具有气阻稳定织物系统的充气轮胎胎体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及纤维补强橡胶制品。
【背景技术】
[0002]补强橡胶物品广泛用于消费和工业应用中。补强模压橡胶物品的性能取决于补强层与橡胶的粘合性以及气阻性能.
[0003]对于这些橡胶产品(轮胎、气垫)中的一些，制备过程需要纤维层具有单向拉伸能力以便在构建过程中允许膨胀。纤维层的拉伸极其均匀以及各纤维元件之间的间隔保持不变对于这些橡胶产品的质量非常关键。
[0004]期望轮胎产品的气密部件能够稳定纤维补强并且同时提供必要的拉伸能力。
【发明内容】
[0005]补强橡胶制品，其含有橡胶制品、纤维补强层和具有气密性能的聚合物。所述纤维层含有具有拉伸和气密性能的膜；以及嵌入的或粘结的I)单轴拉伸的条带元件的层或2)复丝纱线的层，复丝纱线例如PET、PA、芳族聚酰胺或类似物。也公开了形成补强橡胶制品的方法。
【附图说明】
[0006]图1是充气径向轮胎的局部剖视图。
[0007]图2A和2B说明了气阻稳定织物系统的两个【具体实施方式】。
[0008]图3示意性地说明了具有一层的例示性条带元件的【具体实施方式】。
[0009]图4示意性地说明了具有两层的例示性条带元件的实施方式。
[0010]图5示意性地说明了具有三层的例示性条带元件的实施方式。
[0011]图6示意性地说明了具有空穴和表面裂缝的例示性条带元件的实施方式。
[0012]图7是包含空穴的纤维的一个实施方式的横截面的放大50，000X的显微照片。
[0013]图8A是包含空穴和引起空穴的颗粒的纤维的一个实施方式的横截面的放大20，000X的显微照片，显示了空穴的一些直径测量。
[0014]图SB是包含空穴和引起空穴的颗粒的纤维的一个实施方式的横截面的放大20，000X的显微照片，显示了空穴的一些长度测量。
[0015]图9是具有裂缝的纤维的一个实施方式的表面的放大1，000X的显微照片。
[0016]图10是具有裂缝的纤维的一个实施方式的表面的放大20，000X的显微照片。
[0017]图11是具有裂缝的纤维的一个实施方式的表面的放大100，000X的显微照片，
[0018]图12是用作轮胎胎体中的稳定织物的第一例示性经向-编织玮向插入织物结构的片段的正视图(face view)；
[0019]图13是用作轮胎胎体中的稳定织物的第二例示性经向-编织玮向插入织物结构的片段的正视图(face view)；
[0020]图14是图13的经向-编织、玮向插入的织物结构的片段的后视图；
[0021]图15是示意性的图案视图，说明在经向-编织、玮向插入的织物结构中放置加工方向纱线的图案，包括用于放置在轮胎胎体的胎圈区域中的稳定纱线。
【具体实施方式】
[0022]参照图1，显示了补强橡胶制品200为轮胎的一个实施方式，包括通过胎肩连接到胎面305的侧壁303。轮胎200包括被胎面305覆盖的胎体301。在图1中，轮胎200是径向轮胎。但是，本发明不限于径向轮胎，并且也可以其他轮胎结构使用。胎体301典型地由一层或多层稳定织物312形成，稳定织物312在轮胎内周金属胎圈307处终止，并且带束334围绕稳定织物312沿圆周方向位于胎面305区域中。构建胎体301，使得位于稳定织物312内的补强纱线311以与轮胎200的预期的旋转方向R基本上垂直的方向延伸。带束层334由相对不能伸展的经向材料331 (例如钢丝补强经向线)形成，经向材料331沿轮胎200的预期的旋转方向R延伸，更常见的是，与轮胎200的预期的旋转方向R成一个微小的角度。不能伸展的经向材料331的角度可以随着构建或应用方法而变化。缓冲层(breaker)330跨过轮胎的胎面305的宽度延伸，并终止于胎面305与侧壁303相遇的轮胎200区域的边缘 332。
[0023]冠带层343位于带束层334与胎面305之间。显示的冠带层343由围绕轮胎帘线312缠绕的冠带条带342在轮胎的滚动方向形成，并且在带束层334的边缘332的上方延伸。此外，在图2中，冠带条带342可以围绕轮胎帘线312缠绕多次以减小由交叠结合引起的轮胎200中的失衡效果。或者，冠带层343可以由在带束层334的边缘332上方延伸的冠带条带342形成，或者冠带层343可以由围绕轮胎200的胎体301沿圆周方向缠绕并且具有平坦的螺旋图案的冠带条带342形成。一些合适的冠带织物描述在美国专利7，252，129、7,614, 436和7，931，062中，每篇专利均以引用的方式全文并入本文。
[0024]胎圈三角胶(bead apex) 310位于胎圈307的顶部，并且包围至少部分的胎圈307，并且三角胶310是包布(flipper) 320。包布320是围绕胎圈307设置的织物层位于反包端330部分内。胎跟加强层(chipper) 340位于邻近层330的卷绕胎圈307的部分。更具体地，胎跟加强层340位于所述层的包布320的“反包端”330的部分的相对侧。侧壁也可以包括其他未显示的织物层，例如胎圈包布织物、坡脚保护(toe protector)织物、或卷绕胎圈的织物、从胎圈向上延伸至侧壁侧的织物、从胎面向下延伸至侧壁的织物、位于胎肩区内的织物、或完全覆盖侧壁的织物。本文将在胎圈与胎面之间延伸的任何织物均定义为“侧壁织物”。这包括也围绕胎圈向轮胎内部延伸的织物，例如包布织物，只要至少一部分织物位于胎圈与胎面之间即可。
[0025]要求轮胎胎体301在从胎圈向胎圈延伸的径向方向具有大的强度，所述径向方向横切在使用过程中的旋转方向。为了提供该强度，稳定织物312 (有时也称为轮胎帘线)已经典型地是纺织织物，具有在经向方向(也称为“加工方向”)延伸的基本上不能伸展的预应力高韧度纱线，在织物形成和/或修整(finishing)过程中将其拉伸和牵引。然后在与加工方向交叉的方向切割该织物(即，横断经向纱线)。然后，将每条织物旋转90度，并彼此装配以便置于胎体301中，其中高强度经向纱线在胎圈之间沿期望的径向方向取向。由此，在最终的结构中，玮向纱线基本上沿圆周方向取向即，沿轮胎的旋转方向)。典型地布置该稳定织物并附着于轮胎内衬，轮胎内衬由厚的丁基橡胶材料形成以形成气密层。
[0026]已经建议，形成稳定织物312，其中补强纱线311 (有时也称为补强帘线)位于玮向或与加工方向垂直的方向从而减少传统稳定织物需要的切割，旋转和接合步骤。在一个实施方式中，形成的胎体稳定织物是经向结合、玮向插入织物，具有由相对不能伸展的补强帘线形成的玮向插入纱线。或者，胎体稳定织物可以是具有由相对不能伸展的补强帘线形成的玮向纱线的纺织织物。
[0027]或者，胎体稳定织物可以是无纺织物，其具有由相对不能伸展的补强帘线在玮向或在与加工方向垂直的方向形成的纱线，例如在无玮稀松布(laid scrim)或单向织物中。有关在纺织品的玮向具有相对不能伸展的补强帘线的该稳定织物的更多信息可以在美国专利申请序列号12/836,256中找到，该美国专利申请于2010年7月14日提交，其全文以引用的方式并入本文。
[0028]补强橡胶制品200也可以是织物补强软管的形式。最普遍并且最合适的传统软管之一是所谓的〃丝网加固〃型，其中通过螺旋缠绕在柔性软管上的纱线形成稳定织物(包含补强纱线)，形成两股纱线，第一股是平行并且等距的行，叠加在相同数目的横向线上，所述横向线同样是平行并且等距的线，这些纱线相对于软管的管状体的轴对称设置从而形成具有菱形单元的织物“丝网”。稳定织物312典型地嵌入橡胶220以形成补强气阻织物。除了软管之外，纤维和纤维层也可以用于补强任何合适的橡胶制品，包括带，例如电力传输带；印刷毡、以及管。
[0029]一些其他补强橡胶产品200包括印刷毡和传输带。在胶版印刷中，印刷毡的常见功能是将印刷墨水从印刷板转移到被印刷的制品，例如纸，由此印刷毡重复接触与之相连的印刷板并且纸被印刷。印刷毡典型地包括嵌入橡胶的织物。传输带和其他类型的条带也包括含有纤维的补强橡胶。
[0030]充气弹簧，常称为气垫，已经用于机动车许多年了，在车辆的活动部件之间提供减震，主要是吸收车轮撞击路面的物体或下压时施加在车辆轮轴上的冲击载荷。这些气垫通常由柔性套筒或波纹管(bellows)构成，所述柔性套筒或波纹管(bellows)提供压缩空气或其他流体，并且具有一个或多个位于柔性套筒内的活塞，从而当车轮在路上经历冲击时引起压缩和膨胀。活塞在弹性套筒引起压缩和膨胀，并且由于套筒是由柔性材料制成的，因此其允许活塞在套筒内相对于彼此轴向移动。套筒末端通常密封连接至活塞或末端元件，并且具有一个或多个卷状末端(rolled ends)，其允许末端元件在颠簸或压扁位置与回弹或延长位置之间相对于彼此沿轴向移动而不损坏柔性套筒。
[0031]期望阻尼装置或设备与这种气垫组合使用，从而为控制气垫移动提供阻尼。在一个实施方式中，橡胶补强制品用在气垫中。在一些实施方式中，橡胶补强制品用作气垫组件的活塞或胎圈盘的间隔物。
[0032]在这些橡胶补强产品的每一种中:轮胎的胎体、印刷毡、气垫、软管，稳定织物典型地粘附至厚橡胶层，赋予产品以气密特性。期望将织物与橡胶的功能结合到一层中以减少劳动和材料。本发明的气阻稳定织物系统用于提供该作用。
[0033]现在参照2A和2B，显示了气阻稳定织物系统的两个实施方式。系统包含含有补强纱线311的稳定织物312和气阻层390。在图2A显示的一个实施方式，气阻层是位于稳定织物312上的涂层。在图2B显示的另外的实施方式中，气阻层390是附着于的稳定层312的单独的层.
[0034]稳定织物312由补强纱线311 (和其他纱线)形成，优选其中稳定织物312中的补强纱线311与加工方向垂直或沿玮向方向。补强纱线311可以是对于最终用途适合的任何纱线或纤维。这里采用的“纱线”定义为伸长体。纱线可以具有任何合适的横截面例如圆形、多叶型(mult1-lobal)、正方形或矩形(条带)、和椭圆形。在一个实施方式中，纱线是条带元件。条带元件可以具有矩形或正方形横截面形状。有时，这些条带元件也可以称为带状物、条、条带和条带纤维等。
[0035]纱线是条带元件10的一个实施方式显示在图3中。在这个实施方式中，条带元件10包括具有上表面12a和下表面12b的第一层12。在一个实施方式中，条带元件10具有矩形横截面。认为条带元件具有矩形或正方形横截面，即便矩形/正方形的一个或多个角稍微变圆，或即便相对侧不是完全平行的。在一些应用中具有矩形横截面是优选的，原因有很多。首先，可用于粘结的表面是较好的。其次，在松解(de-bonding)工艺中，条带的整个宽度承受张力，并且剪切点明显减少或消除。与之相对地，复丝纱线用于承受张力的面积非常小，并且沿纤维的圆周，有些区域的张力和剪切力的比例是变化。在另外的实施方式中，条带元件10的横截面是正方形或近似正方形的。在一些情况下，也可以优选具有正方形横截面，其中宽度小而且厚度大，由此在给定宽度下叠放较多的条带，从而增加整个补强元件的承载能力。
[0036]在一个实施方式中，条带元件10的宽度为约0.1至6mm，更优选约0.2至4mm，再更优选约0.3至2mm。在其他实施方式中，条带元件的厚度为约0.02至1mm，更优选约0.03至0.5mm，再更优选约0.04至0.3mm。在一个实施方式中，条带元件的宽度为约Imm并且厚度为约0.07mm。
[0037]条带元件10的第一层12可以是任何合适的可取向(意思是纤维可以被取向)热塑性材料。用于