Полиэфирная кордная ткань

Полезная модель относится к области текстильной промышленности и может быть использована для изготовления кордной ткани, применяемой в производстве текстильных армирующих материалов, в частности, в качестве каркаса конечного продукта - радиальной шины легко-грузовых автомобилей (далее - «шина»).
Известна полиэфирная кордная ткань для каркаса радиальных шин с усадкой 3,0-4,0%, прочностью 2,5-3,0 г/денье при удлинении 5%, с разрывной нагрузкой 6,5-7,5 г/денье (международная заявка WO 2019088464 А1, опубликована 09.05.2019 г.).
Недостатком известной полиэфирной кордной ткани является высокая усадка, что снижает эксплуатационные характеристики, в частности приводит к высокой разнашиваемости шины и снижает ее долговечность.
Известна также полиэфирная кордная ткань для каркаса пневматической шины (заявка Японии JP 2016222872 А, опубликована 28.12.2016 г.), где нити основы - это нити полиэфирные с разрывной нагрузкой 4,0 сН/дтекс или более, с промежуточным удлинением от 3,0% до 4,0% и индексом мерной стабильности (усадкой) от 5,0% до 6,5%.
Недостатком известной ткани является высокая усадка и низкая разрывная нагрузка, что приводит к необходимости увеличивать количество слоев в шине, т.е. утяжелять шину.
Известна полиэфирная кордная ткань для каркаса радиальных шин, выполненная из полиэфирных нитей основы и полиамидной нити утка, причем в качестве нити основы применяют нить с равнозначными или неравнозначными предварительной и окончательной крутками 250/250-510/470 кр/м в зависимости от линейной плотности исходных нитей в одно, или два, или три сложения, при этом плотность ткани по основе составляет 75-160 нитей на 10 см, а в качестве нити утка применяют нить с плотностью 20-40 текс, разрывным удлинением до пропитки и термообработки 200-300% и частотой нитей 6-15 нитей на 10 см. Показатели линейной усадки составляет 4,3-4,5%, удлинения при нагрузке 20 Н - 1,5-1,6%, при нагрузке 39 Н - 3,1-3,3%, при разрыве 16-16,4% (патент RU 2208669 С2, опубликовано 20.07.2003 г.).
К недостатку известной полиэфирной кордной ткани можно отнести неудовлетворительные эксплуатационные характеристики, в частности высокую линейную усадку.
Известна полиэфирная кордная ткань для каркаса пневматической шины радиальной конструкции, которая выполнена из полиэфирного текстильного материала структуры 110, 144, 167, 220 текс с удельной прочностью нити 67-72 сН/текс. Диаметр нити суровья 0,48-0,65 мм с разрывной прочностью нити 155-300 Н/нить, частотой нити не менее 90 и не более 180 штук на длине 100 мм (патент RU 118584 U1, опубликовано 27.07.2012 г.). Известная ткань позволяет снизить величины амплитуд деформации в деталях шины и избежать концентрации напряжений между нитями корда за счет снижения частоты нитей насколько позволяет это сделать удельная прочностью нити 67-72 сН/текс.
Снижение величины амплитуд деформации решается в узком сегменте шин, что нашло применение для каркаса шины кордной ткани из полиэфирных нитей с удельной прочностью нити 67-72 сН/текс вместо кордной ткани из полиамидных нитей.
В качестве наиболее близкого технического решения выбрана полиэфирная кордная ткань 20 ПДУ для каркаса пневматической шины, известная из https://www.texxcore.com/production/dipped-cord-fabrics/. Кордная ткань имеет структуру 167 текс* 1×2, в качестве основной нити использована полиэфирная нить с удельной прочностью 67-72 сН/текс, готовая ткань имеет удлинение при нагрузке 45Н - (2,3-2,9)% и усадку не более - 3%, а разрывная нагрузка не менее 200 Н. При производстве 20 ПДУ используется серийная нить HMLS (низкоусадочная) с определенным усадочным напряжением. Известно, что низкую усадку в полимерах обеспечивает большой процент аморфной составляющей структуры (в невытянутых аморфных полимерах усадки вообще нет). Поскольку серийный процесс пропитки и термообработки не ставит своей задачей изменить усадку, то перестройки структуры нити не происходит, она сохраняет низкую усадку и, соответственно, высокое усадочное напряжение. Поэтому недостаток ближайшего аналога заключается в том, что не достигнуто качественное изменение полиэфирной нити, так как в нити не снижено усадочное напряжение.
Технической проблемой, решение которой было обеспечено заявляемой полезной моделью, является расширение сырьевой базы для производства кордной ткани путем применения не использующейся ранее для этих целей полиэфирной нити с удельной прочностью 82-90 сН/текс. При этом заявитель создал полиэфирную кордную ткань, не уступающую по своим параметрам известным кордным тканям по показателям удлинения, усадки и разрывной нагрузки, но дополнительно к этому в заявляемой ткани снизился риск расслоения каркаса шины на резину и корд, что позволило улучшить эксплуатационные характеристики шины (теплостойкость и износоустойчивость).
Технический результат, получаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в снижении усадочного напряжения нитей полиэфирной кордной ткани.
Технический результат достигается тем, что полиэфирная кордная ткань, образованная переплетением основных и уточных нитей, согласно полезной модели в качестве основной нити использована полиэфирная нить, полученная из двух стренг нити ассортимента 167 текс, с удельной прочностью нити 82-90 сН/текс, при этом ткань имеет показатели: усадочное напряжение 300-400 сН, полученное при условии Т=180°С×τ=2 мин × предварительное натяжение 0,5 сН/текс; удлинение при нагрузке 45Н - (2,5-3,5)% и усадка не более - 3%, полученная при условии Т=160°С×τ=20 мин × предварительное натяжение 0,5 сН/текс.
Заявляемая полезная модель может быть получена следующим образом. Полиэфирная кордная ткань по заявляемой полезной модели изготавливается в два этапа на основании применения процесса двухэтапного постадийного ориентационного вытягивания.
На первом этапе происходит формование полиэфирной нити с удельной прочностью нити 82-90 сН/дтекс: осуществляется экструзия нити со скоростью формования около 3000 м/мин. Низкая скорость формования дает возможность получения полиморфологической структуры полимера. Кристаллической, предкристаллической на базе распрямленных ориентированных участков цепей аморфной части и аморфную структуру полимера. Имеем набор структурных элементов с различным временем релаксации. На этой стадии вытяжки нить обладает максимальной разрывной нагрузкой и высокой термоусадкой.
На втором этапе происходит получение кордной ткани: сформованную нить крутят и ткут. Вторая стадия вытяжки нити происходит на линии пропитки и уже в виде ткани. При пропитке ткани идет кристаллизация ориентированных удлиненных цепей внутри аморфной прослойки. Прикладывая к ткани высокие нагрузки и температуры, в процесс ориентации вовлекается наибольшее количество структурных элементов, в результате чего увеличивается и создается кристаллическая структура полимера, образуя дальний порядок ориентации по всему объему нити. Данный процесс обеспечивает получение низкого усадочного напряжения при увеличенной прочности, снижается удлинение при нагрузке, усадка нити, но удлинение при разрыве остается достаточно высокой величиной (до 19%).
Полиэфирная кордная ткань, полученная на основании описываемой полезной модели, поступает в процесс производства шины и является в шине армирующим материалом, который воспринимает все нагрузки, поэтому выносливость изделий при эксплуатации в значительной степени определяется как комплексом физико-механических свойств корда, так и прочностью связи между кордом и резиной. Разрушение этой связи обусловлено тем усадочным напряжением, которое существует в нитях. Снижение усадочного напряжения нитей продлевает срок службы шины.
«Усадочное напряжение» - это сила, возникающая в нити в результате нагрева, изменяющая ее длину. Существующий метод определения усадочного напряжения термоусаживающихся волокон фиксирует силу, которая удерживает нить от изменения длины. Нить, зафиксированная в зажимах с предварительным натяжением, удерживается в первоначальных размерах до тех пор, пока не произойдет максимальная усадка при условиях: « 180°С×τ×2 мин × предварительное натяжение 0,5 сН/текс».
Снижение силы «усадочного натяжения» создает гарантию того, что кордная полиэфирная ткань, используемая в шине в качестве армирующего агента, будет обладать теплостойкостью и физическое явление «усадка полимера под воздействием температуры» будет значительно меньше противодействовать расслоению системы «резина - кордная ткань».
В шине, состоящей из разнородных материалов, отличающихся друг от друга термоупругими свойствами и прочно соединенными друг с другом адгезионными силами, остаточные напряжения усадки возникают, даже если нагревание и охлаждение материалов шины не сопровождалось возникновением температурной разницы по толщине материала.
Структурное состояние вулканизованной резиновой смеси и кордной нити различно. Резиновая смесь представляет собой многокомпонентную высоконаполненную композицию на основе каучуков общего назначения, характеризующуюся аморфной структурой с ближним порядком расположения структурных единиц. В процессе вулканизации между макромолекулами каучука образуются трехмерные сшивки, при этом происходит изменение объема за счет увеличения плотности материала, а также молекулярной дезориентацией. Кордные нити представляют собой линейноориентированные макромолекулы с аморфным и кристаллическим строением. При воздействии температур вулканизации и эксплуатации шины, полимер нити продолжает увеличивать кристаллическую структуру, но в сравнительно меньшем объеме. Величина изменения плотностей материалов выравнивается. Сниженное «усадочное напряжение» нитей способствует сохранению адгезионных сил между резиновой смесью и нитью, за счет выравнивания их поведения в процессе эксплуатации шин при повышенных температурах и нагрузках. Благодаря получению уравновешенной системы «резина-корд» уменьшаются случаи отслоения резины от нити, и, как следствие, повышается износостойкость шины.
Ниже представлены примеры полиэфирных кордных тканей, получаемых заявителем:
1. Полиэфирная пропитанная термостабилизированная кордная ткань 21 ПДУ с поверхностной плотностью 392 г/м, основная нить получена из двух стренг нити ассортимента 167 текс, с «удельной разрывной нагрузкой» (удельной прочностью нити) 85 сН/текс. «Прочность пропитанной ткани» - 228 Н, «линейной усадкой при 160°C×20 мин×0,5 сН/текс» - 2,4%, «удлинением при нагрузке 45Н» - 3,0%. Испытание ткани показало, что «усадочное напряжение при 180°С×2 мин×0,5 сН/текс» составило 372 сН.
2. Полиэфирная пропитанная термостабилизированная кордная ткань поверхностной плотностью 404 г/м основная нить получена из двух стренг нити ассортимента 167 текс, с «удельной разрывной нагрузкой» 87 сН/текс. «Прочность пропитанной ткани» - 233 Н, «линейной усадкой при 160°C × 20 мин × 0,5 сН/текс» - 2,8%, «удлинением при нагрузке 45Н» - 2,7%, «усадочное напряжение при 180°С×2 мин×05 сН/текс» составило 346 сН.
3. Полиэфирная пропитанная термостабилизированная кордная ткань поверхностной плотностью 419 г/м, основная нить получена из двух стренг нити ассортимента 167 текс, с «удельной разрывной нагрузкой» 90 сН/текс. «Прочность пропитанной ткани» - 238 Н, «линейной усадкой при 160°С×20 мин×0,5 сН/текс» - 2,9%, «удлинением при нагрузке 45Н» - 2,5%, «усадочное напряжение при 180°С×2 мин×05 сН/текс» составило 300 сН.
4. Полиэфирная пропитанная термостабилизированная кордная ткань поверхностной плотностью 416 г/м, основная нить получена из двух стренг нити ассортимента 167 текс, с «удельной разрывной нагрузкой» 82 сН/текс. «Прочность пропитанной ткани» - 215 Н, «линейной усадкой при 160°С×20 мин×0,5 сН/текс» - 2,0%, «удлинением при нагрузке 45Н» - 3,5%, «усадочное напряжение при 180°С×2 мин×0,5 сН/текс» составило 400 сН.