Гибридный корд из углеродных волокон в качестве бортовой проволоки

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Борт в пневматических радиальных шинах состоит из гибридных кордов, образованных из углеродных волокон и органических нитей с более низким модулем, который обеспечивает возможность легкой установки шины на ободе. Легкая конструкция борта с гибридными кордами в каучуковой или полимерной матрице позволяет уменьшить потребление топлива. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к шине, которая выполнена с легким сердечником борта. В частности, настоящее изобретение относится к шине, которая выполнена с легким сердечником борта, при этом указанный сердечник борта способствует снижению общего веса шины.

Уровень техники

В принципе требуется, чтобы бортовая зона пневматической шины имела повышенную жесткость, поскольку она играет некоторую роль в размещении и прочной фиксации шины относительно обода. Сердечник борта образуют посредством спиральной намотки и наложения корда по спирали для формирования структуры из кордов, подобной матрице (множество «строк» х множество «столбцов»).

Хорошо известной обычной практикой в шинной промышленности является выполнение армирующих элементов в бортовых элементах в виде стальных проволок, расположенных или рядом друг с другом, или скрученных в жгуты/корды, которые обычно заделаны в резину.

В патенте США № 3942574 трехпрядные арамидные корды были предложены в качестве бортового элемента в комбинации со стальными проволоками для получения стабильной структуры борта в шинах для воздушных судов.

В патенте США № 4098316 были раскрыты бортовые кольца, армированные стекловолокном, в комбинации с металлическими проволоками. Стекловолокно в качестве армирующего элемента бортов было предложено также в патентах США № 3612139, 3473595 и 3237674.

Для уменьшения веса шины и для обеспечения экономии топлива вместо стальных проволок, обычно используемых в качестве бортовых элементов в пневматических шинах, в патенте США № 4320791 было предложено использовать высокомодульные неметаллические (органические или неорганические) нескрученные волокна, подобные арамидным, обработанные жидкими каучуками или термоотверждающимися смолами.

В патенте США № 4823857 был раскрыт кольцевой бортовой элемент для шины, содержащий два или более слоев, наложенных друг на друга в радиальном направлении, каждый из которых содержит композиционный материал из волокон в полимерной матрице. Наложенные друг на друга слои были отделены друг от друга слоями политетрафторэтилена для облегчения бокового смещения слоев из композиционного материала. Волокна в слоях из композиционного материала выбраны из группы, состоящей из стекловолокна, арамидных волокон, углеродных волокон, полиамидных волокон и металлических волокон. Из предшествующего уровня техники также известны документы US 6318430 и ЕР 2644410, которые относятся к конструкции борта, содержащей композиционный материал.

Согласно патенту США № 5781603 пневматическая шина содержит сердечник борта, образованный спиральной намоткой и наложением друг на друга по спирали корда из органических или неорганических волокон, полученного круткой двух или более прядей в одном направлении и круткой, по меньшей мере, двух скрученных волокнистых армирующих элементов в направлении, противоположном направлению крутки волокнистого армирующего элемента, при этом степень крутки корда выше степени крутки исходной пряди. Корды предпочтительно изготовлены из арамида с высокой линейной плотностью (дтекс) (например, 6600×2) для улучшения распределения напряжений в сердечнике борта в накачанной шине.

Сущность изобретения

Согласно данному изобретению имеет бортовое кольцо для пневматической радиальной шины, содержащее гибридные корды, образованные из углеродного волокна и органических нитей с более низким модулем, подобных нитям из полиэтилентерефталата (ПЭТ) и нейлона 6.6.

Шины, имеющие бортовые кольца, образованные из углеродного волокна или кордов из углеродных волокон, имеют проблему, связанную с установкой шин на ободьях колес, вследствие их чрезвычайно низкой растяжимости. Элементы бортовых колец подобного вида подвергаются разрывам корда при сжатии при изгибе во время установки шины.

Гибридные структуры, содержащие углеродное волокно и низкомодульные нити, подобные нитям из полиэтилентерефталата (ПЭТ) и нейлона 6.6, имеют достаточную растяжимость, обеспечивающую возможность легкой установки шины на ободе колеса.

Кроме того, посредством данного изобретения потребление топлива сокращается за счет уменьшения веса шины.

Подробное описание изобретения

Согласно настоящему изобретению предложена пневматическая радиальная шина, содержащая в качестве ее конструктивного компонента бортовой элемент, образованный из гибридного корда, имеющего углеродное волокно и органическую нить с более низким модулем, подобную нити из ПЭТ и нейлона 6.6.

Согласно данному изобретению величины относительного удлинения при разрыве гибридных кордов в бортовом кольце должны составлять минимум 2% и максимум 5%. Если величина относительного удлинения при разрыве составляет менее 2%, установка шины на ободе колеса затрудняется, и корд может быть разорван вследствие деформаций при растяжении и сжатии. В случае величин относительного удлинения при разрыве, превышающих 5%, модуль корда становится слишком низким для фиксации шины на ободе колеса.

Выраженная в процентах, массовая доля низкомодульной органической нити в гибридном корде из углеродных волокон определяет растяжимость, другими словами, относительное удлинение при разрыве и значение модуля. Если содержание низкомодульных органических нитей превышает 50%, гибридный корд становится менее эффективным при фиксации шины относительно обода, и, если содержание низкомодульных органических нитей составляет менее 20%, установка шины затрудняется вследствие уменьшенной растяжимости.

Согласно изобретению для повышения растяжимости гибридного корда при данной крутке корда выраженное в процентах опережение при подаче нити из углеродного волокна во время процесса крутки посредством устройства прямого каблирования может быть отрегулировано до минимум 1% и максимум 2,5%. Значения опережения при подаче, составляющие менее 1%, недостаточно эффективны для повышения растяжимости кордов, и значения опережения при подаче, превышающие 2,5%, приводят к существенному снижению исходного модуля, что вызывает ухудшение функции фиксации, выполняемой гибридными кордами.

Согласно изобретению предпочтительная суммарная номинальная линейная плотность (дтекс) гибридных кордов составляет 2000 дтекс - 20000 дтекс.

Само собой разумеется, растяжимость гибридного корда можно регулировать также посредством степени крутки корда, что означает, что при увеличении степени крутки корда растяжимость и относительное удлинение при разрыве могут быть увеличены, но в этом случае модуль и прочность корда уменьшаются. То есть, предпочтительная минимальная степень крутки корда составляет 80 витков на метр и максимальная степень крутки корда составляет 300 витков на метр. Если степень крутки корда составляет менее 80 витков на метр, растяжимость становится слишком низкой, и, если степень крутки корда превышает 300 витков на метр, предел прочности при разрыве и модуль становятся недостаточными.

Некоторые примеры гибридных кордов с их физическими свойствами согласно настоящему изобретению приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Физические свойства гибридных кордов

	Углеродные волокна 8000 дтекс+ПЭТ 6600 дтекс 100 витков на метр/100 витков на метр, Z/S	Углеродные волокна 8000 дтекс+NY 6300 дтекс 100 витков на метр/100 витков на метр, Z/S	Углеродные волокна 4000 дтекс+ПЭТ 3300 дтекс 140 витков на метр/140 витков на метр, Z/S	Углеродные волокна 4000 дтекс+NY 2800 дтекс 140 витков на метр/140 витков на метр, Z/S
Усилие разрыва (кг)	144,3	112,5	75,1	55,8
Относительное удлинение при разрыве (%)	3,6	3,1	3,7	3,2
Нагрузка при 1%-м удлинении (кг)	33,5	29,2	17,4	14,1
Опережение при подаче углеродного волокна (%)	2	2	2	2

В качестве примера применения борта поперечное сечение бортового кольца согласно изобретению приведено на приложенной фиг.1, и компонентами борта являются:

1 - Поперечное сечение бортового кольца

2 - Каучуковая или полимерная матрица

3 - Гибридный корд

4 - Низкомодульная органическая нить (например, из нейлона 6.6) в гибридном корде

5 - Углеродное волокно в гибридном корде

Определения:

Сердечник борта: Кольцевой усилительный элемент в бортовой зоне шины, обычно образуемый из высокомодульных кордов или жгутов

Корд: Означает жгут, сформированный скручиванием вместе двух или более крученых нитей

Денье: Масса в граммах на 9000 метров (единица измерения линейной плотности)

Дтекс: Масса в граммах на 10000 метров (единица измерения линейной плотности)

Гибридный корд: Корд, образованный спиральной намоткой вместе множества отдельных нитей, при этом, по меньшей мере, одна из отдельных нитей выполнена из материала, отличающегося от материала, по меньшей мере, одной из остальных отдельных нитей.

LASE: Нагрузка при заданном удлинении

1% LASE: Нагрузка при 1%-м удлинении

Модуль: Нагрузка, деленная на деформацию, сопротивление деформированию

Номинальная линейная плотность корда: Сумма исходных линейных плотностей нитей корда (например, 1880 дтекс при структуре корда 940×2)

Радиальная шина: Опоясанная или выполненная с жестким брекером/ограниченная в направлении вдоль окружности, пневматическая шина, в которой слой каркаса или корды каркаса, которые проходят от борта до борта, уложены под углами кордов, составляющими от 65° до 90°, относительно экваториальной плоскости шины

Обод: Опора для шины, на которой размещаются борта шины

ТРМ: Число витков на метр

Степень крутки: Число витков на единицу длины нити или корда, образуемых вокруг ее/его оси, при этом витки на метр обозначаются tpm

1. Борт радиальной пневматической шины, состоящий из множества двухпрядных или трехпрядных гибридных кордов (3), состоящих из углеродного волокна (5) и органической нити (4) с более низким модулем, отличающийся тем, что

содержание органической нити (4) в гибридных кордах (3) составляет от 20 до 50 масс.% и

величина относительного удлинения гибридных кордов (3) при разрыве, определяемая по ASTM D885, составляет более 2% и менее 5%.

2. Борт радиальной пневматической шины, состоящий из множества двухпрядных или трехпрядных гибридных кордов (3), по п.1, отличающийся тем, что одна из прядей гибридных кордов (3) представляет собой нить из нейлона 6.6 в качестве указанной низкомодульной органической нити (4).

3. Борт радиальной пневматической шины, состоящий из множества двухпрядных или трехпрядных гибридных кордов (3), по п.1, отличающийся тем, что одна из указанных прядей гибридных кордов представляет собой нить из ПЭТ в качестве указанной низкомодульной органической нити (4).

4. Борт радиальной пневматической шины, состоящий из множества двухпрядных или трехпрядных гибридных кордов (3), по п.1, отличающийся тем, что выраженное в процентах опережение при подаче углеродного волокна (5) в гибридных кордах (3) составляет минимум 1% и максимум 2,5%.

5. Борт радиальной пневматической шины, состоящий из множества двухпрядных или трехпрядных гибридных кордов (3), по п.1, отличающийся тем, что суммарная номинальная линейная плотность (дтекс) гибридных кордов (3) составляет от 2000 до 20000 дтекс.

6. Борт радиальной пневматической шины, состоящий из множества двухпрядных или трехпрядных гибридных кордов (3), по п.1, отличающийся тем, что степень крутки кордов в гибридных кордах (3) составляет от 80 до 300 витков на метр.