Шина с усовершенствованными бортами
Владельцы патента RU 2472636:
МИШЛЕН РЕШЕРШ Э ТЕКНИК С.А. (CH)
КОМПАНИ ЖЕНЕРАЛЬ ДЕЗ ЭТАБЛИССМАН МИШЛЕН (FR)
Изобретение относится к шинам для пассажирских транспортных средств. Шина содержит два борта (20), две боковины (30), соединяющихся в короне, и по меньшей мере одно каркасное усиление (60), проходящее от бортов через боковины к короне. Каркасное усиление закреплено в двух бортах оборачиванием вокруг кольцевой упрочняющей конструкции (70) таким образом, чтобы сформировать в каждом борту входную часть (61) и обертывающую часть (62). Каждый борт включает бортовой наполнитель (110) и наружную ленту (120), причем последняя расположена аксиально снаружи относительно как каркасного усиления, так и бортового наполнителя. Наружная лента (120) изготовлена из резинового компаунда, имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что: G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа, причем модули упругости и вязкости измерены при температуре 23°С. Технический результат - снижение сопротивления качения шины. 4 з.п. ф-лы, 13 ил., 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к шинам для пассажирских транспортных средств и, в частности, к бортам шин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Шины для пассажирских транспортных средств обычно содержат:
два борта, предназначенных быть в контакте с ободом колеса, причем каждый борт включает по меньшей мере одну кольцевую упрочняющую конструкцию и бортовой наполнитель, размещаемый снаружи в радиальном направлении от кольцевой упрочняющей конструкции;
две боковины, продолжающие борта радиально наружу, причем две боковины соединяются в
короне, включающей усиление по короне, увенчанное протектором;
по меньшей мере одно каркасное усиление, проходящее от бортов через боковины к короне, и включающее многочисленные элементы каркасного усиления. Очень часто каркасное усиление закрепляют в двух бортах оборачиванием вокруг кольцевой упрочняющей конструкции таким образом, чтобы сформировать в каждом борту «входную часть» и «обертывающую часть». Бортовой наполнитель размещают, по меньшей мере частично, между входной частью и обертывающей частью каркасного усиления.
В патенте США №5526863 описано создание специального борта с целью снижения массы борта и улучшения характеристик сопротивления качению такой шины. Шина, представленная в этом документе, содержит бортовой наполнитель, включающий:
первую часть с сужающимся радиальным сечением, причем эта первая часть постепенно становится более тонкой радиально в наружную сторону, прежде чем перейдет во
вторую часть с радиальным сечением, которое имеет приблизительно постоянную ширину, причем вторая часть размещена радиально снаружи относительно первой части, и переходит в
третью часть с радиальным сечением, которое сужается на нет, причем третья часть находится радиально снаружи второй части.
Бортовой наполнитель проложен радиально снаружи самой внутренней в радиальном направлении точки кольцевой упрочняющей конструкции борта насколько, что радиальное расстояние от указанной точки является большим или равным 30% радиальной высоты Н профиля шины.
Каждый борт также включает наружную ленту, размещенную снаружи в осевом направлении как от каркасного усиления, так и от бортового наполнителя. Эта наружная лента уложена радиально наружу от радиально внутреннего конца, расположенного на расстоянии, меньшем или равном 20% радиальной высоты Н профиля шины, от радиально самой внутренней точки кольцевой упрочняющей конструкции борта, до радиально наружного конца, причем радиальное расстояние от радиально наружного конца наружной ленты до радиально внутреннего конца наружной ленты является большим или равным 40% радиальной высоты Н профиля шины.
Со времени создания этого патента цена на нефть повысилась, и осознание потребителями необходимости соблюдения экологических требований еще более обострило потребность в снижении сопротивления шины качению, поскольку последнее оказывает прямое влияние на расход топлива. Таким образом, снижение сопротивления качению, полученное с использованием шины согласно патенту США № 5526863, уже не является достаточным.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одной из задач настоящего изобретения является создание шины для пассажирского транспортного средства, имеющей очень низкое сопротивление качению.
Эта задача решена с помощью шины, содержащей:
два борта для контакта с ободом колеса, причем каждый борт включает по меньшей мере одну кольцевую упрочняющую конструкцию;
две боковины, продолжающие борта радиально наружу, причем две боковины соединяются в
короне, включающей усиление по короне, увенчанное протектором;
по меньшей мере одно каркасное усиление, проходящее от бортов через боковины к короне, причем каркасное усиление включает многочисленные элементы каркасного усиления и закреплено в двух бортах оборачиванием вокруг кольцевой упрочняющей конструкции таким образом, чтобы сформировать в каждом борту входную часть и обертывающую часть, при этом каждая обертывающая часть проходит радиально наружу до конца, расположенного на радиальном расстоянии DRR от радиально самой внутренней точки кольцевой упрочняющей конструкции борта, и радиальное расстояние DRR является большим или равным 15% радиальной высоты Н шины.
Каждый борт имеет бортовой наполнитель, размещенный радиально снаружи кольцевой упрочняющей конструкции и, по меньшей мере частично, между входной частью и обертывающей частью каркасного усиления. Бортовой наполнитель проходит снаружи в радиальном направлении от радиально самой внутренней точки кольцевой упрочняющей конструкции борта, до радиального расстояния DRB от указанной точки, причем радиальное расстояние DRB превышает или равно 20% радиальной высоты Н шины.
Каждый борт также включает наружную ленту, расположенную аксиально снаружи относительно как каркасного усиления, так и бортового наполнителя, причем каждая наружная лента проходит радиально наружу от радиально внутреннего конца, расположенного на расстоянии DRI от радиально самой внутренней точки кольцевой упрочняющей конструкции борта, при этом DRI является меньшим или равным 20% радиальной высоты Н шины, до радиально наружного конца, размещенного радиально снаружи относительно радиально самой внутренней точки кольцевой упрочняющей конструкции борта, причем радиальное расстояние DRL от радиально наружного конца наружной ленты до радиально внутреннего конца наружной ленты превышает или равно 25% (и предпочтительно превышает или равно 30%) радиальной высоты Н шины.
Наружную ленту шины согласно варианту осуществления изобретения изготавливают из резинового компаунда, имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что:
G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа,
причем модули упругости и вязкости измерены при температуре 23°С.
Насколько это известно, такие резиновые компаунды никогда не применялись для борта и нижней части боковин шины. Фактически наружные ленты в большинстве существующих шин имеют модули, в десять или даже двадцать раз более высокие, чем модули шины согласно этому варианту осуществления изобретения.
Было обнаружено, что применение таких материалов, которые являются жесткими, но имеют очень низкий гистерезис, представляет собой очень перспективный компромисс. Они дают жесткую ленту, но очень значительно снижают сопротивление шины качению.
Бортовой наполнитель и наружную ленту предпочтительно изготавливают из резинового компаунда, имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что:
G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа,
причем модули упругости и вязкости измерены при температуре 23°С.
Есть возможность дополнительно снизить сопротивление качению оптимизацией геометрической формы части или частей шины, имеющих эти модули. В одном преимущественном варианте исполнения часть резинового компаунда, имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что:
G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа,
имеет в любом радиальном сечении толщину E(r), причем эта толщина соответствует длине пересечения направления, перпендикулярного входной части каркасного усиления, с указанной частью резинового компаунда, причем “r” представляет расстояние от пересечения указанного направления, перпендикулярного входной части каркасного усиления, с каркасным усилением до радиально самой внутренней точки кольцевой упрочняющей конструкции. Толщина E(r) изменяется как функция расстояния “r” таким образом, что, в диапазоне расстояний “r”, превышающих или равных 15%, и меньших или равных 50% радиальной высоты Н шины (или, альтернативно, в диапазоне расстояний “r”, превышающих или равных 20 мм, и меньших или равных 50 мм), изменение толщины ∂E(r)/∂r является меньшим или равным -0,25 мм/мм (и предпочтительно меньшим или равным -0,3 мм/мм) на протяжении по меньшей мере 5 мм.
В еще одном преимущественном варианте исполнения соотношение геометрических размеров Emax/DRL, где Emax представляет максимальную ширину наружной ленты, измеренную под прямыми углами к входной части каркасного усиления, и DRL представляет радиальную высоту наружной ленты, превышает или равно 10%.
В одном преимущественном варианте исполнения бортовой наполнитель включает:
первую часть с сужающимся радиальным сечением, причем эта первая часть постепенно становится все более тонкой в радиальном направлении наружу, прежде чем перейдет во
вторую часть с радиальным сечением, которое имеет приблизительно постоянную ширину, причем вторая часть размещена радиально снаружи относительно первой части, и переходит в
третью часть с радиальным сечением, которое сужается на нет, причем третья часть находится радиально снаружи второй части.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - шина согласно прототипу;
Фиг.2 - частичный вид в перспективе шины согласно прототипу;
Фиг.3 - радиальное сечение через четверть шины согласно прототипу;
Фиг.4 - иллюстрация определения высоты Н профиля шины;
Фиг.5 - деталь Фиг.3;
Фиг.6-8 - радиальные сечения через часть шины согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг.9 и 10 - иллюстрация определения толщины части компаунда согласно изобретению;
Фиг.11 и 12 - иллюстрация того, как толщина части компаунда согласно варианту осуществления изобретения изменяется в зависимости от расстояния, и ее вариации;
Фиг.13 - результаты, полученные шинами согласно изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Когда используют термин «радиальный», важно проводить различие между несколькими различными вариантами применения слова среди специалистов в этой области технологии. Во-первых, выражение имеет отношение к радиусу шины. В данном смысле это значит, что точка Р1, так сказать, находится «радиально внутри» точки Р2, если она расположена к оси вращения шины ближе, чем точка Р2. Напротив, о точке Р3 можно сказать, что она расположена «радиально снаружи» точки Р4, если она размещается от оси вращения шины дальше, чем точка Р4. Когда обсуждают радиальные расстояния, это значение термина также применимо. «Радиально внутрь» означает в сторону меньших радиусов; «радиально наружу» означает в сторону больших радиусов.
При этом нить или армирование называют «радиальным», когда нить или армирующие элементы усиления образуют с окружным направлением угол, превышающий или равный 80°, и меньший или равный 90°. Следует отметить, что в этом документе термин «нить» должен интерпретироваться в самом широком смысле и включает нити в форме монофиламентов, мультифиламентов, троса, пряжи или эквивалентной сборной конструкции, и это не зависит от материала нити или покрытия, нанесенного на нее, чтобы усилить ее связывание с резиной.
Наконец, «радиальное сечение» здесь означает сечение, проведенное вдоль плоскости, содержащей ось вращения шины.
«Аксиальное» направление представляет собой направление, параллельное оси вращения шины. Точку Р5 называют находящейся «аксиально внутри» относительно точки Р6, если она расположена к срединной плоскости шины ближе, чем точка Р6. Напротив, о точке Р7 говорят, что она расположена «аксиально снаружи» точки Р8, если она находится от срединной плоскости шины дальше, чем точка Р8. «Срединная плоскость» шины представляет собой такую плоскость, которая перпендикулярна оси вращения шины и является равноудаленной от кольцевых упрочняющих конструкций каждого борта.
«Окружное» направление представляет собой направление, которое перпендикулярно как радиусу шины, так и аксиальному направлению.
«Кольцевое армирование» или «кольцевой слой», также известный как «связующий слой», представляет собой слой, включающий уложенные в окружном направлении упрочняющие нити (подобные обручам), которые препятствуют расширению усиления по короне, когда шина катится с высокой скоростью.
Для целей этого документа, выражение «резиновый компаунд» означает резиновую композицию, включающую по меньшей мере один эластомер и по меньшей мере один наполнитель.
На Фиг.1 показана шина 10 согласно прототипу. Шина 10 имеет корону, включающую усиление по короне (невидимое на Фиг.1), увенчанное протектором 40; две боковины 30, проходящих от короны радиально внутрь; и два борта 20, расположенных радиально внутрь относительно боковин 30.
Фиг.2 схематически показывает частичный вид в перспективе шины 10 согласно прототипу, и показывает разнообразные компоненты шины. Шина 10 включает каркасное усиление 60, состоящее из нитей 61, покрытых резиновым компаундом, и два борта 20, каждый из которых включает кольцевые упрочняющие конструкции 70, которые удерживают шину 10 на ободе колеса (не показан). Каркасное усиление 60 закреплено на каждом из бортов 20. Шина 10 также имеет усиление по короне, включающее два слоя 80 и 90. Каждый слой 80, 90 армирован нитевидными упрочняющими элементами 81 и 91, которые параллельны в каждом слое и перекрещиваются от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы между 10° и 70°. Шина также содержит кольцевое армирование 100, которое уложено радиально снаружи усиления по короне. Это кольцевое армирование изготавливают из упрочняющих элементов 101, ориентированных по окружности и намотанных в спираль. Протектор 40 уложен на кольцевое армирование и создает контакт между шиной 10 и дорогой. Иллюстрированная шина 10 представляет собой «бескамерную» шину: она включает внутреннюю оболочку 50, изготовленную из резиновой композиции, непроницаемой для накачанных газов и покрывающей внутреннюю поверхность шины.
Фиг.3 схематически показывает в радиальном сечении четверть шины 10 согласно прототипу. Шина 10 имеет два борта 20, предназначенных быть в контакте с ободом колеса (не показан), причем каждый борт 20 включает по меньшей мере одну кольцевую упрочняющую конструкцию, в этом случае бортовую проволоку 70. Две боковины 30 продолжают борта 20 радиально наружу и соединяются в короне 25, включающей усиление по короне, составленное первым слоем армирующих элементов 80 и вторым слоем армирующих элементов 90, с протектором 40, радиально охватывающим их. Каждый слой армирующих элементов включает нитевидные армирующие элементы, внедренные в матрицу из резинового компаунда. Армирующие элементы в каждом слое армирующих элементов приблизительно параллельны друг другу, тогда как армирующие элементы двух слоев перекрещиваются от одного слоя к другому под углом приблизительно 20°, как это хорошо известно специалистам в области технологии так называемых радиальных шин.
Шина 10 также имеет каркасное усиление 60, которое проходит от бортов 20 вдоль боковин 30 к короне 25. Каркасное усиление 60 здесь включает нитевидные армирующие элементы, ориентированные приблизительно радиально, что означает, что они образуют с окружным направлением угол, превышающий или равный 80°, и меньший или равный 90°.
Каркасное усиление 60 включает многочисленные элементы каркасного усиления, закрепленные в двух бортах 20 путем оборачивания вокруг бортовой проволоки 70 таким образом, чтобы формировать в каждом борту входную часть 61 и обертывающую часть 62. Граница между входной частью 61 и обертывающей частью 62, как считается, лежит на пересечении каркасного усиления 60 с плоскостью, перпендикулярной оси вращения шины, и содержащей радиально самую внутреннюю точку каркасного усиления 60 в борту. Обертывающая часть проходит радиально наружу до конца 63, который находится на радиальном расстоянии DRR от радиально самой внутренней точки 71 на кольцевой упрочняющей конструкции борта, причем радиальное расстояние DRR превышает или равно 15% радиальной высоты Н профиля шины.
«Радиальная высота» Н профиля шины определяется как радиальное расстояние от радиально самой внутренней точки 71 кольцевой упрочняющей конструкции 70 борта 20 до радиально самой наружной точки 41 (Фиг.4) протектора 40, когда шина 10 смонтирована на ободе 5 колеса (как изображено на Фиг.4) и накачана до своего эксплуатационного давления.
Каждый борт включает бортовой наполнитель 110, расположенный радиально снаружи бортовой проволоки 70, причем большая часть его находится между входной частью 61 и обертывающей частью 62 каркасного усиления 60.
Фиг.5 показывает бортовой наполнитель шины с Фиг.3. Бортовой наполнитель включает первую часть 111 с сужающимся радиальным сечением. Эта первая часть 111 постепенно становится все более тонкой радиально наружу, прежде чем перейдет во вторую часть 112, где ее радиальное сечение имеет приблизительно постоянную аксиальную ширину LA, в том смысле, что она варьирует менее чем на 5% вдоль длины второй части 112. Вторая часть располагается радиально снаружи первой части 111 и переходит в третью часть 113 с радиальным сечением, которое сужается на нет, причем эта третья часть находится радиально снаружи второй части 112.
Бортовой наполнитель 110 проходит радиально снаружи радиально самой внутренней точки 71 кольцевой упрочняющей конструкции борта, до радиального расстояния DRB от указанной радиально самой внутренней точки, причем радиальное расстояние DRB превышает или равно 20% радиальной высоты Н профиля шины. В данном случае бортовой наполнитель 110 проходит целиком до экватора шины. Для целей настоящего документа «экватор» шины представляет собой радиальную высоту точки наибольшей аксиальной протяженности каркасного усиления. В радиальном сечении через шину экватор проявляется как прямая аксиальная линия, проходящая через точки, где каркасное усиление имеет свою наибольшую аксиальную ширину, когда шина установлена на обод колеса и накачана. Когда каркасное усиление достигает своей наибольшей аксиальной ширины в нескольких точках, радиальную высоту точки, ближайшей к середине высоты Н/2 шины, принимают за экватор шины. Определяемый таким образом экватор не следует путать со срединной плоскостью 130 шины, которую также иногда называют «экватором» в прототипных документах. DRB предпочтительно выбирают так, чтобы бортовой наполнитель не был протяженным радиально наружу относительно экватора шины.
Внутренняя поверхность шины 10 покрыта внутренней оболочкой 50.
На практике также известно наложение наружной ленты 120, размещенной аксиально снаружи как каркасного усиления, так и бортового наполнителя, как в шине, показанной на Фиг.6. Каждая наружная лента является протяженной радиально наружу от радиально внутреннего конца 121, расположенного на радиальном расстоянии DRI от радиально самой внутренней точки 71 кольцевой упрочняющей конструкции 70 борта, причем DRI является меньшим или равным 20% радиальной высоты Н профиля шины, до радиально наружного конца 122, при этом радиальное расстояние DRL между радиально наружным концом 122 наружной ленты и радиально внутренним концом 121 наружной ленты превышает или равно 25% (и предпочтительно превышает или равно 30%) радиальной высоты Н профиля шины.
Бортовой наполнитель 110 и наружную ленту 120 типично изготавливают из резинового компаунда, имеющего модуль G' упругости, превышающий или равный 40 МПа, и модуль G” вязкости от 9 до 10 МПа.
В настоящем документе термины «модуль G' упругости» и «модуль G” вязкости» обозначают динамические характеристики, знакомые специалистам в этой области технологии. Эти характеристики измеряют с использованием анализатора вязкости типа Metravib VA4000 на испытательных образцах, сформованных из невулканизированных компаундов, или на склеенных испытательных образцах, сделанных из вулканизированных компаундов. Используют такие испытательные образцы, какие описаны в стандарте ASTM D 5992-96 (версия, опубликованная в сентябре 2006 года, первоначально одобренная в 1996 году), на Фиг.Х2.1 (кольцевой вариант исполнения). Диаметр “d” испытательного образца составляет 10 мм (поэтому он имеет площадь кольцевого сечения 78,5 мм2), толщина “L” каждой из частей резинового компаунда составляет 2 мм, что дает соотношение “d/L” 5 (в отличие от стандарта ISO 2856, упомянутого в ASTM-стандарте, абзац Х2.4, который рекомендует значение d/L 2).
Регистрируют реакцию испытательного образца вулканизированного резинового компаунда, подвергаемого синусоидальной нагрузке в перемежающемся простом сдвиге, с частотой 10 Гц и при стабилизированной температуре 23°С. Испытательный образец нагружают симметрично относительно его равновесного положения. Сканируют все амплитуды деформации, от 0,1% до 50% (на цикле отклонения наружу), затем от 50% до 0,1% (на возвратном цикле). Результат, который используют, представляет собой динамический модуль упругости при сдвиге (G') и модуль вязкости при сдвиге (G”) при 10% деформации на возвратном цикле.
Задачей настоящего изобретения является создание шины для пассажирского транспортного средства, имеющей меньшее сопротивление качению, чем прототипная шина, такая как шина, показанная на Фиг.3.
Эта задача решается посредством шины, включающей наружную ленту, изготовленную из резинового компаунда, имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что
G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа.
Насколько это известно, такие резиновые компаунды никогда не применялись для борта или нижней части боковин.
Таблица I приводит в качестве примера состав резинового компаунда для ранее известной наружной ленты («стандартный компаунд»), и резинового компаунда, который может быть использован для формирования наружной ленты согласно варианту осуществления изобретения («компаунд согласно изобретению»). Состав приведен в phr («частей на сто частей резины»), иначе говоря, частей по весу на 100 частей по весу резины. Также указаны соответствующие динамические модули.
| Таблица I | |||
| Частей [phr] | Стандартный компаунд 1 | Компаунд согласно изобретению 2 |
Компаунд согласно изобретению 3 |
| NR (НК) [1] | 100 | 100 | 100 |
| Технический углерод марки N-330 | 75 | ||
| Технический углерод марки N-990 | 85 | 85 | |
| Графит | 40 | ||
| Парафиновое масло | 3 | ||
| Антиоксидант (6PPD) [2] | 2 | 2 | 2 |
| Нафтенат кобальта | 3 | 3 | 3 |
| Стеариновая кислота | 1 | 1 | 1 |
| ZnO | 7 | 7 | 7 |
| Фенолформальдегидная смола | 12 | ||
| Отвердитель | 3 | ||
| Сера | 7 | 7 | 7 |
| Ускоритель (TBBS) [3] | 1 | 1 | 1 |
| G' | 40 | 5 | 2 |
| G” | 9 | 0,8 | 0,2 |
| Примечания к Таблице I: [1] Натуральный каучук [2] N-(1,3-диметилбутил)-N'-фенил-пара-фенилендиамин [3] N-трет-бутил-2-бензотиазолилсульфонамид |
Резиновый компаунд предпочтительно основывается по меньшей мере на одном диеновом эластомере, упрочняющем наполнителе и сшивающей системе.
Выражение «диеновый» эластомер (или каучук) понимают как означающее в известном смысле эластомер, образованный, по меньшей мере частично (то есть гомополимер или сополимер), из диеновых мономеров, иначе говоря, из мономеров, содержащих две сопряженные или несопряженные углерод-углеродные двойные связи. Используемый диеновый эластомер предпочтительно выбирают из группы, состоящей из полибутадиенов (BR), натурального каучука (NR), синтетических полиизопренов (IR), бутадиен-стирольных сополимеров (SBR), изопрен-бутадиеновых сополимеров (BIR), изопрен-стирольных сополимеров (SIR), бутадиен-стирол-изопреновых сополимеров (SBIR) и смесей этих эластомеров.
В одном предпочтительном варианте исполнения используют «изопреновый» эластомер, то есть изопреновый гомополимер или сополимер, другими словами, диеновый эластомер, выбранный из группы, состоящей из натурального каучука (NR), синтетических полиизопренов (IR), разнообразных изопреновых сополимеров и смесей этих эластомеров.
Изопреновый эластомер предпочтительно представляет собой натуральный каучук или синтетический полиизопрен цис-1,4-типа. Из этих синтетических полиизопренов предпочтительно используют полиизопрены, имеющие содержание (в мольных процентах) цис-1,4-связей выше 90%, более предпочтительно даже больше чем 98%. Согласно другим предпочтительным вариантам исполнения диеновый эластомер может состоять, полностью или частично, из одного другого диенового эластомера, например, такого как эластомер SBR (E-SBR (эмульсионный стирол-бутадиеновый каучук) или S-SBR (стирол-бутадиеновый каучук, полученный полимеризацией в растворе)), применяемого в составе смеси или нет с еще одним эластомером, например, BR-типа.
Резиновая композиция также может включать все или некоторые из добавок, традиционно применяемых в каучуковых матрицах, предназначенных для производства шин, например, такие как упрочняющие наполнители, такие как технический углерод, или неорганические наполнители, такие как оксид кремния, связующие реагенты для неорганических наполнителей, противостарители, антиоксиданты, пластификаторы или масла для наполнения каучука, причем последние имеют ароматическую или неароматическую природу (в частности, масла, которые являются лишь слегка ароматическими или неароматическими, например, нафтенового или парафинового типа, имеющие высокую или, предпочтительно, низкую вязкость, парафиновые технологические масла MES (малоэкстрагированные сольваты) или TDAE-масла (обработанные дистиллятные ароматические экстракты), пластифицирующие смолы, имеющие высокую температуру стеклования (Tg) выше 30°С), средства, которые облегчают обработку (обрабатываемость) композиций в невулканизированном состоянии, смолы для повышения клейкости, сшивающая система, основанная либо на сере, либо на донорах серы и/или на пероксиде, ускорители, активаторы или замедлители вулканизации, средства против реверсии вулканизации, метиленовые акцепторы и доноры, например, такие как НМТ (гексаметилентетрамин) или Н3М (гексаметоксиметилмеламин), упрочняющие смолы (такие как на основе резорцина или бис-малеимида), известные системы для повышения адгезии, например, типа металлических солей, в особенности солей кобальта или никеля.
Композиции готовят в подходящих смесителях, с использованием двух последовательных стадий приготовления, хорошо известных специалисту в этой области технологии: сначала термомеханическая обработка, или стадия замешивания (известная как «непродуктивная фаза»), при высокой температуре, вплоть до максимальной температуры от 110°С до 190°С, предпочтительно от 130°С до 180°С, с последующей второй стадией механической обработки (известной как «продуктивная фаза») при более низкой температуре, типично ниже 110°С, во время каковой заключительной стадии вводят сшивающую систему.
В качестве примера, непродуктивную фазу проводят в одной термомеханической стадии в течение нескольких минут (например, от 2 до 10 минут), во время которых все необходимые базовые компоненты и прочие добавки, кроме системы сшивания или вулканизации, вводят в подходящий смеситель, такой как стандартный внутренний смеситель. После охлаждения полученной таким образом смеси затем вводят вулканизирующую систему во внешний смеситель, такой как открытая мельница, выдерживаемый при низкой температуре (например, от 30°С до 100°С). Затем все ингредиенты смешивают (продуктивная фаза) в течение нескольких минут (например, от 5 до 15 минут).
Затем полученную таким образом конечную композицию подвергают каландрованию, например, в форме пленки или листа, для охарактеризования, или же экструдируют, чтобы сформировать наружную ленту, используемую в шине согласно изобретению.
Затем может быть проведена вулканизация (или отверждение) известным путем при температуре в основном от 130°С до 200°С, предпочтительно под давлением, в течение достаточного периода времени, который может варьировать, например, от 5 до 90 минут, главным образом в зависимости от температуры отверждения, применяемой вулканизирующей системы и кинетических параметров вулканизации обсуждаемой композиции.
Если «стандартный компаунд», который образует наружную ленту 120 в шине, показанной на Фиг.6, заменяют компаундом, имеющим модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что
G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа,
сопротивление качению значительно снижается.
Это снижение может быть дополнительно увеличено, если наружную ленту 120 и бортовой наполнитель 110 изготавливают из компаунда, имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что
G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа.
Состав резинового компаунда, образующего бортовой наполнитель, может быть идентичным составу резинового компаунда, образующего наружную ленту, за исключением добавления солей кобальта для повышения адгезии между бортовым наполнителем и бортовой проволокой, как это хорошо известно специалистам в этой области технологии.
Каждая из Фиг.7 и 8 показывает предпочтительный вариант исполнения шины согласно изобретению, в котором наружная лента 120 является более «толстой», то есть более короткой и более широкой. Применение наружной ленты этого типа дополнительно снижает сопротивление шины качению.
Эти предпочтительные варианты исполнения могут быть охарактеризованы несколькими различными путями. В одном подходе рассматривают толщину E(r) в любом радиальном сечении части резинового компаунда, имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что
G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа.
Эта часть может соответствовать только наружной ленте 120 (если резиновый компаунд, формирующий бортовой наполнитель 110, не удовлетворяет условиям для G” и G'), или сборному узлу, составленному наружной лентой 120 и бортовым наполнителем 110 (если оба резиновых компаунда, использованные для формирования наружной ленты 120 и бортового наполнителя 110, удовлетворяют этим условиям).
Фиг.9 и 10 иллюстрируют, как измеряют толщину E(r), причем Фиг.10 представляет увеличенный вид участка, содержащегося в рамке, обозначенной ссылочной позицией 200 на Фиг.9. Рассмотрим поверхность раздела между входной частью 61 каркасного усиления 60 и бортовым наполнителем 110. Каждая точка этой поверхности раздела находится на расстоянии “r” от радиально самой внутренней точки 71 кольцевой упрочняющей конструкции 70. Если есть несколько радиально самых внутренних точек на кольцевой упрочняющей конструкции, то любая из этих точек может быть выбрана в качестве реперной. Для данного расстояния r0 соответствующую точку 65 на поверхности раздела находят прочерчиванием окружности 140 с радиусом r0 вокруг радиально самой внутренней точки 71 кольцевой упрочняющей конструкции 70, как показано на Фиг.9. Затем прочерчивают направление 150, перпендикулярное входной части 61 каркасного усиления 60, которое проходит через точку 65 на поверхности раздела. Толщина E(r0) части резинового компаунда, который удовлетворяет вышеупомянутому условию, соответствует длине пересечения направления 150 с указанной частью. Толщину обертывающей части 62 игнорируют, если направление 150 имеет с нею пересечение. Если наружную ленту 120 и бортовой наполнитель 110 формируют из компаунда, который удовлетворяет вышеупомянутому условию, то получают ширину E(r0); если из компаунда этого типа формируют только наружную ленту, то получают ширину E'(r0).
Фиг.11 показывает, как толщина Е изменяется в зависимости от расстояния “r” для четырех типов геометрических форм. Геометрия «А» (пунктир; символ: ромбик) соответствует шине согласно прототипу, такой, какая показана на Фиг.3. Эта конкретная шина была обработана так, как если бы бортовой наполнитель сформировали из резинового компаунда, который удовлетворяет вышеупомянутому условию для G' и G” (что не является реальной ситуацией), просто для возможности сравнения толщин. Геометрии «В» (пунктир; символ: квадратик), «С» (сплошная линия; символ: треугольник) и «D» (сплошная линия; символ: кружок) соответствуют шинам, показанным на Фиг.6-8, соответственно. Далее будет рассмотрен случай, в котором бортовой наполнитель и наружная лента сформированы из резинового компаунда, который удовлетворяет вышеупомянутому условию для G' и G”. В диапазоне радиусов от 20 до 50 мм будет видно, что существует область, где вариация толщины является большей для вариантов «С» и «D». (В рассматриваемом примере значение Н равно 112 мм, что означает, что диапазон расстояний “r” от 20 до 50 мм соответствует значениям, варьирующим от 17,9% радиальной высоты Н до 44,6% радиальной высоты Н).
Это наблюдение может быть выражено количественно, если рассматривать вариацию V (которая просто представляет собой функцию ∂E(r)/∂r) как функцию радиуса “r”, как показано на Фиг.12. Для вариантов «С» и «D» толщина E(r) изменяется как функция “r”, таким образом, что в диапазоне расстояний “r” от 20 до 50 мм (обозначенном кодовым символом F) вариация толщины ∂E(r)/∂r является меньшей или равной -0,25 мм/мм на протяжении по меньшей мере 5 мм. Для варианта «С» вариация V «достигает высшей точки» при почти -0,4 мм/мм; она является меньшей или равной -0,25 мм/мм на протяжении около 12 мм, и меньшей или равной -0,3 мм/мм на протяжении около 8 мм. Подобным образом, для варианта «D» вариация V «достигает высшей точки» при почти -0,4 мм/мм; она является меньшей или равной -0,25 мм/мм на протяжении около 16 мм, и меньшей или равной -0,3 мм/мм на протяжении около 12 мм.
Второй путь охарактеризования предпочтительных вариантов исполнения состоит в рассмотрении соотношения геометрических размеров Emax/DRL, причем Emax представляет максимальную ширину части резинового компаунда, имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что:
G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа,
причем Emax измеряют под прямыми углами к входной части каркасного усиления, и DRL представляет радиальную высоту наружной ленты. Сопротивление качению значительно снижается, если соотношение геометрических размеров Emax/DRL превышает или равно 10%.
Значения Emax и DRL указаны для шин, показанных на Фиг.7 и 8, для ситуации, в которой бортовой наполнитель 110 и наружная лента 120 изготовлены из резинового компаунда, удовлетворяющего вышеупомянутому условию. Шина, показанная на Фиг.7 (другими словами, вариант «С»), имеет соотношение геометрических размеров Emax/DRL на уровне 13%, тогда как шина на Фиг.8 (вариант «D») имеет соотношение геометрических размеров Emax/DRL на уровне 15%. Для сравнения, вариант «В» (Фиг.6) имеет соотношение геометрических размеров 7%.
Фиг.13 показывает сопротивление RR качению (в кг на тонну) для четырех вариантов как функцию жесткости D при повороте шины под нагрузкой 483 daN (4830 Н).
Таблица II обобщает геометрические параметры испытанных вариантов и химический состав различных частей.
| Таблица II | |||
| Вариант | Архитектура, как показано на: | Часть со значениями G', G” согласно изобретению | Компаунд (Таблица 1) |
| A | Фиг.3 | Нет | 1 |
| B | Фиг.6 | Нет | 1 |
| B1 | Наружная полоса и бортовой наполнитель | 3 | |
| B1-бис | Наружная полоса и бортовой наполнитель | 2 | |
| C | Фиг.7 | Наружная полоса и бортовой наполнитель | 3 |
| C1 | Нет | 1 | |
| D | Фиг.8 | Наружная полоса и бортовой наполнитель | 2 |
| D1 | Нет | 1 |
Примем вариант «А» в качестве эталона. Добавление наружной ленты (вариант «В») повышает жесткость шины при повороте и ее сопротивление качению. Когда эта наружная лента и бортовой наполнитель выполнены из «резинового компаунда согласно изобретению» (то есть имеющего модуль G' упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что G”[МПа]≤0,2G'[МПа]-0,2 МПа), (варианты «В1» и «В1-бис»), результатом является большое снижение сопротивления качению и жесткости при повороте. Простое изменение геометрической формы наружной ленты (переход от варианта «В» к варианту «С1») дает снижение, сравнимое с таковым для варианта «В1-бис», но слегка меньшее, чем снижение, наблюдаемое с вариантом «В1». Если резиновый компаунд согласно изобретению используют в этой модифицированной геометрии (вариант «С»), снижение жесткости при повороте и сопротивления качению является очень значительным.
Когда переходят от геометрии варианта «В» к геометрии из Фиг.8, без модифицирования типа резинового компаунда (вариант «D1»), жесткость при повороте возрастает, тогда как сопротивление шины качению снижается. Более того, если используют резиновый компаунд согласно изобретению (вариант «D»), может быть получено более низкое сопротивление качению без значительного изменения жесткости при повороте.
1. Шина, содержащая:
два борта (20) для контакта с ободом (5) колеса, причем каждый борт включает по меньшей мере одну кольцевую упрочняющую конструкцию (70);
две боковины (30), продолжающие борта радиально наружу, причем две боковины соединяются в короне, включающей усиление (80, 90, 100) по короне, увенчанное протектором (40);
по меньшей мере одно каркасное усиление (60), проходящее от бортов через боковины к короне, причем каркасное усиление включает многочисленные элементы каркасного усиления и закреплено в двух бортах оборачиванием вокруг кольцевой упрочняющей конструкции таким образом, чтобы сформировать в каждом борту входную часть (61) и обертывающую часть (62), при этом каждая обертывающая часть проходит радиально наружу до конца (63), расположенного на радиальном расстоянии DRR от радиально самой внутренней точки (71) кольцевой упрочняющей конструкции борта, и радиальное расстояние DRR является большим или равным 15% радиальной высоты Н шины;
причем каждый борт имеет бортовой наполнитель (110), размещенный радиально снаружи кольцевой упрочняющей конструкции и, по меньшей мере частично, между входной частью и обертывающей частью каркасного усиления, при этом бортовой наполнитель проходит снаружи в радиальном направлении от радиально самой внутренней точки (71) кольцевой упрочняющей конструкции борта до радиального расстояния DRB от указанной точки, причем радиальное расстояние DRB превышает или равно 20% радиальной высоты Н шины,
при этом каждый борт также включает наружную ленту (120), расположенную аксиально снаружи относительно как каркасного усиления, так и бортового наполнителя, причем каждая наружная лента проходит радиально наружу от радиально внутреннего конца (121), расположенного на расстоянии DRI от радиально самой внутренней точки (71) кольцевой упрочняющей конструкции борта, при этом DRI является меньшим или равным 20% радиальной высоты Н шины до радиально наружного конца (122), и радиальное расстояние DRL от радиально наружного конца (122) наружной ленты до радиально внутреннего конца (121) наружной ленты превышает или равно 25% радиальной высоты Н шины,
при этом наружная лента (120) изготовлена из резинового компаунда, имеющего модуль G′ упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что:
G”[МПа]≤0,2G′[МПа]-0,2 МПа,
причем модули упругости и вязкости измерены при температуре 23°С.
2. Шина по п.1, в которой бортовой наполнитель (110) изготовлен из резинового компаунда, имеющего модуль G′ упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что:
G”[МПа]≤0,2G′[МПа]-0,2 МПа,
причем модули упругости и вязкости измерены при температуре 23°С.
3. Шина по п.1 или 2, в которой, в любом радиальном сечении, часть резинового компаунда, имеющего модуль G′ упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что:
G”[МПа]≤0,2G′[МПа]-0,2 МПа,
имеет толщину Е(r), причем эта толщина соответствует длине пересечения направления (150), перпендикулярного входной части (61) каркасного усиления (60), с указанной частью резинового компаунда, при этом "r" представляет расстояние от пересечения указанного направления, перпендикулярного входной части каркасного усиления, с каркасным усилением до радиально самой внутренней точки (71) кольцевой упрочняющей конструкции (70), причем толщина Е(r) изменяется как функция расстояния "r" таким образом, что в диапазоне расстояний "r", превышающих или равных 15%, и меньших или равных 50% радиальной высоты Н шины, изменение толщины ∂Е(r)/∂r является меньшим или равным -0,25 мм/мм на протяжении по меньшей мере 5 мм.
4. Шина по п.1, в которой соотношение геометрических размеров Emax/DRL, где Emax представляет максимальную ширину части резинового компаунда, имеющего модуль G′ упругости, меньший или равный 15 МПа, и такой модуль G” вязкости, что:
G”[МПа]≤0,2G′[МПа]-0,2 МПа,
причем Emax измеряют под прямыми углами к входной части (61) каркасного усиления, и DRL представляет радиальную высоту наружной ленты (120), превышает или равно 10%.
5. Шина по п.1, в которой бортовой наполнитель (110) включает:
первую часть (111) с сужающимся радиальным сечением, причем эта первая часть постепенно становится все более тонкой в радиальном направлении наружу, прежде чем перейдет во вторую часть (112) с радиальным сечением, которое имеет приблизительно постоянную ширину, при этом вторая часть размещена радиально снаружи относительно первой части (111) и переходит в третью часть (113) с радиальным сечением, которое сужается на нет, причем третья часть находится радиально снаружи второй части (112).
