АРМИРУЮЩИЙ СЛОЙ ДЛЯ ПРЕДМЕТОВ ИЗ ЭЛАСТОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА, ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ШИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
REINFORCING LAYER FOR ARTICLES FROM ELASTOMER MATERIAL, PREFERABLY FOR PNEUMATIC TIRES OF VEHICLE, AND PNEUMATIC TIRES OF VEHICLE

Настоящее изобретение относится к прорезиненному армирующему слою для изделий из эластомерного материала, предпочтительно для шин транспортного средства, причем армирующий слой содержит множество усиливающих элементов, которые расположены параллельно и на расстоянии друг от друга, при этом каждый усиливающий элемент представляет собой корд, который скручен на концах по меньшей мере из двух крученых многоволоконных нитей 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 очень большое 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 ткани или каландрированных непрерывно накрученных усиливающих элементов.
В пневматических шинах транспортного средства корды применяют в качестве усиливающих элементов, например, в области борта в качестве каркасного материала, для слоев брекера и в бандаже брекера.
Корд в рамках этой заявки состоит по меньшей мере из 2 многоволоконных нитей, которые скручены друг с другом.
Бандаж брекера в пневматических шинах транспортного средства, особенно в случае использования на высокой скорости, служит для предотвращения подъема шины в результате центробежных сил, возникающих в режиме движения. В пневматической шине транспортного средства, которая, как правило, имеет непроницаемый для воздуха внутренний слой, радиальный каркас, содержащий усиливающие элементы и проходящий от верхней области шины через боковины в область борта, где он обычно закреплен посредством опутывания прочных на растяжение сердечников борта, внешний в радиальном направлении протектор, имеющий профильные канавки, и брекер, бандаж расположен между брекером и протектором. Бандаж брекера может иметь один или несколько слоев, покрывает по меньшей мере кромки брекера и содержит усиливающие элементы, проходящие параллельно и по существу в окружном направлении в виде кордов, заделанных в резиновую смесь. В производстве шин бандаж брекера наносят в форме слоев, полос или отдельных усиливающих элементов, при этом усиливающие элементы заделаны в невулканизированную резиновую смесь, которые намотаны или накручены на брекер. Усиливающие элементы для таких слоев заделаны в резину таким образом, что, например, пучок по существу параллельных усиливающих элементов форме нитей, которые, как правило, были подвергнуты предварительной термической обработке и/или пропитке, как известно специалисту в данной области техники, для лучшей адгезии с резиной для заделывания, проходят в продольном направлении через каландровый вал или экструдер для покрытия резиновой смесью. В качестве альтернативы применяют усиливающие элементы, которые были адгезивно пропитаны и могут быть обработаны без каландрированной адгезионной смеси. В ходе придания формы и вулканизации шины шина в результате подъема, как правило, растягивается на величину до 2% в плечевой зоне и до 4% в средней области по сравнению с невулканизированной шиной, когда указанную невулканизированную шину наматывают на плоский барабан. Соответственно, усиливающий элемент, применяемый в бандаже брекера, должен преимущественно позволять этот подъем, другими словами, первоначально должен растягиваться при приложении относительно небольшого усилия и уже после этого первоначального растяжения на величину до 4% должен растягиваться только с приложением большего усилия, для пригодности к эксплуатации на высокой скорости. Соответственно, на диаграмме усилие-удлинение усиливающий элемент должен иметь относительно плоский профиль вплоть до удлинения на 4% и более крутой профиль после этого.
Бандаж брекера имеет один или несколько слоев, покрывает кромки брекера и содержит усиливающие элементы, проходящие параллельно и приблизительно в окружном направлении в виде кордов, заделанных в резиновую смесь. Термин «приблизительно в окружном направлении» означает угол от 0° до 5° относительно окружного направления шины.
Из WO 2014182265 A1 известна пневматическая шина транспортного средства, в бандаж брекера которой входят усиливающие элементы из полиамида 6.6.
В US 3 343 363 A раскрыты крученые волокна, нити и корды из полиамида 6.6 как усиливающие элементы в качестве армирующего материала для шин, которые имеют начальный модуль от 25 до 60 г/ден и отнесенную к единице линейной плотности прочность более 7,0 г/ден при комнатной температуре. Начальные значения модуля 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 были получены 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 усиливающих элементов бандажа брекера пневматических шин транспортного средства.
В US 5115853 A раскрыты нейлоновые корды с конструкцией 420 ден × 2 (470 дтекс × 2) и круткой корда менее 276 кручений/м, которые используются в бандаже брекера пневматических шин транспортного средства.
Из уровня техники известна практика увеличения начального модуля или LASE (нагрузки при заданном удлинении) полиамидных кордов посредством воздействия на них горячей вытяжкой при сравнительно высоких температурах. Чтобы сохранить получаемые 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 корды становятся жесткими/хрупкими и, следовательно, страдают более быстрой усталостью при воздействии циклического сжимающего и изгибающего напряжения.
Задачей настоящего изобретения является предоставление армирующего слоя для изделий из эластомерного материала, причем указанный слой содержит усиливающие элементы из полиамида 6.6 со сравнительно высоким модулем при удлинении с 4%, но которые более устойчивы к усталости в отношении циклического воздействия сжимания и изгибания. Кроме того, задачей настоящего изобретения 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 корд обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении 4% находится в диапазоне от 1,2 сН/дтекс до 2 сН/дтекс, и тем, что корд обладает термической усадкой при 177°С в диапазоне от 4,0 до 7,0%, при этом отнесенная к единице линейной плотностью 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 «корд» означает усиливающие элементы с многоволоконными нитями, которые уже прошли операцию горячей вытяжки, включая пропитку.
Изготавливается армирующий слой, корды которого из полиамида 6.6 при удлинении 4% обладают более высоким модулем упругости, чем сопоставимые корды, но которые более устойчивы к усталости в отношении циклического нагружения сжиманием и изгибанием. Эти свойства подходят, в частности, для использования этого армирующего слоя в шине транспортного средства, в частности в качестве бандажа брекера, поскольку требуемое удлинение до приблизительно 3% все еще сохраняется для производства шин, тогда как при более высоких удлинениях требуется прикладывать более высокие усилия, это дает преимущества при работе шины на высоких скоростях.
Далее сравнительные значения отнесенной к единице линейной плотности прочности усиливающего элемента из полиамида 6.6 с конструкцией 1400×2 при удлинении 4% показывают преимущество более высокой отнесенной к единице линейной плотности прочности усиливающего элемента (В), применяемого в армирующем слое согласно настоящему изобретению, по сравнению со стандартным усиливающим элементом (А) в армирующем слое уровня техники:
Таблица 1
A
1400×2
29 Н=1,0 сН/дтекс
B
1400×2
35 Н=1,3 сН/дтекс
Удивительным образом, корды из полиамида 6.6 для армирующего слоя согласно настоящему изобретению получаются в силу того факта, что применяемая 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 что эта необработанная нить вытягивается 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 свойства, полученные посредством операции вытяжки, также сохраняются в усиливающем элементе, накрученном на катушку, поскольку усиливающий элемент не может релаксировать и может применяться в шине без релаксации, которая всегда подразумевает потери модуля.
Данные удлинение-сила для кордов определяются в соответствии с D885-16 после кондиционирования нитей на катушках в течение 24 часов при 24°C и относительной атмосферной влажности 55%. После кондиционирования корды подвергают испытанию в течение 1 минуты после разматывания с катушки.
Эти корды при удлинении 4% обладают отнесенной к единице линейной плотности прочностью от 1,2 сН/дтекс до 2,0 сН/дтекс и термической усадкой при 177°C от 4% до 7%. Отнесенная к единице линейной плотности прочность при удлинении 4% от 1,2 сН/дтекс до 2,0 сН/дтекс соответствует модулю от 30,6 г/дтекс до 51 г/дтекс (от 34 г/ден до 56,7 г/ден).
Значения модуля рассчитаны следующим образом: отнесенная к единице линейной плотности прочность при удлинении на 4% × 25, чтобы обеспечить требуемую отнесенную к единице линейной плотности прочность для удлинения на 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.
Линейная плотность всего усиливающего элемента вычисляется из суммы линейных плотностей многоволоконных нитей в корде. Пример: Корд с конструкцией 700 дтекс × 2 обладает линейной плотностью всего усиливающего элемента 1400 дтекс.
Термическую усадку нитей, соответственно, кордов определяли 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, это могло бы привести к проблемам во время формования.
Целесообразно, если корд 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. Если линейная плотность была бы слишком низкой, то есть многоволоконная нить была слишком тонкой, то прочность была бы слишком низкой. Если многоволоконная нить была бы слишком толстой, это бы негативно влияло на сопротивление качению шины и на затраты.
1/2
Предпочтительно, если коэффициент α крутки корда находится в диапазоне от 100 до 250, предпочтительно в диапазоне от 120 до 180, где α=крутка [кручений /м] * линейная плотность [текс]/1000). Коэффициент крутки - это мера концевого скручивания на метр корда относительно линейной плотности корда. Коэффициент крутки представляет собой меру скручивания на метр многоволоконной нити относительно линейной плотности многоволоконной нити. Этот коэффициент крутки представляет предпочтительный компромисс с точки зрения сопротивления усталости и прочности. Более низкий коэффициент крутки оказывал бы негативное влияние на сопротивление усталости, в то время как более высокий коэффициент крутки подразумевал бы более низкую прочность усиливающего элемента.
Целесообразно, если корд имеет конструкцию ×2 или ×3. Корд, состоящий из 2 или 3 нитей, обладает лучшим сопротивлением усталости, чем одна скрученная многоволоконная нить. В случае конструкций более чем ×3, происходит неблагоприятно резкое увеличение затрат на кручение, тогда как другие свойства, как например, отнесенная к единице линейной плотности прочность, могут претерпевать невыгодное падение.
В первом особенно подходящем варианте осуществления настоящего изобретения каждый усиливающий элемент армирующего слоя представляет собой корд из двух многоволоконных нитей, скрученных друг с другом, каждая из которых обладает линейной плотностью нити 1400 дтекс. Следовательно, конструкция корда представляет собой 1400×2. Корд обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении 4% находится в диапазоне от 1,3 сН/дтекс до 1,4 сН/дтекс. Корды расположены в армирующем слое предпочтительно с плотностью 90 нитей/дм. В результате увеличенного по сравнению с уровнем техники модуля корда из PA 6.6 он может быть расположен с более низкой плотностью в армирующем слое, что упрощает производство этого слоя и также обеспечивает преимущество по затратам на основе уменьшения использования усиливающих элементов. Также риск повреждения полуфабриката при его разрезании на ленты необходимой ширины является более низким.
Во втором особенно подходящем варианте осуществления настоящего изобретения каждый усиливающий элемент армирующего слоя представляет собой корд из двух многоволоконных нитей, скрученных друг с другом, каждая из которых обладает линейной плотностью нити 470 дтекс. Следовательно, конструкция корда представляет собой 470×2. Корд обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении 4% находится в диапазоне от 1,6 сН/дтекс до 1,7 сН/дтекс. Корды расположены в армирующем слое предпочтительно с плотностью от 90 до 100 нитей/дм. В результате увеличенного по сравнению с уровнем техники модуля корда из PA 6.6 он может быть расположен с более низкой плотностью в армирующем слое, что упрощает производство этого слоя и также обеспечивает преимущество по затратам на основе уменьшения использования усиливающих элементов. Также риск повреждения полуфабриката при его разрезании на ленты необходимой ширины является более низким.
В третьем особенно подходящем варианте осуществления настоящего изобретения каждый усиливающий элемент армирующего слоя представляет собой корд из двух многоволоконных нитей, скрученных друг с другом, каждая из которых обладает линейной плотностью нити 350 дтекс. Следовательно, конструкция корда представляет собой 350×2. Корд обладает отнесенной к единице линейной плотности прочностью, которая при удлинении 4% составляет 1,9 сН/дтекс. Корды расположены в армирующем слое предпочтительно с плотностью от 110 до 130 нитей/дм. В результате увеличенного по сравнению с уровнем техники модуля корда из PA 6.6 он может быть расположен с более низкой плотностью в армирующем слое, что упрощает производство этого слоя и также обеспечивает преимущество по затратам на основе уменьшения использования усиливающих элементов. Также риск повреждения полуфабриката при его разрезании на ленты необходимой ширины является более низким.
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 отдельных кордов или в виде прорезиненных лент, которые содержат множество параллельных отдельных кордов. Корд из полиамида 6.6 обладает физическими свойствами, которые делают его особенно подходящим 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 тем, что указанная шина имеет вышеописанный прорезиненный армирующий слой. Пневматическая шина транспортного средства отличается улучшенным сопротивлением качению. В случае более высокой плотности усиливающих элементов в армирующем слое шина пневматического транспортного средства также демонстрирует улучшенные характеристики на высоких скоростях.
Испытания шин проводили с автомобильной шиной размера 225/45 R17, причем бандаж брекера состоит из 2 накрученных армирующих слоев. Для этих испытаний использовали автомобильные шины одинаковой конструкции, при этом изменялся только бандаж брекера. Армирующие слои согласно настоящему изобретению содержат усиливающие элементы из полиамида 6.6 с конструкцией 1400×2, расположенные в армирующем слое с плотностью 90 нитей/дм. Для сравнения были испытаны армирующие слои уровня техники, содержащие усиливающие элементы из стандартного полиамида 6.6 с конструкцией 1400×2 с плотностью 110 нитей/дм.
В таблице 2 ниже показаны результаты этих испытаний:
Таблица 2
Армирующий слой уровня техники1400×2, 110 нитей/дм
Настоящее изобретениеАрмирующий слой1400×2, 90 нитей/дм
Прочность при удлинении 4%
319 Н/см
315 Н/см
Сопротивление качению
9,81 кг/кручение (=100%)
9,68 кг/кручение (=101,3%)
Можно увидеть, что прочность при удлинении 4% заявленного армирующего слоя, несмотря на значительно более низкую плотность усиливающих элементов, примерно такая же, как у армирующего слоя из уровня техники. Можно также увидеть, что получены преимущества в отношении сопротивления качению. Эталонная шина из уровня техники обладает сопротивлением качению 100%, тогда как для шины с армирующим слоем согласно настоящему изобретению достигнуто сопротивление качению 101,3%. Более высокие значения в % представляют собой лучшее сопротивление качению.