Пневматическая шина транспортного средства
Изобретение относится к пневматической шине транспортного средства. Пневматическая шина транспортного средства имеет брекер и слой усиливающего элемента, заделанный по меньшей мере в одну резиновую смесь. Брекер выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из стали, арамида, углеродного волокна, натурального волокна, магния и соединений магния, слой усиливающего элемента является одинарным или многослойным слоем под углом от 0° до 5° к окружному направлению и изготовлен по меньшей мере из одной полиэстерной нити и/или полиэстерного корда. 11 з.п. ф-лы., 1 табл.
Изобретение относится к пневматической шине транспортного средства, имеющей брекер и слой усиливающего элемента, заделанный по меньшей мере в одну резиновую смесь.
В промышленности хорошо известны усиливающие элементы для усиления различных эластомерных изделий. Так, для пневматических шин транспортных средств известно использование бандажа брекера, который имеет одно- или многослойную конструкцию, охватывает края брекера и содержит усиливающие элементы, которые располагаются параллельно и, в основном, по периметру, в форме кордов, заключенных в резину. Этот бандаж брекера служит, в частности, при использовании на высоких скоростях, для предотвращения увеличения шины из-за центробежных сил, возникающих при эксплуатации.
При производстве шин бандаж применяется в форме слоев, лент или отдельных кордов с усиливающими элементами, заключенными в невулканизированную резиновую смесь, которые навиты или намотаны на брекер. Усиливающие элементы заключены в резину при помощи листа преимущественно параллельных нитевидных усиливающих элементов, которые обычно предварительно обработаны термически и/или путем пропитки для лучшего соединения с покрывающей их резиной способом, известным специалисту в данной области, проходя в продольном направлении через каландр или пресс-экструдер для покрытия резиновой смесью. В процессе придания формы на существующих устройствах и вулканизации шины шина обычно расширяется из-за увеличения в плечевой зоне на величину до 2% и в центральной зоне на величину до 4% по сравнению с невулканизированной собранной шиной, когда невулканизированная собранная шина надета на плоский барабан. При использовании более современных барабанов для вулканизации покрышек увеличение шины при ее производстве по-прежнему не должно превышать 2%. При использовании более современных устройств увеличение получается не таким высоким. Еще одной проблемой является усадка конкретных материалов корда при повышенной температуре. Более низкая усадка обеспечивает более высокую устойчивость к деформации у шины транспортного средства и, таким образом, лучшее, известное специалисту, пятно контакта (= уплощение при нагрузке).
Корды бандажа будут способствовать значительному увеличению в процессе придания формы и вулканизации в целях придания шине точной формы, и они обеспечат после окончания изготовления шины ее высокую практичность на высоких скоростях, т.е. хорошую устойчивость к деформации при эксплуатации. Чтобы отвечать данным требованиям, корды должны растягиваться при умеренном усилии до растяжения в 3-4% и требовать намного более мощное усилие для того, чтобы растягиваться на большую величину.
Конвейерные ленты являются бесконечными лентами, существенной чертой которых является использование усиливающего элемента, который обычно состоит из тканых слоев, созданных из идентичных и/или разных материалов корда. Кордная ткань подвергается сильным механическим воздействиям в процессе производства конвейерных лент. Кордная ткань натирается или пропитывается клеем для более легкого приклеивания к слою покрытия, и затем покрывается с обеих сторон при помощи каландра, многократно складывается вдвое и, наконец, наносится при помощи каландра на верхний слой. Конвейерные ленты обычно должны выдерживать значительные нагрузки из-за высоких темпов перевозки, поэтому обычно есть необходимость постоянного использования усиливающего элемента.
У плоских ремней есть растягивающий элемент, образованный слоем усиливающего элемента, состоящим из сплетенных кордных нитей. Кордные нити, заключенные в резиновой матрице, защищены одним или двумя слоями прорезиненной защитной ткани. Корд используется для того, чтобы позволить плоскому ремню передавать большие усилия при небольших растяжениях. Это также относится к гибким тканым шлангам, которые подвергаются сильному внутреннему и внешнему давлению и поэтому усилены подходящим слоем усиливающего элемента, состоящим из тканого корда или отдельных кордных нитей. При включении корда в гибкие тканые шланги важно применять кордные нити под определенными углами для того, чтобы предотвратить удлинение и утоньшение или расширение и укорачивание.
Пневматические опоры, созданные из одной или более резиновых матриц, также нуждаются в усилении слоем усиливающего элемента, состоящим из кордов, для частичного поглощения нагрузок, вызываемых сжатием, растяжением или сдвигом. Слой усиливающего элемента, созданный из кордов, также должен обеспечивать высокую передачу усилия при очень небольших растяжениях.
В качестве уровня техники должны рассматриваться следующие документы:
(D1) US 7252129 B2
(D2) EP 1703005 B1
(D3) GB 2139574 A
(D4) GB 2172251 A
(D5) US 6016858 A1
(D6) US 6082423 A1
(D7) EP 0715971 A2
D1 описывает гибридный корд, состоящий из арамидных волокон и дополнительного волокна, выбранного из группы, состоящей из полиэстера, нейлона и вискозы. Этот гибридный корд обеспечивает более низкое отделение отдельных нитей слоя усиливающего элемента.
D2 описывает покрытый окунанием гибридный корд, состоящий из вискозной нити и лиоцелловой нити и известный хорошим сопротивлением усталости.
Описание шин транспортных средств, имеющих корд усиливающего элемента, обладающий низким числом кручений от 40 до 100 к/м, известно из D3. Считается, что это улучшает сопротивление качению скоростных шин.
D4 описывает шину для транспортных средств, имеющую корд усиливающего элемента, состоящий из нити из моноволокна, где моноволокно имеет тонину не менее 250 дтекс и где моноволокно не скручено.
D5 и D6 описывают облегченные шины с оптимизированным сопротивлением качению, с «верхним слоем» из кордов, выбранных из группы, содержащей арамид, вискозу, полиэтиленнафталат, полиэтилентерефталат и поливинилацетат. Брекеры соответствующих шин состоят из стекловолокна (D5) или вискозы (D6).
D7 описывает пневматическую шину для транспортных средств, имеющую так называемый слой брекера с углом 0°, состоящий из волокон полиэтилентерефталата или нейлона. В данном случае кручение не превышает 300 к/м.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание пневматической шины транспортного средства, которая имеет слой усиливающего элемента, который состоит из нитей и/или кордов и который обладает более низкой усадкой и более высокой устойчивостью к деформации.
Задача настоящего изобретения решается за счет того, что пневматическая шина транспортного средства, имеющая брекер и слой усиливающего элемента, заделанный по меньшей мере в одну резиновую смесь, отличается тем, что брекер выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из стали, арамида, углеродных волокон, натуральных волокон, магния и соединений магния, и тем, что слой усиливающего элемента является однослойным или многослойным слоем под углом от 0° до 5° к окружному направлению и состоит из по меньшей мере одной полиэстерной нити и/или полиэстерного корда.
Неожиданно оказалось, что такой слой усиливающего элемента обладает намного лучшей усадкой и намного лучшей устойчивостью к деформации в пневматической шине транспортного средства, в которой материал для брекера выбран из группы, состоящей из стали, арамида, углеродных волокон, натуральных волокон, магния и соединений магния.
Использование, как известно специалисту в данной области, полиамидных нитей и кордов в слое усиливающего элемента характеризуется низким модулем продольной упругости и демонстрирует недостатки сильного теплового сжатия при высоких температурах в готовой шине. Однако когда арамидные нити и/или корды используются при изготовлении шины, созданные таким образом слои усиливающего элемента оказываются невыгодны тем, что их способность расширяться слишком низкая, поэтому невулканизированная шина неудовлетворительно формируется и результатом является получение низкой гомогенности шины.
Указанная в настоящем изобретении пневматическая шина транспортного средства, имеющая слой усиливающего элемента из полиэстерных нитей и/или полиэстерного корда, напротив, не обладает вышеуказанными недостатками. Более того, использование слоя усиливающего элемента из полиэстерных нитей и/или полиэстерного корда является существенно менее дорогим, чем обычно использовавшиеся ранее арамидные нити или корды и/или гибридные корды.
Кроме того, слой усиливающего элемента может быть выполнен одинарным или многослойным, предпочтительно одинарным, под углом от 0° до 5° к окружному направлению. «Выполнен» в данном контексте означает, что слой усиливающего элемента наматывается по направлению вдоль периметра в виде одного слоя или нескольких слоев, предпочтительно одного слоя.
Брекер указанной в настоящем изобретении пневматической шины транспортного средства состоит из материала, выбранного из группы, состоящей из стали, арамида, углеродных волокон, натуральных волокон, магния и соединений магния, при этом сталь является предпочтительной.
Предпочтительно оказалось, если полиэстерная нить и/или полиэстерный корд является полиэстерной нитью HMLS и/или полиэстерным кордом HMLS (HMLS - с высоким модулем и низкой усадкой) или полиэстерной нитью HMHS и/или полиэстерным кордом HMHS (HMHS - с высоким модулем и высокой усадкой).
Предпочтение отдается использованию полиэстерной нити HMLS и/или полиэстерного корда HMLS, а пропитанная полиэстерная нить и/или пропитанный полиэстерный корд HMLS для использования в шине должны иметь, согласно ASTM D 855, усадку 2% ±1,0% при 180°C.
Пневматические шины транспортных средств и резинотехнические изделия часто используют не чистую нить, а корд. Корд, в отличие от нити, состоит по меньшей мере из двух нитей, скрученных вместе.
Полиэстер полиэстерной нити и/или полиэстерного корда преимущественно выбран из группы, состоящей из полиэтилентерефталата (ПЭТ), и/или полиэтиленнафталата (ПЭН), и/или полибутилентерефталата (ПБТ), и/или поликарбоната (ПК).
Для обеспечения надежного приклеивания текстильных усиливающих элементов к резине, желательно снабжать полиэстерную нить и/или полиэстерный корд пропиткой адгезивом, например однократным или двукратным окунанием в латекс, содержащий резорцино-формальдегидную смолу.
Также предпочтительно, чтобы полиэстерный корд имел тонину от 2000 до 5000 дтекс, предпочтительно от 3000 до 4000 дтекс, и/или полиэстерное волокно имело тонину от 1000 до 1670 дтекс, предпочтительно от 1100 до 1440 дтекс. Специалисту в данной области известно, что особенности кордов связаны с их общим показателем дтекс.
Предпочтительно, чтобы полиэстерная нить, предпочтительно в виде пропитанных кордов, т.е. предварительно пропитанных адгезивом, была скручена на концах с числом кручения от 250 до 500 к/м, предпочтительно от 370 до 430 к/м, и имела относительное удлинение, согласно ASTM D 855, при силе 45 Н от 2,0 до 5,5%, предпочтительно от 2,7 до 5,0%, и более предпочтительно в диапазоне от 3,2 до 4,5%.
Было установлено, что эти характеристики материала обеспечивают хорошие результаты относительно усадки и устойчивости к деформации.
Когда вышеописанный слой усиливающего элемента, заключенный по меньшей мере в одну резиновую смесь, используется в пневматической шине транспортного средства, предпочтительно, в виде бандажа брекера и/или усилителя борта, шина будет иметь особенно хорошую эффективность при использовании на высоких скоростях, а проседание значительно снизится. Для этого плотность нитей в корде, в конкретном варианте осуществления, составляет от 80 до 125 нитей на дециметр, предпочтительно от 90 до 110 нитей на дециметр.
Когда вышеописанный слой усиливающего элемента используется в качестве усилителя борта в пневматической шине транспортного средства, преимущество заключается в том, что данный усиливающий элемент имеет более высокий модуль, чем использовавшиеся ранее слои полиамидного усиливающего элемента, а также имеет преимущество в стоимости.
Эти преимущества также достигаются при использовании вышеописанного слоя усиливающего элемента в производстве других эластомерных изделий, таких как конвейерные ленты, плоские ремни, гибкие тканые шланги и пневматические опоры.
Примеры осуществления и дальнейшие преимущества настоящего изобретения более подробно объясняются с помощью таблицы 1, которая приведена ниже.
| Таблица 1 | ||||
| Полиамидный корд (ПА6,6) 940×2 дтекс 80 нитей на дециметр один слой |
Полиамидный корд (ПА6,6) 940×2 дтекс 80 нитей на дециметр два слоя |
Полиэстерный корд (ПЭТ) 1440×2 дтекс 105 нитей на дециметр один слой |
Полиэстерный корд (ПЭТ) 1440×2 дтекс 105 нитей на дециметр два слоя |
|
| Сила при растяжении в 1%, согласно ASTM D 855 | 35 Н/см | 70 Н/см | 90 Н/см | 180 Н/см |
| Сила при растяжении в 3%, согласно ASTM D 855 | 70 Н/см | 140 Н/см | 200 Н/см | 400 Н/см |
| Усадка при 180°C (%), согласно ASTM D 855 | 5,0 | 5,0 | 2,0 | 2,0 |
| Остаточная усадка (%) | 3,0 | 3,0 | 1,8 | 1,8 |
Заявленные силы точно определены через зависимость от растяжения. Усадка определена через зависимость от силы противодействия. Заявленные значения являются лабораторными данными при первоначальной нагрузке в 0,5 сН/текс, т.е. 940×2 соответствует первоначальной нагрузке в 94 сН и 1440×2 - первоначальной нагрузке в 144 сН. Более высокий модуль у полиэстерного корда означает то, что количество слоев усиливающего элемента можно снизить примерно на 50%, что также снижает количество резиновой смеси, в которую заключен слой усиливающего элемента. Результатом этого является лучшее сопротивление качению пневматической шины транспортного средства и, как следствие, уменьшение потребления топлива.
Значительно улучшенная усадка обеспечивает лучшую устойчивость к деформации у пневматической шины транспортного средства.
1. Пневматическая шина транспортного средства, имеющая брекер и слой усиливающего элемента, заделанный по меньшей мере в одну резиновую смесь, отличающаяся тем, что брекер выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из стали, арамида, углеродных волокон, натуральных волокон, магния и соединений магния, причем слой усиливающего элемента является однослойным или многослойным слоем под углом от 0° до 5° к окружному направлению, при этом слой усиливающего элемента состоит по меньшей мере из одной полиэстерной нити и/или полиэстерного корда, причем полиэстер полиэстерной нити и/или полиэстерного корда выбран из группы, состоящей из полиэтилентерефталата (ПЭТ), и/или полибутилентерефталата (ПБТ), и/или поликарбоната (ПК), и полиэстерная нить имеет тонину от 1100 до 1440 дтекс.
2. Пневматическая шина транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что брекер состоит из стали.
3. Пневматическая шина транспортного средства по п.1 или 2, отличающаяся тем, что слой усиливающего элемента является однослойным.
4. Пневматическая шина транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что полиэстерный корд имеет тонину от 2000 до 5000 дтекс.
5. Пневматическая шина транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что полиэстерная нить и/или полиэстерный корд скручены на концах с числом кручений от 250 до 500 к/м.
6. Пневматическая шина транспортного средства по п.5, отличающаяся тем, что полиэстерная нить и/или полиэстерный корд скручены на концах с числом кручений от 300 до 430 к/м.
7. Пневматическая шина транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что полиэстерная нить и/или полиэстерный корд имеют удлинение согласно ASTM D 855 при 45 H от 2,0 до 5,5%.
8. Пневматическая шина транспортного средства по п.7, отличающаяся тем, что полиэстерная нить и/или полиэстерный корд имеют удлинение согласно ASTM D 855 при 45 H от 2,7 до 5,0%.
9. Пневматическая шина транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что полиэстерная нить и/или полиэстерный корд имеют удлинение согласно ASTM D 855 при 45 H от 3,2 до 4,5%.
10. Пневматическая шина транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что слой усиливающего элемента, заделанный по меньшей мере в одну резиновую смесь, является бандажом брекера.
11. Пневматическая шина транспортного средства по п.10, отличающаяся тем, что плотность нитей в бандаже брекера составляет от 80 до 125 нитей на дециметр.
12. Пневматическая шина транспортного средства по п.11, отличающаяся тем, что плотность нитей в бандаже брекера составляет от 90 до 110 нитей на дециметр.
