專利名稱：具有機織或針織的加強件的充氣輪胎的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種充氣輪胎，更具體地，涉及一種成本更低且更快速被制造的充氣輪胎。
背景技術：
歷史上，充氣輪胎被構造為大體環面形狀的層疊結構，其具有胎圈、胎面、帶束加強件和胎體。輪胎由輪胎、織物和鋼制成。用于大多數部分的制造技術涉及由平的材料條或片裝配許多輪胎部件。每個部件放置于成型鼓上且定長剪切以致該部件的末端交匯或重疊以形成搭接處。在組裝的第一階段，現有技術胎體通常會包括一個或多個簾布層、一對胎側、一對三角膠芯、內襯(對于無內胎輪胎)、一對胎圈包布，可能還包括一對橡膠胎肩條。在輪胎制造的該第一階段中可以添加環形胎圈芯，簾布層可繞胎圈芯翻折起以形成簾布層反包端。 可以使用另外的部件，或者甚至另外的部件可以替代上述部件中的一些。這種制造的中間產品在組裝的第一階段中此時被圓柱形地形成。然后在完成第一階段的輪胎制造之后圓柱形胎體膨脹至環面形狀。在第二階段的輪胎制造期間將胎面之下的加強帶束層添加到該中間產品上，這可以使用同一成型鼓或工作臺發生。這種從平的部件然后被環形地成型而制造輪胎的形式限制了要以最佳均一形式生產的輪胎的能力。傳統上，建議將胎體簾布層以箍狀或弧形布置，胎體簾布層的端部在圓周方向上延伸。這樣制成的輪胎可能無需胎圈中的任何環形胎圈芯，胎體將不具有任何帶有由切割的纜線限定界限的邊緣的徑向向上翻起的側面部件。雖然最初這種工藝不能在商業上實施，但已進行了進一步研發，與在平構造中制造輪胎相反，使用圓弧狀的箍狀物構造簾布層以便在早期的制造階段中獨立的簾布層簾線穿過凸環面形截面敷設。于是簾線可以在線性路徑中延伸穿過胎體。早期樣式包括將簾布層簾線圍繞胎圈芯包繞以實現簾線方向的改變。在制造過程中這些簾布層簾線在張力下環繞圓弧形狀放置。后來的樣式包括在相反方向上改變這些線性延伸的簾線的方向并將它們夾在徑向延伸的胎圈層之間。為了加快制造速度，相似的傳統工藝在制造胎體簾布層過程的同時使用多個簾線制造多個拱形。這種工藝提供了每個圓周部分由單根細簾線制成且簾線之間的距離或節距非常窄。這樣，當應用一系列簾線時，該一系列簾線增加了簾線之間的節距。在環面形表面上制造簾布層簾線的這些傳統方法中，確定的是簾線中的張力是最佳的，且簾線應該以直線在凸表面上從回轉端(turnaround)至回轉端敷設。換句話說，簾線角可以不以90度布置。然而，90度為簾線路徑的優選定向，因為由于90度是最短簾布路徑因此90度減少了滑脫角的可能性。常規地，這些角度不可以以除了提供線性路徑的任何方式被調整，因為當簾線施加在圓的或凸的表面上時需要在制造過程中布置在簾線上的張力。在每一常規步驟中，胎體簾布層使用所謂“纏繞”的技術，其中回轉端將張力施加在整個簾線路徑中。這樣的用于施加簾布層簾線的輪胎纏繞布驟可以僅僅工作在凸表面上且不允許在凹的環面形狀上的“布置”，如在輪胎胎圈附近的胎側區域中發生的一樣。
另一個傳統方法制造允許布置在凹表面和凸表面上的簾布層簾線，與成型輪胎的形狀相似。該方法不要求當建立簾線路徑時從回轉端到回轉端的張力，因此允許了非線性的簾線路徑。而且，簾線的回環末端，或回轉端，可以出現在不同直徑處，且簾布層簾線可以這樣布置環面形狀的簾布層簾線可以包括形成反包端且允許使用胎圈芯固定簾布層。因此，隨著直徑沿著簾線路徑增加，簾線之間的節距可以均勻增大。由于簾線的施加和環面表面的移動之間的被協調的差別運動，隨著直徑沿著簾布層路徑增加，簾線節距均勻地增大。傳統充氣輪胎的結構典型地包括一對軸向分開的不可延伸的胎圈。周向布置的胎圈填料三角膠芯從每個胎圈徑向向外延伸。至少一個胎體簾布層在兩個胎圈之間延伸。胎體簾布層具有軸向相對的端部部分，每個端部部分圍繞各胎圈向上翻折且固定到胎圈。胎面橡膠和胎側橡膠分別位于胎體簾布層的軸向和徑向外部。由于周期性撓曲，胎圈區域是對于輪胎滾動阻力具有相當大貢獻量的輪胎的一個部分，該周期性撓曲也導致發熱。在惡劣的運行情況下，如對于泄氣保用型和高性能輪胎， 胎圈區域內的彎曲和發熱可能是特別存在問題的，從而導致相互相鄰的具有相異特性的部件的分離，例如具有各自彈性模量的部件的分離。特別地，簾布層反包端部可能傾向于從輪胎的相鄰的結構元件分離。常規的簾布層可通過具有比制成輪胎的主體的相鄰的橡膠混合物高得多的剛性 (即，彈性模量)的例如尼龍、聚酯纖維、人造絲和/或金屬的材料加強。相互相鄰的輪胎元件的彈性模量的差異可能導致在輪胎使用期間受到應力且變形時的分離。多種常規設計方法已用于控制輪胎元件在輪胎的胎圈區域內的分離。例如，一個方法是提供圍繞胎圈和胎圈填料的“胎圈芯包布”。胎圈芯包布作為間隔件工作，其使得簾布層不直接與不可延伸的胎圈接觸，從而允許在胎圈下向上翻的簾布層和各胎圈之間的一定程度的相對運動。在作為間隔件的此作用中，胎圈芯包布可降低簾布層上和輪胎的相鄰的橡膠部件(例如，填料三角膠芯、胎側橡膠、胎圈區域內和簾布層自身的彈性體部分)上的應變不一致性。胎圈芯包布可由方形機織織物(square woven cloth)制成，所述織物是其中每個纖維、絲或簾線具有大體圓形橫截面的紡織品。當胎圈芯包布與輪胎固化時，纖維/簾線的剛度變得基本上在紡織品胎圈芯包布的平面內在任何方向上相同。作為使用胎圈芯包布作為用以降低簾布層分離趨勢的手段的補充或替代，已使用的另一個方法涉及放置“胎跟加強層”。胎跟加強層是布置在胎圈配合到車輪輪輞上的輪胎部分內的胎圈區域內的周向上布置的金屬層或織物層。更具體地，胎跟加強層位于車輪輪輞的內側(即向著胎圈)和簾布層的圍繞胎圈向上翻折的部分外側(即在橫截面內觀察時相對于胎圈徑向向外)。胎跟加強層用于加固相鄰的橡膠材料且增加相鄰的橡膠材料的彎曲阻力，所述橡膠材料自身通常與反包簾布層末端部分相鄰。

發明內容
根據本發明，充氣輪胎具有旋轉軸線。充氣輪胎包括在預定位置布置在環面形表面上的加強簾布層、在加強簾布層徑向向外布置的胎面、以及徑向地布置在加強簾布層和胎面之間的帶束層結構。加強簾布層包括至少一層具有開口結構的機織或針織的紡織物， 該紡織物具有沿圓周方向延伸的經線和沿徑向方向延伸的緯線。
在本發明的一個方面，機織的織物具有5EPI至18EPI經線對結構和5EPI至35EPI 緯線結構。在本發明的另一方面，經線是1220/lDtex人造絲，緯線是1840/2 Dtex人造絲或 2200/2 Dtex聚酯纖維。緯線結構的另一些例子可以是1100/2、1440/2、1670/2、2200/2聚酯纖維或者 1220/2、1840/2、1840/3、2440/2 Dtex 人造絲。在本發明的另一方面，經線具有18EPI的密度，緯線具有12EPI的密度。在本發明的另一方面，織物具有LENO 2T或針織構造，其具有5EPI至18EPI經線對結構和5EPI至35EPI緯線結構。在本發明的另一方面，經線具有14EPI的密度，緯線具有^EPI的密度。在本發明的另一方面，充氣輪胎是高性能的充氣輪胎。在本發明的另一方面，機織織物還包括布置在其上的增粘劑。在本發明的另一方面，胎體的加強結構具有一層或多層機織織物。在本發明的另一方面，經線包括由不同纖維材料制成的至少兩種纖維。在本發明的另一方面，加強簾布層的機織或針織織物通過彼此相鄰地布置一系列條而構造。定義
“三角膠芯”表示位于胎圈芯徑向上方且在簾布層與反包簾布層之間的彈性體填料。“環形”表示形成如同一個環。“高寬比”表示其斷面高度與其斷面寬度的比。“軸向的”和“軸向地”在本文中是指平行于輪胎旋轉軸線的線或方向。“胎圈”表示輪胎的包括環形抗拉構件的部分，其由簾布層簾線包繞并且成形為帶有或不帶其它增強元件，如胎圈芯包布、胎跟加強層、三角膠芯、護趾膠和胎圈包布，以便適配于輪輞設計。“帶束層結構”表示由平行簾線構成的至少兩個環形層，簾線經過紡織或未經紡織，位于胎面下方，非錨定于胎圈上，并且具有相對于輪胎的赤道面傾斜的簾線。所述帶束層結構也可包括以相對低的角度傾斜的用作限制層的平行簾線層。“斜交輪胎”(交叉簾布層)表示其中在胎體簾布層中的加強簾線以相對于輪胎赤道面約25度至65度角斜對角地穿過輪胎從胎圈至胎圈延伸的輪胎。如果存在多個簾布層， 那么簾線在交替的層內以相反的角度延伸。“緩沖層”表示由平行加強簾線構成的至少兩個環形層，上述平行加強簾線關于輪胎的赤道面具有與胎體簾布層中平行加強簾線相同的角度。緩沖層通常與斜交輪胎相關聯。“纜線”表示通過將兩個或多個合股線扭絞在一起而形成的簾線。“胎體”表示除帶束結構、胎面、底胎面以及簾布層上的胎側橡膠之外的輪胎結構， 但是包括胎圈。“外胎”表示除胎面與底胎面之外的胎體、帶束層結構、胎圈、胎側及輪胎所有其它部件，即，整個輪胎。“胎跟加強層”指位于胎圈區域內的一窄條織物或鋼簾線，其功能是加強胎圈區域并穩定胎側的徑向最內側部分。
“周向”表示沿著與赤道面(EP)平行且與軸向方向垂直的環形輪胎表面的周長延伸的線或方向；它還指其半徑限定胎面的軸向曲率的多組相鄰圓形曲線的方向，如在橫截面中觀察。“簾線”表示組成輪胎加強結構的加強線束之一。“簾線角”表示由簾線相對于赤道面在輪胎平面圖的向左或右形成的銳角。所述 “簾線角”在已固化但未充氣的輪胎中測量。“旦尼爾(Denier)”表示以每9000米的克數為單位的重量(表示線性密度的單位)。 “分特(Dtex)”表示以每10000米的克數為單位的重量。“彈性體”表示在變形之后能夠恢復大小和形狀的彈性材料。“赤道面(EP)”表示垂直于輪胎的旋轉軸線并且穿過其胎面中心的平面；或者含有胎面周向中心線的平面。“織物”表示基本上單向延伸的簾線的網眼織物，其可被扭絞，進而由多個由高模量材料構成的眾多長絲(也可被扭絞)組成。“纖維”為形成長絲的基本元素的天然或人造的物質單元，其特征在于具有至少 100倍于其直徑或寬度的長度。“長絲支數”表示構成紗線的長絲的數量。例如，1000旦聚酯纖維具有大致190根長絲。“胎圈芯包布”指圍繞胎圈鋼絲的加強織物用于強度并將胎圈鋼絲緊固在輪胎本體內。“規格尺寸”通常指的是測量值，具體指厚度測量值。“高抗拉強度鋼(HT)”表示以0. 20 mm的長絲直徑具有至少3400 MPa的抗拉強度的碳鋼。“內部”表示朝著輪胎的內側，且“外部”表示朝著其外側。“內襯”表示形成無內胎輪胎的內表面的彈性體或其它材料的層或多個層，其含有輪胎內的充氣流體。“針織(knitted)”表示將線在一系列相連的圈中纏結。例如，“針織”可定義一種方法，通過所述方法將線或紗變成被稱為線圈(stitch)的相繼的圈的織物。當每一行線圈前進時，新的圈可拉過現有的圈。“LASE”為在規定伸長下的載荷。“橫向”表示軸向方向。“捻距”表示加捻的長絲或線束繞另一長絲或線束旋轉360度而行進的距離。“兆抗拉強度鋼(MT)”表示以0. 20 mm的長絲直徑具有至少4500 MPa的抗拉強度的碳鋼。“標準載荷”表示由適當的標準組織為輪胎使用狀況選定的規定設計充氣壓力和載荷。“標準抗拉強度鋼(NT)”表示以0. 20 mm的長絲直徑具有至少觀00 MPa的抗拉強度的碳鋼。“簾布層”表示由涂覆有橡膠的徑向配置或以其它方式平行布置的簾線構成的簾線加強層。
“徑向的”和“徑向地”用于表示在徑向方向上朝著或遠離輪胎的旋轉軸線的方向。“子午線簾布層結構”表示具有加強簾線的一個或多個胎體簾布層或至少一個簾布層，且所述加強簾線相對于輪胎的赤道面定向在65度與90度之間的角度。“子午線輪胎”表示帶束的或周向地限制的充氣輪胎，其中，至少一個簾布層具有以相對于輪胎赤道面在65度與90度之間的簾線角從胎圈延伸至胎圈的簾線。“斷面高度”表示在輪胎赤道面上從名義輪輞直徑到輪胎外直徑的徑向距離。“斷面寬度”表示以標準壓力對輪胎充氣M小時之時或之后，但并未承載的情況下，平行于輪胎軸線且位于其胎側的外部之間的最大線性距離，不包括由于標簽、裝飾或保護帶而導致的胎側升高造成的寬度。“胎側”表示輪胎在胎面與胎圈之間的部分。“超抗拉強度鋼(ST) ”表示以0. 20 mm的長絲直徑具有至少3650 MPa的抗拉強度的碳鋼。“韌性”為未應變的樣品的以每單位線密度的力表示的應力(克/特克斯或克/旦尼爾)。用在紡織品中。“張力”是以力/橫截面積為單位表示的應力。以psi=12，800的強度乘以比重乘以克/旦尼爾為單位的韌性。“護趾膠”指的是輪胎的每個胎圈軸向向內的周向展開的彈性輪輞接觸部分。“胎面”表示當結合至外胎時包括輪胎的一部分的模制橡膠部件，該部分在輪胎正常充氣并在標準負載下時與路接觸。“胎面寬度”表示胎面表面在包括輪胎旋轉軸線的平面內的弧長度。“反包端(turnup end)”表示胎體簾布層的從簾布層包繞的胎圈向上(即徑向向外)翻折的部分。“超高抗拉強度鋼(UT)”表示以0. 20 mm的長絲直徑具有至少4000 MPa的抗拉強度的碳鋼。“機織(woven)”表示將縱向紗線(經線)與緯紗(緯線)交織。交織的紗線可以是相互成直角的兩組或多組紗線。“紗線”是用于紡織纖維或長絲的連續線股的專業術語。紗線出現于以下形式1) 捻絞到一起的許多纖維；幻無加捻地布置到一起的許多長絲；3)以一定程度的加捻布置到一起的許多長絲；4)有或者沒有加捻的單根長絲(單絲)力)有或者沒有加捻的窄材料條
市ο


結合附圖，通過思考下面的描述將更加清楚本發明的結構、操作和優點，其中 圖1示出了和本發明一起的設備的透視圖2和3圖示出圖1的設備的環形心軸的橫截面視圖； 圖4至9示出了平視圖中布置在預定簾線路徑中的單根簾線的示意圖； 圖10至15示出了施加在環形心軸上的簾線的示意圖； 圖16示出了同時分配多根簾線的示意圖； 圖17示出了示例性簾線路徑的局部側視圖；圖18是圖14的示例性的簾線路徑的局部平視圖，示出了簾布層路徑的兩側； 圖19至25示出了多種示例性簾布層路徑設計；
圖沈圖示了本發明的環形心軸的截面視圖，其上具有替代的簾線路徑布置； 圖27表示與本發明一起使用的示例輪胎的示意截面圖； 圖觀表示圖27中示出的示例輪胎的胎圈區域的詳細示意圖； 圖四表示根據本發明的示例織物結構的詳細示意圖；和圖30表示根據本發明的另一個示例織物結構的詳細示意圖。
具體實施例方式參照圖1，圖示了與本發明一起使用的設備100的透視圖。設備100具有引導裝置，除了簾布層配置機構70之外，該引導裝置還具有用于將簾布層簾線2放置在環形表面 (toroidal surfaCe)50上的計算機控制的機器人系統110。設置用于將彈性體層4施加在心軸52上的裝置，其可包括服務器機構(未示)以便將彈性體層4的條進給至心軸52。計算機控制的機器人系統110具有計算機120和已編程的軟件，該軟件指令將要用于特定輪胎尺寸的簾布層路徑10。可以精確地鉸接系統110的每個運動。安裝在底座 151上的機器人150具有可以在六個軸上移動的機器人臂152。如所示的，被操縱的機器人臂152連接到簾布層配置機構70。回環端(loop end)形成機構60定位在環形心軸(toroidal mandrel) 52的每一側56上。機器人臂152在預定路徑10上進給簾布層簾線2，當形成回環端12時，回環端形成機構60將簾布層簾線2保持在適當位置上。每當形成回環端12，旋轉環形心軸52以便轉位到下一個節距P和圍繞環形心軸52的相鄰簾布層路徑10。簾布層配置機構70的運動允許凸曲率聯接到胎圈區域附近的凹曲率，從而模擬充氣輪胎的最終(如模制的)形狀。用于使心軸52繞著軸64旋轉的裝置63可以如圖所示的安裝在剛性構架65上。參照圖2和3，示出了與本發明一起使用的環形心軸52的橫截面視圖。環形心軸 52的每一側56上的徑向內部部分M具有凹曲率，其朝著環形心軸52的胎冠區域55徑向向外延伸。隨著凹形截面朝著上部胎側部分57徑向向外延伸，在或者通常所說的環形心軸 52的胎冠區域55，曲率轉變到凸曲率。此截面非常接近地復制輪胎的最終(如模制的)截參照圖4至9，用于引導分配簾線的裝置具有以示意形式所示的簾布層配置機構 70，其說明了簾布層簾線2如何在預定的簾布層路徑10中被放置在彈性體表面4上。示意圖示出了簾布層配置機構70的基本工作部件和簾布層配置機構70如何運行放置簾布層簾線2到精確的位置。為使簾布層簾線2在預定的簾布層路徑10上前進，簾布層配置機構70包含兩對平行銷或者輥子40，42，其中第二對輥42相對于第一對輥40成90°放置，且第二對輥42 位于第一對輥40上方約1英寸的物理空間內，兩對輥子間形成中心開口 30，其能夠使預定簾布層路徑10定中心。如所示，通過將簾線嵌入到預先放置到環形表面50上的彈性體表面4中和未固化的表面膠粘性相結合，將簾布層簾線2保持在適當位置。一旦簾布層簾線 2正確地圍繞環形表面50的整個圓周被施加，后續可使用彈性體面涂復合物(未示出)的層壓來完成胎體20的構造。如圖4所示，一對底部輥子40使用第一輥子40A將簾布層簾線2向前橫向穿過環形表面50嵌入。在圖5中，一旦預定的簾線路徑10被傳遞穿過環形表面50，設備100停止，且保持和回環形成盤機構60前進到簾布層簾線2上和將簾布層簾線壓到環形表面50 上，如圖6所示。然后，設備100使預定簾布層路徑10反向以形成在預定簾布層路徑10中的一個回環12。在這點上，第一對40的第二輥子40B拉回簾布層簾線2穿過環形表面50。 當環形心軸52和被底涂層彈性體層4覆蓋的環形表面50前進用于返回路徑時，上面的第二對輥42定位簾布層簾線2于平行的預定簾布層路徑10中并形成了在簾布層簾線2之間的間距，下文被稱為節距。換句話說，如圖7所示，環形表面50被轉位或者稍微前進，允許周向間隔或節距P存在于第一簾布層路徑下到第二返回簾布層路徑之間。如圖7所示，在反向橫穿上形成的回環12被稍微的位移，因此當簾布層簾線2鉤緊在銷子上時允許回環12 緊靠回環形成機構60拉出以產生所需回環位置。如圖8所示，回環端12被形成，第二簾布層路徑10被放置在環形表面50上平行于第一簾布層路徑10。如圖9所示，回環機構60然后縮回并且第二簾布層路徑10被完成。 這個過程被重復以便形成一系列簾布層簾線2，它們是連續的并且在簾布層路徑10的至少某些部分內是平行的。這通過下述方法完成，即，使具有環形表面50的環形心軸52繞其軸線均勻地轉位或前進，伴隨所述對輥子銷40，42的每次橫穿，以便形成圍繞環形表面50均勻分布的線性平行簾線路徑10，其中環形表面50帶有層壓到環形表面上的彈性體層4。通過當設備100橫穿時改變簾布層簾線2的前進，非線性平行簾線路徑10可能被形成以調整輪胎剛度和改變載荷下的撓曲。優選的，簾布層簾線2被纏繞在張緊或者簾布層配置機構70上用以調節和維持簾布層簾線中所需的張緊力。如果張緊力太大，當輥子銷40、42反向時，簾布層簾線2將會從彈性體層4抬起。如果張緊力太小，簾布層簾線2將不會圍繞回環銷機構60在正確的長度上形成回環。作為一個例子，如對于過程和輥子40、42所需要的，當簾布層簾線穿過一系列能夠調節和維持張緊力的輥子72之間時，產生簾布層簾線2上的張緊力。施加的張緊力的大小應該是足夠小以便于簾布層簾線2不會從環形表面50上的放置位置抬起。換句話說， 簾布層簾線2放在環形表面50上被定位且縫到彈性體層4上以便于簾布層簾線和彈性體層之間的粘合大于由簾布層配置機構70作用的張緊。這允許了簾布層簾線2在簾布層構建步驟中可以自由地放置在環形表面50上而不需移動或分離。這和其它傳統的機構具有很大的不同，當設備橫向穿過凸形表面以形成層疊的簾布層時其它傳統的機構需要線性路徑和大的張緊量以維持路徑10。參考圖10-15，圓柱體的三維視圖表示了預定的簾布層路徑10如何沿著通常被稱為胎體20的胎圈區域22起始、沿著輪胎胎側M到環形表面50的胎肩區域25，然后在通常被稱作為胎冠26的區域中橫穿環形表面50。在圖11中，簾布層路徑10以小角度被放置。 雖然簾布層路徑10可以是任意角度，包括徑向的90度或者更小，但簾布層路徑也可以被在非線性樣式中應用。如圖12所示，一旦簾布層簾線2被完全橫穿環形表面50并沿著相反側向下，回環12如前所討論的被形成且簾布層簾線被牽引回穿過胎冠26。在圖13中，簾布層簾線2然后向下沿輪胎胎側M朝著胎圈區域22前進，在胎圈區域處簾布層簾線被轉向并如前所討論的形成回環12，然后按平行于第一和第二簾布層簾線路徑10的線性路徑10橫向回穿環形表面50。當環形表面50被轉位時，這個過程在圖14和15中被重復，從而產生了非常統一和間隔均勻的簾布層簾線路徑10。參考圖16，簾布層配置機構70可設置有額外的輥子40以便于多條簾布層路徑10 能夠被繞環形表面50橫穿。三條分配的線軸74橫穿三個輥子42A、42B和42C，所述輥子以錯開的順序間隔開，允許在每對輥子之間的開口用以繼續引導簾布層簾線2，同時下部或者底部的輥子對40A、40B提供簾布層簾線到環形表面50上的縫紉。再一次，同樣的回環機構60可被使用以在每個回環端12處鉤緊簾布層簾線2 (僅僅一個回環機構60顯示出來)。 然而，典型的是有一對回環機構，在環形表面50的每一側上各有一個。參考圖17，示出簾布層路徑10，其中回環端12B能夠徑向向外的被調整。回環12， 同時屬于簾布層簾線2的連續線的一部分，被示出僅僅部分地向上到達胎側沈并終結于此。這種簾布層簾線2的連續線可以形成簾布層路徑10，從而第一組相鄰對簾布層路徑10 的回環端12B具有在直徑上稍微高于第二對回環端12A的回環端12B。這可以以交替的方式被重復。這種特殊的簾線路徑10創建了如圖18所示的簾線路徑，在平面方向上示出。因此，更少的簾線端12A可以被在胎圈附接區域22間隔開，而在胎冠區域沈，可以增加額外的簾布層簾線路徑10。根據簾布層簾線直徑，每英寸經線數被簾布層簾線2的直徑在物理上限制。例如，乘用車輪胎通常以在簾布層簾線2之間間隔的最小鉚接孔或橡膠時不能超過 30每英寸經線數。為了獲得更高的每英寸經線數，必須使用纖細的簾布層簾線2，而且這種纖細的簾布層簾線的強度有限制。然而，隨著具有平面構成的簾布層的輪胎胎體膨脹為環面形構造，簾布層簾線間距或者節距(P)以這種方式被伸展以至于靠近輪胎胎冠區域沈的每英寸簾線經常為胎圈區域中的至少一半數量。這種物理限制可以通過明智使用不同直徑的簾布層端部12被修正，如圖18-21所示。在圖18中，30每英寸經線數的簾線間距可獲得 30每英寸經線數的胎冠簾線間距。理由是通過稍微位移回環端12B到胎圈區域22上方而實現胎冠區域26內的簾布層簾線2的兩倍化。因此，在環形簾布層路徑10中，有可能維持穿過胎體結構的始終一致的簾布層路徑。這能使輪胎設計者使用更細或更少的簾線并依然獲得和其它傳統輪胎同樣的強度。參考圖19，一條長簾布層簾線路徑IOA可被用來穿越輪胎，然后兩條短簾布層簾線路徑IOB被應用，之后一條長簾線路徑IOA用在相反側。長簾布層簾線路徑IOA在兩條短路徑IOB的圖案上沿圓周偏移，兩條短路徑IOB又在每條沿圓周偏移的長簾布層簾線路徑IOA之間。因此，四條這種簾布層簾線路徑短端12B在長端12A之間每一側。 圖20示出一個簾布層路徑結構，其中僅僅一個這種短簾布層簾線路徑IOB在沿圓周偏移的長路徑IOA之間。在圖21中，每條簾布層簾線路徑10形成了沿圓周偏移的長簾布層路徑10A。因此，如圖21所示在每條簾線路徑的一半處，存在一長路徑10A，然后一短路徑10B，然后由回環端12A，12B和12C形成的一個長簾線路徑IOA0
參考圖22，兩條簾布層簾線路徑10A，IOB示出以重復方式端到端地延伸。簾布層簾線路徑10A，IOB示出形成雙層的可能性。第一層平行簾布層簾線路徑IOA被示出具有沿一個方向的彎曲。圖22的第二簾布層簾線路徑IOB可能是第二層簾布層簾線路徑，它可被連續應用在第一簾布層簾線路徑IOA頂部上面。這些簾布層簾線路徑10A，IOB都展示了以均勻樣式制成非線性簾線路徑的能力。這種技術可以極大的有助于真實短程線簾布層簾線路徑輪胎的構造作為可變化和制造可行的輪胎。幾乎所有的非線性或者短程線類型簾布層簾線路徑10是簡單近似，因為事實上簾布層簾線2不能以真實地代表固化時輪胎的內部形狀或充氣形狀的方式鋪設。如Purdy，在他的書中《Mathematics Underlying the Design of Pneumatic Tires》，在84頁提到，“通過任何可以接受的方式，使用纏繞工藝生產在胎圈區域的簾線中在大小、形狀或張緊上一致的輪胎胎圈，實際上是不可能的。在很大程度上由于這種原因，簾線纏繞機構在形成短程線簾線路徑方面僅有有限的價值”。設備100允許簾布層簾線路徑被放置在幾乎精確的與它們將在充氣和固化輪胎里的同樣位置上，從而使這種非線性簾布層輪胎可行。參考圖23，胎體簾布層20示出了常規制造的標準輪胎如何能夠構造成簾布層末端12處于同一位置上。參考圖M和25，預定簾布層路徑10被設計為，胎側將具有增多數量的朝著胎冠區域26向上延伸的簾線，但是在回環端12B突然停止穿越胎冠區域，并通過橫穿回來而返回，然后形成穿越整個環面表面50的連續的簾布層。這些簾布層路徑10僅僅提供了在胎冠區域沈下面實際穿過輪胎中心線的簾布層簾線2的一部分。在大多數輕質量乘用車和卡車輪胎中，穿過中心線的簾布層簾線2具有很少的結構值，其部分地基于輪胎帶束層加強結構而言，該輪胎帶束層加強結構可論證地傳遞了穿過輪胎胎冠區域沈的所有負荷。因此，使用大數目的穿過胎冠區域26的簾布層簾線2是多余的，沒有增加很大的結構值。圖對和25的簾布層簾線路徑10提供了拼合簾布層(split ply)概念，但是具有至少每二個或每三個有一個簾布層簾線路徑10穿過胎冠沈從而產生提高的結構值的優點。換句話說，不是簡單依賴拼合簾布層路徑10B，具有穿過胎冠區域沈的交替的連續簾布層路徑10A，為輪胎提供了附加的安全性和可靠性。如圖17和沈所示的，環形表面50以基本成型的構型和尺寸按照輪胎的曲率行進。如說明的那樣，心軸52具有形成環形表面50的多個凹曲率。在心軸每側上的凹曲率 120從胎圈附接區22徑向外側開始。第二外側胎側曲率122從各第一凹曲率朝著心軸52 的胎冠區域55徑向向外延伸。隨著心軸截面朝著上部胎側部分57徑向向外延伸，胎側122 的曲率在或者被稱為心軸52的胎冠區域55轉變為凸曲率。該截面非常接近地復制了成型的(如模制的)輪胎截面。如圖15-17所示以及如前所述，在連續長度中的一個或多個簾線嵌入環形表面50上的彈性體層4。較長簾線路徑IM可以在心軸52的一側上與第一凹曲率120徑向相對地開始，從該處延伸通過胎側曲率并越過胎冠區域55。較長簾線路徑IM 可進一步延伸到相對心軸側上與胎圈附接區22相鄰的第一凹曲率120。作為另一種選擇，或者與較長簾線路徑1 結合，可形成一個或多個較短簾線路徑126。較短簾線路徑1 可在心軸52的一側上與鄰近胎圈附接區22的第一凹曲率120 相對地起始。較短簾線路徑1 可從那兒延伸通過胎側曲率122并越過胎冠區域55，或者終止在胎側曲率122中。延伸越過胎冠區域55的較短簾線路徑1 可具有位于相對心軸側的上部胎側處的回環端。這樣的較短簾線路徑1 通過在心軸52的相對胎側上結束于較高位置處，可以降低在輪胎胎圈區域中簾線路徑的密度。較短簾線路徑1 進一步在成型輪胎中保留了簾線材料并降低制造成本。因此，形成簾布層的簾線路徑可以是定制設計以便簾線路徑具有不同的簾線延伸和長度。較短路徑可在橫穿心軸(輪胎)的赤道面之前終止，或者穿過胎冠區域到相對側上的胎側。較長路徑可以從胎圈附接區22延伸到相對側上的胎圈附接區22，橫穿輪胎的胎冠區域沈。因此，簾線層可以構造為在胎圈附接區22具有較少簾線路徑存在(較低的簾線路徑密度)以及在輪胎胎冠區域沈具有較高的簾布層簾線路徑密度。圖17表示具有不同長度簾線路徑的這樣一個簾線簾布層構造。一個簾布層路徑 10存在，因而較短簾線路徑的回環端12B放置并位于環形表面50的胎側曲率122的徑向內側。較長簾線路徑的回環端12A布置并位于胎圈附接區22與第一凹曲率120相對的環形表面50的徑向內側。因此第一組相鄰對的簾線路徑10的回環端12B和相鄰組的簾線路徑的回環端12A相對于環形表面50的第一和第二曲率120、122位于不同的各自徑向位置。 端部12A延伸通過環形表面50的第一和第二凹曲率120、122到胎圈附接區22，而端部12B 終止于與環形表面的胎側相對的第二凹曲率120的徑向外側。從而，與存在較高的簾線路徑密度的胎冠區域沈中相比，較少的簾線端部12A在胎圈附接區22處第一凹曲率120徑向以下間隔開。輪胎因此可以構造為具有不同長度的簾布層簾線路徑。取決于所需的輪胎性能特性可以采用相同數量的較長和較短簾線路徑，或不同數量的較長和較短簾線路徑。較長簾線路徑可以構造為延伸越過環形表面50的胎冠區域沈到胎圈附接區22。較短簾線路徑可以構造為具有終止在胎冠區域沈或胎側區域M的回環端。簾線路徑可以有利地通過布置構造并在預定的相對較長和較短的簾線路徑中將一個或多個簾線以連續長度嵌在彈性體層4上，較長簾線路徑從環形表面50的各側延伸穿過環形表面的凸的胎冠區域沈，且一個或多個相對較短的簾線路徑具有位于胎側或胎冠區域(圖18)或環形表面的凸的胎冠區域內的相對的路徑端部。因此，通過使一個或多個簾線路徑在位于第一和第二凹曲率120、122 的徑向外側的相對路徑端部之間延伸，同時其它簾線路徑徑向地延伸至胎圈附接區22，可以獲得在胎冠區域處的較高簾線密度(簾線每英寸經紗數)和在胎圈附接區22處的較低簾線密度的期望結果。圖27示出了與本發明一起使用的示例輪胎210。示例輪胎210可使用如上所述的方法和設備100所制成。示例輪胎210具有胎面212，內襯223，包括帶束層218、220的帶束層結構216，帶有單獨一個胎體簾布層214的胎體222，在胎面和帶束層結構之間的墊底層219，兩個胎側215、217，和包括胎圈填料三角膠芯2^a、226b和胎圈2^a、228b的兩個胎圈區域22^、2Mb。示例輪胎210例如適用于安裝在乘用車的輪輞上。胎體簾布層214 包括一對軸向相對的端部部分230a、230b，每個端部部分固定到胎圈2^a、228b的相應一個。胎體簾布層214的每個軸向端部部分230a或230b向上翻且圍繞各胎圈2^a、228b到足以錨定每個軸向端部部分230a、230b的位置，如在圖28中詳細可見。胎體簾布層214和/或墊底層219可以是具有多個大體上平行的胎體加強構件的常規的橡膠化的簾布層，所述胎體加強構件由例如聚酯、人造絲或類似的合適的有機聚合物的材料制成。胎體簾布層214可接合兩個胎圈芯包布232a、232b和兩個胎跟加強層234a、 234b的軸向外表面。如果示例輪胎210利用上述方法和設備100制成，那么胎體簾布層214和墊底層 219將可能包括單紗浸漬(Single End Dipped，SED)簾線。為了生產效率，SED簾線將是大直徑簾線。根據本發明，使用由對于經線和緯線具有不同應力-應變特征的長絲紗線制成的方形機織物將改善生產成本和時間。織物可以構造具有Leno (紗羅)(標準或2T)紡織技術。下列材料可以用于經線和/或緯線PEN、PET、PK、PBO, PVA、人造絲、尼龍6和6，6， 芳族聚酰胺、碳纖維和玻璃纖維。經紗可以具有與緯紗不同的模量。而且，在同一織物內的經紗也可以改變，例如芳族聚酰胺經紗與尼龍緯紗組合。使用這樣的織物用于整個胎體簾布層214和整個墊底層219，與使用上述單紗浸漬簾線用于胎體簾布層和墊底層相比，可以縮短纏繞過程。織物可以被浸漬、粘化并機織至規定寬度(也就是，被預制)。有利地，織物不需要被壓延(不再需要擠壓機或齒輪泵)，并可以直接施加在輪胎成型機上，如上所述。根據本發明，示例胎體簾布層214和/或墊底層219可用機織的或針織的加強結構141加強。機織的加強結構141可包括胎體簾布層214的平行的胎體加強構件(緯線) 312、512和另外的支撐構件(經線)311、511用于在輪胎成型過程中支撐簾線。加強的簾布層214和/或墊底層219的機織或針織織物可通過在簾布層配置機構70上將一系列條彼此相鄰地放置而構成。用于胎體簾布層214和/或墊底層219的一個示例機織加強結構141可限定一層 LENO (紗羅)組織織物。如圖觀和四的例子中所示，機織加強機構141可包括一層或多層 300的LENO織物310，該LENO織物310具有大體沿充氣輪胎10的圓周方向延伸的經線對 311和大體沿充氣輪胎的徑向方向延伸的緯線312。每個經線對311可具有在填充緯線312 之間繞彼此相互捻繞的經線311a和311b。如圖28和30的例子中替代地示出的，用于胎體簾布層214和/或墊底層219的另一個示例機織加強結構141可限定具有一層或多層500的LENO 2T織物510的機織加強機構141，該LENO 2T織物510具有大體沿充氣輪胎10的圓周方向延伸的經線對511和大體沿充氣輪胎的徑向方向延伸的緯線512。每個經線511可具有在填充緯線512的一側上延伸且垂直于填充緯線512的第一組絞捻對的填料經線511a，和大致平行于填料經線511a 延伸且位于填料經線511a下方且交替地位于緯線512上方/下方的第二組經線511b。由圖沘和四可見，經線對311沿LENO織物310周向地延伸。經線311a和311b 提供了輪胎成型過程中保持正確間隔和相對定向，如上所述。經線311、511可以是由合適材料形成的短纖維紗、復絲和/或單絲紗。如上所述，用于經線311、511的合適材料的例子包括聚酰胺，芳族聚酰胺(包括 meta和para形式)，聚酯，聚醋酸乙烯酯，尼龍(包括尼龍6，尼龍6，6，和尼龍4，6)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，人造絲，聚酮，碳纖維，PBO和玻璃纖維。緯線312、512可以是由合適材料形成的復絲和/或單絲紗。用于緯線312、512的合適的材料的例子包括聚酰胺，芳族聚酰胺(包括meta和para形式)，聚酯，聚醋酸乙烯酯， 尼龍(包括尼龍6，尼龍6，6，和尼龍4，6)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，棉，人造絲，聚酮，碳纖維，PBO和玻璃纖維。經線和/或緯線311、312、511、512也可是混合紗線。混合紗線可以是由至少兩個不同材料(例如，芳族聚酰胺和尼龍)的纖維構成的多重紗線。這些不同的纖維材料可產生帶有不同化學和物理特性的混合紗線。混合紗線能夠改變它們所用于的最終產品的物理特性。示例的混合紗線可以是帶有尼龍纖維的芳族聚酰胺纖維，帶有人造絲纖維的芳族聚酰胺纖維，和帶有聚酯纖維的芳族聚酰胺纖維。如在本文使用，紗線的機械回彈性是紗線縱向位移而無材料的彈性變形的能力。 機械回彈性允許LENO織物310、510具有較小的彈性伸長量以用于與示例輪胎10的相容性，但在胎體簾布層214或墊底層219中使用更強的紗線。機織加強結構141是開放構造織物，這允許輪胎10內橡膠的滲透以用于更好的結合構造。用于機織加強結構141的織物的開放程度可由經線311或511的間距和特征確定。 緯線312通常按需要的間隔開以保持經線311或511的位置，為胎體簾布層214或墊底層 219提供合適強度。機織加強結構141可以用增粘劑處理。增粘劑的例子包括間苯二酚甲醛膠乳 (RFL)，異氰酸酯基材料，環氧基材料，和基于三聚氰胺甲醛樹脂的材料。機織加強結構141 也可具有粘化整理或初步粘合，其被應用于在生輪胎的制造過程期間促進粘合。用于粘化整理的材料的選擇可取決于選擇用于在輪胎10中使用的材料。粘化整理可通過多種方法實現，例如將織物在松香和橡膠網格的水混合物中進行涂層，或使用未硫化橡膠混合物的溶劑溶液進行涂層。此外，機織或針織的加強結構141可包括多個層(例如兩個、三個或更多層)的 LENO織物310、510，以向胎體和/或墊底層提供額外的強度。當大于一層的LENO帶310、 510用于胎體簾布層214或墊底層219時，未硫化的橡膠層可位于多層LENO帶之間以保證有效的結合。機織加強結構141的形成可開始于獲得用于織物的原紗。隨后，紗線可被加捻以提供另外的機械回彈性。在加捻之后，經線311、511可放置在大織軸上以用于形成機織加強結構141。機織加強結構141可通過帶有合適間距的經線對311、511的LENO紡織來形成。在機織加強結構141形成之后，該結構可使用增粘劑整理，例如RFL處理。如果希望進行粘化整理，則這在增粘劑整理之后提供。最終的層可切分為特定的寬度。根據本發明的機織的加強結構141可降低輪胎成型過程的成本和復雜性，而沒有減少滾動阻力、高度能力和操縱特性。因此，機織加強結構141可由于振動衰減(S卩，由經線 311或511提供的周向加強)而降低噪聲。用于機織加強結構141的一個示例構造可包括1220/1 Dtex 14 EPI (每英寸經紗數)的人造絲經線和2200/2 Dtex 26 EPI的聚酯緯線。一般地，經線對311、511可具有10 EPI至18 EPI的密度，且緯線312、512可具有5 EPI至；35 EPI的密度。方形機織織物的機織的加強結構141可由對于經線和緯線具有不同應力一應變特征的長絲紗線制成。織物300、500可使用Leno (標準或2T)紡織技術生產或是針織的。 經線311、511可具有與緯線312、512不同的或相同的模量。織物310、510可用作胎體加強和或墊底層加強。織物310、510可浸漬、粘性化且機織/針織為特定的簾布層寬度。織物300、500不要求壓延處理且因此可在輪胎成型機上直接施加，如上所述。此外，在應用于生輪胎前，現在不需要壓延織物310、510或切分材料。以特定寬度生產的織物條帶卷可提供到輪胎工廠且直接應用在輪胎成型機上。經線可提供周向加強，而常規的胎體僅提供徑向加強。機織或針織的加強結構141 為胎體組件提供了另外的周向剛度，因此降低了滾動阻力。如上所述，帶有根據本發明的加強結構141的胎體簾布層214或墊底層219產生了極好的且成本低、更有效制造的充氣輪胎10。因此該胎體簾布層214和/或墊底層可提高輪胎生產，雖然充氣輪胎的結構和行為的復雜性使得未提出完整的和滿意的理論。Temple， Mechanics of Pneumatic Tires (2005)。雖然在充氣輪胎力學中容易地了解經典復合材料理論的基礎原理，但由充氣輪胎的許多結構部件引入的另外的復雜性容易地使得預測輪胎性能的問題復雜化。Mayni，Composite Effects on Tire Mechanics (2005)。另外，因為聚合物和橡膠的非線性的時間、頻率和溫度行為，充氣輪胎的分析設計是目前工業中最具挑戰性的和未得到正確評價的工程挑戰之一。Mayni。充氣輪胎具有特定的基本結構元件。美國交通運輸部，Mechanics of Pneumatic Tires, 207-208 ^ (1981)。重要的結構元件是胎體簾布層和墊底層，其典型地由許多柔性的高模量簾線嵌入到且結合到通常為天然或合成橡膠的低模量聚合物材料的基料中制成， 所述簾線可為天然紡織品、合成聚合物、玻璃纖維、或細硬拉制鋼。厘上，207至208頁處。柔性的高模量簾線通常布置為單層。M上，208頁處。整個行業內的輪胎制造商不能同意或預測胎體簾布層簾線或墊底層簾線的不同捻絞對于充氣輪胎中的噪聲特征、操控性、耐久性、舒適性等的影響。Mechanics of Pneumatic Tires,80至85頁。這些復雜性通過輪胎性能和輪胎部件之間的相互關系的下表展示。
權利要求
1.一種具有旋轉軸線的充氣輪胎，其特征在于，充氣輪胎包括 放置在環形表面上的預定位置中的加強簾布層；布置在加強簾布層徑向外側的胎面；和徑向布置在加強簾布層和胎面之間的帶束層結構，所述加強簾布層包括至少一層開放構造的機織或針織織物，所述織物具有在圓周方向上延伸的經線和在徑向方向上延伸的緯線。
2.根據權利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于，機織織物具有5EPI至18 EPI經線對結構和5 EPI至35 EPI緯線結構。
3.根據權利要求2所述的充氣輪胎，其特征在于，經線是1220/1Dtex人造絲，且緯線是 2200 /2 Dtex 聚酯。
4.根據權利要求3所述的充氣輪胎，其特征在于，經線具有14EPI的密度，且緯線具有 26 EPI的密度。
5.根據權利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于，織物具有LENO2T構造，該LENO 2T 構造帶有5 EPI至18 EPI經線對結構和5 EPI至35 EPI緯線結構。
6.根據權利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于，該織物具有針織構造。
7.根據權利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于，充氣輪胎是高性能輪胎。
8.根據權利要求12所述的充氣輪胎，其特征在于，機織織物進一步包括布置在其上的增粘劑。
9.根據權利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于，加強簾布層具有兩層或更多層機織或針織織物。
10.根據權利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于，經線包括至少兩種不同纖維材料的纖維。
全文摘要
本發明涉及具有機織或針織的加強件的充氣輪胎。一種充氣輪胎具有旋轉軸線。充氣輪胎包括放置在環形表面上的預定位置中的加強簾布層，布置在加強簾布層徑向外側的胎面，和徑向布置在加強簾布層和胎面之間的帶束層結構。加強簾布層包括至少一個開放構造的機織或針織織物的層，所述織物具有在圓周方向上延伸的經線和在徑向方向上延伸的緯線。
文檔編號D04B1/14GK102442160SQ201110296520
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月8日 優先權日2010年10月7日
發明者S. 勒克 J., 貝克 R., J. A. 因霍夫 S., 唐克爾斯 Y. 申請人:固特異輪胎和橡膠公司