ШИНА, СОДЕРЖАЩАЯ КОРДЫ КАРКАСНЫХ АРМАТУР С НИЗКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ И С ПЕРЕМЕННЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ ТОЛЩИНЫ КАУЧУКОВЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2014 года по МПК B60C9/08 B60C9/00 B60C5/14 

Изобретение касается шины с радиальной каркасной арматурой и, в частности, шины, предназначенной для транспортных средств, перевозящих тяжелые грузы и движущихся на поддерживаемой скорости, например, таких как грузовики, тракторы, прицепы или автобусы дальнего следования.

Усилительную арматуру или усиление шин и, в частности, шин транспортных средств большегрузного типа в настоящее время чаще всего выполняют путем наложения друг на друга одного или нескольких пластов, обычно называемых «пластами каркаса», «пластами гребня» и т.д. Такое обозначение усилительных арматур связано со способом изготовления, согласно которому выполняют ряд полуфабрикатов в виде пластов, которые содержат нитяные чаще всего продольные усиления и которые затем соединяют или накладывают друг на друга для изготовления заготовки шины. Пласты выполняют на плоскости, и они имеют большие размеры, затем их разрезают в зависимости от размеров данного изделия. На первом этапе сборку пластов тоже производят по существу на плоскости. Затем полученную таким образом заготовку формуют с целью получения обычного тороидального профиля шин. Затем на заготовке располагают так называемые «отделочные» полуфабрикаты для получения изделия, готового к вулканизации.

Такой «классический» способ предусматривает, в частности, для фазы изготовления заготовки шины использование крепежного элемента (как правило, бортового кольца), используемого для осуществления крепления или удержания каркасной арматуры в зоне бортов шины. Так, согласно способу этого типа осуществляют завертывание участка всех пластов, образующих каркасную арматуру (или только ее части), вокруг бортового кольца, располагаемого в борту шины. Таким образом, осуществляют крепление каркасной арматуры в борту.

Широкое применение в промышленности такого классического типа способа, несмотря на многочисленные варианты выполнения пластов и их сборки, привело специалистов к использованию словаря, основанного на кальках с этого способа; отсюда общепринятая терминология, содержащая, в частности, термины «пласты», «каркас», «бортовое кольцо», «формование» для обозначения перехода от плоского продукта к тороидальному изделию и т.д.

В настоящее время существуют шины, которые не содержат собственно «пластов» или «бортовых колец», соответствующих предыдущим определениям. Например, в документе ЕР 0582196 описаны пневматические шины, получаемые без использования полуфабрикатов в виде пластов. Например, усилительные элементы различных усилительных структур накладывают непосредственно на смежные слои каучуковых смесей, затем все это укладывают последовательными слоями на тороидальный сердечник, форма которого позволяет получать напрямую профиль, являющийся конечным профилем шины в процессе изготовления. Таким образом, в данном случае больше нет «полуфабрикатов», «пластов», «бортовых колец». Базовые продукты, такие как каучуковые смеси и усилительные элементы в виде нитей или элементарных нитей, укладывают непосредственно на сердечник. Поскольку этот сердечник имеет тороидальную форму, то нет нужды в формовании заготовки для перехода от плоского профиля к профилю в виде тора.

Кроме того, описанные в этом документе шины не проходят через «традиционный» этап завертывания каркасного пласта вокруг бортового кольца. Этот тип крепления заменен конструкцией, в которой смежно с указанной усилительной структурой боковины располагают окружные нити и затем все это погружают в крепежную или соединительную каучуковую смесь.

Существуют также способы сборки на тороидальном сердечнике, использующие полуфабрикаты, специально выполненные с возможностью быстрой, эффективной и простой укладки на центральный сердечник. Наконец, можно также применять смешанный способ, в котором одновременно используют некоторые полуфабрикаты для реализации определенных архитектурных аспектов (такие как пласты, бортовые кольца и т.д.), тогда как другие аспекты реализуют путем прямого наложения смесей и/или усилительных элементов.

Чтобы учитывать последние технологические достижения как в области изготовления, так и при разработке изделий, в настоящем документе классические термины, такие как «пласты», «бортовые кольца» и т.д., заменены нейтральными терминами или терминами, не зависящими от используемого типа способа. Так, термин «усиление каркасного типа» или «усиление боковины» можно использовать для обозначения элементов усиления каркасного пласта в классическом способе и соответствующих элементов усиления, как правило, укладываемых на уровне боковин, для шин, получаемых при помощи способа без применения полуфабрикатов. Термин «зона крепления», в свою очередь, может обозначать как «традиционное» завертывание каркасного пласта вокруг бортового кольца из классического способа, так и комплекс, образованный окружными усилительными элементами, каучуковой смесью и смежными участками усиления боковины нижней зоны, получаемой при помощи способа наложения на тороидальный сердечник.

В целом в пневматических шинах типа шин для грузовиков каркасную арматуру крепят с двух сторон в зоне борта и накрывают в радиальном направлении арматурой гребня, образованной, по меньшей мере, двумя наложенными друг на друга слоями, образованными нитями или кордами, параллельными в каждом слое и перекрещивающимися от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением углы от 10° до 45°. Упомянутые рабочие слои, образующие рабочую арматуру, можно также накрыть, по меньшей мере, одним так называемым защитным слоем, образованным предпочтительно растяжимыми и металлическими усилительными элементами, называемыми упругими элементами. Она может также содержать слой металлических нитей или кордов с незначительной растяжимостью, образующих с окружным направлением угол от 45° до 90°, причем этот пласт, называемый триангуляционным, находится в радиальном направлении между каркасной арматурой и первым пластом гребня, называемым рабочим пластом, образованными параллельными нитями или кордами, имеющими углы не более 45° по абсолютной величине. Триангуляционный пласт образует, по меньшей мере, с упомянутым рабочим пластом триангуляционную арматуру, которая под действием различных напряжений претерпевает мало деформаций, при этом основной функцией триангуляционного пласта является восприятие поперечных усилий сжатия, которым подвергаются все усилительные элементы в зоне гребня шины.

В случае пневматических шин для большегрузных транспортных средств обычно используют только один защитный слой, и в большинстве случаев его защитные элементы ориентированы в том же направлении и под тем же углом по абсолютной величине, что и усилительные элементы рабочего слоя, находящегося радиально наиболее снаружи и, следовательно, являющегося радиально смежным. В случае пневматических шин для дорожно-строительной техники, предназначенных для движения по более или менее неровной поверхности, предпочтительно применяют два защитных слоя, при этом усилительные элементы перекрещиваются от одного слоя к следующему, и усилительные элементы радиально внутреннего защитного слоя перекрещиваются с нерастяжимыми усилительными элементами радиально наружного рабочего слоя, смежного с упомянутым радиально внутренним защитным слоем.

Окружное направление пневматической шины или продольное направление является направлением, которое соответствует периферии шины и определено направлением качения шины.

Поперечное или осевое направление шины параллельно оси вращения шины.

Радиальное направление является направлением, секущим ось вращения шины и перпендикулярным к этой оси.

Ось вращения шины является осью, вокруг которой она вращается в условиях нормальной эксплуатации.

Радиальная или меридиональная плоскость является плоскостью, которая содержит ось вращения шины.

Окружная центральная плоскость или экваториальная плоскость является плоскостью, перпендикулярной к оси вращения шины и делящей шину пополам.

Некоторые пневматические шины, называемые «шинами для дальних пробегов», предназначены для движения на большой скорости и на все более дальние расстояния в силу постоянного улучшения и развития автомобильных дорог в мире. Совокупность условий, в которых такая шина должна работать, вне всякого сомнения обеспечивает больший пробег при меньшем износе шины; с другой стороны, происходит снижение усталостной стойкости этой шины. Чтобы можно было осуществить восстановление протектора и даже два восстановления протектора таких шин с целью продления их срока службы, необходимо сохранить структуру и, в частности, каркасную арматуру, свойства усталостной стойкости которой являются достаточными, чтобы выдерживать такие восстановления протектора.

Действительно, длительная эксплуатация изготовленных таким образом шин в особо сложных условиях позволила выявить пределы усталостной стойкости этих шин.

Элементы каркасной арматуры подвергаются, в частности, напряжениям изгиба и сжатия во время качения, которые снижают их усталостную стойкость. Действительно, корды, образующие усилительные элементы каркасных слоев, подвергаются большим напряжениям во время качения шин, в частности, изгибам или повторяющимся изменениям кривизны, которые приводят на уровне нитей к трениям и, следовательно, к износу и к усталости; это явление называют «фрикционной усталостью».

Для выполнения своей функции усиления каркасной арматуры шины упомянутые корды должны прежде всего обладать хорошей гибкостью и повышенной износостойкостью при изгибе, для чего их нити должны иметь относительно небольшой диаметр, предпочтительно меньший 0,28 мм, еще предпочтительнее - меньший 0,25 мм, как правило, меньше диаметра нитей, применяемых в обычных кордах для арматур гребня шин.

На корды каркасной арматуры влияют также так называемые явления «коррозионной усталости», которые связаны с самой природой кордов и которые способствуют проникновению и даже сами проводят коррозийные вещества, такие как кислород и влага. Действительно, воздух или вода, которые проникают в шину, например, во время пореза или просто за счет пусть даже слабой проницаемости внутренней поверхности шины, могут поступать через каналы, образованные внутри кордов с учетом их структуры.

Все эти явления усталости, которые можно объединить общим термином «фрикционная и коррозионная усталость», являются причиной постепенного снижения механических свойств кордов и при наиболее экстремальных условиях качения могут привести к сокращению срока службы этих кордов.

Для повышения усталостной стойкости этих кордов каркасной арматуры, как известно, в частности, увеличивают толщину каучукового слоя, который образует внутреннюю стенку полости шины, чтобы максимально ограничить проницаемость упомянутого слоя. Обычно этот слой частично состоит из бутила, что повышает герметичность шины. Недостатком материала этого типа является удорожание шины.

Известно также изменение конструкции упомянутых кордов, чтобы повысить их проницаемость для каучука и ограничить, таким образом, размер канала для проникновения окисляющих веществ.

Кроме того, эксплуатация шин на большегрузных транспортных средствах на автодорогах, в частности, если они установлены сдвоенными на ведущей оси или на прицепах, приводит к нежелательному использованию в спущенном состоянии. Действительно, как показал анализ, часто при использовании шины находятся в недокачанном состоянии, причем водитель этого не замечает. Таким образом, недокачанные шины регулярно используются на довольно больших расстояниях. Используемая таким образом шина подвергается более значительным деформациям, чем в нормальных условиях эксплуатации, которые могут привести к деформации кордов каркасной арматуры типа «коробления», что сказывается крайне отрицательно при действии напряжений, связанных с давлениями накачивания.

Чтобы ограничить эту проблему, связанную с риском коробления усилительных элементов каркасной арматуры, как известно, используют корды, стянутые дополнительной нитью, окружающей корд и позволяющей предупредить любой риск коробления корда или нитей, образующих корд. Выполненные таким образом шины, хотя и подвержены меньшим рискам повреждения, связанным с движением при низком давлении накачивания, имеют более низкие характеристики с точки зрения износоустойчивости при изгибе, в частности, по причине трения между стяжной нитью и наружными нитями корда во время деформаций шины при качении.

Чтобы устранить эту проблему коробления кордов во время движения на недокачанной шине, как известно, увеличивают, по меньшей мере, локально в зонах напротив зоны каркасной арматуры, в которой может происходить коробление, толщину каучукового слоя, образующего внутреннюю стенку полости шины. Как было указано выше, даже локальное увеличение толщины каучукового слоя, отделяющего каркасную арматуру от полости шины, приводит к увеличению стоимости шины.

Авторы изобретения поставили перед собой задачу получить шины для транспортных средств большегрузного типа, в которых сохраняются характеристики износоустойчивости при эксплуатации на дорогах и в которых улучшены характеристики усталостной стойкости, в частности, по отношению к явлениям «коррозионной усталости» или «фрикционной и коррозионной усталости» при любых условиях эксплуатации, в частности, что касается давления накачивания, и стоимость изготовления которых остается на приемлемом уровне.

В этой связи объектом настоящего изобретения является шина с радиальной каркасной арматурой, состоящей, по меньшей мере, из одного слоя металлических усилительных элементов, при этом упомянутая шина содержит арматуру гребня, над которой в радиальном направлении находится протектор, при этом упомянутый протектор соединен с двумя бортами через две боковины, при этом металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры являются нестянутыми кордами, показывающими при так называемом тесте на проницаемость расход менее 20 см³/мин, при этом в радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля шины толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, и в радиальной плоскости соотношение между значениями толщины каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, двух разных частей шины превышает 1,15 и предпочтительно превышает 1,35.

Так называемый тест на проницаемость позволяет определить продольную воздухопроницаемость проверяемых кордов посредством измерения объема воздуха, проходящего через образец под постоянным давлением в течение заданного времени. Принцип такого теста, хорошо известного специалистам, состоит в выявлении эффективности обработки корда для обеспечения его воздухонепроницаемости; он был описан, например, в стандарте ASTM D2692-98.

Тест осуществляют на кордах, извлекаемых непосредственно путем рассечения вулканизированных каучуковых пластов, которые они усиливают, то есть погруженных в вулканизированный каучук.

Тест производят на 2 см длины корда, покрытого окружающей его каучуковой композицией (или оболочковым каучуком) в вулканизированном состоянии, следующим образом: на вход корда подают воздух под давлением 1 бар и измеряют объем воздуха на выходе при помощи расходомера (например, калиброванного на 0-500 см³/мин). Во время измерения образец корда закрепляют в сжатой герметичной прокладке (например, прокладке из плотной губки или каучука) таким образом, чтобы при измерении можно было учитывать только количество воздуха, проходящего через корд от одного конца к другому вдоль продольной оси; при этом производят предварительный контроль герметичности прокладки при помощи образца из сплошного каучука, то есть без корда.

Измеренный средний (на 10 образцах) расход тем ниже, чем выше продольная непроницаемость корда. Поскольку измерение производят с точностью ±0,2 см³/мин, измеренные значения, равные или меньшие 0,2 см³/мин, считаются ничтожными; они соответствуют корду, который можно считать герметичным (полностью герметичным) по отношению к воздуху вдоль своей оси (то есть, в продольном направлении).

Кроме того, этот тест на проницаемость является простым средством опосредованного измерения коэффициента проницаемости корда для каучуковой композиции. Измеренный расход тем ниже, чем выше коэффициент проницаемости корда для каучука.

Корды, показывающие при так называемом тесте на проницаемость расход менее 20 см³/мин, имеют коэффициент проницаемости более 66%.

Коэффициент проницаемости корда можно также определить при помощи нижеследующего метода. В случае многослойного корда на первом этапе метода с образца длиной от 2 до 4 см снимают наружный слой, затем в продольном направлении и вдоль данной оси измеряют сумму длин каучуковой смеси, отнесенную к длине образца. Эти измерения длин каучуковой смеси исключают незаполненные пространства на этой продольной оси. Эти измерения повторяют на трех продольных осях, распределенных на периферии образца, и повторяют на пяти образцах кордов.

Если корд содержит несколько слоев, первый этап удаления повторяют для слоя, который оказался внешним, и длины каучуковой смеси измеряют вдоль продольных осей.

Затем вычисляют среднее значение всех отношений длины каучуковой смеси к определенным таким образом длинам образцов, чтобы определить коэффициент проницаемости корда.

Толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, равна длине ортогональной проекции конца точки усилительного элемента, ближайшей к упомянутой поверхности, на внутреннюю поверхность полости шины.

Измерения толщины каучуковой смеси осуществляют на поперечном срезе шины, при этом шина находится в ненакачанном состоянии.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения корды каркасной арматуры показывают при тесте на проницаемость расход меньше 10 см³/мин и предпочтительно меньше 2 см³/мин.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, по меньшей мере, на двух третях меридионального профиля шины.

Авторы изобретения установили, что выполненная таким образом шина в соответствии с настоящим изобретением показывает хороший компромисс между усталостной стойкостью и стоимостью изготовления. Действительно, свойства усталостной стойкости такой шины, по меньшей мере, такие же высокие, как и в вышеупомянутых известных решениях как в нормальных условиях качения, так и в условиях качения в недокачанном состоянии. Кроме того, поскольку толщина слоя каучуковой смеси между каркасной арматурой и полостью шины, по меньшей мере, локально уменьшилась по сравнению с обычными шинами и он представляет собой один из самых дорогих компонентов шины, стоимость изготовления шины стала ниже стоимости изготовления обычной шины. Корды каркасной арматуры, показывающие при тесте на проницаемость расход ниже 20 см³/мин, позволяют, с одной стороны, снизить риски, связанные с коррозией, и, с другой стороны, по всей видимости, обеспечивают эффект против коробления, что позволяет оптимально уменьшить толщину каучуковых смесей между внутренней поверхностью полости шины и каркасной арматурой. В некоторых зонах меридионального профиля шины толщину слоя каучуковой смеси между каркасной арматурой и полостью шины согласно изобретению предусматривают больше, чтобы максимально ограничить любые риски коррозии кордов, например, на уровнях зон, наиболее подверженных напряжениям изгиба в номинальных условиях эксплуатации.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения в радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля шины толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм и предпочтительно превышает 4 мм.

Предпочтительно в части профиля шины, в которой толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм, меридиональная длина составляет от 5 до 20 мм.

Предпочтительно согласно изобретению толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, если разность кривизны между рассматриваемой частью меридионального профиля каркасной арматуры в зоне, деформированной по причине сплющивания в пятне контакта, и в зоне, противоположной пятну контакта, меньше 0,008 мм^-1 в номинальных условиях использования.

Рассматриваемой частью меридионального профиля каркасной арматуры является часть, окружающая упомянутую точку металлического усилительного элемента, в которой производят измерение толщины.

Точно так же, толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, предпочтительно превышает 3,5 мм, если разность кривизны между рассматриваемой частью меридионального профиля каркасной арматуры в зоне, деформированной по причине сплющивания в пятне контакта, и в зоне, противоположной пятну контакта, превышает 0,008 мм^-1 в номинальных условиях использования. Эти части меридионального профиля соответствуют частям шины, наиболее подверженным деформации, и являются, например, зонами боковин шины напротив крючка колеса, на котором смонтирована шина, или зонами шин, соответствующим ее плечевым частям.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения меридиональная длина профиля шины содержит не более четырех частей, в которых толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм.

Согласно этому варианту изобретения, по меньшей мере, две части профиля шины, в которых толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм, центрованы на плюс или минус 20 мм, измеренных на криволинейной абсциссе внутренней поверхности полости шины, по ортогональной проекции концов плечевой части шины на внутреннюю поверхность шины.

В рамках изобретения конец плечевой части определен в зоне плеча шины ортогональной проекцией на наружную поверхность шины пересечения касательных к поверхностям аксиально наружного конца протектора (вершина рисунков), с одной стороны, и радиально наружного конца боковины, с другой стороны.

Согласно этому же варианту, по меньшей мере, две части профиля шины, в которых толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм, центрованы на плюс или минус 20 мм, измеренных на криволинейной абсциссе внутренней поверхности полости шины, по ортогональной проекции на внутреннюю поверхность шины точек наружной поверхности шины, предназначенных для вхождения в контакт с радиально наиболее наружной точкой крючка обода.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения каучуковая смесь между полостью шины и элементами усиления радиально наиболее внутреннего слоя каркасной арматуры состоит, по меньшей мере, из двух слоев каучуковой смеси на уровне частей меридионального профиля, имеющих толщину каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышающую или равную 3,5 мм, и слой каучуковой смеси, находящийся радиально наиболее внутри, имеет толщину, меньшую 2 мм и предпочтительно меньшую 1,8 мм. Как было указано выше, этот слой обычно частично состоит из бутила, чтобы улучшить герметичность шины, и, поскольку этот тип материала стоит достаточно дорого, желательно, уменьшить этот слой.

Предпочтительно согласно изобретению в радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля, на которой толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, толщина каучуковой смеси, образующей внутреннюю поверхность полости шины, меньше 1,7 мм.

Согласно этому предпочтительному варианту выполнения изобретения в зонах меньшей толщины каучуковой смеси между каркасной арматурой и полостью шины предусмотрено, чтобы толщина каучуковой смеси, образующей внутреннюю поверхность полости шины, была меньше 1,7 мм. Эта каучуковая смесь, образующая внутреннюю поверхность полости шины и чаще всего состоящая из бутила, является материалом, стоимость которого следует учитывать прежде всего при изготовлении шины. Уменьшение ее толщины до значений, меньших 1,7 мм, на части меридионального профиля шины приводит к снижению стоимости шины.

Предпочтительно в радиальной плоскости соотношение между значениями толщины каучуковой смеси, образующей внутреннюю поверхность полости шины, двух разных частей шины превышает 1,15.

Предпочтительно также согласно изобретению на уровне частей меридионального профиля шины, имеющих толщину каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньшую или равную 3,5 мм, слой каучуковой смеси, радиально смежный со слоем каучуковой смеси, находящимся радиально наиболее внутри, имеет толщину, меньшую 2,5 мм и предпочтительно меньшую 2 мм. Толщину этого слоя, компоненты которого позволяют, в частности, фиксировать кислород воздуха, тоже можно уменьшить, чтобы снизить стоимость шины.

Толщина каждого из этих двух слоев равна длине ортогональной проекции точки одной поверхности на другую поверхность упомянутого слоя.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры, являются кордами, по меньшей мере, из двух слоев, при этом, по меньшей мере, один внутренний слой окружен слоем, образованным сшиваемой или сшитой каучуковой композицией, предпочтительно на основе, по меньшей мере, одного диенового эластомера.

Объектом изобретения является также шина с радиальной каркасной арматурой, состоящей, по меньшей мере, из одного слоя усилительных элементов, при этом упомянутая шина содержит арматуру гребня, над которой в радиальном направлении находится протектор, при этом упомянутый протектор соединен с двумя бортами через две боковины, при этом металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры являются нестянутыми кордами, по меньшей мере, с двумя слоями, при этом, по меньшей мере, один внутренний слой покрывают оболочкой из слоя, состоящего из сшиваемой или сшитой каучуковой композиции, предпочтительно на основе, по меньшей мере, одного диенового эластомера, и в радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля шины толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, и в радиальной плоскости соотношение между значениями толщины каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, двух разных частей шины превышает 1,15 и предпочтительно превышает 1,35.

Под выражением «композиция на основе, по меньшей мере, одного диенового эластомера», как известно, следует понимать, что композиция преимущественно (то есть в массовой доле более 50%) содержит этот или эти диеновые эластомеры.

Следует отметить, что оболочка в соответствии с настоящим изобретением проходит непрерывно вокруг покрываемого ею слоя (то есть эта оболочка является сплошной в «ортогональном» направления корда, которое перпендикулярно к его радиусу), образуя сплошную манжету с поперечным сечением, которое предпочтительно является практически круглым.

Следует также отметить, что каучуковая композиция этой оболочки является сшиваемой или сшитой, то есть по определению содержит систему поперечного сшивания для обеспечения поперечного сшивания композиции во время термической обработки (то есть ее затвердевания, но не плавления); таким образом, эту каучуковую композицию можно рассматривать как неплавкую, так как ее невозможно расплавить нагревом при любой температуре.

Под «диеновым» эластомером или каучуком, как известно, следует понимать эластомер, получаемый, по меньшей мере, частично (то есть гомополимер или сополимер) из диеновых мономеров (мономеров, несущих две двойные сопряженные или несопряженные связи углерод-углерод).

Как известно, диеновые эластомеры можно разделить на две категории: так называемые «в основном ненасыщенные» диеновые эластомеры и так называемые «в основном насыщенные» диеновые эластомеры. Как правило, под «в основном ненасыщенным» диеновым эластомером понимают диеновый эластомер, по меньшей мере, частично получаемый из сопряженных диеновых мономеров с содержанием звеньев или единиц диенового происхождения (сопряженные диены) более 15% (молярных). Так, например, диеновые эластомеры, такие как бутиловые каучуки или сополимеры диенов и альфа-олефинов типа EPDM, не входят в предыдущее определение и могут рассматриваться как «в основном насыщенные» диеновые эластомеры (низкое или очень низкое содержание звеньев диенового происхождения, менее 15%). В категории «в основном ненасыщенных» диеновых эластомеров под «сильно ненасыщенным» диеновым эластомером следует понимать диеновый эластомер с содержанием звеньев диенового происхождения (сопряженные диены), превышающим 50%.

В свете этих определений под диеновым эластомером, который можно применять в рамках настоящего изобретения, следует, в частности, понимать:

(а) любой гомополимер, полученный посредством полимеризации сопряженного диенового мономера, содержащего 4-12 атомов углерода;

(b) любой сополимер, полученный посредством сополимеризации одного или нескольких сопряженных диенов между собой или с одним или несколькими ароматическими виниловыми соединениями с 8-20 атомами углерода;

(c) тройной сополимер, полученный посредством сополимеризации этилена, α-олефина с 3-6 атомами углерода с несопряженным диеновым мономером, содержащим 6-12 атомов углерода, например, такой как эластомеры, полученные из этилена, пропилена с несопряженным диеновым мономером типа вышеуказанного, в частности, такой как гексадиен-1,4, этилиден норборнен, дициклопентадиен;

(d) сополимер изобутилена и изопрена (бутил-каучук), а также галогенсодержащие, в частности, хлорсодержащие или бромсодержащие версии этого типа сополимера.

Настоящее изобретение хотя и подходит для любого типа диенового эластомера, в первую очередь применяется с в основном ненасыщенными диеновыми эластомерами, в частности, вышеупомянутых типов (а) или (b).

Так, предпочтительно диеновый эластомер выбирают из группы, в которую входят полибутадиены (BR), натуральный каучук (NR), синтетические полиизопрены (IR), различные сополимеры бутадиена, различные сополимеры изопрена и смеси этих эластомеров. Предпочтительно такие сополимеры выбирают из группы, в которую входят сополимеры бутадиена и стирола (SBR), сополимеры изопрена и бутадиена (BIR), сополимеры изопрена и стирола (SIR) и сополимеры изопрена, бутадиена и стирола (SBIR).

Предпочтительно согласно изобретению выбранный диеновый эластомер преимущественно (то есть из более, чем на 50 в.ч.) состоит из изопренового эластомера. Как известно, под «изопреновым эластомером» следует понимать гомополимер или сополимер изопрена, иначе говоря, диеновый эластомер, выбираемый из группы, в которую входят натуральный каучук (NR), синтетические полиизопрены (IR), различные сополимеры изопрена и смеси этих эластомеров.

Согласно предпочтительному варианту изобретения выбранный диеновый эластомер исключительно (то есть на 100 в.ч.) состоит из натурального каучука, синтетического полиизопрена или из смеси этих эластомеров, при этом содержание (в молярных %) связей цис-1,4 в синтетическом полиизопрене предпочтительно превышает 90%, еще предпочтительнее превышает 98%.

Согласно частному варианту изобретения можно также использовать купажи (смеси) этого натурального каучука и/или этих синтетических полиизопренов с другими сильно ненасыщенными диеновыми эластомерами, в частности, с вышеуказанными эластомерами SBR или BR.

Каучуковая оболочка корда в соответствии с настоящим изобретением может содержать только один или несколько диеновых эластомеров, который(ые) можно использовать в сочетании с любым типом синтетического эластомера, отличного от диенового, и даже с полимерами, отличными от эластомеров, например, с термопластическими полимерами, причем эти полимеры, отличные от эластомеров, присутствуют в качестве миноритарного полимера.

Несмотря на то, что каучуковая композиция упомянутой оболочки предпочтительно не содержит никакого пластомера и в качестве полимерной основы содержит только диеновый эластомер (или смесь эластомеров), упомянутая композиция может содержать также, по меньшей мере, один пластомер с массовым содержанием х_р, меньшим массового содержания х_е эластомера(ов). В этом случае предпочтительно придерживаются следующего отношения: 0<x_p< 0,5.х_е и более предпочтительно 0<x_p<0,1.х_е.

Предпочтительно система поперечного сшивания каучуковой оболочки является так называемой системой вулканизации, то есть на основе серы (или агента-донора серы) и первичного ускорителя вулканизации. К этой базовой системе вулканизации можно добавлять различные известные вторичные ускорители или активаторы вулканизации. Предпочтительно серу используют с содержанием в пределах между 0,5 и 10 в.ч., еще предпочтительнее в пределах между 1 и 8 в.ч., первичный ускоритель вулканизации, например сульфенамид, предпочтительно используют в количестве в пределах между 0,5 и 10 в.ч., еще предпочтительнее в пределах между 0,5 и 5,0 в.ч.

Кроме упомянутой системы сшивания, каучуковая композиция оболочки в соответствии с настоящим изобретением может также содержать все обычные ингредиенты, используемые в каучуковых композициях, предназначенных для производства шин, например, такие как усиливающие наполнители на основе сажи или неорганический усиливающий наполнитель, такой как диоксид кремния, агенты, противодействующие старению, например, антиоксиданты, масла-расширители, пластификаторы или вещества, облегчающие применение композиций в сыром состоянии, акцепторы и доноры метилена, смолы, бисмалеимиды, известные системы-промоторы сцепления типа “RFS” (резорцин-формальдегид-диоксид кремния) или металлические соли, в частности соли кобальта.

Предпочтительно в сшитом состоянии композиция каучуковой оболочки имеет секущий модуль при растяжении при 10% удлинения (обозначаемый М10), измеренный по стандарту ASTM D 412 1998 года, менее 20 МПа, предпочтительно менее 12 МПа и, в частности, в интервале от 4 до 11 МПа.

Предпочтительно композицию этой оболочки выбирают идентичной композиции, используемой для каучуковой матрицы, которую должны усиливать корды. Таким образом, не возникает никакой проблемы возможной несовместимости между соответствующими материалами оболочки и каучуковой матрицы.

Предпочтительно упомянутую композицию выполняют на основе натурального каучука, и в качестве усиливающего наполнителя она содержит газовую сажу, например газовую сажу типа (ASTM) 300, 600 или 700 (например, N326, N330, N347, N375, N683, N772).

Согласно варианту изобретения металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры являются металлическими кордами со слоями конструкции [L+M] или [L+M+N], используемыми в качестве усилительного элемента каркасной арматуры шины, содержащими первый слой С1 с L нитями диаметром d₁, где L составляет от 1 до 4, охваченный, по меньшей мере, одним промежуточным слоем С2 с М нитями диаметром d₂, намотанными вместе спиралевидно с шагом р₂, где М составляет от 3 до 12, при этом, в случае необходимости, упомянутый слой С2 окружают наружным слоем С3 с N нитями диаметром d₃, намотанными вместе спиралевидно с шагом р₃, где N составляет от 8 до 20, при этом оболочка, состоящая из сшиваемой или сшитой каучуковой композиции на основе, по меньшей мере, одного диенового эластомера, в конструкции [L+M] покрывает упомянутый первый слой С1 и в конструкции [L+M+N] покрывает, по меньшей мере, упомянутый слой С2.

Предпочтительно диаметр нитей первого слоя внутреннего слоя (С1) составляет от 0,10 до 0,5 мм, и диаметр нитей наружных слоев (С2, С3) составляет от 0,10 до 0,5 мм.

Предпочтительно шаг спиралевидного наматывания упомянутых нитей наружного слоя (С3) составляет от 8 до 25 мм.

В рамках настоящего изобретения шаг представляет собой длину, измеренную параллельно оси корда, в конце которой нить с этим шагом завершает полный оборот вокруг оси корда; таким образом, если ось рассечь двумя плоскостями, перпендикулярными к упомянутой оси и разделенными длиной, равной шагу нити слоя, образующего корд, ось этой нити имеет в этих двух плоскостях одинаковое положение на двух окружностях, соответствующих слою рассматриваемой нити.

Предпочтительно корд содержит один и предпочтительно совокупность следующих отличительных признаков:

- слой С3 является насыщенным слоем, то есть в этом слое не остается достаточно места для добавления в него, по меньшей мере, одной (N+1)-й нити диаметром d₃, при этом N является максимальным числом нитей, наматываемых одним слоем вокруг слоя С2;

- каучуковая оболочка покрывает также внутренний слой С1 и/или разделяет пары смежных нитей промежуточного слоя С2;

- каучуковая оболочка покрывает практически радиально внутреннюю половину окружности каждой нити слоя С3, разделяя пары смежных нитей этого слоя С3.

В конструкции L+M+N в соответствии с настоящим изобретением промежуточный слой С2 предпочтительно содержит шесть или семь нитей, и в этом случае корд в соответствии с настоящим изобретением имеет следующие предпочтительные характеристики (d₁, d₂, d₃, p₂ и р₃ в мм):

-(i) 0,10<d₁<0,28;

-(ii) 0,10<d₂<0,25;

-(iii) 0,10<d₃<0,25;

-(iv) М=6 или М=7;

-(v) 5π(d₁+d₂)<p₂≤p₃<5π(d₁+2d₂+d₃);

-(vi) нити упомянутых слоев С2, С3 намотаны в одном направлении кручения (S/S или Z/Z).

Предпочтительно характеристика (v) является такой, что р₂=р₃, и корд называют компактным с учетом также характеристики (vi) (нити слоев С2 и С3 намотаны в одном направлении).

Согласно характеристике (vi) все нити слоев С2 и С3 намотаны в одном направлении кручения, то есть либо в направлении S (расположение “S/S”), либо в направлении Z (расположение “Z/Z”). Предпочтительно наматывание в одном направлении слоев С2 и С3 позволяет в корде в соответствии с настоящим изобретением минимизировать трения между этими двумя слоями С2 и С3 и, следовательно, износ образующих их нитей (поскольку перекрестный контакт между нитями отсутствует).

Предпочтительно корд в соответствии с настоящим изобретением является кордом со слоями конструкции, обозначаемой 1+M+N, то есть его внутренний слой С1 состоит только из одной нити.

Предпочтительно соотношения (d₁/d₂) фиксируют в данных пределах в зависимости от числа М (6 или 7) нитей слоя С2 следующим образом:

при М=6: 0,9<(d₁/d₂)<1,3;

при М=7: 1,3<(d₁/d₂)<1,6.

Слишком низкое значение соотношения d₁/d₂ может способствовать износу между внутренним слоем и нитями слоя С2. Слишком большое значение может отрицательно сказаться на компактности корда при мало изменившемся в конечном счете уровне прочности, а также на его гибкости; повышенная жесткость внутреннего слоя С1 из-за слишком большого диаметра d₁ может, кроме того, помешать возможности самого изготовления корда во время операция свивания корда.

Нити слоев С2 и С3 могут иметь одинаковый или разный диаметр от одного слоя к другому. Предпочтительно используют нити одинакового диаметра (d₂=d₃), в частности, для упрощения процесса свивания и для снижения затрат.

Максимальное число N_max нитей, наматываемых в один насыщенный слой С3 вокруг слоя С2, зависит, разумеется, от многих параметров (диаметр d₁ внутреннего слоя, число М и диаметр d₂ нитей слоя С2, диаметр d₃ нитей слоя С3).

Предпочтительно изобретение применяют с кордом, выбираемым среди кордов структуры 1+6+10, 1+6+11, 1+6+12, 1+7+11, 1+7+12 или 1+7+13.

Для достижения лучшего компромисса между прочностью, возможностью выполнения и сопротивлением изгибу корда, с одной стороны, и проницаемостью по отношению к каучуку, с другой стороны, предпочтительно, чтобы диаметры нитей слоев С2 и С3, идентичные или нет, находились в пределах от 0,12 мм до 0,22 мм.

В этом случае предпочтительно проверяют следующие отношения:

0,14<d₁<0,22;

0,12<d₂≤d₃<0,20;

5<p₂≤p₃<12 (уменьшенный шаг в мм) или 20<p₂≤p₃<30 (увеличенный шаг в мм).

Диаметр меньше 0,19 мм позволяет снизить уровень напряжений, действующих на нити во время больших изменений кривизны кордов, тогда как предпочтительно выбирают диаметры более 0,16 мм, в частности, из соображений прочности нитей и стоимости производства.

В предпочтительном варианте выполнения выбирают, например, р₂ и р₃ в пределах от 8 до 12 мм, предпочтительно для кордов со структурой 1+6+12.

Предпочтительно каучуковая оболочка имеет среднюю толщину, достигающую от 0,010 мм до 0,040 мм.

В целом изобретение можно применять для получения описанных выше кордов каркасной арматуры с любым типом металлических нитей, в частности стальных нитей, например нитей из углеродистой стали и/или нитей из нержавеющей стали. Предпочтительно используют углеродистую сталь, однако, разумеется, можно использовать другие стали или другие сплавы.

Если используют углеродистую сталь, содержание в ней углерода (в мас.% стали) предпочтительно находится в интервале от 0,1% до 1,2%, еще предпочтительнее от 0,4% до 1,0%; эти значения содержания представляют собой хороший компромисс между необходимыми механическими свойствами шины и возможностью изготовления нити. Следует отметить, что содержание углерода от 0,5% до 0,6% делает такие стали в конечном счете менее дорогими, поскольку они легче поддаются волочению. Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения в зависимости от назначения используют стали с низким содержанием углерода, например, от 0,2% до 0,5%, в частности, по причине более низкой стоимости и более легкого волочения.

Корд в соответствии с настоящим изобретением можно получить при помощи различных известных специалисту технологий, например в два этапа, сначала при помощи головки экструдера путем обволакивания сердечника или промежуточной структуры L+M (слои С1+С2), затем на втором этапе посредством конечной операции свивания или скручивания остальных N нитей (слой С3) вокруг покрытого таким образом оболочкой слоя С3. Проблему склеивания в сыром состоянии для каучуковой оболочки во время промежуточных операций наматывания или разматывания в рулонах можно решить известным специалистам способом, например, путем применения промежуточной пленки из пластического материала.

Согласно варианту выполнения изобретения арматуру гребня шины выполняют, по меньшей мере, из двух рабочих слоев гребня нерастяжимых усилительных элементов, перекрещивающихся от одного слоя к другому и образующих с окружным направлением углы от 10° до 45°.

Согласно другим вариантам выполнения изобретения арматура гребня содержит также, по меньшей мере, один слой окружных усилительных элементов.

Согласно предпочтительному варианту изобретения арматуру гребня дополняют радиально снаружи, по меньшей мере, одним дополнительным слоем, называемым защитным слоем, из так называемых упругих усилительных элементов, ориентированных относительно окружного направления под углом от 10° до 45° и с тем же направлением, что и угол, образованный нерастяжимыми элементами радиально смежного с ним рабочего слоя.

Защитный слой может иметь осевую ширину, меньшую осевой ширины наименее широкого рабочего слоя. Упомянутый защитный слой может также иметь осевую ширину, превышающую осевую ширину наименее широкого рабочего слоя, при которой он перекрывает края наименее широкого рабочего слоя и при которой в случае радиально верхнего слоя, являющегося наименее широким, он соединяется в осевом продолжении дополнительной арматуры с наиболее широким рабочим слоем гребня по осевой ширине, а затем в осевом направлении наружу оказывается отделенным от упомянутого наиболее широкого слоя профилями толщиной не менее 2 мм. Защитный слой, образованный упругими усилительными элементами, может в вышеуказанном случае, с одной стороны, быть отделен от краев упомянутого наименее широкого рабочего слоя профилями толщиной, по существу меньшей толщины профилей, разделяющих края двух рабочих слоев, и, с другой стороны, может иметь осевую ширину, меньшую или большую осевой ширины наиболее широкого слоя гребня.

Согласно любому из вышеупомянутых вариантов выполнения изобретения арматуру гребня можно также дополнить радиально внутри между каркасной арматурой и радиально внутренним рабочим слоем, ближайшим к упомянутой каркасной арматуре, триангуляционным слоем металлических нерастяжимых усилительных элементов из стали, образующих с окружным направлением угол, превышающий 60° и имеющий такое же направление, что и угол, образованный усилительными элементами слоя, радиально ближайшего к каркасной арматуре.

Другие детали и предпочтительные отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания примеров выполнения изобретения со ссылками на фиг.1-3, на которых:

фиг.1а - меридиональный схематичный вид шины согласно варианту выполнения изобретения;

фиг.1b - частичный увеличенный вид части схемы, показанной на фиг.1а;

фиг.1с - частичный увеличенный вид другой части схемы, показанной на фиг.1а;

фиг.2 - схематичный вид в разрезе корда каркасной арматуры шины, показанной на фиг.1;

фиг.3 - схематичный вид в разрезе первого другого примера корда каркасной арматуры в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 - схематичный вид в разрезе второго другого примера корда каркасной арматуры в соответствии с настоящим изобретением.

Для упрощения понимания чертежи представлены не в масштабе.

Показанная на фиг.1а шина 1 размером 315/70 R 22.5 содержит радиальную каркасную арматуру 2, закрепленную в двух бортах 3 вокруг бортовых колец 4. Каркасная арматура 2 образована только одним слоем 11 металлических кордов и двумя каландровыми слоями 13. Каркасная арматура 2 стянута арматурой 5 гребня, которая, в свою очередь, закрыта протектором 6. В направлении радиально изнутри наружу арматура 5 гребня содержит:

- первый рабочий слой, выполненный из нестянутых нерастяжимых металлических кордов 11.35, непрерывных по всей ширине пласта и ориентированных под углом, равным 18°,

- второй рабочий слой, выполненный из нестянутых нерастяжимых металлических кордов 11.35, непрерывных по всей ширине пласта, ориентированных под углом, равным 18°, и перекрещивающихся с металлическими кордами первого рабочего слоя,

- защитный слой из упругих металлических кордов 6х35.

На чертежах показаны не все слои, образующие арматуру 5 гребня.

Внутренняя поверхность 10, ограничивающая полость шины, имеет неровности в виде утолщений, соответствующих согласно изобретению частям 9а, 9b, 9c, 9d, имеющим более значительную толщину между внутренней поверхностью 10 и каркасной арматурой 2, чем на остальной части меридионального профиля шины.

На фиг.1b показан увеличенный вид зоны 7b, показанной на фиг.1а, и указана, в частности, толщина Е каучуковой смеси между внутренней поверхностью 10 полости 8 шины и точкой 12 усилительного элемента 11, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости 10. Это толщина Е равна длине ортогональной проекции точки 12 усилительного элемента 11, ближайшей к упомянутой поверхности 10, на поверхность 10. Эта толщина Е является суммой значений толщины различных каучуковых смесей, расположенных между упомянутым усилительным элементом 11 каркасной арматуры 2; с одной стороны, речь идет о толщине радиально внутреннего каландрового слоя 13 каркасной арматуры и, с другой стороны, о толщинах е₁, е₂ различных слоев 14, 15 каучуковой смеси, образующих внутреннюю стенку шины 1. Кроме того, эти толщины е₁, е₂ равны длине ортогональной проекции точки одной поверхности на другую поверхность рассматриваемого слоя, соответственно 14 или 15.

Эти измерения толщины осуществляют на срезе шины, не установленной на ободе и не накачанной.

Измеренное значение Е равно 3,2 мм.

Значения е₁ и е₂ соответственно равны 1,4 мм и 1,6 мм.

На фиг.1с показан увеличенный вид зоны 7с, показанной на фиг.1а, и указана, в частности, толщина D каучуковой смеси между внутренней поверхностью 10 полости 8 шины и точкой 17 усилительного элемента 11, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости 10 на уровне части 9b. Это толщина D равна длине ортогональной проекции точки 17 усилительного элемента 11, ближайшей к упомянутой поверхности 10, на поверхность 10 в месте наибольшей толщины на уровне части 9b. Эта толщина D является суммой значений толщины различных каучуковых смесей, расположенных между упомянутым усилительным элементом 11 каркасной арматуры 2; с одной стороны, речь идет о толщине радиально внутреннего каландрового слоя 13 каркасной арматуры и, с другой стороны, о соответствующих толщинах различных слоев 14, 15, 16 каучуковой смеси, образующих внутреннюю стенку шины 1.

Как было указано выше, слой 15 частично выполнен из бутила для повышения герметичности шины. Предпочтительно слой 14 содержит компоненты, позволяющие, в частности, фиксировать кислород воздуха. Уменьшение толщины этих двух слоев способствует снижению стоимости шины, поскольку материалы, составляющие эти слои, стоят достаточно дорого. Предпочтительно слой 16, локально предусмотренный на меридиональном профиле шины в части 9b, подобен слою 15 по своему составу, чтобы усилить герметизирующую функцию в зоне шины, наиболее подверженной деформации. Рассматриваемые части 9a, 9b, 9c, 9d соответствуют плечевым частям шины и зонам шины, соответствующим крючкам колеса, на котором будет монтирована шина.

Толщина D на уровне части 9b равна 4,7 мм, то есть превышает 4 мм.

Отношение толщины D к толщине Е равно 1,47, то есть превышает 1,15.

Длина L, соответствующая меридиональной длине утолщения части 9b, равна 15 мм, то есть находится в пределах от 5 до 20 мм. Сумма длин утолщений четырех частей 9a, 9b, 9c, 9d равна 60 мм и соответствует 8,6% длины меридионального профиля стенки 10 шины 1.

На фиг.1с показан дополнительный слой 16, частично состоящий из бутила, добавленный локально на уровне полости шины. Согласно другим вариантам выполнения изобретения слой 16 может иметь другую природу. С другой стороны, выполнение локальных утолщений можно осуществлять, например, посредством локального изменения соответствующей толщины одного и/или другого из слоев 14 и 15 или посредством локального размещения одного или нескольких промежуточных слоев между слоями 14 и 15 или между каркасной арматурой 2 и слоем 14.

Локальное увеличение толщины между внутренней поверхностью 10 и каркасной арматурой 2 не способствуют уменьшению стоимости шины, но позволяют добиться компромисса между усталостной стойкостью и удовлетворительной стоимостью.

На фиг.2 схематично показано сечение корда 21 каркасной арматуры шины 1, показанной на фиг.1. Этот корд 21 является нестянутым кордом со слоем структуры 1+6+12, образованным центральным сердечником, выполненным из нити 22, промежуточным слоем из шести нитей 23 и наружным слоем из двенадцати нитей 25.

Он имеет следующие характеристики (d и р в мм):

- структура 1+6+12;

- d₁=0,20 (мм);

- d₂=0,18 (мм);

- p₂=10 (мм);

- d₃=0,18 (мм);

- p₃=10 (мм);

-(d₂/d₃)=1,

где d₂, p₂ соответственно являются диаметром и шагом спирали промежуточного слоя, и d₃ и p₃ соответственно являются диаметром и шагом спирали нитей наружного слоя.

Сердцевину корда, образованную центральным сердечником из нити 22 и промежуточным слоем из шести нитей 23, обволакивают каучуковой композицией 24 на основе невулканизированного (в сыром состоянии) диенового эластомера. Обволакивание производят при помощи головки экструдера на сердцевине, образованной нитью 22, окруженной шестью нитями 23, после чего осуществляют финальную операцию скручивания или свивания 12 нитей 25 вокруг покрытой таким образом оболочкой сердцевины.

Проницаемость корда 31, измеренная при помощи описанного выше метода, равна 95%.

Эластомерную композицию, образующую каучуковую оболочку 24, выполняют из описанной выше композиции, и она в данном случае имеет тот же состав на основе натурального каучука и газовой сажи, что и каландровые слои 13 каркасной арматуры, которую должны усиливать корды.

На фиг.3 схематично показано сечение другого корда 31 каркасной арматуры, который можно применять в шине в соответствии с настоящим изобретением. Этот корд 31 является нестянутым кордом со слоем структуры 3+9, образованным центральным сердечником, выполненным из корда, образованного тремя скрученными нитями 32, и наружным слоем из девяти нитей 33.

Он имеет следующие характеристики (d и р в мм):

- структура 3+9;

- d₁=0,18 (мм);

- р₁=5 (мм);

- (d₁/d₂)=1;

- d₂ =0,18 (мм);

- p₂=10 (мм),

где d₁, p₁ соответственно являются диаметром и шагом спирали нитей центрального сердечника, и d₂ и p₂ соответственно являются диаметром и шагом спирали нитей наружного слоя.

Центральный сердечник, образованный кордом из трех нитей 32, обволакивают каучуковой композицией 34 на основе невулканизированного (в сыром состоянии) диенового эластомера. Обволакивание производят при помощи головки экструдера на корде 32, после чего осуществляют финальную операцию свивания 9 нитей 33 вокруг покрытого таким образом оболочкой сердечника.

Проницаемость корда 31, измеренная при помощи описанного выше метода, равна 95%.

На фиг.4 схематично показано сечение другого корда 41 каркасной арматуры, который можно применять в шине в соответствии с настоящим изобретением. Этот корд 41 является нестянутым кордом со слоем структуры 1+6, образованным центральным сердечником, выполненным из нити 42, и наружным слоем из шести нитей 43.

Он имеет следующие характеристики (d и р в мм):

- структура 1+6;

- d₁=0,200 (мм);

- (d₁/d₂)=1,14;

- d₂=0,175 (мм);

- p₂=10 (мм),

где d₁ является диаметром сердечника, и d₂ и p₂ соответственно являются диаметром и шагом спирали нитей наружного слоя.

Центральный сердечник, образованный нитью 42, обволакивают каучуковой композицией 44 на основе невулканизированного (в сыром состоянии) диенового эластомера. Обволакивание производят при помощи головки экструдера на нити 42, после чего осуществляют финальную операцию свивания 6 нитей 43 вокруг покрытого таким образом оболочкой сердечника.

Проницаемость корда 41, измеренная при помощи описанного выше метода, равна 95%.

Были проведены испытания на шинах, выполненных согласно изобретению и показанных на фиг.1 и 2, а также другие испытания на контрольных шинах.

Эти контрольные шины отличаются от шин в соответствии с настоящим изобретением кордами каркасной арматуры, несодержащими оболочкового слоя 24, и тем, что толщина Е каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой поверхности, равна 5 мм, при этом каждая из толщин е₁ и е₂ равна 2,5 мм по всему меридиональному профилю шины.

Испытания на усталостную стойкость во время качения были проведены на барабане на тестовой установке, обеспечивающей нагрузку на шины 4415 даН и скорость 40 км/ч, при накачивании шин с добавлением кислорода. Испытания на шинах в соответствии с настоящим изобретением были проведены в таких же условиях, что и для контрольных шин. Как только шины показали ухудшение состояния каркасной арматуры, испытания были остановлены.

Проведенные таким образом испытания показали, что во время каждого из этих испытаний шины в соответствии с настоящим изобретением прошли в общей сложности более 350000 км, тогда как расстояние, пройденное контрольными шинами, составило только 250000 км.

Были проведены также ходовые испытания на усталостную стойкость на ведущей оси транспортного средства с нагрузкой на шины 3680 даН и со скоростью 40 км/ч при давлении накачивания 0,2 бар. Испытания на шинах в соответствии с настоящим изобретением были проведены в таких же условиях, что и для контрольных шин. Испытания проводились на расстоянии 12000 км или были остановлены, как только на шинах проявилось ухудшение состояния каркасной арматуры.

Проведенные таким образом испытания показали, что во время каждого из этих испытаний шины в соответствии с настоящим изобретением прошли указанные 12000 км, тогда как максимальное расстояние, пройденное контрольными шинами, составило только 10000 км.

Кроме того, стоимость изготовления шин в соответствии с настоящим изобретением ниже, поскольку в случае шин в соответствии с настоящим изобретением стоимость материалов ниже на 10%.

Кроме того, преимуществом шин в соответствии с настоящим изобретением является то, что они легче на 6% по сравнению с контрольными шинами.

Изобретение относится к конструкции пневматической шины, преимущественно для большегрузных транспортных средств, с радиальной каркасной арматурой. Протектор шины соединен с двумя бортами (3) через две боковины. Металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры (2) являются нестянутыми кордами, показывающими при так называемом тесте на проницаемость расход менее 20 см³/мин. В радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля шины толщина (Е) каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм. Соотношение между значениями толщины каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, двух разных частей шины превышает 1,15. Технический результат - повышение усталостной стойкости шины. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шина с радиальной каркасной арматурой, состоящей, по меньшей мере, из одного слоя металлических усилительных элементов, при этом упомянутая шина содержит арматуру гребня, над которой в радиальном направлении находится протектор, при этом упомянутый протектор соединен с двумя бортами через две боковины, отличающаяся тем, что металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры являются нестянутыми кордами, показывающими при так называемом тесте на проницаемость расход менее 20 см³/мин, при этом в радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля шины толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, причем в радиальной плоскости соотношение между значениями толщины каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, двух разных частей шины превышает 1,15.

2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры являются, по меньшей мере, двухслойными кордами, и тем, что, по меньшей мере, один внутренний слой покрыт оболочкой из слоя, образованного сшиваемой или сшитой каучуковой композицией, предпочтительно на основе, по меньшей мере, одного диенового эластомера.

3. Шина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что корды каркасной арматуры показывают при тесте на проницаемость расход меньше 10 см³/мин и предпочтительно меньше 2 см³/мин.

4. Шина с радиальной каркасной арматурой, состоящей, по меньшей мере, из одного слоя усилительных элементов, при этом упомянутая шина содержит арматуру гребня, над которой в радиальном направлении находится протектор, при этом упомянутый протектор соединен с двумя бортами через две боковины, отличающаяся тем, что металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры являются нестянутыми кордами, по меньшей мере, с двумя слоями, при этом, по меньшей мере, один внутренний слой покрывают оболочкой из слоя, состоящего из сшиваемой или сшитой каучуковой композиции, предпочтительно на основе, по меньшей мере, одного диенового эластомера, причем в радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля шины толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, и при этом в радиальной плоскости соотношение между значениями толщины каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, двух разных частей шины превышает 1,15.

5. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что в радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля, на которой толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, толщина каучуковой смеси, образующей внутреннюю поверхность полости шины, меньше 1,7 мм.

6. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что в радиальной плоскости соотношение между значениями толщины каучуковой смеси, образующей внутреннюю поверхность полости шины, двух разных частей шины превышает 1,15.

7. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, меньше или равна 3,5 мм, по меньшей мере, на двух третях меридионального профиля шины.

8. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что в радиальной плоскости, по меньшей мере, на части меридионального профиля шины толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм и предпочтительно превышает 4 мм.

9. Шина по п.8, отличающаяся тем, что меридиональная длина части профиля шины, в которой толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм, составляет от 5 до 20 мм.

10. Шина по п.9, отличающаяся тем, что меридиональная длина профиля шины содержит не более четырех частей, в которых толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм.

11. Шина по п.9 или 10, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, две части профиля шины, в которых толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм, центрованы на плюс или минус 20 мм, измеренных на криволинейной абсциссе внутренней поверхности полости шины, по ортогональной проекции концов плечевой части шины на внутреннюю поверхность шины.

12. Шина по одному из пп.9 или 10, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, две части профиля шины, в которых толщина каучуковой смеси между внутренней поверхностью полости шины и точкой металлического усилительного элемента каркасной арматуры, ближайшей к упомянутой внутренней поверхности полости, превышает 3,5 мм, центрованы на плюс или минус 20 мм, измеренных на криволинейной абсциссе внутренней поверхности полости шины, по ортогональной проекции на внутреннюю поверхность шины точек наружной поверхности шины, предназначенных для вхождения в контакт с радиально наиболее наружной точкой крючка обода.

13. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что металлические усилительные элементы, по меньшей мере, одного слоя каркасной арматуры являются металлическими кордами со слоями конструкции [L+M] или [L+M+N], используемыми в качестве усилительного элемента каркасной арматуры шины, содержащими первый слой С1 с L нитями диаметром d₁, где L составляет от 1 до 4, охваченный, по меньшей мере, одним промежуточным слоем С2 с М нитями диаметром d₂, намотанными вместе спиралевидно с шагом р₂, где М составляет от 3 до 12, при этом, в случае необходимости, упомянутый слой С2 окружают наружным слоем С3 с N нитями диаметром d₃, намотанными вместе спиралевидно с шагом р₃, где N составляет от 8 до 20, и тем, что оболочка, состоящая из сшиваемой или сшитой каучуковой композиции на основе, по меньшей мере, одного диенового эластомера, в конструкции [L+M] покрывает упомянутый первый слой С1 и в конструкции [L+M+N] покрывает, по меньшей мере, упомянутый слой С2.

14. Шина по п.13, отличающаяся тем, что диаметр нитей первого слоя (С1) составляет от 0,10 до 0,5 мм, и диаметр нитей слоев (С2, С3) составляет от 0,10 до 0,5 мм.

15. Шина по п.13, отличающаяся тем, что шаг спиралевидного наматывания упомянутых нитей наружного слоя (С3) составляет от 8 до 25 мм.

16. Шина по одному из пп.2 или 4, отличающаяся тем, что диеновый эластомер выбирают из группы, в которую входят полибутадиены, натуральный каучук, синтетические полиизопрены, сополимеры бутадиена, сополимеры изопрена и смеси этих эластомеров.

17. Шина по одному из пп.2 или 4, отличающаяся тем, что в сшитом состоянии каучуковая композиция на основе, по меньшей мере, одного диенового эластомера имеет секущий модуль при растяжении, меньший 20 МПа, предпочтительно меньший 12 МПа.

18. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что арматуру гребня шины выполняют, по меньшей мере, из двух рабочих слоев гребня нерастяжимых усилительных элементов, перекрещивающихся от одного слоя к другому и образующих с окружным направлением углы от 10° до 45°.

19. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что арматура гребня содержит также, по меньшей мере, один слой окружных усилительных элементов.

20. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что арматуру гребня дополняют радиально снаружи, по меньшей мере, одним дополнительным слоем, называемым защитным слоем, из так называемых упругих усилительных элементов, ориентированных относительно окружного направления под углом от 10° до 45° и с тем же направлением, что и угол, образованный нерастяжимыми элементами радиально смежного с ним рабочего слоя.

21. Шина по одному из пп.1 или 4, отличающаяся тем, что арматура гребня дополнительно содержит триангуляционный слой металлических нерастяжимых усилительных элементов, образующих с окружным направлением углы, превышающие 60°.