Пневматическая радиальная легковая шина
PNEUMATIC RADIAL LIGHT TRUCK

Изобретение относится к пневматическим легковым шинам радиальной конструкции, максимальная нагрузка которых не превышает 650 кг, обрезиненное каркасное полотно которых состоит из одного слоя обрезиненного текстильного корда, и максимальная нагрузка которых более 650 кг и не превышает 925 кг, обрезиненное каркасное полотно которых состоит из двух слоев обрезиненного текстильного корда, а также ко всем легкогрузовым шинам радиальной конструкции.
Известны технические решения пневматических легковых шин с одним или двумя слоями обрезиненного текстильного корда в каркасе: патент №2496655 «Покрышка пневматической шины» дата публ. 27.10.2013, патент №118584 «Покрышка пневматической шины» дата публ. 27.07.2012, патент РФ №2262453 «Покрышка пневматической шины радиальной конструкции» дата публ. 20.10.2005, патент РФ 2467883 «Пневматическая шина» дата публ. 27.11.2012.
Наиболее близким аналогом к разработанному решению является техническое решение по патенту №2496655 «Покрышка пневматической шины», включающая каркас, выполненный из, по меньшей мере, одного слоя обрезиненного текстильного корда, отличающаяся тем, что текстильный корд выполнен из полиэфирного текстильного материала структуры 110, 144, 167, 220 текс с удельной прочностью нити 67-72 сН/текс, диаметром нити суровья 0,48-0,65 мм с разрывной прочностью нити 155-300 Н/нить, частотой нити не менее 90 и не более 180 штук на длине 100 мм.
Недостатком данных решений является недостаточные работоспособность шин, коэффициент сопротивления качению, а также низкое значение сопротивления шин боковому уводу.
Задачей данного изобретения является разработка пневматической радиальной легковой и легкогрузовой шины с увеличенной общей работоспособностью, обеспечивающей снижение гистерезисных потерь в каркасных материалах, что приводит к снижению коэффициента сопротивления качению, а также увеличение упругости обрезиненного каркасного полотна и окружной жесткости шины, в результате повышающих сопротивление шин боковому уводу, расширение арсенала технических средств.
Для достижения поставленной задачи разработана конструкция пневматической легковой и легкогрузовой шины, состоящей из протектора (1), обрезиненного брекерного браслета, состоящего из одного или двух текстильных слоев (6) и двух слоев обрезиненного металлического корда (7), боковин (4), бортовых колец (5), обрезиненного каркасного полотна, выполненного из одного или двух слоев обрезиненного полиэфирного текстильного корда (2,3) структуры 1440 дтекс, с толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9 мм÷1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83-0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2-1,5.
Обрезиненное каркасное полотно, являясь основной силовой частью покрышки, ограничивает внутренний объем шины и воспринимает нагрузки, действующие на шину, оно должно обладать значительной прочностью, а также определенной эластичностью. Полотно состоит из одного или нескольких наложенных друг на друга слоев обрезиненного корда и резиновых прослоек. Прочность покрышки определяется прочностью обрезиненного каркасного полотна и главным образом зависит от прочности корда, так как модуль его упругости на несколько порядков больше модуля упругости резины. Форма каркаса и число слоев корда в нем определяются расчетом исходя из заданного давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Каркасное полотно несет основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая последней прочность, эластичность, износостойкость и сохранение заданной формы. Каркасное полотно в покрышке работает главным образом на растяжение и многократный изгиб. Эти напряжения возникают, как правило, в результате давления воздуха и действия центробежных сил, которые создают в корде растягивающие напряжения. Значительное влияние на работу каркаса оказывают толщина корда, его плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства.
В разработанном техническом решении в слоях корда готовой шины число нитей на 100 мм составляет по основе 110-120 и по утку 7-9, что позволяет заполнить промежутки между нитями и сделать ткань плотнее на просвет, в то же время по техническим требованиям к конечному продукту (ткани) уток должен обладать прочностью, не уступающей основе. В этом случае уточные нити также должны обладать высокой круткой, для достижения необходимых прочностных свойств.
Необходимость скручивания нитей диктуется требованиями достижения заданной разрывной прочности, допустимых удлинений как при разрыве, так и при рабочих нагрузках, плюс необходимостью гарантировать стабильную связь с резиной каркаса. Кроме того, скручивание нитей в кордную нить дает возможность достижения необходимой долговечности при динамических нагрузках.
Применение полиэфирного корда структуры 1440 дтекс, с числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 10 см и по утку 7÷9 нитей на 10 см, с толщиной обрезиненного корда в каркасе 0,9 мм÷1,1 мм, причем в готовой шине шаг нитей обрезиненного каркасного полотна в зоне борта составляет 0,83-0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2-1,5, обеспечивая необходимые и достаточные запас прочности каркаса шины, ее жесткость и работоспособность, долговечность шины.
Каждая кордная нить каркаса изолирована от соседних и в то же время связана с ними уникальной резиновой смесью. Резина предохраняет кордные нити от влаги, перетирания и способствует равномерному распределению нагрузок между ними. Наличие резины между слоями кордных нитей увеличивает массу шины, а, следовательно, влияет на ее эксплуатационные характеристики. Расчетным (методом конечных элементов) и опытным путем в настоящем изобретении подобрана толщина обрезиненного корда и резиновых прослоек для соблюдения оптимальных характеристик шин по настоящему изобретению. Толщина обрезиненного слоя корда составляет от 0,9 мм до 1,1 мм.
Резиновые смеси, которыми обрезинивают полиэфирный текстильный корд, в свою очередь, должны обладать высокой выносливостью при многократных деформациях и низкими гистерезисными потерями, иметь высокое сопротивление тепловому старению, а также высокую прочность связи с каркасным кордом и высокую прочность связи с прилегающими слоями боковины и бортовой ленты.
Резина в слое каркасного полотна работает в режиме, близком к режиму заданной деформации. Величина деформации резины определяется нагруженностью боковой стенки (радиальным прогибом) и относительным резиносодержанием в слое (частота нитей корда). Особенностью нагружения резины в слое радиальных шин состоит в том, что при повороте шины на 10° направление главных деформаций меняется. При этом резина в слое каркасного полотна испытывает двухосное растяжение, и сдвиг резины в слое составляет около 40%.
В настоящем изобретении для достижения технического результата применена резиновая смесь на основе полиизопрена натурального, техуглеродного наполнителя, и модифицирующей системы, которая вводится для достижения высокого уровня прочности связи в резиновой смеси.
Широкое применение армирующих материалов на основе синтетических волокон практически всегда требует их обработки различными адгезивами (пропиточными составами). После обрезинивания формируется трехкомпонентная система кордная нить - адгезив - резина, имеющая две межфазные поверхности. На прочность связи корд - адгезив - резина влияют: химическое строение и структура поверхности волокна, состав и свойства примененного адгезива и рецептура резиновой смеси. Поскольку химические структуры синтетических волокон, используемых для получения кордного полотна, применяемого в шинной промышленности, и резины сильно различаются, эти материалы структурно несовместимы с точки зрения химических и физических свойств. Синтетические волокна обладают высокой прочностью и низкими показателями удлинения, в то время как резины, напротив, представляют собой полимерные материалы, обладающие высокими показателями удлинения и низкой прочностью. Полярные группы (амидные, гидроксильные и карбонильные группы), присутствующие в структуре синтетических волокон, несовместимы с неполярными структурами, содержащимися в резине. Для решения этой проблемы на практике в большинстве случаев применяют латексные пропиточные составы, которые представляют собой винилпиридиновый (ВП) латекс и/или стирол-бутадиеновый (СБ) латекс, в качестве ВП и/или СБ латекса применяют по меньшей мере один латекс, выбранный из группы, состоящей из винилпиридин-стирол-бутадиенового латекса, винилпиридин-стирол-бутадиенового латекса, модифицированного карбоновой кислотой, стирол-бутадиенового латекса и стирол-бутадиенового латекса, модифицированного карбоновой кислотой. В настоящем изобретении применен пропиточный состав на основе винилпиридинового латекса.
Конструктивные параметры слоев каркаса и резиновых прослоек шины, характеристики примененного текстильного полиэфирного корда, в сочетании с использованием уникальных каркасных резин, а также пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса позволяют достичь высоких прочностных характеристик, адгезионных свойств каркасных слоев в легковых радиальных шинах, как в связи текстильного корда с резиновой смесью для обрезинивания каркаса, так и со смежными резиновыми смесями боковины и бортовой ленты.
Для достижения технического результата разработана опытная резиновая смесь, обладающая низкими гистерезисными потерями, со следующими прочностными показателями (значения приведены в таблице 1), в сравнении с серийно-применяемой резиновой смесью.
По первому варианту разработанного решения были изготовлены шины 185/65R15 с обрезиненным каркасным полотном, выполненным из одного слоя обрезиненного полиэфирного текстильного корда марки 18ПДУ структуры 1440 дтекс, с толщиной слоя корда 0,63±0,03 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 380 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 114 нитей на 100 мм и по утку 8 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,93±0,03 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовых шинах шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,88±0,01, а в зоне беговой дорожки 1,29±0,01.
По второму варианту разработанного решения были изготовлены шины 185/75R16C с обрезиненным каркасным полотном, выполненным из двух слоев обрезиненного полиэфирного текстильного корда марки 18ПДУ структуры 1440 дтекс, с толщиной слоя корда 0,63±0,03 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 380 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 114 нитей на 100 мм и по утку 8 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 1,03±0,03 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовых шинах шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,88±0,01, а в зоне беговой дорожки 1,37±0,01.
По итогам испытаний разработанные шины соответствуют требованиям Правил ООН №30, №117 и в сравнении с прототипом (с применением в каркасе полиэфирного текстильного материала структуры 1440 дтекс и серийно-применяемыми резиновыми смесями) обеспечивают увеличение общей работоспособности пневматической шины до 7%, снижение гистерезисных потерь в каркасных материалах, что приводит к снижению коэффициента сопротивления качению до 6%, а также увеличение упругости каркасного полотна и окружной жесткости шины, влияющих на улучшение сопротивления шин боковому уводу, достигая заявленный технический результат всей заявляемой совокупностью существенных признаков данного изобретения.
Расчетно заявляемый технический результат достигается также при значениях толщин слоев корда каркаса 0,6÷0,7 мм, числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, частоты нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного корда в каркасе 0,9 мм÷1,1 мм, шаге нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта 0,83-0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2-1,5 в совокупности с остальными существенными признаками изобретения.
Разработанное решение может быть осуществлено на стандартном оборудовании с использованием стандартной технологии.