ГИБРИДНЫЙ КОРД КАК УСИЛИТЕЛЬ КАРКАСА В ДИАГОНАЛЬНЫХ ШИНАХ
HYBRID CORD AS CARCASS REINFORCEMENT IN DIAGONAL TIRES

Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к пневматическим шинам и, в частности, к гибридным кордам как усилителям каркаса в диагональных шинах.
Уровень техники
Диагональные шины имеют каркас, образованный из четного числа слоев кордной ткани. Они также называются диагональными шинами или шинами с диагональным кордом. Армирующие корды каждого слоя проходят в шине по диагонали от одной бортовой части до другой бортовой части. Угол наклона траектории корда относительно аксиального направления шины превышает 15 градусов. Корды каркаса проходят в противоположных направлениях в каждом последующем слое армирующего материала, что приводит к перекрестному расположению. Брекеры представляют собой дополнительные слои армирующего материала или слои, которые могут быть включены для дополнительного усиления шины, при этом данные слои перекрывают коронную зону шины для дополнительного усиления протекторной зоны. Корды данных усилителей не проходят до бортовых частей шины.
Другим типом конструкции шины является радиальная шина. В радиальной шине корды каркаса проходят от борта до борта через коронную зону шины по существу в радиальных плоскостях, проходящих через ось вращения шины. В радиальном направлении снаружи по отношению к слою или слоям под протектором находится брекер с высоким модулем упругости, образованный из одного или более слоев кордов, при этом углы наклона кордов брекера сравнительно малы, например, составляют 15-25 градусов относительно экваториальной плоскости (направления вдоль окружности) шины. Настоящее изобретение не относится к радиальным шинам.
В пневматических диагональных шинах для транспортных средств большого веса или большой грузоподъемности до настоящего времени предусматривалоась применение каркаса, состоящего из прорезиненных слоев, каждый из которых содержит сравнительно тонкие нейлоновые корды с характеристикой, например, от 940 дтекс/2 до приблизительно 1400 дтекс/2. Шины обычно образуют посредством наложения 8 или более слоев каркаса друг на друга так, чтобы они перекрещивались при заданном угле наклона кордов.
Для уменьшения числа слоев каркаса также предложены более толстые нейлоновые корды, подобные 2100/2 и 2100/3. Однако применение таких кордов не улучшает характеристики, связанные с образованием плоских участков/выемок, и не устраняет необходимости в процессе накачивания шины непосредственно после вулканизации и охлаждения под давлением.
С другой стороны, конструкции гибридных кордов, содержащие высокопрочную/высокомодульную нить из нейлона, были предложены и широко используются в качестве усилителя шины в технологии шинного производства. Ниже могут быть приведены некоторые примеры.
В US 2007/0235116 и US 2010/0024948 трехпрядный гибридный корд, содержащий две пряди из арамидных нитей и одну прядь из нейлоновых нитей (арамид 3300 дтекс/2+нейлон 1880 дтекс с содержанием нейлона, составляющим 22%) с различными степенями крутки, был предложен в качестве радиальных усилителей каркаса в шинах для воздушных судов.
US 4234030 и US 4155394 также известны в отношении примеров трехпрядных гибридных кордов для армирования каркаса. US 4957799 представляет собой другой пример трехпрядного корда для армирования экранирующего слоя.
В ЕР 2045379 раскрыт широкий диапазон значений суммарной линейной плотности от 440 до 5400 дтекс для арамидных и нейлоновых гибридных кордов, имеющих асимметричную крутку, для применений для воздушных судов.
В US 6799618 трех- и четырехпрядные гибридные корды из арамида/нейлона, имеющие асимметричную (неуравновешенную) крутку (AR1100 дтекс/2+NY470 дтекс/1, AR1100 дтекс/2+NY940 дтекс/1, AR1100 дтекс/3+NY940 дтекс/1 и т.д. с содержанием нейлона, составляющим соответственно 18%, 30% и 22%), были предложены в качестве экранирующего/наружного усилительного слоя в пневматических шинах.
В US 5036896 трехпрядные гибридные корды из арамида/нейлона и арамида/сложного полиэфира с асимметричной (неуравновешенной) круткой (например, AR3300 дтекс/2+NY2100 дтекс/2 с содержанием нейлона, составляющим 39%) были предложены для использования в качестве сложенных и несложенных усилителей брекеров в радиальных шинах для воздушных судов.
В US 7222481 гибридные корды, имеющие низкомодульный сердечник (менее 900 сН/текс) и высокомодульную оболочку (более 1300 сН/текс), которая изготовлена при использовании технологии вставки сердечника, были раскрыты и предложены в качестве усилителей коронных зон в пневматических шинах.
Сущность изобретения
Согласно изобретению предложены гибридные корды из арамида/нейлона, имеющие высокое содержание нейлона и предназначенные для армирования диагонального каркаса в пневматических шинах. Шины предпочтительно представляют собой шины для грузовых автомобилей и воздушных судов.
Для уменьшения веса шины, образования плоских участков и устранения накачивания непосредственно после вулканизации и охлаждения под давлением, а также для повышения долговечности диагональных шин гибридные корды из арамида/нейлона 66 с высоким содержанием нейлона 66 (процентным содержанием по весу) предложены в качестве усилителя слоя каркаса.
В то время как арамидная прядь в гибридных кордах обеспечивает высокую прочность и модуль упругости, нейлон 66 обеспечивает прочное адгезионное сцепление и повышенную усталостную прочность при изгибе. Соотношение нейлона и арамида представляет собой важный параметр, определяющий динамическую прочность адгезионного сцепления и усталостную прочность при изгибе при заданной степени крутки гибридного корда.
Подробное описание изобретения
Согласно настоящему изобретению двухпрядные гибридные корды из арамида/нейлона, которые имеют одну прядь, образованную из арамидных нитей, и другую прядь, образованную из нейлоновых нитей, - при этом данные нити имеют крутку в одном направлении перед скручиванием (также может быть названо свиванием), и множество нитей скручены вместе с круткой в противоположном направлении для образования корда, при этом крутка нитей, по меньшей мере, равна крутке при скручивании (свивании), при этом указанные крутка нитей и крутка при скручивании (свивании) такие, чтобы получить корд с уравновешенной круткой и с оптимальным содержанием нейлона, - повышают долговечность диагональных шин и обеспечивают возможность устранения процесса накачивания непосредственно после вулканизации и охлаждения под давлением. В конструкциях двухпрядных гибридных кордов арамидная и нейлоновая пряди (нити в корде) имеют гладкую поверхность контакта друг с другом на поверхности раздела. В случае трех или большего числа прядей полукруглые поперечные сечения прядей становятся треугольными, что приводит к увеличенной поверхности контакта и более высокой степени трения на поверхности раздела при динамических условиях. С другой стороны, элементарные волокна нити каждой пряди на поверхности раздела значительно больше деформируются вследствие треугольных поперечных сечений. Следовательно, в данном изобретении предложены двухпрядные конструкции гибридных кордов.
Ниже приведены результаты лабораторных испытаний на усталость на дисковом испытательном устройстве. Согласно результатам лабораторных испытаний двухпрядные гибридные корды, имеющие такой же угол подъема линии витка спирали и даже такое же содержание нейлона, дают лучшие результаты при испытаниях на усталостную прочность (сохранение прочности после усталости), чем трехпрядные гибридные корды.
Таблица 1. Результаты анализа при испытаниях на усталостную
прочность на дисковом испытательном устройстве
Конструкция корда
AR3340+NY2800
AR1670/2+NY2800/1
AR1670/2+1400
Число прядей
2
3
3
Содержание нейлона (%)
45,6
45,6
29,5
Крутка корда
335
335
380
Угол подъема линии витка спирали
46°
46°
46°
Сохраненная прочность после испытания на усталость в дисковом устройстве*
85
81
74
* 3,6 миллиона циклов (растяжение на 2% и сжатие на 14%)
Результаты для шин подтверждают результаты лабораторных испытаний. Контрольная шина представляет собой диагональную шину 10.00-20 для грузового автомобиля с восьмислойным каркасом с нейлоном 1400/2. Исходя из одинаковой прочности каркаса при использовании арамидно-нейлоновых (AR/NY) гибридных кордов число слоев каркаса было уменьшено с 8 до 4. При использовании AR3340+NY2800 в качестве усилителя каркаса долговечность при перегрузке была повышена приблизительно на 40% по сравнению с AR1670/2+1400/1 (четырехслойный каркас) и нейлоном 6, 1400/2 (восьмислойный каркас).
Краткое описание чертежей
Отличительные признаки и другие преимущества изобретения будут лучше поняты при ссылке на описание неограничивающего примера, которому соответствуют на чертежах:
Фиг.1а - радиальное сечение двухпрядного гибридного корда, на котором:
1 - арамидная прядь (полукруглая)
2 - нейлоновая прядь (полукруглая)
3 - поверхность контакта арамидной и нейлоновой прядей (поверхность раздела)
Фиг.1b - радиальное сечение треххпрядного гибридного корда, на котором:
4 - арамидная прядь (треугольная)
5 - нейлоновая прядь (треугольная)
6 - поверхность контакта арамидных и нейлоновой прядей (поверхность раздела)
Нейлон имеет двойное назначение, а именно он служит в качестве смазочного материала или амортизатора вместе с арамидной нитью, обеспечивающей повышение динамической усталостной прочности, и другая функция состоит в увеличения общего адгезионного сцепления гибридного корда (арамид+нейлон). Как хорошо известно, неактивная поверхность арамидных элементарных волокон обеспечивает слабое сохранение адгезии при изгибе. Нейлоновые элементарные волокна, имеющие больше активных мест (функциональных групп) на их поверхности, обеспечивают лучшую адгезию даже при обычных адгезивах на основе латекса, содержащего резорцинформальдегидную смолу (RFL).
Оптимальное содержание нейлона в указанном гибридном корде предпочтительно составляет от 45 до 65%, более предпочтительно от 50 до 60%. Если содержание нейлона в указанном гибридном корде составляет менее 45%, усталостная прочность при изгибе и сохранение адгезионного сцепления после изгиба ухудшаются, и, если содержание нейлона в указанном гибридном корде превышает 65%, эффективный модуль и прочность на разрыв снижаются. При более высоком содержании нейлона диаметры кордов увеличиваются, что приводит к более высокому калибру резиновой смеси и меньшему межкордному расстоянию между параллельными кордами (зоне заделки) в слое каркаса. Меньшая зона заделки между кордами может легко приводить к возникновению трещины между кордами в условиях изгиба.
Поверхность с высоким содержанием нейлона на гибридных кордах повышает стойкость к разделению кордов и резины при динамических условиях, а именно устойчивость к воздействию межслойных напряжений между слоями каркаса, вызываемых перемещениями типа перемещений пантографа.
В настоящем изобретении суммарная величина линейной плотности указанного гибридного корда предпочтительно составляет от 4000 до 12000 дтекс, более предпочтительно от 6000 до 9000 дтекс. Суммарная величина линейной плотности гибридного корда может быть получена сложением номинальных величин линейной плотности арамидных и нейлоновых нитей, используемых в гибридном корде (например, суммарная величина линейной плотности для AR3340+NY2800 составляет 6140 дтекс).
В предпочтительном варианте изобретения степень крутки гибридного корда изменяется от 150 до 400 витков на метр.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения диагональный каркас для пневматических шин имеет усилительные слои, содержащие гибридные корды, которые состоят из одной пряди, образованной из арамидных нитей, и одной пряди, образованной из нейлоновых нитей, с содержанием нейлона, составляющим 50-60% вес., и которые представляют собой корды с уравновешенной круткой, и суммарная величина линейной плотности указанного гибридного корда составляет от 6000 до 9000 дтекс.
Для повышения прочности на разрыв (одновременный разрыв нейлоновой и арамидной прядей в гибридном корде) арамидная прядь с опережением подачи, составляющим до 3%, может подаваться во время процесса крутки (длина арамидной нити в нескрученном гибридном корде может превышать длину нейлоновой нити максимум на 3%).