ГИБРИДНЫЙ УСИЛИВАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ
HYBRID REINFORCING MEMBER

Изобретение относится к усиливающему элементу для эластомерных изделий, в частности для бандажа брекера пневматической автомобильной шины, при этом усиливающий элемент представляет собой гибридный корд, содержащий по меньшей мере одну низкомодульную нить, имеющую модуль упругости не более 100 мН/(текс⋅%), и по меньшей мере одну высокомодульную нить, имеющую модуль упругости не менее 200 мН/(текс⋅%), соответственно по ASTM D885M при удлинении на 3%, при этом все нити гибридного корда сложены вместе и при этом гибридный корд обеспечен адгезионной пропиткой. Изобретение дополнительно относится к способу получения такого усиливающего элемента, при этом усиливающий элемент представляет собой гибридный корд, содержащий по меньшей мере одну низкомодульную нить, имеющую модуль упругости не более 100 мН/(текс⋅%), и по меньшей мере одну высокомодульную нить, имеющую модуль упругости не менее 200 мН/(текс⋅%), соответственно по ASTM D885M при удлинении на 3%, при этом все нити гибридного корда складывают вместе, при этом на гибридный корд наносят усилитель адгезии, при этом гибридный корд затем высушивают при температуре от 100°C до 200°C, при этом гибридный корд вытягивают горячим при температуре от 200°C до 250°C после высушивания, и при этом гибридный корд подвергают релаксации при от 100°C до 200°C при остаточном напряжении после горячего вытягивания. Изобретение дополнительно относится к способу применения такого усиливающего элемента.
Бандаж брекера обеспечивают в пневматической автомобильной шине для предотвращения расширения шины от центробежных сил во время езды, в частности во время эксплуатации на высокой скорости. Пневматическая автомобильная шина в радиальном исполнении обычно содержит воздухонепроницаемый внутренний слой, радиальный каркас, содержащий усиливающие элементы и проходящий от верхней области шины через боковые стенки в бортовую область и там обычно закрепленный обматыванием вокруг устойчивых к растяжению сердечников борта, внешнюю в радиальном направлении профилированную протекторную ленту и брекер между протекторной лентой и каркасом, при этом указанный брекер снаружи в радиальном направлении покрыт бандажом брекера. Бандаж брекера может иметь одно- или многослойную конфигурацию и покрывает, по меньшей мере, края брекера. Бандаж брекера, как правило, характеризуется параллельным расположением расположенных главным образом по окружности усиливающих элементов в виде кордов, внедренных в резину.
При производстве шин бандаж брекера наносят в виде слоев, полос или одиночных усиливающих элементов, содержащих усиливающие элементы, внедренные в невулканизированную резиновую смесь, которые наматывают или навивают на брекер. Усиливающие элементы внедряют в резину с помощью слоя практически параллельных нитевидных усиливающих элементов, которым обычно обеспечивают адгезионную пропитку для лучшей адгезии к внедренной резине, проходящих в продольном направлении через вал или экструдер для покрытия резиновой смесью.
Усиливающие элементы бандажа брекера предназначены для обеспечения достаточного расширения на стадии формирования, а также в форме вулканизации во время изготовления шины с тем, чтобы шину можно было сформовать точно, и они предназначены обеспечивать после изготовления шины хорошую эффективность при эксплуатации на высоких скоростях. Для удовлетворения этим требованиям усиливающие элементы должны характеризоваться удлинением при разрыве, достаточным для производства шин, и быть растяжимыми вплоть до растяжения от приблизительно 3% до 4% при умеренном усилии и до более высокого растяжения только при очень высоком усилии.
В качестве усиливающих элементов для бандажа брекера уже был предложен очень широкий ряд кордов. В DE 10 2006 031780 A1, например, предлагаются усиливающие элементы бандажа брекера, представляющие собой гибридные корды, составленные из первой нити, изготовленной из арамида, имеющей линейную плотность ≤840 дтекс и сложенной вместе со следующей нитью, при этом указанная нить изготовлена из найлона и имеет линейную плотность ≤940 дтекс.
В гибридных кордах для бандажа брекера пневматической автомобильной шины, известных из DE 10 2007 025490 A1, гибридный корд образован из двух скрученных нитей, при этом одна нить является арамидной нитью с линейной плотностью ≤1680 дтекс, а вторая нить является PES-нитью с линейной плотностью ≤1670 дтекс.
В такой гибридной конструкции высокомодульная нить скручена с низкомодульной нитью и при этом уложена на винтовую траекторию для предоставления ей возможности к геометрическому удлинению в гибридном корде. Это придает способность к растягиванию, при этом модуль упругости относительно мал для небольшой деформации и относительно больший, в сравнении, для большей деформации. Характеристика усилия-удлинения этого типа обеспечивает растяжение при формовании шины и вулканизации шины и делает шину эффективной на высоких скоростях.
Однако иллюстративные варианты осуществления, явным образом приведенные в перечисленных документах, лишь раскрывают гибридные корды, составленные из нитей, имеющих линейную плотность не менее 840 дтекс каждая. Снижение линейной плотности в целом приводит к пониженной прочности, и, таким образом, даже сравнительно небольшая нагрузка может вызвать разрыв усиливающих элементов в работе или в ходе производства шины.
Кроме того, техника движется в направлении пневматических автомобильных шин, имеющих минимальное сопротивление качению.
Проблема, рассматриваемая в настоящем изобретении, состоит в обеспечении усиливающего элемента для эластомерных изделий, в частности для бандажа брекера пневматических автомобильных шин, который при применении в бандаже брекера пневматической автомобильной шины снижает сопротивление качению указанной пневматической автомобильной шины, при этом в то же время обеспечивая ее долговечность и позволяя проводить надежную сборку шины с вулканизацией. Проблема, рассматриваемая в настоящем изобретении, состоит также в создании способа получения такого усиливающего элемента.
Проблема решается, если низкомодульная нить или нити имеет суммарную линейную плотность не более 550 дтекс, предпочтительно суммарную линейную плотность не более 250 дтекс, если высокомодульная нить или нити имеет суммарную линейную плотность не более 550 дтекс, предпочтительно суммарную линейную плотность не более 250 дтекс, и когда гибридный корд имеет удлинение при разрыве не менее 5%.
Слой усиливающего элемента, содержащий такой гибридный корд в качестве усиливающего элемента, отличается особенно низким уровнем сопротивления качению при применении в пневматической автомобильной шине. Гибридный корд имеет меньшую линейную плотность и, таким образом, меньшее поперечное сечение, чем гибридные корды большей линейной плотности. Это делает возможным обеспечение слоя усиливающего элемента, отличающегося меньшей толщиной. Кроме того, экономится материал усиливающего элемента и/или резина. Это снижает гистерезис, а также вес. При применении в пневматических автомобильных шинах, в частности в бандаже брекера, обеспечивается пониженный уровень сопротивления качению, при этом сохраняя остальные предпочтительные свойства усиливающего элемента гибридного типа. Сниженная толщина прорезинивания также экономит затраты на материал.
Неожиданно было обнаружено, что такие гибридные корды такой низкой линейной плотности имеют характеристику усилие-удлинение в сочетании с достаточной прочностью в шине, при этом сниженный модуль компенсирован увеличенным количеством кордов в ткани. Это обеспечивает достаточную долговечность для пневматической автомобильной шины, содержащей такие гибридные корды в качестве усиливающих элементов бандажа брекера, и позволяет проводить надежную сборку шины с вулканизацией.
В изобретении соответственно предусматривают гибридный корд малой линейной плотности, очень полезный в качестве усиливающего элемента для эластомерных изделий, в частности в качестве усиливающего элемента для бандажа брекера пневматических автомобильных шин.
Особенно полезная адгезионная пропитка представляет собой пропитку RFL (пропитку на основе латекса, содержащего резорцинформальдегидную смолу), которой усиливающий элемент пропитывают для адгезии между резиной и силовым элементом. Пропитку можно наносить в 1-ванном или 2-ванном способе пропитки.
Для целей настоящего изобретения “корды” представляют собой линейные конструктивные элементы, состоящие из двух или более нитей, сложенных вместе. “Гибридный корд” представляет собой корд, в котором две или более нити, сложенные вместе, отличаются. “Нить” в соответствии с данным документом согласно DIN 60900 представляет собой линейный конструктивный элемент, состоящий из отдельных элементарных нитей или волокон. Элементарные нити или волокна нитей предпочтительно скручены вместе. Нить в одном материале полностью или частично сформирована из этого материала. Линейную плотность корда обычно вычисляют как итоговую сумму линейных плотностей нитей, составляющих корд.
“Удлинение при разрыве” представляет собой удлинение при предельном усилии растяжения, т.е. удлинение при усилии, которое приводит к разрыву гибридного корда. Удлинение при разрыве измеряют по ASTM D885M.
Предпочтительно, чтобы все усиливающие элементы слоя усиливающего элемента были такими гибридными кордами.
Также предпочтительно, чтобы высокомодульная нить или нити гибридного корда имели суммарную линейную плотность не более 250 дтекс. Предпочтительно, в данном варианте осуществления суммарная линейная плотность низкомодульной нити или нитей характеризуется суммарной линейной плотностью не более 250 дтекс.
Предпочтительно, чтобы гибридный корд содержал низкомодульную нить из сложного полиэфира (PES) и/или низкомодульную нить из полиамида (PA).
Нить из сложного полиэфира (нить из PES) гибридного корда согласно настоящему изобретению представляет собой нить из сложного полиэфира HMLS (высокого модуля низкой усадки), и/или нить из сложного полиэфира HMHS (высокого модуля высокой усадки), и/или равномерную нить из сложного полиэфира HMNS (высокого модуля нормальной усадки). Предпочтительно применять нить из сложного полиэфира HMLS и/или равномерную нить из сложного полиэфира HMNS. Эти нити имеют хороший уровень тепловой устойчивости, полностью соответствующий требованиям в упомянутых применениях, например эффективности на высоких скоростях при применении в пневматической автомобильной шине.
Предпочтительно, сложный полиэфир (PES) нити из сложного полиэфира выбирают из группы, состоящей из полиэтилентерефталата (PET), и/или полиэтиленнафталата (PEN), и/или полибутилентерефталата (PBT), и/или поликарбоната (PC), который формально можно считать сложным полиэфиром. Применение PEN и/или PET предпочтительно, а таковое PET особенно предпочтительно. PET имеет преимущество перед PEN в том, что он сравнительно недорог. Сложный полиэфир PET предпочтительно применяют в форме HMLS- и/или HMNS-равномерного PET.
Предпочтительно, полиамид нити из полиамида выбирают из группы, состоящей из полиамида 6 (PA 6) и/или полиамида 66 (PA 66), и/или полиамида 12 (PA 12), и/или полиамида 11 (PA 11), и/или полиамида 1313 (PA 1313), и/или полиамида 4 (PA 4), и/или полиамида 7 (PA 7), и/или полиамида 8 (PA 8), и/или полиамида 9 (PA 9), и/или полиамида 46 (PA 46), и/или полиамида 610 (PA 610), и/или полиамида 612 (PA 612), и/или полиамида 69 (PA 69), и/или полиамида 66/6 (PA 66/6). Применение PA 6 и/или PA 66 предпочтительно, а таковое PA 66 особенно предпочтительно.
При использовании в бандаже брекера нити из PA и нити из PES вносят вклад в нежелательное явление проседания вследствие их усадки при низком удлинении. Поэтому сниженный уровень содержания этих материалов усиливающего элемента в слое усиливающего элемента пневматической автомобильной шины приводит, таким образом, к улучшению в сопротивлении проседанию и в стабильности размеров.
Предпочтительно, чтобы гибридный корд содержал высокомодульную нить из арамида, и/или высокомодульную нить из углерода, и/или высокомодульную нить из стекловолокна. Эти материалы очень полезны в качестве высокомодульного компонента гибридного корда. Арамид и углерод являются дорогостоящими в производстве. Поэтому снижение уровня содержания этих материалов усиливающего элемента снижает затраты на материалы.
В предпочтительных разработках гибридный корд составлен из нити из арамида и дополнительной нити из PES или из нити из арамида и дополнительной нити из PA. Такая простая конструкция корда обеспечивает гибридный корд, который при применении, например, в пневматической автомобильной шине сочетает необходимую прочность с очень хорошими свойствами сопротивления проседанию и сопротивления качению.
В предпочтительной разработке гибридный корд содержит арамидную нить, имеющую линейную плотность не более 220 дтекс. Использование такого усиливающего элемента обеспечивает эластомерное изделие, имеющее слой усиливающего элемента, сочетающий хорошую прочность со сравнительно малой высотой. Кроме того, это приводит к низким затратам на материалы и, при использовании в пневматической автомобильной шине, к оптимизированному уровню сопротивления качению.
Нить из арамида предпочтительно имеет линейную плотность 220 дтекс. Предпочтительно арамидная нить 220 дтекс сложена вместе с дополнительной нитью из PA 66 с линейной плотностью 235 дтекс или с нитью из HMLS-PET с линейной плотностью 238 дтекс. Слои усиливающего элемента этого типа отличаются особенно малой высотой. Предпочтительно, арамидная нить может также быть сложена вместе с дополнительной нитью из PA 66 с линейной плотностью 470 дтекс или с нитью из HMLS-PET с линейной плотностью 550 дтекс. Гибридные корды этого типа отличаются высоким удлинением при разрыве.
Разность между линейными плотностями нитей, составляющих гибридный корд, следует выдерживать минимальной для получения очень однородного и симметричного корда, имеющего хорошие технологические свойства и хороший уровень остаточной прочности после усталостного нагружения. Предпочтительно, чтобы нити, составляющие корд, характеризовались очень близкими по значению уровнями линейной плотности. Было обнаружено, что особенно предпочтителен в этом отношении гибридный корд, составленный из арамидной нити 220 дтекс и дополнительной нити из PA 66 с 235 дтекс и/или дополнительной нити из HMLS-PET с 238 дтекс.
В других предпочтительных разработках гибридные корды составлены из трех, четырех или более нитей, сложенных вместе. Предпочтительно, чтобы гибридные корды были составлены из одной или двух нитей из арамида и двух дополнительных нитей, при этом эти дополнительные нити обе состояли из PES или обе из PA или одна дополнительная нить из PES и одна дополнительная нить из PA.
1/2
Предпочтительно, если нити гибридного корда складывают вместе с применением коэффициента крутки α от 80 до 200. Этот коэффициент крутки α определяют как α=крутка [количество витков/м]⋅(линейная плотность [текс]/1000) и является мерой витков на метр в отношении к линейной плотности корда. При α<80 устойчивость к усталости резко снижается, что может приводить к разрывам корда. В то же время при α>200 резко снижается прочность, при этом существует увеличивающееся повышение затрат на обработку. Предпочтительно, нити гибридного корда складывают вместе с использованием коэффициента крутки α от 100 до 150.
Для высокой степени удлинения при разрыве со стороны усиливающего элемента предпочтительно, чтобы гибридный корд был получен горячей вытяжкой при напряжении растяжения не более 60 мН/текс, предпочтительно при силе натяжения не более 40 мН/текс. Это может происходить в процессе адгезионной пропитки.
Для обеспечения надежного производства шин, включая вулканизацию, плюс хорошей эффективности на высоких скоростях модуль упругости гибридного корда при удлинении на 3% по ASTM D885M составляет от 80 мН/(текс⋅%) до 300 мН/(текс⋅%), предпочтительно от 100 мН/(текс⋅%) до 200 мН/(текс⋅%).
Проблема, насколько она относится к способу получения, решается, если
- низкомодульная нить или нити имеет суммарную линейную плотность не более 550 дтекс, предпочтительно суммарную линейную плотность не более 250 дтекс,
- высокомодульная нить или нити имеет суммарную линейную плотность не более 550 дтекс, предпочтительно суммарную линейную плотность не более 250 дтекс,
- гибридный корд подвергают напряжению растяжения от 5 до 50 мН/текс, предпочтительно напряжению растяжения от 10 мН/текс до 30 мН/текс, во время сушки, и
- гибридный корд подвергают напряжению растяжения от 10 мН/текс до 60 мН/текс, предпочтительно напряжению растяжения от 15 мН/текс до 40 мН/текс, при горячей вытяжке, и
- гибридный корд подвергают релаксации при напряжении растяжения от 0 мН/текс до 30 мН/текс, предпочтительно от 3 мН/текс до 15 мН/текс.
Таким способом можно получать усиливающий элемент по настоящему изобретению. Полученный гибридный корд характеризуется низким уровнем линейной плотности. Неожиданно, гибридный корд с такой низкой линейной плотностью, испытывающий очень низкий уровень напряжения растяжения при фазах сушки, горячей вытяжки и релаксации процесса адгезионной пропитки, характеризуется высоким удлинением при разрыве, в частности удлинением при разрыве не менее 5%. Его удлинение при разрыве выше, чем таковое у сравнимого гибридного корда, но подверженного более высоким уровням напряжения растяжения во время процесса адгезионной пропитки. Это делает возможным обеспечение усиливающего элемента для эластомерных изделий, в частности для бандажа брекера пневматических автомобильных шин, который при применении усиливающего элемента в бандаже брекера пневматической автомобильной шины имеет низкую линейную плотность для снижения сопротивления качению пневматической автомобильной шины, при этом в то же время гарантируя долговечность пневматической автомобильной шины и обеспечивая надежную сборку шины с вулканизацией.
Предпочтительный гибридный корд получают, если низкомодульная нить является нитью из полиэфира или полиамида и/или если высокомодульная нить является нитью из арамида, или стекловолокна, или углерода.
Предпочтительный путь к достижению надежной адгезии к резине состоит в том, что применяемый усилитель адгезии представляет собой латекс, содержащий резорцинформальдегидную смолу (RFL), адгезивную систему изоцианатного типа или эпоксидную смолу.
Также предпочтительно, чтобы высокомодульная нить или нити гибридного корда имели суммарную линейную плотность не более 250 дтекс. Предпочтительно, в данном варианте осуществления суммарная линейная плотность низкомодульной нити или нитей характеризуется суммарной линейной плотностью не более 250 дтекс.
Также предпочтительно, чтобы гибридный корд был составлен из нити из арамида и дополнительной нити из PES или из нити из арамида и дополнительной нити из PA. Также предпочтительно, если гибридный корд содержит арамидную нить, имеющую линейную плотность не более 250 дтекс, предпочтительно имеющую линейную плотность не более 220 дтекс.
Если вышеописанный гибридный корд применяют в качестве усиливающего элемента в дополнительных эластомерных изделиях, таких как пневматическая автомобильная шина, лента конвейера, приводной ремень, шланг и/или кожух пневматической рессоры, то преимущество достигается за счет сниженной высоты слоя усиливающего элемента в сочетании одновременно с предпочтительной характеристикой усилие-удлинение.
При применении вышеописанного гибридного корда в качестве усиливающего элемента бандажа брекера пневматической автомобильной шины шина имеет улучшенную долговечность и обеспечивается надежная сборка шины с вулканизацией, а также сниженный уровень сопротивления качению.
Иллюстративные варианты осуществления и дополнительные преимущества изобретения далее будут более подробно описаны во взаимосвязи с таблицами 1-3.
В таблице 1 приведены некоторые примеры гибридных кордов согласно настоящему изобретению, которые обозначены как гибридные корды I, II, III и IV. Каждый из упомянутых гибридных кордов содержит арамидную нить при 220 дтекс Z-крутки при 550 витках/м. Каждый из гибридных кордов содержит дополнительную нить Z-крутки при 550 витках/м. Две нити складывали вместе в S-направлении при 550 витках/м с образованием гибридного корда. Дополнительная нить гибридного корда I представляет собой нить из PA 66 с линейной плотностью 470 дтекс, дополнительная нить гибридного корда II представляет собой нить из PA 66 с линейной плотностью 275 дтекс, дополнительная нить гибридного корда III представляет собой нить из PET с линейной плотностью 550 дтекс, и дополнительная нить гибридного корда IV представляет собой нить из PET с линейной плотностью 238 дтекс.
<b>ТАБЛИЦА 1</b>
Гибридный корд I
Гибридный корд II
Гибридный корд III
Гибридный корд IV
арамид 220 x1+PA 66 470 x1
арамид 220 x1+PA 66 235 x1
арамид 220 x1+PET 550 x1
арамид 220 x1+PET 238 x1
Гибридные корды обеспечиваются пропиткой RFL в качестве адгезионной пропитки. В процессах адгезионной пропитки гибридный корд затем сушили при температуре от 100°C до 200°C при напряжении растяжения, после этого подвергали горячей вытяжке при температуре от 200°C до 250°C при напряжении растяжения, и после горячей вытяжки подвергали релаксации при 100°C-200°C при напряжении растяжения. Напряжение растяжения в каждом случае приведено в таблице 2.
<b>ТАБЛИЦА 2</b>
Гибридный корд Iнапряжение растяжения [мН/текс]
Гибридный корд IIнапряжение растяжения [мН/текс]
Гибридный корд IIIнапряжение растяжения [мН/текс]
Гибридный корд IVнапряжение растяжения [мН/текс]
Высушивание
13
20
13
17
Горячая вытяжка
20
29
17
22
Релаксация
6
11
4
4
Вышеупомянутые гибридные корды применяли для получения данных сила-удлинение в соответствии с ASTM D 855M, которые приведены в таблице 3. Все гибридные корды имеют удлинение при разрыве не менее 5%.
<b>ТАБЛИЦА 3</b>
Гибридный корд I
Гибридный корд II
Гибридный корд III
Гибридный корд IV
Удлинение при разрыве
6,9%
5,7%
7,0%
5,3%
Разрывная нагрузка
68 Н
60 Н
70 Н
55 Н
Усилие при удлинении на 2%
12 Н
13 Н
17 Н
16 Н
Усилие при удлинении на 4%
28 Н
35 Н
32 Н
37 Н
Низкая линейная плотность таких гибридных кордов делает возможным получение тонких слоев усиливающего элемента для эластомерных изделий. Если такой усиливающий элемент применяют в бандаже брекера пневматической автомобильной шины, то сопротивление качению пневматической автомобильной шины снижается. При этом, несмотря на низкую линейную плотность, гарантируется долговечность и обеспечивается надежная сборка шины с вулканизацией.