Пневматическая радиальная легковая шина

Полезная модель относится к пневматическим легковым шинам радиальной конструкции, максимальная нагрузка которых не превышает 750 кг, а условная ширина профиля не более 215 мм, обрезиненный брекерный браслет которых состоит из двух слоев обрезиненного металлического корда, наложенных крест на крест друг на друга, и одного или двух слоев текстильного слоя.
Известны технические решения пневматических легковых шин с металлокордными и текстильными слоями в брекере: патент РФ №2495760 на изобретение «Покрышка пневматической шины» опубл. 20.10.2013, патент РФ №2495761 на изобретение «Покрышка пневматической шины» опубл. 20.10.2013, патент РФ №121200 на полезную модель «Покрышка пневматической шины» опубл. 20.10.2012.
Наиболее близким аналогом к разработанному решению является техническое решение по патенту №2495760 «Покрышка пневматической шины» включающая протектор, брекер, состоящий из металлокордных и текстильных слоев, каркас, боковины, бортовые кольца. Диаметр металлокорда составляет 0,57-0,63 мм. Сам металлокорд выполнен из металлических нитей одинакового диаметра, причем отношение диаметра металлической нити к диаметру металлокорда составляет 0,460-0,543, частота нитей металлокорда на 100 мм в обрезиненном слое брекера составляет 70-90 шт., линейная плотность металлокорда лежит в диапазоне 1,06-1,18 г/м. При этом толщина каждого обрезиненного слоя металлокорда в брекере составляет 0,75-1,45 мм, а разрывная прочность металлокорда не ниже 400±5 Н.
Недостатком данных решений является недостаточные работоспособность шин, высокое значение коэффициента сопротивления качению, а также низкое значение сопротивления шин боковому уводу.
Задачей данной полезной модели является разработка пневматической радиальной легковой шины с увеличенной общей работоспособностью, обеспечивающей снижение гистерезисных потерь в брекерных материалах, что приводит к снижению показателя коэффициента сопротивления качению, а также увеличение упругости обрезиненного брекерного браслета и окружной жесткости шины, в результате повышающих характеристику сопротивления шин боковому уводу, а также расширение арсенала технических средств.
Для достижения поставленной задачи разработана конструкция пневматической легковой шины, состоящей из протектора (1), каркаса, выполненного из текстильных кордов (2, 3), боковин (4), бортовых колец (5), обрезиненного брекерного браслета, состоящего из одного или двух текстильных слоев (6) и двух слоев обрезиненного металлического корда (7) структуры 2Л30НТ, раскроенных под углом 20-25° и наложенных друг на друга крест на крест, с толщиной обрезиненного слоя металлокорда (1,0÷1,1)±0,03 мм, диаметром металлокорда 0,6±0,03 мм, линейной плотностью металлокорда 1,11-1,13 г/м и разрывным усилием металлокорда в целом не менее 410 Н, шагом металлокорда в готовой шине 0,9-1,05, причем металллокорд выполнен из металлических нитей высокой прочности одинакового диаметра 0,3 мм с латунным покрытием массой 3,4±0,8 г/кг и массовой доли меди в латунном покрытии 63±2,5%, свитых между собой по типу «S» с шагом 13-15 мм, с прочностью связи металлокордного брекера с производственной резиновой смесью не менее 267 Н/12,5 мм, причем отношение диаметра металлической нити к диаметру металлокорда составляет 0,5. Конструкция шины в поперечном сечении приведена на Фиг. 1.
Главное назначение обрезиненного брекерного браслета - предохранение каркаса от резких ударных нагрузок, а также повышение механической прочности пневматической шины. Являясь жестким, практически нерастяжимым способствует более высокому уровню сцепления шины с дорогой благодаря увеличению площади поверхности контакта, при этом контактное давление снижается и распределяется более равномерно, должен обладать значительной прочностью и высокой окружной жесткостью. Брекерный браслет в готовой шине по разработанному решению состоит из двух раскроенных под углом 20-25° наложенных друг на друга крест на крест слоев обрезиненного металлокорда, одного или двух слоев текстильного.
Конструкция и число слоев металлокорда в шине определяются расчетом исходя из заданного внутреннего давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Металлические нити несут основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая механическую прочность, достаточную окружную жесткость, износостойкость и сохранение заданной формы. В разработанном решении применяется металлокорд с конструкцией 2Л30НТ. Применяемость корда с конструкцией 2Л30НТ ограничена максимальной нагрузкой на шину, которая не превышает 750 кг, а условная ширина профиля шины не более 215 мм.
Брекерный браслет 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 брекерного браслета оказывают толщина корда, его плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства.
В слоях брекерного браслета готовой шины по разработанному решению шаг нитей металлокорда составляет 0,9-1,05, что позволяет заполнить промежутки между нитями резиновой смесью. Каждая нить металлокордного брекера 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 брекерного браслета увеличивает массу шины, а, следовательно, влияет на ее эксплуатационные характеристики. Расчетным (методом конечных элементов) и опытным путем подобрана конструкция, толщина обрезиненного корда и резиновых прослоек для соблюдения оптимальных характеристик шин по настоящему изобретению. Толщина обрезиненного слоя корда составляет от 1,0±0,03 мм до 1,1±0,03 мм.
Брекерные резины должны обладать высокой эластичностью, малым теплообразованием, обеспечивать прочную связь с протектором и каркасом, металлокордом брекерного браслета. Ввиду значительной температуры, развивающейся в зоне брекера при эксплуатации шин, брекерные резины должны обладать высокой температуро- и теплостойкостью. В лучшей степени требованиям высокой эластичности, высокой прочности связи с другими деталями покрышки, температуро- и теплостойкости отвечает натуральный каучук, который применяется в рецептуре.
Резина в слоях брекерного браслета работает в режиме, близком к режиму заданной деформации. Величина деформации резины определяется максимальной нагрузкой и относительным резиносодержанием в слое (зависит от частоты нитей корда). Особенностью нагружения резины в слоях брекера радиальных шин состоит в том, что при повороте шины на 4-6° направление главных деформаций меняется. При этом резина в слоях брекерного браслета испытывает двухосное растяжение, и сдвиг резины в слое составляет около 30%.
За счет модификации эластомерной матрицы улучшаются упруго-прочностные свойства резин в граничных областях, увеличивается густота пространственной сетки, обуславливающая возрастание прочности адгезионного соединения.
x
x
Одним из самых эффективных методов повышения адгезивных свойств резины со сталью является ее латунирование (сплав меди и цинка). Латунь характеризуется хорошей адгезией к обоим материалам, а также необходимыми механическими свойствами и стойкостью к коррозии. В процессе серной вулканизации происходит сульфидирование металлов, и между резиной и латунью образуется многослойная промежуточная пленка, состоящая из продуктов реакции: CuS, ZnS, ZnO. Образование CuS происходит в виде дендритов, которые врастают в фазу эластомера на глубину до 50 нм что приводит к формированию развитой поверхности соприкосновения с множеством точек физического взаимодействия. Скорость роста дендритов, их размеры и форма определяются диффузией меди из состава латуни через слои ZnO и ZnS, поэтому масса латунного покрытия и массовая доля меди в латунном покрытии оказывают на прочность связи регулирующее действие. Опытным путем выявлено, что применение латунного покрытия массой 3,4±0,8 г/кг и массовой доли меди в латунном покрытии 63±2,5% позволяет достичь прочности связи металлокордного брекера с производственной резиновой смесью не менее 267 Н/12,5 мм, а также не менее 218 Н/12,5 мм прочности связи после солевого старения (Методика ASTM D 2229). В разработанном решении применен металлокорд с латунным покрытием с вышеприведенными характеристиками.
Необходимость свивания нитей диктуется требованиями достижения заданной разрывной прочности, допустимых удлинений как при разрыве, так и при рабочих нагрузках, плюс необходимостью гарантировать стабильную связь с производственной резиновой смесью (адгезия). Кроме того, свивание металлических нитей дает возможность достижения необходимой долговечности при динамических нагрузках. Применение металлокорда высокой прочности конструкции 2Л30НТ, нити которого свиты между собой по типу «S» с шагом 13-15 мм, с толщиной обрезинивания корда 1,0 мм ÷ 1,1 мм, обеспечивает необходимые и достаточные запас прочности брекерного браслета шины, окружной жесткости, работоспособности и долговечности шины.
В брекерном браслете текстильный корд, располагаемый поверх металлокордов, выполняет защитную функцию и увеличивает окружную жесткость шины.
Конструктивные параметры слоев шины, характеристики примененного металлокорда, в сочетании с использованием уникальных брекерных резин, позволяют достичь высоких прочностных характеристик, адгезионных свойств брекерных слоев в легковых радиальных шинах, как в связи металлокорда с резиновой смесью для обрезинивания слоев брекера, так и со смежными резиновыми смесями каркаса и подканавочного слоя протектора.
Для достижения технического результата разработана опытная резиновая смесь, обладающая высокой эластичностью, температуро- и теплостойкостью, со следующими прочностными показателями (значения приведены в таблице 1).
По настоящему изобретению были изготовлены шины 175/65R14 и 205/55R16 с обрезиненным брекерным браслетом, состоящим из двух слоев обрезиненного металлического корда структуры 2Л30НТ, раскроенных под углом 23±0,5° и наложенных друг на друга крест на крест, с толщиной обрезиненного слоя металлокорда 1,0±0,03 мм, диаметром металлокорда 0,6±0,03 мм, линейной плотностью металлокорда 1,12±0,1 г/м и разрывным усилием металлокорда в целом не менее 410 Н, шагом металлокорда в готовой шине 1,05, причем металллокорд выполнен из металлических нитей высокой прочности одинакового диаметра 0,3 мм с латунным покрытием массой 3,4±0,8 г/кг и массовой доли меди в латунном покрытии 63±2,5%, свитых между собой по типу «S» с шагом 13-15 мм, с прочностью связи металлокордного брекера с производственной резиновой смесью не менее 267 Н/12,5 мм, причем отношение диаметра металлической нити к диаметру металлокорда составляет 0,5, с применением опытной резиновой смеси, предназначенной для обрезинивания брекерных слоев. Поверх металлокордных слоев расположен один текстильный слой.
По итогам испытаний разработанные шины соответствуют требованиям Правил ООН №30, №117 и в сравнении с прототипом обеспечивают увеличение общей работоспособности пневматической шины (до +6%), снижение гистерезисных потерь в брекерных слоях (что приводит к снижению коэффициента сопротивления качению до 11%), а также увеличение 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 шага металлокорда в диапазоне 0,9-1,05, толщинах обрезиненного слоя металлокорда в диапазоне (1,0-1,1)±0,03, углах раскроя от 20° до 25° в совокупности с остальными существенными признаками изобретения.
Разработанное решение может быть осуществлено на стандартном оборудовании с использованием стандартной технологии.