УПРОЧНЯЮЩИЙ СЛОЙ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ ЭЛАСТОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА, ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ШИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
STRENGTHENING LAYER FOR THE PRODUCTS MADE FROM ELASTOMERIC MATERIAL, PREFERABLY FOR PNEUMATIC TYRES OF THE VEHICLES AND PNEUMATIC TYRES OF THE VEHICLES

Изобретение относится к прорезиненному упрочняющему слою для изделий, выполненных из эластомерного материала, предпочтительно для шин транспортного средства, причем упрочняющий слой содержит множество параллельно расположенных взаимно разнесенных силовых элементов, причем силовые элементы являются гибридными кордами, состоящими по меньшей мере из двух комплексных нитей, скрученных друг с другом, при этом первая комплексная нить является вискозной комплексной нитью, а дополнительная комплексная нить является неметаллической комплексной нитью, которая состоит из материала, не идентичного первой комплексной нити. Изобретение также относится к пневматической шине транспортного средства, содержащей этот упрочняющий слой.
Упрочняющие слои для изделий, выполненных из эластомерного материала, таких как, например, резинотехнические изделия и (пневматические) шины транспортного средства, имеют важное значение и являются в целом известными из уровня техники для специалистов. Упрочняющие слои содержат множество упрочняющих нитевидных элементов, которые называют силовыми элементами. Они целиком заключены в эластомерный материал. Силовые элементы этих упрочняющих слоев имеют, например, вид тканых полотен или непрерывно намотанных каландрированных силовых элементов.
Если силовые элементы состоят по меньшей мере из двух нитей, каждая из которых состоит из различных материалов, эти силовые элементы называются гибридными кордами. Применение гибридного корда позволяет подобрать физические свойства силового элемента посредством, с одной стороны, целевого выбора материала для отдельных нитей и, с другой стороны, переплетения нитей.
Прорезиненные упрочняющие слои подходящего размера и конфигурации комбинируются с другими составляющими частями с образованием резинотехнического изделия или пневматической шины транспортного средства. Функция прорезиненных упрочняющих слоев в данном изделии состоит в его упрочнении.
Вышеупомянутый упрочняющий слой был раскрыт, например, в документе DE 10 2009 003 359 A1. Упрочняющий слой является брекером пневматической шины транспортного средства, содержащим силовые элементы, состоящие из гибридных кордов из двух нитей - комплексной нити из искусственного шелка и комплексной нити PET. Комплексная нить из искусственного шелка относится к вискозным комплексным нитям. Линейная плотность комплексной нити из искусственного шелка составляет 1840 дтекс; линейная плотность комплексной нити PET составляет 1440 дтекс. Гибридный корд имеет предварительно общепринятый диаметр. Диаметры силовых элементов имеют критическое значение при определении толщины упрочняющего слоя, заключающего в себе эти силовые элементы. Силовые элементы с небольшим диаметром обеспечивают возможность создания сравнительно более тонких упрочняющих слоев, чем силовые элементы с большим диаметром.
Однако, исходя из соображений снижения себестоимости, предпринимаются попытки применения упрочняющих слоев сниженной толщины в эластомерных изделиях, при этом упрочняющие слои должны иметь приблизительно такие же физические свойства, как и упрочняющие слои с общепринятой до сих пор толщиной. Более того, забота об окружающей среде побуждает прилагать усилия к использованию по мере возможности натурального возобновляемого сырья для силовых элементов этих упрочняющих слоев.
Следовательно, задача, которую призвано решить изобретение, состоит в предоставлении сравнительно тонкого упрочняющего слоя для изделий, выполненных из эластомерного материала, имеющего экологически безвредный состав и имеющего физические свойства, приблизительно эквивалентные физическим свойствам используемых в настоящее время упрочняющих слоев с синтетическими силовыми элементами. Проблема, которую призвано решить изобретение, также состоит в предоставлении пневматической шины транспортного средства, выполненной безвредным для окружающей среды образом и имеющей сравнительно низкое сопротивление качению.
В отношении упрочняющего слоя проблема решается, если вискозная комплексная нить после выдержки в условиях среды, определенных стандартом DIN EN ISO 139-1:2005, имеет линейную плотность нити <1100 дтекс и прочность на разрыв ≥45 сН/текс, а также, если гибридный корд имеет линейную плотность корда ≤3000 дтекс.
Предлагается сравнительно тонкий упрочняющий слой, силовой элемент которого является гибридным силовым элементом, состоящим по меньшей мере из двух комплексных нитей, одна из которых является вискозной комплексной нитью. Линейная плотность корда составляет ≤3000 дтекс, таким образом, предоставляя сравнительно тонкий гибридный корд и, следовательно, сравнительно тонкий упрочняющий слой. Вискозные комплексные нити получаются из целлюлозы посредством так называемого «вискозного процесса». Целлюлоза является наиболее часто применяемым и по существу натуральным, возобновляемым и, таким образом, безвредным для окружающей среды полимером во всем мире. Ранее необходимо было использовать толстые силовые элементы с вискозными комплексными нитями или комплексными нитями из искусственного шелка, имеющими линейную плотность нити >1840 дтекс, в прорезиненных упрочняющих слоях шины для предоставления прочности на разрыв, необходимой для обслуживания. В настоящее время на основе модифицированного способа производства вискозной нити была предоставлена возможность изготовления тонкой вискозной комплексной нити, имеющей как для вискозы поразительно высокую прочность на разрыв ≥45 сН/текс. Поразительность заключается в том, что упрочняющий слой с гибридными кордами, содержащими по меньшей мере одну вискозную комплексную нить, имеющую линейную плотность нити <1100 дтекс, очень полезен в резиновых технических изделиях, особенно в (пневматических) шинах транспортного средства.
В частности, упрочняющий слой согласно изобретению имеет разрушающее усилие, модуль упругости, сопротивление усталости и удлинение при разрыве, которые отвечают требованиям по обслуживанию, в частности, в пневматических шинах транспортного средства.
Гибридный корд упрочняющего слоя согласно изобретению может состоять из двух или более комплексных нитей, первая комплексная нить из которых всегда является вышеописанной «тонкой» вискозной комплексной нитью, а вторая комплексная нить из которых всегда состоит из материала, который не идентичен первой комплексной нити. Однако гибридный корд может также содержать три или более комплексных нитей, третья комплексная нить или дополнительная комплексная нить из которых может быть идентична материалу первой или второй комплексной нити или же может состоять из дополнительного неметаллического материала.
Отвечающие стандарту текстильные данные вискозной комплексной нити измеряются в соответствии со стандартом DIN EN ISO 2062:2009 при следующих условиях:
- время выдержки ≥16 часов в условиях стандартной среды
- CRE-динамометр с пневматическими зажимами [CRE: постоянная скорость растяжения]
- тестирование комплексных нитей с круткой изготовителя 100 в/м (в/м = витков/метр)
- длина образцов в зажатом состоянии: 500 мм
- скорость растяжения (скорость траверсы): 500 мм/мин (100%/мин).
Условия выдержки и тестирования, изложенные в вышеупомянутых стандартах, сравнимы с соответственным стандартом промышленности искусственных волокон (BISFA «Методы тестирования вискозных, купро, ацетатных, триацетатных и лиоцельных комплексных нитей», издание 2007 г.).
К удивлению, вискозную комплексную нить можно получить, если процесс, описанный в примере 2 документа GB 685 631, модифицировать несколькими техническими признаками, как описано ниже.
- Вместо хлопковых очесов использовалась хвойная древесная масса.
- Вискоза смешивается с модификаторами для вискозы (например, амин этоксилатами, такими как амины этоксилированной жирной кислоты, или полиэтиленгликолями, такими как ПЭГ 1500) в концентрации от 0,01 до 1,0 вес.% исходя из веса вискозы до прядения.
- Используемые фильеры содержат отверстие диаметром <100 мкм, предпочтительно от 40 до 80 мкм.
- Скорость прядения на первом снимающем вале составляет менее 50 м/мин и предпочтительно находится в пределах диапазона от 10 до 40 м/мин.
- Нить перемещается с фильеры в коагуляционную ванну через прядильную трубку, причем перемещению нити в прядильную трубку способствует ток коагуляционной ванны, проходящий в направлении приема волокна.
- Концентрация серной кислоты в коагуляционной ванне составляет более 15 г/литр и предпочтительно находится в пределах диапазона от 20 до 120 г/литр.
- Сульфат натрия и сульфат цинка добавляются в коагуляционную ванну, предпочтительно в концентрации от 25 до 250 г/литр коагуляционной ванны.
- Температура коагуляционной ванны составляет более 30°C, и предпочтительно находится в пределах диапазона от 40 до 95°C.
- Следующая за ней закрепляющая ванна содержит серную кислоту, предпочтительно в концентрации от 20 до 120 г/литр закрепляющей ванны, а также служит ванной распада для ксантогената целлюлозы.
- Пряжа растягивается более чем на 175%, величина растяжение предпочтительно находится в пределах диапазона от 180% до 220%.
- Вискозную комплексную нить согласно изобретению предпочтительно получают в ходе двухэтапного процесса, при котором на первом этапе нить прядут и навивают, а на втором этапе навитую нить разматывают и растягивают.
Преимущественным для дополнительной комплексной нити является наличие линейной плотности нити в пределах диапазона от ≥50 до ≤1800 дтекс, предпочтительно в пределах диапазона от ≥200 до ≤1200 дтекс, более предпочтительно в пределах диапазона от ≥250 до ≤800 дтекс. Это предоставляет сравнительно тонкий упрочняющий слой с гибридными кордами, каждая из нитей которых имеет низкую линейную плотность и, следовательно, небольшой общий диаметр корда, но физические свойства которых приближены к физическим свойствам гибридных кордов с общепринятыми в настоящее время диаметрами.
Вискозная комплексная нить является комплексной нитью из искусственного шелка или лиоцельной комплексной нитью.
Преимущественным для гибридного корда является наличие линейной плотности корда ≤2500 дтекс, предпочтительно ≤2000 дтекс.
Преимущественным для вискозной комплексной нити является наличие линейной плотности нити в пределах диапазона от ≥150 дтекс до <1100 дтекс, предпочтительно в пределах диапазона от ≥170 дтекс до <900 дтекс, и прочности на разрыв в пределах диапазона от ≥45 сН/текс до ≤60 сН/текс, предпочтительно в пределах диапазона от ≥45 сН/текс до ≤56 сН/текс. Высокая прочность на разрыв на дтекс обеспечивает линейную плотность тонкой нити относительно разрушающего усилия.
Полезным для вискозной комплексной нити является наличие линейной плотности нити в пределах диапазона от ≥170 дтекс до <900 дтекс, предпочтительно от ≥200 дтекс до <800 дтекс, и прочности на разрыв в пределах диапазона от ≥45 сН/текс до ≤56 сН/текс, предпочтительно в пределах диапазона от ≥45 сН/текс до ≤53 сН/текс. Это обеспечивает преимущества относительно усталостных свойств пневматической шины транспортного средства, в которой применяется упрочняющий слой согласно изобретению в качестве слоя каркаса и/или в качестве ее брекера, а также относительно операционной функциональности процедуры изготовления упрочняющего слоя.
Преимущественным для сопротивления усталости пневматической шины транспортного средства, в которой применяется упрочняющий слой согласно изобретению в качестве своего слоя каркаса и/или ее брекера, является то, что вискозная комплексная нить имеет линейную плотность волокна в пределах диапазона от 1,2 до 4,0 дтекс, предпочтительно в пределах диапазона от 2,4 до 3,0 дтекс.
Полезным для вискозной комплексной нити является наличие удлинения при разрыве в пределах диапазона от ≥5% до ≤20%, предпочтительно от ≥6% до ≤15%. Резиновые технические изделия или пневматическая шина транспортного средства, имеющая такой упрочняющий слой в качестве своего слоя каркаса и/или в качестве своего брекера, имеет большее сопротивление усталости, даже в экстремальных условиях, таких как, например, соприкосновение с бордюром, и/или является особенно подходящей для высокоскоростных применений.
В одном варианте осуществления изобретения дополнительная неметаллическая комплексная нить является арамидной комплексной нитью и/или полиамидной комплексной нитью, предпочтительно комплексной нитью PA66. Достигаются более высокий модуль упругости и более низкое сжатие, а также более высокая устойчивость в сочетании с меньшим диаметром корда, чем в случае, например, переплетения корда, предусматривающего 940×2 PA66.
В первом предпочтительном варианте осуществления изобретения упрочняющий слой содержит гибридный корд, состоящий из двух комплексных нитей, первая комплексная нить из которых является комплексной нитью из искусственного шелка и дополнительная комплексная нить из которых является комплексной нитью PA66, и при этом переплетение гибридного корда предусматривает 780×1 искусственного шелка + 700×1 PA66, предпочтительно скрученное с обеспечением 450 витков на метр S(Z) + 450 витков на метр S(Z), 450 витков на метр Z(S). Волокна каждой комплексной нити из искусственного шелка имеют линейную плотность волокна 3 дтекс. Прочность на разрыв комплексной нити из искусственного шелка находится в пределах диапазона от ≥45 сН/текс до ≤53 сН/текс. Каждая комплексная нить из искусственного шелка имеет удлинение при разрыве в пределах диапазона от ≥6% до ≤15%. Гибридный корд имеет диаметр 0,48 мм. Другие параметры гибридного корда показаны в таблице 1. Гибридные корды расположены с плотностью от 60 до 190 нитей на 1 дм, предпочтительно с плотностью от 120 до 170 нитей на 1 дм в упрочняющем слое, который предпочтительно является брекером.
Во втором предпочтительном варианте осуществления изобретения упрочняющий слой содержит гибридный корд, состоящий также из двух комплексных нитей, первая комплексная нить из которых является комплексной нитью из искусственного шелка и дополнительная комплексная нить из которых является арамидной комплексной нитью, и при этом переплетение гибридного корда предусматривает 620×1 искусственного шелка + 550×1 арамида, предпочтительно скрученное с обеспечением 600 витков на метр S(Z) + 600 витков на метр S(Z), 600 витков на метр Z(S). Волокна каждой комплексной нити из искусственного шелка имеют линейную плотность волокна 2,4 дтекс. Прочность на разрыв комплексной нити из искусственного шелка находится в пределах диапазона от ≥45 сН/текс до ≤53 сН/текс. Каждая комплексная нить из искусственного шелка имеет удлинение при разрыве в пределах диапазона от ≥6% до ≤15%. Гибридный корд имеет диаметр 0,40 мм. Другие параметры гибридного корда показаны в таблице 1. Гибридные корды расположены с плотностью от 60 до 210 нитей на 1 дм, предпочтительно с плотностью от 150 до 200 нитей на 1 дм в упрочняющем слое.
В третьем предпочтительном варианте осуществления изобретения упрочняющий слой содержит гибридный корд, состоящий из трех комплексных нитей, первая комплексная нить из которых является комплексной нитью из искусственного шелка, вторая комплексная нить из которых является арамидной комплексной нитью и третья комплексная нить из которых является комплексной нитью из искусственного шелка, идентичной первой комплексной нити, и при этом переплетение гибридного корда предусматривает 620×1 искусственного шелка + 550×1 арамида + 620×1 искусственного шелка, предпочтительно скрученное с обеспечением 600 витков на метр S(Z) + 600 витков на метр S(Z), 600 витков на метр Z(S). Волокна каждой комплексной нити из искусственного шелка имеют линейную плотность волокна 2,4 дтекс. Прочность на разрыв комплексной нити из искусственного шелка находится в пределах диапазона от ≥45 сН/текс до ≤53 сН/текс. Каждая комплексная нить из искусственного шелка имеет удлинение при разрыве в пределах диапазона от ≥6% до ≤15%. Гибридный корд имеет диаметр 0,50 мм. Другие параметры гибридного корда показаны в таблице 1. Гибридные корды расположены с плотностью от 60 до 190 нитей на 1 дм, предпочтительно с плотностью от 120 до 170 нитей на 1 дм в упрочняющем слое.
Преимущественным для гибридного корда является расположение с плотностью от 60 нитей на 1 дм до 280 нитей на 1 дм в упрочняющем слое.
«epdm» обозначает количество нитей на 1 дм и описывает плотность корда в упрочняющем слое.
Помимо этого, свойства или состав целлюлозных волокон не подвергается никаким ограничениям. Вискозная комплексная нить соответственным образом выполнена с возможностью обработки как таковая или в виде коротко нарезанного штапельного волокна в силовой элемент, в тканое или трикотажное полотно. Также можно использовать силовой элемент, содержащий вискозную комплексную нить, непосредственно при изготовлении шины.
Изобретение предоставляет решение в отношении пневматической шины транспортного средства, когда последняя содержит прорезиненный упрочняющий слой, как описано выше.
В частности, упрочняющий слой здесь является каркасом, и/или брекером, и/или усилителем борта покрышки.
Приводимая ниже таблица 1 дает общее представление о гибридных кордах, которые используются в упрочняющем слое изобретения, и их плотности в указанном упрочняющем слое в количестве нитей на 1 дм.
Таблица 1
Пример/Параметр
1
2
3
Материал
Искусственный шелк + PA66
Искусственный шелк + Арамид
Искусственный шелк + Арамид + Искусственный шелк
Переплетение корда
780×1+700×1
620×1+550×1
620×1+550×1+620×1
Витки [витков на метр]
450
600
600
Плотность [количество нитей на 1 дм]
80
150
170
Разрушающее усилие корда [кН/дм]
5,8
15,6
19,6
Удлинение при разрыве [%]
10
6,6
8,5
Диаметр [мм]
0,48
0,40
0,50
На фиг.1 показаны кривые «сила-удлинение» с двумя непрорезиненными полотнами, выраженными в кН/дм, при этом одно полотно содержит гибридный корд 1, описанный в таблице 1 (780 искусственного шелка + 700 PA66), а другое полотно содержит корд известного уровня техники (940×2 PA66). «e» в подписи означает количество нитей на 1 дм.
Гибридный корд 1 используется, например, предпочтительно в качестве тканого полотна в упрочняющем слое брекера пневматической шины транспортного средства. Модуль упругости гибридного корда преимущественно является сравнительно высокой вследствие наличия комплексной нити из искусственного шелка, тогда как PA66 отвечает за эффект сжатия, который необходим для применения брекера.
Улучшение сопротивления качению пневматической шины транспортного средства с упрочняющим слоем согласно изобретению, несмотря на более высокую плотность корда, составляет от 1% до 3%, но зависит от размера шины и конструкции шины.
На фиг.2 показаны кривые «сила-удлинение» с тремя непрорезиненными полотнами, выраженные в кН/дм, при этом одно полотно содержит гибридный корд 2, описанный в таблице 1 (620 искусственного шелка + 550 арамида), дополнительное полотно содержит гибридный корд 3, описанный в таблице 1 (620 искусственного шелка + 550 арамида + 620 искусственного шелка), и третье полотно содержит корд известного уровня техники (1220×2 искусственного шелка). «e» в подписи означает количество нитей на 1 дм.
Замеры силы и удлинения производились в соответствии со стандартом ASTM D885.
Гибридные корды 2 и 3 используются, например, предпочтительно в качестве тканых полотен в упрочняющем слое каркаса пневматической шины транспортного средства. Модуль упругости гибридного корда преимущественно является сравнительно высоким вследствие наличия комплексной нити из искусственного шелка, тогда как арамид отвечает за преимущественно высокое общее усилие разрушения.
Улучшение сопротивления качению пневматической шины транспортного средства с упрочняющим слоем согласно изобретению, несмотря на более высокую плотность корда, составляет от 2% до 4%, но зависит от размера шины и конструкции шины.