Полиамидная кордная ткань для каркаса многослойных шин
POLYAMIDE CORD FABRIC FOR MULTILAYER TIRE CARCASS

Изобретение относится к автомобильной промышленности, а именно к полиамидным кордным тканям, используемым для каркаса пневматических многослойных шин радиальной и диагональной конструкции.
Понятия и определения, используемые в описании изобретения.
Под нитью, изготовленной в два или более сложений, понимается нить, образованная скручиванием на крутильной машине двух или более нитей.
Полиамид 6 – капрон.
Полиамид 6.6., может именоваться как полиамид 66, – анид.
Каркас – армированная торообразная оболочка, является одним из основных элементов современных шин. Каркас шины состоит из слоев обрезиненного материала, нити которого могут быть из текстильного волокна либо стали, число слоев каркаса в шине от одного до нескольких десятков.
Текс, международное обозначение tex, – внесистемная единица линейной плотности. Текс равен линейной плотности такого однородного тела (волокна, нити и т.п.), масса которого равна 1 г, а длина – 1 км. Применяется в текстильной промышленности [1].
ASTM D885/D885M – Стандартные методы испытаний шинных кордов, тканей шинного корда и волоконной пряжи технического назначения из искусственного волокна.
В качестве армирующего материала каркаса пневматических многослойных шин радиальной и диагональной конструкции обычно используются крученые стальные или текстильные нити. Существуют классы шин, в которых ввиду высокой нагруженности используется текстильный каркас с числом слоев каркаса от четырех до нескольких десятков; это грузовые, строительно-дорожные, индустриальные, сельскохозяйственные, крупногабаритные шины и сверх крупногабаритные шины [1-4]. Как правило, материалом армирования каркасов таких шин являются полиамидные крученые нити (ткани) на основе полиамида 6 (капрон) или полиамида 66 (анид). Типовые характеристики текстильных тканей, выпускаемых сегодня для данного назначения, определены, в частности, ТУ 2281-058-00205311-2013 «Ткань кордная капроновая пропитанная» и ТУ 13.96.15-067-00205311-2016 «Ткань кордная анидная пропитанная» [5, 6] и приведены в таблице 1.
Таблица 1. Типовые характеристики серийных полиамидных кордных тканей
<b>№</b><b>п/п</b>
<b>Наименование показателя</b>
<b>Ед. изм.</b>
<b>1440×2</b>
<b>1880×2</b><b>(1870×2)</b>
<b>2100×2</b>
<b>1550×3</b>
<b>2200×2</b>
1
Линейная плотность, структура корда
текс
144<b>×</b>1<b>×</b>2
187<b>×</b>1<b>×</b>2
210<b>×</b>1<b>×</b>2
155<b>×</b>1<b>×</b>3
220<b>×</b>2
2
Толщина
мм
0,66±0,03
0,76±0,03
0,80±0,03
0,78±0,03
0,78±0,03
3
Разрывная нагрузка, не менее
Н (кгс)
196
285
285
325
325
4
Удлинение
4.1
– при нагрузке 20 Н (2 кгс)
%
3,0±1,0
3,0±1,0
2,5±1,0
2,5±1,0
2,5±1,0
4.2
– при нагрузке 39 Н (4 кгс)
%
6,0±1,0
6,0±1,0
5,5±1,0
5,5±1,5
5,5±1,5
4.3
– при разрыве
%
Мин 20
Мин 20
Мин 20
Мин 20
Мин 20
5
Число кручений на 1 м
5.1
– первая крутка
370±20
326±20
320±20
225±20
300±20
5.2
– вторая крутка
360±20
318±20
320±20
220±20
300±20
6
Ширина ткани
см
140
140
140
140
140
7
Число нитей на 10 см по основе
70–116
60–100
60–100
70–95
70–95
Ткани из вискозных, полиамидных и полиэфирных волокон для повышения прочности связи с резиной и повышения модуля (жесткости) пропитывают различными адгезивными составами на линиях для пропитки шинного корда. На заводах по производству шинного корда для пропитки тканей применяют агрегаты Litzler, Benninger Zell. При этом ткань пропитывают, погружая в жидкость, а затем удаляют излишки пропиточного состава, сушат при высокой температуре и натяжении, а затем охлаждают под натяжением. Термообработка кордов при высоких натяжениях является одним из путей снижения их ползучести и, соответственно, разнашиваемости шин в эксплуатации.
Общей тенденцией развития шин является повышение их технических показателей для обеспечения возросших возможностей автомобильной, сельскохозяйственной и прочей техники. В первую очередь это касается увеличения скорости. Однако на этом пути основной проблемой является высокая температура, развивающаяся в различных зонах многослойной шины, обусловленных гистерезисными свойствами резины как конструкционного материала, что накладывает ограничения на выбор материалов, используемых в каркасах. При этом производители шин стремятся повысить экономическую эффективность своего производства.
Для решения этих вопросов разработаны конструкции шин на основе высокопрочных полиамидных тканей (Таблица 2 [7, 8]). Их применение позволяет уменьшить число слоев в шине и уменьшить количество операций при ее производстве. Снижение числа слоев в каркасе позволяет снизить количество резины в конструкции и, соответственно, снижается и разогрев шины, связанный с гистерезисными свойствами резины.
Таблица 2. Характеристики серийных высокопрочных полиамидных кордных тканей
<b>№</b><b>п/п</b>
<b>Наименование показателя</b>
<b>Ед. изм.</b>
<b>2800</b>×<b>2</b>
<b>1880</b>×<b>3</b>
1
Линейная плотность, структура корда
текс
280<b>×</b>1<b>×</b>2
188<b>×</b>1<b>×</b>3
2
Толщина
мм
0,90±0,03
0,90±0,03
3
Разрывная нагрузка, не менее
Н (кгс)
450
450
4
Удлинение
4.1
– при нагрузке 45Н
%
2,5-3,0±0,7
2,5-3,0±0,7
4.2
– при разрыве
%
Мин 16
Мин 16
5
Число кручений на 1 м
5.1
– первая крутка
215±20
215±20
5.2
– вторая крутка
210±20
210±20
6
Ширина ткани
см
140
140
7
Число нитей на 10 см по основе
60–90
60–90
Критичным параметром для данных конструкций явилась необходимость достижения минимального уровня прочности 450 Н и низких величин промежуточного удлинения, т.е. достижения высокого модуля нити. Величины удлинения 2,5–3,5±0,5 % (по ASTM D885) дают возможность модернизации существующих конструкций шин без изготовления новой оснастки (прессформ), ограничением является существующий для всех шин норматив на ширину профиля шины, который регламентирован ГОСТ, ETRTO и нормами МЭК ООН.
Использование же еще более прочных кордных тканей типа с разрывной нагрузкой 550 Н и более [10] ограничено существующими технологическими возможностями. Для их термообработки на существующих линиях необходимо существенно снижать ширину ткани, так как усилие натяжения в линии при термообработке ограничено, что приводит к большим отходам при производстве шин, поскольку все каландровое и раскройное оборудование оптимизировано под ширины 135–145 см. С другой стороны, сама технология сборки многослойных шин не позволяет производить каркасы с числом слоев менее 3–4 из-за деформирования последнего в процессе сборки шины.
Из уровня техники известна полиэфирная кордная ткань [10], применяемая в производстве текстильных армирующих материалов, в частности для каркаса радиальных крупногабаритных шин. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик, в частности в увеличении срока эксплуатации грузовых шин. Полиэфирная кордная ткань, образована переплетением основных и уточных нитей, при этом в качестве основной нити использована полиэфирная нить, а в качестве уточной нити – двухкомпонентная хлопкополиамидная нить, при этом ткань выполнена пропитанной, причем после пропитки ткань имеет модуль упругости не более 2 % при нагрузке 39–45 Н, удлинение при разрыве не более 18 % и жесткость 50–70 сН. Однако данное техническое решение не позволяет увеличить рабочие скорости шины и существенно снизить количество резины в конструкции и, соответственно, не допустить повышения рабочих температур при качении. Кроме того, полиэфирный корд не используется в конструкциях каркаса с числом слоев больше трех из-за скалывания жесткой полиэфирной нити в зонах сжатия, которые неизбежно возникают во внутренних слоях многослойного каркаса при качении.
Из уровня техники известно решение [11], направленное на создание высокопрочного пропитанного термофиксированного корда, изготовленного из полимера полиамид 66 на 25–50 %. Решение заключается в том, что двух- или трехнитевый пропитанный и термофиксированный корд из полиамида 6,6 изготовлен из исходных нитей из полиамида 6,6, имеющих значение растягивающего напряжения при 4%-ом удлинении больше чем 1,30 сН/децитекс, предпочтительно – от 1,35 до 1,60 сН/децитекс (определяемое с помощью динамометра в соответствии со стандартом ASTM D885-16), характеризуется тем, что – его напряжение при 4%-ом удлинении (определяемое с помощью динамометра в соответствии со стандартом ASTM D885-16) превышает 1,2 сН/децитекс и мене 2,0 сН/децитекс, – и его термоусадка, определяемая при 177 °C под предварительным натяжением 0,045 г/децитекс и при времени выдержки 2 мин, является более высокой, чем 4,0 %, и более низкой, чем 7,0 %. При этом значение напряжения при 4%-м удлинении исходной нити предпочтительно является более высоким, чем 1,35 сН/децитекс, и более низким, чем 1,50 сН/децитекс. При этом корд имеет термоусадку предпочтительно от 5,0 до 6,5 %, полную толщину минимум 300 децитекс и максимум 4000 децитекс, а коэффициент крутки корда минимум 100 и максимум 250, предпочтительно – от 120 до 180, вычисляемый в соответствии со следующей формулой: Коэффициент крутки = (t/m Ч SQRT (текс/1000)).
Недостатком данного решения является существенное повышение стоимости ткани и, соответственно, корда, изготовленного из волокна полиамид 66. Как показали исследования, в настоящий момент повышение прочности корда на 4–5 % привело к росту стоимости на 7–10 % (802 полиамид 66) и не может быть экономически обоснованным для модернизации существующих многослойных конструкций, с одной стороны; с другой стороны, такая прочность полимера теоретически позволяет снизить количество слоев до трех и менее, однако собрать такую шину по существующей технологии многослойных шин практически невозможно. Практическая реализация возможна только четырехслойных конструкций из-за проблем с возникающей при изготовлении деформации каркаса при двухстадийной сборке.
Основным недостатком имеющегося решения является высокая стоимость кордной ткани на основе полиамида 66. В настоящий момент цена волокна из полиамида 66 в 1,6–2 раза выше цены волокна из полиамида 6.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является создание высокопрочной полиамидной кордной ткани для каркаса многослойных шин при обеспечении возможности снижения числа слоев в многослойных шинах при сохранении существующей технологии и снижении ее стоимости в сравнении с существующими вариантами.
Поставленная техническая задача решается тем, что пропитанная и термообработанная кордная ткань из полимера производится из крученных нитей, изготовленных из волокна полиамид 6 в два или более сложений с суммарным калибром нити 5600–6700 дтекс, при этом нити кордной ткани характеризуется следующими параметрами в пропитанном и термообработанном состоянии:
– число кручений 160–240 оборотов на метр;
– минимальная разрывная нагрузка 450–550 Н;
– промежуточное удлинение 3,0–3,5±0,5 % при 45 Н.
Изготовление кордной ткани осуществляется на существующем стандартном оборудовании. Стоимость кордной ткани снижается на 40–50 % по сравнению с существующей конструкцией на полиамиде 66. При этом большинство размеров грузовых комбинированных шин может быть произведено с четырехслойным каркасом.
Число кручений определяется для кордной ткани из полимера, прошедшей пропитку и термообработку, поскольку после термообработки число кручений на единицу длины уменьшается в связи с вытягиванием нитей и отличается от первоначального количества кручений нити в необработанной ткани.
Возможные варианты реализации на основе существующих калибров нити: 2100×3, 2000×3, 2800×2, 3100×2, которые обеспечивают суммарный калибр скрученной нити – более 5600 дтекс, либо используют нестандартные калибры нити, которые обеспечивают суммарный калибр.
Заявляемое изобретение поясняется следующими конкретными примерами.
Пример 1.
Пропитанная и термообработанная кордная ткань из полимера, нити которой изготовлены из волокна полиамид 6 калибром 3100 дтекс в два сложения (3100×2=6200) счастотой нитей в ткани 78 нитей/дм. Пропитка ткани осуществляется составом на линии Benninger Zell составом на основевинилпиридинового латекса или сочетания латексов винилпиридинового и СКД, термообработка с максимальным усилием натяжения 6900 кг на полотно и максимальной температурой в зоне нагрева пропиточной линии до 220 градусов, скорость полотна 55 метров в минуту. Нити полученной пропитанной и термообработанной кордной ткани обладают следующими техническими характеристиками (по ASTM D885):
• число кручений 210 оборотов на метр;
• минимальная разрывная нагрузка 460 Н;
• промежуточное удлинение 3,5±0,5 % при 45 Н.
Пример 2.
Пропитанная и термообработанная кордная ткань из полимера, нити которой изготовлены из волокна полиамид 6 калибром 2000 дтекс, в три сложения (2000×3). Частота нитей в ткани – 80 нитей/дм. Пропиткаткани осуществляется на линии Benninger Zell составом на основевинилпиридинового латекса или сочетания латексов винилпиридинового и СКД, термообработка с максимальным усилием натяжения 6950 кг на полотно и максимальной температурой в зоне нагрева пропиточной линии до 200 градусов, скорость полотна 50 метров в минуту. Нити полученной пропитанной и термообработанной кордной ткани обладают следующими техническими характеристиками (по ASTM D885):
• число кручений 220 оборотов на метр;
• минимальная разрывная нагрузка 500 Н;
• промежуточное удлинение 3,3±0,5 % при 45 Н.
Пример 3.
Пропитанная и термообработанная кордная ткань, нити которой изготовлены из волокна полиамид 6 калибром 2100 дтекс в три сложения (2100×3=6300). Частота нитей в ткани 74 нитей/дм. Пропиткаткани осуществляется на линии Benninger Zell составом на основевинилпиридинового латекса или сочетания латексов винилпиридинового и СКД, термообработка с максимальным усилием натяжения 7000 кг на полотно и максимальной температурой в зоне нагрева пропиточной линии до 220 градусов, скорость полотна 55 метров в минуту. Нити полученной пропитанной и термообработанной кордной ткани обладают следующими техническими характеристиками (по ASTM D885):
• с числом кручений 190 оборотов на метр;
• минимальная разрывная нагрузка 550 Н;
• промежуточное удлинение 3,5±0,5 % при 45 Н.
Предлагаемая кордная ткань для каркаса многослойных шин может быть произведена на стандартном оборудовании в условиях массового производства и использована для производства каркаса пневматических многослойных шин радиальной и диагональной конструкции
Используемые источники:
1. Бидерман В.Л., Гуслицер Р.Л., Захаров С.П., Селезнев И.И. Автомобильные шины, Москва, «Госхимиздат», 1963 г.
2. Отчет по результатам анализа шин. Грузовые радиальные шины. Бюллетень «Информ-Простор» № 4. 0094-ИП. М., 2000 г.
3. Отчет по результатам анализа шин. Грузовые радиальные шины. Бюллетень «Информ-Простор». № 4 0095-ИП. М., 2000 г.
4. Отчет по результатам анализа шин. Грузовые радиальные шины. Бюллетень «Информ-Простор». № 4 0097-ИП. М., 2000 г.
5. ТУ 2281-058-00205311-2013 Ткань кордная капроновая пропитанная.
6. ТУ 13.96.15-067-00205311-2016 Ткань кордная анидная пропитанная.
7. Патент РФ № 2317212 Покрышка пневматической шины.
8. Патент РФ № 2377136 Покрышка пневматической шины.
Gent9.  A.N, Walter J.D. The Pneumatic tire, U.D. Departament of Transportation, Washington DС 20590, 2005.
10. Полезная модель патент № 190363.
11. Заявка на изобретении № 2017146385 Высокомодульные корды из нейлона 66.