СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШИНЫ ДЛЯ КОЛЕС ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И ШИНА ДЛЯ КОЛЕС ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
METHOD FOR INCREASING PERFORMANCES OF TYRES FOR VEHICLE WHEELS AND TYRE FOR VEHICLE WHEELS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предметом настоящего изобретения является способ повышения эксплуатационных характеристик шины для колес транспортных средств. Изобретение также относится к шине для колес транспортных средств, в частности, к шине со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками (UHP), предназначенной для гоночных автомобилей, в более общем смысле - к шине, которую устанавливают на приводные колеса (обычно задние колеса) транспортных средств со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками. Подобные транспортные средства способны достигать высоких ходовых характеристик при максимальной мощности порядка сотен лошадиных сил (500-1000 л.с.) и максимальном крутящем моменте, составляющем сотни Нм (500-1000 Нм).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Шина для колес транспортных средств, как правило, содержит каркасный конструктивный элемент, соединенный с брекерным конструктивным элементом. В радиальном направлении снаружи относительно брекерного конструктивного элемента размещен протекторный браслет. Шины типа шин со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками (UHP), как правило, предусмотрены с брекерным конструктивным элементом, выполненным с радиально наружным усилительным слоем, содержащим армирующие корды, расположенные в соответствии с по существу нулевым углом относительно направления вдоль окружности шины и включенные в эластомерный материал.
Радиально наружные усилительные слои шин со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками могут содержать корды гибридного типа, полученные с арамидными нитями и нейлоновыми нитями. Примеры шин такого типа описаны, например, в документе WO 2005002884, ЕР 0571204, US 6799618, US 7337817, US 6533012 и ЕР 2065222.
В документе WO 2005002884 описана шина, содержащая слой брекера, содержащий, по меньшей мере, один первый удлиненный элемент и, по меньшей мере, один второй удлиненный элемент, при этом указанные удлиненные элементы намотаны по спирали вдоль направления по существу вдоль окружности шины, первый и второй удлиненные элементы расположены попеременно вдоль протяженности слоя брекера в аксиальном направлении, при этом первый удлиненный элемент представляет собой гибридный корд, содержащий, по меньшей мере, одну нить с высоким модулем упругости и одну нить с низким модулем упругости, скрученные вместе, и второй удлиненный элемент имеет более низкий модуль упругости по сравнению с модулем упругости указанного первого удлиненного элемента.
В документе ЕР 0571204 описана шина, содержащая брекерный конструктивный элемент и окружной усилительный слой брекера, который состоит из наложенных друг на друга лент в плечевой зоне, содержащих гибридный материал, состоящий из полиарамида и полиамида, и из обычного промежуточного усилительного слоя, расположенного между усилительными слоями двух плечевых зон.
В документе US 6799618 проиллюстрирована шина, которая содержит радиальный каркас, протекторный браслет и усилительный конструктивный элемент, расположенный между протекторным браслетом и каркасом. Усилительный конструктивный элемент содержит брекерный конструктивный элемент, выполненный с двумя слоями брекера, и один или два слоя, которые являются радиально наружными по отношению к усиленным слоям брекера с гибридными кордами из нейлона (940 дтекс) и арамида (1100 дтекс), которые образуют угол, находящийся в диапазоне от 0 до 5 градусов, относительно направления вдоль окружности шины.
В документе US 7337817 показана радиальная шина, содержащая, по меньшей мере, один слой брекера, в котором один или более кордов, покрытых резиной, намотаны по спирали почти параллельно направлению вдоль окружности самой шины. Корд брекера представляет собой гибридный корд, полученный скручиванием пучка арамидных волокон (1100 дтекс) с пучком нейлоновых волокон (940 дтекс).
В документе US 6533012 показана шина, содержащая коронный конструктивный элемент, выполненный с, по меньшей мере, одним усилительным слоем с параллельными армирующими кордами, ориентированными под углом, находящимся в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 45 градусов, относительно направления вдоль окружности, и, по меньшей мере, одним слоем текстильных кордов, намотанных по спирали и ориентированных в направлении вдоль окружности. Текстильные корды могут представлять собой корды гибридного типа из арамида (1670 дтекс) - нейлона (1400 дтекс).
В документе ЕР 2065222 показана шина радиального типа, выполненная со вспомогательным усилительным слоем, который образован гибридным кордом из волокна органического происхождения, намотанного вокруг наружной периферийной поверхности слоев брекера в направлении вдоль окружности. Корд из волокна органического происхождения получен скручиванием нити с высоким модулем упругости (превышающим 10000 МПа), такой как арамидная с характеристикой 1100 дтекс, с нитью с низким модулем упругости, выполненной из нейлона (940 дтекс).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последние годы производители автомобилей вводят на рынок транспортные средства, которые имеют все более высокие эксплуатационные характеристики также вследствие использования электрических двигателей, способных развивать очень высокие и по существу мгновенно достигаемые крутящие моменты. Можно сослаться, например, на гибридный автомобиль Ferrari 2013 (модель “LaFerrari”) с общей мощностью, составляющей почти 1000 л.с., и полным крутящим моментом, составляющим почти 1000 Нм.
Заявитель установил в результате наблюдений, что типовые усилительные брекерные конструктивные элементы больше не кажутся достаточными для гарантирования стабильности размеров шины и ее целостности при ее подвергании воздействию нагрузок, которые указанные транспортные средства способны создавать.
Заявитель также установил в результате наблюдений, что увеличение числа усилительных слоев с 0°, наложенных друг на друга в радиальном направлении, может не быть удовлетворительным решением проблемы гарантирования эксплуатационных характеристик и целостности при высоких и очень высоких скоростях. Увеличение числа усилительных слоев влечет за собой увеличение массы шины в радиально наружной зоне и - при той же скорости и крутящем моменте, передаваемом двигателем колесу, - увеличение сил инерции, действующих в указанной зоне.
При увеличении нагрузок/напряжений повышение жесткости, достигаемое благодаря множеству усилительных слоев, может, с одной стороны, не приводить к эффективному уменьшению радиальных и/или тангенциальных деформаций, в то время как, с другой стороны, оно может привести к ухудшению целостности шины, в частности, в коронной зоне.
В коронной зоне шины при высоких скоростях качения на слои, более наружные в радиальном направлении, более сильно отрицательно влияет воздействие центробежной силы (явление подъема). В такой зоне более четко выражена радиальная деформация, которая имеет тенденцию вызывать подъем центральной части протектора с возникающим в результате этого уменьшением ширины зоны отпечатка.
Деформация и тенденция слоев, в частности слоев брекера, к отделению друг от друга вызывают ухудшение эксплуатационных характеристик и могут привести к сравнительно быстрому разрушению шины.
В частях коронной зоны, близких к боковинам (краям и плечевым зонам) определяемые в аксиальном направлении концы брекерного конструктивного элемента и, в частности, так называемого брекера с нулевым углом удерживаются в меньшей степени, чем центральные части брекерного конструктивного элемента.
Следовательно, определяемые в аксиальном направлении концы брекеров могут более свободно деформироваться во время качения и, следовательно, требуют большего «удерживания» для противодействия деформациям и увеличению температуры в особенности при высоких скоростях.
Подобное удерживающее воздействие может быть получено посредством брекерного конструктивного элемента, который является более жестким благодаря наличию двух или более слоев брекера с нулевым углом, присоединенных на определяемых в аксиальном направлении концах брекерного конструктивного элемента.
Заявитель установил в результате наблюдений, что на эксплуатационные характеристики транспортного средства во время движения и во время маневров, выполняемых на высоких скоростях, может влиять способность шины противодействовать радиальным деформациям, вызываемым центробежными силами. Тем не менее, Заявитель отметил, что в том случае, если более «удерживающее» воздействие, достигаемое посредством слоя брекера с более жесткими усилительными элементами, расположенными по существу в направлении вдоль окружности (так называемого брекера с нулевым углом), противодействовало эффекту подъема при высоких скоростях, подобная более высокая жесткость приводила к отрицательному воздействию на эксплуатационные характеристики шины. Например, бóльшая чувствительность, придаваемая автотранспортному средству благодаря повышенной жесткости брекера с нулевым углом, отрицательно влияла на систему подвески транспортного средства, вызывая качение, которое ухудшало маневренность.
Заявитель обратил внимание на область гибридных усилителей и, в частности, на усилители, получаемые посредством скручивания нитей с высоким модулем и нитей с низким модулем, таких как гибриды, образованные нитями, выполненными из полиарамидного волокна, и нитями, выполненными из полиамидного волокна.
Заявитель заметил, что корд для сравнения в области спортивных автомобилей представляет собой гибридный корд, полученный посредством полиарамидной нити (нити из ароматического полиамида) с линейной плотностью 1670-1680 дтекс и нейлоновой нити с линейной плотностью 1400 дтекс.
Для повышения жесткости усилительных элементов, включенных в брекер с нулевым углом, Заявитель попытался использовать нити, выполненные из арамидного волокна с очень высокой линейной плотностью. Подобные элементы (например, корд, образованный нитью из полиарамидного волокна с линейной плотностью, превышающей 3000 дтекс, и нейлоновой нитью с линейной плотностью 1400 дтекс) не считались пригодными, поскольку они влекли за собой увеличение толщины слоя брекера, покрытого резиной, вызываемое увеличением поперечного сечения нитей, образующих усилительные элементы. Подобное увеличение толщины приводило к увеличению общей массы слоя, что входило в противоречие с желательным уменьшением инерции в радиально наружных зонах шины.
Заявитель установил в результате наблюдений, что гибридные усилительные элементы, выполненные из арамидных – нейлоновых волокон, образованных посредством использования арамидных волокон с низкой линейной плотностью, были непригодными. Даже в том случае, если существовала возможность получения хорошего модуля упругости корда, полученного таким образом, и сравнительно тонкого усиленного слоя, включающего в себя множество подобных кордов в эластомерной матрице, подобный корд и, следовательно, слой брекера имел недостаточный предел прочности на разрыв, поскольку разрывная разрушающая нагрузка на корд была слишком низкой относительно сравнительных кордов.
В такой ситуации и при наличии различных требований, противоречащих друг другу, Заявитель поставил задачу повышения эксплуатационных характеристик шины при высоких скоростях с особым вниманием к маневренности.
Заявитель обнаружил, что существует возможность повышения эксплуатационных характеристик транспортного средства, в частности, его маневренности при высоких скоростях за счет оснащения транспортного средства шинами, содержащими брекерный конструктивный элемент, который содержит радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе, содержащий множество гибридных армирующих кордов, расположенных в соответствии с по существу нулевым углом относительно экваториальной плоскости (Х-Х) шины, при этом каждый из указанных гибридных армирующих кордов образован двумя нитями из волокна из ароматического полиамида (арамидного волокна) и одной нитью из волокна из полиэфира и/или из алифатического полиамида, при этом каждая из нитей из волокна из ароматического полиамида имеет линейную плотность, которая меньше или равна приблизительно 1500 дтекс, и исходный модуль, равный или превышающий приблизительно 6000 сН/текс, измеренные в соответствии со стандартом BISFA (BISFA - Bureau International pour la Standardisation des Fibres Artificielles /Международное бюро по стандартизации искусственных волокон/) - Методы испытаний для нитей из параарамидных волокон, издание 2002 г.
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к способу повышения эксплуатационных характеристик транспортного средства, в частности, его маневренности, при высоких скоростях путем оснащения транспортного средства шинами, содержащими брекерный конструктивный элемент, который содержит радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе, содержащий множество гибридных армирующих кордов, расположенных в соответствии с по существу нулевым углом относительно экваториальной плоскости (Х-Х) шины, при этом каждый из указанных гибридных армирующих кордов образован двумя нитями из волокна из ароматического полиамида (арамидного волокна) и одной нитью из волокна из полиэфира и/или из алифатического полиамида, при этом каждая из нитей из волокна из ароматического полиамида имеет линейную плотность, которая меньше или равна приблизительно 1500 дтекс, и исходный модуль, равный или превышающий приблизительно 6000 сН/текс, измеренные в соответствии со стандартом BISFA - Методы испытаний для нитей из параарамидных волокон, издание 2002 г.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к шине для колес транспортных средств, содержащей брекерный конструктивный элемент, который содержит радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе, содержащий множество гибридных армирующих кордов, расположенных в соответствии с по существу нулевым углом относительно экваториальной плоскости (Х-Х) шины, при этом каждый из указанных гибридных армирующих кордов образован двумя нитями из волокна из ароматического полиамида (арамидного волокна) и одной нитью из волокна из полиэфира и/или из алифатического полиамида, при этом каждая из нитей из волокна из ароматического полиамида имеет линейную плотность, которая меньше или равна приблизительно 1500 дтекс, и исходный модуль, который равен или больше приблизительно 6000 сН/текс, измеренные в соответствии со стандартом BISFA - Методы испытаний для нитей из параарамидных волокон, издание 2002 г.
Настоящее изобретение, по меньшей мере, в одном из вышеуказанных аспектов может иметь один или более из предпочтительных отличительных признаков, описанных ниже.
Указанные две нити из волокна из ароматического полиамида (арамидного волокна) и указанную нить из волокна из полиэфира и/или из алифатического полиамида предпочтительно соединяют вместе посредством процесса скручивания.
Радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе предпочтительно собирают путем намотки непрерывного удлиненного элемента, содержащего, по меньшей мере, один указанный непрерывный гибридный корд, вдоль множества витков спирали.
Непрерывный удлиненный элемент предпочтительно наматывают так, чтобы витки спирали были смежными в аксиальном направлении.
Непрерывный удлиненный элемент предпочтительно наматывают так, чтобы витки спирали были по меньшей мере частично наложены друг на друга в аксиальном направлении.
Указанный непрерывный удлиненный элемент предпочтительно содержит множество параллельных, расположенных бок о бок, непрерывных гибридных кордов.
Указанный непрерывный удлиненный элемент предпочтительно содержит параллельные, расположенные бок о бок, непрерывные гибридные корды в количестве, равном или превышающем приблизительно 40 кордов на 1 дм, предпочтительно равном или меньшем, чем 120 кордов на 1 дм обрезиненной ткани.
Радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе предпочтительно имеется, по меньшей мере, в одной части коронной зоны, расположенной вблизи определяемых в аксиальном направлении концов протектора шины.
Радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе предпочтительно имеетсяпо существу, по меньшей мере, в одной части коронной зоны, которая расположена центрально относительно экваториальной плоскости шины, при этом указанная часть коронной зоны предпочтительно имеет протяженность в аксиальном направлении, равную или превышающую, по меньшей мере, 50% от протяженности протектора шины в аксиальном направлении.
Указанные две нити из волокна из ароматического полиамида (арамидного волокна) и указанная нить из волокна из полиэфира и/или из алифатического полиамида предпочтительно соединены вместе посредством процесса скручивания.
Каждая из указанных нитей из волокна из ароматического полиамида предпочтительно имеет линейную плотность, которая меньше или равна приблизительно 1400 дтекс.
Каждая из указанных нитей из волокна из ароматического полиамида предпочтительно имеет линейную плотность, равную или превышающую приблизительно 600 дтекс.
Каждая из указанных нитей из волокна из ароматического полиамида предпочтительно имеет линейную плотность, равную или превышающую приблизительно 800 дтекс.
Каждая из указанных нитей из волокна из ароматического полиамида предпочтительно имеет линейную плотность, равную или превышающую приблизительно 1100 дтекс.
Каждая из указанных нитей из волокна из ароматического полиамида предпочтительно имеет линейную плотность, находящуюся в диапазоне от приблизительно 1250 дтекс до 1380 дтекс.
Каждая из указанных нитей из волокна из ароматического полиамида предпочтительно имеет исходный модуль, равный или превышающий приблизительно 6200 сН/текс, измеренный в соответствии со стандартом BISFA - Методы испытаний для нитей из параарамидных волокон, издание 2002 г.
Каждая из указанных нитей из волокна из ароматического полиамида предпочтительно имеет исходный модуль, который равен или меньше приблизительно 8200 сН/текс, при этом он измерен в соответствии со стандартом BISFA - Методы испытаний для нитей из параарамидных волокон, издание 2002 г.
Указанная нить из волокна из полиэфира и/или из алифатического полиамида предпочтительно имеет линейную плотность, которая равна или меньше приблизительно 1500 дтекс.
Указанная нить из волокна из полиэфира или из алифатического полиамида предпочтительно имеет линейную плотность, которая равна или меньше приблизительно 1400 дтекс.
Указанная нить из волокна из полиэфира или из алифатического полиамида предпочтительно имеет линейную плотность, равную или превышающую приблизительно 800 дтекс.
Линейная плотность или номер нитей была выражена/был выражен в дтекс, при этом данная единица измерения представляет выраженную в граммах массу нити или нитевидного усилительного элемента с длиной 10000 м.
Гибридные текстильные корды идентифицируются посредством крутки (выраженной в числе кручений на метр), которая придана каждой из одиночных нитей, и посредством крутки, которая придана корду, образованному вышеупомянутыми нитями.
Число кручений, приданных каждой из нитей из волокна из ароматического полиамида, предпочтительно превышает 150 кручений на 1 м, еще более предпочтительно составляет менее 400 кручений на 1 м.
Число кручений, приданных каждой из нитей из волокна из алифатического полиамида или из полиэфира, предпочтительно превышает 40 кручений на 1 м, еще более предпочтительно составляет менее 300 кручений на 1 м.
Заявитель установил в результате наблюдений, что посредством кручений, приданных одиночным нитям и/или собранным покрытиям, можно получить гибридные корды, полученные с разными свойствами, такими как улучшенная способность к адаптации к процессу формования и к напряжениям во время эксплуатации шины.
За счет регулирования числа кручений можно получить заданное расширение конструктивного элемента шины, в частности, брекерного конструктивного элемента шины, во время технологического процесса изготовления шины наряду с большим удерживающим эффектом, в особенности тогда, когда шина движется с высокими скоростями.
Радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе предпочтительно имеется по существу на определяемых в аксиальном направлении концах части коронной зоны шины.
Радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе предпочтительно имеется по существу, по меньшей мере, в одной части коронной зоны, которая расположена центрально относительно экваториальной плоскости шины, при этом указанная часть коронной зоны предпочтительно имеет протяженность в аксиальном направлении, равную или превышающую, по меньшей мере, 50% от определяемой в аксиальном направлении протяженности данной части коронной зоны шины.
Указанный радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе предпочтительно проходит в аксиальном направлении на, по меньшей мере, 70% от определяемой в аксиальном направлении протяженности части коронной зоны шины.
Указанный радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе предпочтительно проходит в аксиальном направлении на, по меньшей мере, 80% от определяемой в аксиальном направлении протяженности части коронной зоны шины.
Радиально наружный окружной слой брекера в брекерном конструктивном элементе предпочтительно имеет более одного слоя, поскольку, по меньшей мере, вблизи каждого из определяемых в аксиальном направлении концов брекерного конструктивного элемента образован дополнительный слой, наложенный в радиальном направлении на указанный слой.
Дополнительный слой брекера, который наложен в радиальном направлении на указанный радиально наружный слой брекера в брекерном конструктивном элементе, расположенный вблизи каждого определяемого в аксиальном направлении конца брекерного конструктивного элемента, предпочтительно проходит в аксиальном направлении на каждом определяемом в аксиальном направлении конце части коронной зоны на длине, которая равна или меньше 25% от определяемой в аксиальном направлении протяженности части коронной зоны.
Указанный дополнительный слой брекера, который наложен в радиальном направлении на указанный радиально наружный слой брекера в брекерном конструктивном элементе, предпочтительно проходит в аксиальном направлении вблизи каждого определяемого в аксиальном направлении конца брекерного конструктивного элемента на длине, которая равна или меньше 15% от определяемой в аксиальном направлении протяженности части коронной зоны.
Указанный дополнительный слой брекера, который наложен в радиальном направлении на указанный радиально наружный слой брекера в брекерном конструктивном элементе, предпочтительно проходит в аксиальном направлении вблизи каждого определяемого в аксиальном направлении конца брекерного конструктивного элемента на длине, которая равна или меньше 10% от определяемой в аксиальном направлении протяженности части коронной зоны.
Под «частью коронной зоны» шины понимается часть конструкции шины, соответствующая зоне, в которой имеется протекторный браслет. В качестве примера длина, соответствующая определяемой в аксиальном направлении протяженности части коронной зоны, может определяться расстоянием, которое имеется между двумя участками, перпендикулярными к протекторному браслету, отходящими от краев самогó протекторного браслета.
Для целей настоящего изобретения в отношении измерения линейной плотности и исходного модуля растяжения делается ссылка на малокрученые нити, без кручений, примененных на фазе испытаний, в соответствии с испытаниями, регламентированными BISFA (Bureau International pour la Standardisation des Fibres Artificielles - Международное бюро по стандартизации искусственных волокон).
В частности:
- для арамидных волокон (AR): BISFA - Методы испытаний для нитей из параарамидных волокон, издание 2002 г.
- Определение линейной плотности - Глава 6
- Определение механических свойств при растяжении - Глава 7 - Методика испытаний – Абзац 7.5 - при процедуре с исходным предварительным натяжением.
Растяжения выполнялись посредством динамометра Zwick-Roell Z010.
- для полиэфира (РЕТ)
BISFA - Методы испытаний для полиэфирных нитей, издание 2004 г.
- Определение механических свойств при растяжении - Глава 7 - Методика А
Подготовка лабораторных образцов: Подготовка слабо натянутых образцов - абзац 7.4.1.1=>подготовка образцов на складной катушке
Подготовка лабораторных образцов и выполнение испытания: Неавтоматизированное испытание - абзац 7.5.2.1 =>с)
Начало процедуры =>е) предварительное натяжение в начале процедуры
Растяжения выполнялись посредством динамометра Zwick-Roell Z010.
- для нейлона (NY)
BISFA - Методы испытаний для полиэфирных нитей, издание 2004 г.
- Определение механических свойств при растяжении - Глава 7 - Методика А
Подготовка лабораторных образцов: Подготовка слабо натянутых образцов - абзац 7.4.1.1 =>подготовка образцов на складной катушке
Подготовка лабораторных образцов и выполнение испытания: Неавтоматизированное испытание - абзац 7.5.2.1 =>с)
Начало процедуры =>е) предварительное натяжение в начале процедуры
Растяжения выполнялись посредством динамометра Zwick-Roell Z010.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дополнительные отличительные признаки и преимущества будут ясными из подробного описания предпочтительного, но не единственного варианта осуществления способа повышения эксплуатационных характеристик шины для колес транспортных средств и варианта осуществления шины для колес транспортных средств в соответствии с настоящим изобретением.
Подобное описание будет приведено ниже со ссылкой на комплект чертежей, представленных только в качестве неограничивающего примера, и на которых:
фиг. 1 - схематический вид в радиальном полусечении шины для колес транспортных средств в соответствии с изобретением;
фиг. 2а и 2b – виды в частичном сечении детали различных вариантов осуществления окружных слоев брекера, содержащих гибридные корды; и
фиг. 3 - кривая «нагрузка - относительное удлинение», на которой сравниваются нити, выполненные из арамидного волокна Kevlar.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описание шины приведено ниже со ссылкой на фиг. 1, представленную только в качестве неограничивающего примера.
Фиг. 1 иллюстрирует шину для колес транспортных средств в радиальном сечении.
На фиг. 1 «а» обозначает аксиальное направление и «Х» обозначает радиальное направление, в частности, линия Х-Х обозначает проекцию экваториальной плоскости.
Шина 100 для четырехколесных транспортных средств содержит, по меньшей мере, один каркасный конструктивный элемент, содержащий, по меньшей мере, один слой 101 каркаса, имеющий соответственно противоположные концевые края, введенные в контактное взаимодействие с соответствующими кольцевыми удерживающими конструктивными элементами 102, называемыми сердечниками бортов, возможно, соединенными с наполнительным шнуром 104 борта. Зона шины, содержащая сердечник 102 борта и наполнительный шнур 104, образует бортовой конструктивный элемент 103, предназначенный для удерживания шины на соответствующем монтажном ободе, который не проиллюстрирован.
Каркасный конструктивный элемент обычно представляет собой каркасный конструктивный элемент радиального типа, то есть усилительные элементы данного, по меньшей мере, одного слоя 101 каркаса расположены в плоскостях, содержащих ось вращения шины и по существу перпендикулярных к экваториальной плоскости шины. Указанные усилительные элементы, как правило, образованы текстильными кордами, например, вискозными, нейлоновыми, полиэфирными (например, полиэтиленнафталатными (PEN)). Каждый бортовой конструктивный элемент соединен с каркасным конструктивным элементом посредством загибания назад противоположных боковых краев данного, по меньшей мере, одного слоя 101 каркаса вокруг кольцевых удерживающих конструктивных элементов 102 так, чтобы образовать так называемые загнутые части 101а каркаса, как проиллюстрировано на фиг. 1.
В одном варианте осуществления соединение между каркасным конструктивным элементом и бортовым конструктивным элементом может быть обеспечено посредством второго слоя каркаса (не представленного на фиг. 1), наложенного в аксиальном направлении снаружи по отношению к первому слою каркаса.
Антиабразивная лента 105, полученная посредством эластомерного материала, расположена снаружи каждого бортового конструктивного элемента 103.
Каркасный конструктивный элемент соединен с брекерным конструктивным элементом 106, содержащим один или более слоев 106а, 106b брекера, расположенных с обеспечением их наложения друг на друга и на слой каркаса в радиальном направлении, имеющих, как правило, текстильные и/или металлические армирующие корды, включенные в слой эластомерной композиции.
Подобные армирующие корды могут иметь ориентацию с перекрещиванием относительно направления протяженности шины 100 вдоль окружности. Под направлением «вдоль окружности» подразумевается направление, в общем направленное вдоль направления вращения шины.
Дальше снаружи в радиальном направлении по отношению к слоям 106а, 106b брекера наложен, по меньшей мере, один окружной усилительный слой 106с, широко известный как «брекер с 0°», содержащий, по меньшей мере, один окружной слой брекера, проходящий в аксиальном направлении по существу в, по меньшей мере, одной части коронной зоны.
Подобный окружной усилительный слой может иметься вблизи определяемых в аксиальном направлении концов коронной зоны шины, и/или он может быть расположен центрально относительно экваториальной плоскости шины на протяженности в аксиальном направлении, равной или превышающей приблизительно, по меньшей мере, 50% от определяемой в аксиальном направлении протяженности коронной зоны шины. Усилительный слой (окружной брекер) может содержать множество гибридных кордов, расположенных по существу параллельно, или, по меньшей мере, один удлиненный элемент, содержащий, по меньшей мере, один эластомерный материал, включающий в себя, по меньшей мере, один гибридный армирующий корд, расположенный так, что он образует множество витков, расположенных в соответствии с по существу нулевым углом относительно экваториальной плоскости (Х-Х) шины. Гибридный армирующий корд образован двумя нитями из волокна из ароматического полиамида (арамидного волокна) и одной нитью из волокна из полиэфира и/или из алифатического полиамида, соединенными вместе посредством процесса крутки/скручивания, при этом каждая из нитей из волокна из ароматического полиамида имеет линейную плотность, которая меньше или равна приблизительно 1500 дтекс, и исходный модуль, который равен или больше приблизительно 6000 сН/текс, измеренные в соответствии со стандартом BISFA - Методы испытаний для нитей из параарамидных волокон, издание 2002 г.
Нити из полиарамидного волокна могут быть получены, например, из волокон Kevlar Type 956C (Kevlar 129) и/или из волокон Kevlar Type 965C (Kevlar 49), при этом оба типа волокон изготавливаются компанией DuPont, и из волокон Twaron 2200 от компании Teijin Aramid.
Нити из волокон из алифатического полиамида могут быть выбраны, например, из группы, содержащей: Nylon 6, Nylon 66, Nylon 46.
Полиэфирные нити могут быть выбраны, например, из нитей из полиэтилентерефталатных (РЕТ) и полиэтиленнафталатных (PEN) волокон.
Снаружи в радиальном направлении по отношению к брекерному конструктивному элементу 106 наложен протекторный браслет 109, выполненный из эластомерной смеси подобно другим полуфабрикатам, образующим шину 100.
Соответствующие боковины 108, выполненные из эластомерной смеси, также наложены в аксиальном направлении снаружи на боковые поверхности каркасного конструктивного элемента, при этом каждая боковина проходит от одного из боковых краев протектора 109 до соответствующего бортового конструктивного элемента 103.
В радиальном направлении снаружи протекторный браслет 109 имеет поверхность 109а качения, предназначенную для входа в контакт с грунтом. Окружные канавки, которые соединены поперечными бороздками (не показанными на фиг. 1) так, чтобы образовать множество блоков различных форм и размеров, распределенных по поверхности 109а качения, как правило, образованы на данной поверхности 109а, которая для простоты показана гладкой на фиг. 1.
Подслой 111 может быть расположен между брекерным конструктивным элементом 106 и протекторным браслетом 109.
В случае шин без воздушной камеры слой 112 резины, общеизвестный как «внутренний герметизирующий слой», который придает необходимую непроницаемость по отношению к воздуху, которым накачана шина, также может быть предусмотрен в радиальном направлении внутри по отношению к слою 101 каркаса.
Жесткость боковины 108 шины может быть повышена посредством выполнения бортового конструктивного элемента 103 с усилительным слоем 120, общеизвестным как «крыльевая лента», или с дополнительной полосообразной вставкой.
Крыльевая лента 120 представляет собой усилительный слой, который образован путем намотки вокруг соответствующего сердечника 102 борта и наполнительного шнура 104 борта так, чтобы по меньшей мере частично окружить их, при этом указанный усилительный слой расположен между данным, по меньшей мере, одним слоем 101 каркаса и бортовым конструктивным элементом 103. Крыльевая лента обычно находится в контакте с указанным, по меньшей мере, одним слоем 101 каркаса и указанным бортовым конструктивным элементом 103.
Крыльевая лента 120, как правило, содержит множество текстильных кордов, включенных в слой вулканизированной эластомерной композиции, полученной путем вулканизации поддающейся вулканизации, эластомерной композиции. Подобные корды могут быть выполнены из текстильных материалов (например, из арамида или вискозы) или из гибридных текстильных материалов, например, из арамида - нейлона, как описано ранее.
Бортовой конструктивный элемент 103 шины может содержать дополнительный защитный слой 121, который общеизвестен под термином «бортовая лента шины» или защитная полоска и который выполняет функцию повышения жесткости и целостности бортового конструктивного элемента 103.
Бортовая лента 121 шины обычно содержит множество кордов, включенных в слой эластомерной композиции, полученной путем вулканизации поддающейся вулканизации, эластомерной композиции, как описано выше. Подобные корды могут быть выполнены из текстильных материалов (например, из арамида или вискозы) или из гибридных текстильных материалов, например, из арамида - нейлона, как описано ранее, или выполнены из металлических материалов (например, стальные корды).
На фиг. 2а и 2b детали двух брекерных конструктивных элементов проиллюстрированы соответственно в частичном сечении. На обеих фигурах проиллюстрированы два наложенных друг на друга в радиальном направлении, перекрещивающихся слоя 106а и 106b брекера.
На фиг. 2а окружной слой 106с брекера наложен на перекрещивающиеся брекеры, при этом подобный слой образован путем наложения удлиненных усилительных элементов 200, расположенных рядом друг с другом (наложение S), содержащих ленты из эластомерного материала, в который включены гибридные корды 201; подобные корды 201 образованы нитями, выполненными из арамидного волокна 202, и нитями, выполненными из волокна 203 из полиэфира и/или из алифатического полиамида, как описано выше.
На фиг. 2b удлиненные усилительные элементы получены, как и в предшествующем случае, при этом удлиненные усилительные элементы содержат ленты из эластомерного материала, в которые включены гибридные корды 201, при этом подобные корды образованы нитями 202 из арамидного волокна и нитями 203 из волокна из полиэфира и/или из алифатического полиамида, как описано выше, но они наложены с частичным наложением друг на друга, в проиллюстрированном случае начиная от двух концов коронной зоны (только один проиллюстрирован на фигуре), и наложены с размещением бок о бок в центральной части коронной зоны.
В соответствии с подобными способами наложения окружного слоя брекера предпочтительно получают значительное уменьшение веса шины (приблизительно 600 г – 700 г для шины 355/25 R21) относительно контрольной шины, содержащей брекер с нулем градусов, армированный типовыми контрольными/сравнительными гибридными кордами (из арамида – нейлона (AR-NY) 1670/1400), наложенными на два слоя, наложенных друг на друга в радиальном направлении, для гарантирования соответствующего удерживающего эффекта.
Фиг. 3 показывает кривую «нагрузка/относительное удлинение» со сравнением между арамидной нитью, предназначенной для шины в соответствии с изобретением, и контрольной/сравнительной арамидной нитью. Как можно наблюдать, арамидная нить Kevlar Type 956C (Kevlar 129), используемая для слоя брекера для шины в соответствии с изобретением, с линейной плотностью 1330 дтекс имеет при том же относительном удлинении нагрузку, превышающую приблизительно на 20% нагрузку для контрольной/сравнительной арамидной нити с бóльшим номером (Aramid Regular Grade 1670 дтекс).
Гибридные нити, выполненные из арамида и нейлона, описанные выше, могут быть включены в поддающуюся сшиванию, эластомерную композицию в соответствии с известными техническими решениями. Указанная эластомерная композиция обычно содержит эластомерные полимеры, а также другие добавки, например, такие как наполнители (например, углеродную сажу, диоксид кремния), вулканизирующие средства (например, серу), активирующие агенты, ускорители, пластификаторы, используемые в шинной промышленности. Примерами эластомерных полимеров, которые могут быть предпочтительно использованы, являются следующие: натуральный каучук (NR), эпоксидированный натуральный каучук (ENR); гомополимеры и сополимеры бутадиена, изопрен или 2-хлорбутадиен, например, такие как полибутадиен (BR - бутадиеновый каучук), полиизопрен (IR - изопреновый каучук), сополимер стирола и бутадиена (SBR - бутадиенстирольный каучук), сополимер акрилонитрила и бутадиена (NBR - бутадиенакрилонитрильный каучук), полихлоропрен (CR - хлоропреновый каучук); бутилкаучуки (IIR), галогенизированный бутилкаучук (XIIR); сополимеры этилена и пропилена (ЕРМ); тройные сополимеры этилена, пропилена и диена с несопряженными двойными связями (например, такие как норборнен, циклооктадиен или дициклопентадиен (EPDM - сополимер этилена, пропилена и диенового мономера) или их смеси. Специалист в данной области техники сможет определить, какие эластомерные полимеры, а также какие добавки использовать, в зависимости от характеристик конечного изготовленного изделия, которое желательно получить.
Если требуется, для улучшения адгезионного сцепления указанной гибридной нити с эластомерной композицией указанная гибридная нить может быть подвергнута поверхностной обработке путем ее погружения в раствор, содержащий смесь термоотверждающейся смолы, например, резорцинформальдегидной, и каучукового латекса (данную смесь обычно называют термином «латекс, содержащий резорцинформальдегидную смолу (RFL)»), и последующего продолжения обработки посредством сушки. Используемый латекс может быть выбран, например, из следующих: латекса на основе винилпиридинового и бутадиенстирольного каучуков (VP/SBR), латекса на основе бутадиенстирольного каучука (SBR), латекса на основе натурального каучука (NR), латекса на основе карбоксилатного гидрированного бутадиенакрилонитрильного каучука (X-HNBR), латекса на основе гидрированного бутадиенакрилонитрильного каучука (HNBR), латекса на основе бутадиенакрилонитрильного каучука (NBR), латекса на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM), латекса на основе хлорсульфированного полиэтиленового каучука (CSM) или их смеси.
Обработка нити адгезивом для сцепления с эластомерным материалом предпочтительно может быть выполнена посредством смолы, не содержащей резорцин или его производные.
Шина в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно адаптирована в качестве шин “HP” (с высокими эксплуатационными характеристиками) или шин “UHP” (со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками), то есть шин, способных выдерживать максимальную скорость, составляющую, по меньшей мере, 210 км/ч, предпочтительно более 240 км/ч, еще более предпочтительно - более 270 км/ч. Примерами указанных шин являются шины, принадлежащие к классам “H”, “V”, “W”, “Y”, “Z” или “ZR” в соответствии со стандартом Европейской технической организации по шинам и ободьям (ETRTO).
ХОДОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Были подготовлены шины для транспортных средств в соответствии с фиг. 1, содержащие
каркасный конструктивный элемент;
брекерный конструктивный элемент, наложенный в радиальном направлении снаружи относительно каркасного конструктивного элемента, при этом указанный брекерный конструктивный элемент содержит:
два слоя брекера, включающие в себя множество усилительных элементов, расположенных параллельно друг другу в каждом слое и ориентированных наклонно относительно направления вдоль окружности;
слой брекера с нулевым углом, который является радиально наружным по отношению к указанным, по меньшей мере, двум слоям брекера, включающий в себя гибридный корд, расположенный так, что он образует множество витков, расположенных в соответствии с по существу нулевым углом относительно направления, параллельного экваториальной плоскости (Х-Х) шины;
протекторный браслет, наложенный в радиальном направлении снаружи относительно указанного брекерного конструктивного элемента.
В шинах, полученных в соответствии с изобретением, гибридный армирующий корд был образован двумя нитями из волокна из ароматического полиамида (арамидного волокна), Kevlar Type 956C от компании DuPont, и одной нитью из волокна из алифатического полиамида, выполненной из Nylon 66 T 728 от компании Kordsa, соединенных вместе посредством процесса скручивания, при этом каждая из нитей из волокна из ароматического полиамида имела линейную плотность, равную приблизительно 1330 дтекс, и исходный модуль, составляющий 6600 сН/текс, измеренные в соответствии с вышеупомянутыми нормами BISFA.
Приданное число кручений составляло 250 кручений на метр (TPM - twists per metеr) для нитей из волокна Kevlar Type 956C и 90 кручений на метр для нити из волокна Nylon 66 T 728, и крутка трех нитей была выполнена с 250 кручениями на метр.
Корды, предназначенные для брекера контрольной шины R, были получены с нитью из волокна Aramid regular grade с линейной плотностью 1670 дтекс и нитью из волокна Nylon 66 T 728.
Приданное число кручений составляло 260 кручений на метр для нити из арамидного волокна, 70 кручений на метр для нити из нейлонового волокна и 260 кручений на метр при скручивании двух нитей.
Радиально наружный окружной слой брекера был получен путем намотки непрерывного удлиненного элемента, содержащего гибридные корды, включенные в эластомерный материал:
- в образце А1 витки, полученные намоткой непрерывного удлиненного элемента по спирали, были уложены в аксиальном направлении бок о бок (схема S наложения);
- в образце А2 витки, полученные намоткой непрерывного удлиненного элемента по спирали, были уложены в аксиальном направлении рядом друг с другом с наложением друг на друга, соответствующим половине ширины непрерывного удлиненного элемента, на 25 мм от каждого определяемого в аксиальном направлении конца коронной зоны (схема наложения S/2-S-S/2).
Контрольная шина R была получена подобно шинам в соответствии с изобретением за исключением радиально наружного слоя брекерного конструктивного элемента, который был получен путем намотки непрерывного удлиненного элемента, содержащего гибридные корды, выполненные из нити из арамидного волокна и из нити из волокна из алифатического полиамида.
Витки, полученные намоткой непрерывного удлиненного элемента по спирали, были уложены в аксиальном направлении с наложением друг на друга на половине их длины (схема S/2). Следовательно, имелся двойной окружной слой на всей протяженности коронной зоны шины.
Гибридные корды были образованы нитью из волокна из ароматического полиамида (арамидного волокна) и нитью из волокна из алифатического полиамида, соединенных вместе посредством процесса скручивания, при этом каждая нить из волокна из ароматического полиамида имела линейную плотность, равную приблизительно 1670 дтекс, и исходный модуль, составляющий 5400 сН/текс, измеренные в соответствии с вышеупомянутыми стандартами BISFA.
Во всех образцах (R, A1, A2) нить из алифатического полиамида представляла собой волокно Nylon 66 T 728 от компании Kordsa, имеющее линейную плотность 1400 дтекс.
3
Шины, имеющие размер 355/25 R21, были установлены на задних колесах автомобиля Lamborghini Aventador Version 6.5 V12 LP 700-4 – с двигателем объемом 6498 см, максимальной мощностью (при числе оборотов) свыше 700 л.с. при 8250 оборотах, максимальным крутящим моментом (при числе оборотов) 690 Нм при 5500 оборотах и подвергнуты испытаниям на гоночном треке. В целях оценки поведения шины испытатель имитировал несколько характерных маневров. После этого испытатель оценивал поведение шины при разных условиях вождения и присваивал балл в зависимости от отклонения эксплуатационных характеристик шин в соответствии с изобретением (образцы А1, А2) по отношению к контрольным шинам (образец R).
Испытатель оценивал различные характеристики поведения, соответствующие разным условиям вождения, в частности:
1. Ходовые характеристики при нормальных условиях (“Soft Handling”): управляемость легкового автомобиля при движении по прямой лини в условиях низкой/средней скорости.
2. Скорость реакции: реакция автомобиля в переходном режиме после нагружения при управлении в условиях средней/высокой скорости. Учитывает способность комплекта шин реагировать на нагрузку при управлении быстрее или медленнее.
3. Ходовые характеристики при экстремальных условиях (“Hard Handling”): набор характеристик комплекта шин и автомобиля в условиях маневра при критических ситуациях или при водителе, предпочитающем очень спортивное или экстремальное вождение, что предусматривает достижение предела сцепления с дорогой.
В Таблице 1 представлен итоговый оценочный лист испытателя в отношении управляемости шин в трех рассмотренных выше ситуациях. Результаты этих испытаний выражены посредством сравнения с комплектом контрольных шин, принятым в качестве базы. Величины, приведенные в нижеследующей таблице, представляют собой средние значения из тех, которые были получены в нескольких сессиях испытаний (6 испытаний).
В представленном случае знак “=” означает базовый уровень комплекта шин, взятого в качестве контрольного, знак “+” означает улучшенную характеристику по отношению к контрольному комплекту, знак “++” означает очень положительную характеристику по отношению к контрольному комплекту.
С другой стороны, ухудшенная характеристика по отношению к контрольному комплекту обозначена “-“, очень отрицательная характеристика по отношению к контрольному комплекту обозначена “- -“.
<b>ТАБЛИЦА 1</b>
Температура воздуха=33°СТемпература трека=45°С
R контрольная
А1 изобретение
А2 изобретение
1. SOFT HANDLING
=
=
=
2. СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ
=
+
++
3. HARD HANDLING
=
+
++
Результаты, представленные в Таблице 1, четко показывают, что шины в соответствии с настоящим изобретением имели характеристики, по существу такие же или лучшие, чем характеристики сравнительной шины (R), которую в течение некоторого времени ценили за ее характеристики оптимального уровня.
В частности, было отмечено следующее:
- улучшенное поведение по отношению к контрольным шинам с точки зрения продолжительности переходного режима, что означает быстрое восстановление положения после внезапного маневра при управлении, достигаемое благодаря немедленному отклику шин; улучшенное поведение при отпускании на поворотах, что означает бóльшую безопасность для водителя.
ИСПЫТАНИЕ НА ЦЕЛОСТНОСТЬ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ
Было проведено испытание на целостность при высоких скоростях.
Испытание было выполнено с шинами со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками (UHP) для определения усталостной прочности шины при увеличении частоты вращения до достижения предела прочности на разрыв.
Испытания были проведены путем качения шин, подвергаемых воздействию нагрузки, на барабане.
Скорость шин изменяли от 0 до заданной скорости, близкой к максимальной скорости, указанной для шины, и поддерживали максимальную скорость в течение определенного промежутка времени. После этого скорость увеличивали на одинаковые значения с одинаковыми интервалами времени до тех пор, пока не происходило четко выраженное разрушение.
В нижеприведенной таблице 2 в величинах, выраженных в процентах, представлены отношения максимальной скорости и продолжительности, достигаемых шинами в соответствии с изобретением (А1 А2), по отношению к контрольной шине (R).
<b>ТАБЛИЦА 2</b>
Образец
Максимальная скорость
Продолжительность
%
%
R
100
100
А1
103
106
А2
103
108
Шины А1, А2, включающие в себя слой брекера с нулевым углом, полученный вышеописанным способом, продемонстрировали более высокую прочность перед разрушением как в отношении максимальной скорости, так и в отношении продолжительности.
Шины в соответствии с изобретением (А1 и А2), которые демонстрировали характеристики, такие же или лучшие, чем у контрольной шины (R), также в отношении максимальной скорости, достигаемой без разрушений, весили на несколько сотен граммов меньше (соответственно А1 - на 700 г меньше, чем R, и А2 на 600 граммов меньше, чем R, с учетом того, что вес шин данного типа составляет приблизительно 15 кг) благодаря уменьшенному наличию слоя брекера с нулевым углом (соответственно слой или слой с двойным слоем на длине 25 мм у концов коронной зоны для шин А1 и А2 в соответствии с изобретением и двойной слой для контрольной шины R).