專利名稱：充氣輪胎的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種充氣輪胎，更具體地講，涉及一種由聚對苯二甲酸乙二酯纖維簾線的胎體結構，所述簾線能夠在不增加輪胎生產成本和輪胎重量的情況下改進輪胎強度。
背景技術：
近年來，通過二氧化碳的排放，全球變暖進一步加劇，并且這強烈促進了降低二氧化碳排放和汽車尾氣的要求。因此，對于汽車燃料效率的需求變得越來越強烈。對于輪胎， 盡可能地降低滾動阻力和輪胎重量是必要的。從減輕輪胎重量的角度來看，有效的方法是降低胎體重量。人們可以想到的是芳族聚酰胺纖維簾線或者聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate)纖維簾線作為簾線，因為這些種類的簾線是高模量的簾線，以便即使為了降低胎體重量而降低了粗細 (thickness)或直徑，簾線也能夠提供足夠的拉伸強度。然而，在這樣的情況下，仍存在如下問題。一個問題是，與通常使用的其它有機纖維簾線例如聚酯和人造絲相比，芳族聚酰胺纖維簾線或者聚萘二甲酸乙二酯纖維簾線較昂貴，因此，不可避免的是材料成本和輪胎生產成本上升。另一個問題是，芳族聚酰胺纖維簾線或者聚萘二甲酸乙二酯纖維簾線耐疲勞性能較差，因此，為了提供胎體簾線所需要的強度，雖然意圖降低成本，但需要將簾線的粗細 (線密度)維持在特定值以上。換而言之，很難降低簾線粗細從而降低胎體重量。人們也能夠想到使用聚對苯二甲酸乙二酯纖維簾線作為胎體簾線。與芳族聚酰胺纖維簾線或者聚萘二甲酸乙二酯纖維簾線相比，聚對苯二甲酸乙二酯纖維簾線相對成本較低，但是其模量較低。這似乎難以降低簾線粗細從而降低胎體重量。本發(fā)明人已經深入研究了如何在聚對苯二甲酸乙二酯纖維簾線用作胎體簾線的基礎上創(chuàng)造出一種耐用的輕質胎體，并且發(fā)現(xiàn)通過特別限定的捻線結構(twist structure)、線密度、簾線的斷裂強度和葛利式(Gurley)剛度、以及胎體簾布層中的胎體簾線數(shù)量，可以在改進胎體強度的同時降低胎體的重量。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種充氣輪胎，所述輪胎通過使用聚對苯二甲酸乙二酯纖維簾線，能夠在不增加輪胎生產成本的情況下改進輪胎的強度和重量。根據(jù)本發(fā)明，充氣輪胎包含由至少一層胎體簾布層組成的胎體，所述簾布層排列的簾線數(shù)量為E的胎體簾線，其中每個所述胎體簾線由最終捻在一起的兩股絞線組成，每一股所述絞線由聚對苯二甲酸乙二酯纖維制成，所述兩股絞線的聚對苯二甲酸乙二酯纖維具有不超過2200分特(dtex)的線密度 D，并且
以分特為單位的線密度D、單位為根/5cm的所述胎體簾布層每5cm寬度的簾線數(shù) E單位為N的所述胎體簾線的斷裂強度S、以及單位為mN的所述胎體簾線的葛利式剛度B 滿足條件式⑴ ⑶(I)E 彡-30. 6Ln D+307(2) B ^ 357/E(3) S ^ 4161/E其中Ln是指自然對數(shù)。因為胎體簾線由低成本的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)纖維制成，所以與芳族聚酰胺纖維或者聚萘二甲酸乙二酯纖維相比，能夠降低生產成本。胎體簾線的線密度D限于2000分特以下的相對較低值，因此能夠降低輪胎的重量。胎體簾線數(shù)E (根/5cm)的上限定義為作為線密度D函數(shù)的(-30. 61nD+307)，因此，隨著胎體簾線變粗，胎體簾線數(shù)E會下降。因此，在相鄰的胎體簾線之間，能夠提供足夠的間距，并且能夠防止這樣的問題在構建生胎期間貼膠橡膠與胎體簾線分離。這也有助于防止相鄰的胎體簾線在行駛中相互接觸。因此，改進了輪胎的耐久性。胎體簾線的葛利式剛度B(mN)限于相對于胎體簾線數(shù)E的相對較高值357/E以上，因此，保證了未硫化胎體簾布層的彎曲剛度，并且防止未硫化胎體簾布層在輸送裝置 (conveyer)中糾纏在一起和起褶(wrinkled)，因此，可以改進生產效率。胎體簾線的斷裂強度S(N)限于相對于胎體簾線數(shù)E的不低于4161/E的值，因此， 隨著胎體簾線數(shù)E降低，胎體簾線會變得牢固(strong)，并且保持了輪胎強度。葛利式剛度根據(jù)JIS L1096 ( “A”方法或葛利式方法)，例如使用Tester Sangyo 公司生產的葛利式型剛度測試儀(ST-401)來測定。在接觸移動樣品的鐘擺(pendulum)(或指針)上端處的三角翼(triangular vane)和附著于在圍繞與鐘擺相同幾何中心的臂上的樣品夾之間，胎體簾線的樣品長度為25mm。由于葛利式剛度報告為葛利式單位，并且一個葛利式單位等于一毫克力(one milligram of force) (mgf)，為了換算為國際單位毫牛(mN)， 需要乘以9.807X10_3。在本說明書中，葛利式剛度值是指顯示為毫牛的10個樣品的平均值。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的充氣輪胎的橫截面示意圖。圖2㈧是由胎體簾線組成的胎體簾布層的橫截面圖。圖2 (B)是胎體簾線的透視示意圖。圖3是用于說明相對于胎體簾線線密度D的胎體簾布層中胎體簾線數(shù)E范圍的曲線圖。圖4是用于說明相對于胎體簾線數(shù)E的胎體簾線的葛利式剛度范圍的曲線圖。圖5是用于說明相對于胎體簾線數(shù)E的胎體簾線的斷裂強度范圍的曲線圖。
具體實施例方式現(xiàn)在結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。
根據(jù)本發(fā)明，充氣輪胎1包含胎面部2、其內各自具有胎圈芯5的一對軸向間隔的胎圈部4、一對在胎面邊緣和胎圈部4之間延伸的胎側壁部3、在胎圈部4之間延伸的胎體6、以及位于胎面部2中且位于胎體6徑向外側的帶束層7。圖1顯示了作為本發(fā)明具體實施方式
的乘用車輪胎。帶束層7包含至少兩層補強簾線的交叉緩沖層(breaker plies)，所述補強簾線以相對輪胎赤道C方向10° 35°的角度排列。在此具體實施方式
中，帶束層7由徑向內緩沖層7A和徑向外緩沖層7B組成。對于補強簾線，在此具體實施方式
中使用鋼簾線。但是，可以使用有機纖維簾線例如芳族聚酰胺、人造絲等。胎體6包含至少一層胎體簾布層6A，所述胎體簾布層6A在胎圈部4之間經由胎面部2和胎側壁3延伸，并在各個胎圈部4中圍繞胎圈芯5從軸向內側向軸向外側卷起，以便形成一對卷起部6b和在卷起部之間的主體部分6a。胎體簾布層6A由胎體簾線10制成，胎體簾線10以相對輪胎圓周方向成一定角度70° 90°徑向排列，并且用如圖2㈧中所示的貼膠橡膠12來浸膠(rubberized)。在此具體實施方式
中，胎體6僅由一層胎體簾布層6A組成，并且胎體簾線10以相對輪胎圓周方向成一定角度80° 90°徑向排列。卷起部6b沿著由硬橡膠制成的胎圈三角膠8徑向向外延伸，所述胎圈三角膠8位于卷起部6b和主體部分6a之間，并從胎圈芯5 徑向向外延伸。各個胎體簾線10是通過將大量聚對苯二甲酸乙二酯(PET)纖維首次捻在一起而形成絞線11、然后將兩股絞線11最終捻在一起形成簾線10。換而言之，胎體簾線10是僅由兩股由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)纖維所形成的絞線11組成的。最終捻的方向與第一次捻的方向相反。與芳族聚酰胺纖維或者聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維相比，PET纖維耐疲勞性能較好，因此，可以使用線密度D低于2200分特的PEN纖維簾線作為胎體簾線10。換而言之， 可以使用相對較細的胎體簾線10。在此具體實施方式
中，兩股絞線11各自線密度相同。但是，也可以使用具有不同線密度的兩股絞線11。為了提供簾線的結構穩(wěn)定性，將首次捻線的數(shù)目和最終捻線的數(shù)目設定為相同值，例如考慮到耐疲勞性能，每IOcm的簾線長度在40 80圈范圍內。由于與芳族聚酰胺纖維或者PEN纖維相比，PET纖維是低成本纖維，因此可以降低胎體簾線10的生產成本。此外，由于胎體簾線10的線密度D可以被設定在不超過2200分特的較低值，這可以降低輪胎的重量。另一方面，與芳族聚酰胺纖維或者PEN纖維相比，PET纖維的彈性模量較低，因此， 相信其難以給胎體簾線由PET纖維制成的充氣輪胎提供足夠的強度。為了增加胎體簾線由 PET纖維制成的充氣輪胎的強度，本發(fā)明人進行了研究，并且最后發(fā)現(xiàn)，可以通過滿足以下條件式(1) ( 來改進輪胎強度(I)E 彡-30. 6Ln D+307(2) B ^ 357/E(3) S ^ 4161/E其中E是胎體簾布層每5cm寬度的胎體簾線數(shù)，
D是以分特為單位的胎體簾線的線密度，B是胎體簾線的葛利式剛度(mN)，并且S是胎體簾線的斷裂強度(N)。條件式⑴提供了簾線數(shù)E (根/5cm)的上限。在如圖3所示的曲線圖中，縱坐標軸表示簾線數(shù)E (根/5cm)，并且橫坐標軸表示以分特為單位的線密度D。如圖所示，條件式 (1)描述了一條光滑的向下傾斜的曲線。通過條件式(1)，例如，當線密度D是1660分特時， 胎體簾線數(shù)E限定為不超過80 (根/5cm)的值，并且當線密度D為2200分特時，胎體簾線數(shù)E限定為不超過71 (根/5cm)的值。這意味著隨著線密度D增加，胎體簾線數(shù)E的上限變低。結果，在胎體簾線10之間可以保證正的距離Ll (positive distance)，因此可以防止由于在行駛期間相鄰的胎體簾線10之間的接觸引起的微動磨損(fretting wear)，并且可以防止由微動磨損引起的輪胎強度的下降。此外，由于胎體簾線10必定用貼膠橡膠12覆蓋，可以改進胎體簾布層6A 的耐久性。條件式(1)是當改變線密度D和胎體簾線數(shù)E時，條件式由胎體簾線的微動磨損的發(fā)生率(incidence)的多元回歸分析所獲得的。條件式⑵提供了葛利式剛度B(mN)的下限。在如圖4所示的曲線圖中，縱坐標軸表示葛利式剛度B (mN)，并且橫坐標軸表示簾線數(shù)E (根/5cm)。如圖所示，條件式(2)描述了一條光滑的向下傾斜的曲線，隨著胎體簾線數(shù)E下降，葛利式剛度B上升，并且葛利式剛度B(mN)的下限設定在曲線的上側，這種胎體簾線10 可用于本發(fā)明。因此，未硫化胎體簾布層6A的彎曲剛度會上升。結果，在構建生胎期間，可以防止未硫化胎體簾布層與輸送裝置粘結以及防止在輸送裝置中糾纏在一起。此外，可以防止簾布層起褶。因此，可以改進生產效率。條件式( 是當改變葛利式剛度B和胎體簾線數(shù)E 時，條件式由構建生胎期間的問題發(fā)生率的分析所獲得的。條件式(3)提供了斷裂強度S(N)的下限。在如圖5所示的曲線圖中，縱坐標軸表示斷裂強度S(N)，并且橫坐標軸表示簾線數(shù)E(根/5cm)。條件式C3)描述了一條光滑的向下傾斜的曲線，隨著胎體簾線數(shù)E下降，斷裂強度S上升，并且斷裂強度S的下限設定在曲線的上側。由于使用這種胎體簾線10，可以改進輪胎強度。條件式(3)是當改變斷裂強度 S和胎體簾線數(shù)E時，由輪胎強度的多元回歸分析所獲得的。為了有效地獲得上述條件式，胎體簾線10的線密度D優(yōu)選設定為不超過1660分特，更優(yōu)選不超過1400分特。如果線密度D過度下降，那么胎體簾布層6A的彎曲剛度下降， 并且存在輪胎強度和生產效率下降的可能性。因此，胎體簾線10的線密度D優(yōu)選設定為不低于560分特，更優(yōu)選不低于700分特，更優(yōu)選不低于1120分特。為了通過抑制胎體簾線數(shù)E的過度下降來獲得足夠的輪胎強度，優(yōu)選相對于線密度D限定胎體簾線數(shù)E，使得胎體簾線數(shù)E不低于63840/D，更優(yōu)選不低于70560/D。如果胎體簾線10的彎曲剛度過度增加，那么存在未硫化胎體簾布層6A卷曲的可能性，并且由此導致生產效率下降。因此葛利式剛度B(mN)優(yōu)選設定為不超過D/75，更優(yōu)選不超過D/65。為了抑制胎體簾線10的線密度D的過度增加并由此抑制輪胎重量的增加，優(yōu)選相對于胎體簾線數(shù)E限定斷裂強度S (N)，使得斷裂強度S (N)設定為不超過10360/E，更有效不超過8640/E。 可以通過在制造簾線時運用浸漬處理(dip treatment)和拉伸處理(stretch treatment)來調整葛利式剛度B(mN)和斷裂強度S(N)。更具體地說，在浸漬處理中，這些參數(shù)能夠易于通過改變與絞線11粘結的樹脂量來調節(jié)，所述樹脂是包含在浸漬涂敷溶液中的；并且在拉伸處理中，易于通過改變施加于絞線11的拉力來調節(jié)。
在此具體實施方式
中，為了增加葛利式剛度B (mN)和斷裂強度S (N)，可以增加拉力和粘結樹脂量。對于浸漬涂敷溶液，例如，可以適當使用間苯二酚-甲醛乳膠(RFL)溶液。由于PET纖維對橡膠的粘附性較差，所以優(yōu)選在浸入RFL溶液之前，將絞線11浸入環(huán)氧化合物、異氰酸酯化合物、脲化合物或其它等預處理溶液中并干燥。對于拉伸處理，將絞線11拉伸0%以上、但不超過4%，同時在230°C 245°C范圍內的溫度下加熱30 120秒。對比試驗制備并測試具有如圖1所示基本結構的155/65R13尺寸的充氣輪胎(輪輞尺寸 13X4. 5JJ)。胎體簾線和胎體簾布層的規(guī)格如表1中所示，除此之外輪胎具有相同的規(guī)格?！粗麖姸仍囼?plunger strength test)〉將安裝在輪輞上并充氣至200kPa的試驗輪胎放在一側，并且30kg的柱塞 (plunger)從特定高度自由墜落至在最大輪胎寬度位置處的胎側壁部上。然后，目測檢查胎側壁部是否存在由于胎體簾線破損引起的凸起。如果沒有，增加高度，并再次使柱塞自由墜落。直至凸起出現(xiàn)為止，重復增加高度。由引起凸起出現(xiàn)的高度和柱塞的重量(30kg)，計算出作為高度和重量乘積的破壞能。所獲得的破壞能顯示在表1中，其是基于實施例2的輪胎為100時的指數(shù)，其中， 指數(shù)越大，強度越高。<材料成本>用于胎體中胎體簾線的材料成本顯示在表1中，其是基于比較例1為100時的指數(shù)，其中指數(shù)越小，胎體簾線成本越低。<抗分離試驗>將作為材料的未硫化胎體簾布層沿垂直于其內胎體簾線的橫向方向拉伸100%， 然后檢查貼膠橡膠與胎體簾線是否分離。結果如表1所示，其中“〇”是指貼膠橡膠沒有分離，并且，“ X，，是指貼膠橡膠分離了。<生產效率>對于各試驗輪胎，制造五十個生胎樣品，并且測定未硫化胎體簾布層是否在輸送裝置中糾纏在一起以及/或者起褶。結果如表1所示，其中“〇”是指不存在問題，并且，
“ X ”是指問題發(fā)生。從試驗結果來看，可以確定，可以在降低材料成本和輪胎重量的同時改進輪胎強度。
權利要求
1.一種充氣輪胎，其包含由至少一層胎體簾布層組成的胎體，所述胎體簾布層在胎圈部之間經由胎面部和胎側壁部延伸，所述胎體簾布層由排列有簾線數(shù)為E的胎體簾線制成，其中每個所述胎體簾線由最終捻在一起的兩股絞線組成，每一股所述絞線由聚對苯二甲酸乙二酯纖維制成，所述兩股絞線的聚對苯二甲酸乙二酯纖維具有不超過2200分特的線密度D，并且以分特為單位的所述線密度D、單位為根/5cm的所述胎體簾布層每5cm寬度的簾線數(shù) E、單位為N的所述胎體簾線的斷裂強度S、以及單位為mN的所述胎體簾線的葛利式剛度B 滿足條件式⑴ ⑶(1)E≤-30. 6Ln D+307(2)B ≥ 357/E(3)S≥4161/E。
2.如權利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于，單位為根/5cm的所述簾線數(shù)E不低于 63840/D。
3.如權利要求1或2所述的充氣輪胎，其特征在于，單位為N的所述斷裂強度S不超過 10360/E。
4.如權利要求1、2或3所述的充氣輪胎，其特征在于，單位為mN的所述葛利式剛度B 不超過D/75。
5.如上述權利要求1-4中任一項中所述的充氣輪胎，其特征在于，所述線密度D不低于 560分特。
6.如上述權利要求1-4中任一項中所述的充氣輪胎，其特征在于，所述線密度D不低于 1120分特且不超過1660分特。
全文摘要
一種充氣輪胎包含由至少一層胎體簾布層組成的胎體，所述簾布層由排列的簾線數(shù)量為E的胎體簾線制成。各個胎體簾線由最終捻在一起的兩股絞線組成。兩股中的每一股由首次捻在一起的聚對苯二甲酸乙二酯纖維組成。兩股絞線的聚對苯二甲酸乙二酯纖維具有不超過2200分特的線密度D。以分特為單位的線密度D、胎體簾布層每5cm寬度的簾線數(shù)E(根/5cm)、胎體簾線的斷裂強度S(N)、以及胎體簾線的葛利式剛度B(mN)滿足條件式E≤-30.6Ln D+307；B≥357/E；S≥4161/E。
文檔編號B60C9/02GK102218975SQ20111006433
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權日2010年4月19日
發(fā)明者福本徹 申請人:住友橡膠工業(yè)株式會社