Покрышка пневматической шины
Владельцы патента RU 2520724:
Открытое акционерное общество "Кордиант" (ОАО "Кордиант") (RU)
Изобретение относится к автомобильной промышленности, а именно к пневматическим грузовым шинам радиальной и диагональной конструкции с каркасом из обрезиненного текстильного корда. Каркас выполнен из текстильного корда, имеющего структуру нитей текстильного корда 188 текс×1×3 или 188 текс×2×2 или 210 текс×1×3 или 210 текс×2×2. Нити текстильного корда имеют кручение, в котором отношение второй крутки к первой находится в пределах 1:1,25 - 1:1,6, при этом величина первой крутки составляет 280-320 м-1. Число кручений находится в пределах 241-290 на погонный метр. Технический результат - повышение долговечности и надежности покрышки пневматической шины, повышение технологичности за счет улучшения структуры текстильного корда, что позволяет увеличить прочностной запас каркаса покрышки и ее эксплуатационные свойства. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к автомобильной промышленности, а именно к пневматическим грузовым шинам радиальной и диагональной конструкции с каркасом из обрезиненного текстильного корда.
Известна покрышка пневматической шины, которая содержит протектор, брекер, боковины, каркас, состоящий из наружной и внутренней групп слоев обрезиненного корда, бортовые кольца, наполнительные шнуры, бортовые ленты (Пат. RU 2191705, В60С 15/00, В60С 9/08, опубл. 27.10.2002).
Недостатком конструкции этой покрышки является большое число слоев каркаса для обеспечения необходимых запасов прочности. Это приводит к увеличению толщины борта покрышки, что в свою очередь приводит к снижению эксплуатационных свойств покрышки вследствии разогрева боковины из-за диссипации внутренней энергии. Изготовление таких покрышек имеет повышенную трудоемкость и энергоемкость.
Известна покрышка пневматической шины радиальной конструкции, содержащая в каркасе полиамидный корд 23КНТС, имеющий структуру 187 текс×1×2 с числом кручений в пределах 308-356 (Постоянный технологический регламент №70Ш-2003. «Производство покрышек (шин) для легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости (радиальной конструкции)». Срок действия с 01.09.2003 по 01.09.2013, зарегистрирован на ОАО «ЯШЗ», инвентарный №88, дата регистрации 28.08.2003).
Недостатком данной покрышки пневматической шины является высокое удлинение и усадка корда, которые связаны с высоким числом кручений нити, а также изменение габаритов покрышки и низкая ходимость в процессе эксплуатации.
Известна покрышка пневматической шины радиальной конструкции, имеющая каркас из полиамидного корда со структурой 187 текс×1×2, или 165 текс×1×2, или 144 текс×1×2 с числом кручений в пределах 210-260 на погонный метр (Пат. RU 2262463, В60С 9/07, опубл. 20.10.2005).
Недостатком покрышки такой конструкции является недостаточно высокая разрывная прочность и снижение надежности шины в процессе эксплуатации.
Известны покрышки пневматических грузовых шин, содержащих в каркасе один или два текстильных корда со структурой 188(187)текс×1×2 с числом кручений в пределах 300-380 или структурой 210 текс×1×2 с числом кручений в пределах 260-360. (Отчеты по результатам анализа шин. Грузовые радиальные шины. Бюллетени «Информ-Простор» №40094ИП, №40095 ИП, №40097 ИП, М., 2000 г.)
Недостатком покрышек данной конструкции является большое количество слоев каркаса для достижения необходимого требуемого запаса прочности. Увеличение количества слоев приводит к усложнению конструкции шины, повышению трудоемкости и энергоемкости изготовления таких шин. Увеличивается возможность расслоения каркаса и снижение долговечности покрышки шины.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) авторы предлагают покрышку пневматической шины, включающей каркас из текстильного корда со структурой нитей 144 текс×1×3, или 188 (187) текс×1×3, или 188 (187) текс×2×2, или 210 текс×1×3, или 280 текс×1×3 с числом кручений в пределах 180-240 на погонный метр (Пат. RU 2317212, В60С 9/04, опубл.20.02.2008).
Недостатком данной покрышки является низкая технологичность применяемой структуры резинокордной системы (обрезиненного текстильного корда), недостаточно высокая разрывная прочность, снижение долговечности и надежности шины в процессе эксплуатации.
Понижение кручения нитей корда приводит к деформации нитей в процессе обрезинивания корда, что увеличивает вероятность отслоения резинового покрытия на нитях корда. Это в дальнейшем приводит к образованию очагов напряженно-деформированного состояния, что в свою очередь приводит к снижению долговечности нитей корда при эксплуатации шины и соответственно к снижению ходимости покрышки пневматической шины. Также указанный недостаток резинокордной системы приводит к увеличению отходов при раскрое.
Технической задачей данного изобретения является повышение долговечности и надежности покрышки пневматической шины, повышение технологичности за счет улучшения структуры текстильного корда вследствие изменения отношения второй крутки к первой и изменения числа кручений на погонный метр.
Поставленная техническая задача в настоящем изобретении решается за счет того, что в покрышке пневматической шины, включающей каркас из текстильного корда, имеющего структуру нитей текстильного корда 188 текс×1×3, или 188 текс×2×2, или 210 текс×1×3, или 210 текс×2×2 нити текстильного корда имеют кручение, в котором отношение второй крутки к первой находится в пределах 1:1,25 - 1:1,6, при этом величина первой крутки составляет 280-320 м-1, и число кручений находится в пределах 241-290 на погонный метр.
Использование текстильного корда указанной структуры и кручений в покрышке пневматической шины обеспечивает решение поставленной технической задачи.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображено меридиональное сечение покрышки пневматической шины (Фиг.1).
Покрышка пневматической шины включает протектор 1, брекер 2, каркас 3, боковины 4, борта 5 с бортовыми кольцами 6.
Каркас 3 выполнен из текстильного корда, имеющего структуру нитей 188 текс×1×3, или 188 текс×2×2, или 210 текс×1×3, или 210 текс×2×2 и нити текстильного корда имеют кручение, в котором отношение второй крутки к первой находится в пределах 1:1,25 - 1:1,6, при этом величина первой крутки составляет 280-320 м-1, и число кручений находится в пределах 241-290 на погонный метр.
Свойства текстильного корда зависят от полимера, из которого он выполнен, линейной плотности нити, структуры кордной нити, величины крутки, толщины кордной нити, состава для обработки (обрезинивания или пропитки). Корд для шин, исходя из условий его работы и той роли, которую он выполняет в покрышке, должен обладать высокой прочностью при однократном или многократном нагружении, теплостойкостью, высоким модулем, однородностью физико-механических качеств, малыми потерями на трение.
Кордная пряжа представляет собой комплексную техническую нить, состоящую из непрерывных элементарных волокон. Кордная нить может быть однокруточной и многокруточной.
Под однокруточной кордной нитью понимается нить, скрученная в левом (S) и правом (Z) направлениях.
Для каркасов пневматических шин в основном используются многокруточные корды, имеющие сложную структуру. Исходные технические нити проходят стадию кручения с образованием стренг, после чего складываются (тростятся) и далее скручиваются в противоположном (по отношению к стренгам) направлении. В многокруточной кордной нити может быть от двух и более стренг.
Качество корда определяется следующими показателями: прочностью кордной нити, разрывным удлинением, модулем, усадкой, усталостными показателями, калибром. Все эти показатели в определенной степени зависят как от природы полимера, так и от величины первой и второй крутки, а также от их соотношения.
Под первой круткой понимают степень кручения стренги кордной нити измеренной в кручениях на погонный метр.
Под второй круткой понимают степень кручения стренг кордной нити измеренной в кручениях на погонный метр.
При получении готовой текстильной структуры кордной нити изменяется угол наклона элементарного волокна, из которого состоит стренга по отношению к оси кордной нити.
В радиальных шинах нить в большей степени подвержена нормальному растяжению. Оптимальное соотношение первой и второй круток кордной нити - это отношение, при котором реализуется высокая компактность кордной нити (обеспечивается технологичность кордных тканей), прочность самой кордной нити (элементарные волокна подвергаются нормальному растяжению), при этом достигается максимальный модуль.
Компактность кордной нити очень важна, потому что она влияет на изгибоустойчивость и теплостойкость корда, от которых зависит работоспособность корда в покрышке.
Предложенное настоящим изобретением выполнение структуры текстильного корда, а именно оптимизация структуры путем изменения соотношения второй крутки к первой и оптимизация числа кручений по сравнению с известными техническими решениями, позволяет увеличить эксплуатационные свойства покрышек, а также увеличить прочностной запас каркаса покрышки, что особенно важно в случаях работы транспортного средства в условиях перегрузки, что достаточно часто наблюдается для грузового транспорта в настоящее время.
Предложенные текстильные корды, имеющие структуру 188 текс×1×3, 188 текс×2×2, 210 текс×1×3, 210 текс×2×2, имеют отношение второй крутки к первой в пределах 1:1,25 - 1:1,6, при этом величина первой крутки составляет 280-320 м-1.
Величина первой крутки меньше 280 м-1 приводит к снижению компактности стренги, что приводит к нетехнологичности самого корда, а также к снижению усталостных показателей самой стренги.
Величина первой крутки больше 320 м-1 приводит к значительной потере прочности стренги, снижению модуля кордной нити, что приводит в шине к увеличению габаритов (разнашиваемости) в процессе эксплуатации.
При этом нити корда данного изобретения имеют высокую компактность, а также повышенную прочность за счет того, что наклон элементарных волокон к оси кордной нити приближается к нулю. Это происходит потому, что при второй крутке элементарные волокна в стренге изменяют свое направление по отношению к оси кордной нити за счет скручивания стренг между собой. Вследствие этого происходит увеличение прочности и модуля при определенной степени компактности кордной нити. Это явление демонстрируется на Фиг.2.
На рис.2а показана нить с круткой по прототипу, на рис.2б показана нить по предлагаемому изобретению. Угол наклона элементарного волокна по отношению к оси кордной нити - угол α. Этот угол (α1) у предлагаемого корда значительно меньше по отношению к аналогичному углу (α2) из прототипа.
Предложенные текстильные корды, имеющие структуру 188 текс×1×3, 188 текс×2×2, 210 текс×1×3, 210 текс×2×2, имеют число кручений в пределах 241-290 на погонный метр.
Как известно, повышенное число кручений кордных нитей приводит к повышению удлинения и усадки корда. При применении корда с большим удлинением получается эластичная покрышка, но в то же время большое удлинение корда способствует быстрой разнашиваемости покрышки, увеличению ее габарита, большему развитию тепла и, следовательно, уменьшению пробега. Это происходит при величине кручений больше 290 на погонный метр.
При снижении числа кручений ниже 240 на погонный метр происходит увеличение площади поверхности, необходимой для улучшения качества получаемой резинокордной системы. Однако пониженные крутки нитей корда могут приводить к деформации их в процессе обрезинивания корда, что приводит к снижению долговечности нитей корда в процессе эксплуатации шины, и, соответственно, к снижению ходимости покрышки пневматической шины.
Примеры конкретного выполнения покрышек пневматических шин с использованием кордных нитей вышеуказанной структуры приведены в таблице 1.
В первых трех столбцах приведены результаты испытаний нитей корда по прототипу, в трех остальных - результаты испытаний нитей корда по предлагаемому изобретению.
Анализ показывает, что прочность нити по предлагаемому изобретению (при соотношении первой и второй круток в диапазоне 1:1.25 - 1:1,6) на ~ 8% выше, чем по прототипу. Удлинение нитей при определенной нагрузке характеризует модуль (жесткость) нити. Анализ данных в таблице №1 показывает, что модуль у кордных нитей по прототипу ниже (удлинение нити при нагрузке 20Н и 40Н выше), чем у кордных нитей по предлагаемому изобретению.
Примеры выполнения покрышек пневматических шин с использованием кордных нитей вышеуказанной структуры приведены в таблице №2. Анализ результатов, приведенный в таблице №2, показывает, что применение корда по предлагаемому изобретению позволяет увеличить показатель общей работоспособности на 10-15% и снизить отходы текстильного корда при производстве примерно в 2 раза.
Предложенное выполнение структуры нити текстильного корда каркаса покрышки пневматической шины позволяет осуществить производство текстильных кордов повышенной разрывной прочности, обеспечить их практическое применение в производстве шин без изменения существующих технологий, обеспечить повышение долговечности и надежности покрышки пневматической шины в процессе эксплуатации.
| Таблица №1 | ||||||||||||||||||
| Структура кордной нити | Число кручений кордной нити (ед. на 1 м) | |||||||||||||||||
| 180/180 | 220/220 | 240/240 | 280/210 | 320/230 | 260/260 | |||||||||||||
| Р | У20 | У40 | Р | У20 | У40 | Р | У20 | У40 | Р | У20 | У40 | Р | У20 | У40 | Р | У20 | У40 | |
| 188 текс×1×3 | 45,6 | 3,0 | 4,8 | 45,3 | 3,1 | 5,0 | 45,0 | 3,2 | 5,1 | 47,8 | 2,8 | 4,5 | 47,5 | 2,9 | 4,7 | 45,0 | 3,0 | 4,9 |
| 188 текс×2×2 | 60,5 | 3,1 | 4,8 | 60,3 | 3,3 | 4,9 | 60,0 | 3,5 | 5,1 | 64,0 | 2,4 | 4,5 | 63,8 | 2,6 | 4,6 | 60,2 | 3,1 | 4,9 |
| 210 текс×1×3 | 51,0 | 3,0 | 4,8 | 50,9 | 3,2 | 4,9 | 50,6 | 3,3 | 5,2 | 54,2 | 2,9 | 4,4 | 54,0 | 3,0 | 4,6 | 50,5 | 3,1 | 4,9 |
| 210 текс×2×2 | 69,0 | 2,6 | 4,8 | 68,7 | 2,8 | 4,0 | 68,4 | 3,0 | 4,4 | 74,9 | 2,4 | 3,5 | 74,0 | 2,5 | 3,7 | 68,9 | 2,8 | 3,9 |
| Где Р - прочность кордной нити. | ||||||||||||||||||
| У20 - удлинение кордной нити при нагрузке 20 Н | ||||||||||||||||||
| У40 - удлинение кордной нити при нагрузке 40 Н |
| Таблица №2 | ||||||
| Размеры и модель шины | По прототипу | По предлагаемому изобретению | ||||
| Слойность шины | Общая работоспособность | % отходов корда | Слойность шины | Общая работоспособность | % отходов корда | |
| 12.00 Р20 У4 | 3 слоя в структуре 210 текс×2×2 крутка 180-220 | 3960 | 2,2 | 3 слоя в структуре | 4380 | 1,1 |
| 210 текс×2×2 | ||||||
| 1-я крутка 280 | ||||||
| 2-я крутка 220 | ||||||
| Отношение 2-ой крутки к 1-ой-1:1,25 | ||||||
| 4 слоя в структуре 188 текс×1×3 крутка 280-240 | 7607 | 2,4 | 4 слоя в структуре | 8320 | 1,0 | |
| 188 текс×1×3 | ||||||
| 1-я крутка 320 | ||||||
| 2-я крутка 200 | ||||||
| Отношение 2-ой крутки к 1-ой - 1:1,6 | ||||||
| 11.00 R20 И-111 А | 4 слоя в структуре 188×1×3 крутка 200-240 | 7350 | 2-4 | 4 слоя в структуре | 8160 | 0,9 |
| 188х1х3 | ||||||
| 1-я крутка 320 | ||||||
| 2-я крутка 220 | ||||||
| Отношение 2-ой крутки к 1-ой - 1:1,45 | ||||||
| 10.00 R20 У-4 | 3 слоя в структуре 188×1×3 крутка 200-240 | 7680 | 2,0 | 3 слоя в структуре | 8600 | 0,7 |
| 188×1×3 | ||||||
| 1-я крутка 300 | ||||||
| 2-я крутка 230 | ||||||
| Отношение 2-ой крутки к 1-ой-1:1,3 | ||||||
| 9.00 R20 И-Н 142 БМ-1 | 2 слоя в структуре 188×1×3 крутка 200-240 | 9176 | 1,5 | 2 слоя в структуре | 10541 | 0,5 |
| 188×1×3 | ||||||
| 1-я крутка 280 | ||||||
| 2-я крутка 220 | ||||||
| Отношение 2-ой крутки к 1-ой - 1:1,25 | ||||||
| 2 слоя в структуре | 9304 | 0,5 | ||||
| 188×1×3 | ||||||
| крутка 260-260 |
1. Покрышка пневматической шины, включающая каркас из текстильного корда, отличающаяся тем, что нити текстильного корда имеют структуру 188 текс×1×3, или 188×2×2, или 210 текс×1×3, или 210 текс×2х2 и имеют кручение, в котором соотношение второй крутки к первой находится в пределах 1:1,25 - 1:1,6, при этом величина первой крутки составляет 280-320 м-1 .
2. Покрышка пневматической шины, включающая каркас из текстильного корда, отличающаяся тем, что нити текстильного корда имеют структуру 188 текс×1×3, или 188×2×2, или 210 текс×1×3, или 210 текс×2×2 с числом кручений в пределах 241-290 на погонный метр.
