СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ
METHOD OF MANUFACTURE OF PNEUMATIC TIRE

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Более конкретно изобретение относится к компонентам транспортных средств, а точнее к способу изготовления пневматической шины.
Известен способ изготовления покрышки пневматической шины путем сбора протектора, брекера и каркаса, состоящего из нескольких слоев обрезиненного текстильного или металлокорда, боковины борта и герметизирующего слоя (Спивак И.А. Заготовка деталей шин. / И.А. Спивак – М.: ООО «НТЦ «НИИШП», 2012 г. - 489 с.).
В данном техническом решении между слоями каркаса и герметизирующим слоем располагают каландрованную резиновую прослойку (прослойку каркаса) достаточно большой толщины 1-3 мм, предназначенную для предотвращения проникновения герметизирующего слоя в каркас шины. Кроме этого, каландрованная резиновая прослойка должна обладать хорошей адгезией к каркасу и герметизирующему слою для того, чтобы избежать отслаивания данных компонентов в процессе эксплуатации пневматической шины. Использование резиновой прослойки большой толщины, но при этом обеспечивающей вышеназванное назначение, приводит к повышению материалоемкости шины, увеличению ее массы и повышению ее сопротивления качению ввиду повышенной массы.
Известен способ изготовления пневматической шины, позволяющий уменьшить толщину резиновой прослойки каркаса шины, который описан в патенте ЕР 2 497 631 (опубл. 12.09.2012, кл. B29D 30/00). В соответствии с указанным патентом, который мы взяли в качестве прототипа, для возможности снижения толщины резиновой прослойки каркаса используют технологию электронно-лучевой обработки, в рамках которой каркас, включающий герметизирующий слой с наложенной на него (сдублированной) прослойкой каркаса, подвергают односторонней электронно-лучевой обработке. Обработку верхней поверхности резиновой прослойки каркаса шины производят пучком электронов с энергиями от 200 до 600 КэВ, предпочтительно от 300 до 600 КэВ, при поглощенной дозе 50-200 кГр, предпочтительно от 80 до 150 кГр, при этом ускоренные электроны могут проникнуть в герметизирующий слой, выполненный из бутилкаучука, что вызывает модификацию материала этого слоя, а это негативно отражается на эксплуатационных характеристиках готовой шины. Таким образом выполнение электронно-лучевой обработки сопряжено с определенными осложнениями по технологии и не всегда обеспечивается положительный результат.
Помимо сказанного, при односторонней электронно-лучевой обработке резиновой прослойки каркаса шины наблюдают выраженную неравномерность поглощенной дозы на площади облучения (см. Таблицу 1). На участках с низкой поглощенной дозой практически не наблюдают превращений в структуре материала прослойки, что означает отсутствие ее «барьерных» функции. Выявленная неравномерность вызывает необходимость значительного увеличения дозы поглощения для создания возможности как уменьшить толщину резиновой прослойки каркаса шины, так и для достижения эффективности ее характеристик - помимо обеспечения ее «барьерных» функций, снижение материалоемкости, снижение массы шины и уменьшение ее сопротивления качению ввиду пониженной массы. Однако при достижении увеличенной дозы поглощения указанный способ приобретает негативный показатель по энергоемкости.
Кроме того, в диапазоне заявленных в названном ЕР 2 497 631 поглощенных доз от 80 до 150 кГр при энергиях электронов 600 КэВ в резиновой прослойке каркаса шины наблюдают значительное увеличение вязкости материала прослойки - резиновой смеси (более 140 единиц Муни (1+4) ML при 100°С), что приводит к невозможности повторного использования резиновой смеси данной прослойки (см. Таблицу 2).
В основу заявляемого изобретения положена задача разработать такой способ, который позволял бы в условиях сниженного энергопотребления изготавливать пневматические шины с высокими эксплуатационными характеристиками и с резиновой прослойкой, пригодной для последующей переработки.
Технический эффект, который может быть достигнут при использовании предлагаемого способа, заключается в возможности в процессе изготовления пневматических шин исключить негативное влияние электронно-лучевого воздействия как на материал герметизирующего слоя, так и на материал резиновой прослойки каркаса шины и при этом достигнуть снижения энергопотребления.
Эта задача решается при реализации способа изготовления пневматической шины, включающего этап формирования ее каркаса, содержащего обрезиненную часть из текстильного или металлокорда и каландрированную резиновую прослойку, размещенную на герметизирующем слое, в процессе которого производят облучение пучком электронов, и последующий этап сборки сформированного каркаса, протектора и брекера шины с образованием целевого изделия, при котором, согласно изобретению, на этапе формирования каркаса перед размещением резиновой прослойки на герметизирующем слое облучению пучком электронов подвергают первую и вторую стороны резиновой прослойки, при этом используют электроны с энергией, выбранной в диапазоне от 400 КэВ до 1 МэВ, до достижения дозы, набираемой поверхностью стороны резиновой прослойки, подвергнутой облучению, в диапазоне от 10 до 80 кГр.
Технический результат, достигаемый благодаря заявляемому способу, заключается в возможности в процессе изготовления пневматических шин исключить негативное влияние электронно-лучевого воздействия как на материал герметизирующего слоя, так и на материал резиновой прослойки каркаса шины, при этом достигнуть снижения энергопотребления и изготавливать пневматические шины с высокими эксплуатационными характеристиками и пригодные для последующей переработки.
Согласно изобретению, важно, чтобы при облучении первой и второй сторон резиновой прослойки пучком электронов с энергией, выбранной в диапазоне от 400 КэВ до 1 МэВ, достигали максимум поглощенной дозы по центру облученной стороны прослойки, а минимум поглощенной дозы был достигнут по краям облученной стороны прослойки, что обеспечивает необходимые «барьерные» свойства прослойки - когезионную прочность ее материала и технологические свойства - ее клейкость к каркасу и герметизирующему слою.
В соответствии с заявляемым изобретением, разумно использовать энергию электронов, лежащую в диапазоне от 400 до 800 КэВ, и облучение поверхности прослойки осуществлять до набираемой дозы в диапазоне от 20 до 80 кГр.
Таким образом, заявляемый способ обеспечивает снижение энергопотребления и позволяет изготавливать пневматические шины с высокими эксплуатационными характеристиками и с резиновой прослойкой, пригодной для последующей переработки.
Эти и других преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания способа изготовления пневматической шины, иллюстрированного чертежами, на которых
Фиг. 1 показывает распределение поглощенной дозы в относительных единицах при энергиях электронов 600 КэВ в резиновой прослойке толщиной 1,9 мм при двустороннем облучении;
Фиг. 2 показывает распределение поглощенной дозы в относительных единицах при энергиях электронов 800 КэВ в резиновой прослойке толщиной 2,2 мм при двустороннем облучении.
Производство пневматических шин - это многостадийный процесс, включающий как подготовку исходных материалов для компонентов целевого изделия, так и изготовление компонентов - каркаса, слоев брекера, бортовой части и боковой части шины, протекторов, крыльев и других деталей, а также сборку указанных деталей, формование и вулканизацию покрышек, изготовление камер и ободных лент до образования целевого изделия. В рамках заявляемого изобретения мы характеризуем способ изготовления пневматической шины выполнением следующих этапов: этапом формирования каркаса шины, который содержит обрезиненную часть из текстильного или металлокорда, герметизирующий слой и каландрированную резиновую прослойку; этапом сборки сформированного каркаса, протектора и брекера шины.
В соответствии с заявляемым изобретением, на этапе формирования каркаса шины резиновую прослойку с двух сторон подвергают облучению пучком электронов, используя любую известную электронно-лучевую установку, преимущественно в условиях непрерывного режима облучения путем непрерывной протяжки резиновой прослойки через установку.
Облучение с двух сторон резиновой прослойки осуществляют, согласно изобретению, пучком электронов с энергией, выбранной в диапазоне от 400 КэВ до 1 МэВ, преимущественно в диапазоне от 400 до 800 КэВ. Облучение ускоренными электронами с указанной энергией проводят до достижения дозы, набираемой поверхностью стороны резиновой прослойки, подвергнутой облучению, в диапазоне от 10 до 80 кГр, преимущественно от 20 до 80 кГр, при этом при выполнении облучения, например, в непрерывном режиме набираемую дозу возможно регулировать преимущественно скоростью движения (протяжки) резиновой прослойки через ускоритель электронов.
Таким образом, облучение электронным пучком осуществляют до набора заданной дозы облучения, а дозу, набираемую каждым участком резиновой прослойки, подбирают достаточной для модификации материала прослойки, обеспечивающей возрастание ее когезионной прочности. При этом, благодаря примененной комбинации: использование электронов высоких энергий (достигающей значения 1 МкВ) + двухстороннее облучение прослойки, достигнут профиль поглощенной дозы на облученной стороне резиновой прослойки каркаса шины, показанный на фиг. 1 и фиг. 2, а именно максимум поглощенной дозы по центру облученной стороны (что обеспечивает когезионную прочность материала облученной прослойки), минимум поглощенной дозы по краям облученной стороны прослойки (что обеспечивает сохранение клейкости материала облученной прослойки к каркасу шины и его герметизирующему слою).
Проведенные исследования показали, что при уровне энергии электронов и поглощенной дозы ниже указанных диапазонов возможно недостаточное для снижения толщины резиновой прослойки каркаса повышение ее когезионной прочности. При уровне энергии электронов и поглощенной дозы выше указанных диапазонов вероятно ухудшение физико-механических и технологических свойств (прочность, клейкость) резиновой прослойки каркаса и невозможность переработки обработанных радиационным облучением резиновой прослойки каркаса.
При этом, благодаря возможности уменьшить величину поглощенной дозы (по отношению к указанной в прототипе), технология имеет более высокую экономическую эффективность за счет того, что удельные затраты электроэнергии на использование ускорителя электронов сокращаются в 2 и более раз по сравнению с технологией, описанной в патенте ЕР 2 497 631.
В соответствии с изобретением, резиновую прослойку, подвергнутую с двух сторон электронно-лучевой обработке, затем размещают на герметизирующем слое, после чего прослойку каркаса дублируют на валковом устройстве (каландре) с герметизирующим слоем. Далее на этапе формирования каркаса шины сдублированный полуфабрикат каркаса соединяют с обрезиненной частью каркаса из текстильного или металлокорда. Дальнейший процесс изготовления пневматической шины включает сборку сформированного каркаса, протектора и брекера шины с образованием целевого изделия.
Благодаря тому, что резиновую прослойку подвергают электронно-лучевой обработке до размещения на герметизирующем слое, исключается вероятность модификации бутилкаучука - материала герметизирующего слоя под действием ускоренных электронов, то есть исключается вероятность негативного изменения эксплуатационных характеристик готовой шины.
Таким образом, благодаря заявляемому изобретению:
- обработанная электронным пучком резиновая прослойка каркаса за счет существенного возрастания когезионной прочности может иметь существенно более низкую толщину, чем прослойка, известная из ЕР 2 497 631, обладает требуемой клейкостью к каркасу и герметизирующему слою и может быть переработана по стандартному технологическому процессу, применяемому в шинной промышленности;
- существенно снижена энергоемкость процесса радиационного облучения по сравнению с указанной в патенте ЕР 2 497 631 за счет снижения величины поглощенной дозы;
- достигнута равномерность поглощенной дозы по сравнению с технологией, описанной в патенте ЕР 2 497 631, за счет применения при облучении электронов более высоких энергий. Это обеспечивает лучший баланс между повышением когезионной прочности, сохранением клейкости и сохранением перерабатываемости резиновой прослойки каркаса, а также возможность контроля качества полуфабриката по вязкости резиновой смеси с использованием традиционных для резиновой промышленности вискозиметров Муни;
- на фоне достигнутых преимуществ изготовленные, согласно заявляемому изобретению, пневматические шины по сравнению с пневматическими шинами, изготовленными по традиционной технологии и содержащими традиционную резиновую прослойку каркаса, имеют сопоставимую работоспособность, сниженную на 1-5% массу, сниженное на 0,2-2% сопротивление качению.
Пример 1
Осуществляют изготовление пневматической шины, при этом на этапе формирования каркаса шины резиновую прослойку толщиной 3 мм, которая будет располагаться в шине между обрезиненной частью ее каркаса из текстильного или металлокорда и герметизирующим слоем, непрерывно облучают с двух ее сторон пучком ускоренных электронов с энергией 400 КэВ при скорости прохождения полуфабриката 35 м/мин до поглощенной дозы на облученной стороне резиновой прослойки, составляющей 10 кГр. При последующей выборочной проверке резиновой прослойки определяют, что поглощенная доза на облученных сторонах прослойки имеет следующий профиль: максимум поглощенной дозы расположен по центру облученной стороны прослойки, а минимум поглощенной дозы достигают по краям облученной стороны прослойки - материалу облученной прослойки обеспечена когезионная прочность, превышающая когезионную прочность необлученной прослойки не менее чем на 5%, и сохранение клейкости материала облученной прослойки к герметизирующему слою, определяемое по разделению сдублированного полуфабриката герметизирующего слоя и прослойки.
Далее резиновую прослойку, подвергнутую с двух сторон электронно-лучевой обработке, размещают на герметизирующем слое, выполненном из бутилкаучука, после чего прослойку каркаса дублируют на валковом устройстве (каландре) с этим герметизирующим слоем. Затем сдублированный полуфабрикат каркаса режут автоматическими ножами и направляют на сборочный станок, на который также подают полуфабрикаты других деталей шины - обрезиненную частью каркаса из текстильного или металлокорда, брекер, боковины и т.д. - и осуществляют сборку шины из полуфабрикатов. Дальнейший процесс изготовления пневматической шины включает вулканизацию шины в вулканизационном прессе с образованием целевого изделия.
В изготовленной пневматической шине резиновая прослойка каркаса за счет существенного возрастания когезионной прочности имеет существенно более низкую толщину, чем резиновая прослойка, известная из ЕР 2 497 631; полученная резиновая прослойка обладает требуемой клейкостью к каркасу и герметизирующему слою и пригодна к переработке по стандартному технологическому процессу, применяемому в шинной промышленности; также существенно снижена энергоемкость процесса радиационного облучения по сравнению с указанной в патенте ЕР 2 497 631, при этом полученная шина имеет сниженную массу на 1-5% и сниженное на 0,2-2% сопротивление качению по сравнению с серийной шиной без ухудшения иных качественных показателей.
Пример 2
Изготовление пневматической шины осуществляют в условиях, аналогичных указанным в примере 1, однако облучение ведут пучком ускоренных электронов с энергией 1000 КэВ при скорости прохождения полуфабриката 12 м/мин до поглощенной дозы на облученной стороне резиновой прослойки, составляющей 80 кГр.
В изготовленной пневматической шине резиновая прослойка каркаса за счет существенного возрастания когезионной прочности имеет существенно более низкую толщину, чем резиновая прослойка, известная из ЕР 2 497 631; полученная резиновая прослойка обладает требуемой клейкостью к каркасу и герметизирующему слою и пригодна к переработке по стандартному технологическому процессу, применяемому в шинной промышленности; также существенно снижена энергоемкость процесса радиационного облучения по сравнению с указанной в патенте ЕР 2 497 631, при этом полученная шина имеет сниженную массу на 1-5% и сниженное на 0,2-2% сопротивление качению по сравнению с серийной шиной без ухудшения иных качественных показателей.
Пример 3
Изготовление пневматической шины осуществляют в условиях, аналогичных указанным в примере 1, однако облучение ведут пучком ускоренных электронов с энергией 800 КэВ в при скорости прохождения полуфабриката 37 м/мин до поглощенной дозы на облученной стороне резиновой прослойки, составляющей 20 кГр.
В изготовленной пневматической шине резиновая прослойка каркаса за счет существенного возрастания когезионной прочности имеет существенно более низкую толщину, чем резиновая прослойка, известная из ЕР 2 497 631; полученная резиновая прослойка обладает требуемой клейкостью к каркасу и герметизирующему слою и пригодна к переработке по стандартному технологическому процессу, применяемому в шинной промышленности; также существенно снижена энергоемкость процесса радиационного облучения по сравнению с указанной в патенте ЕР 2 497 631, при этом полученная шина имеет сниженную массу на 1-5% и сниженное на 0,2-2% сопротивление качению по сравнению с серийной шиной без ухудшения иных качественных показателей.
Пример 4
Изготовление пневматической шины осуществляют в условиях, аналогичных указанным в примере 1, однако облучение ведут пучком ускоренных электронов с энергией 600 КэВ при скорости прохождения полуфабриката 18 м/мин до поглощенной дозы на облученной стороне резиновой прослойки, составляющей 30 кГр.
В изготовленной пневматической шине резиновая прослойка каркаса за счет существенного возрастания когезионной прочности имеет существенно более низкую толщину, чем резиновая прослойка, известная из ЕР 2 497 631; полученная резиновая прослойка обладает требуемой клейкостью к каркасу и герметизирующему слою и пригодна к переработке по стандартному технологическому процессу, применяемому в шинной промышленности; также существенно снижена энергоемкость процесса радиационного облучения по сравнению с указанной в патенте ЕР 2 497 631, при этом полученная шина имеет сниженную массу на 1-5% и сниженное на 0,2-2% сопротивление качению по сравнению с серийной шиной без ухудшения иных качественных показателей.