Шипованная шина
Владельцы патента RU 2606782:
МИШЛЕН РЕШЕРШ Э ТЕКНИК С.А. (CH)
КОМПАНИ ЖЕНЕРАЛЬ ДЕЗ ЭТАБЛИССМАН МИШЛЕН (FR)
Изобретение относится к автомобильной промышленности. Протектор (20) шипованной шины (10) включает первую часть (201) в контакте с грунтом и вторую часть (202), размещенную радиально внутри относительно первой части, и по меньшей мере один шип (30), выступающий наружу из протектора (20). Головка (70) шипа полностью закреплена во второй части (202) протектора (20). Комплексный модуль G* (0°С) первой каучуковой композиции, образующей первую часть (201) протектора (20), составляет менее 1,5 МПа. Комплексный модуль G* каучуковой композиции, формирующей вторую часть (202) протектора (20), варьируется с температурой так, что G* (5°С) является равным или большим 5 МПа, и G* (20°С) является меньшим или равным 0,5G* (5°С). Технический результат – улучшение сцепления шины на льду при уменьшенном ее воздействии на асфальт. 9 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к шинам для движения по льду, которые содержат шипы (то есть к «шипованным шинам»).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Шипованные шины имеют неоспоримые преимущества в плане поведения в зимних условиях вождения, например, таких как движение по обледеневшей поверхности. Контакт со льдом и, более конкретно, проникновение шипов в лед компенсирует наблюдаемое снижение сцепления, которое обеспечивают элементы рисунка протектора шины. Шипы процарапывают лед и создают дополнительные нагрузки на лед.
Одной из трудностей применения шипованных шин является то обстоятельство, что эти шины, когда используются на необледеневшей дороге, ухудшают состояние поверхности дорожного покрытия и ведут к преждевременному износу проезжей части. По этой причине в некоторых странах шипованные шины запрещены, или их применение ограничено транспортными средствами определенных типов и/или в ограниченные периоды.
Для уменьшения этой проблемы было предложено (см. японский патент JP 63-297109) комбинирование шипов с несущими элементами, выполненными из каучуковой композиции, которые деформируются, когда на шипы воздействует радиальная нагрузка. Каучуковую композицию, из которой изготовлены несущие элементы, выбирают таким образом, что их сопротивление деформированию возрастает, когда снижается их температура. Если шина движется по льду, температура несущего элемента является низкой, и его сопротивление деформированию является высоким. Следовательно, несущий элемент противодействует усилию, передаваемому шипом, и выступает наружу из протектора, чтобы врезаться в лед. Напротив, когда шина катится по необледеневшей проезжей части, температура несущего элемента повышается, и он имеет меньшее сопротивление деформированию. Таким образом, шипы могут утопать в протектор всякий раз, когда приходят в контакт с дорожным покрытием.
Хотя этот подход был в состоянии снизить негативное влияние шипованных шин на дорожное покрытие, было обнаружено, что предложенное техническое решение все еще является недостаточным ввиду того, что рабочая зона шипованной шины не оптимизирована.
Также было предложено (см. патентный документ JP 58051134) вулканизировать шипы в кубике каучуковой композиции в первой стадии и вклеивать или вулканизировать этот композит в протектор. Читателю, который хочет узнать о прочих документах, определяющих технологические основы изобретения, следует обратиться к документам ЕР 1055509 и DE 102010015939.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна из задач настоящего изобретения состоит в создании шипованной шины с превосходным сцеплением на льду, в то же время оказывающей меньшее воздействие на асфальт.
Эта задача решена с помощью шины, предназначенной для движения по грунту, который может быть покрыт льдом, включающей:
- протектор, включающий первую часть в контакте с грунтом и по меньшей мере одну вторую часть, размещенную радиально внутри относительно первой части, причем первая часть протектора сформирована из первой каучуковой композиции, а вторая часть протектора сформирована из второй каучуковой композиции, отличающейся от первой каучуковой композиции; и
- по меньшей мере один шип, включающий:
- головку, предназначенную для закрепления шипа в протекторе, причем головка имеет максимальный размер DT;
- выступ, предназначенный для вхождения в контакт со льдом;
- корпус, соединяющий головку и выступ, причем корпус имеет ось симметрии, причем узел, сформированный головкой и корпусом шипа, имеет радиальную высоту НА; и
- продольную ось, проходящую через ось симметрии корпуса,
- при этом указанный по меньшей мере один шип размещен в протекторе таким образом, что:
- его продольная ось является приблизительно параллельной радиальному направлению;
- выступ шипа выступает из протектора, когда шип не находится в контакте с грунтом;
- корпус шипа, по меньшей мере частично, находится в контакте с первой частью протектора; и
- головка шипа полностью зафиксирована во второй части протектора,
- причем указанная по меньшей мере одна вторая часть протектора охватывает головку указанного по меньшей мере одного шипа и является протяженной:
- радиально внутрь от головки шипа на расстояние DI от радиально самой внутренней точки шипа, причем расстояние DI является равным или большим чем 40% максимального размера DT головки шипа (DI≥0,4DT/2);
- радиально наружу от головки шипа на расстояние DE от радиально самой внутренней точки шипа, причем расстояние DE является равным или большим, чем 40% (и предпочтительно равным или большим, чем 60%) указанной радиальной высоты НА; и
- по всем направлениям, перпендикулярным продольной оси шипа, на расстояние DP от продольной оси шипа, причем расстояние DP является равным или большим, чем максимальный размер DT головки шипа,
- причем комплексный модуль G* (0°С) первой каучуковой композиции составляет менее 1,5 МПа; и
- причем комплексный модуль G* второй каучуковой композиции варьирует с температурой так, что G* (5°С) является равным или большим 5 МПа, и G* (20°С) является меньшим или равным 0,5G* (5°С).
Проведенные испытания продемонстрировали, что эта конфигурация весьма значительно улучшает компромисс между сцеплением на льду и вредными воздействиями шипа (в плане износа дорожного покрытия и шумом внутри транспортного средства).
Между указанным по меньшей мере одним шипом и указанной по меньшей мере одной второй частью протектора может размещена оболочка, образованная из первой каучуковой композиции, причем толщина оболочки, измеренная перпендикулярно поверхности шипа, является меньшей или равной 1 мм.
Согласно одному конкретному варианту исполнения шина включает множество шипов, причем протектор включает множество вторых частей, сформированных из второй каучуковой композиции, при этом головка каждого шипа полностью закреплена во второй, отдельной части протектора. Этот вариант исполнения делает возможным сокращение количества второй каучуковой композиции, что может быть преимущественным, если каучуковая композиция является дорогостоящей, или если по другим соображениям может быть желательным размещение других каучуковых композиций в глубине протектора. Это также обеспечивает возможность сохранения хорошего сцепления шины, когда происходит износ протектора.
Согласно одному альтернативному варианту исполнения шина включает множество шипов, причем протектор включает цельную вторую часть, сформированную из второй каучуковой композиции, при этом головки всех шипов закреплены в этой второй части. Этот вариант исполнения является преимущественным в том, что он уменьшает сложность процесса изготовления.
Согласно первому предпочтительному варианту радиальная высота НА является равной или большей 9 мм, но меньшей или равной 10 мм. Таким образом, шипы хорошо закреплены в протекторе, и получается надлежащая долговечность в отношении износа.
Согласно второму предпочтительному варианту максимальный размер DT головки шипа является равным или большим 8 мм, но меньшим или равным 10 мм. Эти размеры обеспечивают возможность достижения хорошего компромисса между легкостью введения шипа и удерживанием шипа в протекторе.
Согласно третьему предпочтительному варианту расстояние DI является равным или большим 4 мм, но меньшим или равным 4,5 мм. Такое расстояние делает возможным сокращение опасности окисления корда обода, в то же время по-прежнему с сохранением надлежащей толщины протектора.
Согласно четвертому предпочтительному варианту расстояние DP является равным или большим 1,5DT, но меньшим или равным 2,SDT (I,5DT≤DP≤2,5DT). Более конкретно, является предпочтительным DP=2DT. Тем самым оптимизируется эффект второй каучуковой композиции.
Согласно пятому предпочтительному варианту указанный по меньшей мере один шип выполнен из материала, имеющего теплопроводность, равную или большую, чем 150 Вт/(м⋅К). Такими материалами являются все из алюминия, золота, меди, серебра или даже алмаза.
Вторая каучуковая композиция предпочтительно включает первый эластомер на основе SBR (бутадиен-стирольного каучука), имеющий температуру стеклования (Тg) -25°С или выше, но не превышающую +20°С («очень высокая Тg»), имеющий содержание 30 phr (частей на сто частей каучука) или выше, но не превышающее 60 phr, и также по меньшей мере один другой диеновый эластомер, имеющий содержание 40 phr или выше, но не превышающее 70 phr.
Более предпочтительно указанный первый SBR-эластомер имеет температуру стеклования (Тg) -20°С или выше, но не превышающую +10°С, и еще более предпочтительно имеет температуру стеклования (Тg) -15°С или выше, но не превышающую 0°С.
Указанный другой диеновый эластомер предпочтительно выбирают из группы, состоящей из полибутадиенов, натурального каучука, синтетических полиизопренов и смесей этих эластомеров.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения вторая каучуковая композиция включает смесь эластомеров, содержащих указанный SBR-эластомер, имеющий очень высокую Тg, имеющий содержание 30 phr или выше, но не превышающее 60 phr, BR (полибутадиен), имеющий содержание 5 phr или выше, но не превышающее 50 phr, и натуральный каучук, имеющий содержание 10 phr или выше, но не превышающее 60 phr, причем общее содержание равно 100 phr.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения вторая каучуковая композиция включает по меньшей мере один кремнеземный наполнитель, и по меньшей мере одну сажу, причем содержание указанного по меньшей мере одного кремнеземного наполнителя составляет 70 phr или выше, но не превышает 100 phr, и содержание указанной по меньшей мере одной сажи составляет 1 phr или выше, но не превышает 10 phr.
Согласно еще одному предпочтительному варианту исполнения вторая каучуковая композиция включает по меньшей мере один кремнеземный наполнитель и по меньшей мере одну сажу, причем содержание указанного по меньшей мере одного кремнеземного наполнителя составляет 10 phr или выше, но не превышает 30 phr, и содержание указанной по меньшей мере одной сажи составляет 60 phr или выше, но не превышает 80 phr.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает шипованную шину согласно прототипу.
Фиг. 2 показывает шип согласно прототипу.
Фиг. 3 показывает полость согласно прототипу.
Фиг. 4 показывает шип, вставленный в полость, согласно прототипу.
Фиг. 5 схематически показывает шип, имеющий смещенный относительно центра выступ.
Фиг. 6-8 показывают в каждом случае часть шины согласно изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Когда используют термин «радиальный», следует иметь в виду различие в отношении смысла различных употреблений слова квалифицированным специалистом в этой области технологии. Во-первых, выражение имеет отношение к радиусу шины. В этом смысле точку Р1 считают находящейся «радиально внутри» относительно точки Р2 (или «радиально внутри от» точки Р2), если она расположена ближе к оси вращения шины, чем точка Р2. Напротив, точка Р3 считается находящейся «радиально снаружи» относительно точки Р4 (или «радиально снаружи» от точки Р4), если она расположена дальше от оси вращения шины, чем точка Р4. Направление называется ориентированным «радиально внутрь (или наружу)», когда направление ориентировано в сторону меньших (или больших) радиусов. Когда речь идет о радиальных расстояниях, этот смысл термина также применим.
Во-вторых, нить или армирование называются «радиальными», когда нити или упрочняющие элементы армирования размещены под углом, равным или большим чем 80°, но меньшим или равным 90°, относительно окружного направления. Следует отметить, что в настоящем документе термин «нить» должен пониматься в общеупотребительном смысле и включает нити в форме монофиламентов, мультифиламентов, кордов, скрученных нитей или эквивалентных сборных узлов, независимо от составляющего нить материала или поверхностной обработки, выполненной для стимулирования связывания их с резиной.
Наконец, термин «радиальное сечение» или «радиальное поперечное сечение» понимается здесь как означающий сечение или поперечное сечение в плоскости, которая проходит через ось вращения шины.
«Аксиальное» направление представляет собой направление, параллельное оси вращения шины. Точка Р5 называется «аксиально внутренней» относительно точки Р6 (или «аксиально внутренней от» точки Р6), если она находится ближе к срединной плоскости шины, чем точка Р6. Наоборот, точка Р7 называется «аксиально наружной» относительно точки Р8 (или «аксиально наружной от» точки Р8), если она находится дальше от срединной плоскости шины, чем точка Р8. «Срединная плоскость» шины представляет собой плоскость, которая перпендикулярна оси вращения шины и находится на равных расстояниях от кольцевых армирующих структур каждого борта шины. Когда указано, что срединная плоскость разделяет, в любом радиальном сечении, шину на две «половины шины», это не означает, что срединная плоскость обязательно составляет плоскость симметрии шины. Выражение «половина шины» в этом случае имеет более широкий смысл, и означает часть шины, имеющую аксиальную ширину, близкую к половине аксиальной ширины шины.
«Окружное» направление представляет собой направление, которое перпендикулярно как радиусу шины, так и аксиальному направлению.
«Поверхность качения» протектора означает здесь все точки на протекторе, которые приходят в контакт с грунтом, когда шина, накачанная до своего рабочего давления и не имеющая шипов, катится по грунту.
В контексте настоящего документа выражение «каучуковая композиция» означает каучуковую композицию, включающую по меньшей мере один эластомер и по меньшей мере один наполнитель.
В настоящем документе термины «модуль упругости G'» и «модуль вязкости G''» означают динамические характеристики, хорошо известные квалифицированным специалистам в этой области технологии. Эти характеристики измеряются с использованием вискозиметра Metravib типа VA4000 на испытательных образцах, сформованных из неотвержденных композиций. Используют испытательные образцы, такие как описанные на фигуре Х2.1 (круглый вариант исполнения) стандарта ASTM D 5992 (1996) (версия, опубликованная в сентябре 2006 года, но первоначально одобренная в 1996 году). Диаметр «d» испытательного образца составляет 10 мм (поэтому имеет круглое поперечное сечение с площадью 78,5 мм2), и толщина «L» каждого участка каучуковой композиции составляет 2 мм, что дает отношение «d/L», равное 5 (в отличие от стандарта ISO 2856, упомянутого в стандарте ASTM, абзац Х2.4, который рекомендует значение «d/L», равное 2).
Регистрируют реакцию образца вулканизированного каучука, подвергаемого синусоидальной нагрузке в попеременном простом сдвиге, с частотой 10 Гц. Испытательный образец нагружают в условиях синусоидального сдвига при частоте 10 Гц с приложенным напряжением (0,7 МПа), симметрично относительно его равновесного положения.
Перед измерением проводят размещение испытательного образца. Затем испытательный образец нагружают в условиях синусоидального сдвига при частоте 10 Гц, со 100%-ной деформацией на удвоенной амплитуде, при комнатной температуре.
Измерение проводят с повышением температуры на 1,5°С в минуту, от температуры Tmin ниже температуры стеклования (Тg) материала до температуры Тmax, которая может соответствовать плато высокой эластичности на термомеханической кривой материала. Перед началом сканирования образец стабилизируют при температуре Tmin в течение 20 мин, чтобы создать однородную температуру внутри образца. Полученными результатами являются динамический модуль упругости при сдвиге (G') и модуль вязкости при сдвиге (G'') при выбранных температурах (в этом случае при 0°С, 5°С и 20°С).
Комплексный модуль G* определяется как абсолютное значение комплексной суммы модуля упругости G' и модуля вязкости G'':
Фиг. 1 схематически показывает шину 10 согласно прототипу, протектор 20 которой включает многочисленные шипы 30. Шипы 30 размещены по всей ширине поверхности качения в резиновых блоках 40 протектора 20. Конечно, центральное ребро 50 протектора также может быть снабжено шипами 30. Шипы 30 размещают в многочисленных положениях по периферии шины, чтобы в любой момент шипы были в контакте с грунтом, по которому катится шина.
Фиг. 2 схематически показывает шип 30 согласно прототипу. Шип 30 имеет головку 70, предназначенную для закрепления шипа 30 в протекторе, причем головка 70 имеет максимальный размер DT. Кроме того, он включает выступ 60, предназначенный для приведения в контакт со льдом, когда шип 30 смонтирован в шине, движущейся по покрытому льдом грунту. Очень часто выступ 60 изготавливают с использованием материала, отличающегося от остальной части шипа 30, тем самым с применением более твердого материала для этой части, которая подвергается воздействию очень высоких механических нагрузок. Корпус 80 объединяет головку с выступом. Корпус имеет ось симметрии 100, которая также определяет «продольную ось» шипа 30. Узел, сформированный головкой 70 и корпусом 80 шипа, имеет радиальную высоту НА, которая здесь составляет 9,5 мм.
Фиг. 3 схематически показывает часть протектора 20 шины 10. Этот протектор 20 оснащен полостью 90, причем каждая полость имеет цилиндрический участок, открытый наружу из протектора 20 шины 10 и рассчитанный на взаимодействие с шипом 30.
Фиг. 4 схематически показывает ту же часть протектора 20 (с его поверхностью 25 качения) после вставления шипа 30. Благодаря эластичности каучуковой композиции, формирующей протектор 20, протектор 20 полностью охватывает шип 30 и прочно фиксирует его в шине.
Используемый шип не обязательно представляет собой шип, имеющий ось симметрии, такой как шип 30, показанный на фигуре 2. Вполне возможно применение шипа 30, имеющего смещенный относительно центра выступ 60, такой как показанный на фигуре 5 шип.
Фиг. 6 показывает часть шины согласно изобретению. Здесь показана часть протектора 20, который включает первую часть 201, которая находится в контакте с грунтом (поверхность качения, обозначенную кодовым номером 25 позиции), и вторую часть 202, размещенную радиально внутри первой части 201. Первую часть 201 протектора 20 формируют из первой каучуковой композиции, и вторую часть протектора формируют из второй каучуковой композиции, которая отличается от первой каучуковой композиции. Характеристики этих каучуковых композиций будут разъяснены позже.
Шина включает шип, который имеет головку 70, предназначенную для закрепления шипа 30 в протекторе, причем головка 70 имеет максимальный размер DT, и выступ 60, предназначенный для приведения в контакт со льдом. Корпус 80 объединяет головку 70 с выступом 60. Корпус 80 имеет ось симметрии вращения. «Продольная ось» 100 шипа 30 совпадает с этой осью симметрии. Узел, сформированный головкой 70 и корпусом 80 шипа, имеет радиальную высоту НА (здесь 9,5 мм).
Шип 30 размещают в протекторе 20 таким образом, что его продольная ось 100 является приблизительно параллельной радиальному направлению, и выступ 60 шипа 30 выдается наружу из протектора 20, когда шип не находится в контакте с грунтом (как в случае, показанном на фигуре 6). Корпус 80 шипа, по меньшей мере частично, находится в контакте с первой частью 201 протектора 20. Однако головка 70 шипа 30 полностью закреплена во второй части 202 протектора 20. Поэтому вторая часть 202 протектора 20 окружает головку 70 шипа и является протяженной радиально внутрь относительно головки шипа на расстояние DI от радиально самой внутренней точки шипа, причем расстояние DI является равным или большим, чем 40% максимального размера DT головки шипа (DI≥0, 4DT/2). В этом случае DI=4,2 мм, и DT=9 мм. Поэтому величина DI равна 47% максимального размера DT. Вторая часть 202 протектора 20 является протяженной радиально наружу относительно головки 70 шипа 30 на расстояние DE от радиально самой внутренней точки шипа 30, причем расстояние DE является равным или большим, чем 40% указанной радиальной высоты НА. В этом случае DE=6,5 мм, и DE/HA=68%. Наконец, вторая часть 202 протектора 20 является протяженной по всем направлениям, перпендикулярным продольной оси 100 шипа, на расстояние DP от продольной оси шипа, причем расстояние DP является равным или большим, чем максимальный размер DT головки шипа. В случае, показанном на фигуре 6, DT=9 мм, и DP=9 мм. В идеальном случае DP является большим и соответствует удвоенной величине DT.
Теперь обратимся к первой каучуковой композиции (образующей первую часть 201 протектора 20) и ко второй каучуковой композиции (составляющей вторую часть 202 протектора 20).
Основополагающая идея изобретения состоит в эффективном использовании неоднородного распределения температуры внутри протектора шипованной шины, движущейся по льду. Используемые в шинах каучуковые композиции отличаются своей низкой теплопроводностью (типично около 0,3 Вт/(м⋅К)). Она является гораздо более низкой, чем у материалов, из которых выполнены шипы, например, таких как малоуглеродистая сталь (46 Вт/(м⋅К)), Al-SiC (175 Вт/(м⋅К)) или алюминий (237 Вт/(м⋅К)). Когда шип находится в контакте со льдом, он быстро принимает температуру льда, и теплота передается каучуковой композиции, окружающей шип (и, в частности, его головку, где велика площадь поверхности теплопереноса). Поэтому охватывающая головку шипа каучуковая композиция, то есть вторая часть 202 протектора 20, имеет температуру ниже, чем большая часть протектора (и, в особенности, первая часть 201 протектора 20). Однако сцепление со льдом полностью определяется первой частью 201 протектора 20, которая находится в непосредственном контакте со льдом. При тщательном выборе каучуковых композиций, образующих первую часть 201 и вторую часть 202 протектора 20, можно получить шину, имеющую превосходное сцепление со льдом, механические характеристики которой изменяются согласно температуре грунта, по которому она движется. Если выбирают вторую каучуковую композицию (которая формирует вторую часть 202 протектора 20), которая является жесткой при низкой температуре, но более мягкой при высокой температуре, шип будет проявлять тенденцию выступать наружу из протектора, когда грунт является холодным (при движении шины по льду), и наклоняться, деформируя окружающую его каучуковую композицию, когда грунт является более теплым (при движении шины по асфальту, не покрытому льдом). Заявитель обнаружил, что этот эффект оптимизируется, когда комплексный модуль G* (при температуре 0°С) первой каучуковой композиции составляет менее 1,5 МПа, и комплексный модуль G* второй каучуковой композиции варьирует с температурой таким образом, что G* (при температуре 5°С) является равным или большим 5 МПа, и G* (при температуре 20°С) является меньшим или равным или 0,5 G* (при температуре 5°).
Таблица I приводит в качестве примера рецептуру первой и второй каучуковой композиции для получения таких технических характеристик. Рецептура приведена в phr («частей на сто частей каучука»), то есть в частях по весу на 100 частей по весу каучука. Также указаны соответствующие комплексные модули.
| Таблица I | ||
| Частей в phr | Первая каучуковая композиция | Вторая каучуковая композиция |
| SBR (1) | 30 | - |
| BR (2) | 17 | 52 |
| NR (3) | 53 | 10 |
| SBR (4) | - | 38 |
| Кремнезем (5) | 60 | 90 |
| Силан (6) | 4,6 | 7,1 |
| Сажа (7) | 4 | 4 |
| Жидкий пластификатор (8) | 40 | 13 |
| Твердый пластификатор (9) | - | 20 |
| Стеариновая кислота | 1,7 | 1,85 |
| Антиозоновый воск | 1/3 | 1,5 |
| Антиоксидант (10) | 2,2 | 2 |
| Растворимая сера (11) | 1,8 | 2,1 |
| ZnO | 1,3 | 0,7 |
| Растворимая сера | 1,9 | 1,6 |
| CBS (12) | 2 | 1,45 |
| G* (0°C) | 0,9 | 9 |
| G* (5°С) | 0,87 | 5,2 |
| G* (20°С) | 0,82 | 2,23 |
Примечания к таблице I являются следующими:
(1) раствор бутадиен-стирольного каучука (SBR) с 16% стирольных структурных единиц и 24% структурных 1,2-единиц бутадиенового фрагмента (Тg=-65°С);
(2) полибутадиен с 4% структурных 1,2-единиц и 93% структурных цис-1,4-единиц (Тg=-160°С);
(3) натуральный каучук;
(4) SBR-раствор с 44% стирольных структурных единиц и 41% структурных 1,2-единиц бутадиенового фрагмента (Тg=-12°С), несущих силанольную функциональную группу на конце эластомерной цепи (Тg=-12°С);
(5) кремнезем "Zeosil 1165 МР" от фирмы Rhodia (типа «HDS» (высокодисперсного кремнезема));
(6) силановый связывающий реагент TESPT («S169» от фирмы Evonik);
(7) сажа сорта ASTM N234 (от фирмы Cabot);
(8) масло MES (сольват слабой экстракции) («Catenex SNR» от фирмы Shell);
(9) смола С5/С9 («Escorez ECR-373» от фирмы Еххоп Mobil);
(10) N-(1,3-диметилбутил)-N'-фенил-пара-фенилендиамин от фирмы Flexsys;
(11) дифенилгуанидин («Perkacit DPG» от фирмы Flexsys);
(12) N-дициклoгeкcил-2-бeнзтиaзoлcyльфeнaмид («Santocure CBS» от фирмы Flexsys).
Каучуковое соединение предпочтительно основывается по меньшей мере на одном диеновом эластомере, по меньшей мере на одном армирующем наполнителе, и по меньшей мере на одной сшивающей системе.
Термин «диеновый» эластомер (или каучук) понимают, как известно, означающим эластомер (то есть гомополимер или сополимер), по меньшей мере частично полученный из диеновых мономеров, то есть мономеров, содержащих две углерод-углеродных двойных связи, будь то сопряженных или несопряженных. Применяемый диеновый эластомер предпочтительно выбирают из группы, состоящей из: полибутадиенов (BR); натурального каучука (NR); синтетических полиизопренов (IR); бутадиен-стирольных сополимеров (SBR); бутадиен-изопреновых сополимеров (BIR); стирол-изопреновых сополимеров (SIR); стирол-бутадиен-изопреновых сополимеров (SBIR) и смесей этих эластомеров.
Один предпочтительный вариант исполнения предусматривает применение «изопренового» эластомера, то есть изопренового гомополимера или сополимера, другими словами диенового эластомера, выбранного 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. Среди этих синтетических полиизопренов предпочтительно применение полиизопренов, имеющих количество (в мольных процентах) цис-1,4-связей свыше 90%, еще более предпочтительно более 98%. Согласно другому предпочтительному варианту исполнения диеновый эластомер может состоять, полностью или частично, из еще одного диенового эластомера, например, такого как SBR-эластомер (E-SBR или S-SBR (полученные эмульсионной полимеризацией или полимеризацией в растворе соответственно)), возможно, смешанного с еще одним эластомером, например BR-типа (бутадиенового каучука).
Каучуковая композиция также может включать все или некоторые добавки, традиционно применяемые в каучуковых матрицах, предназначенных для изготовления шин, например, такие как армирующие наполнители, такие как сажа, или неорганические наполнители, такие как кремнезем, связывающие реагенты для соединения с неорганическим наполнителем, противостарители, антиоксиданты, пластификаторы или нефтяные мягчители, имеют ли последние ароматическую или неароматическую природу (в частности, неароматические или весьма малоароматические масла, например, нафтенового или парафинового типа, имеющие высокую или предпочтительно низкую вязкость, масла MES (сольват слабой экстракции) или TDAE (обработанные дистиллятные ароматические экстракты), пластификаторы на основе смол, имеющих высокую Тg, выше 30°С), технологические вспомогательные добавки, облегчающие обработку композиций в невулканизированном состоянии, повышающие липкость смолы, сшивающая система, основанная либо на сере, либо на донорах серы, и/или сшивающая система на пероксидной основе, ускорители, активаторы или замедлители вулканизации, антиреверсивные реагенты, метиленовые акцепторы и доноры, например, такие как НМТ (гексаметилентетрамин) или НЗМ (гексаметоксиметилмеламин), упрочняющие смолы (такие как резорцин или бис-малеинимид), и известные системы промоторов адгезии, например, типа соли металла, в частности соли кобальта или никеля.
Изготовление композиций выполняют с помощью подходящих смесителей, с использованием двух последовательных фаз приготовления, хорошо известных квалифицированным специалистах в этой области технологии, а именно первой термомеханической обработки, или фазы пластикации (называемой «непродуктивной» фазой) при высокой температуре, вплоть до максимальной температуры между 110°С и 190°С, предпочтительно между 130°С и 180°С, с последующей второй фазой механической обработки (называемой «продуктивной» фазой) до более низкой температуры, типично ниже 110°С, на протяжении которой вводится конечная фаза применения сшивающей системы.
Чтобы показать в качестве примера, непродуктивную фазу проводят в одной стадии термомеханической обработки с продолжительностью в течение нескольких минут (например, между 2 и 10 минутами), во время которых все необходимые базовые компоненты и прочие добавки, за исключением сшивающей или вулканизирующей системы, вводят в подходящий смеситель, такой как стандартный внутренний смеситель. После того, как полученная таким образом смесь остыла, затем вносят вулканизирующую систему во внутренний смеситель, такой как двухвалковая открытая мельница, которую поддерживают при низкой температуре (например, между 30°С и 100°С). Затем все ингредиенты перемешивают (во время продуктивной фазы) в течение нескольких минут (например, между 5 и 15 минутами).
Затем полученную таким образом конечную композицию подвергают каландрованию, например, в форме листа или плиты для охарактеризования, или также экструдируют, чтобы сформировать наружный протектор, используемый в шине согласно изобретению.
Затем может быть проведена вулканизация (или отверждение) известным способом, как правило, при температуре между 130°С и 200°С, предпочтительно под давлением, в течение достаточного времени, которое может варьировать, например, между 5 и 90 минутами, в зависимости от конкретной температуры отверждения, от применяемой вулканизирующей системы и от скорости вулканизации обсуждаемой композиции.
Вариант исполнения, показанный на фиг. 6, соответствует ситуации, в которой головка каждого шипа полностью закреплена во второй, отдельной части протектора. Этот вариант исполнения делает возможным уменьшение количества второй каучуковой композиции, что может быть благоприятным, если эта каучуковая композиция является дорогостоящей, или же если по другим соображениям может быть желательным размещение других каучуковых композиций в глубине протектора.
Однако имеются другие предпочтительные варианты исполнения. В частности, протектор 20 может включать единственную вторую часть 202, сформированную из второй каучуковой композиции, причем головки 70 всех шипов 30 закреплены в этой второй части 202. Этот вариант исполнения, схематически показанный на фигуре 7, является преимущественным в том плане, что он уменьшает сложность процесса изготовления. Это обусловливается тем, что можно использовать вторую часть 202 простым размещением ее на армировании обода шины.
Следует подчеркнуть, что между шипом 30 и второй частью 202 протектора может быть размещена оболочка 2010, сформированная из первой каучуковой композиции, как схематически показано на фиг. 8. На самом деле это не является желательной конфигурацией, но представляет собой ситуацию, которая может быть обусловлена формованием полостей в протекторе, когда элементы, предусмотренные для формования полости, проникают в неотвержденный протектор и вызывают пластическую деформацию небольшой части первой каучуковой композиции в сторону нижней части полости. Эта пластическая деформация, которая тем самым может иметь результатом формирование тонкой оболочки, образованной из первой каучуковой композиции между шипом и второй частью протектора, не оказывает существенного влияния на работоспособность шины согласно изобретению, при условии, что толщина оболочки, измеренная перпендикулярно поверхности шипа, является меньшей или равной 1 мм.
Заявитель провел сравнительные испытания на льду и на асфальте с шинами размера 205/55 R16, установленными на автомобиле Audi A4. Шину типа, показанного на фиг. 7 (с каучуковой композицией из таблицы I), сравнивали с эквивалентной шиной, единственное отличие которой состояло в том, что вторая часть 202 протектора 20 была выполнена из такой же композиции, как первая часть 201 протектора, то есть перовой каучуковой композиции из таблицы I.
| Таблица II | ||
| Сцепление на льду | Износ дорожного покрытия | |
| Контрольная шина | 100 | 100 |
| Шина согласно изобретению | 115 | 100 |
Это показывает, что шина согласно изобретению имеет лучшее сцепление на льду, вообще без влияния на износ дорожного покрытия.
1. Шина (10), предназначенная для движения по грунту, который может быть покрыт льдом, содержащая:
- протектор (20), включающий в себя первую часть (201) в контакте с грунтом и по меньшей мере одну вторую часть (202), размещенную радиально внутри относительно первой части, причем первая часть (201) протектора (20) сформирована из первой каучуковой композиции, а вторая часть (202) протектора (20) сформирована из второй каучуковой композиции, отличающейся от первой каучуковой композиции; и
- по меньшей мере один шип (30), содержащий:
- головку (70), предназначенную для закрепления шипа в протекторе (20) и имеющую максимальный размер DT;
- выступ (60), предназначенный для вхождения в контакт со льдом;
- корпус (80), соединяющий головку (70) и выступ (60) и имеющий ось симметрии, причем узел, образованный головкой (70) и корпусом (80) шипа (30), имеет радиальную высоту НА; и
- продольную ось (100), проходящую через ось симметрии корпуса (80),
- при этом указанный по меньшей мере один шип (30) размещен в протекторе (20) таким образом, что:
- его продольная ось (100) является приблизительно параллельной радиальному направлению;
- выступ (60) шипа (30) выступает наружу из протектора (20), когда шип (30) не находится в контакте с грунтом;
- корпус (80) шипа (30), по меньшей мере частично, находится в контакте с первой частью (201) протектора (20); и
- головка (70) шипа (30) полностью зафиксирована во второй части (202) протектора (20),
- причем указанная по меньшей мере одна вторая часть (202) протектора (20) охватывает головку (70) указанного по меньшей мере одного шипа (30) и проходит:
- радиально внутрь головки (70) шипа (30) на расстояние DI от радиально самой внутренней точки шипа (30), при этом расстояние DI равно или превышает 40% максимального размера DT головки (70) шипа (30) (DI≥0,4DT/2);
- радиально наружу головки (70) шипа (30) на расстояние DE от радиально самой внутренней точки шипа (30), причем расстояние DE равно или превышает 40% радиальной высоты НА; и
- по всем направлениям, перпендикулярным продольной оси (100) шипа, на расстояние DP от продольной оси (100) шипа (30), при этом расстояние DP равно или превышает максимальный размер DT головки (70) шипа (30),
- причем оболочка (2010), сформированная из первой каучуковой композиции, может быть размещена между указанным по меньшей мере одним шипом (30) и указанной по меньшей мере одной второй частью (202) протектора (20), при этом толщина оболочки (2010), измеренная перпендикулярно поверхности шипа (30), меньше или равна 1 мм;
- причем комплексный модуль G* (0°С) первой каучуковой композиции составляет менее 1,5 МПа; и
- комплексный модуль G* второй каучуковой композиции варьирует с температурой так, что G* (5°С) равен или превышает 5 МПа, и G* (20°С) меньше или равен 0,5G* (5°C).
2. Шина по п.1, содержащая множество шипов (30), при этом протектор (20) включает в себя множество вторых частей (202), сформированных из второй каучуковой композиции, причем головка (70) каждого шипа (30) полностью закреплена во второй отдельной части (202) протектора (20).
3. Шина по п.1, содержащая множество шипов (30), при этом протектор (20) включает в себя цельную вторую часть (202), сформированную из второй каучуковой композиции, причем головки (70) всех шипов (30) закреплены в этой второй части (202).
4. Шина по любому из пп.1-3, в которой радиальная высота НА равна или превышает 9 мм, но меньше или равна 10 мм.
5. Шина по любому из пп.1-3, в которой расстояние DE равно или превышает 60% радиальной высоты НА.
6. Шина по любому из пп.1-3, в которой максимальный размер DT головки (70) шипа (30) равен или превышает 8 мм, но меньше или равен 10 мм.
7. Шина по любому из пп.1-3, в которой расстояние DI равно или превышает 4 мм, но меньше или равно 4,5 мм.
8. Шина по любому из пп.1-3, в которой расстояние DP равно или превышает 1,5DT, но меньше или равно 2,5DT (1,5DT≤DP≤2,5DT).
9. Шина по п.8, в которой расстояние DP равно удвоенному максимальному расстоянию DT головки (70) шипа (30) (DP=2DT).
10. Шина по любому из пп.1-3, в которой указанный по меньшей мере один шип (30) выполнен из алюминия или меди.
