ТРЕХСЛОЙНЫЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ТРОС ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ КАРКАСА ШИНЫ
THREE-LAYER METAL CORD FOR TYRE CARCASS REINFORCEMENT

Настоящее изобретение относится к трехслойным металлическим тросам, которые могут быть использованы в качестве упрочняющих элементов для изделий, изготавливаемых из резины и/или из пластика.
Оно, в частности, относится к упрочнению шин, а точнее к усилению каркаса шин промышленных транспортных средств, например транспортных средств большой грузоподъемности.
Стальные тросы («стальные корды») для шин, как правило, формируют из проволоки, изготовленной из перлитной (или ферроперлитной) углеродистой стали, далее называемой «углеродистой сталью», содержание углерода в которой (% веса стали) обычно находится между 0,1% и 1,2%, при этом диаметр такой проволоки чаще всего составляет от 0,10 до 0,40 мм (миллиметра). Для этой проволоки требуется весьма высокий предел прочности при растяжении, обычно составляющий более 2000 МПа, а предпочтительно более 2500 МПа, который обеспечивают благодаря структурной закалке, которая происходит в течение фазы деформационного упрочнения проволоки. После этого такую проволоку собирают в виде тросов или прядей, а это требует, чтобы используемая сталь также обладала достаточной пластичностью при кручении, чтобы выдерживать различные операции при свивании тросов.
В частности, чтобы усилить упрочнения каркасов шин средств передвижения большой грузоподъемности, в настоящее время чаще всего используют то, что называют «слоистыми» стальными тросами («слоистыми кордами») или «многослойными» стальными тросами, сформированными из центрального слоя и одного или более практически концентричных слоев из проволоки, расположенных вокруг этого центрального слоя. Эти слоистые тросы, которые способствуют большему контакту по длине между проволоками, предпочтительны для прежних «скрученных» тросов («кордов из прядей») благодаря, во-первых, большей компактности и, во-вторых, меньшей чувствительности к износу при фреттинг-коррозии. Среди слоистых тросов, в частности, известным образом делают различие между компактно сконструированными тросами и тросами, имеющими трубчатые или цилиндрические слои.
Слоистые тросы, наиболее широко используемые в каркасах шин средств передвижения большой грузоподъемности, представляют собой тросы с формулой L+M или L+M+N, при этом последняя, в общем, предназначена для самых больших шин. Эти тросы формируют известным способом из внутреннего слоя с L проволокой (проволоками), окруженного слоем М из проволок, который сам по себе окружен наружным слоем из N проволок, причем L обычно изменяется от 1 до 4, М изменяется от 3 до 12, а N изменяется от 8 до 20; сборочная единица может быть обернута наружной охватывающей проволокой, навитой по спирали вокруг конечного слоя.
Для выполнения своей функции, заключающейся в упрочнении каркасов шин, слоистые тросы, прежде всего, должны обладать хорошей гибкостью и высокой выносливостью при изгибе, а это, в частности, предполагает, что их проволоки должны иметь относительно небольшой диаметр, предпочтительно составляющий менее 0,28 мм, а более предпочтительно менее 0,25 мм и, в общем, меньше, чем у проволок, используемых в обычных тросах для упрочнения коронной зоны шин.
Такие слоистые тросы, кроме того, будут подвергнуты значительным напряжениям в течение движения шин, в частности повторяемому изгибу или изменениям кривизны, что приводит к трению на уровне проволок, в частности, в результате контакта между смежными слоями, и, следовательно, к износу, а также к усталости; таким образом, они должны обладать высокой стойкостью к так называемому явлению «усталости при фреттинг-износе».
Наконец, для них важна по возможности наибольшая пропитка резиной, так чтобы этот материал проникал во все пространства между проволоками, образующими трос, поскольку если это проникновение недостаточно, то вдоль тросов будут образованы пустые каналы, при этом коррозионные агенты, например вода, вероятность проникновения которых в шину имеется, например, вследствие порезов, попадают по этим каналам и в каркас шины. Наличие такой влаги играет важную роль в возникновении коррозии и в ускорении упомянутых выше процессов разрушения (которые называют явлением «усталости при коррозии») по сравнению с использованием в сухой атмосфере.
Все эти усталостные явления, которые обычно группируют совместно под общим термином «усталость при фреттинг-коррозии», являются началом постепенного ухудшения механических свойств тросов и могут оказывать вредное влияние на их долговечность при весьма тяжелых условиях пробега.
Для того чтобы повысить выносливость слоистых тросов в каркасах шин средств передвижения большой грузоподъемности, в которых известным образом повторяющиеся изгибные напряжения могут быть особенно сильны, в течение длительного времени предлагалось изменять их конструкцию, чтобы, в частности, повысить способность, касающуюся проникновения в них резины, и таким образом ограничить опасность, вызываемую коррозией и усталостью при коррозии.
Например, предложены слоистые тросы с конструкцией 3+9+15, которые формируют из внутреннего слоя с тремя проволоками, окруженного промежуточным слоем из 9 проволок и наружным слоем из 15 проволок, при этом диаметр проволок центрального или внутреннего слоя будет либо не будет больше диаметра проволок других слоев. Эти тросы не могут быть проницаемыми до сердцевины вследствие наличия канала или капилляра в центре трех проволок внутреннего слоя, который остается пустым после пропитки резиной, и поэтому благоприятствует проникновению коррозионной среды, например, из-за присутствия воды.
В публикации RD № 34370 (сообщение об исследованиях) раскрыт трос с конструкцией 1+6+12 компактного типа или такого типа, который имеет концентричные трубчатые слои, образованные из внутреннего слоя, сформированного из одной проволоки, окруженного промежуточным слоем из 6 проволок, который сам по себе окружен наружным слоем из 12 проволок. Способность проникновения резины может быть повышена посредством использования диаметров проволок, которые различаются от одного слоя к другому, либо даже внутри одного и того же слоя. Тросы с конструкцией 1+6+12, для которых способность проникновения повышена благодаря соответствующему выбору диаметров проволок, в частности использованию центральной проволоки с бóльшим диаметром, также описаны, например, в документах ЕР-А-648 891 или WO-А-98/41682.
Для дальнейшего улучшения проникновения резины в трос по отношению к этим обычным тросам предложены многослойные тросы, имеющие центральный слой, окруженный, по меньшей мере, двумя концентричными слоями, например тросы с формулой 1+6+N, в частности 1+6+11, наружный слой которых является ненасыщенным (неполным), обеспечивая таким образом лучшую способность проникновения резины (см., например, патенты ЕР-А-719 889 и WO-А-98/41682). Предложенные конструкции позволяют обходиться без обертывания проволокой благодаря лучшему проникновению резины через наружный слой и самообертыванию, которое в результате и происходит; однако опыт показывает, что в этих тросах не происходит проникновение резины прямо к центру, или в любом случае оно не будет оптимальным.
Кроме того, следует заметить, что улучшение в отношении способности проникновения резины недостаточно для обеспечения требуемого уровня рабочих характеристик. Когда тросы используют для усиления каркасов шин, они должны быть не только стойкими к коррозии, но и удовлетворять большому количеству иногда противоречивых критериев, в частности способности к сцеплению, стойкости к фреттинг-коррозии, высокой степени адгезии с резиной, однородности, гибкости, выносливости при повторяемом изгибе или тяговом усилии, устойчивости при сильном изгибе и т.д.
Таким образом, по всем изложенным причинам и несмотря на различные недавние усовершенствования, которые выполнены или имеются, и на задаваемый критерий, наилучшие тросы, используемые в настоящее время в упрочнениях каркасов шин средств передвижения большой грузоподъемности, остаются ограниченными небольшим количеством слоистых тросов весьма обычной конструкции компактного типа или такого типа, который имеет цилиндрические слои, причем с насыщенным (законченным) наружным слоем; по существу они представляют собой тросы с конструкциями 3+9+15 или 1+6+12, которые описаны ранее.
В настоящее время при выполнении исследований получен новый слоистый трос, который неожиданным образом дополнительно улучшает общие рабочие характеристики наилучших слоистых тросов, известных в отношении усиления каркасов шин средств передвижения большой грузоподъемности. Трос согласно изобретению благодаря его специальной конструкции не только обладает превосходной способностью проникновения резины, ограничивая проблему коррозии, но и обладает свойствами в отношении выносливости при усталости вследствие фреттинг-износа, которые значительно улучшены по сравнению с тросами известного уровня техники. При этом долговечность шин средств передвижения большой грузоподъемности и упрочнений их каркасов весьма значительно повышается.
1
2
2
3
3
Поэтому, прежде всего, объектом изобретения является трехслойный трос с конструкцией L+M+N, который может быть использован в качестве усиливающего элемента для упрочнения каркаса шины, содержащий внутренний слой (С1) с диаметром d и L, составляющей от 1 до 4, окруженный, по меньшей мере, одним промежуточным слоем (С2) с М проволок диаметром d, совместно навитых по спирали с шагом р, причем М составляет от 3 до 12, а промежуточный слой С2 окружен наружным слоем С3 с N проволоками диаметром d, совместно навитыми по спирали с шагом р, причем N составляет от 8 до 20, при этом трос характеризуется тем, что оболочка, образованная из структурируемой или имеющей поперечные связи резиновой композиции, основанной, по меньшей мере, на одном диеновом эластомере, покрывает, по меньшей мере, слой С2.
Изобретение также относится к использованию троса согласно изобретению для усиления изделий или продуктов в виде полуфабрикатов, изготовленных из пластиков и/или из резины, например слоев материала, труб, ремней, транспортерных лент и шин, а точнее шин, предназначенных для промышленных средств передвижения, в которых обычно используют металлическое упрочнение каркаса.
Трос согласно изобретению в значительной степени предназначен для использования в качестве усиливающего элемента упрочнения каркаса шины, предназначенной для промышленных средств передвижения, выбираемых из автофургонов, «средств передвижения большой грузоподъемности», то есть подземных поездов, автобусов, дорожных транспортных машин (грузовиков, тракторов, трейлеров), внедорожных средств передвижения, таких как сельскохозяйственные машины или строительные машины, самолетов, а также других транспортных или погрузочно-разгрузочных средств передвижения.
Однако трос, составляющий это изобретение, согласно другим характерным вариантам осуществления изобретения также может быть использован для усиления других частей шин, в частности лент или упрочнений коронных зон шин, в частности шин для промышленности, например, для средств передвижения большой грузоподъемности или шин для строительных средств передвижения.
Кроме того, изобретение относится к изделиям или продуктам в виде полуфабрикатов, изготавливаемым из пластика и/или из резины, когда их усиливают тросом согласно изобретению, в частности к шинам, предназначенным для упомянутых выше промышленных средств передвижения, точнее к шинам средств передвижения большой грузоподъемности, а также к композитным тканям, содержащим матрицу из резиновой композиции, усиленной тросом согласно изобретению, которые могут быть использованы в качестве каркаса или упрочняющего слоя коронной зоны таких шин.
Изобретение и его преимущества можно будет легче понять в свете описания и примеров осуществления изобретения, которые следуют далее, а также фиг.1-3, относящихся к этим примерам, которые воспроизводят или схематически показывают соответственно:
- микрофотоснимок (с увеличением в 40 раз) поперечного сечения контрольного троса с конструкцией 1+6+12 (фиг.1);
- микрофотоснимок (с увеличением в 40 раз) поперечного сечения троса согласно изобретению с конструкцией 1+6+12 (фиг.2);
- радиальное сечение шины средства передвижения большой грузоподъемности, имеющей радиальное упрочнение каркаса, причем это общее изображение (фиг.3) не зависит от того, соответствует ли шина изобретению или нет.
I. ИЗМЕРЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ
I-1. Испытание на воздухопроницаемость
Испытание на воздухопроницаемость представляет собой простой способ косвенного измерения величины проницаемости троса резиновой композицией. Оно было выполнено на тросах, экстрагированных непосредственным образом путем декортикации из вулканизированных резиновых слоев, которые они усиливают, и которые, следовательно, проницаемы отверждаемой резиной.
Испытания были выполнены для заданной длины троса (например, 2 см) следующим образом: воздух под заданным давлением (например, 1 бар) был подан к входу в трос, при этом был измерен объем воздуха на выходе, используя расходомер; в течение выполнения измерения образец троса был закрыт в уплотнении таким образом, что при измерении учитывалось только количество воздуха, проходящее через трос от одного конца к другому вдоль его продольной оси. Измеренная скорость потока была тем ниже, чем выше была величина проницаемости троса резиной.
I-2. Испытания шины на выносливость
Выносливость тросов при усталостной фреттинг-коррозии была оценена в слоях каркаса шин средств передвижения большой грузоподъемности при весьма продолжительном проведении ходовых испытаний.
С этой целью были изготовлены шины для средств передвижения большой грузоподъемности, упрочнение каркаса которых было образовано из одного обрезиненного слоя, усиленного тросами, подлежащими испытаниям. Эти шины были установлены на надлежащие известные ободы и накачены до одного и того же давления (избыточного давления относительно номинального давления), при этом воздух был насыщен влагой. Затем эти шины совершали пробег на автоматической ходовой машине при весьма высокой нагрузке (избыточной нагрузке по отношению к номинальной нагрузке) и с одной и той же скоростью для заданного количества километров. В конце пробега тросы были извлечены из каркаса шины посредством декортикации и остаточная разрывная нагрузка была измерена как на проволоках, так и на тросах, подвергшихся усталостной нагрузке.
Кроме того, были изготовлены шины, идентичные предыдущим шинам, и они были подвергнуты декортикации таким же образом, что и ранее, но в этом случае шины не совершали пробег. При этом после декортикации была измерена начальная разрывная нагрузка проволок и тросов, не подвергавшихся усталостным нагрузкам.
Наконец, ослабление разрывной нагрузки после усталости было вычислено (оно обозначено ΔFm и выражено в %) путем сравнения остаточной разрывной нагрузки с начальной разрывной нагрузкой. Это ослабление ΔFm происходит вследствие усталости и износа (уменьшения сечения) проволок, которые вызваны совместным действием различных механических напряжений, в частности интенсивной работы сил контакта между проволоками, и воды, поступающей из окружающего воздуха, иными словами, вследствие усталостной фреттинг-коррозии, которой подвержен трос внутри шины в течение ее пробега.
Также можно принять решение о проведении испытаний на пробег до тех пор, пока не произойдет вынужденное разрушение шины вследствие разрыва слоя каркаса или произошедшего ранее повреждения другого типа (например, разрушения коронной зоны или среза протектора).
II. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
II-1. Трос согласно изобретению
Термины «формула» или «структура», когда они использованы в настоящем описании для характеристики тросов, просто относятся к конструкции этих тросов.
1
2
3
Как указано ранее, трехслойный трос согласно изобретению с конструкцией L+M+N содержит внутренний слой С1 диаметром d, образованный из L проволок, окруженный промежуточным слоем С2 диаметром d, образованным из М проволок, который окружен наружным слоем С3 диаметром d, образованным из N проволок.
Согласно изобретению оболочка, изготовленная из структурируемой или имеющей поперечные связи резиновой композиции, основанной, по меньшей мере, на одном диеновом эластомере, покрывает, по меньшей мере, слой С2. Следует иметь в виду, что слой С1 сам по себе может быть покрыт такой резиновой оболочкой.
Выражение «композиция, основанная, по меньшей мере, на одном диеновом эластомере» следует известным образом понимать так, что композиция содержит этот (или эти) диеновый эластомер (диеновые эластомеры) в значительной пропорции (то есть часть массы составляет более 50%).
Следует отметить, что оболочка согласно изобретению проходит непрерывно вокруг слоя С2, который она покрывает (то есть эта оболочка непрерывна в «ортогональном» направлении троса, которое перпендикулярно его радиусу), так чтобы сформировать непрерывную втулку с поперечным сечением, которое предпочтительно было бы практически круглым.
Также следует заметить, что резиновая композиция этой оболочки структурирована или имеет поперечные связи, то есть она по определению содержит структурированную систему, пригодную для образования поперечных связей композиции при ее отверждении (то есть ее затвердевании, а не плавлении); таким образом, эту резиновую композицию можно назвать неплавкой, поскольку она не может быть расплавлена при нагревании до любой температуры.
Термины «диеновые» эластомер или резина следует известным образом понимать, как означающие эластомер, получаемый, по меньшей мере, частично (то есть гомополимер или сополимер) из диеновых мономеров (мономеров, несущих две двойных связи углерод-углерод, сопрягаются ли они, или нет).
Диеновые эластомеры известным образом можно классифицировать на две категории: на те, которые относятся к «фактически ненасыщенным», и на те, которые относятся к «фактически насыщенным». Следует иметь в виду, что, в общем, выражение «фактически ненасыщенный» диеновый эластомер здесь означает диеновый эластомер, получаемый, по меньшей мере, частично из диеновых мономеров с сопряженными двойными связями, имеющих содержание элементов или элементарных звеньев из исходных диенов (диенов с сопряженными двойными связями), которое составляет более 15% (молекулярный %). При этом диеновые эластомеры, например, такие как бутиловые резины или сополимеры из диенов и альфа-олефинов типа тройного этилен-пропиленового каучука, не попадают в пределы предшествующего определения и, в частности, могут быть описаны как «фактически насыщенные» диеновые эластомеры (с низким или весьма низким содержанием элементарных звеньев из исходных диенов, которое всегда меньше 15%). Следует иметь в виду, что в пределах категории «фактически ненасыщенных» диеновых эластомеров «весьма ненасыщенный» диеновый эластомер, в частности, означает диеновый эластомер с содержанием элементарных звеньев из исходных диенов (диенов с сопряженными двойными связями), которое составляет более 50%.
В свете данных здесь определений то, что указано далее, следует понимать, как более конкретно означающее диеновый эластомер, который может быть использован в тросе согласно изобретению:
а) любой гомополимер, получаемый посредством полимеризации диенового мономера с сопряженными двойными связями, имеющего от 4 до 12 атомов углерода;
b) любой сополимер, получаемый посредством сополимеризации одного или более диенов с сопряженными двойными связями совместно друг с другом или с одним или более виниловыми-ароматическими соединениями, имеющими от 8 до 20 атомов углерода;
с) трехкомпонентный сополимер, полученный посредством сополимеризации этилена, α-олефина, имеющего от 3 до 6 атомов углерода, с диеновым мономером без сопряженных двойных связей, имеющим от 6 до 12 атомов углерода, например, эластомеры, получаемые из этилена, из пропилена с диеновым мономером вышеупомянутого типа без сопряженных двойных связей, например, в частности 1,4-гексадиен, этилиденнорборнан или дициклопентадиен;
d) сополимер из изобутена и изопрена (бутиловая резина), а также галогенированный, в частности хлорированный или бромированный, варианты сополимера этого типа.
Хотя указанное применимо к любому типу диенового эластомера, настоящее изобретение, во-первых, и прежде всего используют с фактически ненасыщенными диеновыми эластомерами, в частности, указанного выше типа а) или b).
Таким образом, диеновый эластомер предпочтительно выбирают из группы, состоящей из полибутадиенов, натурального каучука, синтетических полиизопренов, различных бутадиеновых сополимеров, различных изопреновых сополимеров и смесей этих сополимеров. Более предпочтительно, чтобы такие сополимеры выбирали из группы, состоящей из сополимеров бутадиена и стирола, из сополимеров изопрена и бутадиена, из сополимеров изопрена и стирола и из сополимеров изопрена, бутадиена и стирола.
В частности, более предпочтительно, чтобы в том случае, когда тросы согласно изобретению предназначены для усиления шин, в частности для упрочнений каркасов шин промышленных транспортных средств, таких как средства передвижения большой грузоподъемности, выбираемый диеновый эластомер большей частью состоял из изопренового эластомера (то есть более 50 частей на 100 частей резины). Выражение «изопреновый эластомер» следует известным образом понимать как означающее изопреновый гомополимер или сополимер, иными словами, диеновый эластомер, выбранный из группы, состоящей из натурального каучука, синтетических полиизопренов, различных изопреновых сополимеров и смесей этих сополимеров.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения выбранный диеновый эластомер всецело состоит из натурального каучука (то есть из 100 частей все 100 частей приходятся на натуральный каучук), синтетического полиизопрена или смеси этих эластомеров, при этом синтетический полиизопрен имеет содержание (молекулярный %) связей цис-1,4, предпочтительно составляющее более 90%, а еще предпочтительнее, чтобы оно составляло более 98%.
Согласно одному конкретному варианту осуществления изобретения также могут быть использованы композиции (смеси) этого натурального каучука и/или этих синтетических полиизопренов с другими крайне ненасыщенными диеновыми эластомерами, в частности с эластомерами в виде сополимера бутадиена и стирола или в виде полибутадиена, которые упомянуты выше.
Резиновая оболочка троса согласно изобретению может содержать один или несколько диеновых эластомеров, причем в последнем случае возможно их использование в связи с каким-либо типом синтетического эластомера, отличающегося от диенового эластомера, либо даже с полимерами, отличающимися от эластомеров, например с термопластичными полимерами, причем полимеры, отличающиеся от эластомеров, присутствуют как полимеры, составляющие меньшую часть.
р
е
Хотя резиновая композиция оболочки предпочтительно не имеет какого-либо пластомера и содержит только один диеновый эластомер (либо смесь диеновых эластомеров) в качестве полимерной основы, эта композиция также может содержать, по меньшей мере, один пластомер с его долей в массе, составляющей х, меньшей, чем доля х эластомера (эластомеров) в массе.
р
е.
В этом случае предпочтительно, чтобы была применима следующая зависимость: 0<х<0,5х
р
е.
Более предпочтительно, чтобы в этом случае была применима следующая зависимость: 0<х<0,1х
Предпочтительно, чтобы система поперечных связей для резиновой оболочки была такой, которую называют вулканизационной системой, то есть она основана на сере (или на доноре серы) и первичном ускорителе вулканизации. К этой базовой вулканизационной системе могут быть добавлены различные известные вторичные ускорители или активаторы вулканизации. Серу используют в предпочтительном количестве от 0,5 до 10 частей на 100 частей резины, а более предпочтительно от 1 до 8 частей на 100 частей резины, а первичный ускоритель вулканизации, например сульфенамид, используют в предпочтительном количестве от 0,5 до 10 частей на 100 частей резины, а более предпочтительно от 0,5 до 5,0 частей на 100 частей резины.
Резиновая композиция оболочки согласно изобретению, помимо системы поперечных связей, содержит все обычные ингредиенты, используемые в резиновых композициях для шин, например усиливающие наполнители на основе углеродной сажи и/или усиливающий неорганический наполнитель, например кремнезем, агенты, препятствующие старению, например антиокислители, масла для наполнения, пластификаторы или агенты, которые облегчают обработку композиций в неотвержденном состоянии, метиленовые акцепторы и доноры, смолы, бисмалеимиды, известные системы для усиления адгезии типа «RFS» (резорцин/формальдегид/кремнезем) или соли металлов, в частности, соли кобальта.
Предпочтительно, чтобы композиция резиновой оболочки, когда образованы поперечные связи, имела момент сопротивления сечения при растяжении М10, измеренный в соответствии со стандартом ASTM (Общество Специалистов по Испытаниям Материалов) D412 от 1998, который составляет менее 20 МПа, а более предпочтительно менее 12 МПа, в частности находится между 4 и 11 МПа.
Предпочтительно, чтобы композиция оболочки была выбрана идентичной той композиции, которую используют для резиновой матрицы, которой предполагается усилить трос согласно изобретению. Таким образом, отсутствует проблема возможной несовместимости между соответствующими материалами оболочки и резиновой матрицы.
Предпочтительно, чтобы указанная композиция была основана на натуральном каучуке и содержала углеродную сажу в качестве усиливающего наполнителя, например углеродную сажу сорта (ASTM) 300, 600 или 700 (например, N326, N330, N347, N375, N683, N772).
Предпочтительно, чтобы трос согласно изобретению удовлетворял, по меньшей мере, одной, а более предпочтительно всем из указанных далее характеристик:
2
слой С3 представляет собой насыщенный слой, то есть в этом слое пространство недостаточно для добавления, по меньшей мере, одной (N+1) проволоки диаметром d, при этом N представляет собой максимальное количество проволок, которые могут быть навиты в слое вокруг слоя С2;
резиновая оболочка, кроме того, покрывает внутренний слой С1 и/или отдельные смежные пары проволок промежуточного слоя С2;
резиновая оболочка практически покрывает радиально внутреннюю полуокружность каждой проволоки слоя С3, так что она разделяет смежные пары проволок этого слоя С3.
1
2
3
2
3
В конструкции L+M+N согласно изобретению промежуточный слой С2 предпочтительно содержит шесть или семь проволок, и в этом случае трос согласно изобретению имеет следующие предпочтительные характеристики (d d, d, p и р в мм):
1
(i) 0,10<d<0,28;
2
(ii) 0,10<d<0,25;
3
(iii) 0,10<d<0,25;
(iv) M=6 или М=7;
1
2
2
3
1
2
3
(v) (d+d)<p≤p<(d+2d+d);
(vi) проволоки упомянутых слоев С2, С3 навиты в одном и том же направлении кручения (S/S или Z/Z).
2
3
Характеристика (v) предпочтительно должна быть такой, чтобы р=р, так чтобы трос был компактным, дополнительно учитывая характеристику (vi) (проволоки слоев С2 и С3 навиты в одном и том же направлении).
Здесь следует напомнить о том, что согласно известному определению шаг характеризует длину, измеренную параллельно оси О троса, в конце которой проволока с этим шагом делает полный поворот вокруг оси О троса; таким образом, если ось О рассечена двумя плоскостями, перпендикулярными оси О и отделенными на длину, равную шагу проволоки одного из двух слоев С2 или С3, ось этой проволоки имеет в этих двух плоскостях одно и то же положение на двух окружностях, соответствующих слою С2 или С3 из рассматриваемой проволоки.
Согласно характеристике (vi) все проволоки слоев С2 и С3 навиты в одном и том же направлении кручения, то есть либо в направлении S (компоновка «S/S»), либо в направлении Z (компоновка «Z/Z»). Навивание слоев С2 и С3 в одном и том же направлении предпочтительно позволяет в тросе согласно изобретению довести до минимума трение между этими двумя слоями С2 и С3, и, следовательно, износ образующих их проволок (поскольку больше нет какого-либо перекрестного контакта между проволоками).
Следует отметить, что несмотря на компактный характер предпочтительного троса согласно изобретению (шаг и направление кручения для слоев С2 и С3 идентичны), слой С3 имеет практически круглое поперечное сечение благодаря введению оболочки, как показано на фиг.2. Фактически, содержание фиг.2 может легко подтвердить, что коэффициент изменения CV, определяемый соотношением (стандартное отклонение/среднее арифметическое) для соответствующего радиуса N проволок слоя С3, измеряемого от продольной оси симметрии троса, весьма значительно уменьшен.
Далее, в компактных слоистых тросах, например, имеющих конструкцию 1+6+12, компактность такова, что поперечное сечение таких тросов имеет контур, который практически является многоугольным, как показано, например, на фиг.1, при этом упомянутый коэффициент изменения CV значительно выше.
Предпочтительно, чтобы трос согласно изобретению представлял собой слоистый трос с конструкцией 1+M+N, то есть его внутренний слой С1 образован из одной проволоки, как показано на фиг.2.
1
2
В тросе согласно изобретению отношения (d/d) предпочтительно устанавливают в заданных пределах согласно количеству М (6 или 7) проволок слоя С2, причем делают это следующим образом:
1
2
для М=6: 1,10<(d/d)<1,40;
1
2
для М=7: 1,40<(d/d)<1,70.
1
Слишком низкое значение отношения может неблагоприятным образом повлиять на истирание между внутренним слоем и проволоками слоя С2. Слишком высокое значение частично может оказывать вредное влияние на компактность троса для уровня стойкости, который в итоге незначительно изменен, а также на его гибкость; повышенная жесткость внутреннего слоя С1 вследствие чрезмерно большого диаметра d, кроме того, может неблагоприятно сказаться на самой возможности получения троса в течение выполнения операций по свиванию троса.
2
3
Проволоки слоев С2 и С3 могут иметь идентичный диаметр, либо их диаметр может изменяется от одного слоя к другому. Предпочтительно, чтобы были использованы проволоки одного и того же диаметра (d=d), в частности, для упрощения процесса свивания троса и для снижения затрат.
max
2
2
3
Максимальное количество N проволок, которое может быть навито в одном насыщенном слое С3 вокруг слоя С2, безусловно, представляет собой функцию ряда параметров (диаметра d внутреннего слоя, количества М и диаметра d слоя С2, диаметра d проволок слоя С3).
Изобретение предпочтительно выполняют с тросом, выбранным из тросов, имеющих конструкцию 1+6+10, 1+6+11, 1+6+12, 1+7+11, 1+7+12 или 1+7+13.
Более предпочтительно, чтобы изобретение было осуществлено, в частности, в каркасах шин для средств передвижения большой грузоподъемности, в которых тросы имеют конструкцию 1+6+12.
Для лучшего компромисса между прочностью троса, возможностью его осуществления и прочностью на изгиб, с одной стороны, и способностью проникновения резины, с другой стороны, предпочтительно, чтобы диаметры проволок слоев С2 и С3, идентичны они или нет, находились между 0,14 мм и 0,22 мм.
В таком случае более предпочтительно обеспечение следующих зависимостей:
1
0,18<d<024;
2
3
0,16<d≤d<0,19;
2
3
2
3
5<p≤p<12 (низкий шаг в мм) или, как вариант 20<р≤р<30 (высокий шаг в мм).
2
3
Фактически, в случае упрочнений каркасов шин средств передвижения большой грузоподъемности диаметры d и d предпочтительно выбирают так, чтобы они находились между 0,16 и 0,19 мм: диаметр менее 0,19 мм позволяет уменьшить уровень напряжений, которым фактически подвергаются проволоки при бóльших изменениях кривизны тросов, в то время как предпочтительные диаметры, большие 0,16 мм, будут выбраны, в частности, по причине прочности проволок и промышленных затрат.
2
3
Один из предпочтительных вариантов конструкции, например, состоит в таком выборе р и р, чтобы они находились между 8 и 12 мм, при этом предпочтительно, чтобы тросы имели конструкцию 1+6+12.
Предпочтительно, чтобы резиновая оболочка имела среднюю толщину от 0,010 мм до 0,040 мм.
В общем, изобретение может быть выполнено с любым типом металлических проволок, в частности со стальными проволоками, например с проволоками из углеродистой стали и/или с проволоками из нержавеющей стали. Предпочтительно, чтобы была использована углеродистая сталь, но, безусловно, возможно использование и других сталей или других сплавов.
Когда используют углеродистую сталь, содержание в ней углерода (% веса стали) предпочтительно находится между 0,1% и 1,2%, а более предпочтительно составляет от 0,4% до 1,0%; такое содержание обеспечивает хороший компромисс между механическими свойствами, требуемыми для шины, и возможностью выполнения проволок. Следует отметить, что содержание углерода между 0,5% и 0,6% в конечном счете делает такие стали менее дорогостоящими, поскольку легче выполнять их протяжку. Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения в зависимости от предполагаемых случаев применения также может состоять в использовании сталей с низким содержанием углерода, например, между 0,2% и 0,5%, в частности, благодаря пониженным затратам и более легкому выполнению протяжки.
Когда тросы согласно изобретению используют для усиления каркасов шин, предназначенных для средств передвижения, используемых в промышленности, их проволоки предпочтительно обладают прочностью на разрыв, составляющей более 2000 МПа, а предпочтительнее более 3000 МПа. В случае шин весьма больших размеров будут выбраны проволоки, в частности, обладающие прочностью на разрыв, находящейся между 3000 МПа и 4000 МПа. Квалифицированные специалисты в этой отрасли знают как изготавливать проволоку из углеродистой стали, имеющей такую прочность, в частности, посредством регулирования содержания в стали углерода и обеспечения коэффициентов деформационного упрочнения (ε) таких проволок.
Трос согласно изобретению может быть обеспечен наружной намоткой, образованной, например, из одиночной проволоки, причем из металла или нет, намотанной по спирали вокруг троса с шагом, более коротким, чем шаг наружного слоя, и с направлением наматывания, противоположным или идентичным направлению наматывания наружного слоя.
Однако, благодаря своей специальной структуре трос согласно изобретению, который уже сам по себе является самообернутым, в общем, не требует использования наружной намоточной проволоки, что предпочтительно решает проблему истирания между намоткой и проволоками самого наружного слоя троса.
Однако если используют наматывание проволоки, в обычном случае, при котором проволоки слоя С3 изготавливают из углеродистой стали, затем предпочтительно может быть выбрана намоточная проволока из нержавеющей стали, чтобы уменьшить происходящий из-за фреттинг-коррозии износ этих проволок из углеродистой стали, находящихся в контакте с намоткой из нержавеющей стали, что предложено в публикации WO-A-98/41682, при этом проволока из нержавеющей стали эквивалентным образом может быть заменена на композитную проволоку, лишь оболочку которой выполняют из нержавеющей стали, а ее сердцевина представляет собой углеродистую сталь, как описано, например, в публикации ЕР-А-976541. Также можно использовать намотку, образованную из полиэфира или из термотропного ароматического полиэфирамида, что описано, например, в публикации WO-А-03/048447.
Трос согласно настоящему изобретению может быть получен посредством различных способов, известных специалистам в этой отрасли, например, посредством двух стадий, прежде всего посредством покрытия, выполняемого экструзионной головкой, сердцевины или промежуточной структуры L+M (слоев С1+С2), а за этой стадией следует вторая стадия, заключающаяся в выполнении конечной операции свивания или скручивания остающихся N проволок (слой С3) вокруг слоя С2, который таким образом будет заключен в оболочку. Проблема прилипания в неотвержденном состоянии, вызываемая резиновой оболочкой в течение выполнения операций промежуточного наматывания или разматывания, может быть решена способом, который известен специалистам в этой отрасли, например, посредством использования вставляемой пленки из пластика.
II-2. Шина согласно изобретению
В качестве примера на фиг.3 схематически представлено радиальное сечение шины 1 средства передвижения большой грузоподъемности, имеющей радиальное упрочнение каркаса, которое на этом общем изображении может соответствовать, а может и не соответствовать, изобретению.
Эта шина 1 содержит коронную зону 2, две боковины 3 и два борта 4, в которых закреплено упрочнение 7 каркаса. Корона 2, увенчанная протектором (для упрощения на фиг.3 не показан), который соединен с бортами 4 посредством двух боковых стенок 3, сама по себе известным способом усилена упрочнением 6, образованным, например, по меньшей мере, из двух налагаемых друг на друга поперечных слоев, усиленных известными металлическими тросами. В данном случае упрочнение 7 закреплено внутри каждого борта 4 посредством наматывания вокруг двух бортов проволок 5, при этом поворот 8 упрочнения 7 вверх расположен, например, таким образом, что направлен к наружной стороне шины 1, которая в данном случае показана установленной на ободе 9. Упрочнение 7 каркаса формируют из, по меньшей мере, одного слоя, усиленного тем, что называют «радиальными» тросами, то есть эти тросы практически расположены параллельно друг другу и проходят от одного борта к другому так, что составляют угол, находящийся между 80° и 90°, с идущей по окружности срединной плоскостью (плоскостью, перпендикулярной оси вращения шины, которая находится на половине пути между двумя бортами 4 и проходит через центр упрочнения 6 коронной зоны).
Безусловно, шина 1 известным образом дополнительно содержит внутренний резиновый или эластомерный слой (обычно называемый «внутренней резиной»), который образует радиально внутреннюю поверхность шины, и который предназначен для защиты слоя каркаса от рассеивания воздуха, поступающего из внутренней части шины. Предпочтительно, чтобы она дополнительно содержала промежуточный эластомерный упрочняющий слой, который находится между слоем каркаса и внутренним слоем, предназначенный для усиления внутреннего слоя и, следовательно, упрочнения каркаса, а также частично предназначенный для делокализации сил, воздействию которых подвергается упрочнение каркаса.
Шина согласно изобретению отличается тем, что упрочнение 7 ее каркаса содержит, по меньшей мере, один слой каркаса, радиальные тросы которого представляют собой трехслойные стальные тросы согласно изобретению.
В этом слое каркаса плотность тросов согласно изобретению предпочтительно находится между 40 и 100 тросами на 1 дм (дециметр) радиального слоя, а более предпочтительно между 50 и 80 тросами на 1 дм, при этом расстояние между двумя смежными радиальными тросами от оси до оси предпочтительно находится между 1,0 и 2,5 мм, а более предпочтительно между 1,25 и 2,0 мм. Тросы согласно изобретению предпочтительно расположены таким образом, чтобы ширина («Lc») резиновой перемычки между двумя смежными тросами находилась между 0,35 и 1 мм. Ширина «Lc» известным образом представляет собой разность между шагом каландирования (шагом укладывания троса в резиновой ткани) и диаметром троса. Ниже минимальной указанной величины имеется опасность механического разрушения резиновой перемычки, которая слишком узка, в течение работы слоя, в частности в течение деформации, которую он испытывает в его собственной плоскости при растяжении или срезе. В случае превышения указанного максимума имеется опасность появления внешних дефектов, возникающих на боковинах шин, либо проникновения объектов между тросами, вызываемого перфорированием. Более предпочтительно, чтобы по этим причинам ширину «Lc» выбирали так, чтобы она находилась между 0,5 и 0,8 мм.
Предпочтительно, чтобы резиновая композиция, используемая для ткани слоя каркаса, когда она вулканизирована (то есть после отверждения), имела момент М10 сопротивления сечения при растяжении, который составляет менее 20 МПа, а более предпочтительно, чтобы он составлял менее 12 МПа, в частности находился бы между 5 и 11 МПа. Это такой диапазон момента, при котором достигнут наилучший компромисс между тросами согласно изобретению, с одной стороны, и тканями, усиленными этими тросами, с другой стороны, для обеспечения выносливости.
III. ПРИМЕРЫ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
III-1. Характер и свойства используемых проволок
Для создания примеров тросов, согласуются ли они с изобретением, или нет, используют тонкие проволоки из углеродистой стали, которые подготавливают в соответствии с известными способами, основываясь на промышленных проволоках, исходный диаметр которых приблизительно составляет 1 мм. Используемая сталь, например, представляет собой известную углеродистую сталь (стандарт USA AISI 1069), содержание углерода в которой составляет 0,70%.
Исходную промышленную проволоку перед последующей работой с ней вначале подвергают известной обработке, заключающейся в обезжиривании и/или травлении. На этой стадии предел прочности проволоки при растяжении примерно равен 1150 МПа, а удлинение при разрыве примерно составляет 10%. На каждую проволоку осаждают медь, после чего следует осаждение цинка, причем это выполняют электролитическим способом при окружающей температуре, а затем проволоку нагревают до 540°С посредством эффекта Джоуля, чтобы получить латунь путем диффузии меди и цинка, при этом весовое соотношение (фаза α)/(фаза α + фаза β) приблизительно будет равно 0,85. Как только будет получено латунное покрытие, более никакой термической обработки проволоки не выполняют.
Затем в отношении каждой проволоки выполняют так называемое «конечное» деформационное упрочнение (то есть после окончательной термической обработки) посредством холодной протяжки во влажной среде, со смазкой, обеспечиваемой при протяжке, которая находится в виде эмульсии в воде. Такую влажную протяжку осуществляют известным способом для получения окончательного отношения (ε) деформационного упрочнения, вычисляемого на основе указанного выше начального диаметра для промышленных исходных проволок.
i
f
i
f
Для ясности, отношение ε для операции деформационного упрочнения задают по формуле ε=Ln(S/S), где Ln - натуральный логарифм, S - начальное сечение проволоки перед деформационным упрочнением, а S - конечное сечение проволоки после деформационного упрочнения.
Посредством регулирования окончательного отношения для деформационного упрочнения подготавливают две группы проволок разных диаметров, при этом в первой группе проволок средний диаметр ⌀ приблизительно равен 0,200 мм (ε=3,2) для проволок с индексом 1 (проволоки с маркировкой F1), а во второй группе проволок средний диаметр ⌀ приблизительно равен 0,175 мм (ε=3,5) для проволок с индексом 2 или 3 (проволоки с маркировкой F2 или F3).
Латунное покрытие, которое окружает проволоки, имеет весьма малую толщину, значительно меньшую одного микрона, например примерно от 0,15 до 0,30 мкм, которая ничтожно мала по сравнению с диаметром стальных проволок. Безусловно, состав стали проволоки в отношении ее различных элементов (например, С, Mn, Si) такой же, что и для стали исходной проволоки.
Следует напомнить о том, что в течение процесса изготовления проволок латунное покрытие способствует протяжке проволоки, а также прилипанию проволоки к резине. Безусловно, проволока может быть покрыта тонким металлическим слоем, отличающимся от латуни, функция которого, например, заключается в повышении коррозионной стойкости такой проволоки и/или в ее приклеивании к резине, при этом может быть использован, например, тонкий слой из Со, Ni, Zn, Al или из сплава, состоящего из двух либо более соединений Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn.
III-2. Изготовление тросов
А) Тросы С-I и С-II
Далее упомянутые выше проволоки собирают в виде слоистых тросов с конструкцией 1+6+12 для контрольного троса согласно известному уровню техники (фиг.1) и для троса согласно изобретению (фиг.2); проволоки F1 используют для формирования слоя С1, а проволоки F2 и F3 - для формирования слоев С2 и С3 этих разных тросов.
Каждый трос в этом примере варианта конструкции не имеет намотки; он обладает следующими свойствами (d и р в мм):
конструкция 1+6+12;
1
d=0,200 (мм);
1
2
(d/d)=1,14;
2
3
d=d=0,175 (мм);
2
3
p=p=10 (мм).
Проволоки F2 и F3 слоев С2 и С3 были намотаны в одном и том же направлении кручения (в направлении Z). При этом два типа тросов (контрольный трос С-I и трос С-II согласно изобретению) отличались только тем, что в тросе С-II согласно изобретению центральная часть, образованная слоями С1 и С2 (конструкция 1+6), заключена в резиновую композицию на основе не вулканизированного диенового эластомера (в неотвержденном состоянии).
Трос С-II согласно изобретению был получен посредством нескольких стадий, во первых, посредством создания промежуточного троса с конструкцией 1+6, последующего покрытия этого промежуточного троса с помощью экструзионной головки, в итоге сопровождаемого конечной операцией свивания остающихся 12 проволок вокруг слоя С2 с выполнением посредством этого его покрытия. Чтобы избежать проблем «приклеивания в неотвержденном состоянии» резиновой оболочки, в течение промежуточных операций намотки и размотки было использовано введение пленки из пластика (полиэтилентерефталата).
На фиг.2 ясно показано, что по сравнению с фиг.1 слой С3 отстоит от слоя С2 благодаря покрытию последнего; внутренний слой С1 также покрыт (поскольку он видимым образом отстоит от слоя С2) только благодаря проникновению резины между проволоками слоя С2.
Эластомерная композиция, образующая резиновую оболочку, имеет тот же самый состав, основанный на натуральном каучуке и углеродной саже, что и у слоя упрочнения каркаса, который предполагается усилить тросами.
В) Тросы С-III и С-IV
Для проведения дополнительных сравнительных испытаний были изготовлены другие тросы путем изменения количества углерода (0,58% вместо 0,70%). Полученные таким образом тросы - контрольный трос и трос согласно изобретению, были промаркированы соответственно как С-III и С-IV. В одном из вариантов осуществления троса С-IV (С-IV бис), кроме того, слой С1 (центральная проволока) сам по себе был обрезинен, перед тем как была обрезинена центральная часть, образуемая из слоев С1 и С2, при этом было замечено, что два типа тросов (С-IV и С-IV бис) обеспечивали эквивалентные результаты.
III-3. Выносливость шины
Затем вышеупомянутые трехслойные тросы посредством каландирования были включены в состав композитных тканей, образуемых из известных композитов на основе натурального каучука и углеродной сажи в качестве усиливающего наполнителя, обычно используемых при изготовлении слоев каркаса для радиальных шин транспортных средств большой грузоподъемности. Такая композиция, помимо эластомера и усиливающего наполнителя, фактически содержит противоокислители, стеариновую кислоту, масло для наполнения, нафтенат кобальта в качестве активатора адгезии и, наконец, систему вулканизации (серу, ускоритель, ZnO).
Композитные ткани, усиленные этими тросами, содержат резиновую матрицу, образованную из двух тонких слоев резины, которые налагают с каждой стороны тросов, и каждый из которых имеет толщину порядка 0,75 мм. Шаг каландирования (шаг укладки тросов в резиновой ткани) составляет 1,5 мм для обоих типов тросов.
А) Испытание 1
Были выполнены две группы ходовых испытаний для шин транспортных средств большой грузоподъемности (обозначенных P-I и P-II) размером 315/70R 22,5 XZA, причем в каждой группе одни шины были предназначены для пробега, а другие - для выполнения декортикации на новой шине.
Упрочнение каркаса этих шин было образовано из одного радиального слоя, сформированного из описанных выше обрезиненных тканей.
Шины Р-I усилены тросами С-I и образуют контрольные шины согласно известному уровню техники, в то время как шины Р-II представляют собой шины согласно изобретению, усиленные тросами С-II. Следовательно, эти шины идентичны, за исключением слоистых тросов, которые усиливают упрочнения 7 их каркаса.
Упрочнение 6 коронной зоны, в частности, известным образом сформировано из двух триангуляционных полуслоев, усиленных металлическими тросами, наклоненными под 65 градусов, пересеченных двумя поперечно налагаемыми рабочими слоями, усиленными нерастяжимыми металлическими тросами, которые наклонены под углом 26 градусов (радиально внутренний слой) и 18 градусов (радиально наружный слой), причем два этих рабочих слоя покрывают защитным слоем коронной зоны, усиленным эластичными металлическими тросами (с сильным удлинением), наклоненными под углом 18 градусов. В каждом из этих слоев упрочнения коронной зоны используемые металлические тросы представляют собой обычные известные металлические тросы, которые расположены по существу параллельно друг другу, при этом все указанные углы наклона измеряют относительно срединной круговой плоскости.
Шины P-I представляют собой шины, предназначенные для средств передвижения большой грузоподъемности, и благодаря своим известным характеристикам они были выбраны для контроля при проведении этих испытаний.
Эти шины были подвержены жестким ходовым испытаниям так, как описано в разделе I-2, причем испытания проводились до тех пор, пока не происходило вынужденное разрушение испытуемых шин.
Далее следует заметить, что контрольные шины Р-I при весьма жестких условиях движения, которое было им сообщено, были разрушены после прохождения ими среднего расстояния порядка 232000 км вслед за разрушением слоя каркаса (ряда тросов С-I, разрушенных в нижней зоне шины). Это демонстрирует специалистам в данной отрасли уже весьма высокие эксплуатационные характеристики контрольных шин; такое расстояние эквивалентно непрерывному пробегу примерно в течение 8 месяцев с выполнением при этом почти 80 миллионов усталостных циклов.
Однако шины Р-II согласно изобретению неожиданно продемонстрировали, бесспорно, превосходную выносливость со средним пройденным расстоянием, составляющим почти 400000 км, при этом выигрыш в отношении выносливости приблизительно составил 70%.
Кроме того, можно наблюдать, что разрушение шин согласно изобретению происходит не на уровне упрочнения каркаса, которое продолжает быть прочным, а в упрочнении коронной зоны, что иллюстрирует превосходные эксплуатационные характеристики тросов согласно изобретению.
После пробега была выполнена декортикация, то есть извлечение тросов из шин. После этого тросы были подвергнуты испытаниям на растяжение с измерением каждый раз начальной разрывной нагрузки (для тросов, извлеченных из новой шины) и остаточной разрывной нагрузки (для тросов, извлеченных из шины после пробега) для каждого типа проволоки в соответствии с положением проволоки в тросе, и для каждого испытуемого троса. Для этого испытания в расчет принимались только те контрольные тросы С-I, которые не были разрушены в течение пробега.
В приведенной ниже таблице 1 среднее ухудшение ΔFm указано в %; оно вычислено как для кордов внутреннего слоя С1, так и для кордов слоев С2 и С3. Общее ухудшение ΔFm также измерено на самих тросах.
Таблица 1
Шины
Тросы
ΔFm (%) для отдельных слоев и троса
С1
С2
С3
Трос
P-I
C-I
38
30
12
19
P-II
C-II
9
6
2
3,5
При рассмотрении таблицы 1 можно заметить, что независимо от зоны троса, которая подвергалась анализу (слой С1, С2 или С3), наилучшие результаты зарегистрированы в отношении тросов С-II согласно изобретению; в частности, можно видеть, что чем больше проникновение в трос (слои С3, С2 и затем С1), тем больше ухудшение ΔFm, при этом у троса согласно изобретению оно в 4-6 раз меньше, чем у контрольного троса, в зависимости от рассматриваемого слоя С1, С2 или С3.
Наконец, главное то, что трос С-II согласно изобретению, который все-таки выдержал, безусловно, значительно больший пробег, имел общий износ (ΔFm), который от пяти до шести раз меньше, чем у контрольного троса (3,5% вместо 19%).
Соотносительно с этими результатами визуальное освидетельствование различных проволок показывает, что явление износа или фреттинг-коррозии (эрозии материала в точках контакта), которое происходит при повторяющемся трении проволок друг о друга, в тросах С-II значительно уменьшено по сравнению с тросами С-I.
В итоге можно сказать, что использование троса С-II согласно изобретению позволяет весьма значительно увеличить долговечность каркаса, которая в контрольной шине уже была превосходной.
Описанные выше результаты, касающиеся выносливости, кроме того, можно считать довольно хорошо сопоставимыми с величиной проникновения резины в трос, что было разъяснено ранее.
3
Не подвергавшиеся усталостным нагрузкам тросы CI и С-II (после извлечения из новых шин) были подвергнуты испытаниям на проницаемость воздухом, описанным в разделе I-1, посредством измерения объема воздуха (в см), проходящего через тросы за 1 минуту (среднее 10 измерений).
В приведенной ниже таблице 2 полученные результаты показаны в виде средней скорости потока воздуха (среднее 10 измерений для контрольных тросов с системой отсчета из 100 относительных единиц) и количества измерений, соответствующего нулевой скорости потока воздуха.
Таблица 2
Трос
Средняя скорость потока воздуха (относительные единицы)
Количество измерений при нулевой скорости потока
C-I
100
0/10
C-II
6
9/10
Можно заметить, что тросы C-II согласно изобретению представляют собой тросы, которые в наименьшей степени проницаемы воздухом (средняя скорость воздуха равна нулю или практически равна нулю) и, следовательно, имеют наибольшую величину проникновения резины.
Тросы согласно изобретению, которые выполнены непроницаемыми посредством резиновой оболочки, которая покрывает их промежуточный слой С2 (и внутренний слой С1), таким образом защищены от потоков кислорода и влаги, которые проходят, например, от боковых стенок или борта шины к зонам упрочнения каркаса, где тросы известным образом подвержены наиболее интенсивной механической нагрузке.
В) Испытание 2
Для второго испытания были изготовлены новые шины для средств передвижения большой грузоподъемности с теми же самыми размерами (315/70 R 22,5 XZA), что и ранее, на этот раз используя тросы С-III и С-IV, после чего эти шины (соответственно P-III и P-IV) были подвергнуты таким же испытаниям на выносливость, что и ранее.
Контрольные шины (обозначенные P-III) в этих экстремальных условиях пробега при покрытии ими среднего расстояния порядка 250000 км в конце имели деформацию их бортовой зоны вследствие начала разрушения контрольных тросов (обозначенных С-III) в этой зоне.
В тех же самых условиях шины согласно изобретению (обозначенные P-IV), демонстрировали, безусловно, более высокую выносливость при прохождении ими среднего расстояния порядка 430000 км, или обеспечивали выигрыш в отношении выносливости приблизительно на 70%. Кроме того, следует подчеркнуть, что разрушение шин согласно изобретению происходило не на уровне упрочняющей арматуры каркаса (которая продолжала оставаться прочной), а в упрочняющей арматуре коронной зоны, что иллюстрирует и подтверждает превосходные рабочие характеристики тросов согласно изобретению.
После декортикации были получены приведенные далее результаты.
Таблица 3
Шины
Тросы
ΔFm (%) отдельных слоев и троса
С1
С2
С3
Трос
P-III
C-III
20
18
9,5
13
P-IV
C-IV
1
1
3
2
Эти результаты в значительной степени подтверждают результаты, указанные в приведенной выше таблице 2, и даже превышают их, поскольку в тросах С-IV согласно изобретению фактически не замечено ухудшения по сравнению с контрольными тросами С-III независимо от рассматриваемого слоя (С1, С2 или С3).
В итоге можно сказать, что, как показали описанные выше испытания, тросы согласно изобретению позволяют значительно уменьшить явление усталостной фреттинг-коррозии тросов в упрочнениях каркасов шин, в частности шин для средств передвижения большой грузоподъемности, и, следовательно, повысить долговечность этих шин.
Последнее, но не менее важное, заключается в том, что, помимо указанного, было замечено, что тросы согласно изобретению благодаря их специальной конструкции и, возможно, значительно повышенной стойкости к искривлению, в течение движения при пониженном давлении обеспечивали выносливость каркасов шин, которая была значительно повышена, при этом коэффициент повышения составлял от двух до трех.
Безусловно, изобретение не ограничено описанными выше примерами вариантов его осуществления.
1
Так, например, внутренний слой С1 тросов согласно изобретению может быть образован из проволоки с некруглым сечением, которая может быть пластично деформируемой, в частности из проволоки с по существу овальным или многоугольным сечением, например с треугольным, квадратным или, как вариант, с прямоугольным сечением; слой С1 также может быть выполнен из предварительно сформированной проволоки, независимо от того, имеет ли она круглое сечение, например, из волнистой или буравчатообразной проволоки, или из скрученной в форме спирали либо зигзагообразной проволоки. В таком случае, безусловно, следует иметь в виду, что диаметр d слоя С1 представляет собой диаметр воображаемого цилиндра вращения, который окружает центральную проволоку (диаметр основной части), а не диаметр (или иной поперечный размер, если ее сечение некруглое) самой центральной проволоки. То же самое применимо в том случае, если слой С1 образован не из одной проволоки, как в предыдущих примерах, а из нескольких проволок, собранных совместно друг с другом, например из двух проволок, расположенных параллельно друг другу или, как вариант, скрученных друг с другом, причем в направлении кручения, идентичном или не идентичном направлению кручения для промежуточного слоя С2.
Однако по причинам возможности промышленного изготовления, стоимости и общих рабочих характеристик предпочтительно выполнять изобретение с одной обычной линейной центральной проволокой (слой С1), имеющей круглое сечение.
Кроме того, поскольку центральная проволока в течение свивания напряжена в меньшей степени, чем другие проволоки, учитывая ее положение, в тросе нет необходимости использовать для этой проволоки стальные композиции, которые обеспечивают высокую вязкость при кручении; преимущественно может быть использован другой тип стали, например нержавеющая сталь.
2
3
2
3
Кроме того, (по меньшей мере) одна линейная проволока одного из двух слоев С2 и/или С3 также может быть заменена предварительно сформированной или деформированной проволокой, либо, в более общих чертах, проволокой с сечением, отличающимся от сечения других проволок с диаметром d и/или d, например, для дальнейшего повышения способности проникновения через трос резины или какого-то иного материала, причем диаметр основной части этой заменяющей проволоки, возможно, будет меньше, равен или больше диаметра (d и/или d) других проволок, образующих рассматриваемый слой (С2 и/или С3).
Без отклонения от существа изобретения все или некоторые из проволок, образующих трос согласно изобретению, могут представлять собой проволоки, не являющиеся стальными проволоками, причем металлическими или нет, в частности проволоки из неорганического или органического материала, обладающего высокой механической прочностью, например моноволокна из жидкокристаллических органических полимеров.
Изобретение также относится к любому стальному тросу из множества прядей («жгуту из множества прядей»), конструкция которого включает в себя, по меньшей мере, в качестве элементарной пряди, трехслойный трос согласно изобретению.