約3-約16tpi。4.權(quán)利要求l的纜線，其特征在于所述纜線的總捻度為約9.7S。5.權(quán)利要求1的纜線，其特征在于所述芳族聚酰胺在z方向的捻度在約3-約16tpi的范圍。6.權(quán)利要求1的纜線，其特征在于所述尼龍?jiān)趜方向的捻度在約3-約16tpi的范圍，更優(yōu)選在z方向的捻度為3-7tpi。7.權(quán)利要求1的纜線，其特征在于所述芳族聚酰胺在z方向的捻度為約10.72tpi。8.權(quán)利要求1的纜線，特征在于具有線密度為約1670分特的兩股芳族聚酰胺紗線與線密度為約1400分特的尼龍紗線檸合在一起的簾線結(jié)構(gòu)。9.權(quán)利要求1的纜線，特征在于所述尼龍紗線具有10,7Z的捻度，芳族聚酰胺紗線各自具有6.2Z的捻度，整個(gè)纜線具有9.7Stpi的捻度。10.—種充氣橡膠輪胎，特征在于胎體和在該胎體的路嚙合部分之上的胎面，其中所述胎體包含一條或多條纜線，所述纜線包含檸合在一起的單一芳族聚酰胺紗線和單一尼龍紗線，其中所述芳族聚酰胺紗線具有約220-約3300分特的線密度，所述尼龍紗線具有約220-約2100分特的線密度。全文摘要本發(fā)明涉及輪胎簾線增強(qiáng)材料。公開了一種適合用作飛機(jī)輪胎中的增強(qiáng)材料的復(fù)合纜線。該纜線由芳族聚酰胺紗線和尼龍紗線擰合在一起形成，其中芳族聚酰胺紗線具有約220-約3300分特的線密度，尼龍紗線具有約220-約2100分特的線密度。文檔編號D02G3/22GK101403154SQ200810168159公開日2009年4月8日申請日期2008年9月28日優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日發(fā)明者D·W·小鮑德溫,R·J·加特蘭,W·K·維斯特加特申請人:固特異輪胎和橡膠公司