Область техники
Настоящее изобретение относится к пневматической шине для двухколесных или четырехколесных транспортных средств и, в частности, но не исключительно, к пневматической шине для транспортных средств с мотором так называемого UHP типа (с ультравысокими показателями).
В частности, настоящее изобретение относится к пневматической шине, содержащей каркасную конструкцию, имеющую, по меньшей мере, один слой каркаса и, по меньшей мере, одну кольцевую усиливающую конструкцию, соединенную со слоем каркаса, протекторный браслет, изготовленный из эластомерного материала, в радиально внешнем положении относительно каркасной конструкции, брекерную конструкцию, помещенную между каркасной конструкцией и протекторным браслетом, и пару противоположных по оси боковин на каркасной конструкции, при этом протекторный браслет имеет рисунок, включающий в себя одну или более продольных и/или поперечных канавок.
В рамках настоящего описания подобный тип пневматической шины будет упоминаться как шина с канавками.
Уровень техники
В области шин с канавками для транспортных средств и, в частности, в области шин с канавками для так называемых UHP транспортных средств одно из требований, которое наиболее трудно удовлетворить, заключается в том, чтобы ограничить ухудшение характеристик сцепления с дорогой и характеристик управляемости пневматической шины, в особенности тех, которые относятся к поведению при смещении, которое неизбежно возникает при использовании самой шины.
В случае шин с канавками данная проблема по существу инициируется тем фактом, что рисунок протектора с канавками делает пневматическую шину более податливой под поверхностью, контактирующей с грунтом, если бы шина подвергалась сдвиговым напряжениям, таким как, например, поперечные сдвиговые напряжения, которые генерируются на пневматической шине при смещении, торможении или ускорении.
Получаемые местные деформации фактически создают вследствие гистерезиса эластомерного материала, который составляет протекторный браслет, локальное повышение температуры материала, которое изменяет его химические и физические свойства с необратимым ухудшением его механических свойств. Данное ухудшение, в свою очередь, ставит в невыгодное положение даже в большей степени рабочие характеристики пневматической шины, прежде всего ее поведение при смещении, в частности, когда она подвергается высоким термическим и механическим напряжениям, таким как, например, в случаях так называемого "граничного" вождения, являющихся частыми в случае UHP пневматических шин.
В технике были сделаны попытки удовлетворить вышеупомянутое требование посредством усиления части протекторного браслета, образованного между канавками (ребрами или блоками), воздействия на геометрию канавок, например, при наклоне их стенок (операция, известная как "раскосы") или выбора протекторных браслетов, включающих в себя наложенные слои, известные как "беговая дорожка и подложка", в которых радиальный внутренний слой состоит из более твердого эластомерного материала (см., например, публикацию WO 01/03954).
Как вариант, также было предложено, в области пневматических шин для мотоциклов улучшить характеристики при повороте и таким образом характеристики при смещении пневматической шины посредством создания протекторного браслета, состоящего по существу из множества примыкающих по оси секторов и имеющего экваториальную часть с более низкой твердостью и более высоким тангенсом дельта по отношению к характеристикам противоположных частей плечевых зон самого протекторного браслета. Решение такого рода описано, например, в Японской патентной заявке JP 07-108805.
Однако подобные известные конструкции пневматических шин не позволили полностью решить проблему ухудшения характеристик шин с канавками по отношению к мобильности протекторного рисунка под контактирующей с грунтом поверхностью, в частности шин так называемого UHP типа.
Цели изобретения
Целью настоящего изобретения является создание шины с канавками для двухколесных или четырехколесных транспортных средств, которая может достигать улучшенных рабочих характеристик, таких как сцепление с дорогой и управляемость, в частности рабочих характеристик, связанных с поведением шины при смещении, торможении или ускорении.
Сущность изобретения
В соответствии с первым объектом настоящего изобретения указанная цель достигнута посредством создания пневматической шины, раскрытой в п.1 прилагаемой формулы изобретения.
Для того чтобы достичь желательных улучшенных характеристик сцепления с дорогой и управляемости и, в частности, поведения при смещении пневматической шины, необходимо соответствующим образом придать жесткость эластомерному материалу, который окружает боковые стенки канавок так, чтобы изменить состояние частей протекторного браслета, ограниченных соответствующими канавками, менее подверженных деформациям, получаемым в результате напряжений, которым пневматическая шина подвергается при движении, например поперечных напряжений при повороте или продольных напряжений при ускорении или торможении.
Более конкретно, вышеупомянутую задачу можно достичь посредством создания пневматической шины с протекторным браслетом, как правило, состоящим из первого эластомерного материала, включающим в себя, по меньшей мере, одну часть, по существу состоящую из второго эластомерного материала, при этом:
i) протекторный браслет содержит, по меньшей мере, одну канавку, образованную в, по меньшей мере, одной части, по существу состоящей из второго эластомерного материала,
ii) соотношение между модулем упругости Е' при сжатии при 100°С второго эластомерного материала и модулем упругости Е' при сжатии при 100°С первого эластомерного материала составляет не менее чем приблизительно 1,30, и
iii) соотношение между степенью твердости резины по международной шкале при 100°С второго эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, и степенью твердости резины по международной шкале при 100°С первого эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, составляет менее чем приблизительно 1,10.
Следует отметить, что в настоящем описании и в последующих пунктах формулы изобретения термин "эластомерный материал" используется для обозначения композиции, включающей в себя, по меньшей мере, один диеновый эластомерный полимер и, по меньшей мере, один усиливающий наполнитель, такой как сажевый наполнитель и/или кремнекислотный наполнитель. Предпочтительно подобная композиция также включает в себя добавки, такие как, например, сшивающий агент и/или пластификатор. Благодаря присутствию сшивающего агента подобный материал может сшиваться при нагревании так, чтобы образовывать конечный продукт.
Кроме того, в настоящем описании и в последующих пунктах формулы изобретения значения модуля упругости Е' при сжатии, так же как и значения модуля потерь Е" предназначены для измерения посредством общепринятых приборов, самих по себе известных, при предоставлении цилиндрического образца для испытаний вулканизованного эластомерного материала, обладающего длиной 25 мм и диаметром 14 мм, подвергающегося сжатию при предварительной нагрузке до продольной деформации 25% от его первоначальной высоты и выдержанного при температуре 100°С, до динамической синусоидальной деформации максимальной ширины ±3,50% от высоты при предварительной нагрузке, с частотой 100 циклов за секунду (100 Гц).
При этом, чтобы не привязываться к общей теории, следует отметить, что при образовании канавки или канавок протекторного рисунка на части протекторного браслета, по существу состоящего из эластомерного материала, обладающего жесткостью при нагревании (по отношению к значениям модуля упругости Е' при сжатии при 100°С), которая, по меньшей мере, является больше на 30%, чем жесткость при нагревании эластомерного материала, который составляет остальную часть протекторного браслета и обладающего в то же время твердостью при нагревании (по отношению к значениям степени твердости резины по международной шкале при 100°С), которая не превышает более чем на 10% твердость при нагревании эластомерного материала, который составляет остальную часть протекторного браслета, можно получить конструкцию пневматической шины, имеющую как подходящую степень сопротивления деформациям сдвига на канавках, так и подходящие характеристики износостойкости.
Часть (части) второго эластомерного материала, который окружает боковые стенки канавок, являются механически более жесткими и фактически могут эффективно препятствовать деформирующему воздействию напряжений, которому части эластомерного материала, разграниченные между последовательными канавками (как по оси, так и вдоль кругового направления), подвергаются при повороте, ускорении или торможении.
Таким образом, является преимущественно возможным значительно уменьшить сущность деформации, которой боковые стенки канавок, образованных на протекторном браслете, и части эластомерного материала, разграниченные между последовательными канавками (вдоль осевого и/или периферийного направлений), подвергаются, когда транспортное средство следует по криволинейной траектории, при торможениях или ускорениях.
Данный преимущественный технический эффект также достигается без значительного влияния на характеристики пневматической шины при износе, которые являются полностью сравнимыми с характеристиками известных пневматических шин с таким же рисунком протектора, благодаря уменьшенному различию между твердостью при нагревании упомянутых первого и второго эластомерных материалов.
Предпочтительно соотношение между модулем упругости Е' при сжатии при 100°С второго эластомерного материала и модулем упругости Е' при сжатии при 100°С первого эластомерного материала составляет от приблизительно 1,30 до приблизительно 1,50.
Таким образом, можно достичь оптимального механического усиливающего воздействия боковых сторон канавок вместе с дальнейшим улучшением сопротивления напряжениям сдвига, которым части эластомерного материала протекторного браслета подвергаются при движении пневматической шины вдоль изгиба дороги, на комбинированных траекториях или даже при ускорении и торможении.
Предпочтительно и для достижения упомянутых соотношений модуль упругости Е' при сжатии при 100°С первого эластомерного материала составляет от приблизительно 4 до приблизительно 8 МПа, в то время как модуль упругости Е' при сжатии при 100°С второго эластомерного материала составляет от приблизительно 6 до приблизительно 12 МПа.
Отмечая вышеуказанные значения модуля упругости Е' при сжатии при 100°С второго эластомерного материала, было обнаружено, что можно преимущественно достичь оптимальной жесткости боковых стенок канавки (канавок), образованной на протекторном браслете так, чтобы по существу уменьшить деформации эластомерного материала при повороте, торможении или ускорении.
В предпочтительном воплощении изобретения соотношение между степенью твердости резины по международной шкале при 100°С второго эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, и степенью твердости резины по международной шкале при 100°С первого эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, составляет от приблизительно 1 до приблизительно 1,05.
Таким образом, можно достичь оптимального компромисса между характеристиками сцепления с дорогой и управляемости пневматической шины по отношению к подходящей жесткости боковых стенок канавки (канавок), образованной на протекторном браслете, и характеристикой износа пневматической шины.
Сохраняя различие между твердостью при нагревании двух эластомерных материалов внутри подходящих узких допусков, можно снизить до минимума появление явления неравномерного износа протекторного браслета, в частности, на границе раздела между вторым эластомерным материалом, на котором образуются канавки, и первым эластомерным материалом, который с другой стороны составляет остальные части протекторного браслета.
Предпочтительно и для достижения вышеуказанных соотношений степень твердости резины по международной шкале при 100°С первого и второго эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, составляет от приблизительно 50 до приблизительно 70.
Преимущественно данная предпочтительная особенность позволяет достичь оптимальных характеристик стойкости к износу протекторного браслета, устраняя явление неравномерного износа.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения соотношение между вязкостью по Муни ML (1+4) при 100°С второго невулканизованного эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ASTM D5289, и вязкостью по Муни ML (1+4) при 100°С первого невулканизованного эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ASTM D5289, составляет от приблизительно 1 до приблизительно 1,10.
Таким образом, невулканизованные эластомерные материалы являются реологически сравнимыми друг с другом, вследствие чего можно преимущественным образом получить протекторный браслет посредством экструзии с существенным отсутствием нежелательного явления отслоения между частями протекторного браслета, изготовленными из первого и второго эластомерных материалов.
Еще более предпочтительно соотношение между вязкостью по Муни ML (1+4) при 100°С второго невулканизованного эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ASTM D5289, и вязкостью по Муни ML (1+4) при 100°С первого невулканизованного эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ASTM D5289, составляет от приблизительно 1 до приблизительно 1,02.
Предпочтительно и для достижения вышеуказанных соотношений вязкость по Муни ML (1+4) при 100°С первого и второго невулканизованных эластомерных материалов, измеренная в соответствии со стандартом ASTM D5289, составляет от приблизительно 50 до приблизительно 60.
В рамках изобретения желательные механические характеристики и твердость при нагревании первого и в особенности второго эластомерных материалов можно достичь при подходящей композиции ингредиентов данных материалов способами, известными специалистам в данной области техники.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения желательные механические характеристики и характеристики твердости при нагревании второго эластомерного материала можно достичь при усилении подобного материала определенным усиливающим материалом, обладающим характеристиками, способными увеличить модуль упругости Е' при сжатии без значительного увеличения твердости.
Таким образом, в рамках данного предпочтительного варианта воплощения второй эластомерный материал включает в себя, по меньшей мере, один диеновый эластомерный полимер, усиленный, по меньшей мере, одним усиливающим материалом, диспергированным в нем и выбранным из слоистых неорганических материалов, коротких фибриллированных волокон полиамидных материалов и их смесей.
Следует отметить, что при использовании подобных усиливающих материалов можно преимущественным образом увеличить характеристики жесткости второго эластомерного материала, который окружает канавки, образованные на протекторном браслете, без значительного изменения других механических характеристик эластомерного материала, в частности твердости.
В особенно предпочтительном варианте воплощения первый и второй эластомерные материалы включают в себя соответствующие диеновые эластомерные полимеры, обладающие по существу такими же механическими характеристиками и более предпочтительно по существу тем же составом, и сохраняют упомянутые различные характеристики жесткости и твердости при нагревании благодаря проведенному усилению второго эластомерного материала, достигаемому вышеупомянутыми усиливающими материалами.
В соответствии с первым предпочтительным вариантом воплощения упомянутые слоистые неорганические материалы состоят из слоистых неорганических материалов, способных образовывать усиливающие наночастицы в эластомерном материале, известные как нанокомпозиты. Больше информации о морфологии и характеристиках данных неорганических материалов можно найти, например, в "Polymer-Silicate Nanocomposites: Model Systems for Confined Polymers and Polymer Brushes", E.P.Giannelis, R.Krishnamoorti, E.Manias, Advances in Polymer Science (1999), Vol.138, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, стр.107-147.
Предпочтительно указанный, по меньшей мере, один слоистый неорганический материал имеет толщину отдельного слоя, составляющую от 0,01 нм до 30 нм.
Конструкцию слоистого неорганического материала можно определить при использовании дифракции рентгеновских лучей (XRD) или просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ).
В предпочтительном варианте воплощения указанный слоистый неорганический материал имеет во втором эластомерном материале значение d-расположения при анализе дифракции рентгеновских лучей, по меньшей мере, на 10% выше, предпочтительно, по меньшей мере, на 20% выше, по отношению к значению d-расположения слоистого неорганического материала до диспергирования его в диеновом эластомерном полимере.
Для целей изобретения разброс (%) значений d-расположения при анализе дифракции рентгеновских лучей вычисляли следующим образом. Анализ проводили при помещении образца для испытаний в дифрактометр Philips Xpert, применяя анализную радиацию типа CuKα. Получили данные с интервалом 0,04°2θ и импульсом в 6 секунд на интервал в пределах 1,4°2θ-32,0°2θ. Значение d-расположения вычисляли при использовании следующей формулы:
d-расположение=λ/2senθ,
где λ - это длина волны kα радиации Cu (среднее между kα1 и kα2), равная 1,54178 Å.
Значение d-расположения соответствует значению расстояния между кристаллическими плоскостями слоистого неорганического материала во втором эластомерном материале; в частности, указанное значение является средним расстоянием между соответствующими поверхностями смежных слоев слоистого неорганического материала. Эффективное расстояние между сплошными слоями получается при вычитании толщины отдельного слоя из значения d-расположения.
В предпочтительном варианте воплощения второй эластомерный материал включает в себя от 1 до 80 весовых частей, еще более предпочтительно от 5 до 40 весовых частей указанного, по меньшей мере, одного слоистого неорганического материала на 100 весовых частей диенового эластомерного полимера.
В рамках настоящего описания и последующих пунктов формулы изобретения весовые части данного компонента определенного эластомерного материала на 100 весовых частей диенового эластомерного полимера подобного материала будет также указываться термином: вес.ч.
В рамках данного предпочтительного воплощения слоистый неорганический материал можно выбрать, например, из филлосиликатов таких, как смектиты, например монтмориллонит, нонтронит, бейделлит, волконскоит, гекторит, сапонит, сауконит; вермикулит; галлоизит; серицит или их смеси. Особенно предпочтительным является монтмориллонит.
Для получения слоистого неорганического материала, более совместимого с диеновым эластомерным полимером, подобный слоистый неорганический материал можно поверхностно обработать совмещающим агентом.
Предпочтительно данный совмещающий агент можно выбрать, например, из четвертичных солей аммония или фосфония, обладающих общей формулой (I):
где:
Y представляет собой N или P;
R1, R2, R3 и R4, которые могут быть одинаковыми или различными, представляют собой линейную или разветвленную алкильную или гидроксиалкильную группу, обладающую от 1 до 20 атомами углерода; линейную или разветвленную алкенильную или гидроксиалкенильную группу, обладающую от 1 до 20 атомами углерода; группу R5-SH или R5-NH, в которой R5 представляет собой линейную или разветвленную алкиленовую группу, обладающую от 1 до 20 атомами углерода; арильную группу, обладающую от 6 до 18 атомами углерода; арилалкильную или алкиларильную группу, обладающую от 7 до 20 атомами углерода; циклоалкильную группу, обладающую от 5 до 18 атомами углерода; причем указанная циклоалкильная группа, возможно, содержит гетероатомы, такие как кислород, азот или сера;
Хn- является анионом таким, как ион хлора, ион сульфата или ион фосфата; и
n является 1, 2 или 3.
Примером слоистого неорганического материала, который можно использовать в соответствии с настоящим изобретением, является продукт, доступный на рынке под названием Dellite® 67G от Laviosa Chimica Mineraria S.p.A.
В соответствии со вторым предпочтительным вариантом воплощения вышеупомянутые усиливающие материалы, состоящие из коротких фибриллированных волокон полиамидных материалов, представляются, например, так называемой арамидной пастой (короткие фибриллированные волокна полипарафенилентерефталамида), такой как "Kevlar®-pulp" или "Twaron®-pulp" (Kevlar и Twaron являются зарегистрированными торговыми марками фирм DuPont и Akzo соответственно).
Предпочтительно подобные короткие фибриллированные волокна смешиваются с диеновым эластомерным материалом в количестве, составляющем от приблизительно 1 до приблизительно 80 вес.ч. и еще более предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 40 вес.ч., предпочтительно обладающих длиной, составляющей от 0,1 мм до 2,5 мм.
Второй эластомерный материал может также содержать, по меньшей мере, один дополнительный усиливающий наполнитель, обычно используемый в резиновых смесях для пневматических шин, такой как сажевый наполнитель и/или кремнекислотный наполнитель, в количествах обычно от 5 до 80 вес.ч., предпочтительно от 10 до 50 вес.ч.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения протекторный браслет имеет множество поперечных и/или продольных канавок, разграниченных в соответствующих частях протекторного браслета, по существу состоящих из второго эластомерного материала.
Расположение и количество поперечных и/или продольных канавок и частей, по существу состоящих из второго эластомерного материала, из которого они образованы, может быть легко определено специалистом в соответствии с конкретными требованиями применения. Таким образом, например, поперечные и/или продольные канавки могут или не могут располагаться друг от друга по окружности или по оси с постоянным шагом между ними в соответствии с характеристиками, которые являются желательными для придания протекторному рисунку.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения вышеупомянутая, по меньшей мере, одна часть протекторного браслета, по существу состоящая из второго эластомерного материала, формируется таким образом, чтобы образовать покрытие, окружающее указанную, по меньшей мере, одну канавку.
Таким образом, можно получить желательный технический эффект увеличения характеристик жесткости боковых стенок канавок, используя уменьшенное количество второго эластомерного материала, который можно экструдировать в форме относительно тонкого слоя одновременно с первым эластомерным материалом, составляющим остальную часть протекторного браслета, при получении протекторного браслета и до образования канавок на этапе формования и вулканизации пневматической шины.
Предпочтительно подобное покрытие имеет толщину, составляющую от 1 до 10 мм.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения протекторный браслет имеет смежные по оси сектора и содержит:
i) по, меньшей мере, один первый сектор, проходящий по радиусу и по существу состоящий из второго эластомерного материала;
ii) множество вторых секторов, проходящих по радиусу и размещенных на противоположных по оси сторонах, по меньшей мере, одного первого сектора, причем вторые сектора по существу состоят из первого эластомерного материала;
при этом, по меньшей мере, одна канавка образована на, по меньшей мере, одном первом секторе.
Таким образом, можно получить желательный технический эффект увеличения характеристик жесткости боковых стенок канавок, используя смежные по оси сектора, которые получают одновременной экструзией первого и второго эластомерных материалов, обладающих различными характеристиками жесткости и твердости при нагревании.
В данном варианте воплощения, по меньшей мере, одна канавка является предпочтительно продольной канавкой, проходящей по существу по всей периферийной протяженности протекторного браслета.
Поэтому в варианте воплощения протекторного браслета со смежными по оси секторами, по меньшей мере, одна продольная канавка образуется на упомянутом, по меньшей мере, одном первом секторе, состоящем из второго эластомерного материала.
Еще более предпочтительно, чтобы протекторный браслет имел множество продольных канавок, образованных на соответствующих первых секторах протекторного браслета, состоящих из второго эластомерного материала, проходящих по радиусу и отстоящих друг от друга по оси.
Таким образом, можно получить протекторный браслет, имеющий заданные водоотводные характеристики от контактирующей с грунтом поверхности пневматической шины при расположении подходящего количества продольных канавок, отстоящих друг от друга по оси.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения упомянутый, по меньшей мере, один первый сектор проходит по радиусу по существу по всей толщине протекторного браслета для достижения желательного технического эффекта сохранения характеристик поперечной жесткости канавок по существу в течение всего полезного срока службы пневматической шины.
В предпочтительном альтернативном варианте воплощения изобретения пневматическая шина может дополнительно иметь слой подходящего эластомерного материала, расположенного между протекторным браслетом и брекерной конструкцией.
Таким образом, можно, если желательно, оптимизировать конкретные характеристики пневматической шины, такие как поперечная жесткость или сопротивление качению.
В рамках данного варианта воплощения изобретения данный слой предпочтительно по существу состоит из второго эластомерного материала.
Таким образом, можно дополнительно увеличить характеристики жесткости и характеристики сопротивления деформации частей протекторного браслета, разграниченных между последовательными канавками, благодаря опорному воздействию, осуществляемому данным дополнительным слоем.
Предпочтительно слой, размещенный между протекторным браслетом и брекерной конструкцией, имеет толщину, составляющую от 1 до 5 мм, для более полного достижения упомянутых технических эффектов.
В предпочтительном варианте воплощения ширина, по меньшей мере, одного первого проходящего по радиусу сектора является, по меньшей мере, равной ширине продольной канавки, образованной на нем. Таким образом, можно достичь желательный технический эффект ограничения, насколько это возможно, деформации частей протекторного браслета (ребер или блоков), разграниченных между последовательными по оси канавками.
Предпочтительно различие между шириной, по меньшей мере, одного первого радиального сектора и шириной, по меньшей мере, одной продольной канавки составляет от 4 до 10 мм. Таким образом, на обеих сторонах канавки можно обеспечить большее количество второго эластомерного материала, чем достаточное, чтобы избежать нежелательных деформаций боковых стенок канавок, когда пневматическая шина подвергается напряжениям смещения.
В предпочтительном варианте воплощения противоположные по оси боковые стенки продольной канавки (канавок), образованные на первых секторах протекторного браслета, сужаются вдоль внутреннего по радиусу направления и являются по существу прямолинейными.
Кроме того, упомянутая, по меньшей мере, одна продольная канавка предпочтительно располагается по обеим сторонам срединной плоскости соответствующего проходящего по радиусу первого сектора по причине симметрии так, чтобы достичь по существу таких же характеристик жесткости противоположных по оси боковых стенок самой канавки.
Краткое описание чертежей
Дополнительные отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеприведенного описания некоторых предпочтительных вариантов воплощения пневматических шин в соответствии с изобретением, которое не является ограничивающим и выполнено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в поперечном сечении первого варианта воплощения пневматической шины согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 - вид в поперечном сечении в увеличенном масштабе некоторых деталей пневматической шины с фиг.1;
Фиг.3 - вид в поперечном сечении второго варианта воплощения пневматической шины согласно настоящему изобретению, имеющей множество смежных по оси секторов;
Фиг.4 - вид в поперечном сечении в увеличенном масштабе некоторых деталей пневматической шины с фиг.3;
Фиг.5 - вид в поперечном сечении третьего варианта воплощения пневматической шины согласно настоящему изобретению, имеющей множеством смежных по оси секторов;
Фиг.6 - вид в поперечном сечении в увеличенном масштабе некоторых деталей пневматической шины с фиг.5;
Фиг.6А - дополнительный вид в поперечном сечении в увеличенном масштабе проходящего по радиусу сектора и образованной на нем продольной канавки протекторного браслета пневматической шины с фиг.5.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения
На фиг.1-2 пневматическая шина, изготовленная в соответствии с первым предпочтительным вариантом воплощения изобретения, в данном примере являющаяся шиной так называемого UHP типа и предназначенная для установки на транспортном средстве с мотором, в целом обозначена ссылочной позицией 1.
Пневматическая шина 1 включает в себя каркасную конструкцию 2, имеющую, по меньшей мере, один слой 2а каркаса, противоположные боковые края которого завернуты наружу вокруг соответствующих кольцевых усиливающих конструкций 3, обычно известных как "бортовые сердечники", каждый из которых заключен в борт 4, образованный вдоль внутреннего периферийного края пневматической шины 1, и на котором сама пневматическая шина входит в контакт на части, образующей обод (не показано) колеса транспортного средства.
Пневматическая шина 1 также включает в себя протекторный браслет 6, изготовленный из эластомерного материала во внешнем по радиусу положении относительно каркасной конструкции 2, брекерную конструкцию 5, размещенную между каркасной конструкцией 2 и протекторным браслетом 6, и пару боковин 7, 8 в противоположных по оси положениях на каркасной конструкции 2.
Предпочтительно брекерная конструкция 5 включает в себя один или более брекерных слоев, выполненных, например, с материалом из металлических кордов или проволок, расположенных в резиновом слое, проходящих параллельно друг другу в каждом слое и перекрещивающихся относительно кордов соседнего слоя и с одним или более так называемых 0° кордов, спирально и соосно намотанных на пневматическую шину 1 во внешнем по радиусу положении относительно перекрещивающихся кордных материалов.
Протекторный браслет 6, накладываемый по периферии вокруг брекерной конструкции 5, как правило, состоит из первого эластомерного материала, заключающего, по меньшей мере, одну часть 9, причем предпочтительно множество частей 9 по существу состоят из второго эластомерного материала.
В соответствии с вариантом воплощения, показанным на фиг.1, протекторный браслет 6, изготовленный таким образом, имеет внешнюю по радиусу поверхность 6а, предназначенную для контакта качения с грунтом, и также имеет протекторный рисунок, включающий в себя множество продольных канавок 11 для отвода воды или грязи из контактирующей с грунтом поверхности пневматической шины 1.
Продольные канавки 11 образуют множество частей протекторного браслета 6 в виде ребер и/или блоков, схематически обозначенных ссылочной позицией 15 на фиг.1.
Каждая продольная канавка 11 в свою очередь имеет пару противоположных по оси боковых стенок 11а, 11b, предпочтительно сужающихся вдоль внутреннего по радиусу направления.
Предпочтительно боковые стенки 11а, 11b продольных канавок 11 также являются по существу прямолинейными.
В соответствии с вариантом воплощения, показанным на фиг.1, продольные канавки 11 образованы на части 9 протекторного браслета 6, по существу состоящей из второго эластомерного материала.
В соответствии со многими отличительными признаками изобретения соотношение между модулем упругости Е' при сжатии при 100°С второго эластомерного материала и модулем упругости Е' при сжатии при 100°С первого эластомерного материала составляет не менее чем приблизительно 1,30; тогда как соотношение между степенью твердости резины по международной шкале при 100°С второго эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, и степенью твердости резины по международной шкале при 100°С первого эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, составляет менее чем приблизительно 1,10.
Таким образом, можно придать жесткость боковым стенкам 11а, 11b канавок 11 конкретным и локализованным образом, позволяя им и частям 15 протекторного браслета 6, образованным между последовательными канавками, деформироваться по существу меньшим образом вследствие поперечных напряжений, которым части 15 подвергаются, когда пневматическая шина 1 смещается, при этом такие напряжения схематически показаны стрелкой f на фиг.1 и 2.
Части 9, состоящие из второго эластомерного материала и окружающие боковые стенки 11а, 11b канавок 11, которые являются механически более твердыми, могут на самом деле эффективно препятствовать деформирующему воздействию напряжений сдвига, которым части 15 эластомерного материала, образованные между последовательными канавками (в форме ребер и/или блоков) вдоль осевого направления, подвергаются при повороте. Это приводит к преимущественному увеличению сцепления с дорогой и повышению характеристик управления пневматической шины 1.
В соответствии с вариантом воплощения, показанным на фиг.1, упомянутые части 9, по существу состоящие из второго эластомерного материала, выполняют таким образом, чтобы образовать покрытие 13, окружающее продольные канавки 11.
Предпочтительно покрытие 13 имеет толщину, составляющую от 1 до 10 мм.
Следует отметить, что в данном предпочтительном варианте воплощения пневматической шины 1 части 15 протекторного браслета 6, образованные между продольными канавками 11, являются частями составного типа, т.е. они включают в себя два различных эластомерных материала, которые вместе образуют внешнюю по радиусу поверхность 6а протекторного браслета 6, предназначенную для вхождения в контакт с грунтом.
Предпочтительно соотношение между модулем упругости Е' при сжатии при 100°С второго эластомерного материала и модулем упругости Е' при сжатии при 100°С первого эластомерного материала составляет от приблизительно 1,30 до приблизительно 1,50.
Для того чтобы достичь вышеупомянутые соотношения модулей упругости при нагревании, модуль упругости Е' при сжатии при 100°С первого эластомерного материала предпочтительно составляет от приблизительно 4 до приблизительно 8 МПа, тогда как модуль упругости Е' при сжатии при 100°С второго эластомерного материала предпочтительно составляет от приблизительно 6 до приблизительно 12 МПа.
Предпочтительно соотношение между степенью твердости резины по международной шкале при 100°С второго эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, и степенью твердости резины по международной шкале при 100°С первого эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, составляет от приблизительно 1 до приблизительно 1,05.
Таким образом, можно преимущественным образом достичь упомянутые улучшенные характеристики сцепления с дорогой пневматической шины 1 по существу без ухудшения характеристик износа протекторного браслета 6.
Для достижения упомянутых соотношений твердости при нагревании степень твердости резины по международной шкале при 100°С первого и второго эластомерных материалов, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, предпочтительно составляет от приблизительно 50 до приблизительно 70.
Предпочтительно соотношение между вязкостью по Муни ML (1+4) при 100°С второго невулканизованного эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ASTM D5289, и вязкостью по Муни ML (1+4) при 100°С первого невулканизованного эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ASTM D5289, составляет от приблизительно 1 до приблизительно 1,10.
Таким образом, возможна совместная экструзия двух эластомерных материалов, которые составляют протекторный браслет 6 без возникновения реологических проблем.
Для достижения упомянутых соотношений вязкости при нагревании вязкость по Муни ML (1+4) при 100°С первого и второго невулканизованных эластомерных материалов, измеренная в соответствии со стандартом ASTM D5289, составляет от приблизительно 50 до приблизительно 60.
Предпочтительно второй эластомерный материал, который составляет покрытие 13 канавок 11, включает в себя, по меньшей мере, один диеновый эластомерный полимер, усиленный, по меньшей мере, одним усиливающим материалом, выбираемым из слоистых неорганических материалов, коротких фибриллированных волокон полиамидных материалов и их смесей, диспергированным в диеновом эластомерном полимере.
В особенно предпочтительном варианте воплощения первый и второй эластомерные материалы включают в себя диеновые эластомерные полимеры, обладающие по существу одинаковыми механическими характеристиками, и более предпочтительными являются одинаковые диеновые эластомерные полимеры.
В этом случае, единственный диеновый эластомерный полимер можно преимущественно использовать для изготовления двух эластомерных материалов, которые составляют протекторный браслет 6, дифференцирующих желательным образом свои механические характеристики благодаря содержанию во втором эластомерном материале указанного усиливающего материала, выбираемого из слоистых неорганических материалов, коротких фибриллированных волокон полиамидных материалов и их смесей.
Если же используется, по меньшей мере, один слоистый неорганический материал в качестве усиливающего материала, предпочтительным и преимущественным является то, что данный материал обладает толщиной отдельного слоя, составляющей от 0,01 нм до 30 нм, и что данный материал содержится во втором эластомерном материале в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 80 вес.ч, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 40 вес.ч. на 100 вес.ч. диенового эластомерного полимера.
Когда используются короткие фибриллированные волокна полиамидных материалов в качестве усиливающего материала, предпочтительным и преимущественным является то, что данный материал содержится во втором эластомерном материале в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 80 вес.ч. на 100 вес.ч. диенового эластомерного полимера, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 40 вес.ч. на 100 вес.ч. диенового эластомерного полимера.
Второй эластомерный материал может также включать в себя, по меньшей мере, один дополнительный усиливающий наполнитель, обычно использующийся в резиновых смесях для пневматических шин, такой как сажевый наполнитель и/или кремнекислотный наполнитель в количествах, как правило, от 5 до 80 вес.ч., предпочтительно от 10 до 50 вес.ч.
На фиг.3-6А показаны два дополнительных предпочтительных варианта воплощения пневматической шины 1.
В последующем описании и на подобных чертежах элементы пневматической шины 1, которые конструкционно или функционально являются эквивалентными элементам, ранее показанным со ссылкой на вариант воплощения с фиг.1 и 2, обозначены такими же ссылочными позициями и далее не описаны.
В варианте воплощения, проиллюстрированном на фиг.3-6А, части 9 протекторного браслета 6, которые по существу состоят из второго эластомерного материала, описанного выше, образуют множество первых секторов, отстоящих друг от друга по оси и проходящих по радиусу в протекторном браслете.
В данном варианте воплощения протекторный браслет 6 также включает в себя множество вторых секторов 10, отстоящих друг от друга по оси и также проходящих по радиусу от противоположных по оси сторон первых секторов 9. Вторые сектора 10 по существу состоят из описанного выше первого эластомерного материала.
В данном предпочтительном варианте воплощения канавки 11 являются продольными канавками, образованными на первых секторах 9 по существу по всей периферийной протяженности протекторного браслета 6.
Предпочтительно первые и вторые сектора 9, 10 протекторного браслета 6 проходят по радиусу по существу по всей толщине самого протекторного браслета, также в данном случае достигая по существу таких же общих технических эффектов пневматической шины 1, иллюстрируемой на фиг.1 и 2.
Предпочтительно продольные канавки 11 располагаются по обеим сторонам срединной плоскости m первых секторов 9.
Предпочтительно разница между шириной первых радиальных секторов 9 и шириной продольных канавок 11 составляет от 4 до 10 мм, чтобы иметь на обеих сторонах канавки 11 большее количество второго эластомерного материала, чем количество, соответствующее для того, чтобы избежать нежелательных деформаций боковых стенок 11а, 11b продольных канавок 11 под контактирующей с грунтом поверхностью пневматической шины 1, когда протекторный браслет 6 подвергается напряжениям сдвига.
Таким образом, первые и вторые смежные по оси сектора 9, 10 протекторного браслета 6 преимущественно позволяют благодаря их различным механическим характеристикам уменьшить до минимума деформации вдоль поперечного направления частей 15 протекторного браслета 6 (в форме ребер и/или блоков), образованных между продольными канавками 11, когда на протекторном браслете 6 создается напряжение вдоль поперечного направления, в соответствии со стрелкой f вдоль изгиба или на смешанных траекториях.
Преимущественно данная особенность позволяет получить улучшенные характеристики сцепления с дорогой и управляемости пневматической шины 1 при смещении по отношению к характеристикам, которые возможно достичь в случае пневматических шин с протекторным браслетом известного типа.
Для целей изобретения форма первых и вторых секторов 9, 10 протекторного браслета 6 не является критической и может быть преимущественно выбрана специалистом в соответствии с требованиями конкретного применения. Таким образом, подобные сектора, например, могут иметь по существу прямоугольное или, как вариант, по существу трапециевидное поперечное сечение.
В равной степени не критичной для целей настоящего изобретения является форма противоположных по оси боковых стенок 9а, 9b и 10а, 10b первых и вторых секторов 9, 10 протекторного браслета 6. Подобные стенки могут быть, например, по существу прямолинейными или, как вариант, могут иметь, по меньшей мере, одну по существу криволинейную часть.
Также среди данных различных возможных конфигураций специалист может легко выбрать наиболее соответствующую или наиболее преимущественную конфигурацию в соответствии со способами получения, принимаемыми для производства протекторного браслета 6.
Как вариант, первые и вторые сектора 9, 10 также распределяются по оси в соответствии с установленными требованиями продольных канавок 11 с шагом р, который можно изменять или оставлять постоянным вдоль поперечной протяженности протекторного браслета 6.
Хотя пневматическая шина 1 данного предпочтительного варианта воплощения проиллюстрирована только с одним слоем, включающим в себя первые и вторые смежные по оси сектора 9, 10, это не исключает того, что протекторный браслет 6 может включать в себя два или более перекрывающихся по радиусу слоя для удовлетворения конкретных и возможных требований применения.
Кроме того, количество и размер поперечной протяженности первых и вторых секторов 9, 10 протекторного браслета 6 могут отличаться от тех, которые показаны для иллюстративных и не ограниченных целей на фиг.3 и 4, и могут легко определяться специалистом в соответствии с конкретными требованиями применения пневматической шины 1.
В предпочтительном варианте воплощения, показанном на фиг.5, 6 и 6А, первые сектора 9 протекторного браслета 6 проходят по радиусу вдоль внешнего направления, начиная от слоя 12, размещенного между протекторным браслетом 6 и брекерной конструкцией 5.
Предпочтительно слой 12 имеет толщину, составляющую от 1 до 5 мм.
Более предпочтительно слой 12 по существу состоит из второго эластомерного материала, и первые сектора 9 полностью проходят от подобного слоя вдоль внешнего по радиусу направления. Таким образом, преимущественно слой 12 выполняет несущее воздействие первых секторов 9, далее увеличивая характеристики жесткости и стойкости к деформации.
Также в данном случае по существу достигаются такие же суммарные технические эффекты пневматической шины 1, что и шины с фиг.1-4.
Хотя канавки 11, проиллюстрированные на предпочтительных вариантах воплощения с фиг.1-6, являются продольными канавками, пневматическую шину 1 согласно изобретению можно в равной степени обеспечить одной или более поперечными канавками, образованными на соответствующих частях протекторного браслета 6, по существу состоящего из второго эластомерного материала.
В таком случае пневматическая шина 1 также достигает улучшенных характеристик сцепления с дорогой и сниженного разрушения эластомерных материалов, составляющих протекторный браслет 6, даже в ходе ускорения и торможения, т.е. когда напряжения, передаваемые протекторному браслету, направлены по существу вдоль периферийного направления.
В следующих примерах, приведенных исключительно для описательных и неограничивающих целей, теперь будут показаны некоторые композиции предпочтительных эластомерных материалов, которые можно использовать для изготовления протекторного браслета 6 пневматической шины в соответствии с изобретением.
ПРИМЕР 1
Получали эластомерные материалы, обозначенные буквами А и В в следующей таблице 1, которые можно использовать для изготовления первого и второго эластомерного материала протекторного браслета 6 соответственно. В таблице 1 все количества выражены в вес.ч.
Используемые ингредиенты были следующими:
- S-SBR = маслонаполненный сополимер бутадиена и стирола, полученный в растворе, доступный на рынке под торговым названием JSR;
- сажа N234 = продукт, доступный на рынке под торговым названием VULCAN®7H (CABOT CORPORATION);
- SiO2 = кремнекислотный наполнитель, доступный на рынке под торговым названием ULTRASIL® VN3 (DEGUSSA);
- агент, связывающий SiO2 = твердая композиция, включающая 50% технического углерода (N330), 50% бис(3-триэтоксисилил-пропил)тетрасульфида, доступная на рынке под торговым названием X50S® (DEGUSSA);
- усиливающий материал = монтмориллонит, модифицированный солями аммония, доступный на рынке под торговым названием Dellite® 67G (Laviosa Chimica Mineraria S.p.A.);
- микрокристаллический воск;
- ароматическое масло=продукт, доступный на рынке под торговым названием MOBILOIL®90 (MOBIL);
- стеариновая кислота = продукт, доступный на рынке под торговым названием STEARINA®TP8 (MIRACHEM);
- ZnO = продукт, доступный на рынке под торговым названием ZINKOXYD AKTIV® (BAYER);
- антиоксидант = дифенилгуанидин или DPG, коммерчески доступный под торговым названием VULKACIT®D (BAYER);
- TBBS = N-т-бутил-2-бензотиазилсульфенамид, доступный на рынке под торговым названием VULKACIT®NZ (BAYER);
- растворимая сера = продукт, доступный на рынке под торговым названием RUBERSUL®400 (REPSOL DERIVADOS).
В соответствии с общепринятыми технологиями, известными в технике, вышеупомянутые эластомерные материалы подвергались вулканизации и затем серии испытаний, имеющих целью измерение некоторых типичных параметров материалов до и после вулканизации. Параметры, которые принимались к рассмотрению, являлись следующими:
Е' 100°С = модуль упругости при сжатии, измеренный при 100°С в соответствии с вышеописанной методикой;
тангенс дельта 100°С = соотношение между модулем потерь Е" и модулем упругости Е', измеренными при 100°С в соответствии с вышеописанной методикой;
степень твердости резины по международной шкале = степень твердости резины, измеренная при 100°С в соответствии со стандартом ISO 48;
ML (1+4) = вязкость по Муни невулканизованного эластомерного материала, измеренная при 100°С в соответствии со стандартом ASTM D5289.
Результаты проведенных испытаний приведены в таблице 2.
Пример 2
(Поведение на дороге)
Используя эластомерные материалы, полученные в соответствии с предыдущим примером 1, изготовлены серии протекторных браслетов при вытяжке на обычных известных приспособлениях, причем далее протекторные браслеты использовались для производства пневматических шин размера 225/40 ZR18 и 265/35 ZR18, сформированных в соответствии с показанным на фиг.1 и 2.
Пневматические шины, полученные таким образом, затем подвергались серии стандартных испытаний для оценки их поведения на дороге на испытательной трассе, расположенной в Имоле, при установке пневматических шин на Porsche 911.
В проведенных испытаниях характеристики пневматических шин, полученных из смеси предыдущего примера 1, сравнивались с характеристиками, показанными обычными сравнительными пневматическими шинами такого же размера и имеющими такой же протекторный рисунок.
Пневматические шины испытывались парой независимых водителей на заданном количестве кругов, проходимых настолько быстро, на сколько это было возможно. В ходе испытания каждый водитель оценивал максимальное количество кругов, завершенных без восприятия ухудшения характеристик сцепления с дорогой и управляемости.
Полученные результаты, выраженные как среднее из значений, полученных при пяти испытаниях, оценок, выраженных двумя различными водителями, и нормируя индексом 100 количество кругов, завершенных без восприятия ухудшения характеристик сцепления с дорогой в случае обычных пневматических шин, приведены в таблице 3.
Из проведенных испытаний пневматическая шина согласно изобретению достигла благодаря более высокой термомеханической стабильности своего протекторного браслета характеристик, вдвое больших, чем характеристики сравнительной пневматической шины (без покрытия канавок).
Таким образом, пневматическая шина согласно изобретению позволяет достичь следующих преимущественных технических эффектов:
1) снижение состояния деформации протекторного рисунка;
2) термическая и механическая стабильность эластомерных материалов, которые составляют протекторный браслет;
3) улучшенные характеристики управляемости пневматической шины, в частности, при смещении, ускорении или торможении в соответствии с расположением канавок (продольных вместо поперечных); и
4) эксплуатационная стабильность вышеупомянутых характеристик.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2003 |
|
RU2323099C1 |
| ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2003 |
|
RU2319618C2 |
| ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ШИНА ДЛЯ КОЛЕС ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ | 2003 |
|
RU2320495C2 |
| ШИНА ДЛЯ КОЛЕС ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, СОДЕРЖАЩАЯ ПРОТЕКТОРНЫЙ БРАСЛЕТ, ЗАЩИЩЕННЫЙ ОТ ИСКАЖЕНИЙ В КАНАВКАХ ПРОТЕКТОРА | 2008 |
|
RU2478484C1 |
| ШИНА ДЛЯ КОЛЕС ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С ПРОТЕКТОРНЫМ БРАСЛЕТОМ В ВИДЕ КОНСТРУКЦИИ ИЗ БЕГОВОГО СЛОЯ И ОСНОВАНИЯ | 2003 |
|
RU2304050C2 |
| ШИНА И СШИВАЕМАЯ ЭЛАСТОМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 2004 |
|
RU2317901C1 |
| ПРОТЕКТОРНЫЙ БРАСЛЕТ ДВОЙНОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ШИНЫ | 1999 |
|
RU2242374C2 |
| ШИНА ДЛЯ МОТОЦИКЛОВ | 2012 |
|
RU2621528C2 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИН | 2011 |
|
RU2592528C2 |
| ЗИМНЯЯ ШИНА | 2012 |
|
RU2742112C2 |
Шина содержит протекторный браслет, расположенный по радиусу снаружи относительно брекерной конструкции и в основном состоящий из первого эластомерного материала, заключающего, по меньшей мере, одну часть, по существу состоящую из второго эластомерного материала. Протекторный браслет содержит, по меньшей мере, одну канавку, образованную в, по меньшей мере, одной части, по существу состоящей из второго эластомерного материала. Соотношение между модулем упругости (Е') при сжатии при 100°С второго эластомерного материала и модулем упругости (Е') при сжатии при 100°С первого эластомерного материала составляет не менее чем приблизительно 1,30, и соотношение между степенью твердости резины по международной шкале при 100°С второго эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, и степенью твердости резины по международной шкале при 100°С первого эластомерного материала, измеренной в соответствии со стандартом ISO 48, составляет менее чем приблизительно 1,10. Технический результат - улучшение сцепляемости с дорогой и управляемости шины. 35 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.
| US 6247512 B1, 19.06.2001 | |||
| ЕР 1095795 А, 02.05.2001 | |||
| US 4619300 А, 28.10.1986. |
