ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА С ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ СЛОЕМ ГРЕБНЯ ИЗ АРАМИДНОГО ВОЛОКНА Российский патент 2005 года по МПК B60C9/22 B60C9/20 

Настоящее изобретение касается пневматических шин с радиальной арматурой каркаса и, более конкретно, защиты арматуры гребня таких пневматических шин.

Пневматические шины, предназначенные для движения в сложных условиях, например по грунту, содержащему щебень или режущие объекты, обычно представляют арматуру гребня, содержащую рабочий блок и расположенный снаружи в радиальном направлении предохранительный блок. Рабочий блок предназначен для восприятия усилий, возникающих вследствие накачивания данной пневматической шины и ее качения по грунту. Предохранительный блок предназначен для предохранения слоев рабочего блока от повреждений, связанных с ударами и разрывами, возникающими в процессе эксплуатации, и содержит по меньшей мере один слой параллельных между собой усиливающих элементов. Эти усиливающие элементы предохранительного слоя часто имеют величину относительного удлинения до разрыва, превышающую величину относительного удлинения до разрыва для рабочих слоев гребня, которые эти предохранительные усиливающие элементы защищают.

Для повышения стойкости арматуры гребня такой пневматической шины в патентном документе WO 99/00260 описана пневматическая шина, содержащая гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня, причем эта арматура гребня содержит, если рассматривать ее изнутри наружу в радиальном направлении, рабочий блок и предохранительный блок с по меньшей мере одним слоем параллельных между собой усиливающих элементов, ориентированных по существу в окружном направлении, причем в этом блоке предохранительный слой образован эластичными металлическими усиливающими элементами. В этой пневматической шине тот слой рабочего блока, который примыкает к предохранительному слою, образован нерастяжимыми металлическими усиливающими элементами.

Объектом предлагаемого изобретения является создание конструкции пневматической шины, которая позволяет существенно повысить стойкость арматуры гребня, в частности, в случае пневматических шин для самолетов.

В последующем изложении приведенные ниже термины и выражения должны быть поняты следующим образом:

- "титр" - масса в граммах усиливающего элемента длиной в тысячу метров; титр выражается в тексах; механическое напряжение, воздействию которого подвергается усиливающий элемент, его прочность на разрыв (усилие разрыва, поделенное на титр) или модуль этого усилия выражены в "cN/tex", где cN обозначает санти-Ньютон; относительное удлинение элемента до его разрыва указывается в процентах;

- "усиливающий элемент" - любой элемент усиления, выполненный в виде нити и способный усиливать определенную матрицу, например каучуковую матрицу; в качестве усиливающих элементов в данном случае будут упомянуты, например, многоволоконные пряди, причем эти пряди могут быть скрученными или не скрученными относительно самих себя, унитарные нити, такие как единичные нити с высоким элементарным диаметром, со скручиванием или без скручивания относительно самих себя, кордные нити или скрутки, полученные путем выполнения операций свивания или скручивания этих единичных нитей или этих волоконных прядей, причем такие усиливающие элементы могут быть гибридными, то есть композитными или составными и содержащими элементы различной природы;

- "крученая нить" - усиливающий элемент, образованный двумя или более прядями, соединенными в единое целое при помощи операции скручивания; эти пряди, обычно образованные многоволоконными нитями, прежде всего скручиваются индивидуально в одном направлении (направление скручивания S или Z) в процессе осуществления первого этапа скручивания, а затем скручиваются вместе в противоположном направлении (направление скручивания Z или S соответственно) в процессе осуществления второго этапа скручивания;

- для определения величины угла винтовой линии рассматриваемого скручивания, получаемого в процессе выполнения второго этапа скручивания, используют следующую формулу (применимую для гомогенных сборок):

в которой:

N представляет собой кручение, приложенное к совокупности прядей и выражаемое в количестве оборотов на метр,

Т представляет собой титр используемой пряди, выражаемый в тексах,

d представляет собой плотность рассматриваемого усиливающего элемента, причем арамид имеет плотность 1,44,

n представляет собой число прядей в рассматриваемой крученой нити, и

γ представляет собой угол спирального скручивания, выражаемый в градусах;

"усиливающий элемент с повышенной сцепляемостью" - усиливающий элемент, подвергающийся соответствующей обработке нанесения покрытия, так называемому проклеиванию или усилению сцепляемости, которая способна придать этому усиливающему элементу способность к сцеплению, после соответствующей термической обработки, с матрицей, для которой он предназначен;

- "осевая" - ориентация, параллельная оси вращения данной пневматической шины; осевая ориентация может быть "внутренней в осевом направлении" в том случае, когда эта ориентация направлена внутрь пневматической шины, и "наружной в осевом направлении" в том случае, когда эта ориентация направлена к наружной стороне пневматической шины;

- "радиальная" - ориентация, перпендикулярная к оси вращения данной пневматической шины и проходящая через эту ось вращения; радиальная ориентация может быть "внутренней в радиальном направлении" или "наружной в радиальном направлении" в зависимости от того, направлена ли она в сторону оси вращения данной пневматической шины или же в сторону наружной части этой пневматической шины;

- "модуль упругости" каучуковой смеси представляет собой секущий модуль растяжения при деформации на 10% и при нормальной температуре окружающей среды;

- "нерастяжимый металлический усиливающий элемент" - усиливающий элемент, имеющий относительное удлинение, величина которого, измеренная под действием усилия, составляющего 10% от усилия его разрыва, не достигает 0,2%;

- "эластичный металлический усиливающий элемент" - усиливающий элемент, имеющий относительное удлинение, превышающее 0,5% и измеренное при воздействии усилия, составляющего 10% от усилия его разрыва;

- "усиливающий элемент, ориентированный в окружном направлении", - усиливающий элемент, ориентированный по существу параллельно к окружному направлению данной пневматической шины, то есть образующий с этим направлением угол, не отличающийся более чем на пять градусов от этого окружного направления; и

- "усиливающий элемент, ориентированный в радиальном направлении", - усиливающий элемент, расположенный по существу в одной и той же осевой плоскости или в плоскости, образующей с осевой плоскостью угол, величина которого не превышает 10°.

Механические свойства усиливающих элементов определяются на усиливающих элементах, которые были подвергнуты предварительной нормализации. В данном случае под выражением "предварительная нормализация" следует понимать сохранение усиливающих элементов перед выполнением измерений на протяжении по меньшей мере 24 часов в стандартной атмосфере в соответствии с европейской нормой DIN EN 20139 (температура воздуха 20°±2°С; относительная влажность 65%±2%).

В последующем изложении под исходным модулем упругости усиливающего элемента после приложения к этому усиливающему элементу исходного напряжения растяжения, равного полусумме титров каждой из элементарных прядей (то есть исходного напряжения растяжения, составляющего 0,5 cN/tex), следует понимать секущий модуль, измеренный на этом усиливающем элементе в тех же самых условиях, при которых происходит нормализация, при деформации на уровне 0,7%; при этом испытуемые образцы имеют исходную длину, составляющую 400 мм, и скорость растяжения испытуемого образца составляет 200 или 50 мм/мин в том случае, когда относительное удлинение данного усиливающего элемента до разрыва имеет величину менее 5%); измерения модулей упругости и растягивающих напряжений подразумеваются как средние значения по десяти испытуемым образцам. Исходный модуль упругости усиливающего элемента обычно определяется с точностью порядка ±10%.

Пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением содержит гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня. Эта арматура гребня содержит, в радиальном направлении изнутри наружу, рабочий блок и предохранительный блок. Этот предохранительный блок содержит по меньшей мере один слой параллельных между собой усиливающих элементов, ориентированных в окружном направлении. Эта пневматическая шина отличается тем, что слой предохранительного блока образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида с исходным модулем упругости, имеющим величину менее 1000 cN/tex, и прочностью на разрыв, превышающей 65 cN/tex.

Предпочтительно исходный модуль упругости изготовленных из ароматического полиамида усиливающих элементов слоя предохранительного блока имеет величину, меньшую или равную 500 cN/tex.

Объектом предлагаемого изобретения также является пневматическая шина, содержащая гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня. Эта арматура гребня содержит, в радиальном направлении изнутри наружу, рабочий блок и предохранительный блок. Этот предохранительный блок содержит по меньшей мере один слой параллельных между собой усиливающих элементов, ориентированных в окружном направлении. Эта пневматическая шина отличается тем, что слой параллельных между собой усиливающих элементов, имеющих окружную ориентацию, образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида таким образом, что угол спирального скручивания этих усиливающих элементов превышает 28 градусов.

Такие изготовленные из ароматического полиамида усиливающие элементы представляют так называемую "двухмодульную" кривую усилия удлинения. Это означает, что при малых относительных удлинениях исходный модуль растяжения усиливающего элемента является малым и составляет менее 1000 cN/tex, и даже менее 500 cN/tex, тогда как за пределами этих малых относительных удлинений кривая усилия удлинения весьма существенно выпрямляется. Следовательно, предохранительный слой гребня в соответствии с предлагаемым изобретением не воспринимает, или практически не воспринимает, усилия стягивания гребня пневматической шины, возникающие в результате ее накачивания и под действием центробежных сил. Эти усилия воспринимаются одним или несколькими слоями рабочего блока гребня. Усиливающие элементы предохранительного слоя гребня в соответствии с предлагаемым изобретением не подвергаются воздействию растягивающего напряжения в процессе нормального функционирования пневматической шины и они способны, таким образом, осуществлять свои предохранительные функции в процессе прохождения этой пневматической шины по режущим или тупым объектам типа гравия или камней. Эти усиливающие элементы очень хорошо выполняют свою предохранительную функцию вследствие высокой прочности на разрыв в сочетании с превосходными свойствами устойчивости к разрыву усиливающих элементов, изготовленных из ароматического полиамида.

Следует также отметить, что этот предохранительный слой гребня, усиливающие элементы которого изготовлены из ароматического полиамида с очень большим углом спирального скручивания, обеспечивает превосходное сцепление предохранительного блока с рабочим блоком. Действительно, в тестах, реализованных при очень высокой скорости, установлено существенное усовершенствование в этой области.

Предпочтительно угол спирального скручивания усиливающих элементов имеет величину, меньшую или равную 38 градусам. Действительно, за пределами этой величины угла спирального скручивания становится весьма затруднительным использование усиливающих элементов вследствие явлений деформации кручения.

Предпочтительным диапазоном изменения величин угла спирального скручивания усиливающих элементов является диапазон от 31 до 38 градусов. И для сохранения двухмодульного характера усиливающих элементов в процессе их обработки для повышения сцепляемости предпочтительно поддерживать приложенное растягивающее напряжение на уровне менее 3 cN/tex, и даже на уровне менее 1,5 cN/tex.

В этом диапазоне изменения угла спирального скручивания установлено, что, схематизируя кривую силы удлинения полученных усиливающих элементов при помощи двух касательных, одна из которых выполнена в начале кривой, соответствующей исходному модулю растяжения, а другая выполнена в зоне разрыва, можно определить точку пересечения двух этих касательных как точку перехода А данного усиливающего элемента. Эта точка перехода заключена в диапазоне от 5 до 8% относительного удлинения, что значительно превышает относительное удлинение при разрыве для обычного усиливающего элемента из ароматического полиамида, имеющее величину порядка 4-5%.

Титры усиливающих элементов, используемых в предохранительном блоке пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением, предпочтительно превышают 600 tex.

Предпочтительно арматура гребня пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением такова, что слой предохранительного блока, образованный усиливающими элементами, ориентированными в окружном направлении, примыкает снаружи в радиальном направлении к слою параллельных между собой и ориентированных в окружном направлении усиливающих элементов рабочего блока.

Предпочтительно этот слой рабочего блока содержит усиливающие элементы, исходный модуль для которых превышает 1800 cN/tex. Эти усиливающие элементы могут быть изготовлены из ароматического полиамида с углом спирального скручивания, имеющим величину менее 26 градусов. Относительное удлинение при разрыве таких усиливающих элементов имеет величину порядка от 4 до 5%.

Арматура гребня пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением такова, что усилия, возникающие вследствие накачивания, и центробежные усилия хорошо воспринимаются слоями рабочего блока, поскольку точка перехода А усиливающих элементов, образующих предохранительный слой, расположена за пределами относительного удлинения при разрыве для усиливающих элементов, имеющих окружную ориентацию и образующих смежный усиливающий слой рабочего блока.

Предпочтительно слой предохранительного блока выходит в осевом направлении за пределы рабочего блока с одной и с другой стороны от средней плоскости пневматической шины.

Объектом настоящего изобретения также является авиационная пневматическая шина, содержащая гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня, причем эта арматура гребня содержит, изнутри наружу в радиальном направлении, рабочий блок и предохранительный блок, имеющий по меньшей мере один слой усиливающих элементов, параллельных между собой и ориентированных по существу в окружном направлении, отличающаяся тем, что этот слой предохранительного блока образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида, и такими, что угол спирального скручивания этих усиливающих элементов превышает 28 градусов.

Предлагаемое изобретение касается также пневматической шины для тяжелого автодорожного транспортного средства, содержащей гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня, причем эта арматура гребня содержит, изнутри наружу в радиальном направлении, рабочий блок и предохранительный блок, имеющий по меньшей мере один слой усиливающих элементов, параллельных между собой и ориентированных по существу в окружном направлении, в которой согласно изобретению этот слой предохранительного блока образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида, и такими, что угол спирального скручивания этих усиливающих элементов превышает 28 градусов.

Ниже описаны примеры реализации предлагаемого изобретения в случае авиационной пневматической шины со ссылками на приведенные в приложении фигуры, среди которых:

Фиг.1 представляет собой схематический вид в осевом разрезе пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением;

Фиг.2 представляет собой схематический вид в осевом разрезе второго способа реализации;

Фиг.3 представляет собой схематический вид в осевом разрезе третьего способа реализации;

Фиг.4 представляет кривые зависимости между усилием и относительным удлинением для нескольких усиливающих элементов;

Фиг.5 представляет кривые зависимости между усилием и относительным удлинением для двух дополнительных усиливающих элементов.

Авиационная пневматическая шина 1, схематически представленная в половинном осевом разрезе на фиг.1, содержит гребень 2, две боковины 3 и два борта 4. Арматура каркаса 5 проходит от одного борта до другого и образована двумя окружными рядами 6 и 7 первых усиливающих элементов. Эти окружные ряды первых усиливающих элементов 6 и 7 ориентированы по существу в радиальном направлении в боковинах 3 и образованы усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида или из арамида. Эти первые усиливающие элементы расположены параллельно друг другу и разделены слоем каучуковой смеси 8, природа и модуль которой адаптированы в функции ее расположения в данной пневматической шине.

На фиг.1 также представлен первый пример реализации арматуры гребня 14. Эта арматура гребня образована рабочим блоком и предохранительным блоком. Предохранительный блок содержит слой 17, образованный усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида и имеющими угол спирального скручивания в диапазоне от 28 до 38 градусов и титр, превышающий 600 tex. Рабочий блок содержит два имеющих по существу окружную ориентацию слоя усиливающих элементов 15 и 16, полученных путем спиральной намотки по меньшей мере одного усиливающего элемента. Это усиление рабочего блока содержит усиливающие элементы, изготовленные из ароматического полиамида или из арамида. Эти усиливающие элементы имеют исходный модуль, величина которого превышает 1800 cN/tex, и крученые нити из арамида имеют угол спирального скручивания меньше 26 градусов.

Количество слоев усиливающих элементов в этом рабочем блоке, а также шаг их укладки адаптированы в функции размеров данной пневматической шины и условий ее эксплуатации. Этот способ реализации арматуры гребня обладает тем преимуществом, что он обеспечивает весьма эффективное стягивание, которое минимизирует изменения размеров пневматической шины в процессе ее накачивания, а также при движении с высокой скоростью. Установлено, что изменение профиля при этом может быть в три-четыре раза меньшим, чем для обычной авиационной пневматической шины, например для пневматической шины типоразмера 30-7.7R16 AIRX. Это превосходное стягивание также обладает преимуществом предотвращения сильного растягивания каучуковых смесей, образующих беговую дорожку качения гребня данной пневматической шины. Образование трещин на поверхности беговой дорожки качения, связанное с наличием озона в воздухе, также оказывается существенно уменьшенным.

Также было установлено, что обеспечивается превосходное сцепление слоя 17 предохранительного блока с примыкающим к нему слоем 16.

Арматура гребня 41 пневматической шины 40, схематически представленной на фиг.2, содержит, как и в предшествующем случае, два слоя усиливающих элементов 15 и 16, имеющих по существу окружную ориентацию и дополненных двумя слоями 42 и 43 усиливающих элементов, имеющих исходный модуль, превышающий 1800 cN/tex, ориентированных по существу в окружном направлении и расположенных в осевом направлении по одну и по другую стороны от средней плоскости данной пневматической шины в боковых зонах L ее гребня. Эти слои также образованы ароматическими усиливающими элементами, имеющими исходный модуль, величина которого превышает 1800 cN/tex. Эти усиливающие элементы позволяют усилить стягивание боковых зон L гребня пневматической шины. Слои 42 и 43 расположены в радиальном направлении между слоями 15 и 16 и арматурой каркаса 5.

Арматура 41 также дополнена предохранительным слоем гребня 44, расположенным снаружи в радиальном направлении по отношению к другим слоям арматуры гребня 41. Этот предохранительный слой гребня образован, как и в предшествующем случае, арамидными усиливающими элементами с очень высоким кручением, ориентированными по существу в окружном направлении. Здесь следует отметить, что этот предохранительный слой выходит в осевом направлении за пределы слоев 15 и 16 по одну и по другую стороны от средней плоскости Р данной пневматической шины на некоторое осевое расстояние а.

На фиг.3 схематически представлена пневматическая шина 50, имеющая арматуру гребня 51, которая дополнительно содержит два слоя усиливающих элементов 52, 53, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением угол α, величина которого заключена в диапазоне от 5 до 35 градусов, причем эти усиливающие элементы имеют исходный модуль, величина которого превышает 1800 cN/tex. Эти усиливающие элементы также могут быть изготовлены из ароматического полиамида с углом спирального скручивания, величина которого составляет менее 26 градусов. Два эти слоя расположены в радиальном направлении поверх окружных слоев усиливающих элементов 15 и 16. Два этих слоя увеличивают толкающее усилие сноса пневматической шины 50 по отношению к толкающему усилию сноса пневматической шины 40. Эта пневматическая шина специфическим образом приспособлена для того, чтобы быть использованной в качестве пневматической шины для управляемой передней стойки шасси самолета. Подобная конструкция также может быть применена для пневматических шин, предназначенных для тяжелых транспортных средств.

Во всех трех представленных выше примерах реализации закрепление двух окружных рядов 6 и 7 усиливающих элементов обеспечивается в бортах 3 при помощи рядов или "пакетов" 9 вторых усиливающих элементов, ориентированных в окружном направлении и расположенных в осевом направлении по одну и по другую стороны от каждого окружного ряда первых усиливающих элементов 6 и 7. При этом каждый ряд или пакет 9 этих вторых усиливающих элементов может быть получен путем спиральной намотки одного усиливающего элемента. Первые усиливающие элементы, которые являются радиальными, и вторые усиливающие элементы, которые являются окружными, отделены друг от друга при помощи слоя каучуковой смеси 10 с очень высоким модулем упругости для исключения всякой возможности непосредственного контакта одного усиливающего элемента с другим. Боковое сцепление между каждым окружным рядом 6 и 7 и пакетами 9 окружных усиливающих элементов позволяет воспринимать напряжение растяжения, которое возникает в этих первых усиливающих элементах в процессе накачивания пневматической шины 1. Такая конструкция бортов обеспечивает превосходное закрепление, которое остается весьма эффективным даже при весьма высоких значениях давления накачивания авиационных пневматических шин, превышающих 12 бар и достигающих в некоторых специфических случаях применения 25 бар.

Пакеты 9 вторых усиливающих элементов распределены на три группы, причем два пакета 11 расположены в осевом направлении снаружи от арматуры каркаса 5 с наружной стороны данной пневматической шины, два пакета 12 расположены изнутри в осевом направлении по отношению к арматуре каркаса 5 с внутренней стороны этой пневматической шины и 4 пакета 13 расположены между двумя окружными рядами 6 и 7 арматуры каркаса 5.

Арматура гребня пневматических шин в соответствии с предлагаемым изобретением также может быть использована совместно с арматурами каркаса, обычным образом закрепленными в бортах этой пневматической шины при помощи оборота вокруг соответствующего бортового кольца.

На фиг.4 представлены кривые изменения усилия относительного удлинения для четырех усиливающих элементов, изготовленных из ароматического полиамида и используемых в пневматических шинах в соответствии с предлагаемым изобретением:

- кривая 1 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью и с углом спирального скручивания в 31,5 градуса;

- кривая 2 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью и с углом спирального скручивания в 34 градуса;

- кривая 3 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью и с углом спирального скручивания в 38 градусов;

- кривая 4 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью и с углом спирального скручивания в 21 градус.

Показанные на этой фигуре кривые представляют на оси абсцисс относительное удлинение крученой нити в % и представляют на оси ординат отношение между приложенным усилием и титром данной крученой нити, что соответствует прочности на разрыв, выраженной в cN/tex.

Кривая 4 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью, имеющей титр 735 tex и изготовленной на основе двух одинаковых прядей арамидного волокна с титром 330 tex, скрученных индивидуальным образом на уровне 230 оборотов на метр, а затем скрученных одновременно и совместно на уровне 230 оборотов на метр в противоположном направлении, что придает этой крученой нити угол спирального скручивания в 21 градус. Относительное удлинение при разрыве этой крученой нити составляет 4,45%, а исходный модуль имеет величину 2000 cN/tex. Прочность на разрыв этой крученой нити составляет 133 cN/tex.

Кривая 1 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью, имеющей титр 1235 tex и изготовленной на основе трех одинаковых прядей арамидного волокна с титром 330 tex, скрученных индивидуальным образом на уровне 310 оборотов на метр, а затем скрученных одновременно и совместно на уровне 310 оборотов на метр в противоположном направлении, что придает этой крученой нити угол спирального скручивания в 31,5 градуса. Относительное удлинение при разрыве этой крученой нити составляет 8,8%, а исходный модуль имеет величину порядка 480 cN/tex, и прочность на разрыв составляет 104 cN/tex. Кривая зависимости усилия растяжения и относительного удлинения этой крученой нити представляет двухмодульный характер, отмеченный точкой перехода А1, расположенной на уровне порядка 5,7%.

Кривая 2 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью, имеющей титр 1291 tex и изготовленной на основе трех одинаковых прядей арамидного волокна с титром 330 tex, скрученных индивидуальным образом на уровне 350 оборотов на метр, а затем скрученных одновременно и совместно на уровне 350 оборотов на метр в противоположном направлении, что придает этой крученой нити угол спирального скручивания в 34 градуса. Относительное удлинение при разрыве этой крученой нити составляет 10,2%, а исходный модуль имеет величину порядка 330 cN/tex, и прочность на разрыв составляет 90 cN/tex. Точка перехода А2 кривой, отображающей зависимость между усилием растяжения и относительным удлинением, располагается на уровне порядка 6,9%.

Кривая 3 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью, имеющей титр 1371 tex и изготовленной на основе трех одинаковых прядей арамидного волокна с титром 330 tex, скрученных индивидуальным образом на уровне 390 оборотов на метр, а затем скрученных одновременно и совместно на уровне 390 оборотов на метр в противоположном направлении, что придает этой крученой нити угол спирального скручивания в 38 градусов. Относительное удлинение при разрыве этой крученой нити составляет 12,3%, а исходный модуль имеет величину порядка 165 cN/tex, и прочность на разрыв составляет 68 cN/tex. Точка перехода А3 кривой, отображающей зависимость между усилием растяжения и относительным удлинением, расположена на уровне порядка 7,7%.

Крученые нити в соответствии с предлагаемым изобретением обычным образом подвергались обработке для повышения сцепляемости с последовательным использованием двух ванн, причем в процессе этой обработки ванна предварительного придания повышенной сцепляемости обеспечивает нанесение клеящего вещества типа эпоксидной смолы, и вторая ванна обеспечивает нанесение клеящего вещества типа RFL. Растягивающее напряжение в процессе обработки в первой ванне составляет 1 cN/tex и в процессе обработки во второй ванне составляет 0,6 cN/tex. В процессе этой обработки температура составляет 230°С.

Эти кривые зависимости между усилием растяжения и относительным удлинением отчетливо демонстрируют модификацию поведения, связанную с увеличением степени скручивания крученых нитей. Три эти кривые представляют двухмодульный тип поведения, отмеченный точкой перехода А, которая расположена на уровне относительного удлинения, увеличивающемся с возрастанием угла спирального скручивания.

На фиг.5 представлены кривые зависимости между усилием растяжения и относительным удлинением для двух усиливающих элементов в соответствии с предлагаемым изобретением. Кривая 5 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью, имеющей титр 791 tex и изготовленной на основе двух одинаковых прядей арамидного волокна с титром 330 tex, скрученных индивидуальным образом на уровне 360 оборотов на метр, а затем скрученных одновременно и совместно на уровне 360 оборотов на метр в противоположном направлении, что придает этой крученой нити угол спирального скручивания в 31,5 градуса. Относительное удлинение при разрыве этой крученой нити составляет 8,2%, а исходный модуль имеет величину порядка 500 cN/tex, и прочность на разрыв составляет 96 cN/tex. Точка перехода А5 данной кривой располагается на уровне порядка 4,7%. Здесь можно видеть поведение, близкое к поведению крученой нити, соответствующей описанной выше кривой 1.

Кривая 6 соответствует крученой нити с повышенной сцепляемостью, имеющей титр 848 tex и изготовленной на основе двух одинаковых прядей арамидного волокна с титром 330 tex, скрученных индивидуальным образом на уровне 450 оборотов на метр, а затем скрученных одновременно и совместно на уровне 450 оборотов на метр в противоположном направлении, что придает этой крученой нити угол спирального скручивания в 37,5 градуса. Относительное удлинение при разрыве этой крученой нити составляет 10,8%, а исходный модуль имеет величину порядка 300 cN/tex, и прочность на разрыв составляет 72 cN/tex. Точка перехода А6 данной кривой расположена на уровне порядка 6,9%. Здесь можно видеть поведение этой крученой нити, близкое к поведению крученой нити, соответствующей кривой 3.

Были проведены тестовые испытания пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением, имеющей типоразмер 30-7,7 R 16 и содержащей:

- в качестве арматуры каркаса три окружных ряда первых усиливающих элементов, образованных кручеными нитями с повышенной сцепляемостью, изготовленными на основе 3 одинаковых арамидных прядей с титром 167 tex; плотность первых усиливающих элементов составляет 88 волокон на дм в зоне бортов;

- в качестве вторых усиливающих элементов стальные одиночные проволоки, имеющие диаметр 0,98 мм и распределенные по 13 единиц в пакетах 9:

- 3 наиболее внутренних в осевом направлении пакета с 14, 17 и 20 витками,

- 4 пакета между первым и вторым окружными рядами с 10, 14, 16 и 20 витками,

- 3 пакета между вторым и третьим окружными рядами с 19, 15 и 10 витками, и

- 3 наиболее наружных в осевом направлении пакета с 14, 10 и 7 витками,

- арматуру гребня, имеющую в своем составе:

- три слоя усиливающих элементов, ориентированных по существу в окружном направлении и представляющих собой крученые нити с повышенной сцепляемостью, с титром, равным 735 tex, изготовленные на основе двух идентичных прядей арамидного волокна 330 tex (кривая 4); эти усиливающие элементы имеют шаг укладки 1,2 мм; и

- предохранительный слой, образованный усиливающими элементами с углом спирального скручивания 38 градусов, соответствующими усиливающему элементу кривой 6 зависимости усилия от относительного удлинения.

Слой каучуковой смеси с очень высоким модулем упругости имеет секущий модуль растяжения 45 МПа и твердость по Шору А на уровне 90.

Эта пневматическая шина подвергалась тестированию по прочности на разрыв, и максимальные измеренные давления имели величину порядка 100 бар. Она также характеризуется степенью увеличения ее размеров при переходе от нулевого давления к эксплуатационному давлению, составляющему 15 бар, на величину порядка 1,5%. Эта пневматическая шина также с успехом подвергалась тестированию на взлете, подобному тестам, нормализованным для сертификации авиационных пневматических шин.

Эта пневматическая шина была сопоставлена с пневматической шиной обычной конструкции, содержащей усиливающие элементы арматуры каркаса, изготовленные из нейлона, и арматуру гребня с несколькими слоями стягивания, также образованными усиливающими элементами, изготовленными из нейлона, и с металлическим предохранительным слоем гребня. Этот предохранительный слой был образован металлическими усиливающими элементами, уложенными волнистым образом в плоскости гребня для того, чтобы обеспечить наибольшую возможную эффективность.

Проведенное тестирование соответствовало принудительному качению пневматических шин по колесу, содержащему серию полусферических выступов с размерами, адаптированными для того, чтобы повредить арматуру гребня этих пневматических шин. Обе протестированные пневматические шины продемонстрировали практически идентичную прочность. Следовательно, предохранительный слой гребня в соответствии с предлагаемым изобретением обладает тем преимуществом, что он обеспечивает такую прочность по отношению к дорожным выступам, что и обычный металлический предохранительный слой, обладая при этом лучшей устойчивостью к окислению арматуры гребня.

Изготовление пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением предпочтительно может быть реализовано на жестком сердечнике, задающем форму внутренней полости этой пневматической шины, типа тех сердечников, которые описаны, например, в патентных документах ЕР 242840 или ЕР 822047. На этот сердечник накладывают в порядке, определяемом конечной архитектурой данной пневматической шины, все компоненты этой пневматической шины, которые располагаются непосредственно в их окончательном положении и не подвергаются никаким операциям формования в процессе изготовления. Вулканизация осуществляется на этом сердечнике, который извлекается лишь после завершения этапа вулканизации.

Такой способ изготовления пневматической шины имеет преимущество, которое заключается в том, что существенно уменьшаются, и даже полностью устраняются, предварительные механические напряжения, воздействующие на усиливающие элементы, в частности на усиливающие элементы, ориентированные под углом 0°, в процессе выполнения традиционных операций изготовления пневматической шины.

Можно также частично охлаждать бандаж, расположенный на упомянутом выше сердечнике, для поддержания усиливающих элементов в состоянии деформации, заданной в процессе их укладки.

Можно также эквивалентным образом изготавливать пневматическую шину на барабане типа того, который описан в патентных документах WO 97/47463 или ЕР 0718090, в условиях реализации формования заготовки пневматической шины перед осуществлением укладки усиливающих элементов, ориентированных в окружном направлении.

Можно также осуществлять укладку усиливающих элементов, ориентированных в окружном направлении, на форму, имеющую геометрические параметры, идентичные геометрическим параметрам вулканизационной формы. Затем сформированный таким образом блок гребня соединяют с дополняющей его заготовкой в соответствии с технологиями переноса, известными специалисту в данной области техники, после чего также в соответствии с известными принципами данную пневматическую шину вкладывают в форму и подвергают воздействию давления путем разворачивания мембраны внутри этой пневматической шины.

Этот способ реализации также гарантирует отсутствие предварительных механических напряжений, возникающих в результате формования на вулканизационном прессе.

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Пневматическая шина содержит гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня, причем эта арматура гребня содержит, в радиальном направлении изнутри наружу, рабочий блок и предохранительный блок, содержащий по меньшей мере один слой параллельных между собой усиливающих элементов, ориентированных в окружном направлении. Слой предохранительного блока образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида с исходным модулем упругости, имеющим величину менее 1000 cN/tex, и прочностью на разрыв, превышающий 65 cN/tex. В результате повышается стойкость арматуры гребня пневматических шин. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Пневматическая шина, содержащая гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня, причем эта арматура гребня содержит в радиальном направлении изнутри наружу рабочий блок и предохранительный блок, содержащий по меньшей мере один слой параллельных между собой усиливающих элементов, ориентированных, по существу, в окружном направлении, отличающаяся тем, что слой предохранительного блока образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида с исходным модулем, имеющим величину менее 1000 cN/tex и прочностью на разрыв, превышающей 65 cN/tex.2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что исходный модуль изготовленных из ароматического полиамида усиливающих элементов имеет величину, меньшую или равную 500 cN/tex.3. Пневматическая шина, содержащая гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня, причем эта арматура гребня содержит в радиальном направлении изнутри наружу рабочий блок и предохранительный блок, содержащий по меньшей мере один слой параллельных между собой усиливающих элементов, ориентированных, по существу, в окружном направлении, отличающаяся тем, что слой предохранительного блока образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида таким образом, что угол спирального скручивания усиливающих элементов превышает 28°.4. Пневматическая шина по п.3, отличающаяся тем, что угол спирального скручивания усиливающих элементов имеет величину, меньшую или равную 38°.5. Пневматическая шина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что угол спирального скручивания усиливающих элементов имеет величину в диапазоне 31-38°.6. Пневматическая шина по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что приложенное к усиливающим элементам растягивающее напряжение в процессе их обработки для повышения сцепляемости имеет величину менее 3 cN/tex.7. Пневматическая шина по п.6, отличающаяся тем, что приложенное к усиливающим элементам растягивающее напряжение в процессе их обработки для повышения сцепляемости имеет величину менее 1,5 cN/tex.8. Пневматическая шина по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что титр усиливающих элементов слоя предохранительного блока превышают 600 tex.9. Пневматическая шина по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что слой предохранительного блока примыкает снаружи в радиальном направлении к слою параллельных между собой и ориентированных, по существу, в окружном направлении усиливающих элементов рабочего блока.10. Пневматическая шина по п.9, отличающаяся тем, что усиливающие элементы слоя рабочего блока имеют исходный модуль упругости, величина которого превышает 1800 cN/tex.11. Пневматическая шина по п.9, отличающаяся тем, что усиливающие элементы слоя рабочего блока представляют собой элементы, изготовленные из ароматического полиамида, с углом спирального скручивания менее 26°.12. Пневматическая шина по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что слой предохранительного блока выходит в осевом направлении за пределы рабочего блока с одной и с другой стороны от средней плоскости пневматической шины.13. Авиационная пневматическая шина, содержащая гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня, причем эта арматура гребня содержит изнутри наружу в радиальном направлении, рабочий блок и предохранительный блок, имеющий по меньшей мере один слой усиливающих элементов, параллельных между собой и ориентированных, по существу, в окружном направлении, отличающаяся тем, что слой предохранительного блока образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида и имеющими исходный модуль упругости на уровне менее 1000 cN/tex и прочность на разрыв, превышающую 65 cN/tex.14. Авиационная пневматическая шина по п.13, отличающаяся тем, что рабочий блок арматуры гребня содержит по меньшей мере один слой параллельных между собой усиливающих элементов, ориентированных в окружном направлении и имеющих исходный модуль упругости, превышающий 1800 cN/tex, примыкающий к слою предохранительного блока.15. Авиационная пневматическая шина по п.14, отличающаяся тем, что гребень содержит центральную зону и две боковые зоны, рабочий блок дополнительно содержит два слоя усиливающих элементов с исходным модулем упругости, превышающим 1800 cN/tex, ориентированных в окружном направлении и расположенных в осевом направлении по одну и по другую стороны от средней плоскости данной пневматической шины в боковых зонах гребня.16. Авиационная пневматическая шина по п.14 или 15, отличающаяся тем, что рабочий блок дополнительно содержит два слоя усиливающих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением угол α, величина которого заключена в диапазоне 5-35°, причем усиливающие элементы имеют исходный модуль упругости, превышающий 1800 cN/tex.17. Пневматическая шина для тяжелого автодорожного транспортного средства, содержащая гребень, две боковины и два борта, а также арматуру каркаса, закрепленную в каждом из бортов, и арматуру гребня, причем эта арматура гребня содержит изнутри наружу в радиальном направлении рабочий блок и предохранительный блок, имеющий по меньшей мере один слой усиливающих элементов, параллельных между собой и ориентированных, по существу, в окружном направлении, отличающаяся тем, что слой предохранительного блока образован усиливающими элементами, изготовленными из ароматического полиамида с исходным модулем упругости, имеющим величину менее 1000 cN/tex, и прочностью на разрыв, превышающей 65 cN/tex.18. Пневматическая шина для тяжелого автодорожного транспортного средства по п.17, отличающаяся тем, что рабочий блок арматуры гребня содержит по меньшей мере один слой параллельных между собой усиливающих элементов, ориентированных в окружном направлении, с исходным модулем упругости, превышающим 1800 cN/tex, примыкающий к слою предохранительного блока.19. Пневматическая шина для тяжелого автодорожного транспортного средства по п.18, отличающаяся тем, что гребень содержит центральную зону и две боковые зоны, и рабочий блок дополнительно содержит два слоя усиливающих элементов с исходным модулем упругости, превышающим 1800 cN/tex, ориентированных в окружном направлении и расположенных в осевом направлении по одну и по другую стороны от средней плоскости пневматической шины в боковых зонах этого гребня.20. Пневматическая шина для тяжелого автодорожного транспортного средства по п.18 или 19, отличающаяся тем, что рабочий блок дополнительно содержит два слоя усиливающих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением угол α, величина которого заключена в диапазоне 5-35°, причем эти усиливающие элементы имеют исходный модуль упругости, превышающий 1800 cN/tex.