專利名稱：三層式胎面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及公路用輪胎。
縱向條紋胎面圖案的中型卡車子午線輪胎通常在胎肩區(qū)帶有壓力分布溝槽或隔離溝槽。設(shè)置這種溝槽旨在減輕胎面接地區(qū)肩部內(nèi)的壓力和優(yōu)化胎面接地寬度上的壓力(分布)，以便防止胎面在道路或公路路面上的擦移。擦移會導(dǎo)致開始出現(xiàn)異常磨耗痕跡，例如胎面的肩部磨耗、胎面外側(cè)縱向花紋的機(jī)械磨耗、局部的胎肩磨耗導(dǎo)致的胎表面對角線劃痕以及胎肩區(qū)參差不齊的磨痕，亦稱之為“海島磨耗”。
即使備有壓力分布溝槽，子午線卡車輪胎仍舊表現(xiàn)出因車輛對中不良等狀況，不均勻的前橋載荷分布或道路狀況而產(chǎn)生的不規(guī)則磨耗。
一旦在輪胎上開始出現(xiàn)不規(guī)則磨耗，由此種磨耗引起的輪胎的這種不平衡往往加劇了擦移并加速了磨耗。
本發(fā)明的一個(gè)目的正是通過制止這種不規(guī)則的磨耗擦痕的出現(xiàn)來延長輪胎的耐用時(shí)間。熟悉本門技術(shù)的人從下面的說明和權(quán)利要求中將會看出本發(fā)明的其他目的。
本發(fā)明提供一種充氣輪胎，它包含至少一對基本平行的園環(huán)狀胎圈、至少一個(gè)包纏著此兩胎圈的胎體簾布層、在至少一個(gè)胎體簾布層上胎冠部位配置的胎面以及配置在胎面和胎圈之間的側(cè)壁(胎側(cè))。胎面包含許多沿徑向排布的密度區(qū)，其中每個(gè)密度區(qū)的軸向?qū)挾然旧系扔谔ッ娴妮S向?qū)挾?。每個(gè)密度區(qū)的邵爾A硬度、模量、回彈、伸長、磨耗性能及耐磨性等物理性質(zhì)同相鄰的密度區(qū)各不相同。徑向最外的密度區(qū)的耐磨性最低，而徑向最內(nèi)的密度區(qū)的耐磨性則最高。在例舉的實(shí)施方案中，胎面有3層密度區(qū)。
在一個(gè)舉出的輪胎和胎面的實(shí)施方案中，第一密度區(qū)包含10～80％的胎面厚度、第二密度區(qū)包含10～80％的胎面厚度，而第三密度區(qū)包含胎面的10～80％的胎面厚度。徑向最外(第一)密度區(qū)的300％伸長下抗張模量為6～14MPa(兆帕)；中間(第二)密度區(qū)的300％伸長下抗張模量為10～16MPa；而徑向最內(nèi)(第三)密度區(qū)的300％伸長下抗張模量為12～18MPa。
在一個(gè)實(shí)施方案中，每一區(qū)具有相同的膠料配方，只是作為補(bǔ)強(qiáng)劑的碳黑用量不同，每區(qū)含有的碳黑量較其徑向外側(cè)區(qū)的含量逐區(qū)提高，第一密度區(qū)含有20～50Phr(每百份橡膠的份數(shù))碳黑、第二密度區(qū)含有30～60Phr碳黑、而第三密度區(qū)含有40～70Phr碳黑。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，每區(qū)具有相同的膠料配方，只是用作補(bǔ)強(qiáng)劑的碳黑種類不同，每區(qū)含有膠料的挺性較其徑向外側(cè)逐區(qū)增加，第一密度區(qū)包含有30～60Phr HAF碳黑(高耐磨爐黑)、第二密度區(qū)含有30～60Ph ISAF(中超耐磨爐黑)碳黑、而第三密度區(qū)含有0～60Phr SAF(超耐磨爐黑)碳黑。
此外還對一種用于充氣輪胎的胎面提出權(quán)利要求。


圖1畫出的是本發(fā)明輪胎和胎面橫剖面的正視圖。
圖2畫出的是本發(fā)明輪胎和胎面的替代性實(shí)施方案的橫剖面正視圖。
雖然本發(fā)明能應(yīng)用于任何類型行駛于路面上的輪胎，但本發(fā)明在說明中是具體結(jié)合子午線中型卡車輪胎而論的，其典型的直徑為19.5″22.5″或24.5″，帶有縱向條形胎面花紋和一種壓力分布溝槽。圖1畫出了一種本發(fā)明的輪胎。說明的重點(diǎn)是這種輪胎耐不規(guī)則磨耗的能力。
下面看圖1和圖2，輪胎10包含一對平行的環(huán)狀胎圈12、至少一個(gè)包纏所說胎圈的胎體簾布層14、在胎冠區(qū)沿所說至少一個(gè)胎體簾布層表面配置的胎面16以及配置在胎面和胎圈之間的胎側(cè)18。
一般，據(jù)信這類能用于本發(fā)明的輪胎將具有1～3胎體簾布層和1～4帶束層。
按照本發(fā)明的概念，從理論上講，既然不規(guī)則磨耗一旦開始出現(xiàn)往往愈演愈烈，那么如果能提供一種手段令不規(guī)則磨耗停止在其開始出現(xiàn)的區(qū)域并等待胎面其余部位的磨耗“趕上”并達(dá)到與之相等的程度，則可達(dá)到全面、較為一致和均衡的磨耗。
這一點(diǎn)是通過采用一種分區(qū)或分層排列的胎面疊層實(shí)現(xiàn)的，其中胎面內(nèi)每層的膠料具有不同的磨耗速率。磨耗最快的膠料位于胎面徑向地最外部位，沿徑向順次向內(nèi)各區(qū)的特點(diǎn)是其膠料一層比一層磨耗慢。
當(dāng)擦移造成胎面的一個(gè)區(qū)域過早磨低且其磨耗速率隨損磨耗面深入胎面而放慢時(shí)，則磨耗速率較快、磨耗程度較少的胎面部分便有機(jī)會作為胎面的受擦移部位磨低到相同的高度，而又鑒于經(jīng)驗(yàn)表明，隨著輪胎的磨合不規(guī)則磨耗不斷減少，故隨著輪胎的不斷使用其磨耗變得益發(fā)均勻。均勻的磨耗必會延長胎的總使用時(shí)間，且還能改善輪胎的可翻新性能。
本發(fā)明可以包含2～6層胎面膠，較好3～6層胎面膠，其中每一層膠料的模量都大于位于其徑向外側(cè)膠層的模量。圖1提供了一種輪胎和胎面，其中胎面包含22、24和26三層胎面膠，這三層胎面膠是利用一臺三腔擠出機(jī)復(fù)合擠出的。圖2表示了一種由六層(22、23、24、25、26、27)組成的胎面實(shí)施方案。
借助三腔擠出機(jī)就能夠刨造出具有3個(gè)區(qū)的胎面，每個(gè)區(qū)包含大約1/3胎面復(fù)合物的體積。在象圖2這樣的實(shí)施方案中，可能需要兩次擠出以構(gòu)成胎面。熟悉此門技術(shù)的人會明白，依某一給定輪胎的預(yù)期用途不同，各區(qū)的厚度可能有所不同。據(jù)信，本發(fā)明一般能適用于每區(qū)包含10％～80％胎面厚度，較好15％～60％的胎面厚度的場合。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，胎面膠料的模量可通過增加每個(gè)胎面區(qū)內(nèi)碳黑的用量而提高。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，胎面膠料的模量可以在每個(gè)胎面區(qū)內(nèi)采用不同種類的碳黑來提高。
熟悉這門技術(shù)的人將會知道，尚有其他的改變膠料模量的可用方法，而目，自然，當(dāng)采用每個(gè)胎面區(qū)有不同物理性質(zhì)的不同橡膠時(shí)本發(fā)明也可適用。
在本發(fā)明的第一個(gè)示范方案中，使用了一種SAF碳黑(超耐磨爐黑)，其顆粒尺寸為11～19nm、CTAB(溴化十六烷基三甲基銨)為120～135、DBP(對叔丁基苯基二硫化物)吸收為110～140以及著色強(qiáng)度為115～135。在如圖1所舉實(shí)施方案中，在胎面徑向最外層22中加入了20～50Phr的SAF黑，胎面中間層24中加入了30～60Phr SAF黑。而在胎面徑向最內(nèi)層26中加入了40～70PhrSAF黑。如此制成的這三種膠料分別具有的300％伸長下抗張模量分別是6～14Pa、10～16MPa和12～18MPa、較好8～12MPa、12～14MPa和14～16MPa。
熟悉本門技術(shù)的人會了解，較低的模量值較適合于小汽車輪胎(13、14和15英寸直徑)，而此范圍的上限者較合于子午線中型卡車(RMT)輪胎。
再看圖1，在本發(fā)明第二示范方案中，每個(gè)胎面層使用的碳黑在數(shù)量上相同，但是胎面膠料中碳黑的性質(zhì)和種類不同。在第二示范方案中，碳黑的用量為40～60Phr。在徑向最外層中，使用了一種HAF碳黑(高耐磨爐黑)，其顆粒尺寸是26～30nm、CTAB為65～105、DBP吸收70～130以及著色強(qiáng)度是95～120。在中間層中，使用了ISAF碳黑(中超耐磨爐黑)，其顆粒尺寸是20～25nm、CTAB為100～120、DBP吸收90～130以及著色強(qiáng)度110～130。在徑向最內(nèi)層，使用了SAF碳黑(超耐磨爐黑)，其性質(zhì)如上面所述。一般說，用HAF碳黑生產(chǎn)出的膠料，在300％伸長下抗張強(qiáng)度是6～14MPa、較好8～12MPa。用ISAF碳黑生產(chǎn)的膠料，300％伸長下抗張模量是10～16MPa，較好12～14MPa，而用SAF黑制成的膠料，300％伸長下的抗張模量是12～18MPa，較好14～16MPa。
熟悉本門技術(shù)的人會理解，也可以用不同種類碳黑的不同加入量，亦或其他種填料，如氧化硅，而且在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，與制做膠料的手段相比較，不同的區(qū)要有不同的膠料性質(zhì)才是最重要的。
用于本發(fā)明輪胎和胎面的硫磺硫化橡膠組合物含有天然或合成的二烯衍生橡膠。雖然天然橡膠是較好的，但具有代表性的，能用于胎面及其他輪胎部件的橡膠包括中等乙烯基聚丁二烯、丁苯橡膠、合成順式1，4-聚異戊二烯、合成3，4-聚異戊二烯、順式聚丁二烯、異戊苯橡膠、異戊丁苯橡膠、丁腈橡膠及上述的混合物。
除上述成分之外，該硫磺硫化橡膠組合物中還可以含有傳統(tǒng)的添加劑，包括補(bǔ)強(qiáng)劑、填料、塑解劑、顏料、硬脂酸、促進(jìn)劑、硫磺硫化劑、抗臭氧劑、抗氧化劑、操作油、活化劑、引發(fā)劑、增塑劑、石蠟、防焦劑、壓出機(jī)油等等。
代表性的補(bǔ)強(qiáng)劑是碳黑，其典型的加入量，以每100重量份總橡膠量的份數(shù)(Phr)計(jì)為5～100份。碳黑的一般用量從大約75到85Phr。采用的典型碳黑包括N110、N121、N220、N231、N234、N242、N293、N299、N326、N330、N332、N339、N343、N347、N351、N358、N375、N472、N539、N550、N660、N683、N754和N765。
代表性的傳統(tǒng)促進(jìn)劑是胺類、胍類、硫脲類、硫醇類、秋蘭姆類、次磺酰胺類、二硫代氨基甲酸鹽類和黃原酸酯類，其典型的加入量為大約0.2～5Phr。
代表性的硫磺硫化劑包括元素硫(游離硫)或能貢獻(xiàn)出硫的硫化劑，例如，二硫化胺、聚合多硫化物或硫的烯烴加成物。硫磺硫化劑的用量將隨著橡膠的種類和具體的硫磺硫化劑品種不同而變化，但一般而言，其范圍從約0.1Phr到約5Phr，較好從約0.5Phr到約2Phr。
可以含于橡膠組合物中的有代表性的抗降解劑包括微晶蠟、石蠟、單酚類、雙酚類、硫代雙酚類、多酚類、氫醌衍生物、亞磷酸酯類、磷酸酯混合物、硫酯類、萘胺類、雙酚胺以及其他二芳基胺衍生物，對苯二胺、喹啉類和混合胺類?？菇到鈩┑耐ǔＳ昧拷橛?.1Phr到約10Phr之間，較好介于約4～6Phr之間。
有代表性的可用塑解劑是五氯苯酚，其用量可為約0.1Phr到0.4Phr，較好約0.2～0.3Phr。
可用于本發(fā)明橡膠組合物的有代表性的操作油包括活性二硫代-雙N-苯甲酰苯胺、聚對二亞硝基苯、二甲苯基硫醇類、脂環(huán)烷芳族樹脂類、聚乙二醇、重油、脂類增塑劑、固化植物油、松焦油、苯酚樹脂、石油樹脂、聚酯和松香。這些操作油可以按照傳統(tǒng)的數(shù)量，即從0到大約10Phr，來使用，較好約5～約10Phr。
可以使用的代表性引發(fā)劑是硬脂酸。引發(fā)劑的傳統(tǒng)用量一般介于約1～4Phr，較好介于約2～3Phr。
促進(jìn)劑可按傳統(tǒng)的用量使用。在只用主促進(jìn)劑的情況下，其用量介于約0.5～2.5Phr。在聯(lián)合使用兩種以上促進(jìn)劑的情況下，主促進(jìn)劑一般地說用量在0.5到2Phr之間，而輔促進(jìn)劑的用量介于大約0.1～0.5Phr之間。促進(jìn)劑的聯(lián)合使用已知能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。合適的傳統(tǒng)促進(jìn)劑有胺類、二硫化合物、胍類、硫脲類、噻唑類、秋蘭姆類、次磺酰胺類、二硫代氨基甲酸鹽類和黃原酸酯類。較好主促進(jìn)劑是一種次磺酰胺。若使用輔助促進(jìn)劑，它較好是一種胍、二硫代氨基甲酸鹽或秋蘭姆化合物。
下面，將結(jié)合下列實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)例1本實(shí)例說明一種橡膠組合物，除非另外指明，所舉全部實(shí)例均使用這種組合物。具體的成分如每個(gè)實(shí)例指出的那樣，有所變化。當(dāng)用于本實(shí)例時(shí)，成分的改變表現(xiàn)在用于橡膠混合的碳黑用量上的變化。使用了膠料A、B和C分別配置在胎面的徑向最外、中間和徑向最內(nèi)的區(qū)。
右邊一列數(shù)字代表每種成分以Phr表示的數(shù)量。
碳黑的物理性質(zhì)如下，其中“Tint”代表著色強(qiáng)度。
碳黑 顆粒尺寸 CTABDBPA TintSAF 11～19nm 119～125128～132 118～124按前面說明的方法制成的膠料的各項(xiàng)物理性能載于表II。
從上表的材料性質(zhì)可以預(yù)測，在卡車輪胎上采用分區(qū)胎面層能提供在輪胎滾動阻力、抗不規(guī)則磨耗、抗胎面受損的保持能力以及牽引性能保持能力等方面，比采用單一的高撕裂強(qiáng)度胎面膠料的對照輪胎提高10％的改進(jìn)。
實(shí)例2本實(shí)例旨在說明一種分區(qū)胎面，其中每區(qū)的橡膠組合物除其中所用碳黑的種類不同之外其余完全相同。
SAF碳黑的性質(zhì)如同實(shí)例1所載。ISAF和HAF碳黑的性質(zhì)如下碳黑 顆粒尺寸 CTAB DBPA TintISAF 20～25nm98～102 112～116 113～117HAF 26～20nm 80～84 100～104 101～105表III說明實(shí)例1中所描述橡膠配方中所用的碳黑種類，以及當(dāng)碳黑用量為50Phr時(shí)膠料的某些性能。
在該表中，模量數(shù)據(jù)和E′的單位均為MPa，伸長為％。
預(yù)期，至少在使用的早期，全面的胎面磨耗會有所增加，但在維持其他重要性能不下降的同時(shí)，預(yù)期在輪胎行駛溫度、不規(guī)則磨耗以及滾動阻力等方面會有可發(fā)現(xiàn)的改進(jìn)。
表IV的數(shù)據(jù)代表根據(jù)前面描述的材料性能預(yù)測的用本實(shí)例膠料制成的輪胎的性能，所給出的數(shù)值已按照對照例為100做了規(guī)整化。
2.滾動阻力或輪胎的額定牽引力(愈高愈好)。
3.胎面總體磨耗是經(jīng)過在公路上行駛一定的時(shí)間之后，典型地行駛60,000英里之后剩余的胎面花紋高度。數(shù)值愈大愈好。
4.磨耗均勻性是分等級評定的胎面防滑性或剩余胎面花紋高度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(愈高愈好)。
5.快速磨耗性能是在嚴(yán)酷條件下的磨耗速率，并模擬城市開-停狀況。
6.抗損傷是對輪胎在碎石路面上行駛一定的距離和時(shí)間，典型地8000英里之后耐受掉塊、崩花和割口能力的度量。
雖然已就本發(fā)明的某些實(shí)例做了說明，但是凡熟悉本門技術(shù)的人必會理解，對本發(fā)明還可做出各種各樣的變更和不同的實(shí)施方案，仍不偏離本發(fā)明的精神。本發(fā)明僅受下面權(quán)利要求范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種充氣輪胎，包含至少一對基本平行的環(huán)狀胎圈、至少一層包纏所說胎圈的胎體簾布層、一只在所說至少一層胎體簾布層上的所說輪胎的冠部配置的胎面以及配置在所說胎面和所說胎圈之間的胎側(cè)，其中所說胎面包含許多徑向排布的密度區(qū)，其中每個(gè)密度區(qū)的軸向?qū)挾扰c所說胎面的軸向?qū)挾然鞠嗟?，而且其中每一密度區(qū)的邵爾A硬度、模量、回彈、伸長、磨耗性能和耐磨性等物理性能同相鄰的密度區(qū)不同。
2.權(quán)利要求1的充氣輪胎，其中徑向最外的密度區(qū)耐磨性能最低，而徑向最內(nèi)的密度區(qū)耐磨性能最高。
3.權(quán)利要求2的輪胎，其中所說胎面具有3個(gè)密度區(qū)。
4.權(quán)利要求3的輪胎，其中第一密度區(qū)包含10～80％胎面厚度，第二密度區(qū)包含10～80％胎面厚度，而且第三密度區(qū)包含10～80％胎面厚度。
5.權(quán)利要求3的輪胎，其中徑向最外(第一)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為6～14MPa；中間(第二)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為10～16MPa而徑向最內(nèi)(第三)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為12～18MPa。
6.權(quán)利要求3的輪胎，其中每區(qū)除作為補(bǔ)強(qiáng)劑的碳黑數(shù)量不同之外具有相同的橡膠配方，每區(qū)含有的碳黑數(shù)量較其徑向外側(cè)逐區(qū)遞增，第一密度區(qū)含有20～50Phr碳黑，第二密度區(qū)含有30～60Phr碳黑，而第三密度區(qū)含有40～70Phr破黑。
7.權(quán)利要求3的輪胎，其中第一密度區(qū)包含15～60％的胎面厚度，第二密度區(qū)包含15～60％的胎面厚度，而且第三密度區(qū)包含15～60％的胎面厚度。
8.權(quán)利要求3的輪胎，其中徑向最外(第一)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為10～12MPa；中間(第二)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為12～14MPa；而徑向最內(nèi)(第三)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為14～17MPa。
9.權(quán)利要求3的輪胎，其中每區(qū)除用作補(bǔ)強(qiáng)劑的碳黑種類不同之外具有相同的橡膠配方，每區(qū)含有的橡膠較其徑向外側(cè)區(qū)挺性逐區(qū)遞增，第一密度區(qū)含有30～60Phr HAF碳黑，第二密度區(qū)含有30～60Phr ISAF碳黑，而第三密度區(qū)含有30～60Phr SAF碳黑。
10.用在充氣輪胎上的一種胎面，包含許多徑向排布的密度區(qū)，其中每個(gè)密度區(qū)的軸向?qū)挾韧f胎面的軸向?qū)挾然鞠嗟龋移渲忻總€(gè)密度區(qū)的邵爾A硬度、模量、回彈、伸長、磨耗性能和耐磨性能等物理性能與相鄰密度區(qū)不同。
11.權(quán)利要求10的胎面，其中徑向最外密度區(qū)的耐磨性能最低，而徑向最內(nèi)密度區(qū)的耐磨性能最高。
12.權(quán)利要求11的胎面，其中所說胎面具有3個(gè)密度區(qū)。
13.權(quán)利要求12的胎面，其中第一密度區(qū)包含10～80％的胎面厚度，第二密度區(qū)包含10～80％的胎面厚度，而且第三密度區(qū)包含10～80％的胎面厚度。
14.權(quán)利要求12的胎面，其中徑向最外(第一)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為6～14MPa；中間(第二)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為10～16MPa；而徑向最內(nèi)(第三)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為12～18MPa。
15.權(quán)利要求12的胎面，其中每區(qū)除用作補(bǔ)強(qiáng)劑的碳黑數(shù)量不同之外具有相同的橡膠配方，每區(qū)含有的碳黑較其徑向外側(cè)區(qū)逐區(qū)遞增，第一密度區(qū)含有30～50Phr碳黑，第二密度區(qū)含有40～60Phr碳黑，而第三密度區(qū)含有50～70Phr碳黑。
16.權(quán)利要求12的胎面，其中第一密度區(qū)包含15～60％的胎面厚度，第二密度區(qū)包含15～60％的胎面厚度，而且第三密度區(qū)包含15～60％的胎面厚度。
17.權(quán)利要求12的胎面，其中徑向最外(第一)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為10～12MPa；中間(第二)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為12～14MPa；而徑向最內(nèi)(第三)密度區(qū)在300％伸長下的抗張模量為14～17MPa。
18.權(quán)利要求12的胎面，其中每區(qū)除用作補(bǔ)強(qiáng)劑的碳黑種類不同之外具有相同的橡膠配方，每區(qū)含有的橡膠較其徑向外側(cè)區(qū)具有逐區(qū)遞增的挺性，第一密度區(qū)含有30～60Phr HAF碳黑，第二密度區(qū)含有30～60Phr ISAF碳黑，而第三密度區(qū)含有30～60PhrSAF碳黑。
全文摘要
借助提供一種隨輪胎磨耗耐磨性能提高的胎面，可以制止或減少不規(guī)則磨耗擦痕。本發(fā)明輪胎的胎面具有至少2層模量不同的橡膠層，其中模量較低的橡膠層位于胎面的表層。
文檔編號B60C1/00GK1132685SQ95118770
公開日1996年10月9日 申請日期1995年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月7日
發(fā)明者J·L·加伯, M·B·羅杰斯 申請人:固特異輪胎和橡膠公司