使用具有扁平横截面的纤维的增强结构的轮胎

摘要

本发明涉及一种轮胎，其包括气密橡胶外胎(2)和增强结构，该增强结构基本由嵌入橡胶内并且设置在几个层中的多个纤维(30、40)构成，该增强结构包括至少一个胎体层(3)和胎冠层(4)。根据本发明，这些层(3、4)的纤维(30)和纤维(40)相互连接并且相对于轮胎的中间平面(P)分别成大约90度和0度的角度而定向，此外，这些纤维(30、40)具有凸起的并且扁平的横截面。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及机动车装备。

更具体地，本发明涉及包括气密橡胶外胎和增强结构的轮胎，该增强结构基本由单独地嵌入橡胶内并且设置在几个层中的多个纤维构成。

背景技术

当前，现有的轮胎性能，特别是在使用寿命、气密性以及强度方面，是以在这些轮胎的材料结构方面的以及为了制造轮胎而必须执行的步骤和操作方面的高复杂性为代价而获得的。

发明内容

在该背景范围内，本发明旨在提出一种轮胎，对于相同的性能，该轮胎比现有的轮胎在结构上更简单并且易于制造。

为此目的，在根据上述导言中给出的轮胎的一般限定的其他方面中，本发明的轮胎基本上特征在于，所述增强结构由胎体层、胎冠层以及连接装置构成，所述胎体层的每一个纤维与垂直于所述轮胎的轴线的中间平面呈介于75度至90度之间的第一角度，所述胎冠层的每一个纤维与所述轮胎的中间平面呈介于0度至15度之间的第二角度，所述连接装置将所述胎体层的纤维和所述胎冠层的纤维联接在一起，并且至少所述增强结构的一部分纤维中每一个均具有扁平形状的完全连接的横截面，该横截面具有相互正交的第一和第二尺寸，其中，所述第一尺寸，或者厚度，小于所述第二尺寸，或者宽度，并且该第一尺寸大致沿轮胎的径向方向延伸。

因此，当所述第一角度等于90度时，以这个角度定向的每个纤维位于所述轮胎的子午面内，也就是说，在穿过所述轮胎的轴线的平面内。

回溯上文，完全连接的表面是任意两个部分必须联接在一起的表面。

通过具有完全连接的横截面的纤维的对比实例，需要特别地提及具有几股缠绕的线绳的帘线，这种帘线常规地用于轮胎增强结构中，这种帘线的横截面由制成该帘线的不同的线绳的多个横截面并列设置而形成，所述多个横截面的中每一个横截面独立于其他横截面并且与其他横截面没有关联。

此外，“径向方向”在此处限定为包含从轮胎的轴线延伸的内接在子午半平面中的任意方向以及在该子午半平面中本身穿过由轮胎限定的大致为环形的内部空间中的直线的中点的任意方向。

换句话说，因此，所述扁平横截面的纤维的每一个的厚度在大致垂直于轮胎的外胎的方向上延伸。

实际上，本发明基于以下发现：作为他们的有利且普遍公认的机械性能的对立面，当前用于制造轮胎增强件的多股帘线，还能够促进不希望的现象的发生，需要减少这样的现象而正好造成了现有轮胎的结构复杂性。

特别地，多股帘线，其横截面一般是圆形的，具有对张力有极大抵抗的性能，该张力由轮胎的内压力施加，并且具有非常容易弯曲以允许轮胎在与地面接触时产生变形的性能。

作为比较，如果每一条帘线单独地恰好嵌入在轮胎的橡胶中，该橡胶不会穿透帘线的心部，从而该帘线的线绳都不会单独地嵌入橡胶中，并且该帘线的横截面因此不会完全连接。

特别地，这意味着：所述帘线作为引导件，可到达该引导件的所有流体沿着该引导件行进，这些流体特别地是在轮胎中圈闭的空气和如果该轮胎被破坏情况下的湿气。

另外，如果这些线绳之间存在接触，帘线的任意弯曲必须伴随着该帘线的多个线绳之间的相对纵向运动，同时在界面处会引入摩擦；或者在不存在接触的情况下，帘线的任意弯曲伴随着轮胎的橡胶的剪切，这些伴随发生的现象都是不希望发生的。

通过保证所述增强结构的至少一部分纤维具有完全连接且扁平的横截面，本发明使得能够增强轮胎的气密性并且减少轮胎的机械疲劳。

所述扁平横截面的纤维例如在横截面内具有宽度和厚度，其中宽度和厚度的比值至少等于5，特别地，该横截面能够采用矩形、卵形或者椭圆形形状。

在本发明的一个可能实施方式中，至少一部分所述扁平横截面的纤维均由单个丝线构成。

然而，还可以确保至少一部分所述扁平横截面的纤维均由多个大致相互平行的丝线构成，所述丝线嵌入到基体当中，该基体给予了所述纤维气密性和粘聚性(cohesion)。

在所有情况下，所述扁平横截面的纤维有利地均由具有介于3GPa至250GPa之间的拉伸模量的材料(复合物等)制成，所述胎冠层的每一个纤维具有至少30GPa的拉伸模量。

优选地，每一层的所述扁平横截面的纤维，在每一层内，具有非零的相互分隔，该非零的相互分隔小于2毫米，例如最大为1毫米的相互分隔。

所述扁平横街面的纤维可以由选自钢、铝、玻璃、属于聚酯族的聚合物、聚乙烯、聚酰胺、芳族聚酰胺或者聚乙烯醇、由玻璃的丝线或者嵌入树脂的聚合物构成的复合物、或者特别地涂覆有间苯二酚甲醛乳胶的聚乙烯丝线的复合物的材料制成。

在本发明的一个可能实施方式中，所述连接装置包括连接层，该连接层设置在所述胎体层和所述胎冠层之间，并且将他们连接在一起。

优选地，制成所述连接层的材料在10％变形时具有至少50MPa的正切拉伸模量。

特别地，制成所述连接层的所述材料可以包括聚酯、环氧树脂或者一种具有在10％变形时至少等于聚酯或者环氧树脂的拉伸模量的正切拉伸模量的材料。

然而，还可以切合实际地保证制成所述连接层的材料在10％变形时具有最多等于300MPa的正切拉伸模量。

在另一实施方式中，所述连接装置可以至少包括多个连接点，该连接点直接地且单独地将属于所述胎体层的所述扁平横截面的纤维连接至属于所述胎冠层的每一个扁平横截面的纤维，从而所述胎体层和所述胎冠层一同形成栅格结构。

当属于所述胎体层和胎冠层的扁平横截面的纤维由一种由嵌入初级和次级树脂的丝线构成的复合物制成时，所述连接点有利地通过将所述胎体层的纤维的次级树脂与所述胎冠层的纤维的次级树脂连接而生成。

在一个非常容易工业化的实施方式中，所述胎冠层可以由带子的圆周缠绕形成，不同圈数的该带子构成该层的不同纤维。

特别地，所述增强结构的粘聚性例如通过保证所述胎体层的纤维的每一个折叠环绕并且在其两个端部处保持在各自的圆形胎圈金属丝上，所述胎圈金属丝增强所述轮胎的各个内部胎圈。

此外，所述胎冠层优选地围绕所述胎体层延伸，并且在限定的区域内大致平行于所述胎面。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从本发明的描述中更加显而易见，该描述在下文中参考附图以完全非限制性说明的方式给出，在附图中：

-图1是根据本发明的一个实施方式的轮胎被剖切的局部立体图，其中连接装置包括连接层；

-图2是图1的细节II的放大视图；

-图3单独地示出了从图1中截取的细节；

-图4是图3的细节IV的放大视图；

-图5是根据本发明的一个实施方式的轮胎被剖切的局部立体图，其中连接装置包括多个连接点，其将胎体层的纤维直接联接至胎冠层的纤维；

-图6是根据本发明的一个实施方式的轮胎被剖切的局部立体图，其中连接装置包括连接层，并且胎冠层包括不同宽度并且可以是不同种类的纤维；以及

-图7是用于根据本发明的轮胎的胎冠层的立体图，该层通过螺旋地缠绕带子而制造，该带子在其边缘处被切割。

具体实施方式

如上所述，本发明涉及基本从其结构的角度考虑的一种轮胎。

传统上，轮胎1包括气密橡胶外胎2以及增强结构，该增强结构基本由单独地嵌入橡胶并且设置在几个层中的多个纤维构成。

所述橡胶和增强结构一同限定胎圈11、胎面12以及侧壁13，轮胎通过胎圈11安装在轮辋上，轮胎通过胎面12挤压路面。

橡胶2的成分一般在整个轮胎上不一致，而是可以变化以适应橡胶2在轮胎中所在的各种位置处其表现出的各种功能，橡胶2基本由结合了本领域技术人员已知的各种填充物或者添加剂的橡胶基混合物制成。

在根据本发明的轮胎中，增强结构由胎体层3、胎冠层4以及连接装置21构成。

胎体层3可以典型地在胎面12下方以及在轮胎的侧壁13下方延伸。

在胎体层3中的纤维30的每一个例如通过它的两个弯过来的端部保持在例如为圆形横截面的胎圈金属丝5上的合适位置，胎圈金属丝5分别增强轮胎的右侧和左侧胎圈11。

该胎体层3中的纤维30与垂直于轮胎的轴线X的中间平面P形成第一角度A1，第一角度A1尽量接近90度，并且至少等于75度。

如图1、图5和图6所示，对于它的部分而言，胎冠层4可以在胎面12下方围绕胎体层3延伸，但是优选地仅在限定区域中，同时保持与该胎面大致平行。

胎冠层可以基本由几个纤维40组成，纤维40特别地如图1、图5和图6所示。

然而，该胎冠层还可以基本由单个纤维40组成，纤维40的形状为环面，并且占据胎冠层4的全部宽度，或者占据胎冠层4的至少大部分的宽度，该单个纤维因此构成环形带。

胎冠层4的每一个纤维40与轮胎的中间平面P形成第二角度A2，第二角度A2尽量接近0度，并且最多等于15度。

该角度A2在图1中示出，该角度A2处于中间平面P的直线OP和正交投影O40之间，直线OP位于垂直于平面P的平面上，正交投影O40是纤维40的对称轴在该垂直平面上的正交投影。

连接装置，其可以采用各种不同的实施方式，特别地是连接层21的实施方式，具有将胎体层的纤维30和胎冠层4的纤维40联接在一起的功能，并且特别地具有将一个纤维40或多个纤维40相对于多个纤维30的相对角度位置进行固定的功能。

此外，包括层3和层4的增强结构，包括多个纤维，该多个纤维的每一个具有扁平形状的完全连接的横截面。

在本说明书的剩余部分，将会假定层3和层4包括几个各自的纤维30和纤维40，并且这些纤维30和纤维40的每一个具有扁平形状的完全连接的横截面，这种情况对应于优选的实施方式，但是同时是可选的。

此处，纤维30和纤维40的每一个的横截面的连接性限定了采取单个块体形式的该横截面的特性，或者更科学地，限定构成拓扑意义上完全连接域的该横截面的特性。

为此目的，纤维30和纤维40的每一个可以例如由单个丝线形成，特别地由金属、金属合金或者聚合物制成的丝线形成。

因此，纤维的横截面的任何两个任意的部分属于由同一种材料制成的同一个主体。

然而，这些纤维30和纤维40的每一个还可以由大致相互平行的多个金属、织物、玻璃或者聚合物丝线构成，这些丝线嵌入基体中，其目的是为纤维提供气密性和粘聚性。

因此，纤维的横截面的任意两个任意部分至少通过基体联接在一起。

此处纤维30和纤维40的每一个的横截面的扁平形状通过下面的事实限定：该横截面具有两个相互正交的尺寸，其中第一尺寸--称为“厚度”，小于第二尺寸--称为“宽度”，该厚度大致在轮胎的径向方向延伸。

假如纤维30和纤维40的每一个横截面是扁平的，该横截面可以采用任意特定形状，并且特别地可以是矩形(图2)、卵形或者椭圆形形状。

例如每个纤维30(图2和图4)的横截面的宽度w与该横截面的厚度t的比值w/t可以等于5或者更多，每个纤维40(图2)的横截面的宽度wz与该横截面的厚度tz的比值wz/tz的数值可以具有相同的范围。

优选地，纤维30和纤维40的每一个由一种材料、复合物等制成，其具有介于3GPa至250GPa的拉伸模量，胎冠层的每个纤维40具有至少等于30GPa的拉伸模量。

这些纤维30和纤维40可以特别地由诸如钢、铝、玻璃、属于聚酯族的聚合物、聚乙烯、聚酰胺、芳族聚酰胺、或者聚乙烯醇、或者由一种由玻璃丝线或者嵌入树脂的这样的聚合物构成的复合物的材料制成。

换句话说，纤维30和纤维40的每一个可以由单个的各向同性或者正交各向异性的材料(后者例如通过将纺织压出品的分子链定向或者通过拉伸轧制钢而获得)制成，或者可以由嵌入基体的丝线的复合物制成，该基体防止丝线除了由基体的剪切获得的运动之外的任何相对运动。

在所有情况下，当从外侧观察时，所述纤维构成气密的带子。

可以使用的复合物的两个实例，首先是GPC(玻璃纤维和塑料树脂的复合物)，其次是聚乙烯(PET)的多个丝线，通过将他们用间苯二酚甲醛乳胶(RFL)涂覆而合并成单个纤维，也就是说通过将他们用初级和次级树脂涂覆，初级树脂使纤维的丝线具有粘聚性，并且次级树脂，其是乳胶基的，在初级树脂和轮胎的橡胶之间形成连接。

此外，层3的相邻的纤维30具有非零的相互分隔，其有利地小于2毫米，例如最多为1毫米，层4的相邻的纤维40可以应用相同的规则。

图1和图6示出了一个实施方式，其中连接装置包括厚度为ti(图2)的连接层21，其位于胎体层3和胎冠层4之间并且将这些层3和层4联结在一起。

该连接层21优选地由这样的一种材料制成，该材料在10％变形时具有至少50MPa的正切拉伸模量，而不需要超过300MPa。

制成该连接层21的材料例如可以包括聚酯、环氧树脂或者在10％变形时具有至少等于聚酯或者环氧树脂的拉伸模量的正切拉伸模量的材料。

在另一实施方式中，如图5所示，所述连接装置基本上或者专有地包括多个连接点，其将胎体层3的纤维30直接地且单独地连接至胎冠层4的纤维40。

因此，在该实施方式中，胎体层3和胎冠层4一同形成栅格结构。

当层3和层4各自的纤维30和纤维40由嵌入初级树脂的丝线构成的复合物制成时，所述连接点可以有利地包括次级树脂。

当这些纤维30和纤维40由嵌入初级和次级树脂的丝线构成的复合物制成时，连接点可以有利地通过将胎体层的纤维的次级树脂与胎冠层的纤维的次级树脂连接而形成。

特别地，当纤维30和纤维40涂覆有间苯二酚甲醛乳胶时，诸如异氰酸酯的联结剂可以应用于纤维40的内表面，以将纤维30和纤维40的次级树脂联接在一起。

当所使用的纤维由钢制成时，这些纤维可以有利地在被涂覆前被镀上黄铜。

无论选择哪种解决方案来将层3和层4连接到一起，如图7所示，胎冠层4可以通过螺旋地圆周地缠绕带子来形成，从而不同圈数的带子构成该层4的不同的纤维40。

在该情况下，所使用的带子越宽，由胎冠层4的纤维40与轮胎的中间平面P所形成的角度A2将越大。

在该情况下，有利地以一个角度在螺旋缠绕的边缘切割所述带子，从而使位于各个平面内部的这些边缘平行于中间平面P。

胎体层3的纤维30的每一个的尺寸w和t，与这些纤维放置的间距，取决于与轮胎的结构、材料和操作有关的多个参数。

纤维30的宽度w越大，该纤维在轮胎的圆周方向上弯曲的倾向性越小，但是该轮胎传递扭矩的能力会越大。

所有其他的因素是一样的，制成该纤维的材料的最大可允许的应力和弹性模量越大，该纤维可选择的厚度t就越小。

在一个以非限制性实例给出的实施方式中，根据本发明的乘用车轮胎，其尺寸为205/55R16，对于胎体层3的纤维，可以使用宽度w为0.7mm、厚度t为0.09mm、并且断裂强度为2800MPa的钢带，该纤维以放置间距为1mm放置在胎圈金属丝5上。

胎冠层4的纤维40的每一个尺寸wz和tz以及这些纤维的放置间距，还取决于与轮胎的结构、所选择的材料以及操作有关的多个参数。

虽然对于多数部分，设计原则与胎体层的设计原则是通用的，并且能够由本领域技术人员通过采用所描述并示出的增强结构而建立，但是在胎冠层4的情况下，特别需要注意分隔两个相邻纤维40的距离dz。

对于最大的刚性，在胎冠的中心部分，相邻的纤维40可以相互接触，这等于使参数dz等于零。

当连接装置包括特定目的的橡胶层21，该橡胶层的特性还会通过层3和层4的联结来影响纤维30和纤维40的宽度w和wz的选择，主要在该橡胶的模量和它的厚度ti方面，其围绕轮胎的圆周是恒定的，但是可以在该轮胎的同一个中间平面内变化。

具体地，层3和层4的联结主要通过尺寸为w乘以wt的矩形区域达成，在该矩形区域中，橡胶21一侧上与层3联结，并在另一侧上与层4联结。

为了使轮胎具有侧滑方面的良好的刚性，优选地选择较少数量的具有大尺寸w和wz的区域，而不是选择较大数量的具有小尺寸w和wz的区域。

侧滑刚性能够简单地通过增大胎冠层4的纤维40的宽度而获得，例如在由钢制成的纤维的情况下，选择在轮胎的胎冠的中心处直至80mm的宽度。

如图6所示，在胎冠层4的边缘，也就是靠近轮胎的肩部，胎冠层4可以由宽度小于更靠近轮胎的中间平面P的位置处的纤维40的宽度的纤维40a构成。

此外，外侧纤维40a可以有利地由更柔软的材料制成，例如如果较内侧的纤维40由钢制成，外侧纤维40a由芳族聚酰胺制成，该设置使其能够优化轮胎在纤维40a区域内抵抗变形的轮胎强度。

在图6中示出的胎冠层4的内侧纤维40由各自的环状部制成，在该情况下，这些环状部是四个，或者通过将单个带子缠绕多圈形成，如图7所示，在该情况下是四圈。

除了比现有轮胎能够实现更简单的方法外，本发明的轮胎比现有轮胎重量更轻并且比现有轮胎更经济。