专利名称：具有改进的预硫化胎面的载重车轮胎及其装配方法
技术领域：
本发明涉及一种具有用来固定在一个未硫化或已硫化的轮胎体上的改进的预硫化轮胎面的轮胎。
在历史上，预硫化胎面仅局限于翻新轮胎时使用。轮胎胎体的寿命被设计成数倍于胎面的寿命。载重车轮胎和低宽度直径比的小客车轮胎尤其如此。
固特异轮胎和橡胶公司在80年代后期推出了Unicircle预硫化喷射模塑胎面。该预硫化轮胎已在欧洲专利说明书0-464-660A1中公开。该环形或弧形的胎面具有沿径向向内延伸的短环形翼。这种翼是柔性的并且能适合各种不同轴向宽度的胎体。该胎面能造成具有优良的耐磨性和滚动阻力特性的高压喷射成形的胎面橡胶混合物。在胎面橡胶混合物中使用的材料也已经过改进使它能转换成模压成形的高质量的轮胎胎面，该胎面也具有优良的耐磨性和其他使用性能。
以后的研究和试验工作集中于改进胎面对胎体的粘附性能方面，特别是把该翼状部分边缘粘附在该胎体上的好方法。在1994年5月24日授予Carl L Mace，Jr等人的美国专利5313745涉及一种胎面边缘的研磨方法，该方法有效地产生了一个倒棱，该倒棱可使橡胶缓冲带移动到其上从而有效地把该硫化胎面的环形翼固定在该橡胶缓冲带和胎体上。
在该胎面对胎体的所有粘附性能方面连同在达到或超过常规方法模压的新轮胎的性能的能力方面的进步意味着现在可以使用预硫化胎面来制造新轮胎了。本发明的一个方法的内容介绍了一种改进的预硫化胎面和把该胎面装配在一个预先未硫化的胎体上的方法。本发明第二方面的内容介绍了如何把该胎面装在一个预硫化的新胎体上或者一个用过的经过处理的硫化胎体上。在所有情况下，本发明允许该胎面在该侧壁上的粘附超过Mace专利中所能达到的粘附，并且同时在胎体和胎面之间产生一个几乎看不见的合缝线。
本发明公开了一种具有用来固定在一个未硫化或已硫化处理的轮胎胎体100、150上的改进的预硫化轮胎胎面10的轮胎200。该胎面10由弹性体材料制成。该预硫化胎面10具有一个在径向最外侧的着地表面20。该胎面10具有许多从该着地表面20径向向內延伸的凹槽22。该凹槽22沿径向向内的胎面材料构成一个内胎面30，该内胎面30具有一个径向內表面32和一个径向外表面34。当该胎面10为环圈形时具有一个包括分别从该着地表面20的轴向最远点24，26沿径向向内和轴向向外延伸的第一和第二侧表面40、50的剖面。该侧表面40、50沿径向向内延伸到该内胎面的轴向最远和径向最内的点，可取该延伸距离小于胎面10的厚度的两倍，最好等于或稍大于该胎面厚度，该胎面厚度在赤道平面内测得。该改进的胎面10具有一对沿圆周连续的凸台60。一个凸台60从该侧表面40、50的每个侧表面沿轴向向外延伸并且沿径向内外高于该内胎面30的径向内表面32与该侧表面40、50的交点36、38一个距离。在把该胎面10硫化粘附到该胎体100上的过程中，该凸台60在侧表面40、50上提供了一个用来气密密封该胎面胎体组件的装置。最好该凸台60具有一个均匀的剖面形状，该形状可以是梯形、半圆形或三角形，该凸台最好沿径向向外与内胎面30的径向内表面32与侧表面40、50的交点36、38相隔约为3毫米的距离，最好小于15毫米。
该预硫化胎面10最适合用下述方法模压在未硫化胎体100上，即把胎面10和胎体100放入一个光滑模具70中，并在胎体100内插入一个可充气的气囊80，然后合上模具70。然后使气囊80充气使该胎体100膨胀而与该胎面10牢固地相接触，该胎面10也相应地膨胀而与该光滑模具70牢固地相啮合并且沿该胎面的侧表面40、50在环形凸台60处将该胎面10气密密封。一条或若干条橡胶缓冲带可沿围边围绕着该胎体施加在其上以便于该胎面粘附在该胎体上。而且，如果确实需要，也可以使用粘结剂153。然后加热和加压，使胎面材料产生沿该胎面边缘40，50径向向外朝该环形凸台60的均匀流动。
在把本发明的预硫化环圈形胎面10固定在预先硫化的胎体150上的情况下，该方法包括以下步骤把橡胶缓冲层152和粘结剂153(如果需要)施加到经过处理的胎体150上，使该胎面10膨胀并把它放在该胎体上，将该胎面转移到该胎体150上，把两个肩环201固定在该组件上，该肩环201在凸台60处牢固地对该胎面10进行气密密封，从而在凸台60与胎体150之间形成一个环形空穴202，把该组件放到一个高压釜或硫化室中并且施加足够的热量和压力，使缓冲橡胶材料152产生沿该胎面边缘沿径向向外朝该环形凸台60的均匀流动。最好该环形圈201装有一个用来从该空穴中排出其所包含的空气的装置204，以保证该缓冲橡胶152能适当地充满该空穴202。此外，粘结剂涂层153可任选地施加在该胎面10或该胎体150上或者两者都施加该涂层，以进一步提高粘结力。
在使用本发明的预硫化带胎面10的情况下，上述使胎面10膨胀的步骤可以用拼接胎面10的步骤来代替，其他所有步骤都和上述固定圈形或环形胎面的方法中的步骤相同。
“轴向的”和“轴向地”是指与该轮胎的转动轴线相平行的线或方向。
“磨光”是指一种可把弹性体胎面或胎体的表面糙化的方法。这种糙化可以除去已氧化的材料并且使粘结更牢。
“胎体”是指胎体、束带结构、沿口、侧壁以及包括未硫化橡胶层在内的轮胎的所有其他零件，以简化胎面的装配，但不包括胎面和缓冲层。该胎体可以是用新的未硫化橡胶或者是用装有一个新胎面的先前已硫化的橡胶制成。
“赤道平面(EP)”是指垂直于轮胎的转动轴线并且通过轮胎胎面中心的平面。
“充气轮胎”是指通常为圆环形(一般是一个开口的圆环形)的一个叠层机械装置，该装置具有沿口和胎面，用橡胶、化学制品、帘布和钢或其他材料制成。当装在汽车车轮上时，该轮胎通过其胎面提供一个地面推力并且装有支承车辆负载的液体或气体物质(通常为空气)。预硫化零件是指一种在同其他未硫化零件组装以前至少已经部分硫化的零件。
“径向的”和“径向地”是指沿径向指向或离开轮胎的转动轴线的方向。
“可更换胎面”在本文中用来指一个预模压的和预硫化的胎面。
“翻新轮胎”是指整修一个胎面已磨损的轮胎的方法，即先把该旧轮胎卸下，然后再换上一个预硫化轮胎或一个“暧罩”轮胎。
“胎面”是指一个模压的橡胶零件，当该零件被粘结到一个胎体上后，在轮胎被正常地充气和处在正常负载的作用下时，它包括该轮胎与道路相接触的那一部分。
“翼状部分”是指位于胎面轴向末端的胎面的径向向内的延伸部分，该翼状部分的内表面是该胎面的内胎体接触表面的延伸部分。
图1是本发明环圈形胎面的透视；图2是取自图1中的截面2-2的该胎面的剖视图；图3是取自图2中的第一侧向边缘表面的局部放大的剖视图；图4是取自图2中的第二侧向边缘表面的局部放大的剖视图5是在光滑模具中正在被模压到一个新的胎体上的该胎面的剖视图，为简单和清楚起见，图中只示出了该模具的上部；图6是通过使用一对密封环正在被模压到一个新的或使用先前已硫化的胎体上的该胎面的剖视图；图7是取自图6中的胎面和胎体的局部放大的剖视图；图8是通过一个气囊的充气稳固地压入一个光滑模具中的胎面的剖视图，该气囊使该未经处理的或未硫化的胎体膨胀；图9是胎面和胎体在模压后的局部剖视图；图9A是具有另一种胎体结构的类似剖视图；图10是示出图8的轮胎200和胎面10与胎体100的交界面的局部放大的透视图；图10A是与图10所示相似的第二实施例，其中该胎体具有延伸到胎面的侧壁并且还示出了附加的同心环；图11A和11B是有织构的预硫化的沿口填充胶条的局部透视图。
参见图1，图中示出了本发明的一个最佳实施例中的胎面10的透视图。胎面10可以用压制模塑或喷射模塑制成。胎面10如图所示被制成一个无接头的环圈。另一种办法是，胎面10可被模压成一条扁平带，或精确地成形然后在装配到胎体上时可以有一个拼接接头。该弹性体预硫化的胎面10当制成环圈时具有一个在径向外侧的着地表面20，该表面上带有许多从该着地表面20沿径向向内朝內胎面30延伸的凹槽22。该内胎面30通常称为缓冲层，它具有一个径向內表面32和一个径向外表面34。
胎面10在环圈构形时具有分别从着地表面20上的轴向最远点24、26沿径向向内和轴向向外延伸的第一和第二侧表面40、50。
参看图2和3，图中分别示出了该胎面在点37，与36，38之间区域内的该环形翼部分的结构。它对于轮胎和胎面的接触面的寿命是重要的，只要适合轮胎的工作条件、轮胎材料和轮胎胎体的结构和形状，它就能提高接触面的寿命。该侧表面40、50从着地表面20的轴向最远点24、26分别沿径向向内延伸到胎面内表面32的轴向最远和径向最内的点36、38一段小于胎面厚度(t)的两倍的距离，最好延伸小于胎面厚度(t)的一倍或者略大于该胎面厚度的距离。该胎面厚度(t)在赤道平面(EP)上测量。
胎面10有一对沿圆周连续的凸台60。如图2、3和4中所示，一个凸台60从侧表面40、50的每个表面轴向向外延伸。如图所示，该凸台60沿径向向外高于胎面的径向内表面32与侧表面40、50的交点36、38一个距离。如图所示，凸台60具有梯形模截面形状。或者，该凸台60还可以具有均匀的半圆形、椭圆形、方形、矩形或三角形横截面形状。在把胎面10硫化粘附到胎体100上的过程中，凸台60为胎面10和胎体100组件在侧表面40、50上提供了一个气密密封装置。凸台60最好沿径向高出交点36，38约3毫米距离，并且最好该高出交点36，38的距离小于15毫米。为了在模压期间产生气密密封，把凸台60设在沿侧向低于任何一个沿径向延伸的凹槽22的位置上以实现密封是很重要的，因此凸台60的位置最好或者沿径向与內胎面32的径向外表面对准，或者在该外表面的径向的內部。
为了进一步理解由凸台60所提供的新颖的特征，请注意图5～10以及用来实施本发明的相关工艺和方法。
图5是装在光滑模具70中并且与一个“未经处理的”或未硫化的胎体100相粘附的胎面10的剖视图。该光滑模具70没有胎面花纹。该模具可以沿圆周方向在中心线处或在该中心线与胎面10的着地表面20的轴向最远点24、26之间的任何地方分开，最好如图所示那样偏置，因而形成两部分70A和70B。这种结构便于把胎面和胎体放入模具70中。为图形简单起见，模具70的下侧壁和沿口区域没有示出。这些特征在功能上与现有技术中的常规轮胎模压的实际情况相同，因此并没有显示出该模压工艺的更方便的新颖特征。在把模具部分70B这一侧卸下后，就可将胎体100和胎面10插入模具部分70A中，然后再把模具部分70B夹紧在或用其他办法固定在模具部分70A上。在合上模具70以前，把一个可充气气囊插入胎体100中。该未经处理的胎体100的外径最好足够小以使该环形胎面10能方便地放在胎体100的上面而不需要该胎面10的任何机械伸长或直径的扩大。另一种办法是，例如如果该胎面的直径小于胎体分别在位置37、36、38之间的翼形区域处的尺寸，可以使该胎面扩大以允许该胎体插入到该胎面內部。最好先把胎面10放入模具70内，然后再把胎体100和气囊即一个可充气的或一个可膨胀的芯体80放入模具70中，如图8所示， 当模具70被合上后，使该气囊80充气即使该芯体80膨胀，从而使胎体100产生扩张而牢固地与胎面10相接触。在图5中还进一步示出，此时胎面10也相应地产生扩张而牢固地与该光滑模具70的径向内表面72和两个侧表面74、75相啮合。在模具的侧表面74、75处，环形凸台60压紧在模具70上从而形成了一个气密密封。胎体100在胎缘面156处也与该模具相啮合，从而形成了一个可供橡胶流入的小空穴202。该空穴202中的空气可以被排出或抽出以便于材料的流动，这在下面还要说明。
然后用与常规的轮胎硫化工艺的相同方法对该模具70加热和加压。当未处理的胎体100加热到硫化温度时，靠近胎面边缘36、38处的胎体材料就产生流动。这种材料的流动示于图9，9A和10，10A中。在图9和10中，胎体100使胎面底层111沿径向向外贴紧在侧壁110上。在图9A和10A中，胎体100使侧壁110沿径延伸到胎面10上，并使胎面底层111沿轴向插入在两个侧壁110之间。胎面10就被有效地封装在胎体100的侧壁110或底层111内。材料流动使凸台60的径向内表面62起着阻止橡胶流动超过凸台60的坝墙的作用。所制成的轮胎200具有一条由环形凸台62隐蔽着几乎难以察觉的合缝线63。在一个最佳实施例中，光滑模具70在轮胎胎缘面处有几个同心环78，因而模压时在该胎体上制出了几个附加的同心环112，这些同心环进一步遮蔽了该接缝或合缝线，如图8和10A中所示。
参看图6，申请人希望把读者的注意力集中到该预硫化胎面与新胎体或预先经过硫化的胎体相结合时的使用情况。在翻新或装在一个预先硫化的胎体150上情况下，胎面10必须或者在拼接情况下包住该胎体150，或者在使用无接头的环形胎面10的情况下使胎面内径拉伸扩张，以便能装在该胎体上。在把胎面10连接到胎体150上去以前，最好先把胎体150和胎面10的配合表面都糙化。然后把粘结剂153和橡胶缓冲层152涂覆在胎体150上。该橡胶缓冲层152的宽度应被切成比该胎面的宽度稍宽一些。然后把一对密封环201固定在该胎面胎体组件上。每个密封环201都牢固地与该连续的凸台60和胎体的胎缘156相啮合，从而在胎面10、橡胶缓冲层152、胎体150交界面处形成一个小的环形空穴202。然后把该胎面胎体组件放入一个硫化室中并对它加温加压，使得该橡胶缓冲层软化到足以形成一般橡胶流流入该空穴内。该空穴中所包含的空气可以通过在每个密封环201上的出气孔204排出该空气的方式被除去，该出气孔与一个排气装置(未示出)相连接。该同样特征也可以用在前面说明过的模具70中。或者，每个密封环201可以包括一个可充气密封件或气囊(未示出)，该气囊可在环201与胎面10胎体150组件之间的密封实现后放气。这种方法同样可产生足以使缓冲橡胶152流向凸台60的真空度，因而可以形成一条几乎看不见的合缝线，如图9和10中所示。
作为将胎面模压到胎体上的另一种方法，本技术领域的普通技术人员将能理解到，胎面10的环形凸台60也可放在模具70上。在这种结构中，模具70在每个侧面74和75上包括至少一个类似于胎面10上所示凸台横截面形状的环形凸台。此替换结构也将类似地形成空穴202，该空穴中的空气也如上面说明的可以被排出或抽空，以允许材料流动。该材料流动最终将在预硫化胎面1 0的周围形成一个模压的缓冲橡胶环或胎体材料环，从而有效地把胎面边缘36，38固定在胎体100或150上。
上述工艺的一个重要优点在于硫化时间的明显缩短。预硫化胎面10不需要另外的硫化，因此整个模压工艺过程只需要对胎体100进行硫化。相对较薄的胎体100可以很快地被提高到硫化温度，其硫化和加工所需要的时间大约是具有一个未经处理的胎面和胎体的常规轮胎的硫化所需要的时间的一半。该预硫化胎面10可以在3分钟以内喷射模塑成形。或者，该胎面也可以使用一种较慢的加压模塑成形工艺来进行硫化。这个预硫化胎面10和预硫化胎体的组件可在一个光滑的模具中进行模压，该模压所化的时间少于常规硫化一个未硫化轮胎所需要的时间的一半。如果在模压该已制成的轮胎以前胎面的温度能保持在约200°F或更高的温度，就可以实现快速模压。该同一轮胎用常规方法进行硫化大约需要40分钟。
本发明人发现，使用一个基本上未经处理的或其他未硫化的胎体100可以最好地实施本发明，该胎体具有一个封装在一个预硫化的环形填充胶条130内的沿口填充芯120。沿口填充芯120和预硫化填充胶条130分组件最好使用喷射模塑成形工艺制成，其中弹性体填充胶条130在喷射模塑成形的同时就封装了该沿口填充芯120。或者，一个加压模塑成形的胶条沿口分组件也是可行的。如图11A和11B中所示，该填充胶条130可以具有被精细地凿毛的有织构的外表面132，它可以增加在胎体100的未硫化零件与在某些轮胎结构中的预硫化填充胶条130之间的粘接表面积。预硫化胎面10与基本上未硫化的胎体100的组件，除该预硫化填充胶条和沿口分组件130以外，在快速硫化循环中能达到极佳的粘接性能。通过减小该胎体100中的未硫化橡胶的最厚部分的厚度，该胎面一胎体组件的热传导要求也可以降低。
快速制造的第二个优点是其生产成本的降低。以2～3倍于常规方法的速度来模压轮胎意味着只需要1/2或更少的模具和模压机械就可以满足该轮胎的生产要求。这意味意着可以节省总计为数百万美元的资金用于生产新轮胎。应指出的事实是，在把胎面10和胎体100插入模具70中以前进行胎面10的模压可消除当使用一种具有沿径向向内延伸的胎面槽花纹的常规模具压在未硫化胎面橡胶的较厚部分时所产生的变形。因为模具胎面的着地表面按压在未硫化的轮胎上将引起带束变形，并且当胎面的未硫化橡胶发生流动以形成带槽的胎面花纹时，这些杂乱地变形的带束会影响凹槽和胎纹的径向位置。这将导致不均匀的胎面底层组合厚度。当使用本发明的未硫化胎体100来制造轮胎200时，该轮胎可以制成预硫化的胎面10的固化的尺寸和形状。这样就消除了用常规方法模压的新轮胎中通常会发生的变形，从而大大提高了轮胎厚度的均匀性。该胎面底层时常被选择来减小滚动阻力。厚度的不均匀性会不利地弱化该底层组合部分的有利的使用。当把一个用常规方法模压的轮胎从模具上卸下并且装在一个车轮上进行充气时，由于这些厚度的不均匀性，该带束在张力或拉紧力作用下使该轮胎花纹或胎面零件的位置沿径向升高和降低。这种高低尺寸偏差会引起不规则的磨损问题。通过在光滑模具中使用预硫化胎面，所有这些不利的情况可以排除。
该胎面凸台60对模具表面74、75的密封的另一个优点是，在模压硫化期间位于胎面10和模具70之间的空穴202可以被排空或加压，这同样也能大大提高该模压轮胎的均匀性。
用于新轮胎和翻新轮胎的该方法和装置可产生另一个优点，即其翻新轮胎的外观实际上与原来的新轮胎相同，两种轮胎在胎体接触面处的胎面边缘都密封在橡胶中，从而把这部分胎面有效地固定在胎体上。根据本发明制成的新轮胎已经作过试验，没有胎面边缘分离的迹象。
本发明的另一个重要优点在于，该预硫化零件的尺寸精度允许所有轮胎零件的容差更加严格。这样就使该轮胎能用较少的材料制成具有更严的容差。较严的容差自然也改进了轮胎的均匀性以及所有的轮胎性能。
权利要求
1.一种用来固定在一个未硫化或已硫化处理过的轮胎胎体上的改进的预硫化轮胎胎面，该胎面由弹性体材料制成，该预硫化轮胎胎面具有一个在径向外侧的着地表面，该胎面具有许多从该着地表面沿径向內延伸的凹槽，该凹槽沿径向向內的胎面材料构成一个内胎面，该內胎面具有一个径向内表面和一个径外表面，当该胎面为环圈形时具有一个包括从该着地表面的轴向最远点分别径向向内和轴向向外向该内胎面的轴向最远和径向最内的点延伸的第一和第二侧表面的模截面，该胎面有一个厚度该厚度限定在赤道平面内测量，该改进的预硫化胎面的特征在于一对沿圆周连续的凸台60，其中一个凸台从所述侧表面的每个侧表面沿轴向向外延伸并且沿径向向外高于该內胎面的该径向內表面与该侧表面的交点一个距离，在把该胎面硫化粘附到该胎体上时，该凸台在所述侧表面上提供了一个用来气密密封该胎面-胎体组件的装置。
2.如权利要求1中所述的改进的预硫化轮胎胎面，其特征在于该凸台位于高出该胎面的径向内表面与该侧表面的交点3毫米～15毫米的范围內的位置处。
3.如权利要求1中所述的改进的预硫化轮胎胎面，其特征在于该凸台具有一个梯形横截面。
4.如权利要求1中所述的改进的预硫化轮胎胎面，其特征在于该凸台具有一个半圆形横截面。
5.一种中间制品，该制品是一个充气轮胎组件，该充气轮胎组件的特征在于一个预硫化胎面；和一个胎体，该胎体具有一个未硫化的弹性体加强件与一对预硫化的填充胶条的组件，其中每个预硫化的填充胶条具有一个基本上不能伸展的沿口填充芯，以及其中该预硫化胎面有一对侧表面，一个具有一个与每个该侧表面相交的胎面径向内表面的内胎面，该中间制品的特征还在于胎面具有一对沿圆周连续的凸台，其中一个凸台从该侧表面的每个侧表面沿轴向向外延伸，并且沿径向向外高于该胎面的径向内表面与该侧表面的交点一个距离。
6.如权利要求5中所述的中间制品，其特征在于该胎体具有一个预硫化的填充胶条，该胶条具有经过精细凿毛的有织纹状饰面的的外表面。
7.如权利要求6中所述的中间制品，其特征在于封装有该基本上不能伸展的环形沿口填充芯的每个预硫化的填充胶条是被喷射模塑成形的。
8.一种把一个预硫化胎面模压到一个未硫化胎体上的方法，该胎面具有一个内胎表面和一个胎面边缘，该胎面边缘有一个与该内胎表面相交的侧表面，该方法的特征在于具有下列步骤把该胎面和胎体放入一个光滑模具中，在该胎体内插入一个可充气的气囊；合上该模具；将该气囊充气，从而使该胎体扩张而与该胎面牢固地相接触，该胎面相应地扩张而与该光滑模具牢固地相啮合，并且在一个沿径向高于该内胎表面与该侧表面的每个相交点的环形凸台处将该胎面气密密封；在该模具上加热和加压，从而引起胎体材料沿着该胎面边缘径向向外朝该环形凸台的均匀流动。
9.如权利要求8中所述的方法，其特征在于该环形凸台从该模具的每个侧表面向外延伸。
10.如权利要求8中所述的方法，其特征在于该环形凸台从该胎面的每个侧向边缘向外延伸。
11.如权利要求8中所述的方法，其特征在于该方法还包括下列步骤把该未硫化胎体同一对预硫化填充胶条相组合，每个填充胶条中封装有一个沿口填充芯。
全文摘要
一种具有固定在未硫化或已硫化轮胎胎体上的预硫化轮胎胎面的改进轮胎。胎面有一对沿圆周连续的凸台。一凸台从胎面每个侧表面沿轴向向外延伸。在把胎面硫化粘附到胎体上时凸台在侧表面提供气密密封胎面胎体组件的装置。装配方法包括把胎面和胎体放入光滑模具中；合上模具；对气囊充气以使胎体扩张进入胎面中使其相应扩张，从而在环形凸台处实现对胎面和模具气密密封；对模具加热和加压使未硫化材料沿胎面边缘径向向外均匀流动。
文档编号B29D30/54GK1148004SQ9610823
公开日1997年4月23日 申请日期1996年6月28日 优先权日1995年6月30日
发明者L·E·查尔必那, G·E·土布, T·A·劳里奇 申请人:固特异轮胎和橡胶公司