包括加护套的增强元件的增强橡胶产品技术领域
本发明涉及一种用于轮胎的增强橡胶产品、轮胎、制备增强橡胶
产品的方法和用于制备该增强橡胶产品的设备。本发明适用于任何类
型的轮胎。
背景技术
现有技术中已知例如具有用于重型车辆类型的车辆的径向胎体增
强件的轮胎。轮胎包括胎面、两个不可伸展的胎圈、两个将胎圈连接
至胎面的胎侧和沿周向设置在胎体增强件和胎面之间的胎冠增强件。
胎体和胎冠增强件包括一个或多个增强帘布层，所述增强帘布层
包括嵌入覆盖橡胶块的增强元件。每个增强元件具有长直整体形状并
且在基本上平行于其长度的主方向上延伸。
在现有技术中，每个增强元件包括形成具有多个金属单丝的芯部
的丝状元件，例如分层帘线。在特定情况下，增强元件还包括覆盖丝
状元件的聚合物护套，例如由热塑性塑料(例如尼龙)制成的护套。
聚合物护套具有基本上圆形的横截面。
在增强帘布层内，增强元件和覆盖橡胶块通过在聚合物护套的外
表面和覆盖橡胶块的内表面之间的粘性类型的结合而彼此固定。
现在，在轮胎运转过程中施加的某些反复的机械应力的作用下，
特别是在聚合物护套和覆盖橡胶块之间造成周向和/或轴向移动的扭转
的作用下，该粘性结合可能损失效力。
如果发生这种情况，即使丝状元件仍然具有可以允许增强元件正
确地执行其功能的机械性质和耐久性质并且粘性结合不破坏，增强元
件不再能够执行其增强所述增强帘布层的功能。因此必须更换轮胎。
发明内容
本发明的目的在于延长轮胎可以使用的时间。
为此目的，本发明的一个主题是用于轮胎的增强橡胶产品，所述
增强橡胶产品包括在主方向上延伸并且嵌入覆盖橡胶块的增强元件，
所述增强元件包括：
-至少一个丝状元件，所述丝状元件被聚合物护套覆盖，和
-至少一个锚固元件，所述锚固元件用于所述覆盖橡胶块的周向和
/或轴向机械锚固，所述周向和/或轴向机械锚固元件在所述聚合物护套
中或上形成。
根据本发明的增强橡胶产品使得有可能延长轮胎可以使用的时
间。
特别地，另一方面，护套限制或甚至避免外部试剂(特别是可能
的腐蚀试剂)渗入并且与一个或多个丝状元件接触，由此限制增强元
件的失效。
此外，由于周向和/或轴向机械锚固元件，护套和覆盖橡胶块之间
的粘性结合破坏的风险降低。周向和/或轴向机械锚固元件使得有可能
通过将覆盖橡胶块机械锚固在护套中或上从而保证机械结合。该机械
结合加上粘性结合，由此经受更少的机械应力。
粘性结合在此意指基本上由于护套和覆盖橡胶块之间的化学和/或
静电性质的相互作用而造成稳固性的结合。
机械结合在此意指基本上由于护套和覆盖橡胶块之间的的几何布
置而造成稳固性的结合。
机械锚固元件可以提供仅在周向上、仅在轴向上或在周向和轴向
两者上的机械锚固。
周向机械锚固意指锚固元件避免护套相对于覆盖橡胶块在周向方
向上的任何移动。轴向机械锚固意指锚固元件避免护套相对于覆盖橡
胶块在轴向方向(亦即平行于主方向的方向)上的任何移动。
丝状元件意指其长度相对于其横截面较大的任何长直元件，无论
该横截面的形状如何，例如圆形、椭圆形、矩形或正方形或甚至扁平，
该丝状元件有可能为直线或非直线的，例如捻合或波状的。当横截面
为圆形形状时，其直径优选小于5mm更优选在从0.1至2mm的范围
内。
在一个实施方式中，一个或多个丝状元件为纺织的。纺织的意指
一个或多个丝状元件由选自如下的材料制成：聚酯，例如聚对苯二甲
酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸丁
二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)、聚对苯二甲酸丙二醇
酯(PPT)或聚萘二甲酸丙二醇酯(PPN)，聚酰胺，例如脂族聚酰胺
如尼龙，或芳族聚酰胺如芳纶，聚酮，纤维素例如人造丝或这些材料
的混合物。
在另一个实施方式中，一个或多个丝状元件为金属的。按照定义，
金属的意指一个或多个丝状元件主要(亦即大于50重量％)或全部(100
重量％)由金属材料制成。优选地，金属材料为钢，更优选有利地包含
在0.4重量％和1.2重量％之间的碳的珠光体(或铁素体-珠光体)碳钢。
在增强橡胶产品中，覆盖橡胶块优选为未加工的。
有利地，周向和/或轴向机械锚固元件与聚合物护套整体形成。
整体形成意指周向和/或轴向机械锚固元件由与护套相同的材料制
成并且与护套成为一体。
优选地，增强元件包括多个分别沿周向和/或沿轴向分布在聚合物
护套中或上的周向和/或轴向机械锚固元件。
在一个实施方式中，周向和/或轴向机械锚固元件包括在聚合物护
套中形成的周向和/或轴向机械锚固腔体。
腔体沿径向朝向护套内部延伸。腔体形成能够接收覆盖橡胶块的
阳部的阴部。
在该实施方式的一个替代形式中，周向和/或轴向机械锚固腔体形
成沟槽，所述沟槽分别基本上平行于主方向和/或周向方向延伸。
在该实施方式的另一个替代形式中，每个腔体为离散实体。
在另一个实施方式中，周向和/或轴向机械锚固元件包括在聚合物
护套上形成的周向和/或轴向机械锚固突出部。
突出部沿径向朝向护套外部延伸。机械锚固突出部形成能够接收
在覆盖橡胶块的阴部中的阳部。
在该实施方式的一个替代形式中，周向和/或轴向机械锚固突出部
形成轨道，所述轨道分别基本上平行于主方向和/或周向方向延伸。
在该实施方式的另一个替代形式中，每个突出部为离散实体。
作为离散实体的腔体或突出部意指腔体或突出部在主方向和周向
方向上在有限距离上延伸。
有利地，周向和/或轴向机械锚固元件被设置成使聚合物护套和覆
盖橡胶块沿径向相对于彼此锚固。
除了提供周向和/或轴向机械锚固之外，所述元件还可以避免聚合
物护套相对于覆盖橡胶块的任何径向移动，亦即垂直于主方向的任何
移动。
优选地，在垂直于主方向的平面中，聚合物护套由凹面轮廓(亦
即非凸面轮廓)限定。凹面意指在垂直于主方向的平面中，在护套的
轮廓上存在至少两个可以用直线相连而不会独占地穿过护套的点。
任选地，每个锚固元件具有大于或等于0.01mm，优选0.02mm，
更优选0.05mm的特征尺寸。特征尺寸意指在垂直于主方向的平面中，
限定每个锚固元件的轮廓可以内切的圆的最小直径。
作为一个选择，聚合物护套由包含选自如下化合物的至少一者的
组合物制成：弹性体、热塑性聚合物和这些化合物的混合物。有利地，
聚合物护套由具有120℃或更高，优选140℃或更高，更优选160℃
或更高的熔点的组合物制成。因此，护套具有高的承受热的能力，因
此有可能降低在高温下机械锚固劣化的程度。
作为一个选择，聚合物护套被粘合剂层，例如RFL(间苯二酚-甲
醛-乳胶)或等效类型的粘合剂涂层覆盖。
在一个实施方式中，聚合物为弹性体。优选地，弹性体为二烯弹
性体，更优选选自：聚丁二烯(BR)、合成聚异戊二烯(IR)、天然
橡胶(NR)、丁二烯共聚物、异戊二烯共聚物和这些弹性体的混合物。
所述共聚物更优选地选自苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)、异戊二烯-
丁二烯共聚物(BIR)、异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIR)、异戊二烯-
丁二烯-苯乙烯共聚物(SBIR)和这些共聚物的混合物。
在一个实施方式中，聚合物为热塑性的。优选地，热塑性聚合物
选自聚酯、聚酰胺、聚酮、纤维素、聚苯醚、热塑性弹性体(TPE)或
这些材料的混合物，更优选聚酯和聚酰胺。
优选地，聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙
二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸丁二醇
酯(PBN)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT)和聚萘二甲酸丙二醇酯
(PPN)，更优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
优选地，聚酰胺为脂族聚酰胺，例如尼龙。
优选地，热塑性弹性体(TPE)为苯乙烯弹性体(TPS)。热塑性
弹性体(TPE)可以是官能化的。热塑性弹性体(TPE)可以是不饱和
的。
在一个实施方式中，增强元件包括单个丝状元件。
在另一个实施方式中，增强元件包括一排多个丝状元件。
例如，丝状元件为基本纺织单丝、基本纺织或金属带、纺织或金
属膜、包括多个基本纺织单丝的纺织复丝纤维、包括多个捻合在一起
的纺织复丝纤维的纺织合股纱、包括多个纺织复丝纤维的纺织帘线、
包括多个金属单丝的金属帘线或包括多个纺织或金属帘线的组件(被
称为线股)。
在增强元件包括具有多个金属单丝或纺织纤维或多个线股的丝状
元件的优选方案中，金属单丝、纺织纤维或线股通过捻合或绞合组装。
将一提的是存在两种用于组装的可能技术：
-捻合：其中金属单丝、纺织纤维或线股围绕其自身轴线经受集体
捻合和单独捻合，从而在每个单丝或线股上产生解捻扭矩；
-或绞合：其中金属单丝、纺织纤维或线股围绕其自身轴线仅经受
集体捻合而不经受单独捻合。
在一个实施方式中，丝状元件为金属的。
作为一个选择，丝状元件为金属的并且包括多个单丝并且为原位
橡胶化的类型，亦即当实际上使用填充橡胶制备时金属丝状元件从内
部橡胶化。所述金属丝状元件是本领域技术人员已知的。填充橡胶的
组成可以与护套的组成相同。
优选地，一个或多个丝状元件在线加护套，亦即当制备增强元件
时用护套给一个或多个丝状元件加护套。
有利地，护套直接覆盖一个或多个丝状元件。直接意指一个或多
个丝状元件和护套彼此接触。
本发明的另一个主题是轮胎，所述轮胎包括在主方向上延伸并且
嵌入覆盖橡胶块的增强元件，所述增强元件包括：
-至少一个丝状元件，所述丝状元件被聚合物护套覆盖，和
-至少一个锚固元件，所述锚固元件用于所述覆盖橡胶块的周向和
/或轴向机械锚固，所述周向和/或轴向机械锚固元件在所述聚合物护套
中或上形成。
在经固化轮胎中，覆盖橡胶块固化。
本发明的另一个主题是制备用于轮胎的增强橡胶产品的方法，所
述增强橡胶产品包括在主方向上延伸并且嵌入覆盖橡胶块的增强元
件，其中：
-至少一个丝状元件被聚合物护套覆盖；
-在聚合物护套中或上形成至少一个锚固元件，所述锚固元件用于
形成增强元件的覆盖橡胶块的周向和/或轴向机械锚固；以及
-增强元件嵌入覆盖橡胶块。
上文限定的增强橡胶产品可以通过该方法获得。
本发明的另一个主题是用于制备用于轮胎的增强橡胶产品的设
备，所述增强橡胶产品包括在主方向上延伸并且嵌入覆盖橡胶块的增
强元件，所述设备包括：
-利用聚合物护套给至少一个丝状元件加护套的装置，加护套装置
包括用于成形聚合物护套的孔口，所述孔口具有轮廓并且被设置为使
得增强元件包括至少一个锚固元件，所述锚固元件用于覆盖橡胶块的
周向和/或轴向机械锚固并且在聚合物护套中或上形成，和
-用覆盖橡胶块覆盖增强元件的覆盖装置。
附图说明
通过参考所附附图而仅以非限制性实施例方式给出的如下描述将
会更好地理解本发明，在这些附图中：
-图1为根据本发明的轮胎的截面图；
-图2为根据本发明的增强橡胶产品的截面图，所述增强橡胶产品
包括多个根据第一个实施方式的增强元件；
-图3为图2的增强元件的立体图；
-图4为图2的增强元件的主方向的投影；
-图5和图6显示根据本发明的用于制备轮胎的增强元件的制备设
备；
-图7和图8为根据第二个和第三个实施方式的增强元件的与图4
相似的图；
-图9和图10为根据第四个实施方式的增强元件的与图3和图4
相似的图；
-图11为根据第五个实施方式的增强元件的与图4相似的图；
-图12为根据第六个实施方式的增强元件的与图3相似的图；
-图13为在图12的增强元件的方向XII上的图；
-图14为根据第七个实施方式的增强元件的与图3相似的图。
具体实施方式
图1显示了用附图标记1表示的根据本发明的轮胎。
轮胎1优选旨在用于工业车辆，所述工业车辆选自货车、重型车
辆例如“重型负荷车辆”–即地铁车辆、大客车、道路运输车辆(卡车、
拖拉机、拖车)、越野车辆–农业或建筑工地车辆、航空器、其它运
输或搬运车辆。作为一个变体，轮胎1旨在用于客运车辆或两轮车辆。
轮胎1包括胎冠2(所述胎冠2用胎冠增强件3增强)、两个胎侧
4和两个胎圈5，这些胎圈5的每一者用胎圈线6增强。胎冠2上覆盖
胎面，所述胎面在该示意性的图中并未示出。胎体增强件7围绕两个
胎圈线6和每个胎圈5缠绕并且包括例如朝向轮胎1外部设置的卷边
8。胎冠增强件3包括胎冠帘布层9。
图2显示了可以用于制备轮胎1的增强橡胶产品10。一旦轮胎1
硫化，图2的增强橡胶产品10旨在形成胎冠帘布层9。增强橡胶产品
10因此以其未加工状态(即在轮胎1的硫化之前)显示。作为一个变
体，增强橡胶产品10可以旨在形成胎体增强件7的胎体帘布层。
增强橡胶产品10包括多个嵌入覆盖橡胶块14的增强元件12。增
强橡胶产品10呈现在纵向方向上延伸的条带的整体形式。增强橡胶产
品的宽度L和高度h使得L>h，优选L>10.h。增强元件12横穿增强橡
胶产品10的宽度或多或少地均匀分布，亦即横穿增强橡胶产品10的
宽度，每个增强元件与下一个增强元件等距。
常规的方式下的覆盖橡胶块14包括二烯弹性体例如天然橡胶，增
强填料例如炭黑和/或二氧化硅，交联体系例如优选包含硫的硫化体系、
硬脂酸和氧化锌，和可能的硫化促进剂和/或缓凝剂。
下图中已经显示了对应于增强元件的轴向(X)、径向(Y)和周
向(Z)方向的方向X、Y、Z。
图2和图3显示了根据第一个实施方式的增强元件12。在图6至
图13中所示的实施方式中，通过相同的附图标记表示与图2和图3中
所示相似的元件。
增强元件12(假设为直线的并且静止)在基本上平行于轴向方向
X的主方向A上延伸。
增强元件12包括至少一个丝状元件16，在该情况下为单个丝状元
件16。增强元件16还包括直接覆盖丝状元件16的聚合物护套18。在
该情况下，丝状元件16是金属的。作为一个变体，丝状元件16可以
是纺织的。
在该特定情况下，聚合物护套18由包含热塑性聚合物的组合物制
成，所述热塑性聚合物在该情况下为脂族聚酰胺，更特别是聚酰胺-6,6
(通常被称为尼龙)。作为一个变体，护套18由包含弹性体，优选二
烯弹性体(在该情况下为天然橡胶)的组合物制成。
护套18被粘合剂层(未示出)覆盖，所述粘合剂层在该情况下为
RFL类型的粘合剂涂层。
此外，增强元件12包括至少一个锚固元件22，所述锚固元件22
用于覆盖橡胶块14的周向和/或轴向机械锚固并且在护套18中或上形
成。
金属丝状元件16在此包括分层帘线24，所述分层帘线24包括具
有一个金属单丝F1的内层26和具有六个金属单丝F2的外层26。帘线
24的金属单丝F1、F2通过绞合或捻合组装。
增强元件12包括多个用于块14的周向机械锚固的元件22。由此
避免了护套18和覆盖橡胶块14相对于彼此在周向方向Z上的任何移
动。
每个周向机械锚固元件22在护套18中形成。周向机械锚固元件
22在护套18中沿周向分布。
每个周向机械锚固元件22包括在护套18中形成的周向机械锚固
腔体30。每个周向机械锚固腔体30形成沟槽32，所述沟槽32基本上
平行于主方向A延伸。在该特定情况下，每个沟槽32在垂直于主方向
A的平面中具有基本上多边形(在该情况下为三角形)的横截面。
在垂直于主方向A的平面中，护套18由凹面(亦即非凸面)轮廓
C限定。
图4和图5显示了用于制备增强元件12的设备并且通过整体附图
标记40表示。
设备40包括供应丝状元件16的进料装置42，组装丝状元件16
的组装装置44，加热丝状元件16的加热装置46，给丝状元件16加护
套的加护套装置48，冷却增强元件12的冷却装置50和用橡胶块14
覆盖元件12的覆盖装置52。
进料装置42包括分别供应单丝F1和F2的卷轴54、55。组装装置
44包括联接至组装引导件58的分配格栅56。加热装置46包括感应炉
60。冷却装置50包括水浴62。覆盖装置52包括压延机64，所述压延
机64传送形成块14的两个橡胶表层。
加护套装置48包括挤出机66，所述挤出机66传送护套18的组合
物。加护套装置48还包括孔口68，所述孔口68用于成形护套18并且
在图5中显示。
成形孔口68具有轮廓C’，所述轮廓C’补充护套18的轮廓C。因
此轮廓C’被设置成使得增强元件12包括用于块14的周向机械锚固的
元件22。
现在将描述制备增强元件12的方法。
首先使用设备40，特别是装置42至44制备丝状元件16。
之后，在装置48中用护套18覆盖丝状元件16。
之后，使用成形孔口68在护套中形成周向机械锚固元件22。
最后，使用压延机64将增强元件12嵌入覆盖橡胶块14。
将注意可以使用上述方法获得增强元件12。
图6和图7分别显示了根据第二个和第三个实施方式的增强元件。
不同于第一个实施方式，在第二个和第三个实施方式中，用于增
强元件12的周向机械锚固的锚固元件22被设置成使护套18和覆盖橡
胶块14相对于彼此沿径向锚固。由此避免了护套18和覆盖橡胶块14
相对于彼此在径向方向Y上的任何移动。
特别地，在垂直于主方向A的平面中，每个周向机械锚固元件22
具有可变横截面，其中周向机械锚固元件22的第一部分P1(在该情况
下为沟槽32)的周向尺寸d1大于周向机械锚固元件22的第二部分P2
的周向尺寸d2，第一部分P1在径向上相对于第二部分P2位于内部。
图8和图9显示了根据第四个实施方式的增强元件。
不同于第一个实施方式，根据第四个实施方式，用于增强元件12
的周向机械锚固的每个锚固元件22在护套18上形成并且与护套18整
体形成。
每个周向机械锚固元件22包括在护套上形成的周向机械锚固突出
部31。每个周向机械锚固突出部31形成轨道33，所述轨道33基本上
平行于主方向A延伸。
图10显示了根据第五个实施方式的增强元件。
不同于第四个实施方式，根据第五个实施方式，用于增强元件12
的周向机械锚固的锚固元件22被设置成使护套18和覆盖橡胶块14沿
径向相对于彼此锚固。
特别地，在垂直于主方向A的平面中，每个周向机械锚固元件22
具有可变横截面，其中周向机械锚固元件22的第一部分P1(在该情况
下为轨道33)的周向尺寸d1大于周向机械锚固元件22的第二部分P2
的周向尺寸d2，第一部分P1在径向上相对于第二部分P2位于外部。
图11和图12显示了根据第六个实施方式的增强元件。
不同于第一个实施方式，根据第六个实施方式，用于增强元件12
的机械锚固的每个锚固元件22允许块14相对于护套18的轴向机械锚
固。由此避免了护套18和覆盖橡胶块14相对于彼此在轴向方向X上
的任何移动。
每个轴向机械锚固元件22包括在护套18上形成的轴向机械锚固
突出部31，在该情况下为基本上平行于周向方向Z延伸的轨道33。轴
向机械锚固元件22在护套18上方沿轴向分布。
作为一个变体，每个机械锚固元件22可以是在护套18中形成的
轴向机械锚固沟槽。
图13显示了根据第七个实施方式的增强元件。
不同于之前的实施方式，根据第七个实施方式，用于增强元件12
的机械锚固的每个锚固元件22允许块14相对于护套18的周向和轴向
机械锚固。
每个周向和轴向机械锚固元件22包括在护套18中形成的腔体31。
腔体31在护套18中沿周向和沿轴向分布。每个腔体31为离散实体。
作为一个变体，每个周向和轴向机械锚固元件22可以是在护套18
中形成的周向和轴向机械锚固突出部31。
本发明并不限制于已经描述的实施方式。
增强元件也可以包括胎圈线。
如果增强元件包括一排多个丝状元件，丝状元件被共同护套覆盖。
所述排包括彼此并列并且被共同护套覆盖的丝状元件。
还有可能预想这样的增强元件，所述增强元件包括以离散实体或
其它形式的机械锚固腔体和突出部，允许周向锚固或轴向锚固或两种
锚固。
上文描述的各个实施方式可以组合，只要这些实施方式互相相容。