ШИНА
TIRE

Область техники
Изобретение относится к шине, обеспечивающей стабильно высокие эксплуатационные характеристики на льду как тормозные, так и ходовые, с самого начала ее использования.
Уровень техники
Поскольку шипованные шины ограничены в применении, в качестве альтернативы была разработана нешипованная шина. В такую нешипованную шину для улучшения ее эксплуатационных характеристик на льду были внесены изменения, в частности, в поверхность протектора. На поверхности ледяной дороги из-за тепла, вырабатываемого в результате трения между поверхностью протектора и поверхностью дороги, появляется водяная пленка, что приводит к уменьшению силы трения между шиной и поверхностью дороги и ухудшает эксплуатационные характеристики на льду. Таким образом, для улучшения эксплуатационных характеристик шины на льду необходимо улучшить способность удаления водяной пленки и добавить краевой компонент.
Например, для улучшения способности удаления водяной пленки от протектора эффективно применяется вспененная резина. В патентном документе JP 2005-041924 А описана шина с протектором из вспененной резины, протекторная резиновая смесь которой образована перемешиванием в подходящем соотношении тонкодисперсных волокнистых включений и нетонкодисперсных волокнистых включений. Такая шина способна удалять водяную пленку с поверхности протектора посредством действия воздушных пузырьков во вспененной резине, а кроме того, тонкодисперсные включения на поверхности контакта с грунтом имеют твердость по шкале Мооса, большую, чем у льда, что приводит к получению краевого эффекта и эффекта шипа, обеспечивая достижение совокупных эксплуатационных характеристик на льду.
В указанной шине с протектором из вспененной резины вспененный элемент на поверхности протектора, находящейся в контакте с пресс-формой, обычно испаряется из-за воздействия тепла пресс-формы во время вулканизации в процессе формования шины, что приводит к получению области на поверхности протектора шины с отсутствием вспенивания или с малой степенью вспенивания, так что желаемые эксплуатационные характеристики не могут быть получены в начале использования недавно изготовленных шин. Эксплуатационные характеристики на льду у таких шин на начальной стадии их использования должны компенсироваться другими средствами, например тонкими канавками на поверхности протектора и т.п.
Задачей изобретения является разработка шины с протектором из вспененной резины, обеспечивающей стабильно высокие эксплуатационные характеристики на льду, включая как тормозные, так и ходовые характеристики на поверхности ледяной дороги с самого начала использования шины.
Раскрытие изобретения
Было проведено тщательное исследование по достижению начальных эксплуатационных характеристик шины с протектором из вспененной резины, в результате которого было обнаружено, что при использовании недавно изготовленной шины такого типа желаемые эксплуатационные характеристики на льду не получались в основном из-за высокого модуля упругости в области поверхности протектора, что не позволяло получить удовлетворительную величину поверхности контакта с грунтом, а не из-за перехода области поверхности протектора в состояние с малой степенью вспенивания или отсутствием вспенивания, что не обеспечивало удовлетворительную способность удаления водяной пленки.
Иными словами, установлено, что для обеспечения возможности достижения исходных эксплуатационных характеристик недавно изготовленной шины до обнажения вспененной резины эффективным является благоприятный выбор модуля упругости резины на поверхности протектора, которая образует область поверхности контакта с грунтом.
S
I
Шина согласно изобретению имеет поверхностный резиновый слой на протекторе в области, по меньшей мере, поверхности контакта протектора с грунтом и внутренний резиновый слой, образованный вспененной резиной и примыкающий к внутренней стороне поверхностного резинового слоя в радиальном направлении шины, причем модуль упругости M резины поверхностного слоя меньше модуля упругости Μ резины внутреннего слоя.
Такая шина обеспечивает стабильно высокие эксплуатационные характеристики на льду с момента начала ее использования.
Необходимо отметить, что под модулем упругости резины в настоящем описании понимается модуль упругости резины на растяжение. Модуль упругости рассчитывается исходя из напряжения, полученного при смещении частоты, воздействующей на открытую поверхность резины.
S
I
S
I
В описанной шине отношение модуля упругости M резины поверхностного слоя к  модулю упругости Μ резины внутреннего слоя предпочтительно составляет от 0,01 до 1,0, т.е. M/M больше или равно 0,01 и меньше или равно 1,0.
В данном случае подходящий модуль упругости относится к поверхности протектора, которая обеспечивает дополнительное улучшение эксплуатационных характеристик на льду с самого начала использования шины.
Кроме того, в шине согласно изобретению предпочтительно толщина поверхностного резинового слоя составляет от 0,01 до 1,0 мм.
При использовании такой шины на начальной стадии ее использования может быть обеспечена достаточная площадь контакта протектора с грунтом и может быть получен ранний выход на поверхность внутреннего резинового слоя, что обеспечивает более стабильные эксплуатационные характеристики на льду.
В шине согласно изобретению протектор имеет многослойную конструкцию, в которой беговой слой примыкает снаружи основной части в радиальном направлении шины и образует, по меньшей мере, поверхность контакта протектора с грунтом. Беговой слой предпочтительно включает в себя поверхностный резиновый слой и внутренний резиновый слой.
В этом случае достигается благоприятная жесткость, что обеспечивает баланс между эксплуатационными характеристиками при ускорении/торможении и эксплуатационными характеристиками при движении.
В результате шина согласно изобретению, имея протектор из вспененной резины, обеспечивает стабильные эксплуатационные характеристики на льду с момента начала ее использования.
Изобретение поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана половина шины в соответствии с первым вариантом ее выполнения, вид в поперечном сечении в направлении по ширине шины;
на фиг. 2 - шина в соответствии с первым вариантом выполнения в области поверхности контакта протектора с грунтом, вид в поперечном разрезе в направлении по ширине шины и в увеличенном масштабе;
на фиг. 3 - то же, но во втором варианте выполнения шины.
Варианты осуществления изобретения
На фиг. 1 показана половина шины в соответствии с первым вариантом ее выполнения в поперечном разрезе в направлении по ширине шины. Шина 10 включает в себя каркас 2 из по меньшей мере одного слоя (в данном примере показан один слой), тороидально проходящий между парой бортовых сердечников шины (не показаны), наклонный брекер 3, выполненный из двухслойного наклонного брекерного слоя 3а и слоя 3b, расположенных снаружи каркаса 2 в радиальном направлении шины, однослойный окружной брекер 4, расположенный снаружи наклонного брекера 3 в радиальном направлении шины, и протектор 6 из вспененной протекторной резины, расположенный снаружи окружного брекера 4 в радиальном направлении шины.
Протектор 6 разделен на множество шашек 9 посредством канавок, проходящих в окружном и/или поперечном направлениях шины (на фиг. 1 канавки 5, проходят в окружном направлении шины). Шашка 9 образована поверхностным резиновым слоем S, образующим поверхность контакта с грунтом, и внутренним резиновым слоем I, примыкающим к внутренней стороне поверхностного резинового слоя S в радиальном направлении шины и выполненным из вспененной резины.
В начальной стадии использования шины 10 во время ее движения имеющийся на шине поверхностный резиновый слой S постепенно изнашивается и истирается, и затем по мере износа этого слоя S на поверхности контакта протектора 6 с грунтом постепенно обнажается внутренний резиновый слой I. Этот внутренний резиновый слой I представляет собой слой из вспененной резины, полученный посредством распространения воздушных пузырьков в протекторной резине, и на поверхности протектора образуется микровдавливание посредством воздушных пузырьков, последовательно обнажающихся по мере изнашивания поверхности контакта с грунтом. В результате этого создается способность удаления водяной пленки и получается краевой компонент. Таким образом, на начальной стадии использования шины вплоть до обнажения внутреннего резинового слоя I поверхностный резиновый слой S обеспечивает достижение эксплуатационных характеристик на льду.
S
I
В этом случае важно, чтобы модуль упругости M резины поверхностного резинового слоя S был меньше, чем модуль упругости Μ резины внутреннего резинового слоя I. Это вызвано тем, что при расположении поверхностного резинового слоя S с модулем упругости, меньшим модуля упругости внутреннего резинового слоя I, на поверхности контакта с грунтом может быть получена достаточная площадь контакта с грунтом на льду, которая не получается при использовании обычной шины, и на начальной стадии могут быть получены достаточные эксплуатационные характеристики на льду.
В частности, у современных транспортных средств, имеющих антиблокировочную тормозную систему (ABS), во время торможения не происходит блокирования колес, и поверхность контакта протектора с грунтом всегда обновляется. Таким образом, в сравнении с транспортными средствами, снабженными стандартным тормозом, такие транспортные средства менее подвержены образованию водяной пленки между поверхностью дороги и поверхностью шины при движении по ледяной поверхности дороги. Если площадь контакта будет больше, чем описанная выше площадь контакта, то будут получены отличные эксплуатационные характеристики на льду на начальной стадии использования шины, аналогично вспененной поверхности протектора, для улучшения способности удаления водяной пленки.
Таким образом, при использовании описанной шины 10 могут быть обеспечены отличные эксплуатационные характеристики на льду с момента начала использования шины.
Кроме того, как описано выше, обычно в шине с протектором из вспененной резины вспенивающие элементы на поверхности протектора, контактирующие с пресс-формой, испаряются вследствие воздействия тепла пресс-формы во время вулканизации в процессе формования шины при использовании пресс-формы, что приводит к получению в области поверхности протектора зоны с малым вспениванием или отсутствием вспенивания и с высоким модулем упругости.
В шине 10 на поверхностном слое протектора 6 расположен поверхностный резиновый слой S, т.е. когда шина 10 вулканизирована, резиновый материал с малой упругостью расположен снаружи вспененного резинового материала. Таким образом, при формовании резину, выполняющую функцию поверхностного резинового слоя S, располагают между пресс-формой и вспененным резиновым материалом, выполняющим функцию внутреннего резинового слоя I, исключая непосредственный контакт между ними. При этом тепло от пресс-формы не передается резиновому материалу, выполняющему функцию внутреннего резинового слоя I, более чем это необходимо. В результате может быть устранено увеличение модуля упругости в окрестности поверхности внутреннего резинового слоя I и появление несбалансированной степени вспенивания внутреннего резинового слоя I между его наружной и внутренней сторонами в радиальном направлении шины. Таким образом, непосредственно после истирания поверхностного резинового слоя S непрерывно и стабильно могут достигаться высокие эксплуатационные характеристики на льду.
S
I
Кроме того, если модуль упругости M резины поверхностного резинового слоя S меньше модуля упругости Μ резины внутреннего резинового слоя I, то после начала использования шины 10 поверхностный резиновый слой S будет истираться в течение относительно короткого периода времени. Иными словами, внутренний резиновый слой I обнажается на ранней стадии так, что могут рано проявиться действительные эксплуатационные характеристики шины 10.
Поверхностный резиновый слой S может иметь только модуль упругости, меньший модуля упругости внутреннего резинового слоя I, и в случае удовлетворения этого условия на сырье резиновой смеси не накладываются другие ограничения, что позволяет создать резиновые смеси с учетом эксплуатационных характеристик по сопротивлению качению и других характеристик, и резиновая смесь может быть выбрана в зависимости от желаемых эксплуатационных характеристик шины.
Подходящее сырье для резиновой смеси поверхностного резинового слоя S является таким же, как и для обычной резиновой смеси вне зависимости от наличия или отсутствия вспенивания.
S
I
Предпочтительно отношение модуля упругости M резины поверхностного слоя S и модуля упругости Μ резины внутреннего слоя I составляет от 0,01 до 1,0.
S
I
S
I
Когда отношение M/M равно 1,0 и более, поверхность будет слишком твердой для достижения достаточных эксплуатационных характеристик на льду, а когда отношение M/M меньше 0,01, поверхность будет слишком мягкой, что ухудшит эксплуатационные характеристики при движении и получится недостаточный краевой компонент, а это приведет к ухудшению эксплуатационных характеристик на льду.
S
I
Стоит отметить, что если отношение M/M составляет 0,01-0,8, достигаются высокие эксплуатационные характеристики на льду.
Кроме того, толщина t (фиг. 2) поверхностного резинового слоя S предпочтительно составляет 0,01-1,0 мм.
Если толщина поверхностного резинового слоя S превышает 0,01 мм, на начальной стадии использования может быть получена достаточная площадь контакта с грунтом, следовательно, могут быть достигнуты высокие эксплуатационные характеристики на льду. Удаление резины с поверхностного резинового слоя шины толщиной 0,01 мм и более может привести к прекращению увеличения модуля упругости в области поверхности внутреннего резинового слоя I из-за испарения вспенивающих элементов резинового материала во внутреннем слое I под действием тепла пресс-формы во время вулканизации шины 10 и появлению несбалансированной степени расширения внутреннего резинового слоя I между наружной стороной и внутренней стороной в радиальном направлении шины, и т.п.
Предпочтительно толщина поверхностного резинового слоя S составляет 0,2-0,5 мм.
С другой стороны, если толщина t поверхностного резинового слоя S не превышает 1,0 мм, может ожидаться раннее проявление внутреннего резинового слоя I при одновременном достижении высоких эксплуатационных характеристик на льду на начальной стадии использования шины.
Толщина внутреннего резинового слоя I может быть определена соответствующим образом в зависимости от размера рисунка шины, и т.п.
Кроме того, как показано на фиг. 1, протектор 6 шины может иметь многослойную конструкцию, включающую в себя основную часть B и беговой слой C, примыкающий снаружи к основной части B в радиальном направлении шины и образующий поверхность контакта протектора 6 с грунтом. Когда используется такая конструкция, беговой слой C предпочтительно может включать в себя поверхностный резиновый слой S и внутренний резиновый слой I из вспененной резины.
Если протектор 6 полностью выполнен из бегового слоя C, может быть улучшена характеристика ускорения/торможения на поверхности ледяной дороги. Однако эксплуатационные характеристики при движении могут ухудшиться из-за низкой жесткости. Таким образом, если основание B обладает определенным значением жесткости, характеристика ускорения/торможения и характеристики движении могут быть сбалансированы.
Необходимо отметить, что, например, на беговом слое C за исключением поверхностного резинового слоя S может быть расположена резина с высокой устойчивостью к истиранию, а на основной части может быть расположена резина с низким тепловыделением.
Как показано на фиг. 1, беговой слой C может включать в себя только поверхностный резиновый слой S и внутренний резиновый слой I из вспененной резины, или может включать в себя с внутренней стороны внутреннего резинового слоя I в радиальном направлении шины другой резиновый слой, примыкающий к основанию В. В качестве альтернативы, внутренний резиновый слой I может быть расположен по всему беговому слою С и основной части В.
S
B
Кроме того, когда протектор 6 имеет многослойную конструкцию, которая включает в себя основную часть B и беговой слой C, как описано выше, модуль M упругости резины поверхностного слоя S предпочтительно будет меньшим, чем модуль М упругости резины основной части В. Это улучшает эксплуатационные характеристики на льду из-за придания поверхностному резиновому слою S большей мягкости, а также улучшает эксплуатационные характеристики движения вследствие придания основной части B большей твердости для обеспечения жесткости.
S
I
На фиг. 3 показана шина 20 в соответствии со вторым вариантом ее выполнения в области поверхности контакта протектора 6 с грунтом, вид в поперечном разрезе в направлении по ширине шины и в увеличенном масштабе. Как и для шины 10, показанной на фиг. 2, шина 20 имеет поверхностный резиновый слой S, расположенный на поверхности контакта протектора 6 с грунтом, и внутренний резиновый слой I из вспененной резины, примыкающий к внутренней стороне поверхностного резинового слоя S в радиальном направлении шины. Однако в данном случае поверхностный резиновый слой S выполнен из вспененной резины. Таким образом, поверхностный резиновый слой S может включать в себя вспененную резину на части или по всему слою. При этом важно, чтобы модуль M упругости резины поверхностного резинового слоя S был меньше модуля Μ упругости резины внутреннего резинового слоя I.
В шине 20 со вспененным поверхностным резиновым слоем S, как и в случае стандартной шины, в которой вспененная резина обнажается на поверхности контакта недавно изготовленной шины с грунтом, вспенивающие элементы поверхностного резинового слоя S могут испаряться во время вулканизации при формовании, и модуль упругости поверхности контакта протектора 6 с грунтом может увеличиться. Однако независимо от того, будет ли поверхностный резиновый слой S выполнен из вспененной или невспененной резины, как и для шины по первому варианту выполнения, описанный выше эффект может быть получен за счет выполнения поверхностного резинового слоя S с модулем упругости, меньшим модуля упругости внутреннего резинового слоя I.
Описанные шины 10 и 20 содержат поверхностный резиновый слой S с низким модулем упругости, расположенный на поверхности контакта протектора 6 с грунтом и вулканизированный при укладке резинового материала, отличного от используемого для внутреннего резинового слоя I.
Необходимо отметить, что с учетом предотвращения ухудшения эксплуатационных характеристик движения и характеристик разрушения из-за уменьшения жесткости протектора 6, средняя степень вспенивания поверхностного резинового слоя S предпочтительно может составлять менее 40%.
Средняя степень вспенивания внутреннего резинового слоя I для получения высоких эксплуатационных характеристик на льду предпочтительно составляет от 3 до 40%.
Степень вспенивания V рассчитывается по формуле:
0
V=(ρ/ρ1-1)×100, (%),
1
0
3
3
где ρ - плотность (г/см) вспененной резины (резины после вулканизации), а ρ - плотность (г/см) твердофазной части вспененной резины (резины после вулканизации). Плотность вспененной резины и плотность твердофазной части вспененной резины могут быть вычислены посредством измерения массы в этаноле и массы в воздухе.
С учетом эффективности производства шины поверхностный резиновый слой S предпочтительно представляет собой невспененную резину. Это вызвано тем, что невспененная резина имеет более простую композицию резинового материала, экономя тем самым производственные затраты. Кроме того, в случае невспененной резины менее вероятным будет появление засорений из мелких отходов резины в пресс-форме для формования шин во время вулканизации, так что количество чисток пресс-формы может быть уменьшено, и с меньшей вероятностью будет происходить искажение пресс-формы вокруг выплыва материала в пресс-форме.
Несмотря на то, что на фиг. 1 поверхностный резиновый слой S располагается только на части, которая образует, по меньшей мере, поверхность контакта протектора 6 с грунтом, в дополнение к этой области поверхностный резиновый слой может проходить, например, до поверхности стенки канавки или дна окружной канавки 5 протектора 6.
Пример
Были изготовлены образцы шин от 1 до 16, соответствующих изобретению, сравнительные образцы шин от 1 до 5 и стандартный образец шины (размер шины для всех образцов равен 195/65R15). Все образцы шин были изготовлены с соответствующими техническими характеристиками, показанными в табл. 1, для оценки эксплуатационных характеристик на льду на каждой стадии движения по дистанции, показанной в табл. 1.
Эксплуатационные характеристики на льду
Каждый образец шины был размещен на соответствующем ободе, накачан до внутреннего давления 240 кПа и установлен на транспортное средство, снабженное тормозом с системой ABS, для оценки эксплуатационных характеристик на льду на ледяной дороге при температуре льда -1°C на каждой стадии: на недавно изготовленной, новой шине, после 200 км пробега и после 500 км пробега. Эксплуатационные характеристики на льду оценивались в результате индексирования тормозного пути для стандартной покрышки при внезапном торможении транспортного средства от скорости 20 км/час, присваивая ему значение 100. Результаты отображены в табл. 1, при этом большему значению соответствует более высокая эксплуатационная характеристика на льду.
Стандартная шина имеет такую же конструкцию, что и шина по первому варианту выполнения, показанная на фиг. 1, за исключением того, что ее беговой слой протектора выполнен только из вспененной резины, а модуль упругости резины в окрестности поверхности контакта протектора с грунтом в недавно изготовленной шине больше модуля упругости резины внутри протектора.
Соответствующий обод соответствует промышленному стандарту, используемому в каждой области, где шины изготавливают и используют, и является стандартным ободом соответствующего размера, описанным в Ежегоднике Японской Ассоциации Производителей Автомобильных Шин (JATMA YEAR BOOK), Справочнике стандартов Европейской технической организации по шинам и ободам (ETRTO STANDARD MANUAL) и в Ежегоднике Ассоциации по шинам и ободам в США (TRA YEAR BOOK) и т.п.
Табл. 1 показывает, что шины от 1 до 16, соответствующие изобретению, лучше проявляют эксплуатационные характеристики на льду на начальной стадии использования (состояние недавно изготовленной шины) по сравнению с характеристиками стандартной шины и сравнительных шин от 1 до 5.
Описанная шина с протектором из вспененной резины обеспечивает стабильно высокие эксплуатационные характеристики на льду с момента начала ее использования.
Ссылочные позиции
2
- Каркас
3
- Брекер
3а, 3b
- Наклонный брекерный слой
4
- Окружной брекер
5
- Кольцевая канавка
6
- Протектор
9
- Шашка 10,
20
- Шина
В
- Основная часть
С
- Беговой слой
I
- Внутренний резиновый слой
S
- Поверхностный резиновый слой