БЕСШУМНАЯ ШИНА ДЛЯ КОЛЕС ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
NOISELESS TIRE FOR VEHICLE WHEELS

Настоящее изобретение относится к бесшумной шине для колес транспортных средств. В частности, изобретение относится к бесшумной шине для колес транспортных средств, содержащей специальные звукопоглощающие вспененные материалы, обеспечивающие возможность уменьшения шума, ощущаемого внутри кабины водителя/пассажирского салона транспортных средств, вследствие ослабления кавитационного шума, создаваемого самой шиной.
Уровень техники
Шина для колес транспортных средств, как правило, содержит каркасный конструктивный элемент, содержащий, по меньшей мере, один слой каркаса, имеющий соответственно противоположные концевые клапаны, введенные в контактное взаимодействие с соответствующими удерживающими кольцевыми конструктивными элементами, встроенными в зонах, обычно называемых термином «борта».
Каркасный конструктивный элемент соединен с брекерным конструктивным элементом, содержащим один или более слоев брекера, расположенных с обеспечением их наложения в радиальном направлении друг на друга и на каркасный конструктивный элемент, имеющих текстильные или металлические армирующие корды. В радиальном направлении снаружи по отношению к брекерному конструктивному элементу наложен протекторный браслет, содержащий эластомерный материал подобно другим полуфабрикатам, образующим шину.
Соответствующие боковины также наложены в аксиальном направлении снаружи на боковые поверхности каркасного конструктивного элемента, при этом каждая из боковин проходит от одного из краев протекторного браслета до соответствующего удерживающего кольцевого конструктивного элемента.
В шинах «бескамерного» типа слой непроницаемого эластомерного материала, обычно называемый «герметизирующим слоем», покрывает внутренние поверхности шины.
После сборки невулканизированной шины, осуществляемой посредством сборки соответствующих компонентов, как правило, выполняют обработку, представляющую собой формование в пресс-форме и вулканизацию, направленную на обеспечение стабилизации конструкции шины посредством сшивания эластомерных композиций, а также на выдавливание на ней, если требуется, заданного рисунка протектора и возможных графических маркировок на боковинах шины.
Шина, установленная на соответствующем ей ободе, образует колесо с пневматической шиной, которое, в свою очередь, предназначено для соединения со ступицей транспортного средства.
Внутренняя поверхность шины и обода образует после их сборки внутреннюю кольцевую полость, которая предназначена для ее накачивания текучей средой под давлением, как правило, воздухом, в целях обеспечения выдерживания нагрузки, действующей на шину.
Во время качения шины по дороге воздух, имеющийся во внутренней кольцевой полости, подвергается вибрациям, поскольку он циклически сжимается на фазе сплющивания протектора, в результате чего возникают звуковые волны, которые усиливаются за счет резонанса. Шум, создаваемый вследствие воздушного резонанса в полости, - известный как кавитационный шум, - распространяется затем в кабину водителя/пассажирский салон транспортного средства за счет передачи через обод, ступицу, подвески и шасси и ощущается пассажирами как очень раздражающий.
Частоты, на которых возникает воздушный резонанс в полости, обратно пропорциональны длине окружности шины и, среди прочего, также зависят от формы самой полости, от свойств и формы материалов, которые покрывают ее внутри. В качестве примера резонансная частота может варьироваться от приблизительно 50 до 400 Гц и, как правило, составляет приблизительно 180-220 Гц для шин легковых автомобилей с диаметром, составляющим приблизительно 600-800 мм, и 130-150 Гц для шин транспортных средств большого веса или большой грузоподъемности с диаметром, составляющим приблизительно 750-1200 мм.
В автомобилестроении предъявляются все более высокие требования к комфорту водителя и пассажиров, и, в частности, требуется уменьшить шум, создаваемый транспортными средствами.
В автомобильной промышленности существует тенденция изготовления транспортных средств, которые являются все более легкими и/или оснащаются двигателями, которые становятся все более бесшумными, - такими как электрические двигатели, - при этом в данных транспортных средствах, напротив, шумы, источником которых является дорога, ощущаются как еще более раздражающие.
Следовательно, проблема устранения кавитационного шума все в большей степени осознается как для транспортных средств высокого класса, в которых комфорт и, в частности, шумоглушение являются важными требованиями, так и для спортивных транспортных средств, для которых более низкое пространственное положение в действительности является типичным наряду с особенно жесткой трансмиссией и системами демпфирования, которые по существу не ослабляют шум, которые передается практически не измененным от шин в кабину водителя/пассажирский салон.
Известно, что для уменьшения шума данного типа во внутреннюю полость шин вводят звукопоглощающие материалы в свободном виде или посредством закрепления полосок данных материалов на внутренней поверхности герметизирующего слоя.
Звукопоглощающий материал способен устранять звуковые волны, преобразуя энергию падающего звука в тепло.
Звукопоглощающие материалы используются в строительной отрасли для звукоизоляции помещений и зданий или при создании противошумовых ограждений вдоль дорог и железнодорожных путей для уменьшения шумового загрязнения.
В применениях данного типа материалы, как правило, используются в статических условиях и при температуре внутри помещения или тому подобной температуре.
Напротив, при специфическом использовании в качестве звукопоглощающих элементов во внутренней полости шин материалы подвергаются довольно значительным механическим и термическим напряжениям.
Действительно, во время качения, с одной стороны, материалы непрерывно растягиваются вследствие деформации шины, и, с другой стороны, они нагреваются до температур, значительно превышающих температуру окружающей среды, вследствие тепла, выделяемого протектором при его использовании на дороге.
В частности, при высокой скорости и при особенно тяжелых условиях вождения протектор шины может перегреваться и может передавать тепло во внутреннее пространство, в котором температура может достигать 120°С или более высоких температур (см., например, ЕР 1876038 А1 и ЕР 1661735 А1).
В обоих документах упоминается проблема термической деструкции звукопоглощающих вспененных материалов, и в документе ЕР 1661735, в частности, утверждается, что «необходимо, чтобы пористый материал выдерживал температуру, составляющую, по меньшей мере, 140°С, без расплавления».
Следовательно, целесообразно, чтобы для определенного применения внутри полости шин звукопоглощающие вспененные материалы обладали хорошими термическими, а также механическими свойствами для избежания их деструкции и/или деформации вследствие комбинированного действия тепла и напряжений.
Подобные свойства представляются очень важными при выборе подходящих материалов.
Следовательно, были разработаны бесшумные шины, содержащие звукопоглощающие материалы на основе вспененных материалов из термостойких полимеров, предпочтительно открытопористого типа.
Полимерами, предпочтительными для данного конкретного применения, являются полиуретаны как типа сложных полиэфиров, так и типа простых полиэфиров, которые имеют высокие температуры плавления, как правило, превышающие 150°С, и которые, как правило, используются в микропористых структурах с открытыми порами/ячейками для улучшения акустических характеристик и одновременного обеспечения возможности более быстрого и более эффективного рассеяния тепла по отношению к вспененным материалам с закрытыми порами/ячейками.
Бесшумные шины, содержащие звукопоглощающие пенополиуретаны, описаны, например, в WO 2013182477 А1 или в ЕР 2457748 А1 или в вышеупомянутых документах.
В документах ЕР 1661735 А1, ЕР 1876038 А1 и ЕР 2457720 среди многих возможных альтернативных звукопоглощающих материалов для шин, - таких как пенополиуретаны на основе простых полиэфиров, пенополиуретаны на основе сложных полиэфиров, вспененные материалы на основе хлоропренового каучука, вспененные материалы на основе этиленпропиленового каучука, вспененные материалы на основе нитрильного каучука, вспененные материалы на основе силиконового каучука и т.д., - также упоминаются полиэтилены, но при этом в данных документах в качестве примеров приводятся только пенополиуретаны, как правило, микропористые с открытыми порами/ячейками.
В документах ЕР 1795377, ЕР 2397347 и ЕР 1745947 описаны пористые материалы как с открытыми порами/ячейками, так и закрытыми порами/ячейками, используемые в качестве звукопоглощающих материалов для шин, при этом наряду с многими возможными материалами также упоминается полиэтилен, но ячеистая структура не детализирована.
В документе US 6209601 описаны вспененные материалы с закрытыми ячейками, пригодные в качестве звукопоглощающих материалов для шин, при этом среди многих возможных материалов также упоминается полиэтилен, но ячеистая структура не детализирована.
Несмотря на сведенные воедино данные об использовании, вспененные материалы с открытыми порами/ячейками, - которые отличаются хорошими акустическими, механическими и термическими характеристиками и простой обработкой, - тем не менее, имеют недостатки.
Действительно, для них характерна тенденция легко поглощать влагу из окружающей среды или из сжатого воздуха, используемого для накачивания, и, следовательно, они подвергаются росту бактерий и распространению плесени, что сопровождается образованием запахов, и даже в случае полиуретанов на основе сложных полиэфиров - гидролитической деструкции. Накапливание воды во внутренней полости, например, вследствие хранения шин вне помещения без защиты от погодных факторов и частичная деструкция звукопоглощающего материала могут также привести к разбалансировке пространственного положения шин, что может отрицательно повлиять на комфорт водителя и/или пассажиров, отрицательно повлиять на эксплуатационные характеристики транспортного средства на дороге и в конечном счете на безопасность.
Различные решения были использованы для борьбы с проблемой гигроскопичности пенополиуретанов.
Например, шины упаковывали в определенные контейнеры и запасные части упаковывали в непроницаемые мешки для их защиты во время транспортировки и хранения; тем не менее, проблема снова возникала после открытия упаковок.
Тем не менее, вспененные материалы с закрытыми порами/ячейками, для которых характерна значительно более низкая склонность впитывать воду по отношению к вспененным материалам с открытыми порами/ячейками, не имели успеха вследствие менее хороших акустических свойств и меньшей способности к рассеянию тепла.
В качестве альтернативы была предложена обработка водоотталкивающими веществами или покрытие поверхностей вспененных материалов непроницаемыми пленками. Кроме того, воздействие на распространение плесени включало использование противогрибковых средств внутри или на наружных поверхностях тех же самых пленок.
Тем не менее, предложенные решения помимо того, что они, как правило, не решали проблему устранения недостатков, также влекли за собой операции со значительными дополнительными затратами.
Сущность изобретения
Заявитель изучил проблемы вышеупомянутых пенополиуретанов и обнаружил, что определенные макроячеистые звукопоглощающие вспененные материалы с полиолефиновой основой, используемые в обычных применениях (например, при звукоизоляции зданий или в противошумовых ограждениях) и как будто непригодные для применения во внутренней полости шин, поскольку они представляют собой материалы на основе полиолефинов с более низкой температурой плавления и с закрытыми ячейками, как ни удивительно, выдерживают термические и механические напряжения, которые создаются при качении шины, сохраняют свою физическую целостность и способность к устранению шума в течение некоторого времени, при этом их звуковые характеристики, по меньшей мере, сопоставимы - если не улучшены - по отношению к классическим пенополиуретанам. На вспененные материалы на основе полиолефинов не влияет влага, они не впитывают воду и являются особо легкими.
Следовательно, представленные вспененные полиолефины, по меньшей мере, при условии таких же, если не улучшенных, акустических характеристик по отношению к обычным пенополиуретанам обеспечивают придание бесшумным шинам, которые содержат их, тех же преимуществ с точки зрения долговечности, улучшенной балансировки пространственного положения и более низкого сопротивления качению, упрощения операций сборки и хранения для шин и запасных частей по существу вследствие легкости, гидролитической устойчивости и малого впитывания воды вспененными материалами, - то есть преимуществ, которые также превращаются в снижение затрат.
Заявитель неожиданно обнаружил, что подобные определенные макроячеистые вспененные полиолефины обладают стойкостью к условиям применения внутри полости шин и демонстрируют звукопоглощающие характеристики, которые улучшены и/или, по меньшей мере, сопоставимы по отношению к обычным пенополиуретанам.
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к бесшумной шине для колес транспортных средств, содержащей, по меньшей мере:
- звукопоглощающий материал, наложенный, по меньшей мере, на один участок радиально внутренней поверхности шины,
при этом звукопоглощающий материал содержит вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, характеризующимися
средним размером ячеек, составляющим, по меньшей мере, 1,5 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 3 мм, еще более предпочтительно - по меньшей мере, 4 мм в соответствии со стандартом ASTM D3576 (ASTM - Американское общество по испытанию материалов).
Бесшумная шина для колес транспортных средств в соответствии с изобретением может содержать, по меньшей мере:
- каркасный конструктивный элемент;
- брекерный конструктивный элемент, наложенный в радиальном направлении снаружи по отношению к каркасному конструктивному элементу;
- протекторный браслет, расположенный в радиальном направлении снаружи по отношению к брекерному конструктивному элементу;
- слой непроницаемого эластомерного материала (герметизирующий слой), наложенный в радиальном направлении внутри по отношению к слою каркаса;
- звукопоглощающий материал, наложенный, по меньшей мере, на один участок радиально внутренней поверхности слоя непроницаемого эластомерного материала,
при этом звукопоглощающий материал содержит вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, характеризующимися
средним размером ячеек, составляющим, по меньшей мере, 1,5 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 3 мм, еще более предпочтительно - по меньшей мере, 4 мм в соответствии со стандартом ASTM D3576.
В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение относится к способу изготовления бесшумной шины для колес транспортных средств, который включает:
i) выполнение шины, подвергнутой вулканизации и формованию в пресс-форме;
ii) если требуется, очистку, по меньшей мере, одного участка радиально внутренней поверхности шины и
iii) наложение звукопоглощающего материала, по меньшей мере, на данный возможно очищенный участок радиально внутренней поверхности шины,
при этом звукопоглощающий материал содержит вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, характеризующимися
средним размером ячеек, составляющим, по меньшей мере, 1,5 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 3 мм, еще более предпочтительно - по меньшей мере, 4 мм в соответствии со стандартом ASTM D3576, предпочтительно подвергнутый перфорированию.
Определения
Под термином «вспененный материал с макроячейками» или «вспененный макрочеистый материал» подразумевается вспененный материал, ячейки которого имеют средний размер в диапазоне между 1,5 мм и 15 мм в соответствии со стандартом ASTM D3576.
Под термином «вспененный материал с микроячейками» или «вспененный микрочеистый материал» подразумевается вспененный материал, имеющий средний размер ячейки, составляющий менее 1,5 мм.
Под «полиолефиновым материалом» подразумевается материал, содержащий, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 70%, более предпочтительно, по меньшей мере, 90%, 95%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 99% масс. одного или более полиолефинов.
Под «полиолефинами» подразумеваются те термопластичные полимеры, которые получены в результате полимеризации ненасыщенных углеводородов, содержащих этиленовую или диеновую функциональную группу.
В частности, термин «полиолефин» охватывает гомополимеры и сополимеры олефинов и их смеси.
Конкретные примеры включают гомополимеры этилена, пропилена, бутилена, сополимеры этилена и альфа-олефина, пропилена и альфа-олефина, бутилена и альфа-олефина, полиметилпентены и модифицированные полимеры на их основе.
Под «экваториальной плоскостью» шины подразумевается плоскость, которая перпендикулярна к оси вращения шины и которая разделяет шину на две симметричные одинаковые части.
Термины «радиальный» и «аксиальный» и выражения «радиально внутренний/наружный» и «аксиально внутренний/наружный» используются при соответствующем упоминании направления, перпендикулярного к оси вращения шины, и направления, параллельного оси вращения шины.
Вместо этого термины «окружной» и «в направлении вдоль/по окружности» используются при упоминании направления протяженности шины по кольцу, то есть направления качения шины, которое соответствует направлению, находящемуся в плоскости, которая совпадает с экваториальной плоскостью шины или параллельна экваториальной плоскости шины.
Под «внутренней кольцевой полостью» подразумевается внутренняя полость, образованная между шиной и соответствующим монтажным ободом.
В шине в качестве коронной части определена та часть шины, где расположен протектор, при этом данная часть расположена в аксиальном направлении между двумя краями протектора.
Шина в соответствии с настоящим изобретением может иметь, по меньшей мере, один из нижеприведенных предпочтительных отличительных признаков, рассматриваемый отдельно или в комбинации с остальными.
В шине по настоящему изобретению вспененный полиолефиновый материал характеризуется тем, что он содержит сравнительно большие закрытые ячейки (представляет собой вспененный макроячеистый материал).
Вспененный макроячеистый материал предпочтительно содержит ячейки, имеющие средний размер ячеек, находящийся в диапазоне между 1,5 мм и 15 мм, между 2 мм и 10 мм, от 3 мм до 10 мм, более предпочтительно - между 4 мм и 8 мм в соответствии со стандартом ASTM D3576.
Вспененный полиолефиновый материал предпочтительно имеет число закрытых макроячеек на 25 мм, составляющее менее 30, предпочтительно менее 20, более предпочтительно - менее 10, измеренное в соответствии со способом BS 4443/1 Met.4.
Бесшумная шина для колес транспортных средств в соответствии с изобретением предпочтительно содержит во внутренней полости звукопоглощающий материал, содержащий вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, предпочтительно подвергнутыми перфорированию, при этом число ячеек составляет менее четырех на линейный сантиметр.
4
20
4
10
Звукопоглощающий материал бесшумной шины в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно содержит вспененный полиолефиновый материал, получаемый посредством вспенивания полиолефинового материала, выбранного из гомо- и сополимеров этилена, пропилена, альфа-олефина с числом атомов углерода С-С, предпочтительно альфа-олефина с числом атомов углерода С-С, и их смесей, более предпочтительно из гомо- и сополимеров этилена и их смесей.
Вспененный полиолефиновый материал предпочтительно не является сшитым.
Примерами промышленно производимых и имеющихся на рынке полиолефинов являются полиэтилены, полипропилены, полибутены и их сополимеры, включая сополимеры этилена с альфа-олефином, и их смеси.
4
8
Полиолефиновый материал предпочтительно представляет собой полиэтилен, выбранный из гомополимеров этилена, сополимеров этилена и пропилена и сополимеров этилена и альфа-олефина с числом атомов углерода С-С.
3
3
Полиэтилен предпочтительно представляет собой полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) с плотностью, равной или меньшей 0,940 г/см, предпочтительно находящейся в диапазоне между 0,910 и 0,940 г/см.
Полиэтилен, как правило, имеет температуру размягчения, составляющую менее приблизительно 120°, как правило, находящуюся в диапазоне между приблизительно 95 и приблизительно 115°С.
Полиэтилен, как правило, имеет индекс расплава, находящийся в диапазоне между 0,01 и 100, предпочтительно между 0,05 и 50, более предпочтительно - между 0,1 и 20 граммами за 10 минут (в соответствии со стандартом ASTM D1238, 190°C/2.16).
Звукопоглощающий материал предпочтительно состоит из вспененного полиолефинового материала с закрытыми макроячейками, предпочтительно подвергнутыми перфорированию.
Звукопоглощающий материал предпочтительно состоит из вспененного полиэтиленового материала с закрытыми макроячейками, предпочтительно подвергнутыми перфорированию.
3
3
3
Вспененный полиолефиновый материал предпочтительно имеет плотность, не превышающую 40 кг/м, предпочтительно не превышающую 30 кг/м, более предпочтительно - не превышающую 25 кг/м, измеренную в соответствии со стандартом ASTM D3575-08 Suffix W.
2
2
2
Вспененный полиолефиновый материал предпочтительно характеризуется впитыванием воды согласно UNI EN 12088 (при относительной влажности > 95%, через 28 дней), составляющим менее 6 кг/м, более предпочтительно - менее 4 кг/м, еще более предпочтительно - менее 3 кг/м.
Вспененный полиолефиновый материал предпочтительно характеризуется сопротивлением сжатию в соответствии со стандартом ISO 3385 1986, часть 1, при скорости сжатия, составляющей 100 мм/мин, и при четвертом сжатии, в соответствии с Таблицей 1:
Таблица 1
Сжатие
Прочность (кПа) не менее
Прочность (кПа) предпочтительно не менее
25%
1
2
50%
4
5
70%
20
22
Вспененный полиолефиновый материал, используемый в качестве звукопоглощающего материала в шине по настоящему изобретению, представляет собой вспененный материал с закрытыми макроячейками, предпочтительно подвергнутыми перфорированию.
Вспененные звукопоглощающие материалы с закрытыми макроячейками, предпочтительно подвергнутые перфорированию, описаны, например, в патентной заявке WO 01/70859.
Вспененные материалы с подвергнутыми перфорированию, закрытыми ячейками известны для обычных применений и описаны, например, в патентной заявке WO 2012/156416 А1 и в остальных документах, приведенных в данном документе.
2
Вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, используемый в качестве звукопоглощающего элемента в шине по настоящему изобретению, предпочтительно имеет, по меньшей мере, одно перфорационное отверстие, предпочтительно, по меньшей мере, 5, по меньшей мере, 10, по меньшей мере, 20, по меньшей мере, 30 перфорационных отверстий на 10 см поверхности.
Перфорационное отверстие во вспененном материале может быть ограниченным/«частичным», сквозным или представлять собой комбинацию из двух - то есть двойное или тройное перфорационное отверстие, предпочтительно оно представляет собой двойное перфорационное отверстие, то есть комбинацию сквозного и ограниченного перфорационных отверстий.
Под сквозным перфорационным отверстием подразумевается перфорационное отверстие, которое проходит через вспененный материал на всей его толщине.
Под ограниченным перфорационным отверстием подразумевается перфорационное отверстие, которое не проходит через вспененный материал на всей его толщине.
Ограниченное перфорационное отверстие имеет глубину, которая меньше толщины вспененного материала, как правило, глубину, составляющую от приблизительно 25% до 85% от такой толщины.
Перфорационные отверстия, сквозные или ограниченные, которые проходят сквозь вспененный материал имеют, как правило, круглое поперечное сечение, но они также могут иметь другие формы, такие как эллиптическая, квадратная, треугольная или овальная.
Средняя ширина перфорационных отверстий, как правило, превышает 0,01 мм, предпочтительно превышает 0,1 мм, предпочтительно превышает 0,5 мм.
Средняя ширина перфорационных отверстий предпочтительно находится в диапазоне между 0,01 мм и 2 мм, более предпочтительно - между 0,05 мм и 1,0 мм.
Сквозные и ограниченные перфорационные отверстия могут иметь форму и/или ширину, которые являются одинаковыми или отличаются друг от друга.
Как правило, перфорационные отверстия равномерно распределены на, по меньшей мере, одной части, предпочтительно на всей поверхности листа вспененного материала и расположены на расстоянии друг от друга, которое зависит, среди прочего, от толщины такого листа.
Один пример способа двойного перфорирования вспененного материала с закрытыми ячейками описан в патенте ЕР 1026194 В1.
Перфорирование вспененного материала вызывает открытие одной части закрытых макроячеек.
Долю открытых ячеек, как правило, определяют в соответствии со стандартными испытаниями, такими как испытание по стандарту ASTM D2856-A.
Вспененный материал после перфорирования предпочтительно по-прежнему содержит, по меньшей мере, 40% по объему, предпочтительно, по меньшей мере, 60%, более предпочтительно, по меньшей мере, 65% закрытых ячеек.
Вспененный материал после перфорирования предпочтительно содержит, по меньшей мере, 10% по объему, предпочтительно, по меньшей мере, 20%, по меньшей мере, 25%, по меньшей мере, 30% ячеек, открытых посредством перфорирования.
Вспененный материал после перфорирования предпочтительно содержит приблизительно 10-50% по объему, предпочтительно приблизительно 15-40%, от 20 до 35% ячеек, открытых посредством перфорирования.
Открытие определенного числа ячеек во вспененном материале с закрытыми ячейками придает улучшенные звукопоглощающие свойства, поскольку это создает извилистые пути для звуковых волн.
Кроме того, не будучи «связанным» какой-либо интерпретирующей теорией, Заявитель полагает, что комбинация макроячеистой структуры с перфорированием вспененного полиолефинового материала также обеспечивает быстрый и эффективный отвод тепла, как ни удивительно, обеспечивающий возможность использования данных полиолефиновых материалов, -которые сами по себе характеризуются худшими термическими свойствами, - в качестве звукопоглощающих материалов вместо обычных полиуретановых материалов, которые, как хорошо известно, имеют высокие температуры плавления, внутри полости шин, то есть в условиях значительных термических и механических напряжений.
В шине по настоящему изобретение звукопоглощающий материал предпочтительно используется в виде одного слоя или в альтернативном варианте в виде двух или более слоев, соединенных вместе, при этом в последнем случае они предпочтительно соединены посредством прикатки.
Звукопоглощающий материал имеет толщину, превышающую приблизительно 5 мм, как правило, составляющую от приблизительно 5 до приблизительно 50 мм, предпочтительно от 7 до 40 мм, более предпочтительно - от 10 до 30 мм.
Одним примером особенно предпочтительного, промышленно производимого звукопоглощающего материала, состоящего из полиэтилена с подвергнутыми перфорированию, закрытыми макроячейками, является материал, называемый Stratocell Whisper™, поставляемый компанией Sogimi, проиллюстрированный в данном документе на фиг.6. Фотография на фиг.6 обеспечивает возможность понимания внешнего вида данного образца материала Stratocell Whisper и фактического размера его макроячеек посредством прямого сравнения с миллиметровой шкалой линейки.
Звукопоглощающий материал продается в виде листов, обычно прямоугольных, или рулонов.
Как правило, одна из двух основных поверхностей звукопоглощающего материала покрыта слоем соответствующего адгезивного материала, защищенного, в свою очередь, первой съемной пленкой, в то время как другая поверхность может иметь или не иметь вторую защитную пленку. Для удаления первой съемной пленки можно обеспечить прилипание звукопоглощающего материала к радиально внутренней поверхности слоя непроницаемого эластомерного материала шины.
В альтернативном варианте существует возможность нанесения адгезивного материала на слой непроницаемого эластомерного материала (герметизирующий слой) на участке поверхности, на котором желательно разместить звукопоглощающий материал, и перехода, таким образом, к его приклеиванию, или на обе поверхности.
Примерами адгезивных материалов, широко используемых для данных целей, являются акриловые адгезивы, например, склеивающие при надавливании, модифицированные акриловые адгезивы, продаваемые компанией Tekspan Automotive под наименованием 2С или компанией Nitto под наименованием 5015ТР или D5952, или акриловые адгезивы 9472LE, продаваемые компанией 3М и наносимые посредством валика.
Тем не менее, могут быть применены другие типы адгезивов, которые широко используются в данной области, при условии, что они пригодны для гарантирования стабильного адгезионного сцепления звукопоглощающего материала с эластомерным материалом герметизирующего слоя. Данный слой, как правило, состоит из галобутиловых каучуков.
Вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, предпочтительно подвергнутыми перфорированию, который применяется в шине в соответствии с настоящим изобретением, неожиданно демонстрирует улучшенное адгезионное сцепление с герметизирующим слоем по отношению к обычным полиуретановым материалам с закрытыми ячейками меньшего размера.
В случае шины, изготовленной в соответствии с обычными способами, перед обеспечением прилипания звукопоглощающего материала к радиально внутренней поверхности герметизирующего слоя, как правило, целесообразно удалить с такой поверхности все загрязнения, возможно оставшиеся после операции формообразования, при этом удаление происходит, например, механически посредством стирания и/или химически, например, с помощью растворителей.
При использовании шины, в которой подобная поверхность по существу не загрязнена, предпочтительно существует возможность перейти непосредственно к приклеиванию звукопоглощающего материала, при этом минимизируется или полностью устраняется этап очистки.
В шине в соответствии с настоящим изобретением данный, по меньшей мере, один слой звукопоглощающего материала наложен в радиальном направлении внутри по отношению к слою непроницаемого эластомерного материала.
В предпочтительном варианте осуществления наложен только один слой звукопоглощающего материала.
В другом варианте осуществления наложены два или более слоев звукопоглощающих материалов, которые являются одинаковыми или отличаются друг от друга, при этом они наложены один поверх другого частично или предпочтительно полностью, и из данных слоев, по меньшей мере, один содержит вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, предпочтительно подвергнутыми перфорированию, как описано выше.
В случае множества слоев звукопоглощающие материалы предпочтительно адгезионно сцеплены друг с другом, например, посредством приклеивания или посредством прикатки.
В шине в соответствии с настоящим изобретением звукопоглощающий материал наложен, по меньшей мере, на одном участке радиально внутренней поверхности слоя непроницаемого эластомерного материала.
Звукопоглощающий материал предпочтительно наложен на радиально внутреннюю поверхность непроницаемого эластомерного материала, которая продолжается на всей окружности шины и в аксиальном направлении, по меньшей мере, в зоне коронной части шины, предпочтительно находящейся в диапазоне между 10% и 70% от короны шины.
Звукопоглощающий материал предпочтительно наложен на радиально внутреннюю поверхность непроницаемого эластомерного материала, которая продолжается на всей окружности шины и в аксиальном направлении от борта до борта.
Звукопоглощающий материал предпочтительно наложен на радиально внутреннюю поверхность непроницаемого эластомерного материала, которая продолжается на части окружности шины.
Звукопоглощающий материал предпочтительно наложен на радиально внутреннюю поверхность непроницаемого эластомерного материала, которая проходит в аксиальном направлении в зоне, по существу сцентрированной относительно экваториальной плоскости шины.
В шине в соответствии с настоящим изобретением звукопоглощающий материал может быть наложен на радиально внутреннюю поверхность непроницаемого эластомерного материала в виде единственной полоски или в виде множества полосок, предпочтительно параллельных друг другу в направлении вдоль окружности или проходящих с наклоном относительно экваториальной плоскости.
Звукопоглощающий материал предпочтительно наложен на радиально внутреннюю поверхность непроницаемого эластомерного материала так, чтобы обеспечить как можно более симметричное распределение нагрузки для избежания разбалансировки пространственного положения шины.
Звукопоглощающий материал предпочтительно наложен на радиально внутреннюю поверхность непроницаемого эластомерного материала с предотвращением наложения друг на друга концевых клапанов данных одной или более полосок материала.
Внутренняя поверхность предпочтительно покрыта на 100% или менее, предпочтительно более чем на 50%.
Покрытие предпочтительно получают при изменяющемся числе кусков, предпочтительно превышающем или равном 1, предпочтительно составляющем менее 10.
Шина по изобретению предпочтительно представляет собой шину с высокими эксплуатационными характеристиками (HP - High Performance) или шину со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками, предназначенную для оснащения транспортных средств, предназначенных для транспортировки главным образом людей, таких как фургон с кузовом типа «седан», многоместный автомобиль фургонного типа с кузовом «универсал», внедорожник (SUV) и/или кроссовер (CUV); как правило, данные шины допускают высокие скорости движения.
3
3
3
Шины с высокими и сверхвысокими характеристиками представляют собой, в частности, такие шины, которые обеспечивают возможность достижения скоростей, превышающих, по меньшей мере, 160 км/ч, превышающих 200 км/ч и доходящих до скоростей свыше 300 км/ч. Примерами таких шин являются шины, принадлежащие к классам ʺTʺ, ʺUʺ, ʺHʺ, ʺVʺ, ʺZʺ, ʺWʺ, ʺYʺ в соответствии со стандартом E.T.R.T.O. (Европейской технической организации по шинам и ободьям), предназначенные, в частности, для четырехколесных транспортных средств с большим рабочим объемом двигателя. Как правило, шины, принадлежащие к подобным классам, имеют ширину профиля, равную или превышающую 185 мм, предпочтительно не превышающую 325 мм, более предпочтительно - находящуюся в диапазоне между 195 мм и 325 мм. Подобные шины предпочтительно устанавливают на ободьях, имеющих посадочные диаметры, равные или превышающие 15 дюймов (381 мм), предпочтительно не превышающие 24 дюймов (609,6 мм), более предпочтительно находящиеся в диапазоне между 17 дюймами (431,8 мм) и 22 дюймами (558,8 мм). Под внедорожниками (SUV) и кроссоверами (CUV) подразумеваются транспортные средства с более высоким пространственным положением, как правило, с полной силой тяги, соответствующей рабочему объему двигателя, равному или превышающему 1800 см, более предпочтительно находящемуся в диапазоне между 2000 см и 6200 см. Подобные транспортные средства предпочтительно имеют массу, превышающую 1400 кг, более предпочтительно находящуюся в диапазоне между 1500 кг и 3000 кг.
Шина по изобретению может быть использована в качестве летней шины, зимней шины или шины «всесезонного» типа (шины, пригодной для всех сезонов).
Краткое описание чертежей
Дополнительные характеристики и преимущества будут более очевидными из подробного описания предпочтительного, но не единственного варианта осуществления бесшумной шины в соответствии с настоящим изобретением.
Подобное описание приведено ниже со ссылкой на приложенные чертежи, представленные в качестве неограничивающего примера, на которых:
- фиг.1 схематически показывает в радиальном полусечении бесшумную шину для колес транспортных средств в соответствии с настоящим изобретением.
- Фиг.2 иллюстрирует характеристики подавления кавитационного шума в испытании на пробивание для шины в соответствии с изобретением (образцы 1-3) и сравнительной шины С1, не имеющей звукопоглощающего материала.
- Фиг.3 и 4 показывают характеристики подавления кавитационного шума в испытании для измерения шума в полубезэховой камере для шины в соответствии с изобретением (образец 3) и сравнительной шин (С1), не имеющей звукопоглощающего материала, и сравнительной шины (С2), содержащей классический пенополиуретан с открытыми микроячейками, при скоростях 65 и 80 км/ч.
- Фиг.5а и 5b показывают графики, относящиеся к внутреннему шуму, измеренному при дорожных испытаниях при скоростях, находящихся в диапазоне между 40 и 80 км/ч, в двух точках в предназначенном для водителя/пассажиров салоне легкового автомобиля с шинами в соответствии с изобретением, содержащими вспененный полиэтиленовый материал с подвергнутыми перфорированию, закрытыми макроячейками (образец 3), или со сравнительными шинами, содержащими пенополиуретаны с открытыми микроячейками (С2, С3) или содержащими вспененный полиэтиленовый материал с не подвергнутыми перфорированию, закрытыми ячейками меньшего размера (С4, С5).
Фиг.6 представляет собой фотографию образца вспененного полиолефинового материала с подвергнутыми перфорированию, закрытыми макроячейками, предпочтительно используемого в бесшумной шине в соответствии с настоящим изобретением, рядом с контрольной линейкой с миллиметровой шкалой.
Фиг.7 показывает характеристики подавления кавитационного шума в испытании для измерения шума в полубезэховой камере для шины в соответствии с изобретением (образец 3) до и после испытания на усталость.
Подробное описание изобретения
Фиг.1 схематически показывает в радиальном полусечении бесшумную шину для колес транспортных средств, содержащую вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, в соответствии с настоящим изобретением.
В частности, на фиг.1 ʺaʺ обозначает аксиальное направление и ʺXʺ обозначает радиальное направление, в частности, линия, соответствующая экваториальной плоскости, обозначена Х-Х.
Шина 100 для четырехколесных транспортных средств содержит, по меньшей мере, один каркасный конструктивный элемент, содержащий, по меньшей мере, один слой 101 каркаса, имеющий соответствующие противоположные концевые клапаны, введенные в контактное взаимодействие с соответствующими удерживающими кольцевыми конструктивными элементами 102, называемыми сердечниками бортов, возможно соединенными с наполнительным шнуром 104 борта. Зона шины, содержащая сердечник 102 борта и наполнительный шнур 104 борта, образует бортовой конструктивный элемент 103, предназначенный для удерживания шины на соответствующем непоказанном монтажном ободе.
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. Усилительные элементы, как правило, образованы текстильными кордами, например, вискозными, нейлоновыми, полиэфирными (например, из полиэтиленнафталата (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 удерживающих кольцевых конструктивных элементов 102 так, чтобы образовать так называемые завороты 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 показанного на фиг.1), наложенного в аксиальном направлении снаружи по отношению к первому слою каркаса.
Антиабразивная лента 105, выполненная из 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 наложения их в радиальном направлении друг на друга и на слой каркаса, 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, «направленное» в целом в соответствии с направлением вращения шины.
В радиальном направлении снаружи по отношению к слоям 106а, 106b брекера наложен, по меньшей мере, один окружной усилительный слой 106с, широко известный как брекер с кордами, расположенными под углом, составляющим 0°, который содержит, по меньшей мере, один окружной слой брекера.
Усилительный слой (окружной брекер) может содержать множество, как правило, металлических и/или текстильных кордов.
В радиальном направлении снаружи по отношению к брекерному конструктивному элементу 106 наложен протекторный браслет 109, который выполнен из эластомерного материала подобно другим полуфабрикатам, образующим шину 100.
Соответствующие боковины 108, выполненные из эластомерного материала, также наложены в аксиальном направлении снаружи на боковые поверхности каркасного конструктивного элемента, при этом каждая из боковин проходит от одного из боковых краев 110 протектора 109 вплоть до соответствующего бортового конструктивного элемента 103. Часть шины, находящаяся между краями 110, образует корону С шины. Следовательно, в такой короне С брекерный конструктивный элемент 106 предпочтительно проходит в радиальном направлении внутри по отношению к протектору вплоть до краев 110.
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) для образования множества блоков различной формы и размера, распределенных по поверхности 109а качения, как правило, образованы на данной поверхности 109а, которая показана гладкой на фиг.1 для простоты.
Подслой 111 может быть размещен между брекерным конструктивным элементом 106 и протекторным браслетом 109.
Слой 112 непроницаемого эластомерного материала, общеизвестный как «герметизирующий слой», обеспечивает необходимую непроницаемость по отношению к воздуху для накачивания шины и, как правило, расположен в радиальном направлении внутри по отношению к слою 101 каркаса.
Радиально внутренняя поверхность 113 слоя 112 непроницаемого эластомерного материала адгезионно сцеплена, например, посредством склеивания, со слоем звукопоглощающего материала 301, содержащего вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, предпочтительно подвергнутыми перфорированию.
Может быть обеспечено адгезионное сцепление слоя звукопоглощающего материала с радиально внутренней поверхностью 113 слоя непроницаемого эластомерного материала посредством приклеивания с помощью соответствующих адгезивов, таких как акриловый адгезив, или посредством прилегания или сдавливания при выполнении звукопоглощающего слоя с бóльшими размерами по сравнению с внутренним диаметром шины.
На фиг.1 шина 100 показана в радиальном сечении, при этом она «несет» звукопоглощающий слой 301, образованный из вспененного полиолефинового материала с закрытыми ячейками, предпочтительно подвергнутыми перфорированию. Выполнение звукопоглощающего слоя 301 как одного целого с радиально внутренней поверхностью 113 слоя 112 непроницаемого эластомерного материала в коронной части С обеспечивается посредством приклеивания, при этом звукопоглощающий слой 301 занимает по протяженности в аксиальном направлении, по меньшей мере, одну часть указанной коронной части.
Способ изготовления бесшумной шины для колес транспортных средств включает:
i) выполнение шины, подвергнутой вулканизации и формованию в пресс-форме;
ii) если требуется, очистку, по меньшей мере, одного участка радиально внутренней поверхности шины и
iii) наложение звукопоглощающего материала, по меньшей мере, на данный возможно очищенный участок радиально внутренней поверхности шины,
при этом звукопоглощающий материал содержит вспененный полиолефиновый материал с закрытыми макроячейками, характеризующимися
средним размером ячеек, составляющим, по меньшей мере, 1,5 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 3 мм, еще более предпочтительно - по меньшей мере, 4 мм в соответствии со стандартом ASTM D3576, предпочтительно подвергнутый перфорированию.
Что касается звукопоглощающего материала, то представленный способ предпочтительно обеспечивает использование материалов при предпочтительных вариантах наложения, уже указанных по отношению к бесшумной шине в соответствии с изобретением.
Операцию ii) очистки по представленному способу, как правило, выполняют, если шина, полученная на этапе i), загрязнена на радиально внутренней поверхности слоя непроницаемого эластомерного материала смазочными материалами или маслами, или эмульсиями и антиадгезионными растворами, нанесенными в данном месте во время формообразования шины, что имеет место в случае шин, изготавливаемых в соответствии с обычными способами.
Наличие данных загрязнителей, как правило, не позволяет наложить звукопоглощающий материал на внутреннюю поверхность герметизирующего слоя с обеспечением адгезионного сцепления, достаточного для противодействия последующим напряжениям во время использования, даже при применении клеев, которые имеют высокую адгезивную способность, которые являются дорогостоящими и с которыми трудно обращаться.
В таком случае для устранения данных проблем предпочтительно перейти к операции очистки, по меньшей мере, на части радиально внутренней поверхности герметизирующего слоя, которая подвергается наложению звукопоглощающего материала.
Очистка может быть проведена в соответствии с любым подходящим способом как посредством механического удаления губками, тряпками или щетками, так и посредством растворения загрязнителей соответствующими растворителями, или посредством комбинаций данных способов.
Если вместо этого предпочтительно получают шину, в которой подобная поверхность по существу не загрязнена, существует возможность перейти непосредственно к приклеиванию звукопоглощающего материала, при этом минимизируют операцию очистки или полностью избегают ее.
Операцию наложения звукопоглощающего материала на, по меньшей мере, один участок радиально внутренней поверхности слоя непроницаемого эластомерного материала, возможно подвергнутый очистке, предпочтительно выполняют посредством приклеивания.
Приклеивание звукопоглощающего материала выполняют посредством использования адгезивов или клеев, пригодных для этого, предпочтительно акриловых адгезивов.
Для наложения звукопоглощающего материала посредством приклеивания адгезив может быть нанесен, по меньшей мере, на один участок одной из двух основных поверхностей звукопоглощающего материала, на, по меньшей мере, один участок радиально внутренней поверхности слоя непроницаемого эластомерного материала или на оба данных участка в соответствующих или несоответствующих частях.
Поскольку они промышленно изготавливаются и имеются на рынке, предпочтительно используются звукопоглощающие материалы в виде листов или рулонов, уже предусмотренные с дополнительным слоем адгезивного материала, нанесенного на одну из основных поверхностей, при этом адгезивный слой соответствующим образом защищен первой съемной пленкой.
Для наложения после возможной отрезки звукопоглощающего материала по размеру первую защитную пленку снимают с адгезивного слоя, и звукопоглощающий материал накладывают на заданный участок поверхности герметизирующего слоя под давлением вручную или посредством соответствующих автоматизированных систем.
Звукопоглощающий материал, как правило, продают с дополнительной (второй) съемной защитной пленкой, расположенной на другой основной поверхности, которая не покрыта адгезивом. Данная вторая пленка, которая главным образом выполняет защитные функции для вспененного звукопоглощающего материала, образована, как правило, термопластичной пленкой.
В бесшумной шине в соответствии с настоящим изобретением данная вторая пленка может быть оставлена приклеенной, или ее предпочтительно удаляют после наложения звукопоглощающего материала.
Заявитель установил в результате наблюдений, что акустические характеристики шины в соответствии с изобретением, как правило, улучшаются, если данная вторая пленка будет удалена со звукопоглощающего материала.
Заявитель обнаружил, что данные определенные звукопоглощающие материалы, используемые для звукоизоляции здания и оборудования или образующие противошумовые дорожные заграждения и, следовательно, предназначенные для применений в статических условиях и/или в условиях регулируемой температуры, неожиданным образом оказались пригодными и эффективными при подавлении резонансного шума даже при размещении их внутри полости шины - то есть в условиях значительных механических и термических напряжений, - даже если они состоят из полиолефинов, которые, как хорошо известно, имеют более низкие температуры плавления по отношению к полиуретанам, как правило, используемым для данного применения.
Данные материалы предпочтительно обладают гидролитической устойчивостью и не впитывают воду. Кроме того, вследствие морфологических характеристик макроячеек они являются особенно легкими, что способствует общему снижению массы готовой шины.
Нижеприведенные примеры представлены далее в иллюстративных целях и не для ограничения.
Примеры
ФОНОМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
Для оценки характеристик подавления кавитационного шума, обеспечиваемых звукопоглощающими материалами по настоящему изобретению и сравнительными материалами, образцы шин были подготовлены посредством наложения полосок предварительно выбранных материалов на внутреннюю поверхность герметизирующего слоя в соответствии с вариантами, подробно описанными ниже.
После этого акустические характеристики были определены посредством фонометрических испытаний, проводимых как для шины, установленной на ободе (испытание на удар или ударное испытание), так и для шины, установленной на автомобиле, при этом оценка выполнялась в закрытой среде (испытание в полубезэховой камере) и на дороге (измерения шума в салоне для водителя/пассажиров и мнение водителя-испытателя).
Подготовка образцов
Внутренняя поверхность герметизирующего слоя шины Pirelli 275/45R20, образованного из бромбутилового материала, в коронной части была очищена мягкой абразивной губкой для удаления всего загрязняющего антиадгезивного раствора, нанесенного во время этапа вулканизации.
После этого выбранный звукопоглощающий материал был наложен в виде одной полоски на такую поверхность посредством слоя акрилового адгезива, размещенного между вспененным материалом и герметизирующим слоем. Другая поверхность вспененного материала, не имеющая адгезива, была покрыта съемной защитной пленкой.
Звукопоглощающий материал был наложен посредством покрытия внутренней поверхности герметизирующего слоя на всей окружности симметрично относительно экваториальной плоскости.
Характеристики шины, содержащей вспененный полиэтилен А с подвергнутыми перфорированию, закрытым макроячейками в соответствии с изобретением, (образцы 1-3) сравнивали с характеристиками базовой шины, не имеющей звукопоглощающих вспененных материалов, (образец С1) и с характеристиками сравнительных шин, содержащих пенополиуретан В с открытыми микроячейками при двух разных значениях толщины (20 и 10 мм) (образцы С2-С3) и вспененные полиэтилены D1 и D2 с не подвергнутыми перфорированию, закрытыми микроячейками (образцы С4, С5).
3
Вспененный материал А представлял собой вспененный полиэтилен с закрытыми макроячейками, с двойным перфорированием, имеющий плотность 25 кг/м, измеренную в соответствии со стандартом ASTM D3575-08 Suffix W, число ячеек на 25 мм < 10 в соответствии с BS 4443/1 Met.4, толщину 10 или 20 мм, продаваемый компанией Sogimi под торговым наименованием Stratocell Whisper (фиг.6). Данный вспененный материал имел первую поверхность, покрытую адгезивом и первой защитной пленкой, и вторую поверхность, покрытую непосредственно второй защитной пленкой. В образцах 1 и 2 вторая защитная пленка была сохранена, вместо этого она была удалена в образце 3.
3
Вспененный материал В представлял собой пенополиуретан с открытыми микроячейками PL38LWF (Tekspan Automotive), с плотностью 35-41 кг/м (ISO 1855), с числом ячеек на 25 мм > 40 и с толщиной 10 или 20 мм.
3
Вспененный материал D1 представлял собой вспененный сшитый полиолефин с закрытыми микроячейками, с числом ячеек на 25 мм > 40, плотностью 33±3,5 кг/м, измеренной в соответствии с ISO 845-88, продаваемый компанией Tekspan Automotive под торговым наименованием К630.
3
Вспененный материал D2 представлял собой вспененный сшитый полиэтилен с закрытыми микроячейками (с числом ячеек на 25 мм > 40) и плотностью 30±5 кг/м, измеренной в соответствии с ISO 845-88, продаваемый компанией Tekspan Automotive под торговым наименованием Х105 SM.
В нижеследующей Таблице 2 приведены образцы шин, изготовленных таким образом, вместе с их конструктивными характеристиками.
Таблица 2
Образец №
1
2
3
C1
C2
С3
С4
С5
Тип вспененного материала
А
А
А
нет
В
В
D1
D2
Плотность вспененного материалакг/м<sup>3</sup>
25 <sup>1</sup>
25 <sup>1</sup>
25 <sup>1</sup>
--
38 <sup>2</sup>
38 <sup>2</sup>
33 <sup>3 </sup>
30 <sup>3 </sup>
Число ячеек/25 мм
<sup>4</sup><10
<sup>4</sup><10
<sup>4</sup><10
--
> 40
> 40
> 40
> 40
Средний размер ячеек
> 1,5 мм
> 1,5 мм
> 1,5 мм
--
< 1,5мм
< 1,5мм
< 1,5мм
< 1,5мм
ШиринаТолщинавспененного материала
90 мм 10 мм
990 мм 20 мм
180 мм 20 мм
--
180 мм20 мм
180 мм10 мм
180 мм10 мм
180 мм10 мм
Вторая пленка
Да
Да
Нет
Пояснение: А: полиэтилен с закрытыми макроячейками и двойным перфорированием; В: полиуретан с открытыми микроячейками, не подвергнутыми перфорированию; D1: сшитый полиолефин с закрытыми микроячейками; D2: сшитый полиэтилен с закрытыми микроячейками. Плотность при испытании: 1 (ASTM D3575-08 Suffix W), 2 (ISO 1855), 3 (ISO 845-88); число ячеек: 4 (испытание: BS 4443/1 Met.4), шина 275/45R20.
Испытание на пробивание (Испытание на удар)
Данное внутреннее испытание по существу качественного характера используют для предварительного выбора материалов на основе их эффективности при подавлении кавитационного шума.
Шины, соответствующие образцам 1-3 и выполненные в соответствии с изобретением (с вспененным полиэтиленом А), и сравнительная шина С1 (без вспененного материала) были установлены на ободе 9JX20 E.T.R.T.O. и накачаны до давления 2,6 бар.
По каждой ненагруженной шине ударяли динамометрическим молотком, и амплитуды звуковых колебаний, создаваемых при различных частотах за счет удара, были зарегистрированы по оси Х и приведены на графике по фиг.2.
Как можно видеть из графиков, явление кавитационного резонанса показано рядом пиков между частотами, составляющими приблизительно 170 и 200 Гц.
Интенсивность резонансного пика для базовой шины (С1), не имеющей звукопоглощающего вспененного материала, имеющая место при приблизительно 190 Гц, в результате была уменьшена для всех образцов 1-3 пропорционально толщине вспененного материала. Значительное увеличение звукопоглощения также наблюдалось для образца, не имеющего обеих защитных пленок (образца 3), который при толщине 20 мм продемонстрировал наилучшее подавление из испытанных образцов.
- Измерение шума в салоне для водителя/пассажиров в полубезэховой камере
Посредством данного испытания сравнивали характеристики акустического демпфирования/подавления шума для шин в соответствии с изобретением (образец 3) с соответствующими характеристиками для сравнительных шин, не имеющих звукопоглощающих вспененных материалов (С1) или содержащих обычные пенополиуретаны (С3), в полубезэховой камере.
Оцениваемые шины были установлены на ободьях 9JX20 E.T.R.T.O., накачаны до давления 2,6 бар и смонтированы на легковом автомобиле.
Для каждого комплекта шин интенсивность шума измеряли внутри салона для водителя/пассажиров при увеличении скорости от 20 до 150 км/ч. При официальных испытаниях у производителей автомобилей оценивают характеристики подавления кавитационного шума, создаваемого шинами, при скоростях, как правило, находящихся в диапазоне между 40 и 80 км/ч, поскольку при скоростях, более низких или более высоких по сравнению со значениями в данном диапазоне, имеются другие явления возникновения шума, которые делают данные измерения маловажными.
На фиг.3 и 4 приведены кривые интенсивности звуковых колебаний, измеренной в предназначенном для водителя/пассажиров салоне транспортного средства, для различных испытываемых шин в зависимости от частот соответственно при скорости, составляющей 65 и 80 км/ч.
Как можно увидеть, при частоте, соответствующей пику при кавитационном резонансе, (приблизительно 190 Гц) образец 3 шины демонстрирует эффективность подавления шума, сопоставимую с эффективностью подавления шума для шины, содержащей обычный пенополиуретан (С2). Следовательно, из данного испытания делают вывод о том, что бесшумные шины по настоящему изобретению, предпочтительные вследствие гидролитической устойчивости и негигроскопичности звукопоглощающих вспененных материалов, по меньшей мере, сопоставимы с точки зрения акустических характеристик с известными бесшумными шинами, содержащими обычные пенополиуретаны.
Измерение шума в салоне для водителя/пассажиров на дороге
Посредством данного испытания сравнивали характеристики акустического демпфирования/подавления шума для образца 3 шины в соответствии с изобретением на дороге с соответствующими характеристиками сравнительных шин, не имеющих звукопоглощающих вспененных материалов (С1) или содержащих обычные пенополиуретаны (С2, С3) или вспененные полиэтилены с не подвергнутыми перфорированию, закрытыми микроячейками (С4, С5).
Испытываемые шины были установлены на ободьях 9.0J×20, накачаны до давления 2,3-2,5 бар и смонтированы на легковом автомобиле VW Tuareg 3.0 TD.
Скорость легкового автомобиля была доведена до приблизительно 80 км/ч на неровной асфальтированной дороге при температуре 9-13°С, после чего двигатель был выключен, и шум в салоне для водителя/пассажиров измерялся и оценивался водителем-испытателем до остановки транспортного средства.
Измерение шума в салоне для водителя/пассажиров выполняли посредством размещения микрофонов в центре легкового автомобиля (правый канал) и на стороне окна (левый канал) при скоростях легкового автомобиля, находящихся в диапазоне между 40 и 80 км/ч, и при частотах от 0 до 22000 Гц.
Как можно заключить из фиг.5а и 5b, шум, который измеряется в двух разных местах внутри салона для водителя/пассажиров (верхний график на фиг.5а - центр легкового автомобиля, нижний график на фиг.5b - сторона окна), увеличивается при увеличении скорости.
Из графиков видно, что шина 3 в соответствии с изобретением имеет, по меньшей мере, такую же, если не бóльшую эффективность при уменьшении шума в салоне для водителя/пассажиров по отношению к бесшумным шинам, содержащим пенополиуретаны с обычными открытыми микроячейками (С2, С3) и вспененные полиэтилены с закрытыми микроячейками, не подвергнутыми перфорированию (С4, С5).
В нижеследующих таблицах 3 и 4 приведена интенсивность звуковых колебаний, измеренная при пиковой частоте, составляющей приблизительно 190 Гц, и при скоростях 60 и 80 км/ч соответственно в двух местах внутри предназначенного для водителя/пассажиров салона легкового автомобиля для различных испытываемых шин.
Таблица 3
Скорость 60 км/ч
Центр автомобиля (дБ)
Сторона окна(дБ)
Образец
3
61,0
62,7
С1
61,4
63,6
С2
60,8
62,9
С3
61,1
63,0
С4
61,2
63,3
С5
61,0
62,9
Таблица 4
Скорость 80 км/ч
Центр автомобиля (дБ)
Сторона окна(дБ)
Образец
3
63,4
65,1
С1
64,0
66,0
С2
63,8
65,6
С3
63,6
65,5
С4
63,8
65,5
С5
63,6
65,3
Из этих данных можно понять, что шины согласно изобретению (образец 3), как правило, имеют эффективность подавления шума, по меньшей мере, равную эффективности подавления шума, если не превышающую эффективность подавления шума, демонстрируемую классическими пенополиуретанами (образцы С1 и С2).
Более конкретно, данные, относящиеся к измерениям при скоростях 60 и 80 км/ч, показывают, что вспененные полиэтилены с подвергнутыми перфорированию макроячейками, используемые в данных испытаниях, обладают способностью уменьшать кавитационный шум, которая даже лучше, чем соответствующая способность классических пенополиуретанов и вспененных полиэтиленов с микроячейками, не подвергнутыми перфорированию.
Оценка шума на дороге водителем-испытателем
Водитель-испытатель легкового автомобиля при вышеописанных условиях вождения выразил следующее мнение в отношении шума, ощущаемого в салоне для водителя/пассажиров.
Таблица 5
Образец шины
Мнение в отношении шума
Примечания
3
+
По существу аналогичный образцу С2 или немного лучший, чем у образца С2
С1
+++
Шум был раздражающим, прерывистым и проникающим
С2
++
При переходе от 80 км/ч к наиболее низким скоростям кавитационный шум увеличивается, оставаясь, тем не менее, приемлемым.
Шум: +++ сильный; ++ средний;+средний-слабый.
Кроме того, исходя из мнения водителя-испытателя можно заключить, что шина в соответствии изобретением демонстрирует характеристики звукопоглощения, сопоставимые с характеристиками звукопоглощения, если не лучшие, чем характеристики звукопоглощения, обеспечиваемые бесшумными шинами, содержащими обычные пенополиуретаны.
Оценка долговечности звукопоглощающих вспененных материалов
Шина 275/45R20 110W в соответствии с изобретением (образец 3), накачанная до давления 3,0 бар, была подвергнута испытанию на усталость в закрытой среде, которое состояло в обеспечении ее вращения с постоянной скоростью, соответствующей 80 км/ч, при температуре 25°С, при постоянной нагрузке 1380 кг, на уличной шине с диаметром 2,0 м в течение 400 часов, при этом целостность звукопоглощающего слоя проверяли с интервалами, составляющими 80 часов, при останове и демонтаже шины. Шина в соответствии с изобретением не продемонстрировала признаков промежуточного разрушения, и она «превысила» заданные 400 часов без отсоединений или повреждения звукопоглощающего слоя.
Оценка акустических характеристик звукопоглощающих вспененных материалов после испытания на усталость
Шина в соответствии с изобретением (образец 3) была подвергнута перед испытанием на усталость и после испытания на усталость в вышеописанной полубезэховой камере измерению акустических характеристик.
графике амплитудно-частотной характеристики взвешивающего фильтра, используемого при измерении уровня шума или звукового давления и учитывающей свойства человеческого уха
Фиг.7 показывает графики шума - измеренного в Па в соответствии с взвешивающей кривой ʺAʺ (), в большей степени «аналогичной» уху человека, - создаваемого шиной в соответствии с изобретением при частотах 192 и 208 Гц и в диапазоне скоростей от 80 до 60 км/ч до и после испытания на усталость. Как видно на перекрывающихся кривых, звукопоглощающий материал неожиданным образом сохранял то же самое шумопоглощение после 400 часов качения.