Шина, имеющая протектор, содержащий войлок
Владельцы патента RU 2565460:
МИШЛЕН РЕШЕРШ Э ТЕКНИК С.А. (CH)
КОМПАНИ ЖЕНЕРАЛЬ ДЕЗ ЭТАБЛИССМАН МИШЛЕН (FR)
Изобретение относится к автомобильной промышленности. По меньшей мере, часть элементов рисунка протектора шины выполнена из войлока, волокна которого выбраны из группы, состоящей из текстильных волокон, минеральных волокон и их смесей. Технический результат - улучшение сцепления шин с мокрой дорогой без ухудшения характеристик шин, таких как устойчивость, сопротивление износу и качению. 9 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Изобретение относится к шинам, снабженным протектором.
Постоянной задачей производителей пневматических шин является улучшение сцепления шин с мокрой дорогой без ухудшения характеристик шин, таких как устойчивость, сопротивление износу и сопротивление качению.
Для получения удовлетворительных характеристик при движении, в частности, по мокрому шоссе известно использование протектора шины с рисунком, образованным элементами рисунка протектора, отделенными одни от других разрезами (канавка со средней шириной, превышающей или равной 2 мм, и/или разрезы со средней шириной, меньшей 2 мм), причем эти разрезы получены, например, при формовании. Образованные таким образом элементы рисунка содержат контактную поверхность, предназначенную для обеспечения контакта с шоссе в процессе движения, и боковые стороны, ограничивающие также эти разрезы; пересечение каждой боковой стороны с контактной поверхностью образует кромку, облегчающую контакт пневматической шины с шоссе, в частности, когда последнее является мокрым. В общем, кромка определяет геометрическую границу контакта элемента рисунка с дорогой при движении.
Под элементами рисунка понимают элементы, не образующие полный оборот вокруг шины (блоки), и элементы, образующие полный оборот (беговая дорожка). Кроме того, элементы рисунка могут содержать один или несколько разрезов для формирования дополнительных кромок, при этом каждый разрез может или не может открываться, по меньшей мере, на одну боковую сторону элемента рисунка. По определению разрез представляет собой пространство, разделенное двумя расположенными одна напротив другой основными сторонами на ширину, меньшую 2 мм.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Объектом изобретения является пневматическая шина, содержащая протектор, причем, по меньшей мере, одна часть элементов рисунка протекторов образована войлоком, при этом войлочными волокнами являются волокна, выбранные из группы, состоящей из текстильных волокон, минеральных волокон и их смесей.
Заявитель весьма неожиданно открыл, что наличие таких войлочных элементов рисунка при контакте с мокрым покрытием дороги позволяет существенно улучшить сцепление шины с мокрой дорогой.
В соответствии с первым вариантом воплощения первые элементы протектора открываются радиально снаружи для образования части контактных поверхностей элементов рисунка протектора пневматической шины.
Предпочтительно войлочные элементы могут образовывать контактные поверхности, по меньшей мере, части окружной беговой дорожки протектора.
В соответствии с другим вариантом воплощения войлочные элементы могут образовывать контактные поверхности, по меньшей мере, совокупности элементов рисунка, расположенных аксиально.
Предпочтительно объемная плотность войлока превышает 0,15 и предпочтительно превышает 0,25. Ниже 0,15 когезия войлока становится недостаточной для использования в протекторе пневматической шины.
Изобретение, в особенности, касается пневматических шин для оборудования безмоторных транспортных средств, таких как велосипеды, или транспортных средств с двигателем типа туристических, класса SUV, двухколесных (в частности, мотоциклов), самолетов, а также промышленных большегрузных транспортных средств, то есть метро, автобусов, дорожных транспортных средств (грузовики, тракторы, прицепы), внедорожных транспортных средств, такие как сельскохозяйственные машины или машины для гражданского строительства, других транспортных или погрузочно-разгрузочных средств.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее в описании за исключением специальных выражений все процентные соотношения (%) обозначены в % по весу (вес.%).
С другой стороны, любой интервал величин, обозначенный выражением «между а и b», представляет собой область значений, следующих максимально от а до b (то есть значения границ а и b исключены), тогда как любой интервал величин, обозначенный выражением «от а до b», означает область значений, следующих от а до b (то есть, включая точные границы а и b).
Под «phr» понимают весовую часть на сто частей эластомера.
Под выражением композиция «на основе» понимают композицию, содержащую смесь и/или продукт реакции различных используемых образующих частей, некоторые из этих базовых образующих частей способны или предназначены, по меньшей мере, частично, реагировать между собой в процессе различных фаз изготовления композиции, в частности в процессе ее изготовления и ее отверждения или вулканизации.
Используемые измерения и тесты:
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ
Измерения коэффициента динамического трения осуществлены по методу, идентичному методу, описанному L. Busse, A. Le Gal и M. Kuppel (Modelling of Dry and Wet Friction of Silica Filled Elastomers on Self-Affine Road Surfaces, Elastomere Friction, 2010, 51, с. 8). Пробы были изготовлены отливкой с последующей вулканизацией квадратной резиновой подложки (50 мм×50 мм) в 6 мм толщины, покрытой войлоком толщиной 2 мм перед вулканизацией. Эта толщина изменяется в процессе вулканизации и достигает, например, 1,4 мм в случае войлока PLB40 компании Laoureux. После закрывания формы последняя помещается в пресс с пластинами, нагреваемыми до 150°С в течение 50 мин до давления в 16 бар. Элементом поверхности, используемой для осуществления этих измерений, является колонка, вырезанная из реального дорожного покрытия из битумного бетона типа ВВТМ (норма NF P 98-137). Для исключения явлений осушения и возникновения сил паразитной адгезии между элементом поверхности и материалом, система поверхность+проба погружена в водный раствор 5% поверхностно-активного агента (Sinnozon - номер CAS: 25155-30-0). Температура водного раствора регулируется с помощью термостатической бани. Проба подвергается движению скольжения при параллельном перемещении в плоскости элемента поверхности. Скорость скольжения Vg составляет 0,03 м/с. Приложенное нормально напряжение составляет 100 кПа. Эти условия называются ниже «условиями мокрой поверхности». Постоянно измеряют касательное напряжение σt, противопоставленное движению пробы по поверхности. Отношение между касательным напряжением σt и нормальным напряжением σn дает коэффициент динамического трения µ. Величины, указанные в нижеприведенной таблице, являются величинами коэффициента динамического трения, полученными в непрерывном режиме после стабилизации величины касательного напряжения σt.
Шина по изобретению имеет главное отличие в том, что она содержит протектор с элементами рисунка или частями элементов рисунка из войлока, образованного волокнами, выбранными из группы, состоящей из текстильных волокон, минеральных волокон и из смесей.
Наличие этих войлочных элементов позволяет значительным образом улучшить сцепление пневматической шины с мокрой дорогой.
Ниже под «войлоком» или «неткаными» волокнами понимают любой промышленный продукт, образованный из вуали, слоя или толщи волокон, как бы они ни были распределены - по прямой или случайно, и волокна которого сволочены или объемно переплетены.
Способы изготовления таких войлоков хорошо известны, в частности путем изготовления войлока или валяния.
Войлочные волокна могут быть выбраны среди текстильных волокон природного происхождения, например, из группы волокон шелка, хлопка, бамбука, целлюлозы, шерсти и их смесей.
Примерами войлоков из шерсти являются войлоки «PLB» и «MLB» компании Laoureux. Эти войлоки выпускаются с различной объемной плотностью от 0,20 до 0,44.
Фибровые волокна могут быть также выбраны из группы, состоящей из синтетических текстильных волокон, например полиэфира, полиамида, углерода, арамида, полиэтилена, полипропилена, полиакрилонитрила, полиимида, полисульфонов, полиэфирсульфонов, полиуретанов, поливинилового спирта и их смесей.
Полиэфирные волокна войлока предпочтительно могут быть выбраны из группы волокон полиэтилентерефталата (РЕТ - Dacron Invista inc.), полибутилентерефталата (РВТ), полиэтиленнафталата (PEN) и их смесей.
В качестве примера войлоков, образованных из арамидных волокон, можно назвать войлоки, выполненные из волокон Nomex® (метаарамидные волокна: поли(м-фениленизофталамид), сокращенно MPD-I) компании Du Pont de Nemours.
Волокна войлока могут также быть выбраны из группы минеральных волокон, например стеклянных и базальтовых волокон.
Войлоки могут быть независимо составлены из нескольких типов волокон одной группы или различных ранее описанных групп.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид в осевом разрезе, иллюстрирующий первый вариант воплощения протектора пневматической шины, включающего войлок;
фиг. 2 - второй вариант воплощения протектора пневматической шины, включающего войлок;
фиг. 3 - третий вариант воплощения протектора пневматической шины, включающего войлок;
фиг. 4 - четвертый вариант воплощения протектора пневматической шины, включающего войлок; и
фиг. 5 - очень схематичный вид сверху части протектора, в котором несколько блоков включают войлок.
ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На чертежах представлены оси X, Y, Z, прямоугольные между собой, соответствующие окружной (Х), осевой (Y) и радиальной (Z) ориентациям пневматической шины.
Под «по существу, окружной ориентацией» понимают среднюю ориентацию, не отклоняющуюся более чем на пять градусов от окружного направления Х.
На фиг. 1 представлена шина согласно варианту воплощения изобретения, обозначенная ссылочной позицией 1. Классическим образом шина 10 содержит вершину S, продолженную двумя боковинами F и двумя бортами В.
Два бортовых кольца 12 утоплены в бортах В. Оба бортовых кольца размещены симметрично относительно радиальной медианной плоскости М пневматической шины.
Каждое бортовое кольцо 12 делает оборот вокруг соответствующей оси. Эта соответствующая ось, по существу, параллельная направлению Y, по существу, совпадает с осью вращения пневматической шины.
Пневматическая шина 1 содержит также каркасную арматуру 30, концы которой обернуты вокруг бортовых колец 12. Каркасная арматура в представленном примере содержит один или несколько усилительных текстильных слоев, ориентированных, по существу, радиально.
Вершина S содержит протектор 14, снабженный элементами 18 и 20 рисунка, разделенными разрезами и канавками 22 и 24, а также обычную вершинную арматуру 26. Две канавки 24 окружают центральный элемент 20 рисунка, который представляет собой окружную беговую дорожку.
Радиальная внешняя часть и контактная поверхность окружной беговой дорожки 20 выполнены из войлока 28, который проходит по окружности по всей периферии протектора пневматической шины.
Фиг. 2 представляет аксиальный разрез пневматической шины 2, подобной пневматической шине с фиг. 1, в соответствии с другим вариантом воплощения изобретения. В этом аксиальном разрезе совокупность элементов рисунка или блоков 54, 56, 58, 60, 62 протектора 14 пневматической шины образована войлоком 64. Этот войлок проходит аксиально и по окружности по совокупности вершины пневматической шины. Резиновый подслой (не изображенный на чертеже) может быть расположен между войлоком и резиновой арматурой.
Фиг. 3 представляет аксиальный разрез шины 3, подобный шине с фиг. 1, в соответствии с другим вариантом воплощения изобретения. В этом варианте воплощения полость 29 заполнена войлоком 280. Полость 29 проходит по окружности либо непрерывно, либо нет.
Фиг. 4 представляет аксиальный разрез шины 4, подобной шине с фиг. 2, в соответствии с другим вариантом воплощения изобретения. Протектор этой пневматической шины 4 содержит множество полостей 540, 560, 580, 600 и 620, расположенных в блоках, размещенных аксиально одни относительно других. Каждая полость заполнена войлоком 640. Полости проходят по окружности на расстоянии, составляющем от 5 до 30 мм. Количество полостей в окружном направлении составляет порядка от 10 до 20. Это количество таково, что в обычных условиях движения, по меньшей мере, осевая совокупность блоков, содержащая полости с войлоком, постоянно находятся в контактном пятне.
Фиг. 5 представляет очень схематично частичный вид сверху по варианту воплощения, близкому к варианту по фиг. 4. Протектор 14 содержит поверхность качения 5 и совокупность блоков 6, ограниченных окружными 7 и осевыми 8 канавками. Блоки 6 содержат войлок 6.2, расположенный между двумя резиновыми частями 6.1. В этом варианте воплощения и в отличие от варианта, изображенного на фиг. 4, войлоки 6.2 образуют часть боковых поверхностей блоков 6.
Заготовки этих пневматических шин выполняются обычным образом путем последовательного наложения различных бандажных элементов. Войлочные ленты могут быть расположены по окружности или аксиально, либо также в полостях. Затем помещают заготовку в форму для вулканизации и осуществляют классическую отливку протектора при закрытой литьевой форме вследствие вулканизации заготовки.
ИСПЫТАНИЯ
Коэффициент трения образцов, образованных, с одной стороны, обычной смесью протектора пневматической шины и, с другой стороны, шерстяным войлоком PLB40 компании Laoureux, был определен в описанных выше условиях. Результаты, представленные ниже, основаны на базе 100: произвольная величина 100 дана для коэффициента трения контрольного образца, результат, превышающий 100, дает лучшие характеристики по сцеплению.
Композиция смеси контрольного образца протектора (А) представлена в табл. 1.
| Таблица 1 | |
| Композиция | А (phr) |
| SBR (1) | 40 |
| SBR(2) | 60 |
| Кремнезем (3) | 90 |
| Соединительный агент (4) | 7,5 |
| Углеродистая сажа (5) | 4 |
| Жидкий пластификатор (6) | 20 |
| Смола (7) | 20 |
| Воск для защиты от озона | 1,5 |
| Антиокислительный агент (8) | 2 |
| DPG (9) | 1,5 |
| ZnO (10) | 2,75 |
| Стеариновая кислота (11) | 2 |
| CBS (12) | 2,1 |
| Сера | 1,4 |
(1) Раствор SBR (коэффициент, выраженный в сухой SBR: 41% стирена, 24% полибутадиеновых звеньев полимерной цепи в 1-2 и 51% полибутадиеновых звеньев полимерной цепи в 1-4 транс (Tg=-25°C);
(2) Раствор SBR: (коэффициент, выраженный в сухой SBR: 29% стирена, 5% полибутадиеновых звеньев полимерной цепи в 1-2 и 80% полибутадиеновых звеньев полимерной цепи в 1-4 транс (Tg=-56°C);
(3) Кремнезем («Zeosil 1165MP» компании Rhodia);
(4) Соединительный агент TESTP («Si692» компании Degussa);
(5) Углеродная сажа N234;
(6) Масло TDAE «Vivatec 500» компании Hansen and Rosenthal;
(7) Смола С5/С9 «Cray Valley Wingtack» компании STS;
(8) N-1,3-диметилбутил-N-фенилпарафениленвиамин («Santoflex 6-PPD» компании Flexsys);
(9) DPG= дифенилгуанидин («Perkacit DPG» компании Flexsys);
(10) Оксид цинка (промышленный класс - компания Umicore);
(11) Стеарин («Pristerene» компании Uniquema);
(12) N-циклогексил-2-бензотиазил-сульфенамид («Santocure CBS» компании Flexsys).
Измерения коэффициента динамического трения были выполнены в условиях мокрой поверхности при скорости скольжения 0,03 м/с, при нормальном давлении в 1 бар и при трех значениях температуры (5, 25 и 45°С). Результаты представлены в табл. 2.
| Таблица 2 | |||
| Температура(°С) | 5 | 25 | 45 |
| Контрольный образец | 100 | 100 | 100 |
| Войлок PLB40 | 109 | 126 | 177 |
Результаты, представленные в табл. 2, с очевидностью показывают, что образцы, выполненные из чисто шерстяного войлока, позволяют заметно улучшить сцепление на мокрой дороге, особенно при повышенных температурах.
В совокупности представленных вариантов воплощения войлочные части протекторов могут также рассматриваться в качестве противоскользящих вставок.
1. Шина с протектором, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть элементов рисунка протектора выполнена из войлока, волокна которого выбраны из группы, состоящей из текстильных волокон, минеральных волокон и их смесей.
2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что войлочные элементы протектора открыты радиально снаружи для образования части контактных поверхностей элементов рисунка протектора.
3. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что войлочные элементы протектора открыты радиально снаружи для образования контактной поверхности, по меньшей мере, части окружной беговой дорожки протектора.
4. Шина по п.1, отличающаяся тем, что войлочные элементы протектора открыты радиально снаружи для образования контактных поверхностей, по меньшей мере, узла аксиально расположенных элементов рисунка протектора.
5. Шина по п.1, отличающаяся тем, что войлочные волокна выбраны из группы, состоящей из волокон шелка, хлопка, целлюлозы, бамбука и шерсти и их смесей.
6. Шина по п.5, отличающаяся тем, что войлочные волокна являются шерстяными волокнами.
7. Шина по п.1, отличающаяся тем, что войлочные волокна выбраны из группы, состоящей из волокон полиамида, арамида, углерода, полиэтилена, полипропилена, полиакрилнитрила, полиимида, полисульфона, полиэфира сульфонов, полиуретана, поливинилового спирта, полиэфира и поливинилхлорида и их смесей.
8. Шина по п.7, отличающаяся тем, что полиэфирные волокна войлока выбраны из группы, состоящей из волокон полиэтилентерефталата (РЕТ), волокон полибутилентерефталата (РВТ), волокон полиэтиленнафталата (РЕN) и их смесей.
9. Шина по п.1, отличающаяся тем, что войлочные волокна являются минеральными волокнами, выбранными из группы, состоящей из стеклянных волокон и базальтовых волокон.
10. Шина по п.1, отличающаяся тем, что войлок имеет объемную плотность, превышающую 0,15 и предпочтительно превышающую 0,25.
