用于加强重型车辆轮胎的缆线

摘要

本发明涉及用于加强工业车辆如重型车辆轮胎的胎冠保护帘布层和/或加强件的缆线。本发明还涉及用作上述轮胎胎冠保护帘布层和/或加强件(9)的复合织物，以及得到的轮胎。本发明缆线(9a)包括三根以螺距p2螺旋缠绕在一起的丝束，每根丝束由以螺距p1螺旋缠绕在一起的两根金属丝组成，用于所述丝束的所述金属丝的直径分别为(d1，d2)、(d1’，d2’)、(d1’，d2”)，所述缆线满足下述条件：(i)0.25＜d1＜0.45；(ii)0.25＜d2＜0.45；(iii)0.25＜d1’＜0.45；(iv)0.25＜d2’＜0.45；(v)0.25＜d1”＜0.45；(vi)0.25＜d2”＜0.45；(vii)2＜p1＜p2＜10。

说明书

本发明涉及用于加强重型车辆轮胎的缆线，所述重型车辆也就是能够运输重负载的工业车辆，如“重型车辆”，即，地铁列车、公共汽车、公路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车)、越野车辆、农用或建筑机械、飞行器和其它运输或装卸车辆。

本发明特别涉及所述缆线在胎冠或胎体加强件保护帘布层中的应用，或在轮胎加强件中的应用。本发明还涉及用作轮胎保护帘布层或加强件的复合织物，以及所述轮胎本身。

通常由珠光(或铁素体-珠光体)碳钢丝组成的用于轮胎的钢缆，以下称为“碳钢”，其含碳量通常在0.2％和1.2％之间，这些钢丝的直径通常在0.10mm和0.40mm之间。这些钢丝需要具有很高的抗拉强度，通常高于2000Mpa并优选高于2500Mpa，该强度是由该钢丝在冷拉伸过程中产生的结构硬化得到的。然后该钢丝被组合成钢缆或钢丝束，它还要求所用的钢具有足够的扭力延展性以承受成缆操作。

已知，用于工业车辆如重型车辆的轮胎通常包括固定在两个胎圈中并且径向覆盖有胎冠加强件的胎体加强件，该胎冠加强件包括一个或多个工作胎冠帘布层和一个或多个在工作胎冠帘布层上的胎冠保护帘布层，所述胎冠加强件本身覆盖有通过两个侧壁与胎圈连接的轮胎胎面。

由于具有一定弹性能够变形的保护帘布层主要用来阻止滚动过程中外来物体对轮胎的径向穿透。

为了加强工业车辆如重型车辆轮胎的胎冠保护帘布层，现在通常使用绞合缆线(或绞合“帘线”，英语为“cord”)，该绞合缆线以已知的绞合技术组合并且根据定义其由多根螺旋缠绕在一起的金属丝束组成，每根丝束包括也螺旋缠绕在一起的钢丝。注意用在这些用于胎冠保护帘布层的缆线中的大多数钢丝典型地具有大于0.20mm的直径，例如接近0.30mm，该直径尤其大于用在重型车辆轮胎胎体加强件中的钢丝的直径。

作为普遍地用于加强重型车辆轮胎的胎冠保护帘布层的绞合缆线，该缆线例如可以具有结构式(4×2)，由4根螺旋缠绕在一起的丝束组成，每根丝束由螺旋缠绕在一起的2根金属丝组成。

这些用于胎冠保护帘布层的缆线一方面被设计赋予包含这些缆线的帘布层以最佳的可变形特性，以使所述胎冠保护帘布层能最好地符合其在滚动过程中碰到的障碍物的形状，另一方面可使帘布层阻止外来物体沿径向将其穿透。

也要注意这些绞合缆线必须被橡胶尽可能地完全渗透，以使后者渗入组成缆线的金属丝间的所有空间。实际上，如果渗入不充分，会沿着缆线形成空的通道，渗入轮胎的腐蚀剂如水，例如通过对轮胎的胎冠加强件造成切口或侵蚀，沿着这些通道通过所述加强件。与在干燥气氛中使用相比较，该湿气的存在对引起腐蚀和加速疲劳进程(“疲劳腐蚀”现象)起重要作用。

另一方面，重型工业车辆轮胎的每个胎圈通常都带有设计用来加强它的加强件，每个加强件都包括至少一层在胎体帘布层向上翻边的径向外侧延伸的缆线。这些缆线相对于轮胎周向的角度通常在15°和30°之间。在一些情况下每个加强件能够以向上翻边轴向外侧和径向内侧的方向沿胎体帘布层的向上翻边延伸，当以轮胎子午线横截面观测时，其形成大致L形。

这些加强件具有整体的减震功能，具体是通过吸收与压平有关的压力以及减小对轮缘的磨损，倾向于使得每当轮胎被它滚过的地面压平时，轮胎胎体加强件的“去放射”(deradialisation)现象被最小化。

为了加强这些帘布层，构造这些加强件，最常用的缆线是由中心层和绕中心层排列的一层或多层同心钢丝组成的多层钢缆。

在这些重型车辆轮胎的加强件中最常用的多层缆线是结构式为(L+M)或(L+M+N)的多层缆线。已知，这些缆线用由至少一层M钢丝包裹的L钢丝芯构成，M钢丝本身有时被外层N钢丝包裹，根据情况，L的变化范围通常是从1到4，M的变化范围是从3到12，N的变化范围是从8到20，如果需要，该组件通过用绕丝缠绕最后一层的方式被缠绕。

如同用于胎冠保护帘布层的缆线，这些用于加强件的缆线被橡胶尽可能地完全渗透也是非常重要的，以便它渗入组成缆线的钢丝之间以阻止腐蚀剂沿着缆线进入空的通道。

如文献EP-A-176 139(或US 4 651 513)、EP-A-497 612(或US 5 285836)、EP-A-669 421(或US 5 595 057)、EP-A-709 236(或US 5 836 145)、EP-A-744 490(或US 5 806 296)或EP-A-779 390(或US 5 802 829)所述，描述了例如结构为(3+9+15)的多层缆线，它们由被9根中间层钢丝缠绕的3根内层钢丝和例如由绕丝提供的15根外层饱和钢丝组成。

具有式(3+9+15)的这些缆线的主要缺点是它们不能被橡胶完全渗透，这尤其是因为外层的饱和结构以及在三根芯部钢丝的中心存在通道或毛细管，在用橡胶浸渍后它仍然是空的，并且因此腐蚀剂如水的扩散能够进入其中。

本发明的目的是提供一种新的绞合缆线，其尤其能够用于加强胎冠保护帘布层甚至工业车辆如重型车辆轮胎的加强件：

-当其赋予胎冠保护帘布层的抗腐蚀性与所述(4×2)绞合缆线赋予的抗腐蚀性相同时，与用于重型车辆轮胎中胎冠保护帘布层加强件的已知的(4×2)结构绞合缆线的体积和成本相比，其具有较小的体积且更为便宜(由于形成三角形横截面的丝束数量较小)。

-一方面与用在加强件中的已知的(3+9+15)结构多层缆线赋予胎圈的耐久性相比，其赋予胎圈提高的耐久性，该胎圈的加强件含有本发明的缆线，另一方面与所述(3+9+15)结构多层缆线赋予加强件的抗腐蚀性相比，其赋予含有它们的加强件提高的抗腐蚀性(由于更高的橡胶渗透性)。

由于申请人出乎意料的发现而达到该目的，该发现为使用包括三根以螺距p2螺旋缠绕在一起的丝束的缆线有利于加强至少一个胎冠保护帘布层和/或重型工业车辆轮胎的加强件，并赋予所述胎冠帘布层和/或所述加强件上述的优点，其中每根丝束由两根以螺距p1螺旋缠绕在一起的金属丝组成，每根丝束的金属丝和丝束以同样的缠绕方向S/S或Z/Z缠绕在一起，三根丝束的每一根的两根金属丝的直径分别为(d1，d2)、(d1’，d2’)、(d1’，d2”)，且所述缆线满足下述所有条件：

(i)0.25＜d1＜0.45        (ii)0.25＜d2＜0.45

(iii)0.25＜d1’＜0.45    (iv)0.25＜d2’＜0.45

(v)0.25＜d1”＜0.45      (vi)0.25＜d2”＜0.45

(vii)2＜p1＜p2＜10

优选，本发明缆线还满足下述条件：

(viii)3＜p1＜p2＜8

优选，本发明缆线还满足条件：

(ix)0.5＜p1/p2＜0.75。

根据本发明的另一特征，根据1984年的ISO 6892标准在拉伸下测量，所述缆线具有大于2.5％的结构伸长As。

根据本发明的另一特征，根据1984年的ISO 6892标准在拉伸下测量，所述缆线具有大于3.3％的断裂伸长At。

注意断裂伸长At被定义为代表结构伸长As、弹性伸长Ae和塑性伸长Ap的总和。

本发明缆线的断裂伸长At的高值实质上一方面赋予用这些缆线加强的胎冠保护帘布层在轮胎制造过程中的弹性，另一方面，赋予其在滚动过程中承受应力时较低的刚度。当在滚动过程中帘布层承受危险应力时，用所述缆线加强的胎冠保护帘布层减少的张力会导致所述帘布层对切口扩散尤其是对腐蚀损害的灵敏度降低。

根据本发明的另一个特征，根据1984年的ISO 6892标准在拉伸下测量，所述缆线具有低于125Gpa的杨氏模量E。

优选，本发明缆线每单位长度的质量小于或等于5.50g/m。还优选，本发明缆线的总直径小于或等于1.40mm。

构成本发明缆线丝束的金属丝由碳含量在0.2-1.2％之间，优选在0.5-1.0％之间的钢组成。

本发明的另一目的是提供一种复合轮胎织物，该织物特别是能用作重型工业车辆轮胎的保护帘布层和/或加强件，所述织物包括基于至少一种二烯弹性体的橡胶组合物，用由上述本发明缆线组成的加强件加强该弹性体。

已知，“二烯弹性体”是指至少部分由二烯单体获得的弹性体(即，单聚物或者共聚物)，其中的二烯单体亦即具有两个碳-碳双键的弹性体，无论共轭与否。

本发明组合物的二烯弹性体优选是“基本不饱和的”，即，它包括摩尔比值大于15％(重量％)的共轭二烯单元。还更优选所述组合物的二烯弹性体是“高度不饱和的”，即，具有摩尔比值大于50％的共轭二烯单元。

甚至更优选，所述二烯弹性体属于由聚丁二烯、天然橡胶、合成聚异戊二烯、丁二烯-苯乙烯共聚物、异戊二烯-丁二烯共聚物、异戊二烯-苯乙烯共聚物、丁二烯-苯乙烯-异戊二烯共聚物，和这些弹性体的各种混合物所组成的组。

还更优选，所述橡胶组合物基于天然橡胶或合成聚异戊二烯。

然而，根据本发明的实施方案所述橡胶组合物还可以使用天然橡胶或合成聚异戊二烯与其它“高度不饱和的”二烯弹性体的混合物，尤其是与苯乙烯和丁二烯的共聚物或与聚丁二烯的混合物。

当然，本发明复合织物的弹性体基体包含一个或多个二烯弹性体，后者能够与任何类型的非二烯合成弹性体联合使用，或与其它聚合物例如热塑性聚合物联合使用。

本发明复合织物的橡胶组合物还包括所有或部分通常用于轮胎制造的添加剂，例如增强填充剂如碳黑和/或无机增强填充剂如硅石、抗老化剂例如抗氧化剂、增量油、增塑剂或促进在未硫化阶段使用该组合物的助剂、基于硫磺或硫磺和/或过氧化物给体的交联系统、促进剂、硫化活性剂或延迟剂、亚甲基受体和给体、树脂、已知的“RFS”类(间苯二酚-甲醛-二氧化硅)或金属盐如钴盐的附着力促进系统。

本发明复合织物可以采用不同的形式，例如在该领域熟知的各种方法如模塑、砑光或压制的帮助下制成的层状、带状、窄带状或块状结合金属加强件的橡胶。

在本发明的复合织物中，本发明缆线彼此平行排列，一方面具有每分米织物缆线的密度(由“d”指代)，另一方面具有相邻缆线之间的橡胶“桥”宽度(该宽度在下文中由“ΔL”指代，由mm表示，在已知意义上代表织物中缆线的砑光间隔或定位间隔和所述缆线直径之间的差值)，d和ΔL具体由本发明中特定的加强件来确定，所述特定的加强件即保护帘布层的加强件和/或加强件。

在本发明的复合织物中，两根相邻缆线的轴线之间的距离优选为2-4mm。低于最小值说明该橡胶桥过窄，并且有导致帘布层在工作中，特别是在通过拉伸或剪切在其平面上产生变形的过程中机械地退化的危险。超出最大值说明在缆线之间有穿孔的危险。

注意本发明复合织物的缆线密度d优选为每分米织物20到60根缆线，还更优选每分米织物30到50根缆线。

本发明复合织物的另一个特征是两根相邻缆线之间的橡胶组合物桥的宽度ΔL为0.5-1.3mm，优选该宽度ΔL为0.6-1.0mm。

根据本发明复合织物的其它的特征，当所述织物用作特别用于重型工业车辆轮胎胎冠加强件的保护帘布层时，根据ASTM D 412标准测量，交联状态的所述橡胶组合物具有的的割线模量M10在5到12Mpa之间。

根据本发明复合织物的另一个特征，当所述织物用于构造重型工业车辆的轮胎胎圈加强件时，根据ASTM D 412标准测量，交联状态的橡胶组合物具有的割线模量M10在7到15Mpa之间。

在这些模量范围内，可以观测到本发明缆线的耐久性和包含它们的织物的最佳平衡。

在一个优选的实施方案中，用于重型工业车辆的本发明的轮胎包括固定在两个胎圈中并且径向覆盖有胎冠加强件的胎体加强件，该胎冠加强件一方面包括一个或多个工作胎冠帘布层，另一方面包括一个或多个在工作胎冠帘布层上的胎冠保护帘布层，所述胎冠加强件本身覆盖有通过两个侧壁与胎圈连接的胎面；该轮胎的特征在于至少一个所述胎冠保护帘布层包括上述定义的本发明的复合织物。

在另一个优选的实施方案中，用于重型工业车辆的本发明的轮胎在已知意义上包括通过在胎圈钢丝外侧分别轴向形成两个向上翻边而固定在绕两根钢丝的两个胎圈中且径向覆盖有胎冠加强件的胎体加强件，该胎冠加强件本身覆盖有通过两个侧壁与胎圈连接的胎面，每个胎圈包括设计用来加强它的加强件，每个加强件在胎体加强件向上翻边的径向外侧延伸且包括至少一层金属缆线，该层缆线相对于轮胎周向形成优选15°-30°的角；该轮胎的特征在于至少一个所述加强件包括上述定义的本发明的复合织物。

根据本发明更优选的不同实施方案，每个所述加强件在所述胎体加强件的向上翻边的外侧沿着该翻边轴向延伸，在其内侧沿该翻边径向延伸，从而当以所述轮胎子午线横截面观测时，其形成大体L形。

在阅读下面描述的本发明的几个实施方案的基础上将更好的理解本发明的上述特征以及其它特征，给出实施方案是为说明的目的而非限制的目的，所述描述参考附图，其中唯一的附图是本发明实施例的重型车辆轮胎侧壁胎圈的子午线横截面的视图。

唯一的附图显示了轮胎的侧壁胎圈1，该胎圈轴向内侧通过不渗透充气气体的内部弹性体密封层来限定，轴向外侧通过外部侧壁弹性体层3来限定。对该胎圈1的描述同样适用于该轮胎的其它胎圈。

唯一的附图还显示了金属缆线的胎体帘布层4，该层通过在金属胎圈钢丝5的轴向外侧形成向上翻边4a而绕金属胎圈钢丝5固定在胎圈1中，该向上翻边4a由弹性体边缘衬条4b径向向外延伸。

在胎体帘布层4和内部密封层2之间的加强弹性体层6被设计用来加强帘布层4和密封层2，确保它们彼此机械连接并保护帘布层4免受诸如充气气体扩散等的侵害。

在唯一的附图显示的实施例中具有矩形横截面的胎圈钢丝5被弹性体层7环绕，该层被设计成大体圆形横截面，以确保与绕向上翻边4a的胎体帘布层4的接触良好。

胎圈1还包括在位于向上翻边4a任一边的两部分胎体帘布层4之间，在胎圈钢丝5径向外侧提供的弹性体填充层8(唯一的附图中的实施例显示该层8与胎体帘布层4接触，边缘衬条4b和弹性体层7环绕胎圈钢丝5)。

胎圈1还包括被设计用于加强该胎圈的加强件9，该加强件由一层本发明的金属缆线9a制成，该缆线在胎体帘布层4的向上翻边4a的轴向外侧延伸且相对于轮胎的周向优选成15°-30°角。唯一的附图中的实施例显示所述加强件经边缘衬条9b径向向外延伸。

在加强件9和向上翻边4a之间的弹性体层10被设计用来加强加强件9，其轴向延伸以与后者以及在唯一的附图显示的实施例中的向上翻边4a和填充层8相接触。

在加强件9和外部侧壁弹性体层3之间的另一加强弹性体层11从内侧径向向外延伸与加强件9、边缘衬条9a和弹性体层10接触。

在该具体实施例中，胎圈1还包括保护弹性体层12，其被设计用来确保胎圈1和轮缘的接触，并通过将外部侧壁弹性体层3连接到内部密封层2上在内侧径向限定胎圈1。如唯一的附图所示，该保护弹性体层12从胎圈1的外侧向内轴向延伸与加强弹性体层11、加强件9、向上翻边4a和加强层6接触，而且所述保护弹性体层12在内侧轴向覆盖内部密封层2，当以轮胎子午线横截面观测时实质上形成L形。

与“控制”缆线相比本发明缆线的实施例

1)在重型车辆轮胎的胎冠保护帘布层中的使用

下面，详细描述了与通常用在胎冠保护帘布层中的具有式“8.35”(每根具有两根钢丝的四根同样的丝束，钢丝直径等于0.348mm)的“控制”缆线C_T1相比，具有式“6.35”(每根具有两根钢丝的三根同样的丝束，钢丝直径等于0.348mm)的本发明缆线C_i的机械性能和制备。

a)本发明缆线C_i在同样丝束的两根钢丝之间具有3.96mm的螺距p1，在丝束之间具有6.09mm的螺距p2。此外，每根丝束的钢丝和三根丝束以同样的扭转方向S/S缠绕在一起。

该缆线由两个操作获得：

-用轮式绞扭器通过稳定的扭转由旋转供线盘制成丝束。进行过程中使用了“96”型“BRD”机。

-由旋转供线盘并用上述机器通过用所述轮式绞扭器稳定扭转来组合三根丝束。

b)“控制”缆线C_T1在同样丝束的两根钢丝之间具有3.98mm的螺距p1，在丝束之间具有8.23mm的螺距p2。此外，每根丝束的钢丝和四根丝束全部以同样的扭转方向S/S缠绕在一起。

下面的表1显示出两种缆线的主要特征，在单独的缆线上进行测量(即在它们并入复合织物之前)

                          表1

缆线C_T1《8.35》缆线C_i《6.35》    断裂负载Fm(N)    1501.0    1135.3    每单位长度质量(g/m)    6.258    5.062    总直径(mm)    1.49    1.39    杨氏模量E(GPa)    119    103    结构伸长As(％)    0.60    0.28    塑性伸长Ap(％)    1.06    1.42    断裂伸长At(％)    3.24    3.39

2)在重型车辆轮胎加强件中的使用：

下面，具有式“6.35”的本发明缆线C_i的机械性能将与通常用于加强加强件的复合织物的具有式“27.18FR”(缠绕的多层(3+9+15)缆线包括3根钢丝的内层C₁，9根钢丝的中间层C₂，15根钢丝的饱和外层C₃和缠绕该外层的绕丝，钢丝直径为0.18mm)的另一“控制”缆线C_T2的机械性能作出比较。

对于层C₁到C₃，缆线C_T2的螺距p1、p2、p3分别为6.5mm、12.0mm和13.0mm。绕丝缠绕螺距为2.8mm。此外，层C₁到C₃和绕丝以扭转方向S/S/Z/S进行缠绕。

下面表2比较了缆线C_T2和C_i的主要性质，在单独的缆线上进行测量。

                         表2

缆线C_T2《27.18》缆线C_i《6.35》  断裂负载Fm(N)    1720.0    1135.3  每单位长度质量(g/m)    5.370    5.062  总直径(mm)    1.38    1.39  杨氏模量E(GPa)    从170到180    103  结构伸长As(％)    0    0.28  塑性伸长Ap(％)    0.60    1.42  断裂伸长At(％)    从2.1到2.6    3.39

对用本发明缆线C_i或“控制”缆线C_T2加强其加强件的轮胎的耐久性测试：

用本发明的轮胎P_i和“控制”轮胎P_T2进行滚动测试，每个测试轮胎为被充气至8巴压力的重型车辆轮胎且型号为“315/80 R22.5”，以比较轮胎P_i和轮胎P_T2的耐久性。

每个“控制”轮胎P_T2特别包括：

-在它的胎冠保护帘布层中，式“18.23”(具有三根金属丝束，每根丝束由绕芯部钢丝螺旋缠绕的五根钢丝组成)的已知绞合缆线，缆线间以2.5mm螺距排列。缆线密度d为40每分米织物，橡胶桥宽度ΔL为1.04mm(每根缆线的直径为1.46mm)；

-在它的两个交叉的工作胎冠帘布层中，以2.5mm的间距排列在这些帘布层中的式“11.35”(直径接近0.35mm的11根钢丝)的未缠绕多层缆线；

-在它的加强件中(如唯一的附图所示)，以1.8mm缆线间距排列的式“27.18FR”的所述“控制”多层缆线C_T2。由此缆线C_T2的密度d为55每分米织物，橡胶“桥”的宽度ΔL为0.42mm。

每个本发明的轮胎P_i具体包括：

-在它的胎冠保护帘布层中，以2.25mm缆线间距排列的式“6.35”的本发明绞合缆线C_i。从而该缆线C_i的密度为44每分米织物，橡胶“桥”的宽度ΔL为0.86mm(每个缆线的直径为1.39mm)；

-在它的两个交叉的工作胎冠帘布层中，以2.5mm的缆线间距排列的式“11.35”的所述多层缆线；

-在它的加强件中(如唯一的附图所示)，以2.25mm的缆线间距排列的所述绞合缆线C_i，缆线密度为44每分米织物，橡胶桥的宽度ΔL为0.86mm。加强件中的橡胶组合物的模量M10基本上等于10Mpa，该橡胶组合物基于天然橡胶。

在每个轮胎大约5150kg负载的情况下进行滚动测试，滚动速度为57km/h，温度为25℃。

停止滚动的标准是在轮胎胎圈断裂时确定的临界公里数的末端的及时第一次探测。

下面表3显示，作为相对值，用本发明轮胎P_i获得的平均临界公里距离，参考用“控制”轮胎P_T2获得的用基数100表示的平均临界公里距离。对于这些轮胎P_i，由此获得的平均临界公里距离由用“控制”轮胎P_T2获得的相应的公里距离的百分数表示。

                           表3

“控制”轮胎本发明轮胎P_i平均临界公里距离(胎圈断裂前)100 154

因此，该测试表明包含本发明结构为(3×2)的绞合缆线C_i的加强件赋予含有它们的轮胎P_i的胎圈大大提高的耐久性，与其加强件含有式(3+9+15)的多层缆线C_T2的“控制”轮胎P_T2相比，在这些胎圈未断裂的情况下其获得的平均公里距离增加超过50％。

具有本主题知识的人员将很容易地理解上述实施例涉及本发明缆线在重型车辆轮胎的胎冠保护帘布层或胎圈加强件中的使用，这些实施例能够延伸至其它轮胎的保护帘布层，例如用在建筑机械或农用机械的轮胎侧壁中，还可用于其它轮胎的加强件中。