Настоящее изобретение относятся к покрышкам. Более конкретно оно относится к расположению усиливающих волокон в бортах и закраинах; оно также относится к анкерному креплению волокон каркаса в закраине.
Усиление каркаса покрышки в настоящее время образовано одним или несколькими слоями, наиболее часто радиальными, обернутыми вокруг одного или нескольких стержней, расположенных в закраинах. Закраины представляют собой средство, позволяющее фиксировать покрышку на ободе. Жесткость составленной таким образом закраины является очень важной.
Желательно обеспечить возрастающее изменение жесткости закраины при радиальном перемещении вверх в направлении ската. На данном уровне техники достаточно трудно обеспечить такое возрастающее изменение жестокости между скатом и закраиной. Скат должен обладать значительной гибкостью, а закраина, наоборот, должна обладать значительной жесткостью.
В самом деле, усиливающие элементы, которые расположены в этой части покрышки, всегда неизбежно обладают прерывистостью: от радиально верхнего края обертки каркаса прохядит, без перехода в зону, лишенную этой обертки каркаса, зону, которая поэтому неизбежно является менее жесткой.
Выражения "радиально вверх" или "радиально верхний" относятся к самым большим радиусам.
В случае радиальных каркасов на данном уровне техники уже известны другие принципы концепции, которые позволяют избежать обертывания вокруг стержней.
В качестве примера можно привести патент США 3072171 в котором предлагалось обертывание слоев каркаса и располагать волокна, ориентированные по окружности, рядом с радиально ориентированными волокнами каркаса. Однако в известной структуре трудно обеспечить достаточно прочное анкерное крепление волокон каркаса с волокнами, ориентированными по окружности, поэтому это предложение, как известно, никогда не нашло реального применения.
Целью изобретения является разработка нового способа расположения усиливающего волокна каркаса, чтобы можно было обеспечить по возможности постепенное изменение прочности на изгиб ската покрышки при приближении к закраине, обеспечивая анкерное соединение очень большого количества волокон каркаса.
Другой целью изобретения является разработка структуры усиления покрышки, которая поддается механизированному производству.
Покрышка согласно изобретению, включающая, по крайней мере один каркас, анкерно закрепленный с каждой стороны покрышки снизу в закраину, основание которой предназначено для установки на опорную поверхность обода, каждая закраина продолжается вверх к скату, скаты соединяются наверху протектором шины, каркас состоит из участков волокон каркаса, расположенных рядом и образующих в верхней части ската круговой ряд участков волокна, идущих сверху вниз в скате, указанный каркас анкерно закреплен в указанной закраине с помощью по крайней мере одного пучка волокон, ориентированных по окружности, отличающаяся, тем, что, перемещаясь радиально от верха оката к низу закраины, указанный ряд разделяется на по крайней мере два круговых ряда, аксиально раздвинутых, и совокупность волокон, ориентированных по окружности, расположенных в закраине, локализована между указанными рядами волокон каркаса и/или аксиально с их одной стороны, а каркас изготовлен из непрерывного каркасного волокна, все указанные частя волокна каждого из рядов закраины соединены по два петлей, находящейся на радиальном уровне ближе всего к основанию закраины.
В настоящем описании термин "волокно" означает в наиболее общем случае как моноволокна, так и мультиволокна, или соединения, например жгуты, крученые нити или же любой тип эквивалентного соединения, какими бы ни были материал и обработка этих волокон, например обработка поверхности или защитным покрытием, или предварительной проклейкой, чтобы благоприятствовать адгезии к каучуку.
Каркас будет назван радиальным, когда волокна расположены под 90o, но также, согласно обычной терминологии, под углом, близким к 90o.
Предпочтительно волокна, ориентированные по окружности, не находятся в прямом контакте с радиально ориентированными волокнами. Для покрышек, подвергающихся значительным нагрузкам, чтобы обеспечить хорошую передачу усилий между участками волокна каркаса и волокнами, ориентированными по окружности, вставляют каучук с высоким модулем эластичности, т.е. смесь каучуков, имеющую твердость по Шору A выше 70, между волокнами, ориентированными по окружности, и соседним рядом волокон каркаса.
Известно на данном уровне техники, что один или несколько слоев каркаса обернуты вокруг борта покрышки. Борт покрышки тогда выполняет функцию анкерного крепленая каркаса, т. е. забирает напряжение, развивающееся в волокнах каркаса под действием давления накачивания.
Заявленное здесь устройство обеспечивает функцию анкерного крепления каркаса.
Также на данном уровне техники известно, что тот же самый борт покрышки обеспечивает, кроме того, функцию закрепления закраины на ободе. Заявленное здесь устройство также может обеспечить достаточное закрепление.
Само собой разумеется, что изобретение может быть использовано при присоединении с одной стороны и/или с обеих сторон заявленной структуры других элементов, образующих таким образом часть каркаса или его анкерного крепления, например, будут проиллюстрированы некоторые варианты. Кроме того, изобретение может быть использовано с множеством каркасов одинаковой природы или же при присоединении каркаса другого типа к каркасу согласно изобретению. Все подробности выполнения приведены в последующем описании со следующими приложенными чертежами:
фиг. 1 представляет собой радиальный разрез, показывающий по существу скат и закраину покрышки согласно изобретению;
фиг. 2 представляет собой вид в перспективе, схематически показывающий расположение усиливающих волокон;
фиг. 3 представляет собой радиальный разрез, показывающий второй вариант осуществления изобретения.
На различных фигурах видны различные хорошо известные участки покрышки, более конкретно относящиеся к настоящему изобретению, а именно скат 1 и закраина 2. Усиливающий каркас состоит из участков волокна, здесь ориентированного радиально в скатах 1.
В наиболее простом варианте осуществления, показанном на фиг. 1 и 2, совокупность волокон, ориентированных по окружности, расположенных в закраине, локализована полностью между рядами (31, 32) волокон каркаса. Кроме того, и это необязательно объединять с предыдущим признаком, имеется единственный каркас: волокно каркаса каждого из рядов 31, 32, имеющихся в закраине, происходит их того же самого ряда 3 ската 1. Другими словами, в скате каркасное волокно расположено в один единственный слой.
Волокно 3 образует расположенные рядом и прилегающие петли. Располагая волокно в петли, избегают любых обрезанных краев, которые являются настолько же прерывистыми.
Действительно, обычно усиливающее волокно является кордом; края корда представляют собой с лицевой стороны разреза разветвления, в которых все моноволокна расходятся одни от других. Это представляет собой точки разрыва внутри покрышки. Когда волокна выполнены из текстильного материала, их проклеивают, чтобы обеспечить очень хорошую адгезию к каучуку. К сожалению, не имеется предварительной проклейки с каждого края корда после того, как он был разрезан, факт, что каучук еще не имеет адгезии к лицевой стороне разреза, откуда опасность начала разрыва внутри закраины. В описанном здесь устройстве не следует опасаться недостатков этого типа.
При наличии петель между ходом туда и обратно видно, что каркас относится к типу "моноволокна", т.е. каркас изготовлен из одной нити, а не из отрезков (индивидуализированных резкой), что имеются радиальные дуги в каркасе, все предварительно каландрованные для формирования слоя. Разумеется, в целом каркас не может быть изготовлен из единственного волокна. Согласно настоящему варианту, однако, удобно использовать только малое число волокон и располагать концы и начала волокон лучше под протектором, а не в закраинах.
Из фиг. 1-3 видно, что каркасное волокно, которое образует в каждом скате 1 единственный круговой ряд 3 ходами вперед и назад, образованный частями прилегающих друг к другу волокон, расположенный таким образом, что, начинаясь на окате для присоединения к основанию закраины, каркас разделяется на два круговых ряда радиальных волокон 31, 32 или 33, 34, постепенно расходящихся аксиально друг от друга.
Предпочтительно участки каркасного волокна расположены таким образом, что в скатах два соседних участка каркасного волокна происходят из различных рядов закраины 2. Другими словами, в скате происходит чередование волокон, происходящих каждое из рядов 31 и 32 или 33 и 34 закраины 2.
Эти варианты осуществления изобретения являются особенно интересными, потому что на уровне ската 1 покрышки имеется ряд идущих по окружности участков волокон (т.е. единственнный слой волокон). Это может обеспечить большую гибкость скатов: прочность на изгиб ската при раздавливании покрышки, снабженной такой структурой усиления, остается низкой, даже ниже, чем когда имеется два слоя каркаса, как в обычно применяемых конструкциях, когда увеличивают количество каркасных волокон для сильно нагруженных покрышек или когда используют менее прочные волокна.
Это приводит к расположению в шахматном порядке, который очень хорошо виден в перспективе фиг. 2.
Два ряда разделены пучком 61 волокон, ориентированных по окружности, с расположенным между ними каучуком 5, что позволяет хорошо пропитать волокна и обеспечить отличную когезию закраины, сохраняя ряды 31 и 32 аксиально разделенными друг от друга. Такая раскладка волокон благоприятствует совершенному размещению участков волокна, а также их петель при хорошей пропитке каучуком. Можно регулировать высоту, при которой образовывается это разделение на несколько рядов. Таким образом очень постепенно повышают прочность на изгиб.
Разумеется, можно иметь в закраине более двух круговых рядов волокон, постепенно разделяющихся аксиально один от другого, все они выходят их одного и того же ряда ската.
В любом случае разделяют на два или более чем на два количество волокон каждого ряда закраины по отношению к количеству волокон ряда ската, из которых они происходят, что очень интересно, потому что радиус становится меньше, с высотой закраины, имеется меньше места для укладки волокон в ряд, чем в скате.
Изобретение позволяет использовать самую большую плотность волокон. Другими словами, благодаря изобретению увеличивается количество каркасных волокон, из-за чего следует прибегнуть к отдельному дополнительному каркасу за неимением места в закраине для укладки совокупности волокон.
По мере того, как приближаются к закраине 2 волокна каркаса разделяются на два или более чем на два ряда по окружности, которые постепенно отделяются друг от друга. Разумеется, можно регулировать высоту, на которой происходит это разделение на несколько рядов, размещая между ними каучук на выбранной высоте, этот каучук необязательно усилен волокнами, ориентированными по окружности, поднимаясь на всю радиальную высоту, имеющуюся между указанными рядами.
Для обеспечения отличного анкерного крепления каркаса выполняют слоистую композитную закраину. Внутри закраины 2 между рядами каркасных волокон 31, 32 располагают волокна, ориентированные по окружности, 61. Они расположены в виде пучка, как на рисунках, или в виде нескольких близлежащих пучков, или в виде пакетов, или в виде любого разумного расположения в соответствии с типом покрышки. Каждый круговой ряд каркасных волокон окаймлен, аксиально стороне, на которой расположены волокна 61, ориентированые по окружности, слоем 5 смеси каучука, имеющей твердость по Шору A выше 70, обеспечивающем связь между волокнами.
Слои 5 могут быть получены в вулканизованной покрышке, потому что при сборке покрышки наносят каучук с единственной целью выполнить указанные слои 5, или потому что используют для получения обмоток 61 и/или необязательно для формирования каркаса волокно, в достаточной мере покрытое каучуком, чтобы после формовки возникли слои 5, что будет описано.
Волокно, использованное для пучков волокон, ориентированных по окружности, предпочтительно является металлическим волокном, покрытым тонким слоем латуни.
В каждом пучке 61 волокна являются по существу концентрическими и наложенными друг на друга. Что касается способа получения указанных пучков волокон, можно накладывать кольца с постепенно увеличивающимся диаметром или же можно, например, намотать несколько витков волокна.
Нет необходимости прибавлять смесь каучука, сформулированную специально и только для обеспечения пропитки каркасного волокна 3 или круговых обмоток волокна 61. Один и тот же тип смеси, который сформулирован для слоев 5, обеспечивает функции каландрования и связи между участками волокна одного и того же пучка и между различными пучками волокна путем пропитки при формовке.
Эксперименты показали очень интересные результаты по усталостной прочности при использовании для слоев каучука 5 смеси, содержащей синтетический эластомер SBR, взятый один или в сочетании с полибутадиеном, указанный SBR имеет температуру стеклования /Tg/, лежащую между -70oC и -30oC, и указанный полибутадиен имеет Tg, лежащую между -40oC и -10oC, указанный для указанные синтетические эластомеры используют в суммарной пропорция по крайней мере 40% масс. от суммы эластомера, остальное представляет собой натуральный каучук. Приведенные Tg измерены с помощью дифференциального термического анализа.
Предпочтительно используют раствор SBR. Например, используют смесь, содержащую 50%-й раствор SBR, имеющего величину Tg -48oC, содержащий 50% NR, с добавкой упрочняющих наполнителей и смолы для получения желаемой твердости по Шору А.
Для получения хорошего склеивания слоя 5 каучука одновременно с металлическими, покрытыми латунью волокнами пучков 61 и с текстильными волокнами каркаса и чтобы гарантировать хорошую прочность этой склейки при высокой температуре, указанный слой 5 каучука содержит значительное количество серы и используют добавки промоторов адгезии (например, металлические соли кобальта и никеля) в хорошо отрегулированных пропорциях. Например, используют количество серы, лежащее между 5 и 8% мас., от суммы эластомеров.
Для обеспечения отличного восстановления напряжений, появляющихся в каркасных волокнах под действием давления накачки, желательно, чтобы указанные петли были расположены радиально на уровне ниже наиболее низкой части соседних пучков волокон, ориентированных по окружности.
Предпочтительно каркасное волокно 3 образует нити, идущие туда и обратно от закраины 2 к другой стороне покрышки, проходя под протектором, следовательно, волокно является непрерывным от одной закраины к другой. Различные средства усиления структуры покрышки под протектором не являются частью настоящего изобретения. Следует указать, что они могут быть выполнены любыми адекватными методами усиления, как, например, волокнами, расположенными таким образом, чтобы обеспечить треугольный пояс. Кроме того, в закраине конечно можно расположить очень жесткую смесь каучука, типа использованной для заливки на стержни в классических покрышках. Этот каучук для заливки расположен с одной стороны и/или с обеих сторон усиления каркаса.
По фиг. 3 изобретение применимо к усилению, состоящему из двух каркасов C1 и C2. Анкерное крепление его обеспечивается двумя структурами, одна из которых является зеркальным отражением другой. Каждый раз обращаются к структуре, подобной той, что была в предыдущем варианте, к которой прибавляют с одной стороны аксиально пучок 63, 64 волокон, ориентированных по окружности. Ряды /32, 33/, соседние, принадлежащие к разным каркасам, в закраине /2/ разделены друг от друга заполняющим материалом /8/, лишенным круговых волокон.
Для обеспечения по возможности постепенного перехода между зоной контакта с ободом и экватором выше зоны контакта с ободом и ниже экватора компоненты каучука, находящиеся по обе стороны каркаса, соответствуют следующему соотношению:
где Ei или Ej является модулем в радиальном направлении, ei или ej означает толщину каждого из составляющих i или j каучука, соответственно, снаружи 70 и внутри 71 сборки из рядов волокон каркаса. Когда имеется несколько рядов 3 каркаса в этой части покрышки, а именно скате, для применения этой формулы рассматривают только составляющие снаружи от наиболее внешнего волокна и, соответственно, внутри от наиболее внутреннего волокна.
Когда модуль всех примененных составляющих является сравнимым, это означает, что следует пропускать каркас по возможности ближе к внутренней стороне ската, можно также использовать более мягкие каучуки (т.е. с более низким модулем) с внутренней стороны ската. Это дает хороший компромисс между сроком службы покрышки и комфортом, который она обеспечивает.
Понятно, что предложенная структура усиления позволяет постепенно изменять жесткости между скатом и закраиной. Такая структура дает специалисту по покрышкам очень большую свободу действий по регулированию этой жесткости и ее изменению, играя очень просто на плотности волокон, ориентированных по окружности, и необязательно, на числе круговых рядов волокон каркаса в закраинах, и на природе этих волокон.
Эта композитная структура позволяет получить хорошую опору закраины на ее обод при малой громоздкости и при использовании меньшего количества материалов.
Предложенная структура не имеет никакой прерывистости усиления, что является очень благоприятным для срока службы покрышки и что также неожиданно приводит к большему комфорту от покрышки.
Чтобы расположить усиливающие волокна по возможности точно, очень выгодно изготавливать покрышку на жесткой опоре, например, на жестком сердечнике, имеющем форму ее внутренней полости. На этот сердечник наносят в порядке, обусловленном окончательной структурой, все компоненты покрышки, которые помещают непосредственно на их окончательное место, без выдержки структуры в любой момент производства. В этом случае покрышка может быть сформована и вулканизована, как показано в патенте США 4895692.
Покрышка предназначена для использования на автомобильном транспорте. Каркас покрышки состоит из одного волокна (3), идущего вверх-вниз от одной закраины к другой. В скате ходы вверх-вниз образуют один круговой ряд (33). Б закраине указанные ходы вверх-вниз образуют два круговых ряда (31), (32), разделенных совокупностью волокон, ориентированных по окружности (61), между ними и указанными рядами (31), (32) расположен слой (5) каучука, имеющего твердость по Шору А выше 70. В результате увеличивается срок службы покрышки. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.
где Еi или Еj - модуль в радиальном направлении;
еi или еj - толщина каждого составляющего i или j каучука соответственно снаружи и внутри совокупности рядов каркасного волокна.
| US, 3072171, 152 - 362, 15.03.63. |
