ШИНА С УЛУЧШЕННЫМ ПРОТЕКТОРОМ
TIRE WITH PERFECTED TREAD

Область техники
Настоящее изобретение относится к шинам для пассажирских транспортных средств. В частности, оно относится к шинам, подходящим для спортивной езды.
Уровень техники
Сцепление шин с поверхностью, по которой они катятся, является одной из наиболее важных характеристик с точки зрения безопасности водителя транспортного средства, снабженного шинами. Это также играет ключевую роль при определении эксплуатационных качеств транспортного средства при спортивной езде. Если его шины теряют свою способность следовать курсу в результате плохого сцепления, транспортным средством больше нельзя управлять.
Разумеется, транспортное средство, даже если оно предназначено для спортивного применения, должно обеспечивать возможность вождения в изменяющихся погодных условиях. Поэтому известной практикой является снабжение шины средствами, которые обеспечивают хорошее сцепление на сухом грунте и на мокром грунте. В частности, можно адаптировать, по меньшей мере, часть рисунка протектора к использованию на мокром грунте, например, путем создания углублений, способных отводить и/или сохранять воду, или путем увеличения числа кромок в рисунке протектора, способных разрезать водяную пленку, возникшую между протектором и поверхностью. Также можно варьировать материалы, из которых изготовлен протектор, используя каучуковые соединения, более подходящие для применения на мокром грунте и/или на сухом грунте. Протектор, содержащий два типа каучукового соединения, способен обеспечить хорошее сцепление в любых обстоятельствах. Пример такой шины раскрыт в публикации ЕР 1308319.
В условиях спортивной езды на шины транспортного средства действуют существенные поперечные напряжения, когда транспортное средство, снабженное шинами, поворачивает. Во время поворота в зоне контакта, где каждая шина приходит в контакт с поверхностью, по которой она катится, поперечные напряжения вызывают деформацию, приводящую к получению, по существу, трапецеидальной формы. Сторона зоны контакта, дальняя от центра изгиба дороги, удлиняется, а сторона зоны контакта, ближняя к центру изгиба дороги, укорачивается.
"Сторона зоны контакта, дальняя от центра изгиба дороги" является стороной, с которой элементы протектора приходят в контакт с поверхностью в направлении скорости смещения центра колеса, на котором установлена шина. По этой причине она иногда называется "(поперечным) передним краем". Противоположная сторона, то есть "сторона зоны контакта, ближняя к центру изгиба дороги" иногда называется "(поперечным) задним краем".
Такая "трапецеидальная" деформация изменяет как нагрузку, воспринимаемую различными дорожками протектора, так и вклад, вносимый каждой из них в поперечную силу, создаваемую шиной. При конкретной нагрузке, которую должны выдерживать шины транспортного средства в конкретной ситуации движения в повороте, дорожки, которые удлиняются, воспринимают большую долю от суммарной нагрузки на шину. Дорожки, которые укорачиваются, соответственно воспринимают меньшую часть суммарной нагрузки на шину. При конкретной поперечной силе, создаваемой одной из шин в конкретной ситуации движения в повороте, из этого следует, что наиболее сильно нагруженными дорожками (которые в общем случае расположены на стороне, дальней от центра изгиба дороги) являются те, которые вносят наибольший вклад в суммарную поперечную силу.
Каучуковые соединения, пригодные для использования на мокром грунте, в общем случае являются более уязвимыми при очень высоких термических и механических напряжениях, возникающих в зоне контакта шины в жестких условиях движения в повороте на сухом дорожном полотне. Если протектор шины снабжен областями, изготовленными из каучукового соединения с лучшим сцеплением на сухом грунте, и областями, изготовленными из каучукового соединения с лучшим сцеплением на мокром грунте, то предпочтительно сделать таким образом, чтобы каучуковое соединение, имеющее лучшее сцепление на сухом грунте, располагалось на той стороне зоны контакта, которая является дальней от центра изгиба дороги. В результате, даже если зона контакта становится трапецеидальной, шина будет сохранять хорошее сцепление на сухом грунте, то есть хорошую способность создавать большую поперечную силу. Кроме того, так как давление в контакте с поверхностью выше на этой же стороне зоны контакта (которая является дальней от центра изгиба дороги), то отвод воды, которой смочено дорожное полотно, является, в основном, вполне удовлетворительным в этой части зоны контакта. Как следствие, в этой области протектора создаются условия, которые обеспечивают хороший контакт при сцеплении и позволяют использовать каучуковое соединение с лучшим сцеплением на сухом грунте. Другими словами, в этой области шина ведет себя так, как если бы она катилась по сухому грунту. Поэтому нет необходимости в этой части протектора обеспечивать каучуковое соединение, которое имеет лучшее сцепление на мокром грунте, и у которого эксплуатационные качества на сухом грунте хуже, чем эксплуатационные качества каучукового соединения, которое имеет лучшее сцепление на сухом грунте. Примером шины, которая имеет такое распределение каучуковых соединений в ее протекторе, является шина Pilot Sport 2, предлагаемая на рынке компанией Michelin.
Несмотря на хорошие эксплуатационные качества, предлагаемые этой шиной с точки зрения сцепления, по-прежнему существует растущая необходимость в улучшении у шин компромисса между сцеплением на сухом грунте и сцеплением на мокром грунте, и, в частности, у шин, предназначенных для спортивной езды.
Сущность изобретения
Таким образом, одной из задач настоящего изобретения является создание шины, которая обеспечивает лучший компромисс между сцеплением на сухом грунте и сцеплением на мокром грунте.
Эта задача решается за счет использования шины, имеющей заданное направление установки, в которой область той части протектора, которая традиционно зарезервирована для каучуковых соединений, имеющих лучшее сцепление на мокром грунте, изготовлена из каучукового соединения, имеющего лучшее сцепление на сухом грунте. Другими словами, область той части протектора, которая расположена на стороне шины, обращенной к транспортному средству, когда шина установлена на транспортном средстве в заданном направлении установки (то есть на "внутренней стороне" шины, при этом на соответствующую боковую стенку обычно нанесена надпись "внутренняя сторона" и/или на противоположную боковую стенку обычно нанесена надпись "внешняя сторона"), изготовлена из каучукового соединения, имеющего лучшее сцепление на сухом грунте.
Если говорить конкретнее, эта задача решается за счет использования шины, предназначенной для установки на монтажный обод колеса транспортного средства и имеющей заданное направление установки на транспортное средство, которая содержит протектор, имеющий среднюю радиальную высоту НВ и содержащий поверхность качения, предназначенную для приведения в контакт с грунтом, когда шина катится по этому грунту, причем протектор имеет внешний край и внутренний край, внешний край расположен на той стороне шины, которая при установке шины на транспортном средстве в упомянутом заданном направлении установки обращена от транспортного средства, внутренний край расположен на той стороне шины, которая при установке шины на транспортном средстве в упомянутом заданном направлении установки обращена к транспортному средству, и осевое расстояние между внешним краем и внутренним краем определяет осевую ширину L протектора.
Протектор содержит первую область, изготовленную из, по меньшей мере, одного первого каучукового соединения, причем первая область проходит в любом радиальном сечении от внешнего края к первому осевому положению, и осевое расстояние первого осевого положения от внешнего края составляет от 20% до 40% осевой ширины L протектора включительно.
Протектор также содержит вторую область, изготовленную, по меньшей мере, из одного второго каучукового соединения, причем вторая область проходит в любом радиальном сечении от первого осевого положения до второго осевого положения, и осевое расстояние второго осевого положения от внешнего края составляет от 50% до 60% осевой ширины L протектора включительно.
Протектор также содержит третью область, изготовленную, по меньшей мере, из одного третьего каучукового соединения, причем третья область проходит в любом радиальном сечении от второго осевого положения до третьего осевого положения, и осевое расстояние третьего осевого положения от внешнего края составляет от 80% до 90% осевой ширины L протектора включительно.
Наконец, протектор содержит четвертую область, изготовленную, по меньшей мере, из одного четвертого каучукового соединения, причем четвертая область проходит в любом радиальном сечении от третьего осевого положения до внутреннего края протектора.
Первая, вторая, третья и четвертая области проходят по всей окружности шины и имеют сопряжение с поверхностью качения, когда шина является новой или, в крайнем случае, после не более 10% износа высоты НВ.
По меньшей мере, одно первое каучуковое соединение и, по меньшей мере, одно третье каучуковое соединение содержат, по меньшей мере, один эластомер и, по меньшей мере, один усиливающий наполнитель, содержащий углеродную сажу, причем процентное содержание PN1 углеродной сажи составляет от 50% до 100% веса всего усиливающего наполнителя включительно, а, по меньшей мере, одно второе каучуковое соединение и упомянутое, по меньшей мере, одно четвертое каучуковое соединение содержат, по меньшей мере, один эластомер и, по меньшей мере, один усиливающий наполнитель, возможно включающий углеродную сажу, причем процентное содержание PN2 углеродной сажи составляет от 0% до 50% веса всего усиливающего наполнителя включительно.
По меньшей мере, одно первое каучуковое соединение и, по меньшей мере, одно третье каучуковое соединение при 0°С и напряжении 0,7 МПа имеют значение tgδ, которое ниже (предпочтительно, по меньшей мере, на 0,05), чем у, по меньшей мере, одного второго каучукового соединения и, по меньшей мере, одного четвертого каучукового соединения.
Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, все области, изготовленные из, по меньшей мере, одного первого, второго, третьего и четвертого соединений, имеют сопряжение с поверхностью качения шины, когда шина является новой. Таким образом, шина способна реализовать весь свой потенциал сразу с начала использования.
Согласно другому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, по меньшей мере, одно третье каучуковое соединение идентично, по меньшей мере, одному первому каучуковому соединению, а, по меньшей мере, одно четвертое каучуковое соединение идентично, по меньшей мере, одному второму каучуковому соединению. Этот вариант обладает ощутимым преимуществом, заключающимся в упрощении производства шины и управления складскими запасами каучукового соединения на заводе.
Согласно третьему предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, по меньшей мере, одно первое каучуковое соединение и, по меньшей мере, одно третье каучуковое соединение при 10°С и напряжении 0,7 МПа имеют значение tgδ, которое выше (предпочтительно, по меньшей мере, на 0,05), чем у, по меньшей мере, одного второго каучукового соединения и, по меньшей мере, одного четвертого каучукового соединения. По сути значение tgδ каучукового соединения при 10°С и напряжении 0,7 МПа точно характеризует сцепление на сухом грунте.
Согласно еще одному предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, разница между значениями tgδ для упомянутого, по меньшей мере, одного первого каучукового соединения и упомянутого, по меньшей мере, одного второго каучукового соединения составляет 0,05 и более, разница между значениями tgδ для упомянутого, по меньшей мере, одного второго каучукового соединения и упомянутого, по меньшей мере, одного третьего каучукового соединения составляет 0,05 или более, и разница между значениями tgδ для упомянутого, по меньшей мере, одного третьего каучукового соединения и упомянутого, по меньшей мере, одного четвертого каучукового соединения также составляет 0,05 или более. Это выполняется как для значений tgδ при 0°С, так и для значений tgδ при 10°С, в зависимости от ситуации.
Разумеется возможно и даже желательно комбинировать два или более из описанных вариантов реализации настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - шина согласно уровню техники;
Фиг.2 - общий вид части шины согласно уровню техники;
Фиг.3 - вид в разрезе четверти шины согласно уровню техники при сечении радиальной плоскостью;
Фиг.4 и 5 - иллюстрация того, каким образом, определяется осевой край протектора;
Фиг.6 - иллюстрация термина "внутренний край" и "внешний край" протектора;
Фиг.7 - схематичный вид короны шины согласно уровню техники;
Фиг.8 - схематичная иллюстрация деформации шины согласно уровню техники, когда на нее действуют существенные поперечные напряжения;
Фиг.9 - иллюстрация трапецеидального искажения зоны контакта такой шины;
Фиг.10 и 11 - иллюстрация трапецеидального искажения зоны контакта двух шин, установленных на одной и той же оси транспортного средства, в зависимости от направления, в котором транспортное средство поворачивает; и
Фиг.12-14 - схематичный вид короны шины согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
При использовании термина "радиальный" имеет смысл провести различие между разными применениями этого слова специалистами в данной области техники. Во-первых, это слово относится к радиусу шины. Именно это имеется в виду, когда говорится, что точка Р1 находится "в радиальном направлении внутри" относительно точки Р2 (или "в радиальном направлении с внутренней стороны" от точки Р2), если она ближе к оси вращения шины, чем точка Р2. И, наоборот, говорится, что точка Р3 находится "в радиальном направлении снаружи" относительно точки Р4 (или "в радиальном направлении с внешней стороны" от точки Р4), если она дальше от оси вращения шины, чем точка Р4. Перемещение "в радиальном направлении внутрь (или наружу)" будет означать перемещение в сторону меньших (или больших) радиусов. Именно это значение слова также применяется при указании радиальных расстояний.
В отличие от этого говорится, что волокно или усиление являются "радиальными", когда волокно или элементы усиления расположены под углом в диапазоне от 80° до 90° включительно относительно окружного направления. В этом документе термин "волокно" должен восприниматься в очень общем смысле этого слова и охватывает мононитевые волокна, многонитевые волокна, корд, узкую ленту или эквивалентную конструкцию, вне зависимости от материала, из которого состоит волокно, или обработки поверхности, которой оно подверглось для улучшения его связывания с каучуком.
Наконец, "радиальное поперечное сечение" или "радиальное сечение" здесь означает, поперечное сечение или просто сечение плоскостью, проходящей через ось вращения шины.
"Осевое" направление - это направление, параллельное оси вращения шины. Говорится, что точка Р5 находится "в осевом направлении внутри" относительно точки Р6 (или "в осевом направлении с внутренней стороны" от точки Р6), если она ближе к срединной плоскости шины, чем точка Р6. И, наоборот, говорится, что точка Р7 находится "в осевом направлении снаружи" относительно точки Р8 (или "в осевом направлении с внешней стороны" от точки Р8), если она дальше от срединной плоскости шины, чем точка Р8. "Срединная плоскость" шины является плоскостью, которая перпендикулярна оси вращения шины и расположена на равных расстояниях от кольцевых усиливающих структур каждого борта.
"Окружное" направление - это направление, перпендикулярное как радиусу шины, так и осевому направлению. "Окружное сечение" является сечением плоскостью, перпендикулярной оси вращения шины.
В этом документе говорится, что два усиливающих элемента являются "параллельными", если угол между этими двумя элементами составляет не более 20°.
Под "поверхностью качения" здесь понимаются все точки на протекторе шины, которые приходят в контакт с поверхностью дороги, когда шина катится.
Выражением "каучуковое соединение" обозначено соединение каучука, содержащее, по меньшей мере, один эластомер и один наполнитель.
Чтобы облегчить прочтение описания вариантов реализации настоящего изобретения, продемонстрированных с использованием чертежей, для указания элементов, имеющих идентичную конструкцию, используются одни и те же ссылочные позиции.
На фиг.1 схематично показана шина 10 согласно известному уровню техники. Шина 10 содержит корону, имеющую усиление короны (на фиг.1 не видно), над которым находится протектор 40, две боковые стенки 30, проходящие от короны в радиальном направлении внутрь, и два борта 20, расположенные в радиальном направлении с внутренней стороны от боковых стенок 30.
На фиг.2 приведен схематичный общий вид части шины 10, соответствующей известному уровню техники, на котором показаны различные компоненты шины. Шина 10 содержит каркасное усиление 60, состоящее из волокон 61, покрытых каучуковым соединением, и два борта 20, каждый из которых содержит кольцевые усиливающие структуры 70, удерживающие шину 10 на ободе (не изображен). Каркасное усиление 60 закреплено в каждом из бортов 20. Шина 10, кроме того, содержит усиление короны, имеющее два слоя 80 и 90. Каждый из слоев 80 и 90 усилен волокноподобными усиливающими элементами 81 и 91, причем элементы внутри каждого слоя параллельны, а элементы из разных слоев пересекаются, при этом образуются углы от 10° до 70° относительно окружного направления.
Шина дополнительно содержит охватывающее усиление 100, расположенное в радиальном направлении с внешней стороны от усиления короны, причем это охватывающее усиление создано из ориентированных по окружности, намотанных по спирали усиливающих элементов 101. На охватывающее усиление наложен протектор 40, именно этот протектор 40 обеспечивает контакт между шиной 10 и дорожным полотном. Шина 10 изображена как "бескамерная" шина: она содержит "внутренний слой" 50, изготовленный из каучукового соединения, непроницаемого для накачиваемого газа, который закрывает внутреннюю поверхность шины.
На фиг.3 приведен схематичный вид в разрезе, при сечении радиальной плоскостью, одной четверти эталонной шины 10 типа Pilot Sport 2, предлагаемой на рынке компанией Michelin. Шина 10 содержит два борта 20, предназначенных для приведения в контакт с монтажным ободом (не изображен), причем каждый борт 20 содержит множество кольцевых усиливающих структур 70. Две боковых стенки 30 проходят от бортов 20 в радиальном направлении наружу и переходят в корону 25, содержащую усиление короны, состоящее из первого слоя 80 усиливающих элементов и второго слоя 90 усиливающих элементов, выше которого в радиальном направлении находится охватывающее усиление 100, выше этого усиления в радиальном направлении находится протектор 40. Также указана срединная плоскость 130 шины.
Способ определения осевых краев протектора иллюстрируют фиг.4 и 5, на каждой из которых показан профиль области протектора 40 и профиль той части боковой стенки 30, которая примыкает к нему. В некоторых конструкциях шины переход от протектора к боковой стенке является четко выраженным, как в случае, изображенном на фиг.4, и определение осевого края 45 протектора 40 является несложным. Однако существуют конструкции шин, в которых переход между протектором и боковой стенкой является плавным. Пример приведен на фиг.5. Тогда край протектора определяется следующим образом. В радиальном поперечном сечении шины проводится касательная к поверхности качения шины в любой точке на этой поверхности в зоне перехода к боковой стенке. Осевой край - это точка, в которой угол α (альфа) между касательной и осевым направлением равен 30°. Если имеется несколько точек, в которых угол α (альфа) между касательной и осевым направлением равен 30°, то выбирается точка, наиболее удаленная в радиальном направлении наружу. В случае шины с фиг.3 осевой край 45 был определен именно таким путем.
Каждый слой 80, 90 усиливающих элементов содержит волокноподобные усиливающие элементы, расположенные внутри матрицы из каучукового соединения. Усиливающие элементы каждого слоя, по существу, параллельны между собой, усиливающие элементы двух разных слоев пересекаются под углом приблизительно 20°, что хорошо известно специалистам в данной области техники для шин, относящихся к радиальным.
Шина 10 дополнительно содержит каркасное усиление 60, которое проходит от бортов 20 через боковые стенки 30 вплоть до короны 25. Это каркасное усиление 60 в данном случае содержит волокноподобные усиливающие элементы, которые ориентированы, по существу, в радиальном направлении, то есть проходят под углом, составляющим от 80° до 90° включительно к окружному направлению.
Каркасное усиление 60 содержит множество каркасных усиливающих элементов, оно закреплено в двух бортах 20 между кольцевыми усиливающими структурами 70.
На фиг.7 схематично показана корона шины, соответствующей известному уровню техники, которая предназначена для установки на монтажный обод колеса транспортного средства и имеет заданное направление установки на транспортное средство. Эта корона, в частности, содержит протектор, имеющий среднюю радиальную высоту НВ. Протектор содержит поверхность 47 качения, предназначенную для приведения в контакт с поверхностью дороги, когда шина катится по этой поверхности.
Протектор имеет внешний край 45 и внутренний край 46, причем внешний край 45 расположен на той стороне шины, которая при установке шины на транспортном средстве в упомянутом заданном направлении установки обращена от транспортного средства (см. фиг.6), и внутренний край 46 расположен на той стороне шины, которая при установке шины на транспортном средстве в упомянутом заданном направлении установки обращена к транспортному средству (см. фиг.6). Осевое расстояние между внешним краем 45 и внутренним краем 46 определяет осевую ширину L протектора.
Протектор содержит первую область 411, изготовленную из первого каучукового соединения. Первая область 411 проходит в любом радиальном сечении от внешнего края 45 до первого осевого положения 41, причем осевое расстояние L1 первого осевого положения от внешнего края 45 равно 40% осевой ширины L протектора. Первая область 411 проходит по всей окружности шины и имеет сопряжение с поверхностью качения, когда шина является новой (неизношенной).
Протектор также содержит вторую область 412, изготовленную из второго каучукового соединения. Вторая область 412 проходит в любом радиальном сечении от первого осевого положения 41 до внутреннего края 46 протектора. Второе каучуковое соединение обеспечивает сцепление на мокром грунте лучше, чем сцепление на мокром грунте у первого каучукового соединения, и сцепление на сухом грунте хуже, чем сцепление на сухом грунте у первого каучукового соединения. Эта область проходит по всей окружности шины и имеет сопряжение с поверхностью качения, когда шина является новой (неизношенной).
На фиг.8 и 9 схематично показана деформация шины 10, соответствующей известному уровню техники, которая накачана до 3 бар и сильно нагружена (нагрузка 7100 Н), когда на эту шину воздействуют существенные поперечные напряжения (кривизна: -4,4°, скорость бокового заноса: 3 м/с). Фиг.8 соответствует виду в направлении движения шины вперед. Ссылочной позицией 2 указана ось вращения шины 10, а ссылочной позицией 3 - грунт, по которому катится шина 10.
На фиг.9 показан след шины 10 на грунте 3. В первом приближении этот след имеет форму трапеции 4, длинная сторона 5 которой представляет собой сторону, дальнюю от центра изгиба дороги, проходимого транспортным средством, на котором установлена шина 10. Так как сцепление шины выше на сухом грунте, чем на мокром грунте, поперечные силы, которые могут воздействовать на шину 10, также выше на сухом грунте, и трапецеидальная деформация является более отчетливой. Поэтому предпочтительно сделать так, чтобы область каучукового соединения с лучшим сцеплением на сухом грунте находилась на той стороне зоны контакта, которая является дальней от центра изгиба дороги, как в случае шины, показанной на фиг.7. За счет расположения области, изготовленной из каучукового соединения с лучшим сцеплением на мокром грунте на той стороне зоны контакта, которая является ближней к центру изгиба дороги, можно достичь выгодного компромисса между сцеплением шины на сухом грунте и на мокром грунте.
При определении шины согласно изобретению делается различение между той стороной шины, которая при установке шины на транспортном средстве в заданном положении установки обращена от транспортного средства, и той стороной шины, которая при установке шины на транспортном средстве в заданном положении установки обращена к транспортному средству. В предыдущем абзаце в отличие от этого физические явления рассмотрены со ссылкой на дальнюю и ближнюю стороны по отношению к центру изгиба дороги. Разумеется, такие принципы различения не соответствуют друг другу, так как ссылка на центр изгиба дороги зависит от направления этого изгиба (от того, поворачивает транспортное средство налево или направо), в то время как сторона, обращенная от транспортного средства, и сторона, обращенная к транспортному средству, от этого не зависят. Это очевидное затруднение может быть объяснено с использованием фиг.10 и 11.
Фиг.10 иллюстрирует трапецеидальную деформацию зоны контакта двух шин 11 и 12, установленных на одной и той же оси 7 транспортного средства, если смотреть в направлении вверх от поверхности, по которой шины катятся. Рассматриваемый случай представляет собой изгиб дороги влево (если рассматривать с точки зрения водителя транспортного средства), то есть изгиб дороги в направлении, указанном с использованием стрелки 151. Шины 11 и 12 установлены в их заданных направлениях установки: внутренние края 46 их протекторов находятся на стороне, обращенной к корпусу транспортного средства (корпус не показан), при этом внешние края 45 обращены от транспортного средства. Строго говоря, ситуацию оптимизирует только шина 11, так как каучуковое соединение с лучшим сцеплением на сухом грунте, расположенное на стороне внешнего края 45, находится на стороне, дальней от центра изгиба дороги. В отличие от этого, что касается шины 12, каучуковое соединение с лучшим сцеплением на сухом грунте находится на стороне, ближней к центру изгиба дороги. Как показано на Фиг.11, ситуация меняется на обратную, когда водитель поворачивает вправо (с его точки зрения), то есть в направлении, указанном с использованием стрелки 152. На фиг.11 лучше приспособлена именно шина 12. Каким бы ни было направление изгиба дороги, всегда имеется одна шина, которая "не приспособлена". Так как обычное транспортное средство также часто поворачивает налево, как и направо, все-таки предпочтение должно отдаваться шине, которая находится на стороне, дальней от центра изгиба дороги, потому что именно эта шина воспринимает большую часть нагрузки и имеет более значительную зону контакта. Таким образом, именно эта шина играет доминирующую роль в итоговом сцеплении транспортного средства. Поэтому такая конфигурация соответствует выгодному компромиссу для транспортных средств, которые также часто поворачивают направо, как и налево. В редком случае транспортного средства, которое всегда поворачивает в одном направлении (например, транспортное средство, которое используется исключительно для движения по круговой траектории только в одном направлении), можно было бы оптимизировать установку шин, сделав так, что каучуковое соединение с лучшим сцеплением на сухом грунте всегда будет находиться на стороне, дальней от центра изгиба дороги.
В одном из вариантов реализации настоящего изобретения предлагается путь еще большего улучшения итогового сцепления и, в частности, улучшения компромисса между сцеплением на сухом грунте и сцеплением на мокром грунте. Эта задача решается за счет использования шины, имеющей заданное направление установки, в которой область той части протектора, которая традиционно зарезервирована для каучуковых соединений, имеющих лучшее сцепление на мокром грунте, изготовлена из каучукового соединения, имеющего лучшее сцепление на сухом грунте. Другими словами, область той части протектора, которая расположена на стороне шины, обращенной к транспортному средству, когда шина установлена на транспортном средстве в заданном направлении установки (то есть на "внутренней стороне" шины, при этом на соответствующую боковую стенку обычно нанесена надпись "внутренняя сторона" и/или на противоположную боковую стенку обычно нанесена надпись "внешняя сторона"), изготовлена из каучукового соединения, имеющего лучшее сцепление на сухом грунте.
На фиг.12 схематично показана корона шины, соответствующей одному из вариантов реализации настоящего изобретения. Эта корона, в частности, содержит протектор с осевой шириной L и средней радиальной высотой НВ. Протектор содержит поверхность 47 качения, предназначенную для приведения в контакт с поверхностью дороги, когда шина катится по этой поверхности.
Протектор имеет внешний край 45 и внутренний край 46, причем внешний край расположен на той стороне шины, которая при установке шины на транспортном средстве в упомянутом заданном направлении установки обращена от транспортного средства (см. фиг.6), и внутренний край 46 расположен на той стороне шины, которая при установке шины на транспортном средстве в упомянутом заданном направлении установки обращена к транспортному средству (см. фиг.6). То что было сказано выше по поводу определения точного положения внешнего края 45 и внутреннего края 46, также применимо к шине, соответствующей варианту реализации настоящего изобретения. Осевое расстояние между внешним краем 45 и внутренним краем 46 определяет осевую ширину L протектора.
Протектор содержит первую область 411, изготовленную из первого каучукового соединения, причем первая область 411 проходит в любом радиальном сечении от внешнего края 45 до первого осевого положения 41. Осевое расстояние L1 первого осевого положения 41 от внешнего края 45 равно 40% осевой ширины L протектора. Первое каучуковое соединение представляет собой соединение, имеющее хорошее сцепление на сухом грунте: оно содержит, по меньшей мере, один эластомер и, по меньшей мере, один усиливающий наполнитель, содержащий углеродную сажу, причем процентное содержание PN1 углеродной сажи составляет от 50% до 100% веса всего усиливающего наполнителя включительно.
Протектор содержит вторую область 412, изготовленную из второго каучукового соединения, причем вторая область 412 проходит в любом радиальном сечении от первого осевого положения 41 до второго осевого положения 42. Осевое расстояние L2 второго осевого положения 42 от внешнего края 45 равно 60% осевой ширины L протектора. Второе каучуковое соединение обеспечивает сцепление на мокром грунте лучше, чем сцепление на мокром грунте у первого каучукового соединения: оно содержит, по меньшей мере, один эластомер и, по меньшей мере, один усиливающий наполнитель, возможно включающий углеродную сажу, причем процентное содержание PN2 углеродной сажи составляет от 0% до 50% веса всего усиливающего наполнителя включительно.
Протектор также содержит третью область 413, изготовленную из третьего каучукового соединения, причем третья область 413 проходит в любом радиальном сечении от второго осевого положения 42 до третьего осевого положения 43. Осевое расстояние L3 третьего осевого положения 43 от внешнего края 45 равно 80% осевой ширины L протектора. Третье каучуковое соединение содержит, по меньшей мере, один эластомер и, по меньшей мере, один усиливающий наполнитель, содержащий углеродную сажу, причем процентное содержание PN1 углеродной сажи составляет от 50% до 100% веса всего усиливающего наполнителя включительно. В представленном варианте реализации настоящего изобретения первое и третье каучуковые соединения имеют один и тот же состав, что выгодно с точки зрения производства. Тем не менее, возможно, чтобы третье каучуковое соединение отличалось от первого каучукового соединения.
Наконец, протектор также содержит четвертую область 414, изготовленную из четвертого каучукового соединения, причем четвертая область 414 проходит в любом радиальном сечении от третьего осевого положения 43 до внутреннего края 46 протектора. Четвертое каучуковое соединение обеспечивает сцепление на мокром грунте лучше, чем сцепление на мокром грунте у первого каучукового соединения: оно содержит, по меньшей мере, один эластомер и, по меньшей мере, один усиливающий наполнитель, возможно включающий углеродную сажу, причем процентное содержание PN2 углеродной сажи составляет от 0% до 50% веса всего усиливающего наполнителя включительно. В представленном варианте реализации настоящего изобретения второе и четвертое каучуковые соединения имеют один и тот же состав, что выгодно с точки зрения производства. Тем не менее, возможно, чтобы четвертое каучуковое соединение отличалось от второго каучукового соединения.
Первая, вторая, третья и четвертая области проходят по всей окружности шины и имеют сопряжение с поверхностью 47 качения, когда шина является новой (неизношенной).
Первое и третье каучуковые соединения при 0°С и напряжении 0,7 МПа имеют значение tgδ, которое ниже, чем у второго и четвертого каучуковых соединений.
На фиг.13 схематично показана корона шины согласно другому варианту реализации изобретения. В отличие от случая шины с фиг.12 осевое расстояние L2 второго осевого положения 42 от внешнего края 45 равно 50% осевой ширины L протектора, а осевое расстояние L3 третьего осевого положения 43 от внешнего края 45 равно 90% осевой ширины L. Этот чертеж также иллюстрирует тот факт, что в шине согласно изобретению переходы между разными соединениями необязательно расположены в окружной канавке.
На фиг.14 схематично показана корона шины, соответствующей еще одному варианту реализации настоящего изобретения. В данном случае осевое расстояние L1 первого осевого положения 41 от внешнего края 45 равно 30% осевой ширины L, осевое расстояние L2 второго осевого положения 42 от внешнего края 45 равно 55% осевой ширины L, и осевое расстояние L3 третьего осевого положения 43 от внешнего края 45 равно 85% осевой ширины L.
В таблице I в качестве примера приведен состав каучуковых соединений, которые могут быть использованы. Состав приведен в pse (на сто частей эластомера), то есть в весовых частях на 100 весовых частей эластомера.
Таблица I
Соединение с лучшим сцеплением на сухом грунте
Соединение с лучшим сцеплением на мокром грунте
Эластомер SBR [1]
100
100
N 234 [2]
100
-
Диоксид кремния
-
100
Связывающий агент TESPT (Degussa Si 69)
-
8,0
Пластификатор [3]
50
50
Антиозоновый воск C32 ST
1,5
1,5
Антиоксидант (6PPD) [4]
2,0
2,0
Дифенилгуанидин (DPG)
-
1,7
ZnO
1,8
1,8
Стеариновая кислота
2,0
2,0
Сера
1,3
1,3
Ускоряющая добавка (CBS)
1,95
1,95
Примечания к таблице I:
[1] - SSBR c 40% стирола, 48% 1-4 трансполибутадиеновых групп
[2] - Углеродная сажа серии 230 (ASTM)
[3] - масло TDAE (очищенный дистиллированный ароматический экстракт)
[4] - N-(1,3-диметилбутил)-N'-фенил-p-фенилендиамин
Предпочтительно, основными компонентами каучуковых соединений являются, по меньшей мере, один диеновый эластомер, один усиливающий наполнитель и система перекрестного сшивания.
Под "диеновым" эластомером (или равноценно - каучуком) в известном смысле понимается эластомер, по меньшей мере, отчасти полученный из (т.е. гомополимер или сополимер) диеновых мономеров, то есть мономеров с двумя двойными связями "углерод - углерод", путем конъюгирования или иным образом. Используемый диеновый эластомер в предпочтительном случае выбирают из группы, состоящей из полибутадиенов (BR), натурального каучука (NR), синтетических полиизопренов (IR), сополимеров стирола-бутадиена (SBR), сополимеров изопрена-бутадиена (BIR), сополимеров изопрена-стирола (SIR), сополимеров бутадиена-стирола-изопрена (SBIR) и смесей этих эластомеров.
Предпочтительно использовать "изопреновый" эластомер, то есть гомополимер или сополимер изопрена, другими словами, диеновый эластомер, выбранный из группы, состоящей из натурального каучука (NR), синтетических полиизопренов (IR), различных сополимеров изопрена и смесей этих эластомеров.
Изопреновый эластомер в предпочтительном случае представляет собой натуральный каучук или синтетический полиизопрен типа цис-1,4. Из этих синтетических полиизопренов предпочтительно используют полиизопрены, которые имеют содержание связи цис-1,4 (в молярных процентах) свыше 90%, еще более предпочтительно - свыше 98%. Согласно другим предпочтительным вариантам реализации настоящего изобретения, диеновый эластомер может состоять, полностью или частично, из другого диенового эластомера, например, такого как эластомер SBR (E-SBR - эмульсионной полимеризации или S-SBR - растворной полимеризации), используемого в комбинации или ином сочетании с другим эластомером, например BR-типа.
g
В состав каучука также могут входить все или некоторые из добавок, обычно применяемых в каучуковых матрицах, используемых при производстве шин, например усиливающие наполнители, такие как углеродная сажа, либо неорганические наполнители, такие как диоксид кремния, связывающие агенты для неорганических наполнителей, вещества, препятствующие старению, антиоксиданты, пластификаторы или масла для наполнения, ароматической или неароматической природы (в частности масла, которые являются ароматическими только в очень небольшой степени, или неароматические, например, нафтенового или парафинового типа, с высокой или в предпочтительном случае низкой вязкостью, масла MES или TDAE, пластифицирующие каучуки с высоким уровнем T при температуре свыше 30°С), вещества, улучшающие обрабатываемость составов в сыром состоянии, каучуки, повышающие клейкость, система перекрестного сшивания на основе серы или доноров серы и/или пероксидов, ускорители, активаторы или замедлители вулканизации, антиреверсионные агенты, акцепторы и доноры метилена, например, такие как HMT (гексаметилентетрамин) или H3M (гексаметоксиметилмеламин), усиливающие каучуки (такие, как резорцинол или бисмалеимид), известные системы, способствующие адгезии, по типу относящиеся к соли металла, в частности соли кобальта или никеля.
Составы получают в соответствующих мельницах с использованием двух последовательных фаз приготовления, хорошо известных специалистам в данной области техники, а именно первой фазы термомеханической обработки или замешивания (так называемая "непродуктивная" фаза), проводящейся при высокой температуре, максимально составляющей от 110°С до 190°С, предпочтительно - от 130°С до 180°С, с последующей второй фазой механической обработки (так называемая "продуктивная" фаза) с понижением температуры, как правило, до уровня менее 110°С, на заключительной стадии которой вводится система перекрестного сшивания.
В качестве примера, непродуктивную фазу выполняют в один этап термомеханической обработки, длящийся несколько минут (например, от 2 до 10 мин), во время которого все необходимые базовые ингредиенты и другие добавки, кроме системы перекрестного сшивания или вулканизации, вводятся в подходящий смеситель, например обычный закрытый смеситель. Сразу после того, как полученное таким образом соединение остыло, к нему добавляют систему вулканизации уже в открытом смесителе, например открытой мельнице, в которой поддерживается низкая температура (например, от 30°С до 100°С). После чего выполняют смешивание (продуктивная фаза) в течение нескольких минут (например, от 5 до 15 мин).
Вулканизацию (или отверждение) можно выполнять известным путем при температуре, обычно составляющей от 130°С до 200°С, предпочтительно - под давлением, в течение продолжительного периода времени, который может меняться, например, от 5 до 90 мин, и зависит в частности от температуры отверждения, выбранной системы вулканизации и динамики вулканизации рассматриваемого состава.
В Таблице II приведены свойства каучуковых соединений, состав которых приведен в Таблице I.
Таблица II
Соединение с лучшим сцеплением на сухом грунте
Соединение с лучшим сцеплением на мокром грунте
tgδ при 0°С и 0,7 МПа
0,76
0,88
tgδ при 10°С и 0,7 МПа
0,69
0,58
2
Эти свойства измеряются с использованием анализатора вязкости (Metravib VA4000), в соответствии со стандартом ASTM D 5992-96. Записывается реакция тестового образца из вулканизированного состава (цилиндрический тестовый образец 4 мм толщиной и 400 мм в сечении), подвергнутого воздействию простых переменных синусоидальных сдвиговых напряжений с частотой 10 Гц, во время колебания температуры между 0°С и 100°С, при фиксированном напряжении 0,7 МПа, в частности - значение tgδ, наблюдаемое при 0°С, и значения tgδ, наблюдаемые при 10°С.
Как хорошо известно специалистам в данной области техники, значение tgδ при 0°С является показателем потенциала к сцеплению на мокром грунте: чем выше tgδ при 0°С, тем лучше сцепление. Значения tgδ при температурах выше 10°С являются показателями гистерезиса материала и потенциала к сцеплению на сухом грунте.
Если вернуться к соединениям, состав которых приведен в Таблице I, можно увидеть, что второй состав имеет значение tgδ при 0°С (наложенное напряжение 0,7 МПа), которое выше, чем у первого состава, это указывает на то, что его сцепление на мокром грунте будет лучше; и имеет значение tgδ при 10°С, которое ниже, чем у первого состава, это указывает на то, что его сцепление на сухом грунте будет хуже.
Были проведены тесты с использованием Porsche 997, на котором установлены шины Pilot Super Sport, размер 245/35 R20 (спереди) и 295/30 R20 (сзади). Было проведено сравнение шины, снабженной протектором, показанным на фиг.12, с эталонной шиной, снабженной протектором, показанным на фиг.7. Были использованы каучуковые соединения из Таблицы I. Шины, соответствующие настоящему изобретению, сэкономили в среднем 1 секунду на заезд (на "технологической" кольцевой трассе с длиной кольца 6,2 км в Нардо, Италия) на сухом грунте, при лишних затратах всего лишь 0,2 секунды на заезд на мокром грунте. Эти улучшенные значения времени были подтверждены субъективной оценкой водителей, которые сообщили о лучшем сцеплении на сухом грунте и, по существу, неизменном сцеплении на мокром грунте. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает лучший компромисс между сцеплением на сухом грунте и сцеплением на мокром грунте.