Шина для колес транспортных средств, содержащая протекторный браслет, защищенный от искажений в канавках протектора
Шина содержит протекторный браслет, включающий первый эластомерный материал с первым значением прочности на разрыв, и множество окружных канавок, сформированных в протекторе. Каждая из окружных канавок образована парой боковых стенок, разделенных дном. По меньшей мере одна из канавок включает защитный слой из второго эластомерного материала со вторым значением прочности на разрыв, наслоенный по меньшей мере на дно канавки. Отношение между значениями второй прочности на разрыв и первой прочности на разрыв составляет по меньшей мере 1,5. Технический результат - повышение прочности шины на разрыв. 23 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Область техники
Настоящее изобретение относится к шине для колес транспортного средства, содержащей протекторный браслет, защищенный от искажений в канавках протектора.
В частности, настоящее изобретение относится к шине для колес большегрузного транспортного средства или транспортного средства для коммерческих перевозок.
Уровень техники
Шина для колес транспортного средства, предназначенная для применения на большегрузных транспортных средствах, например, таких как грузовики, автобусы, автоприцепы и подобные транспортные средства, обычно включает каркасную конструкцию, имеющую противоположные боковые края, связанные с соответствующими конструкциями правого и левого бортов; брекерную конструкцию, нанесенную в радиальном наружном положении относительно каркасной конструкции; протекторный браслет шины, радиально перекрывающий брекерную конструкцию; пару боковин, нанесенных по бокам на противоположные стороны относительно каркасной конструкции.
В шинах, предназначенных для применения на большегрузных транспортных средствах, в особенности необходимыми являются оптимальные конструктивные особенности в плане характеристик сцепления с дорогой, динамики разгона, характеристик рулевого управления и грузоподъемности, также на скользких поверхностях дорожного покрытия.
Общеизвестно, что брекерная конструкция может оказывать очень существенное влияние как на эксплуатационные характеристики шины (например, в отношении немедленного реагирования на рулевое управление и курсовой устойчивости), так и на срок ее службы, в особенности на скорость и равномерность износа протекторного браслета. Собственно говоря, неравномерный износ оказывает вредное влияние на поведение шины при движении, приводя к вибрациям и постоянному уводу транспортного средства с его курса.
Более того, признаком, который типично стремятся выдерживать в шинах, является пониженный и/или по возможности равномерный износ, чтобы улучшить эксплуатационные характеристики шины в плане возможного пробега в километрах (длительного срока службы), снижения шумности и вибраций при движении.
Обычно протекторный браслет шины включает кольцевую центральную часть, охватывающую шину по экваториальной плоскости, и две кольцевых плечевых части, размещенных на противоположных в осевом направлении сторонах относительно кольцевой центральной части и отделенных от последней соответствующими окружными канавками.
Протекторный браслет дополнительно включает многочисленные выемки в форме канавок и ламелей, размещенные по окружности и в поперечном направлении так, чтобы определять рисунок протектора, сформированный элементами рисунка протектора, отделенными друг от друга выемками. Термины «канавки» и «ламели» используются при этом как имеющие значение углублений и щелей, образованных в протекторном браслете шины, причем ламели имеют меньшую ширину, чем ширина канавок.
Элементы рисунка протектора, таким образом разделенные выемками, включают поверхность контакта, предназначенную для приведения в контакт с дорожным полотном во время езды, и боковые поверхности, также сформированные выемками; причем пересечения каждой боковой поверхности с контактной поверхностью образует выступ, который облегчает контакт шины с дорожным покрытием, и в особенности, когда последнее является мокрым.
Среди элементов рисунка протектора окружные канавки определяют многочисленные окружные элементы, называемые ребрами, которые могут быть подразделены на блоки поперечными канавками или ламелями.
В протекторном браслете поперечные канавки и ламели способствуют улучшению характеристик сцепления с дорогой и динамики разгона благодаря повышению сцепления передней кромкой зацепов, образованных на протекторном браслете именно этими ламелями. В дополнение, эти ламели помогают отводить воду в случае мокрой поверхности дороги.
Напротив, окружные канавки, обычно большего размера, улучшают поведение шины в плане реакции на действия рулевого управления и устойчивость к боковым нагрузкам в осевом направлении. В дополнение, окружные и поперечные канавки влияют на отведение воды в пятне контакта шины во время движения по мокрой поверхности дороги, тем самым уменьшая вероятность аквапланирования.
Шины, в особенности шины автомобилей для коммерческих перевозок, могут быть сняты с эксплуатации вследствие искажений в области протектора. Искажения могут быть обусловлены неравномерным распределением напряжений в боковом направлении ребра или блока.
Центральная часть протекторного ребра или блока подвергается воздействию меньших нагрузок, чем кромки протекторного ребра или блока, фактически нагрузка на кромку может быть приблизительно вдвое выше, чем нагрузка на центральную часть. Концентрация напряжений обычно приводит к искажениям на кромках протекторного ребра или блока.
Возникновение циклически повторяющихся деформации и напряжений по мере того, как протектор входит в пятно контакта и выходит из него, может вызывать появление трещин и участков с разрывами в дне канавок, а также локальных повышений температуры и усталостных явлений эластомерного материала.
Кроме того, следует принимать во внимание тот факт, что протекторный браслет, непосредственно контактирующий с дорогой, непрерывно изнашивается в результате трения, тогда как вместо него на протяжении всего срока службы шины на его месте остается материал дна канавок, обусловливая еще более легкое распространение трещин и разрывов.
Эти участки разрывов в дне канавок могут расширяться и достигать нижележащей брекерной конструкции, которая становится непокрытой, что приводит к явлениям окисления и/или коррозии, которые являются очень опасными, так как они ведут к разрушению стального корда, составляющего брекерную конструкцию.
Более того, нужно избегать локальных повышений температуры, поскольку они обусловливают ухудшение свойств эластомерного материала, присутствующего в дне канавок, тем самым повышая вероятность того, что в этих областях могут начинаться трещины и износ.
Наиболее аксиально отдаленные канавки подвержены дополнительным напряжениям в осевом направлении, ведущим к изгибанию канавок с перемещением их стенок так, что они сближаются между собой и отодвигаются друг от друга, в особенности, когда это происходит при въезде транспортного средства на тротуар и съезде с него при конкретном маневрировании.
Как только на кромке ребра или блока возникает искажение, оно будет распространяться на все ребро или весь блок и часто на соседние ребра или блоки. Распространение искажения происходит быстро во время качения шины вследствие интенсивного усталостного напряжения, которому подвергается дно окружной канавки.
В основном, искажения без труда ощущаются водителем, в особенности, когда они локализованы на шине управляемого колеса, в форме утраты ощущения комфортной езды и ухудшения управляемости транспортного средства.
Однако, если шина, имеющая искажение, представляет собой шину на ведущем колесе или размещена на прицепе, водитель может не чувствовать никакого неудобства, но, однако, он мог бы слышать возрастание шумности шины. В любом случае водитель снимет шину в результате последующего визуального осмотра транспортного средства.
Это может случиться на ранней стадии, когда считается, что части шины не имеют искажений.
Проблема в особенности усугубляется на протекторных браслетах, которые основаны на эластомерных материалах, рассчитанных на повышенную износоустойчивость, поскольку такие эластомерные материалы являются довольно жесткими и проявляют низкую устойчивость к циклическим деформациям или к встречающимся на дороге препятствиям, которые достигают дна канавок.
Для преодоления вышеуказанного преждевременного разрушения шины был использован ряд способов.
В патенте США №6213181 В1 описана шина, имеющая пару бортов; каркасный слой, имеющий концы, причем каждый из концов закреплен относительно одного из бортов; по меньшей мере один брекерный слой, протяженный по окружности вокруг шины и размещенный радиально снаружи каркасного слоя; и протекторный браслет, размещенный радиально снаружи по меньшей мере одного брекерного слоя и сформированный из первого компаунда протекторной ленты. Протекторный браслет имеет многочисленные протекторные ребра; по меньшей мере одну канавку, размещенную между смежными протекторными ребрами; и облицовку стенки канавки, покрывающую по меньшей мере одну канавку. Облицовку стенки канавки изготавливают из второго компаунда протекторной ленты, который отличается от первого компаунда протекторной ленты. Согласно описаниям компаунд протекторной ленты, образующий облицовку стенки канавки, имеет модуль упругости, измеренный при десятипроцентном (10%) удлинении, который составляет от 40 до 80 процентов от модуля упругости компаунда протекторной ленты, формирующего протекторную часть.
В заявке на патент США №2006157177 раскрыт каучук для подавления трещин, который имеет величину удлинения при разрыве, которая превосходит значение удлинения при разрыве для каучука беговой дорожки протектора, размещенный так, чтобы упрочнять ближайшие окрестности дна канавки, ориентированной в окружном направлении узкой канавки, созданной вблизи плечевой зоны протектора шины. Величина удлинения при разрыве каучука, подавляющего образование трещин, в шине составляет 130% или более по сравнению со значением удлинения при разрыве каучука, в основном формирующего контактную поверхность протектора.
Сущность изобретения
Было отмечено, что применение облицовочного слоя, покрывающего протекторный браслет и в особенности канавки, является преимущественным для способствования желательной превосходной устойчивости к образованию искажений.
Однако в известных технических решениях облицовочный слой, выбранный по его низкому модулю упругости (или высокому значению удлинения при разрыве) для наложения на эластомерный материал с высоким модулем упругости (или низким значением удлинения при разрыве), составляющий протекторный браслет, должен принимать на себя деформации, которым подвергается шина и в особенности дно канавки. Чем значительнее модули упругости (или значение удлинения при разрыве) двух материалов различаются между собой, тем больше материал облицовочного слоя подвергается в особенности интенсивным циклическим деформациям.
Как следствие, облицовочный слой может проявлять преждевременное старение, которое обусловливает жесткость и ломкость самого материала. Облицовочный слой также может утрачивать эластичность, и начало образования дефектов, то есть трещин и разрывов, усиливается спустя короткое время эксплуатации шины, сводя на нет положительный эффект самого облицовочного слоя.
Для улучшения устойчивости канавки и, в особенности, во избежание преждевременного образования дефектов и искажений, локализованных в дне канавки, защитный слой, имеющий более высокую прочность на разрыв, чем прочность на разрыв протекторного браслета, может быть нанесен поверх по меньшей мере дна канавки одной окружной канавки, созданной в протекторном браслете.
Для устранения указанной выше проблемы была создана шина для колес транспортного средства, содержащая протекторный браслет, включающий первый эластомерный материал с первым значением прочности на разрыв, и включающий многочисленные окружные канавки, сформированные в указанном протекторе, причем по меньшей мере одна из канавок включает защитный слой из второго эластомерного материала со вторым значением прочности на разрыв, наслоенный по меньшей мере на дно канавки, при этом второе значение прочности на разрыв является более высоким, чем значение прочности на разрыв первого эластомерного материала. Этим путем два материала проявляют синергическое действие во избежание образования разрыва в дне канавки, и срок службы шины может быть увеличен.
В соответствии с этим в первом аспекте настоящее изобретение относится к шине для колес транспортного средства, включающей протекторный браслет, включающий первый эластомерный материал с первым значением прочности на разрыв, и включающий многочисленные окружные канавки, сформированные в протекторном браслете, причем каждая из окружных канавок определяется парой боковых стенок, разделенных дном, причем по меньшей мере одна из канавок включает защитный слой из второго эластомерного материала со вторым значением прочности на разрыв, наслоенный по меньшей мере на дно канавки, при этом соотношение между значениями второй прочности на разрыв и первой прочности на разрыв составляет по меньшей мере 1,5.
В одном предпочтительном варианте исполнения указанное соотношение между значениями второй прочности на разрыв и первой прочности на разрыв составляет по меньшей мере 1,6.
Шина согласно настоящему изобретению в особенности пригодна для управляемых колес большегрузных транспортных средств, например таких, как грузовики, автобусы, но может быть также без труда применена на ведущих колесах этих транспортных средств и на прицепах.
Типично шина дополнительно включает:
каркасную конструкцию, имеющую противолежащие боковые края, связанные с соответствующими правой и левой бортовыми конструкциями; и
пару боковин, нанесенных по бокам на противолежащие стороны относительно указанной каркасной конструкции.
Протекторный браслет может включать первый сшитый эластомерный материал, полученный сшиванием первой сшиваемой эластомерной композиции, включающей:
(а) по меньшей мере один диеновый эластомерный полимер и
(b) по меньшей мере один первый упрочняющий наполнитель.
Защитный слой может включать второй сшитый эластомерный материал, полученный сшиванием второй сшиваемой эластомерной композиции, включающей:
(а) по меньшей мере один диеновый эластомерный полимер; и
(с) по меньшей мере один второй упрочняющий наполнитель.
Для целей настоящего описания и нижеследующей патентной формулы величины прочности на разрыв были измерены согласно Методу С Стандарта ISO 34-1:2004.
Для целей настоящего описания и нижеследующей патентной формулы термин «phr» (сокращение от «частей на сто частей каучука») означает количество частей по весу данного компонента сшиваемой эластомерной композиции на 100 частей по весу эластомерного(-ных) полимера(-ров).
Для целей настоящего описания и нижеследующей патентной формулы термины «аксиальный» и «аксиально» используются для обозначения направления, главным образом параллельного оси вращения шины. Термины «радиальный» и «радиально» альтернативно используются для обозначения направления, главным образом перпендикулярного оси вращения шины и принадлежащего плоскости, проходящей через ось вращения.
Кроме того, термины «окружной» и «по окружности» используются для обозначения направления, главным образом параллельного экваториальной плоскости шины вдоль ее кольцевой протяженности.
В дополнение, выражение «пятно контакта» шины означает часть периферической поверхности протекторного браслета в контакте с поверхностью дороги.
Настоящее изобретение может дополнительно включать по меньшей мере один из следующих предпочтительных признаков.
В одном варианте осуществления изобретения защитный слой из второго эластомерного материала преимущественно наслаивают на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета в наиболее отдаленной в осевом направлении окружной канавке шины, размещенной на наружной стороне колеса, установленного на большегрузное транспортное средство, так, чтобы защищать указанную окружную канавку от краевого эффекта, в особенности вблизи аксиально наружных кромок брекерной конструкции, которая обычно подвергается в особенности сильной нагрузке.
В одном варианте осуществления изобретения защитный слой из второго эластомерного материала наслаивают на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета в каждой из окружных канавок шины.
В одном варианте осуществления изобретения защитный слой из второго эластомерного материала наслаивают на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета по всей поверхности протекторного браслета так, чтобы обеспечить полную защиту.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения защитный слой из второго эластомерного материала наслаивают на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета на дно и, по меньшей мере частично, на боковые стенки канавки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения защитный слой из второго эластомерного материала наслаивают на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета на всю канавку, создавая облицовку дна канавки и ее боковых стенок вплоть до кромок канавки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения защитный слой может иметь толщину более 0,5 мм, предпочтительно более 1 мм.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения толщина защитного слоя может быть менее 5 мм, предпочтительно менее 3 мм.
Типично протекторный браслет включает по меньшей мере две окружных канавки, симметрично расположенных на противоположных сторонах от экваториальной плоскости.
Число окружных канавок может быть более двух, предпочтительно от трех до шести.
В основном, когда число окружных канавок является нечетным, одна из них лежит в экваториальной плоскости шины, причем другие расположены на противоположных в осевом направлении сторонах; а когда число канавок является четным, они расположены симметрично на противоположных сторонах от экваториальной плоскости.
Настоящее изобретение может быть применено к так называемым «магистральным» шинам, или шинам дальнего следования, или к так называемым «региональным» шинам.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения диеновый эластомерный полимер (а) может быть выбран из таких компонентов, которые обычно используются в эластомерных композициях с серной вулканизацией, которые в особенности пригодны для производства шин, иначе говоря, из эластомерных полимеров или сополимеров с ненасыщенной цепью, имеющих температуру стеклования (Tg) в основном ниже 20°С, предпочтительно в диапазоне от 0°С до -110°С. Эти полимеры или сополимеры могут быть природного происхождения, или могут быть получены полимеризацией в растворе, эмульсионной полимеризацией или газофазной полимеризацией одного или более сопряженных диолефинов, необязательно смешанных по меньшей мере с одним сомономером, выбранным из моновиниларенов и/или полярных сомономеров в количестве не более 60% по весу.
Сопряженные диолефины в основном содержат от 4 до 12, предпочтительно от 4 до 8 атомов углерода, и могут быть выбраны, например, из группы, включающей: 1,3-бутадиен, изопрен, 2,3-диметил-1,3-бутадиен, 1,3-пентадиен, 1,3-гексадиен, 3-бутил-1,3-октадиен, 2-фенил-1,3-бутадиен, или их смеси. В особенности предпочтительны 1,3-бутадиен или изопрен.
Моновиниларены, которые могут быть необязательно использованы в качестве сомономеров, в основном содержат от 8 до 20, предпочтительно от 8 до 12 атомов углерода, и могут быть выбраны, например, из: стирола; 1-винилнафталина; 2-винилнафталина; разнообразных алкил-, циклоалкил-, арил-, алкиларил- или арилалкилпроизводных стирола, например, таких как α-метилстирол, 3-метилстирол, 4-пропилстирол, 4-циклогексилстирол, 4-додецилстирол, 2-этил-4-бензилстирол, 4-пара-толилстирол, 4-(4-фенилбутил)стирол или их смеси. В особенности предпочтителен стирол.
Полярные сомономеры, которые необязательно могут быть применены, могут быть выбраны, например, из: винилпиридина, винилхинолина, сложных эфиров акриловой кислоты и алкилакриловых кислот, нитрилов или их смесей, например, таких как метилакрилат, этилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат, акрилонитрил или их смеси.
Диеновые эластомерные полимеры (а) предпочтительно могут быть выбраны, например, из: цис-1,4-полиизопрена (натурального или синтетического, предпочтительно натурального каучука), 3,4-полиизопрена, полибутадиена (в особенности полибутадиена с высоким содержанием 1,4-цис-связей), необязательно галогенированных изопрен/изобутеновых сополимеров, 1,3-бутадиен/акрилонитрильных сополимеров, стирол/1,3-бутадиеновых сополимеров, стирол/изопрен/1,3-бутадиеновых сополимеров, стирол/1,3-бутадиен/акрилонитрильных сополимеров или их смесей.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения указанная первая и/или вторая сшиваемая эластомерная композиция включает по меньшей мере 10% по весу, предпочтительно от 20% по весу до 100% по весу натурального каучука, в расчете на общий вес по меньшей мере одного диенового эластомерного полимера.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения указанная первая сшиваемая эластомерная композиция протекторного браслета включает смесь цис-1,4-полиизопрена (натурального каучука, NR) и полибутадиена (полибутадиенового каучука, BR).
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения по меньшей мере один диеновый эластомерный полимер (а), используемый во второй сшиваемой эластомерной композиции защитного слоя, представляет собой цис-1,4-полиизопрен (NR).
Вышеописанная сшиваемая эластомерная композиция необязательно может включать по меньшей мере один эластомерный полимер одного или более моноолефинов с олефиновым сомономером (а') или его производными. Моноолефины могут быть выбраны из: этилена и α-олефинов, в основном содержащих от 3 до 12 атомов углерода, например, таких как пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-октен или их смеси. Предпочтительными являются следующие: сополимеры этилена с α-олефином, необязательно с диеном; гомополимеры изобутена или его сополимеры с небольшими количествами диена, которые необязательно являются, по меньшей мере частично, галогенированными. Необязательно присутствующий диен в основном содержит от 4 до 20 атомов углерода и предпочтительно выбран из: 1,3-бутадиена, изопрена, 1,4-гексадиена, 1,4-циклогексадиена, 5-этилиден-2-норборнена, 5-метилен-2-норборнена, винилнорборнена или их смесей. Из них в особенности предпочтительны следующие: этилен/пропиленовые сополимеры (EPR) или этилен/пропилен/диеновые сополимеры (EPDM); полиизобутен; бутилкаучуки; галогенбутилкаучуки, в особенности хлорбутил- или бромбутилкаучуки; или их смеси.
Может быть также использован диеновый эластомерный полимер (а) или (а'), функционализированный реакцией с подходящими регуляторами молекулярной массы или связующими реагентами. В частности, диеновые эластомерные полимеры, полученные анионной полимеризацией в присутствии металлоорганического инициатора (в особенности литийорганического инициатора), могут быть функционализированы реакцией остаточных металлоорганических групп, происходящих из инициатора, с подходящими регуляторами молекулярной массы или связующими реагентами, например, такими как имины, карбодиимиды, галогениды алкилолова, замещенные бензофеноны, алкоксисиланы или арилоксисиланы (например, см. ЕР 451604, US 4742124 и US 4550142).
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения сера или ее производные могут быть выбраны, например, из:
- растворимой серы (кристаллической серы);
- нерастворимой серы (полимерной серы);
- серы, диспергированной в масле (например, 33%-ной серы, известной под торговым наименованием Crystex® OT33 от фирмы Flexsys);
- доноров серы, например, таких как тетраметилтиурамдисульфид (TMTD), тетрабензилтиурамдисульфид (TBzTD), тетраэтилтиурамдисульфид (TETD), тетрабутилтиурамдисульфид (TBTD), диметилдифенилтиурамдисульфид (MPTD), пентаметилентиурамтетрасульфид или гексасульфид (DPTT), дисульфид морфолинобензотиазола (MBSS), N-оксидиэтилендитиокарбамил-N'-оксидиэтиленсульфенамид (OTOS), дитиодиморфолин (DTM или DTDM), капролактамдисульфид (CLD);
или их смесей.
По меньшей мере один первый упрочняющий наполнитель (b) преимущественно может быть добавлен к сшиваемой эластомерной композиции, предназначенной для исполнения протекторной ленты, в количестве, в основном меньшем, чем около 120 phr, предпочтительно от около 20 phr до около 90 phr.
По меньшей мере один второй упрочняющий наполнитель (с) преимущественно может быть добавлен к сшиваемой эластомерной композиции, предназначенной для исполнения защитного слоя, в количестве от 0 до около 90 phr, предпочтительно от около 10 phr до около 60 phr.
Первый и второй упрочняющие наполнители могут быть выбраны из таких, которые обычно используют для сшитых промышленных продуктов, в частности для шин, например, таких как технический углерод, оксид кремния, оксид алюминия, алюмосиликаты, карбонат кальция, каолин или их смеси.
В особенности предпочтительными как для первого, так и для второго упрочняющих наполнителей являются смеси технического углерода с оксидом кремния.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения эластомерная композиция защитного слоя включает смесь оксида кремния и технического углерода в соотношении количеств оксида кремния и технического углерода (углеродной сажи) по меньшей мере 1:1,5.
Типы технического углерода, которые могут быть преимущественно использованы согласно настоящему изобретению, могут быть выбраны из таких, которые традиционно применяются в производстве шин, в основном имеющие удельную площадь поверхности не менее 20 м2/г (по определению с помощью STSA - удельная площадь поверхности по статистической толщине слоя, согласно стандарту ISO 18852:2005).
Оксид кремния, который может быть преимущественно использован согласно настоящему изобретению, может в основном представлять собой пирогенный кремнезем, или предпочтительно осажденный оксид кремния, с удельной площадью поверхности по методу ВЕТ (Брунауэра-Эммета-Теллера) (измеренной согласно стандарту ISO 5794/1) от 50 м2/г до 500 м2/г, предпочтительно от 70 м2/г до 200 м2/г.
Когда присутствует упрочняющий наполнитель, включающий оксид кремния, сшиваемая эластомерная композиция может преимущественно содержать связующий реагент, способный взаимодействовать с оксидом кремния и связывать его с диеновым эластомерным полимером во время вулканизации.
Связующие реагенты, которые предпочтительно используются, представляют собой такие, которые основаны на силане, который может быть описан, например, следующей структурной формулой (I):
(R)3Si-CnH2n-X (I)
в которой группы R, которые могут быть одинаковыми или различными, выбирают из: алкильных, алкоксильных или арилоксильных групп или атомов галогенов, при условии, что по меньшей мере одна из групп R представляет собой алкоксильную или арилоксильную группу; индекс ”n” представляет целое число между 1 и 6 включительно; Х представляет группу, выбранную из: нитрозо-, меркапто-, аминогруппы, эпоксидной, винильной, имидной группы, атома хлора, фрагмента -(S)mCnH2n-Si-(R)3, в котором индексы “m” и “n” представляют целые числа между 1 и 6, включительно, и группы R определены, как выше.
К связующим реагентам, которые являются в особенности предпочтительными, относятся бис(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфид и бис(3-триэтоксисилилпропил)дисульфид. Указанные связующие реагенты могут быть применены как таковые или в виде подходящей смеси с инертным наполнителем (например, техническим углеродом), чтобы облегчить их внедрение в сшиваемую эластомерную композицию.
Представленная выше сшиваемая эластомерная композиция может быть вулканизирована согласно известным способам. Для этой цели в сшиваемую эластомерную композицию, после одной или более стадий термомеханической обработки, вводят серу или ее производные вместе с активаторами и ускорителями вулканизации. В конечной технологической стадии температуру в основном поддерживают ниже 120°С и предпочтительно ниже 100°С, чтобы избежать любых нежелательных явлений предварительного сшивания.
Активаторы, которые особенно эффективны, представляют собой соединения цинка, в особенности ZnO, ZnCO3, цинковые соли насыщенных или ненасыщенных алифатических кислот, содержащих от 8 до 18 атомов углерода, например, такие как стеарат цинка, которые предпочтительно формируют по месту в эластомерной композиции из ZnO и алифатической кислоты, и также BiO, PbO, Pb3O4, PbO2 или их смеси.
Ускорители, которые обычно используют, могут быть выбраны из: дитиокарбаматов, гуанидина, тиомочевины, тиазолов, сульфенамидов, тиурамов, аминов, ксантатов или их смесей.
Указанная сшиваемая эластомерная композиция может включать другие общеупотребительные добавки, выбранные на основе конкретного варианта применения, для которого предназначена композиция. Например, к указанной сшиваемой эластомерной композиции могут быть добавлены следующие компоненты: антиоксиданты, противостарители, пластификаторы, адгезивы, противоозоновые добавки, модифицированные смолы, волокна (например, волокнистая масса из Kevlar®), или их смеси.
В частности, для цели дополнительного улучшения обрабатываемости, к указанной сшиваемой эластомерной композиции может быть добавлен пластификатор, главным образом выбранный из минеральных масел, растительных масел, синтетических масел или их смесей, например, таких как ароматическое масло, нафтеновое масло, фталаты, соевое масло, или их смеси. Количество пластификатора в основном варьирует от 0 phr до 70 phr, предпочтительно от 5 phr до 30 phr.
Представленная выше сшиваемая эластомерная композиция может быть получена смешением диенового эластомерного полимера, добавки для усиления адгезии, серы или ее производных вместе с упрочняющим наполнителем и другими добавками, необязательно присутствующими, согласно известным в технологии способам. Смешение может быть проведено, например, с использованием открытого смесителя или мельницы открытого типа, или во внутреннем смесителе типа устройства с тангенциальными роторами (Бенбери), или с взаимозацепляющимися роторами (Интермикс), или в смесителях непрерывного действия типа технологии Ko-Kneader (Buss), или в экструдере двухшнекового типа с однонаправленным или противонаправленным вращением.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более ясными из следующего подробного описания некоторых предпочтительных вариантов реализации шины в соответствии с настоящим изобретением, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в поперечном сечении шины согласно изобретению; и
Фиг.2 - вид в поперечном сечении конкретного протектора из одного варианта исполнения шины согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов
осуществления изобретения
На протяжении настоящего описания и в нижеследующей патентной формуле выражение «большегрузное транспортное средство» следует понимать как имеющее отношение к транспортному средству, принадлежащему к категориям М2-М3, N2-N3 и 02-04, определенным в документе “Consolidate Resolution of the Construction of Vehicles (R.E.3) («Объединенная резолюция относительно конструкции транспортных средств») (1997)”, Приложение 7, страницы 52-59, “Classification and Definition of Power-Driven Vehicles and Trailers” (“Классификация и определение транспортных средств и прицепов с механическим приводом»), таких как грузовые автомобили, грузовики, тягачи, автобусы, автофургоны, прицепы и другие транспортные средства этого типа.
Для простоты, Фиг.1 показывает только часть шины, причем остальная не представленная часть идентична и расположена симметрично относительно экваториальной плоскости (х-х) шины.
Шина (100) включает по меньшей мере одну каркасную конструкцию, включающую по меньшей мере один каркасный слой (101), имеющий противолежащие боковые кромки, связанные с соответствующими правой и левой бортовыми конструкциями (116); протекторный браслет (111), нанесенный в радиально наружном положении относительно каркасного слоя (101) и включающий множество окружных канавок (107), сформированных в протекторе, каждая из которых определяется парой боковых стенок (107а), разделенных дном (107b), причем пара боковин (103) нанесена по бокам на противолежащие стороны относительно каркасного слоя (101).
Протекторный браслет (111) может дополнительно включать множество выемок в форме канавок и ламелей, расположенных по окружности и/или в поперечном направлении так, чтобы определять рисунок протектора, образованный элементами рисунка протектора, отделенными друг от друга выемками.
Каждая бортовая конструкция (116) включает по меньшей мере один сердечник (113) борта шины и по меньшей мере один бортовой наполнитель (112). Связь между каркасным слоем (101) и сердечником (113) борта здесь достигается оборачиванием противолежащих боковых кромок каркасного слоя (101) вокруг сердечника (113) борта, чтобы сформировать так называемый отворот (117) каркасного слоя, как показано в Фиг.1.
Каркасный слой (101) в основном включает многочисленные упрочняющие элементы, расположенные параллельно друг другу и, по меньшей мере частично, покрытые слоем сшитого эластомерного материала. Эти упрочняющие элементы обычно изготовлены из стальных проволок, сплетенных между собой, покрытых металлическим сплавом (например, сплавами «медь/цинк», «цинк/марганец», «цинк/молибден/кобальт» и тому подобными).
Каркасный слой (101) обычно относится к радиальному типу, то есть он включает упрочняющие элементы, главным образом соответственно радиальным плоскостям. Сердечник (113) борта заключен в бортовую конструкцию (116), сформированную вдоль внутреннего окружного края шины (100), которым шина примыкает к ободу (118), составляющему часть колеса транспортного средства. Пространство, образованное каждым отворотом (117) каркасного слоя, содержит бортовой наполнитель (112), обычно изготовленный из сшитого эластомерного материала, радиально наслоенного до сердечника (113) борта.
В случае бескамерных шин каучуковый слой (102), общеизвестный как воздухоудерживающая оболочка бескамерной шины, который обеспечивает необходимую непроницаемость для накачивания воздуха в шину, также может быть создан во внутреннем положении относительно каркасного слоя (101).
Антиабразивную ленту (114) обычно размещают в аксиально наружном положении относительно отворота (117) каркасного слоя.
Упрочняющий слой (115), известный как «флиппер» или внутренний защитный слой борта шины, обычно связывают с сердечником (113) борта и бортовым наполнителем (112), чтобы он, по меньшей мере частично, контактировал с ними.
Брекерную конструкцию (105) наносят вдоль окружности каркасного слоя (101).
Брекерная конструкция (105) обычно включает множество слоев брекера, которые наслоены друг на друга в радиальном направлении, и которые включают множество упрочняющих элементов, типично металлический корд, причем упрочняющие элементы параллельны друг другу в каждом слое и перекрещиваются относительно смежного слоя, наклонены относительно экваториальной плоскости (х-х) шины и покрыты и соединены вместе с помощью сшитого эластомерного материала, (не представленного в Фиг.1).
Брекерная конструкция (105) также может включать по меньшей мере один слой, включающий корд, размещенный главным образом соответственно окружному направлению. В предпочтительном варианте исполнения брекерная конструкция (105) включает две ленты, включающих корд, размещенный соответственно окружному направлению и уложенный в аксиально наружных частях брекерной конструкции (105).
Вставку (104) дополнительно размещают на опорной области, то есть области, где боковые края протекторного браслета (111) соединяются с боковиной (103). Обычно вставку укладывают между каркасным слоем (101), брекерной конструкцией (105), протекторным браслетом (111) и боковиной (103).
В варианте исполнения согласно фиг. 1 защитный слой (108) накладывают на протекторный браслет в каждую из окружных канавок (107), создавая облицовку дна (107b) и боковых стенок (107а) канавки (107) от дна до крайних кромок канавки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения защитный слой (108) накладывают на протекторный браслет на дно канавки и частично на боковые стенки.
В некоторых предпочтительных вариантах исполнения (не иллюстрированы) указанный защитный слой (108) накладывают на протекторный браслет шины только в дно (107b) канавки, и создают по меньшей мере в самой наружной в осевом направлении окружной канавке шины, которая является внешней относительно колеса, установленного на большегрузное транспортное средство, для защиты канавки от краевого эффекта, в особенности вблизи наружных в осевом направлении краев брекерной конструкции, которая обычно подвергается особенно высокой нагрузке.
Согласно фиг. 2 защитный слой (108) накладывают на всю поверхность (106) качения протекторного браслета (111), а не только на поверхности канавок, чтобы обеспечить полную защиту.
Камневыталкиватель (109) в форме возвышения для увеличения способности освобождаться от камней может быть сформирован главным образом в середине дна (107b) по меньшей мере центральной(-ных) канавки(-вок) и предпочтительно может быть образован из защитного слоя (108).
Защитный слой (108) может иметь главным образом постоянную толщину или переменную толщину.
В случае переменной толщины защитный слой или каждый из его слоев предпочтительно являются более толстыми в дне канавки и сужаются в сторону краев канавки.
Настоящее изобретение будет дополнительно иллюстрировано с помощью примера получения сшиваемой эластомерной композиции, пригодной для применения в защитном слое большегрузной шины, который приведен исключительно для иллюстративных целей и без какого-нибудь ограничения настоящего изобретения.
Образцы из нижеследующего примера оценивали согласно следующим испытаниям и измерениям.
Динамические механические характеристики измеряли с использованием динамического устройства Instron в режиме испытания на усталость при растяжении-сжатии соответственно следующим методам.
Испытательный образец вышеупомянутой сшитой эластомерной композиции (вулканизированной в течение 30 минут при температуре 151°С), имеющей цилиндрическую форму (длина = 25 мм; диаметр = 12 мм), предварительно нагруженной сжимающим усилием до 20%-ной продольной деформации относительно первоначальной длины и выдерживаемой при предварительно заданной температуре (70°С) на протяжении всего испытания, подвергали динамической синусоидальной деформации, имеющей амплитуду ±7,5% относительно длины при предварительно приложенной нагрузке, с частотой 100 Гц. Динамические механические характеристики выражали в терминах значений динамического модуля (E') упругости и тангенса дельта (тангенс угла механических потерь). Значение тангенса дельта рассчитывали как соотношение между модулем (E”) вязкости и модулем (E') упругости. Полученные результаты приведены в Таблице 1.
Таблица 1 также содержит значения Удлинения: здесь удлинение при разрыве (AR) означает величину удлинения при разрыве (%), как предусмотрено в стандартном методе испытания на растяжение вулканизированного каучука (JIS К6251, Японский Промышленный Стандарт).
Таблица 1 показывает прочность на разрыв при температуре 23°С согласно Методу С стандарта ISO 34-1:2004, которую измеряли на образцах вышеупомянутой эластомерной композиции, вулканизированной при температуре 151°С в течение 30 минут.
Наконец, в Таблице 1 показано соотношение значений прочности на разрыв сравнительного облицовочного слоя и протекторного браслета, и защитного слоя согласно изобретению и протекторного браслета.
Получение эластомерных композиций для протекторного браслета и облицовочных слоев (1 и 2)
Эластомерные композиции для протекторного браслета и для облицовочных слоев 1 и 2, приведенные в Таблице 1, получили следующим образом (количества разнообразных компонентов приведены в phr).
Все компоненты, за исключением Серы, CTP (добавка против преждевременной вулканизации), ускорителя (CBS, сульфенамидный ускоритель вулканизации), смешивали друг с другом во внутреннем смесителе (модель Pomini PL 1.6) в течение около 5 минут (1-ая стадия). Как только температура достигла 140±5°С, эластомерную композицию выгрузили.
Затем серу, CTP, ускоритель (CBS) смешали с композицией из 1-ой стадии во внутреннем смесителе типа смесителя с тангенциальными роторами (Бенбери) (модель Pomini PL 1.6) в течение около 3 минут, вплоть до температуры 120±5°С, и затем эластомерную композицию выгрузили (2-ая стадия).
Протекторный браслет и два образца облицовочного слоя оценивали, как описано выше, и результаты обобщили в нижеследующей Таблице 1.
ПРИМЕР
| Таблица 1 | |||
| Образец | Протекторный браслет | 1(*) | 2(∧) |
| 1-ая стадия | |||
| Натуральный каучук | 60 | 90 | 100 |
| Полибутадиеновый каучук | 40 | 10 | - |
| Стеариновая кислота | 2 | 2 | 2 |
| Оксид цинка | 4 | 4 | 4 |
| X50S® | 0 | 1,6 | 3,2 |
| Воск | 1 | 1 | 1 |
| Технический углерод | 50 | 45 | 35 |
| Ultrasil VN3® | 0 | 10 | 20 |
| Антиоксидант (2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин) | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Антиоксидант (N-(1,3-диметилбутил)-N'-фенил-пара-фенилендиамин) | 2 | 2 | 2 |
| 2-ая стадия | |||
| Сера | 1 | 1,5 | 1,5 |
| Замедлитель вулканизации | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Сульфенамидный ускоритель вулканизации | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Механические характеристики | |||
| E' (70°С) | 6,1 | 4,84 | 4,6 |
| Tandelta (70°С) | 0,160 | 0,14 | 0,146 |
| Удлинение при разрыве (%) | 380 | 503 | 547,9 |
| Прочность на разрыв | 95 | 137 | 160,8 |
| Отношение величин прочности на разрыв «облицовочный слой/протектор» | - | 1,44 | 1,69 |
| (*): Сравнительный (^): Согласно изобретению NR: натуральный каучук BR: 1,4-полибутадиен с высоким содержанием цис-1,4-связей (Europrene® Neocis BR40 - фирма Polimeri Europa) Стеариновая кислота: STEARINA N (фирма SOGIS) Оксид цинка (зеленая печать) (фирма Zincol ossidi); X50S®: силановый связующий реагент, включающий 50% по весу технического углерода и 50% по весу бис(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфида (фирма EVONIK - Degussa); WAX: композиция из микрокристаллического воска (Antilux® 654 - фирма Lanxess); Технический углерод: (значение OAN (абсорбция масла) около 125, и значение COAN (абсорбция масла после сжатия) около 100; по измерению отношения OAN/COAN согласно стандарту ASTM D2414) Ultrasil VN3®: оксид кремния (фирма EVONIK - Degussa); TMQ: полимеризованный 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин (Vulcanox® 4020 - фирма Bayer); 6-PPD: пара-фенилендиамин (Santoflex® 13 - фирма Monsanto); Растворимая сера: (фирма Flexsys); СТР: циклогексилтиофталимид (Vulkalent® G - фирма Bayer); CBS (ускоритель): N-циклогексил-2-бензотиазолилсульфенамид (Vulkacit® CZ - фирма Bayer). |
Вышеописанные сравнительные образцы были приготовлены с целью оценки поведения образцов, полученных регулированием прочности на разрыв согласно изобретению в последующих испытаниях на усталость и испытаниях вне помещений, проведенных на шине.
Для этой цели облицовочный слой образца 1 показывает значения 1,44 для отношения прочности на разрыв относительно прочности на разрыв протекторного браслета, использованного в качестве образца, тогда как облицовочный слой образца 2 показывает для того же отношения значение 1,69.
Изготовили образец шины согласно изобретению, включающий защитный слой, нанесенный на всю самую наружную в осевом направлении и внешнюю окружную канавку, полученный из эластомерной композиции согласно образцу 2, (Шина «INV»), и провели сравнительные испытания со сравнительной шиной, включающей облицовочный слой, наложенный на самую наружную в осевом направлении и внешнюю окружную канавку, полученный из эластомерной композиции согласно образцу 1 (Шина «COMP»).
Обе из шины согласно изобретению и сравнительной шины имели размер 295/80R22.5.
Вышеупомянутые шины подвергали подготовительному испытанию на усталость на лабораторном приборе (испытание в помещении), чтобы в течение нескольких дней вызвать износ и усталость, равнозначные нескольким месяцам нормальной езды. Для этой цели шину, накачанную до давления 8,5 бар (0,85 МПа), подвергнутую радиальной нагрузке 3550 кг (номинальная нагрузка), вращали на барабане с постоянной скоростью (90 км/час) в течение 100 часов.
После вышеуказанного подготовительного испытания каждую шину монтировали на колеса одного большегрузного транспортного средства и затем подвергали испытанию вне помещения, состоящему в 50-кратном последовательном въезде на ступеньку высотой 15 см и съезде с нее.
Испытание повторяли три раза для каждой шины и по окончании испытания провели визуальную оценку присутствия трещин, возможно имеющихся на канавках, с результатами, приведенными в таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Шина | Число трещин |
| Сравнительная шина (1 испытание) | 16 |
| Сравнительная шина (2 испытание) | 15 |
| Сравнительная шина (3 испытание) | 18 |
| Шина согласно изобретению (1 испытание) |
0 |
| Шина согласно изобретению (2 испытание) |
0 |
| Шина согласно изобретению (3 испытание) |
0 |
Проведенное испытание показало отсутствие искажений в шинах, включающих защитный слой, и подтверждает обоснованность параметра, выбранного для определения долговечности большегрузной шины.
1. Шина для колес транспортного средства, содержащая протекторный браслет, включающий первый эластомерный материал с первым значением прочности на разрыв, и включающая множество окружных канавок, сформированных в протекторном браслете, причем каждая из окружных канавок образована парой боковых стенок, разделенных дном канавки, при этом по меньшей мере одна из окружных канавок включает защитный слой из второго эластомерного материала со вторым значением прочности на разрыв, наслоенный по меньшей мере на дно канавки, причем соотношение между значениями второй прочности на разрыв и первой прочности на разрыв составляет по меньшей мере 1,5.
2. Шина по п.1, содержащая:
каркасную конструкцию, имеющую противолежащие боковые края, связанные с соответствующими правой и левой бортовыми конструкциями; и
пару боковин, нанесенных по бокам на противолежащие стороны относительно каркасной конструкции.
3. Шина по п.1, в которой первый эластомерный материал содержит:
(a) по меньшей мере один диеновый эластомерный полимер; и
(b) по меньшей мере один первый упрочняющий наполнитель.
4. Шина по п.1, в которой второй эластомерный материал содержит:
(а) по меньшей мере один диеновый эластомерный полимер; и
(с) по меньшей мере один второй упрочняющий наполнитель.
5. Шина по п.3 или 4, в которой по меньшей мере один диеновый эластомерный полимер (а) первого или второго эластомерного материала выбран из диеновых эластомерных полимеров или сополимеров с ненасыщенной цепью, имеющих температуру стеклования (Tg) в основном ниже 20°С, или эластомерных полимеров одного или более сопряженных диолефинов.
6. Шина по п.5, в которой по меньшей мере один диеновый эластомерный полимер (а) протекторного браслета включает смесь цис-1,4-полиизопрена (NR) и полибутадиена (BR).
7. Шина по п.5, в которой по меньшей мере один диеновый эластомерный полимер (а) защитного слоя представляет собой цис-1,4-полиизопрен NR.
8. Шина по п.3, в которой по меньшей мере один первый упрочняющий наполнитель (b) добавляется к первой сшиваемой эластомерной композиции в количестве менее чем около 120 phr.
9. Шина по п.8, в которой по меньшей мере один первый упрочняющий наполнитель (b) добавляется к первой сшиваемой эластомерной композиции в количестве от около 20 phr до около 90 phr.
10. Шина по п.3, в которой по меньшей мере один второй упрочняющий наполнитель (c) добавляется ко второй сшиваемой эластомерной композиции в количестве от 0 phr до около 90 phr.
11. Шина по п.10, в которой по меньшей мере один второй упрочняющий наполнитель (с) добавляется ко второй сшиваемой эластомерной композиции в количестве от около 10 phr до около 60 phr.
12. Шина по п.3, в которой первый или второй упрочняющие наполнители выбирают из технического углерода, оксида кремния, оксида алюминия, алюмосиликатов, карбоната кальция, каолина или их смесей.
13. Шина по п.12, в которой первый и второй упрочняющие наполнители содержат смесь технического углерода с оксидом кремния.
14. Шина по п.13, в которой вторая эластомерная композиция защитного слоя содержит смесь оксида кремния и технического углерода в соотношении количеств оксида кремния и технического углерода по меньшей мере 1:1,5.
15. Шина по п.1, в которой отношение между значениями второй прочности на разрыв и первой прочности на разрыв составляет по меньшей мере 1,6.
16. Шина по п.1, в которой защитный слой из второго эластомерного материала наслоен на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета в самой наружной в осевом направлении окружной канавке шины.
17. Шина по п.1, в которой защитный слой из второго эластомерного материала наслоен на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета в каждой из окружных канавок шины.
18. Шина по п.1, в которой защитный слой из второго эластомерного материала наслоен на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета на всей его поверхности.
19. Шина по п.1, в которой защитный слой из второго эластомерного материала наслоен на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета на дне и, по меньшей мере частично, на боковые стенки канавки.
20. Шина по п.19, в которой защитный слой из второго эластомерного материала наслоен на первый сшитый эластомерный материал протекторного браслета на всю канавку, создавая облицовку дна канавки и ее боковых стенок вплоть до кромок канавки.
21. Шина по п.1, в которой защитный слой имеет толщину более 0,5 мм.
22. Шина по п.21, в которой защитный слой имеет толщину более 1 мм.
23. Шина по п.1, в которой защитный слой имеет толщину менее 5 мм.
24. Шина по п.23, в которой защитный слой имеет толщину менее 3 мм.
