Протектор, содержащий скульптурные элементы с перекрывающим слоем

Изобретение относится к автомобильной шине, предназначенной для езды зимой. Протектор (1) выполнен из резинового материала и содержит множество вырезов (3), ограниченных находящимися друг против друга стенками (5), образующими боковые стенки рельефных элементов (7) протектора. Каждая из боковых стенок пересекает поверхность качения, образуя кромку (9). По меньшей мере одна боковая стенка (5) рельефного элемента частично или полностью образована перекрывающим слоем (11), выполненным, начиная от кромки (9), соответствующей этой боковой стенке. Материал этого слоя (11) имеет модуль упругости, превышающий модуль упругости резинового материала, образующего протектор. Рельефный элемент (7) имеет в своей боковой стенке углубление (12), причем это углубление ограничено перекрывающим слоем (11). Рельефный элемент (7) имеет ширину W, при этом глубина Р углубления равна по меньшей мере 10% ширины W элемента (7) и меньше или равна 40% этой ширины W. Объем углубления (12) меньше 10% объема рельефного элемента (7). Технический результат – улучшение сцепления протектора шины как на заснеженной, так и на обледенелой дороге. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к протектору шины, предназначенной для езды зимой.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Шина для зимней езды, называемая зимней шиной, должна обладать качеством достаточного сцепления как на заснеженной дороге, так и на обледенелой дороге. Однако на этих различных типах дороги условия работы протектора при хорошем сцеплении являются разными и даже противоречивыми. На заснеженной дороге ставится задача «соскабливания» снега за счет создания повышенного давления в точных зонах протектора. На дороге в условиях гололеда стараются получить большое и максимально однородное давление контакта с дорогой.

В документе US 5840137 раскрыт протектор, содержащий множество канавок, ограниченных стенками. Эти стенки образованы перекрывающим слоем, содержащим материал, отличный от резинового материала протектора. В частности, в данном случае материал слоя имеет температуру перехода в стеклообразное состояние (Tg) ниже, чем у резинового материала, что придает ему более значительную жесткость. Благодаря этой жесткости, можно легче соскабливать снег на этой заснеженной дороге. Однако авторы изобретения установили, что протектор из документа US 5840137 не позволяет улучшить в такой же степени сцепление с дорогой в условиях гололеда. Таким образом, этот протектор характеризуется существенным дисбалансом между, с одной стороны, его характеристиками на заснеженной дороге и, с другой стороны, его характеристиками на обледенелой дороге.

Поэтому существует потребность в реализации протектора шины, характеризующегося лучшим компромиссом между сцеплением на заснеженной дороге и сцеплением на обледенелой дороге и в то же время сохраняющего очень хорошее сцепление на заснеженной дороге.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Под «шиной» следует понимать все типы упругих оболочек, заполненных или не заполненных воздухом под давлением.

Под «зимней шиной» (“snow tyre” или “winter tyre” на английском языке) следует понимать шину, обозначаемую маркировкой M+S или M.S. или M&S, нанесенной по меньшей мере на одну из боковин шины.

Под «протектором» шины следует понимать количество резинового материала, ограниченное боковыми поверхностями или двумя главными поверхностями, одна из которых предназначена для вхождения в контакт с дорогой во время качения шины.

Под «поверхностью качения» протектора следует понимать поверхность, образованную точками протектора шины, которые входят в контакт с дорогой во время качения шины.

Под «вырезом» следует понимать либо канавку, либо насечку. В частности, вырез соответствует пространству, ограниченному стенками материала, расположенными друг против друга и отстоящими друг от друга на не равное нулю расстояние. Насечка отличается от канавки значением этого расстояния: в случае насечки это расстояние должно обеспечивать вхождение в контакт между противоположными стенками при вхождении в контакт с дорогой. В данном случае это расстояние для насечки не превышает 2 миллиметра (мм). В случае канавки стенки этой канавки не могут входить в контакт друг с другом в обычных условиях качения.

Под «рельефным элементом» в протекторе следует понимать элементы из резины, образующие выступ в этом протекторе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом изобретения является протектор из резинового материала для зимней шины. Эта шина содержит поверхность качения, предназначенную для вхождения в контакт с дорогой во время качения шины. Этот протектор содержит множество вырезов, ограниченных находящимися друг против друга стенками, образующими боковые стенки рельефных элементов протектора. Каждая из этих боковых стенок выходит на поверхность качения, образуя кромку. По меньшей мере одна боковая стенка рельефного элемента частично или полностью образована перекрывающим слоем, выполненным, начиная от кромки, соответствующей этой боковой стенке. Этот материал имеет модуль упругости, превышающий модуль упругости резинового материала, образующего протектор. Рельефный элемент имеет углубление в своей боковой стенке, причем это углубление ограничено перекрывающим слоем. Рельефный элемент имеет ширину W, при этом глубина Р углубления равна по меньшей мере 10% ширины W элемента и меньше или равна 40% этой ширины W. Объем углубления меньше 10% объема рельефного элемента.

В первые моменты контакта между литым элементом и дорогой этот элемент сжимается, что приводит к частичному или полному закрыванию углубления. Углубление позволяет улучшить сцепление с обледенелой дорогой и не слишком снижает сцепление с заснеженной дорогой, при этом перекрывающий слой, расположенный вблизи кромки литого элемента, продолжает обеспечивать эффективное «соскабливание» снега.

Следует также отметить, что углубление имеет ограниченные размеры по отношению к размерам литого элемента, что позволяет избежать любого ослабления этого литого элемента.

В предпочтительном варианте выполнения перекрывающий слой не выходит за пределы углубления.

Таким образом, верхняя часть боковой стенки будет прогибаться в большей степени, так как она не закрыта перекрывающим слоем. Этот прогиб улучшается также за счет присутствия перекрывающего материала в углублении. Распределения давления в литом элементе будет равномерным, и сцепление с обледенелой дорогой улучшается.

В другом предпочтительном варианте выполнения углубление имеет в сечении треугольную форму с вершиной в рельефном элементе в направлении удаления от кромки.

Углубление сформовано при помощи выступающего элемента пресс-формы. За счет выполнения углубления треугольной формы с вершиной в направлении, противоположном кромке, облегчается отделение от элемента пресс-формы, соответствующего этому углублению.

В варианте выполнения углубление доходит до поверхности качения протектора, при этом перекрывающий слой, ограничивающий это углубление, образует угол менее 90° с этой поверхностью качения.

Соблюдая такой угол на уровне кромки боковой стенки, улучшают способность протектора «соскабливать» снег.

В варианте выполнения рельефный элемент содержит два углубления, выходящие соответственно на две противоположные стенки этого элемента.

За счет присутствия углублений в двух противоположных боковых стенках рельефного элемента улучшается сцепление шины как во время фазы ускорения транспортного средства, так и во время фазы торможения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает схематичный вид части протектора в соответствии с изобретением.

Фиг. 2 - вид в разрезе рельефного элемента протектора, показанного на фиг. 1, согласно первому варианту выполнения изобретения, в состоянии покоя.

Фиг. 3 - вид рельефного элемента, показанного на фиг. 2, в контакте с обледенелой дорогой.

Фиг. 4 - вид рельефного элемента согласно второму варианту выполнения.

Фиг. 5 - вид рельефного элемента, показанного на фиг. 4, в контакте с обледенелой дорогой.

Фиг. 6 - вид рельефного элемента согласно третьему варианту выполнения.

Фиг. 7 - вид рельефного элемента согласно четвертому варианту выполнения.

Фиг. 8 - вид рельефного элемента согласно пятому варианту выполнения.

В дальнейшем тексте описания по существу идентичные или подобные элементы имеют одинаковые обозначения.

На фиг. 1 показана часть протектора 1 зимней шины. Этот протектор содержит множество рельефных резиновых блоков 2, образующих скульптуру этого протектора. Резиновые блоки 2 ограничены канавками 4, которые могут проходить в осевом направлении Y параллельно оси вращения шины, в окружном направлении Х, перпендикулярном к осевому направлению Y, или в наклонном направлении, имеющем одновременно не равные нулю окружную составляющую и осевую направляющую. Каждый резиновый блок 2 в данном случае состоит из множества резиновых полосок 7, разделенных насечками 3.

На фиг. 2 показана полоска 7 в разрезе по линии А-А протектора, показанного на фиг. 1, согласно первому варианту выполнения изобретения. В данном случае полоска 7 имеет боковую стенку 5, образованную перекрывающим слоем 11. Этот слой 11 в данном случае проходит от кромки 9 до дна насечки 3, ограничивающей полоску 7. Полоска 7 содержит также углубление 12, ограниченное перекрывающим слоем 11. Это углубление 12 расположено относительно кромки 9 на расстоянии D, меньшем 2/3 высоты Н полоски 7. В варианте углубление 12 расположено относительно кромки 9 на расстоянии D, меньшем половины этой высоты Н. Кроме того, следует отметить, что глубина Р углубления по меньшей мере равна 10% ширины W полоски 7 и меньше или равна 40% этой ширины W. Объем углубления меньше 10% объема полоски 7.

В данном случае перекрывающий слой 11 имеет модуль упругости, превышающий модуль упругости резинового материала протектора 1. Такой материал является, например, эластомерным материалом, динамический модуль сдвига G* которого при чередующемся максимальном напряжении 0,7 МПа с частотой 10 Гц и при температуре -10°С превышает 200 МПа и предпочтительно превышает 300 МПа. В настоящем документе «модуль упругости G’» и «модуль вязкости G”» обозначают хорошо известные специалисту динамические свойства. Эти свойства измеряют при помощи вискоанализатора типа Metravib VA4000 на образцах, полученных посредством литья из сырых композиций. При этом используют образцы, описанные в норме ASTM D 5992-96 (версия опубликована в сентябре 2006 года и была первоначально утверждена в 1996 году) на фиг. Х2.1 (круглый вариант выполнения). Диаметр образца равен 10 мм (он имеет круглое сечение площадью 78,5 мм²), толщина каждого из участков резиновой композиции равна 2 мм, что дает отношение «диаметр к толщине», равное 5 (в отличие от нормы ISO 2856, упомянутой в норме ASTM, параграф Х2.4, согласно которой значение d/L должно быть равно 2). Отмечают реакцию образца из вулканизированной резиновой композиции, подвергнутого синусоидальному действию простого чередующегося напряжения сдвига с частотой 10 Гц. Образец подвергается синусоидальному сдвигу с частотой 10 Гц при напряжении (0,7 МПа), создаваемом симметрично вокруг его положения равновесия. Измерение осуществляют на наклонном участке кривой температуры, повышающейся со скоростью 1,5°С в минуту, начиная от температуры Tmin, меньшей температуры перехода в стеклообразное состояние (Tg) материала, до температуры Tmax, которая может соответствовать горизонтальному участку кривой температуры резинового материала. Прежде чем начать сканирование, образец стабилизируют при температуре Tmin в течение 20 мин, чтобы получить однородную температуру внутри образца. Используемым результатом являются модуль упругости при динамическом сдвиге (G’) и модуль вязкости при сдвиге (G”) при выбранных температурах (в данном случае 0°, 5° и 20°С). «Комплексный модуль» G* определяют как абсолютное значение комплексной суммы модулей упругости G” и вязкости G”:

В варианте выполнения эластомерный материал перекрывающего слоя содержит композицию на основе по меньшей мере одного диенового эластомера с большим содержанием наполнителя из серы, такого как эбонит.

В другом варианте выполнения перекрывающий слой содержит соединение волокон, например, трехмерное соединение волокон, образующее войлок. Волокна этого войлока можно выбрать из группы, в которую входят текстильные волокна, минеральные волокна и их смесь. Следует также отметить, что волокна этого войлока можно выбрать из текстильных волокон природного происхождения, например, из группы, в которую входят волокна шелка, хлопка, бамбука, целлюлозы, шерсти и их смеси.

В другом варианте выполнения эластомерный материал перекрывающего слоя содержит композицию на основе по меньшей мере одного термопластического эластомера, такого как полиэтилентерефталат (ПЭТ). Такой полимер может иметь модуль Юнга, превышающий 1 ГПа.

На фиг. 3 показана та же полоска 7, что и на фиг. 2, когда она находится под нагрузкой и входит в контакт с обледенелой дорогой 8. В этом состоянии углубление 12 частично или полностью закрывается. Степень закрывания этого углубления зависит от нагрузки, действующей на полоску 7, от материала, используемого в слое 11, от типа обледенелой или заснеженной дороги, с которой входит в контакт полоска 7.

Здесь же показано распределение нагрузки, действующей на полоску 7. В данном случае представлен пример, в котором полоска 7 перемещается напротив дороги в направлении вращения R, и транспортное средство ускоряется, то есть в первую очередь с дорогой 8 входит в контакт кромка 9 полоски 7. Давление со стороны дороги 8 на полоску 7 является максимальным вблизи кромки 9, и это максимальное давление распространяется на ширину L1.

На фиг. 4 в разрезе показана полоска согласно второму варианту выполнения изобретения. В этом варианте выполнения перекрывающий слой 11 не проходит дальше углубления 12, то есть слой 11 не доходит до дна насечки 3, ограничивающей полоску 7.

На фиг. 5 показана та же полоска 7, что и на фиг. 4, когда она находится под нагрузкой и входит в контакт с обледенелой дорогой 8. Авторы изобретения установили, что давление, которым действует дорога 8 на полоску 7, является максимальным вблизи кромки 9, и это максимальное давление распространяется на ширине L2, превышающей ширину L1 на фиг. 3. За счет этого улучшается сцепление шины с обледенелой дорогой 8. В данном случае представлен пример, когда полоска 7 перемещается напротив дороги в направлении вращения R, и транспортное средство ускоряется, то есть в первую очередь с дорогой 8 входит в контакт кромка 9 полоски 7.

На фиг. 6 представлен третий вариант выполнения изобретения, в котором углубление 12 имеет треугольную форму с вершиной 13, направленной противоположно кромке 9.

На фиг. 7 представлен четвертый вариант выполнения изобретения, в котором углубление 12 доходит до поверхности 15 качения. При этом перекрывающий слой 11 образует с этой поверхностью качения угол α, меньший 90°.

На фиг. 8 представлен пятый вариант выполнения изобретения, в котором полоска 7 имеет два углубления 12, выходящих соответственно на две противоположные боковые стенки 5 полоски 7.

Изобретение не ограничивается описанными и представленными примерами, и в него можно вносить различные изменения, не выходя за его рамки.

1. Протектор из резинового материала для зимней шины, содержащей поверхность качения, предназначенную для вхождения в контакт с дорогой по время качения шины, при этом протектор (1) содержит множество вырезов (3, 4), ограниченных находящимися напротив друг друга стенками (5), образующими боковые стенки рельефных элементов (2, 7) протектора, при этом каждая из упомянутых боковых стенок пересекает поверхность качения, образуя кромку (9), при этом по меньшей мере одна боковая стенка (5) рельефного элемента частично или полностью образована перекрывающим слоем (11), выполненным, начиная от кромки (9), соответствующей этой боковой стенке, отличающийся тем, что материал перекрывающего слоя (11) имеет модуль упругости, превышающий модуль упругости резинового материала, образующего протектор, при этом рельефный элемент (2, 7) имеет в своей боковой стенке углубление (12) глубиной Р, причем это углубление ограничено перекрывающим слоем (11), причем рельефный элемент (2, 7) имеет ширину W, при этом глубина Р углубления равна по меньшей мере 10% ширины W элемента (2, 7) и меньше или равна 40% этой ширины W, при этом объем углубления (12) меньше 10% объема рельефного элемента (2, 7).

2. Протектор по п. 1, отличающийся тем, что перекрывающий слой (11) не выходит за пределы углубления (12).

3. Протектор по п. 1, отличающийся тем, что углубление имеет в сечении треугольную форму с вершиной в рельефном элементе в направлении удаления от кромки (9).

4. Протектор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что углубление (12) доходит до поверхности качения протектора, при этом перекрывающий слой (11), ограничивающий это углубление, образует угол (α) менее 90°с этой поверхностью качения.

5. Протектор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что рельефный элемент содержит два углубления (12), выходящие соответственно на две противоположные боковые стенки (5) этого элемента.