АРМИРУЮЩИЙ СЛОЙ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЭЛАСТОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА, ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, И ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
REINFORCING LAYER FOR ITEMS FROM ELASTOMER MATERIAL, PREFERABLY FOR PNEUMATIC TIRES OF VEHICLE, AND PNEUMATIC TIRE OF VEHICLE

Настоящее изобретение относится к прорезиненному армирующему слою для изделий из эластомерного материала, предпочтительно для шин транспортного средства, причем армирующий слой содержит множество параллельных усиливающих элементов, расположенных на расстоянии друг от друга, при этом каждый усиливающий элемент состоит из полиамида 6.6 и имеет конструкцию ×1, таким образом представляя собой крученую многоволоконную нить из полиамида 6.6. Настоящее изобретение также относится к пневматической шине транспортного средства, содержащей этот армирующий слой.
Армирующие слои для изделий из эластомерного материала, таких как, например, технические резиновые изделия и (пневматические) шины транспортного средства, имеют чрезвычайно важное значение и являются общеизвестными для специалистов в данной области техники. Армирующие слои имеют множество армирующих элементов в форме нитей, называемых усиливающими элементами. Они полностью заделаны в эластомерный материал. Усиливающие элементы этих армирующих слоев имеют, например, форму тканей или каландрированных непрерывно накрученных усиливающих элементов.
В случае пневматических шин транспортного средства многоволоконные нити используются в качестве усиливающих элементов, например, в области борта и в бандаже брекера.
В пневматических шинах транспортного средства, и особенно в контексте использования на высокой скорости, бандаж брекера служит для предотвращения подъема шины под воздействием центробежных сил, возникающих в режиме движения. В случае пневматической шины транспортного средства, которая содержит в целом воздухонепроницаемый внутренний слой, радиальный каркас, содержащий усиливающие элементы и проходящий от короны шины через боковые стенки в область борта, где он закреплен обычно посредством опутывания сердечников борта, имеющих высокую прочность на разрыв, внешний в радиальном направлении протектор, имеющий профильные канавки, и брекер, бандаж расположен между брекером и протектором. Бандаж брекера может быть однослойной или многослойной конструкции; он покрывает по меньшей мере кромки брекера и содержит усиливающие элементы, которые проходят параллельно и по существу в окружном направлении и которые заделаны в резиновую смесь. Во время производства шин бандаж брекера наносят в форме слоев, полос или отдельных усиливающих элементов, при этом усиливающие элементы заделаны в невулканизированную резиновую смесь, и эти элементы наматывают или накручивают на брекер. Усиливающие элементы для таких слоев заделывают в резину так, что, например, пучок по существу параллельных нитевидных усиливающих элементов, которые как правило были подвергнуты предварительной термической обработке и/или пропитке, как известно специалисту в области техники, для лучшей адгезии с резиной для заделывания, проходят в продольном направлении через каландровый вал или через экструдер для покрытия резиновой смесью. Альтернатива состоит в использовании усиливающих элементов, которые получили адгезионную пропитку и могут быть обработаны без каландрированной адгезионной смеси. При формовании и вулканизации шины шина растягивается в целом в плечевой области, в результате подъема, на величину до 2%, и в средней области на величину до 4%, по сравнению с невулканизированной заготовкой, когда последняя намотана на плоский барабан. Таким образом, усиливающий элемент, который используется в бандаже брекера, должен преимущественно допускать этот подъем, другими словами, иметь возможность первоначально растягиваться при приложении относительно небольшого усилия, но после этого первоначального растягивания на величину до 4% должен иметь возможность растягиваться только при приложении большего усилия, для пригодности к эксплуатации на высокой скорости. Следовательно, на диаграмме усилие-удлинение усиливающий элемент должен демонстрировать относительно плоский профиль вплоть до удлинения на 4% и более крутой профиль после этого.
Бандаж брекера имеет однослойную или многослойную конструкцию, покрывает кромки брекера и содержит усиливающие элементы, которые проходят параллельно и приблизительно в окружном направлении и заделаны в резину. Термин «приблизительно в окружном направлении» означает угол от 0° до 5° относительно окружного направления шины.
Из WO 2014182265 A1 известна пневматическая шина транспортного средства, содержащая усиливающие элементы из полиамида 6.6 в бандаже брекера.
В US 3343363 A раскрыты усиливающие элементы в виде выполненных из полиамида 6.6 крученых одиночных волокон, нитей и кордов для использования в качестве армирующего материала для шин, причем эти элементы имеют начальный модуль упругости от 25 до 60 г/ден и прочность на разрыв более 7,0 г/ден при комнатной температуре. Начальные значения модуля упругости определены в соответствии с ASTM A1380-61T.
5
В US 3849976 A раскрыты корды из полиамида 6.6, имеющие две или более многоволоконные нити с модулем L более 60 г/ден, в качестве армирующего материала для шин, при этом эти корды получают путем вытяжки с сильным натяжением при высоких температурах.
В US 4284117 A раскрыты крученые нейлоновые, выполненные из сложного полиэфира, вискозные и арамидные нити в качестве элементов, усиливающих бандаж брекера пневматических шин транспортного средства.
Из уровня техники известна практика увеличения начального модуля или LASE (нагрузки при указанном удлинении) полиамидных усиливающих элементов посредством воздействия на них горячей вытяжкой при сравнительно высоких температурах. Чтобы сберечь полученные в результате свойства даже после релаксации (выдержка со свободно отрезанными концами в лабораторных условиях), до настоящего времени было необходимо подвергать нити или корды из PA 6.6 воздействию температур выше 250 °C. Однако недостатком этого является то, что при вышеуказанных условиях нити или корды становятся жесткими/хрупкими, и поэтому при прохождении циклов сжимающего напряжения и изгибающего напряжения быстрее поддаются усталости.
Задачей настоящего изобретения является предоставление армирующего слоя для изделий из эластомерного материала, который включает усиливающие элементы из полиамида 6.6, со сравнительно высоким модулем при удлинении на 4%, но которые являются более устойчивыми к усталости в отношении циклических нагружений сжатия и изгиба. Задачей настоящего изобретения, кроме того, является предоставление пневматической шины транспортного средства, которая имеет вышеуказанный армирующий слой и которая обладает улучшенными свойствами при высоких скоростях и улучшенным сопротивлением качению.
Задача в отношении армирующего слоя достигается тем, что необработанная нить из полиамида 6.6 обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении на 4% находится в диапазоне от 1,35 сН/дтекс до 1,60 сН/дтекс, тем, что крученая, пропитанная и прошедшая горячую вытяжку многоволоконная нить обладает прочностью на разрыв, которая при удлинении на 4% находится в диапазоне от 2,0 сН/дтекс до 2,8 сН/дтекс, и тем, что усиливающий элемент обладает термической усадкой при 177° C в диапазоне от 4,0 до 7,0%, при этом отнесенная к единице линейной плотности прочность в соответствии с ASTM D885-16 и термическая усадка при 177°C определяются при предварительном натяжении 0,045 г/дтекс при продолжительности выдержки две минуты.
Термин «необработанная нить» означает многоволоконную нить, которая еще не подвергалась горячей вытяжке. Термин «многоволоконная нить» относится к многоволоконной нити, которая является крученной и поэтому как усиливающий элемент имеет конструкцию ×1, и которая уже прошла операцию горячей вытяжки, включая пропитку.
Предоставляемый армирующий слой содержит многоволоконные нити из полиамида 6.6, которые при удлинении 4% обладают более высоким модулем упругости, чем сравнимые многоволоконные нити, но которые при этом являются более устойчивыми к усталости в отношении циклических нагружений сжатия и изгиба. Эти свойства особенно хорошо подходят для использования этого армирующего слоя в шине транспортного средства, в частности в качестве бандажа брекера, поскольку необходимое удлинение на величину до приблизительно 3% сохраняется для изготовления шины, тогда как в случае более высоких удлинений необходимо прилагать большие усилия, что является преимуществом для эксплуатации шины на высокой скорости.
Неожиданно многоволоконные нити из полиамида 6.6 для армирующего слоя согласно настоящему изобретению получаются за счет того, что используемая необработанная нить из полиамида 6.6 обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении 4% находится в диапазоне от 1,35 сН/дтекс до 1,60 сН/дтекс, и за счет того, что эта необработанная нить растягивается в диапазоне от более 5% до менее 12% при температурах от 230°C до 250°C и накручивается на соответствующие катушки с натяжением от 150 г до 500 г на усиливающий элемент. В результате этого свойства, полученные посредством операции вытягивания, сохраняются даже в усиливающем элементе, накрученном на катушку, поскольку усиливающий элемент не может релаксировать и может применяться в шине без релаксации, которая всегда означает потерю модуля.
Данные о зависимости усилие-удлинение для нитей получены в соответствии с D885-16, после того как нити подвергались кондиционированию на катушках в течение 24 часов при 24°C и относительной атмосферной влажности 55%. После кондиционирования нити подвергают испытанию в течение 1 минуты после сматывания с катушки.
Эти многоволоконные нити при удлинении 4% обладают отнесенной к единице линейной плотности прочностью от 2,0 сН/дтекс до 2,8 сН/дтекс и термической усадкой при 177°C от 4% до 7%. Отнесенная к единице линейной плотности прочность при удлинении 4% от 2,0 сН/дтекс до 2,8 сН/дтекс соответствует модулю от 51 г/дтекс до 71,4 г/дтекс (от 56,7 г/ден до 79,3 г/ден).
Значения модуля рассчитаны следующим образом: отнесенная к единице линейной плотности прочность при удлинении 4% × 25, чтобы обеспечить требуемую отнесенную к единице линейной плотности прочность для удлинения 100%.
Отнесенная к единице линейной плотности прочность при удлинении 4% [сН/дтекс] равна: усилие растяжения при удлинении 4% [сН]/линейная плотность [дтекс], причем привлекается линейная плотность всего усиливающего элемента.
Термическую усадку нитей, соответственно, кордов определяют с использованием устройства для измерения усадки от производителя «Testrite» при предварительном натяжении 0,045 г/дтекс при 177°C с продолжительностью выдержки 2 минуты.
Целесообразно, если необработанная нить из полиамида 6.6 обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении 4% находится в диапазоне от 1,35 сН/дтекс до 1,50 сН/дтекс. Если бы усилия были еще выше, то это могло бы привести к проблемам во время формования.
Целесообразно, если многоволоконная нить обладает линейной плотностью от 300 до 4000 дтекс. Этот диапазон линейной плотности представляет собой предпочтительный компромисс между прочностью, с одной стороны, и сопротивлением качению, соответственно, затратами, с другой стороны. Если линейная плотность была бы слишком низкой, т. е. если бы многоволоконная нить была слишком тонкой, итоговая прочность была бы слишком низкой. Если многоволоконная нить была бы слишком толстой, то это бы негативно влияло на сопротивление качению шины и негативно влияло на затраты.
1/2
Преимущественно, если коэффициент α крутки многоволоконной нити находится в диапазоне от 30 до 50, предпочтительно в диапазоне от 35 до 45, где α=крутка [кручений/м] * (линейная плотность [текс]/1000). Коэффициент крутки представляет собой меру крутки на метр многоволоконной нити относительно линейной плотности многоволоконной нити. Этот коэффициент крутки представляет предпочтительный компромисс между сопротивлением усталости и прочностью. Более низкий коэффициент крутки оказывал бы негативное влияние на сопротивление усталости, более высокий коэффициент крутки обозначал бы более низкую прочность усиливающего элемента.
В первом особенно подходящем варианте осуществления настоящего изобретения усиливающий элемент армирующего слоя представляет собой многоволоконную нить, линейная плотностью нити которой составляет 940 дтекс, причем эта нить обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении 4% находится в диапазоне от 2,0 сН/дтекс до 2,8 сН/дтекс, и при этом многоволоконная нить расположена в армирующем слое предпочтительно с плотностью 100 нитей/дм. Благодаря увеличенному по сравнению с уровнем техники модулю усиливающего элемента из PA6.6 он может быть расположен в армирующем слое с более низкой плотностью, что упрощает производство этого слоя и также обеспечивает преимущество по затратам вследствие уменьшения использования усиливающих элементов. Также существует незначительный риск, что полуфабрикат во время разрезания на ленты необходимой ширины будет поврежден.
Во втором особенно подходящем варианте осуществления настоящего изобретения усиливающий элемент армирующего слоя представляет собой многоволоконную нить, линейная плотность нити которой составляет 1400, причем нить обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении 4% находится в диапазоне от 2,0 сН/дтекс до 2,8 сН/дтекс, и при этом многоволоконная нить расположена в армирующем слое предпочтительно с плотностью 90 нитей/дм. Благодаря увеличенному по сравнению с уровнем техники модулю усиливающего элемента из PA6.6 он может быть расположен в армирующем слое с более низкой плотностью, что упрощает производство этого слоя и также обеспечивает преимущество по затратам вследствие уменьшения использования усиливающих элементов. Также существует незначительный риск повреждения полуфабриката во время разрезания на ленты необходимой ширины.
Преимущественно, если армирующий слой представляет собой слой бандажа брекера, причем усиливающие элементы намотаны в виде прорезиненных лент полотна или в виде прорезиненного полотна или накручены по спирали в виде крученых отдельных многоволоконных нитей или в виде прорезиненных лент, которые содержат множество параллельных отдельных многоволоконных нитей. Многоволоконная нить из полиамида 6.6 обладает физическими свойствами, которые делают ее особенно подходящей для применения в бандаже брекера.
Однако в качестве альтернативы армирующий слой также может быть арматурой борта, такой как усилительная бортовая лента (чиппер) или ободная лента (флиппер).
Настоящее изобретение в отношении пневматической шины транспортного средства обеспечивается посредством указанной шины, содержащей вышеописанный прорезиненный армирующий слой. Пневматическая шина транспортного средства обладает улучшенным сопротивлением качению и, при подходящей плотности усиливающих элементов в бандаже брекера, имеет лучшие рабочие характеристики на высоких скоростях.