專利名稱：飛機輪胎加強材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是中國專利申請?zhí)枮?2810702.0，國際申請日為2002年4月17日的進入中國的PCT專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及具有徑向胎體加強材料的輪胎，這種輪胎可承受重載并充氣至較高壓力，特別用作飛機輪胎。
這種輪胎的徑向胎體加強材料通常包括多層編織加強件，它們在各胎圈內(nèi)錨固到至少一個環(huán)形加強件上，通常是錨固到一個胎圈鋼絲上。所述加強材料的加強件在胎圈鋼絲周圍從里到外纏繞，形成翻邊，其各自端部在徑向上相對于輪胎的轉(zhuǎn)軸留有間隔。飛機輪胎惡劣的使用條件致使胎圈不耐用，該問題尤其在胎體加強材料翻邊高度處更為突出。
將胎體加強材料的線網(wǎng)層分成二組可使性能有很大提高。第一組包括在胎側(cè)和胎圈區(qū)域內(nèi)在軸向內(nèi)層胎體加強材料，這層線網(wǎng)層在各胎圈內(nèi)環(huán)繞錨固胎圈鋼絲從輪胎內(nèi)側(cè)向外側(cè)纏繞。第二組由該區(qū)域內(nèi)至少一層在軸向外層線網(wǎng)層構(gòu)成，這層線網(wǎng)層一般從輪胎外側(cè)向里側(cè)部分地纏繞在胎圈鋼絲周圍。這樣的布置是已有的，例如可在美國專利4,244,414(該專利的圖2)中見到。
由于在各胎圈內(nèi)有附加的加強線網(wǎng)層纏繞在胎圈鋼絲周圍從而形成在軸線方向外側(cè)的和內(nèi)側(cè)的繩股，使這樣結(jié)構(gòu)的胎圈的耐久性得到改進，上述的加強材料線網(wǎng)層是最接近填充物，即充填的成形橡膠件的線網(wǎng)層，該填充物通常是三角形的，在錨固胎圈鋼絲的徑向上方。這種結(jié)構(gòu)已公開在美國專利5,285,835中。
另外還提出過一種方法，即將上述軸向外側(cè)線網(wǎng)層的側(cè)面布置在軸向里側(cè)線網(wǎng)層的翻邊之間。
但飛機輪胎膠圈耐久性仍然需要改進，特別是若此胎圈受到大的過載，有可能具有其最高值50％或者以上的載荷的情況。正是由于為了耐受必須等于工作壓力四倍的所謂試驗壓力引起的張力，必須具有一般由脂族聚酰胺加強件做成的有必要數(shù)量的胎體線網(wǎng)層，因此至少在目前難以看到胎圈結(jié)構(gòu)的開發(fā)有預(yù)期的進展。大量胎圈線網(wǎng)層顯然含有很多加強件的自由端，線網(wǎng)層之間接觸面多，滯后損耗較大，因而工作溫度較高，這一切因素都將促使加劇胎圈的疲勞，降低其耐久性。
本發(fā)明推薦的改進飛機輪胎胎圈耐久性的方法就在于用合成加強件構(gòu)成的胎體線網(wǎng)層，即由模量不同的紗線構(gòu)成的線網(wǎng)層代替脂族聚酰胺的胎體線網(wǎng)層。
根據(jù)本發(fā)明所述的可充氣至高壓的飛機輪胎，具有胎面、胎冠加強材料和徑向胎體加強材料，此徑向胎體加強材料包括多個編織強件，其布置方向大體沿徑向(就是與圓周方向的夾角是80°至100°)，此加強材料在各胎圈內(nèi)錨固到至少一個環(huán)形加強材料上，這種輪胎的特征在于，胎體加強材料的徑向加強件是合成線繩，是通過將至少一股紗線(其拉伸彈性模數(shù)至少等于2000cN/tex)與至少一股牽引彈性模數(shù)至多1500cN/tex的紗線搓合而成，上述細股線的彈性模數(shù)是在拉力為該紗線破壞載荷10％時測得的。
根據(jù)本發(fā)明所述的飛機輪胎，優(yōu)選的是，一些加強件環(huán)繞一環(huán)形加強件(如胎圈鋼絲)沿軸向內(nèi)側(cè)向外側(cè)錨固，而另外一些加強件從外側(cè)向里側(cè)錨固在所述環(huán)形加強件周圍。
根據(jù)本發(fā)明另一變體，可充氣至高壓的飛機輪胎，具有胎面、胎冠加強材料和徑向胎體加強材料，包括至少二層軸向內(nèi)側(cè)的線網(wǎng)層，由沿徑向布置的編織加強件構(gòu)成，(這就是說，其在輪胎上與周向成80°至100°角)，這二層線網(wǎng)層在胎圈內(nèi)從里向外纏繞和在至少一個胎圈鋼絲周圍，形成翻邊，及至少一層軸向外側(cè)線網(wǎng)層，由徑向的編織件構(gòu)成，該線網(wǎng)層沿徑向疊置在里側(cè)線網(wǎng)層之上，且在胎冠加強材料下面在胎圈內(nèi)沿里側(cè)線網(wǎng)層的翻邊延伸，其特征在于胎體加強材料各線網(wǎng)層的徑向加強件是至少一股其拉伸彈性模數(shù)至少等于2000cN/tex的紗線與至少一股強捻與否均可而且其拉伸彈性模數(shù)至多等于1500cN/tex紗線相搓合形成的線繩，上述紗線的彈性模量均是在拉力為對應(yīng)紗線破壞載荷10％時測定的。
這樣，經(jīng)用具有不同彈性模數(shù)的紗線在低變形下構(gòu)成線繩加強后，令人驚嘆的是，胎體加強材料的線網(wǎng)層更能耐拉應(yīng)力和疲勞應(yīng)力(尤其在壓縮時)。
定義-紗線，由一個單位或幾個單位的細線構(gòu)成；-合股線，是在與至少一種其它紗線絞合，形成線繩或絞合線(繩)準備組合之前但經(jīng)過捻搓的紗線。
可以理解，采用合適的搓捻操作，可用同樣的長線制出高模量的合股線和低模量的合股線，這樣得到的模數(shù)不同的二種合股線接下來通過合股組合，便形成根據(jù)本發(fā)明所述的輪胎胎體加強材料的一層或多層線網(wǎng)層的加強件。
紗線的拉伸彈性模數(shù)，正如已知的，是從拉力-相對變形關(guān)系曲線得到的，此曲線是在這樣的紗線合成加強件之前得到的，這些彈性模數(shù)相當于拉力等于該紗線破壞載荷的10％時快要變形時的正割模數(shù)。
上面應(yīng)用的合成線繩或混合線繩本來就是已知的。例如，美國專利3,977,172認為，可用它們來加強產(chǎn)品。美國專利4,893,665要求的線繩是由至少二根芳族聚酰胺的繩和一根至少一條脂族聚酰胺或聚酯的長線形式的繩制成。這種線繩更適合用作飛機輪胎胎冠加強材料的加強件。專利EP 335 588說明合成線繩用作圓周向加強件，覆蓋工作胎冠加強材料線網(wǎng)層上，該工作胎冠加強材料有二層鋼絲，互相交叉。但上述文件無一說明或想到本發(fā)明研究主題的特性組合，特別是以所定義的合成線繩用作胎體加強材料的加強件。
在飛機輪胎的情況下，根據(jù)本發(fā)明所述輪胎使用的合成線繩由至少二股高彈性模數(shù)的紗線和一股低彈性模數(shù)紗線做成是有利的，這樣的線繩在二種性能間取得最佳的兼顧，即輪胎的重量減輕，線繩又耐疲勞。上述三股紗線以合適方式各自強捻，然后合股在一起，形成加強件。因此如已知的，所獲得的繩的拉力-相對伸長ε關(guān)系曲張基本上由位于臨界點T兩側(cè)的二部分組成。第一部分的拉伸彈性模數(shù)低，第二部分的模數(shù)高。
眾所周知，如果臨界點T定義為拉力-變形ε關(guān)系曲線，與通過該曲線在原點(相當于形變?yōu)?的點ε0)和在斷開點(斷裂變形εR)的二條切線之交點并且平行于該曲線的Y軸的一條直線相交的交點，則第一部分的范圍在原點和形變εT之間，而第二部分的范圍在形變εT與斷裂形變εR之間。為了使周向及/或徑向的胎體加強材料形狀有一定的尺寸穩(wěn)定性，臨界點T處的相對伸長εT介于1％至7％之間是重要的。
拉力-相對伸長關(guān)系曲線在ε0點時的切線斜率與該曲線在εR點時切線斜率之比在0.08至1.0的范圍是有利的，而加強件的破壞載荷最好大于70cN/tex。
上述的合成線繩或混合線繩可涂上被稱為混煉膠的混膠制成線網(wǎng)層，在垂直于線繩的方向測得每厘米網(wǎng)層的線繩根數(shù)可以算出，以便獲得必要的拉伸強度。為了進一步提高所述輪胎胎圈的使用壽命，纏繞在錨固胎圈鋼絲周圍的沿軸向外在內(nèi)側(cè)的胎體線網(wǎng)層上的混煉膠，其伸長正割模數(shù)小于軸向外側(cè)線網(wǎng)層的混煉膠的伸長正割模數(shù)。所述模數(shù)是按ASTM標準D412在相對伸長10％時測得的伸長模數(shù)。軸向內(nèi)側(cè)單線網(wǎng)層的混煉膠，其模數(shù)在4.5至6.0MPa之間，而軸向外側(cè)單線網(wǎng)層的混膠的模數(shù)在10.0至14.0MPa之間。
如所周知，飛機輪胎的胎冠加強材料包括由編織加強件構(gòu)成的受力加強件，和由至少一層鋼絲或芳族聚酰胺絲構(gòu)成的保護加強材料。工作加強材料通常沿半徑方向從里到外，包括至少一層周向加強件(本文件中與圓周方向夾角在+8°到-8°范圍內(nèi)的加強件叫做周向)和至少一對、亦即二層交叉的加強件，該交叉加強件的獲得是將一條至少一根加強件從該加強材料的一邊向另一邊，環(huán)繞大體上圓柱形支座以曲折形狀纏繞直到與圓周方向形成相反方向夾角為8°至30°的二層加強件形成。
工作胎冠加強材料的加強件優(yōu)選為性能結(jié)構(gòu)與形成胎體加強材料的線繩一樣的合成線繩。如此，用較少的層數(shù)就能獲得相同的拉伸強度。層數(shù)少有很多優(yōu)點，即重量較輕，制造方便，加工成本低，胎冠總厚度薄，因此工作溫度低且硫化時間短，同時尚未硫化的輪胎有較規(guī)則的硫化溫度分布。
此外，與應(yīng)用尼龍繩作比較，工作加強材料應(yīng)用合成線繩，其胎面混煉膠承受的拉應(yīng)力較小，因此，在空心制品底部耐臭氧腐蝕性較好(不開裂)，對輪胎中的外來物所導(dǎo)致的裂紋或缺口的延展傾向有較強的抵抗力，抗磨性高，對胎面上形成薄片剝落傾向的抗力強，對同樣由于外來物導(dǎo)致胎面穿孔傾向的抗力強。
只要這層工作胎冠加強材料的混煉膠模數(shù)數(shù)值介于軸向外側(cè)與內(nèi)側(cè)胎體線網(wǎng)層的混煉膠模數(shù)之間，上述優(yōu)點將更為突出。同樣定義和與上述模數(shù)在相同條件測量的該模數(shù)在7.5至9.5MPa之間為好。
本發(fā)明的特征及其它優(yōu)點可通過對非限制性實例的說明及其附圖而有較好的了解，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明所述輪胎子午面的截面圖；圖2示出圖1的輪胎的胎體加強材料的加強件的力-形變關(guān)系曲線一例；圖3示出本發(fā)明輪胎胎面的花紋。
給出的例子是標準尺寸1400×530 R23輪胎(根據(jù)“輪胎與輪輞協(xié)會”標準)。胎體加強材料1由四層1A～1D的徑向編織線繩構(gòu)成。飛機輪胎的“徑向線繩”應(yīng)理解為與圓周方向的夾角在90±15°范圍內(nèi)的線繩。在這四層線網(wǎng)層中，胎側(cè)和胎圈中軸向內(nèi)側(cè)的1A和1B二層在各胎圈2內(nèi)繞胎圈鋼絲3從輪胎P內(nèi)側(cè)到外側(cè)纏繞，形成翻邊10A和10B，本例中胎圈鋼絲3是圓截面。還有一保護舌瓣(由脂族聚酰胺編織加強材料構(gòu)成)纏繞在胎圈鋼絲周圍并將胎圈鋼絲與胎體加強材料隔開。
翻邊端部這離胎圈底部，離YY’線的高度分別為h1和h2，YY’線平行于輪胎轉(zhuǎn)軸且通過胎圈的垂直壁與其截頭圓錐體座的交點。第一軸向內(nèi)側(cè)線網(wǎng)層1A翻邊10A的高度h1較小，而軸向內(nèi)側(cè)第二線網(wǎng)層1B的翻邊10B的高度h2較大。這二個高度h1和h2分別等于數(shù)值為394mm輪胎高度H的15％和20％。
根據(jù)定義，從子午面看，安裝后的充氣輪胎的高度是輪胎離轉(zhuǎn)軸最遠點，與平行于該軸且離該軸距離等于工作輪輞標準名義半徑的直線之間的徑向距離。大體上是三角形的成型橡膠件5在軸向布置在翻邊10A、10B與在胎圈鋼絲徑向上方的胎體內(nèi)側(cè)線網(wǎng)層主要部分之間。
軸向外側(cè)的胎體加強層1C、1D，其端部10C、10D沿軸向覆蓋到胎體加強材料1的線網(wǎng)層1A、1B的翻邊10A、10B的外側(cè)并緊貼其上。線網(wǎng)層1C、1D纏繞在錨固胎圈鋼絲3周圍，其覆蓋部分，即胎圈鋼絲外接圓弧對應(yīng)的中心角至多等于180°，這二層1C、1D的端部在徑向位置低于平行于轉(zhuǎn)軸且通過胎圈鋼絲3橫截面重心的直線。
所述飛機輪胎的胎體加強線網(wǎng)層1A至1D由合成線繩構(gòu)成，包括二股芳族聚酰胺的紗線，其線密度為330tex，且分別擰成S形，230捻度/米；還包括一股脂族聚酰胺的紗線(更準確說是尼龍)，其線密度為188tex，也擰成S形，230捻度/米。這三股預(yù)先捻合的紗線隨后與230捻/米的Z形捻合線絞合，形成準備用于線網(wǎng)層的線繩。在圖2中，可以看到由這三股紗線構(gòu)成的線繩的拉力-相對伸長(或形變)關(guān)系曲線，此曲線臨界點T處的相對伸長εT等于3.8％，曲線在原點(ε0＝0)的切線斜率E0與曲線斷裂時的切線斜率ER之比E0/ER＝0.175。在目前例子中，使用的線繩的破壞載荷等于120daN，形變?yōu)?.5％。
在所示例子中，線網(wǎng)層1A至1D采用相同線繩，雖然這不是本發(fā)明的基本特征。但密度因線網(wǎng)層不同而異軸向里層線網(wǎng)層的密度較大，為83條線繩/分米，軸向外層為75條線繩/分米。
涂在胎體加強材料的線網(wǎng)層1A、1B的合成線繩上的混膠基于天然橡膠，在硫化狀態(tài)它在相對伸長為10％時的伸長正割模數(shù)等于5.4Mpa，該模數(shù)按上述標準提出的條件測量。涂在胎體加強材料線網(wǎng)層1C、1D的合成線繩上的混膠也基于天然橡膠，在同樣條件下測得的伸長正割模數(shù)等于12.0Mpa。有可能布置在胎體線網(wǎng)層之間及/或接近線網(wǎng)層端部的薄的混膠層它們的模數(shù)遵循同一規(guī)律線網(wǎng)層1A和1B的各層膠的模數(shù)小于線網(wǎng)層1C和1D各層膠的模數(shù)。
在徑向胎體加強材料1的半徑方向上方，覆蓋著胎冠加強材料6，其一邊是工作加強材料6T，沿徑向向外是保護加強材料6P。工作加強材料6T是將一條性能與結(jié)構(gòu)與胎體線網(wǎng)層的線繩相同的8根合成線繩，曲折地在大致圓柱形上從該加強材料一邊向另一邊纏繞而成(本工作加強材料6T的密度是每分米73根線)。纏繞時先以5°角繞到獲得一整層5°的線繩，然后將敷設(shè)角改成9°，纏繞到獲得必要層數(shù)的交叉層，也就是說對目前的寬度而言，六層。
應(yīng)用的這條線繩所涂混膠是基于天然橡膠，按前面模數(shù)相同的條件測得的伸長正割模數(shù)是8.5MPa。胎冠保護加強材料6P由至少一層用芳族聚酰胺330/2的加強件以450捻/米絞合構(gòu)成的線網(wǎng)層組成。加強件與圓周方向夾角在45°至70°之間，本例中為60°。該胎冠保護加強材料6P用一層混膠6C與工作加強材料6T隔開，以利胎面翻新作業(yè)。保護加強材料也可由一層金屬加強件構(gòu)成，根據(jù)美國專利4,402,356，所述，該加強件在線網(wǎng)層平面內(nèi)呈波浪形，波浪平均軸的方向與圓周方向的夾角是90°±5°或0°±5°。
如所知，胎面7，胎壁8，胎圈的外保護層9，胎圈填充成型件11、12，及內(nèi)側(cè)膠層13整個構(gòu)成所研制的輪胎。
上述構(gòu)造有胎體加強材料1和胎冠工作加強材料6T(由合成加強件組成)，由于所形成輪胎的尺寸穩(wěn)定性，因而可采用圖3A所示的胎面花紋(內(nèi)含方塊)。胎面7包括5條肋，一條中央的隆起環(huán)狀肋70，接著是二條中間的環(huán)狀肋71，較胎邊緣是二條側(cè)面的環(huán)狀肋72，這些肋被環(huán)形凹槽73沿軸向隔開。中央肋71及側(cè)面肋72在圓周方向被大體上呈橫向的凹槽75分成一些方塊，凹槽的軸向里端750比最接近輪胎赤道平面XX’的縱向凹槽73的軸向內(nèi)壁730更接近該平面。中央隆在環(huán)狀肋70沒有凹槽75通過。上述橫向凹槽75略彎曲，其連接兩端的直線與圓周方向形成的夾角為45°至70°，這就是說，與徑向鄰件的保護線網(wǎng)層6P同方向。它們布置在赤道平面XX’的兩側(cè)，形成不定向的胎面花紋圖案，可以用于非定向的行駛。如一方面所述，根據(jù)本發(fā)明加強線網(wǎng)層的構(gòu)造與胎面花紋結(jié)合起來，使輪胎在濕滑表面上有良好的抓地性能，而且使輪胎在很低壓力(壓力小于工作壓力三分之一)和高速下行駛時具有較好的抗力。
此外，上述輪胎已成功通過按TSO C62D標準進行的檢驗。與同尺寸的包括由8層脂族聚酸胺組成的胎體加強材料的輪胎比較，本輪胎重量降低15％，加工時間減少20％。
此外，人們注意到，合成加強件用作胎冠加強材料加強件，由于其在輪胎胎冠部分尺寸穩(wěn)定性好，因而可采用有方塊的相同胎面花紋(圖3)。令人詫異的是，不管胎體加強件是否包括相同類型的加強件，此優(yōu)點依然存在。飛機輪胎中現(xiàn)有胎冠加強材料出現(xiàn)的問題，尤其是凹槽底部的疲勞問題，在此得到解決。
權(quán)利要求
1.一種可充氣至高壓的飛機輪胎，具有輪面(7)、胎冠加強材料(6)和胎體徑向加強材料(1)，此胎體徑向加強材料(1)包括多根編織加強件，其方向大致為徑向，即與周向的夾角為80°至100°，此加強材料在各胎圈(2)內(nèi)錨固到至少一個環(huán)形加強附件(3)上，其中此輪胎包括提供尺寸穩(wěn)定性并限制其拉應(yīng)力的裝置，以便提供對臭氧腐蝕的抗力和對因胎面(7)中的外來物引發(fā)的裂紋或缺口具有抗擴展能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機輪胎，其中，提供輪胎尺寸穩(wěn)定的裝置包括一種合成線繩作成的胎體加強材料的徑向加強件，其拉力-相對伸長關(guān)系曲線由臨界點兩側(cè)的二部段曲線組成，該臨界點處相應(yīng)的相對伸長在1％至7％之間，該曲線在變形為零ε0的原點和變形為零εR的斷裂點具有切線斜率，曲線在ε0時的切線斜率與同一曲線在εR時切線斜率之比介于0.08至1.0之間，且其中胎體加強件的斷裂載荷大于70cN/tex。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛機輪胎，其中胎體加強件的合成線繩由至少一股其拉伸彈性模數(shù)至少等于2000cN/tex的紗線與至少一股其牽引彈性模數(shù)至多等于1500cN/tex的紗線相絞合而成，所述紗線的上述彈性模數(shù)是在拉力為各該紗線斷裂載荷10％時測量的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的飛機輪胎，其中一些加強件繞環(huán)形加強附件(3)沿軸向從里向外錨固，另外的加強件繞同一環(huán)形加強附件(3)從外向里錨固。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎，其中提供尺寸穩(wěn)定性的裝置是用合成繩作成的胎冠加強材料的加強件，該合成線繩的代表胎體加強材料的各加強件的拉力-相對伸長關(guān)系曲線基本上由臨界點兩側(cè)的二部分曲線組成，臨界點處的相對伸長在1％至7％范圍內(nèi)，所述曲線在原點(形變?yōu)榱悝?)和斷裂時(形變?yōu)棣臨)有斜率，曲線在ε0和εR時切線的斜率之比為0.08至1.0；且其中加強件的斷裂載荷大于70cN/tex。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輪胎，其特征在于胎體包括的加強件與胎冠加強材料的加強件相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輪胎，其特征在于胎面的胎面花紋包括一中央隆起環(huán)狀肋，它被環(huán)形凹槽與其它環(huán)狀肋隔開，中央環(huán)狀肋在周向是連續(xù)的，而其它環(huán)狀肋被基本橫向的凹槽分成若干方塊。
全文摘要
一種可充氣至高壓的飛機輪胎，包括胎面(7)，胎冠加強材料(6)和胎體徑向加強材料(1)。徑向胎體加強材料包括至少二層沿軸向內(nèi)側(cè)線網(wǎng)層(1A、1B)，它們由編織加強件構(gòu)成且在各胎圈(2)中纏繞至少一個鋼絲(3)，從內(nèi)側(cè)到外側(cè)形成翻邊(10A、10B)，還包括至少一層線網(wǎng)層(1C、1D)，它們由編織件做成并位于軸向外側(cè)，在胎冠加強材料(6)下面沿徑向疊置在內(nèi)側(cè)線網(wǎng)層(1A、1B)上，以便在胎圈(2)中沿內(nèi)側(cè)線網(wǎng)層的翻邊(10A、10B)延伸，其特征在于胎冠加強材料1的各線網(wǎng)層(1A、1B、1C、1D)是將至少一種牽引狀態(tài)的彈性模數(shù)至少2000cN/tex的細紗，與一種可強捻也可不捻且其牽引狀態(tài)彈性模數(shù)至少為1500cN/tex的細紗搓擰成的線繩，該細紗的模數(shù)是在拉力為細紗斷裂力的0.1倍時測得的。
文檔編號B60C9/20GK1810527SQ20061000199
公開日2006年8月2日 申請日期2002年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者C·羅熱, L·維亞拉特 申請人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司