НОВЫЙ БИЭЛАСТИЧНЫЙ ШИННЫЙ КОРД ИЗ ПОЛИЭСТЕРА В КАЧЕСТВЕ АРМИРУЮЩЕГО СЛОЯ БРЕКЕРА Российский патент 2020 года по МПК B60C1/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к новому армирующему шинному корду, изготовленному из полиэстера, имеющего биэластичные свойства растяжения. Такой новый биэластичный шинный корд из полиэстера улучшает высокоскоростную долговечность, устраняет проседание и обеспечивает высокое вспучивание во время процессов сборки и вулканизации шины, когда он используется в качестве спирально наматываемой под углом ноль градусов армирующей полосы в пневматических радиальных шинах.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

При высоких скоростях наружный диаметр шины увеличивается благодаря центробежным силам, создаваемым пакетом брекера со стальным кордом и протектором. Такое увеличение диаметра или увеличение размера шины увеличивает пантографические перемещения кордов края брекера, что приводит к зарождению трещин, развитию трещин, и в конце концов к отделению края брекера.

Армирующий слой брекера, намотанный на пакет брекера по окружности, препятствует чрезмерному увеличению размера шины при высоких скоростях путем прикладывания сжимающих усилий (ограничивающей силы) к тяжелому пакету брекера, изготовленному из пересекающихся слоев стального корда.

В настоящее время наиболее широко используемыми материалами для армирующего слоя брекера являются многонитевые слои из нейлона 6,6 или однослойные гибридные корды, которые спирально наматываются на пакет брекера под углом от 0 до 5 градусов к экваториальной плоскости шины. В дополнение к нейлону 6,6 и гибридным кордам из арамида/нейлона 6,6, в некоторых патентных заявках в качестве армирующего слоя брекера также используется полиэстер (полиэтилентерефталат, PET). Однако благодаря высокому начальному модулю PET существует риск формирования тугого корда после вспучивания, что означает контакт со стальными кордами верхнего слоя брекера, приводящий к разрыву корда в динамических условиях.

Нейлоновые корды имеют превосходную усталостную прочность при изгибе и осевом сжатии, а также биэластичную характеристику растяжения, обеспечивающую легкую обработку во время сборки шины. Дополнительно к этому, образование силы усадки при увеличении рабочей температуры на высоких скоростях улучшает устойчивость к отделению края брекера и высокоскоростную долговечность. Однако низкая температура стеклования нейлона создает проблемы проседания в шине во время стоянки после высокоскоростной езды. Другим потенциальным недостатком многослойной сборки нейлонового армирующего слоя брекера является высокое содержание в ней резины, которое вызывает увеличение сопротивления качению шины за счет гистерезиса (нагрева).

Как было упомянуто выше, гибридные корды, содержащие высокомодульные и низкомодульные нити, имеющие биэластичное поведение при растяжении, также используются в качестве армирующего слоя брекера в высокоскоростных шинах. Низкомодульный компонент гибридного корда обеспечивает легкий подъем пакета брекера без формирования плотного корда благодаря его высокой растяжимости, а высокомодульный компонент становится эффективным в условиях эксплуатации. При использовании гибридных кордов в качестве армирующего слоя брекера могут быть уменьшены полная толщина армирующего слоя брекера и содержание резины, а высокомодульный компонент гибридного корда увеличивает ограничивающую силу и улучшает высокоскоростную долговечность. Однако присутствие нейлона вызывает также некоторое проседание. Содержащий арамид гибридный корд в качестве армирующего слоя брекера является дорогим решением.

С другой стороны, корды армирующего слоя брекера, изготовленные из ультравысокомодульных нитей с высокой круткой, также использовались в качестве армирования шины для устранения проседания и улучшения характеристик при больших скоростях, но высокий уровень крутки корда приводит к резкому падению значения модуля и к потере предела прочности при разрыве (прочности на разрыв).

Патент США № 6799618 описывает текстильную структуру армирующего слоя брекера, которая наносится радиально снаружи на пакет брекера и армирована кордами, изготовленному из материалов, включающих в себя нейлон и арамид. При начальном удлинении этих кордов основными нитями, принимающими на себя нагрузку, являются нейлоновые нити, а после заметного удлинения основными нитями, принимающими на себя нагрузку, становятся нити из арамида.

Патент США № 7584774 описывает армирующий слой брекера, расположенный снаружи брекера в радиальном направлении, отличающийся тем, что этот армирующий слой брекера формируется путем непрерывной спиральной намотки корда из полиэтилентерефталата (PET) в направлении окружности шины, а также тем, что этот корд имеет модуль упругости не менее 2,5 мН/децитекс.% под нагрузкой 29,4 Н при 160°C. Благодаря высокому начальному модулю корда из PET вспучивание в этих случаях должно быть меньше 2% для того, чтобы предотвратить формирование чрезмерно тугих кордов.

Патентная публикация США № 2013/0025758 описывает высококачественную пневматическую радиальную шину для легковых автомобилей, которая использует гибридный корд, состоящий из крученой арамидной нити в два сложения и одиночной нейлоновой нити, имеющих различные значения для первой крутки, и различные значения для второй крутки, в качестве армирующего слоя брекера, и тем самым имеет улучшенную высокоскоростную долговечность и стабильность управления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает двух- или многонитевый армирующий корд, изготовленный из полиэстера, имеющий биэластичные свойства растяжения. Более конкретно, этот корд имеет низкое начальное значение модуля и высокое значение модуля после начального удлинения. Для того, чтобы предотвратить потерю модуля и предела прочности при разрыве, следует избегать высокого уровня крутки корда.

Производственный принцип трансформации более или менее линейного поведения при растяжении корда из полиэстера в биэластичную характеристику (уменьшение начального модуля и повышение начальной растяжимости при малых усилиях) основан на открывании нитей корда и введении в отверстия между ними адгезива RFL. Корд из полиэстера, имеющий RFL между его открытыми нитями, демонстрирует биэластичное поведение при растяжении.

Определения:

Корд: продукт, формируемый путем скручивания вместе двух или более крученых нитей

Нить (стренга) корда: Сложенные вместе одиночные нити внутри корда.

Децитекс: вес в граммах нити, имеющей длину 10000 м.

Проседание: Корды в шине, имеющие низкое значение Tg и высокую силу термоусадки, подвергаются усадке в пятне контакта. При охлаждении в этом положении корд сохраняет проседание до тех пор, пока он снова не достигнет своей температуры стеклования Tg при использовании.

Суровый корд: Скрученный корд перед пропиткой и термофиксацией

Термофиксация: Процесс придания размерной стабильности и термостойкости нитям, кордам или тканям посредством влаги или тепла.

Термофиксированный корд: Корд, подвергнутый воздействию высокой температуры (например 120°C - 260°C при растяжении)

Линейная плотность: Вес на единицу длины в г/децитекс или в г/д (денье)

Интервал (интервалы): Взаимное расстояние от нити до нити внутри многонитевого скрученного корда

TASE при удлинении на 2%: Напряжение при удлинении на 2% в сН/децитекс

Удельная прочность: Разрушающее усилие (в Н), деленное на линейную плотность (в децитексах)

Tg: Температура стеклования полимера

Полная номинальная толщина корда в децитексах: Сумма номинальных линейных плотностей нитей (3340 децитекс для конструкции корда 1670×2)

Крутка: Количество оборотов вокруг своей оси на метр нити или корда (t/m или tpm)

Ультравысокомодульная нить: Нить, модуль растяжения которой превышает 100 ГПа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 и 2 представляют собой поперечные сечения обычных (предшествующего уровня техники) двух- и трехнитевых кордов из полиэстера соответственно.

Фиг.3 представляет собой поперечное сечение обычного (предшествующего уровня техники) двухнитевого гибридного корда, в котором

A означает арамидную нить, B означает нейлоновую нить.

Фиг.4 представляет собой поперечное сечение обычного (предшествующего уровня техники) трехнитевого гибридного корда, в котором

A означает арамидную нить, а B означает нейлоновую нить.

Фиг.5 и 6 представляют собой поперечные сечения обычных (предшествующего уровня техники) двух- и трехнитевых кордов из нейлона соответственно.

Фиг.7 описывают открытие поперечных сечений корда и последующее проникновение пропитки между нитями корда для двух- и трехнитевых кордов из полиэстера, в которых

A показывает поперечное сечение двух- и трехнитевых кордов из полиэстера в закрытой форме,

В показывает поперечное сечение двух- и трехнитевых кордов из полиэстера в открытой форме,

C показывает поперечное сечение двух- и трехнитевых кордов из полиэстера в пропитанной форме в соответствии с настоящим изобретением.

D означает адгезивную пропитку (RFL), заполняющую отверстия между нитями и покрывающую поверхность корда.

Фиг.8a показывает вид сбоку и поперечное сечение обычного двухнитевого корда из полиэстера.

Фиг.8b показывает вид сбоку и поперечное сечение двухнитевого корда из полиэстера в открытой форме в соответствии с настоящим изобретением (перед стадией пропитки).

Фиг.9a показывает вид сбоку и поперечное сечение обычного трехнитевого корда из полиэстера.

Фиг.9b показывает вид сбоку и поперечное сечение трехнитевого корда из полиэстера в открытой форме в соответствии с настоящим изобретением (перед стадией пропитки).

Фиг.10a, 10b, 10c и 10d показывают поперечные сечения закрытых и открытых форм нитей корда. D означает диаметр корда, а s означает интервал (отверстие) между нитями корда.

Фиг.11 показывает кривые соотношения нагрузка-удлинение для кордов из полиэстера (PET), в которых

1 означает пропитанный корд из PET конструкции 1670 децитекс/2, имеющий крутку Z/S величиной 350/350 tpm (предшествующий уровень техники), имеющий линейную характеристику растяжения,

2 означает пропитанный арамидный корд конструкции 1670 децитекс/2, имеющий крутку Z/S величиной 350/300 tpm (50 tpm обратной крутки в направлении Z), имеющий биэластичную характеристику растяжения в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

PET с его высоким значением модуля и низкой термоусадкой является размерно устойчивым материалом. В скрученной форме в виде двух- или трехнитевого корда он может использоваться в качестве каркаса и армирующего слоя брекера в радиальных шинах легковых автомобилей и небольших грузовых автомобилей (см. Фиг.1 и 2).

Скручивание корда улучшает усталостную стойкость PET к изгибу и сжатию, но в то же самое время уменьшает значение модуля и прочность.

При нанесении армирующего слоя брекера под углом ноль градусов в пневматических радиальных шинах высокое значение модуля является необходимым для создания ограничивающей силы, предотвращающей отделение края брекера при высоких скоростях, но начальная растяжимость при низких усилиях (низкое начальное значение модуля) также является необходимым для обеспечения способности к обработке во время вспучивания пакета брекера в процессах сборки шины и вулканизации для того, чтобы избежать разрезания кордом резины в брекере.

Гибридные корды из арамида/нейлона решают эту проблему, но присутствие нейлона создает проблему проседания и асимметричной структуры корда (см. Фиг.3 и 4).

Двух- или трехнитевые корды из нейлона 6 и нейлона 6,6 (см. Фиг.5 и 6) известны в качестве армирующего слоя брекера в радиальных шинах для легковых и грузовых автомобилей, но проседание и низкий уровень модуля являются их главными недостатками.

В соответствии с настоящим изобретением корды с двумя или более нитями из полиэстера, не содержащие какого-либо низкомодульного компонента, такого как нейлон, могут быть произведены с биэластичными свойствами растяжения (Фиг.7). Такие новые биэластичные корды из полиэстера могут использоваться в качестве армирующего слоя брекера, наматываемого под углом ноль градусов в радиальных шинах для того, чтобы улучшить высокоскоростную долговечность, и не дают сколь-нибудь значительного проседания.

В соответствии с настоящим изобретением основной принцип производства биэластичного корда из полиэстера заключается в открывании нитей корда и введении в отверстие между ними адгезива. Корд из полиэстера, содержащий высокий процент адгезива, такого как RFL, между его нитями, становится растягиваемым с низкими усилиями, и во время этого растяжения нити корда из полиэстера прикладывают сжимающие усилия к адгезивному материалу (RFL) и сжимают его. Во время этого процесса сжатия корд удлиняется с низкими усилиями. После того, как нити корда из полиэстера приблизятся друг к другу (закроются), корд из полиэстера начинает сопротивляться удлинению, и он снова становится высокомодульным кордом (см. Фиг.11).

Для того, чтобы получить биэластичные характеристики растяжения, нити корда из полиэстера могут быть открыты с помощью различных способов:

a) Суровые полиэстерные корды из двух или более нитей термофиксируются при температуре от 120°C до 250°C, и после охлаждения они частично скручиваются в направлении, противоположном направлению крутки корда. Во время этого процесса обратного скручивания нити корда открываются (см. Фиг.8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, 10c и 10d). Корды из полиэстера с открытыми нитями пропитываются и снова термофиксируются, и во время этого процесса пустоты между нитями корда заполняются пропиточным раствором, и внешняя поверхность слоев корда также покрывается пропиточным раствором.

b) Суровые полиэстерные корды из двух или более нитей пропитываются и термофиксируются при температуре от 120°C до 250°C, и после охлаждения они частично скручиваются в направлении, противоположном направлению крутки корда. Во время этого процесса обратного скручивания нити корда открываются. Корды из полиэстера с открытыми нитями пропитываются и снова термофиксируются, и во время этого процесса пустоты между нитями корда заполняются пропиточным раствором, и внешняя поверхность слоев корда также покрывается дополнительным пропиточным раствором.

c) Полиэстерные корды из двух или более нитей подвергаются осевому сжатию во время процесса пропитки, и корды с открытыми нитями в состоянии сжатия впитывают пропиточный раствор между открытыми нитями корда. После процесса пропитки корд из полиэстера с проникшим между его нитями пропиточным раствором сушится и термофиксируется при температуре от 120°C до 250°C.

Биэластичная характеристика растяжения корда из полиэстера может изменяться в зависимости от степени (степеней) открытия нитей (см. Фиг.10b и 10d), типа пропитки, содержания пропитки между нитями и степени термофиксации пропитки при высокой температуре (твердости пропитки).

В соответствии с настоящим изобретением полиэстерный корд из двух или более нитей имеет значение TASE при 2%-ом удлинении, определяемое в соответствии со стандартом ASTM D885-16, менее 2,0 сН/децитекс и интервал (интервалы) между нитями корда, заполняемые адгезивной пропиткой, больше чем 0,1xD и меньше чем 0,6xD.

Значение TASE при 2%-ом удлинении выше чем 2,0 сН/децитекс приводит к тугим кордам армирующего слоя брекера во время процесса вспучивания шины.

Предпочтительно значение s составляет больше чем 0,2xD и меньше чем 0,5xD.

В соответствии с настоящим изобретением привес при пропитке (DPU) адгезивом пропитанного корда составляет больше чем 8 мас.% и меньше чем 30 мас.%, предпочтительно, больше чем 10 мас.% и меньше чем 20 мас.%.

DPU меньше чем 8 мас.% не может полностью заполнить отверстия между нитями корда, а DPU больше чем 30 мас.% приводит к слишком толстым диаметрам корда.

В соответствии с настоящим изобретением коэффициент крутки корда составляет больше чем 10000 и меньше чем 22000, и определяется на основе следующей формулы:

Коэффициент крутки=крутка корда (tpm) × квадратный корень из полной номинальной толщины корда в децитексах (1)

Корды с коэффициентом крутки ниже чем 10000 имеют недостаточную усталостную прочность при изгибе, а корды с коэффициентом крутки выше чем 22000 имеют значительно пониженное значение модуля.

В соответствии с настоящим изобретением полная номинальная линейная плотность корда составляет больше чем 800 децитекс и меньше чем 6000 децитекс.

Корды, имеющие плотность меньше чем 800 децитекс, являются недостаточно эффективными, а корды, имеющие плотность больше чем 6000 децитекс, являются слишком толстыми.

Предпочтительными типами полиэстерного полимера являются полиэтилентерефталат и полиэтиленнафталат.

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера имеет по меньшей мере две нити и интервал (интервалы) между упомянутыми нитями корда, при этом он имеет значение TASE при удлинении на 2,0% менее чем 2,0 сН/децитекс. Интервал (интервалы) между нитями упомянутого корда составляет более 10% и менее 60% от диаметра (D) корда. Технический результат - улучшение высокоскоростной долговечности и устранение проседания при его использовании в качестве армирующего слоя брекера в пневматических радиальных шинах. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера, имеющий по меньшей мере две нити и имеющий интервал/интервалы между упомянутыми нитями корда, при этом он имеет значение TASE при удлинении на 2,0% менее чем 2,0 сН/децитекс, отличающийся тем, что интервал/интервалы между нитями упомянутого корда составляет более 10% и менее 60% от диаметра (D) корда.

2. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, в котором интервал/интервалы между нитями упомянутого корда предпочтительно составляет более 20% и менее 50% от диаметра (D) корда.

3. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, который имеет привес при пропитке (DPU) адгезивом более 8 мас.% и менее 30 мас.%.

4. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, который предпочтительно имеет привес при пропитке (DPU) адгезивом более 10 мас.% и менее 20 мас.%.

5. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, который имеет коэффициент крутки от 10000 до 22000, вычисляемый в соответствии с формулой: коэффициент крутки = крутка корда (tpm) × квадратный корень из полной номинальной толщины корда в децитексах.

6. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, который имеет полную номинальную линейную плотность от 800 децитекс до 6000 децитекс.

7. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, который используется в пневматических радиальных шинах в качестве наматываемого по окружности на пакет брекера армирующего слоя брекера.

8. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, в котором упомянутый полиэстер представляет собой полиэтилентерефталат.

9. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, в котором упомянутый полиэстер представляет собой полиэтиленнафталат.

10. Пропитанный и термофиксированный корд из полиэстера по п.1, который используется для армирования резинотехнических изделий.