ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА Российский патент 2020 года по МПК B60C15/04 B60C15/24 

Область техники

Настоящее изобретение относится к пневматической шине, включающей кольцевые сердечники борта, встроенные в участки борта, и каркасный слой, закрепленный на сердечниках борта, и более конкретно относится к пневматической шине, выполненной с возможностью достижения рабочих характеристик, эквивалентных характеристикам известных шин или превышающих их, с обеспечением при этом уменьшения массы сердечников борта путем использования для сердечников борта композитного корда, образованного из отличного от металла материала.

Уровень техники

Пневматические шины по существу включают в себя каркасный слой, установленный между парой участков борта. Кольцевые сердечники борта встроены в соответствующие участки борта, и каркасный слой завернут вокруг сердечников борта от внутренней стороны шины к наружной стороне шины и фиксируется на сердечниках борта.

В соответствующей области техники в качестве сердечников борта пневматической шины используются многослойные бортовые проволоки, образованные путем непрерывной и многослойной намотки одной или более стальных проволок вдоль направления окружности шины, или тросовые бортовые проволоки, образованные путем спиральной намотки вокруг остова кольцевого сердечника, образованного из стального провода, боковой проволоки, образованной из другого стального провода. Такие сердечники борта представляют собой элементы, которые играют важную роль в надежной установке участков борта пневматической шины на диск и в удерживании каркасного слоя, подвергающегося нагрузкам, связанным с внутренним давлением.

В последние годы существует потребность в уменьшении массы сердечников борта для того, чтобы добиться уменьшения массы пневматической шины. Учитывая эту потребность, для сердечников борта было предложено использовать проволоку, выполненную из отличного от металла материала, например, углеволокна (см., например, патентные документы 1–5).

Однако в случае, если для сердечников борта используется проволока, образованная из отличного от металла материала, например, когда пневматическая шина установлена на диск, проволока, образующая сердечники борта, может локально деформироваться. Эта деформация может уменьшать прочность сердечников борта, что приводит к разрыву сердечников борта. Кроме того, даже в случае, когда проволока сердечников борта имеет достаточную прочность, сердечники борта могут разрушаться из–за концентрации напряжений в случае, если величина удлинения при разрыве у сердечников борта является небольшой. Таким образом, в настоящее время сложно ввести в практическое использование пневматическую шину, в которой для сердечников борта используют проволоку, образованную из отличного от металла материала.

Кроме того, была предложена конфигурация резиноармирующих кордов, используемых для ремней или шин, в которой резиноармирующие корды включают в себя нити из углеволокна, а также нити из стекловолокна, расположенные вокруг нитей углеволокна (например, см. патентные документы 6 и 7). Однако эти документы не предполагают, что резиноармирующие корды, описанные выше, можно применять по отношению к конкретным элементам сердечников борта, и эти документы не излагают особых требований к применению в сердечниках борта.

Патентная литература

Патентный документ 1: JP 64–16901 U

Патентный документ 2: JP 2008–542099 T

Патентный документ 3: JP 2010–510124 T

Патентный документ 4: JP 2015–518795 T

Патентный документ 5: JP 2015–523475 T

Патентный документ 6: JP 4295763 B

Патентный документ 7: JP 5367582 B

Техническая задача

Целью настоящего изобретения является получение пневматической шины, выполненной с возможностью достижения рабочих характеристик, эквивалентных характеристикам известных шин или превышающих их, с обеспечением при этом уменьшения массы сердечников борта путем использования для сердечников борта композитного корда, образованного из отличного от металла материала.

Решение задачи

Для достижения описанной выше цели пневматическая шина в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения представляет собой пневматическую шину, включающую в себя кольцевые сердечники борта, встроенные в участки борта, и каркасный слой, закрепленный на сердечниках борта,

причем каждый сердечник борта имеет тросовую структуру бортовой проволоки, в которой композитный корд спирально наматывается вокруг остова кольцевого сердечника, причем композитный корд включает в себя центральную проволоку из углеволокон и множество боковых проволок из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки.

Преимущества изобретения

В варианте осуществления настоящего изобретения в качестве составного материала сердечника борта используют композитный корд, который включает в себя центральную проволоку из углеволокон и множество боковых проволок из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки. Таким образом, при использовании преимущества высокой прочности углеволокон усталостную прочность, которая у углеволокон является низкой, можно улучшить с помощью конструкции с боковыми проволоками, содержащими стекловолокна, и массу сердечника борта можно уменьшить.

Чтобы использовать в сердечнике борта композитный корд, включающий в себя углеволокна и стекловолокна и имеющий малое удлинение при разрыве, как описано выше, авторы настоящего изобретения провели тщательное исследование свойств сердечника борта. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в случае применения многослойной структуры бортовой проволоки, которая включает в себя такой композитный корд, непрерывно и в несколько слоев намотанный по направлению вдоль окружности шины, давление разрыва участка борта по существу не меняется даже при увеличении количества намоток. Иными словами, в пневматической шине, в которой каркасный слой завернут от внутренней стороны шины к наружной стороне шины вокруг сердечника борта, имеющего многослойную структуру бортовой проволоки, напряжение является наибольшим в круговом участке сердечника борта, расположенном на самой внутренней стороне в осевом направлении шины и на самой внутренней стороне в радиальном направлении шины. Круговой участок, расположенный на самой внутренней стороне в осевом направлении шины и на самой внутренней стороне в радиальном направлении шины преимущественно рвется прежде, чем другие круговые участки композитного корда подвергнутся напряжению. Таким образом, давление разрыва участка борта не может быть увеличено даже при увеличении количества намоток.

Таким образом, в настоящем изобретении в связи с использованием для сердечника борта композитного корда, имеющего малое удлинение при разрыве, описанного выше, применяется тросовая конструкция бортовой проволоки, в которой композитный корд наматывают спирально вокруг остова кольцевого сердечника. В этом случае положение композитного корда в сердечнике борта меняется по направлению вдоль окружности шины, и, таким образом, предотвращается концентрация напряжений на композитном корде, и напряжение принимает на себя весь композитный корд. В результате, можно обеспечить необходимое давление разрыва на основе толщины и количества намоток композитного корда. Соответственно, можно получить характеристики, эквивалентные характеристикам известных шин или превышающие их, в то время как масса сердечника борта уменьшается за счет использования для сердечника борта композитного корда, образованного из отличного от металла материала.

В варианте осуществления настоящего изобретения предпочтительно, чтобы общая площадь поперечного сечения углеволокон в композитном корде составляла от 20% до 80% от общей площади поперечного сечения углеволокон и общей площади поперечного сечения стекловолокон в композитном корде. Соответственно, в отношении композитного корда можно обеспечить прочность и устойчивость к усталости.

Тело сердечника включает в себя металлический материал или неметаллический материал. Остов сердечника предпочтительно представляет собой кольцевой остов, имеющий круглую форму поперечного сечения и диаметр 1 мм или более, а материал остова сердечника предпочтительно имеет модуль упругости при растяжении 1 ГПа или более и температуру плавления 200°C или выше. В случае, если остов сердечника включает в себя металлический материал, эффект уменьшения массы немного уменьшается, но преимуществом является то, что улучшается однородность пневматической шины. С другой стороны, в случае, если остов сердечника включает в себя неметаллический материал, эффект уменьшения массы может быть максимальным.

Предпочтительно, чтобы боковые проволоки, входящие в композитный корд, покрывались пленкой с адгезией к резине. В результате повышения адгезии композитного корда к резине с помощью пленки, покрывающей боковую проволоку, можно улучшить долговечность сердечника борта. Кроме того, в композитном корде пленка может быть покрыта резиной по периферии.

Композитный корд предпочтительно выполнен в виде скрученного корда, включающего в себя центральную проволоку и множество боковых проволок, спирально навитых вокруг центральной проволоки, и композитный корд имеет количество тросовых скруток (количество витков боковых проволок вокруг центральной проволоки) от 2 до 10 на 10 см. Кроме того, до сплетения центральной проволоки и боковых проволок, входящих в композитный корд, каждую из центральной проволоки и боковых проволок можно первоначально закрутить. Количество первоначальных скруток предпочтительно составляет 10 или меньше на 10 см для центральной проволоки и предпочтительно от 1 до 20 на 10 см для боковых проволок. В случае, когда проволоки первоначально скручиваются большее количество раз, композитный корд легко удлиняется, и это не является предпочтительным вариантом. Направление первичных скруток может быть идентично направлению конечных скруток. Однако направление первичных скруток и направление конечных скруток могут быть идентичны с точки зрения сопротивления продольному изгибу, но могут быть противоположны с точки зрения устойчивости формы композитного корда.

Предпочтительно, чтобы в том случае, когда композитный корд имеет конечную скрутку, направление намотки композитного корда вокруг остова сердечника было противоположно направлению конечной скрутки композитного корда в связи с трудностью удлинения сердечника борта. Предпочтительно, чтобы количество витков композитного корда вокруг остова сердечника составляло от 1 до 4 на 10 см. В случае, когда композитный корд наматывают с образованием двух или более слоев, направление намотки композитного корда предпочтительно является идентичным направлению намотки первого слоя, и количество намоток с точки зрения долговечности предпочтительно является таким, что слои имеют по существу идентичный угол скрутки.

Предпочтительно, чтобы базовая поверхность участка борта имела двухступенчатый угол наклона, включающий разные углы наклона относительно осевого направления шины, и угол наклона второй наклонной поверхности со стороны носка борта шины был больше угла наклона первой наклонной поверхности со стороны пятки борта шины. Композитный корд имеет меньшую жесткость при растяжении, чем стальные проволоки, и, таким образом, в случае композитного корда участок борта, как правило, менее плотно садится на диск. С другой стороны, при придании двухступенчатого уклона, описанного выше, базовой поверхности участка борта посадка на диск может быть более плотной, и при этом сохраняется высокая пригодность к установке на диск. Соответственно, также достигается синергетический эффект повышения устойчивости рулевого управления при снижении массы.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 представлен вид в меридианном поперечном сечении пневматической шины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 2 представлен вид в поперечном сечении примера сердечника борта в пневматической шине в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 3 представлен вид сбоку сердечника борта в пневматической шине в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ. 4 представлен вид в поперечном сечении композитного корда, использованного для сердечника борта в пневматической шине в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Описание вариантов осуществления изобретения

Ниже будут подробно описаны конфигурации вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные графические материалы. На ФИГ. 1 представлена пневматическая шина в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Как показано на ФИГ. 1, пневматическая шина настоящего варианта осуществления содержит кольцевой участок 1 протектора, проходящий в направлении вдоль окружности шины, пару участков 2, 2 боковины, расположенных на обеих сторонах участка 1 протектора, и пару участков 3, 3 борта, расположенных на внутренней стороне участков 2 боковины в радиальном направлении шины.

Между парой участков борта 3,3 размещен каркасный слой 4. Каркасный слой 4 содержит множество армирующих кордов, проходящих в радиальном направлении шины, и загибается назад вокруг сердечников 5 борта с расположением в каждом из участков 3 борта между внутренней стороной шины и наружной стороной шины. В качестве армирующих кордов, образующих каркасный слой 4, предпочтительно использовать корды из органических волокон, таких как нейлон, полиэстер или т. п. На внешней окружности сердечника 5 борта размещен наполнитель 6 борта, имеющий треугольную форму поперечного сечения и сформированный из каучуковой композиции.

Множество слоев 7 брекера размещены со стороны внешней окружности каркасного слоя 4 на участке 1 протектора. Каждый из слоев 7 брекера включает в себя множество армирующих кордов, которые наклонены по отношению к направлению вдоль окружности шины, причем армирующие корды разных слоев расположены «крест–накрест». У слоев 7 брекера угол наклона армирующих кордов относительно направления вдоль окружности шины находится в диапазоне от 10° до 40°. В качестве армирующих кордов, образующих слои 7 брекера, используют высокоэластичные корды, такие как стальные корды или арамидные корды. На внешней кольцевой стороне слоев 7 брекера расположен по меньшей мере один слой 8 обкладки брекера, образованный путем расположения армирующих кордов под углом, например, 5° или менее по отношению к направлению вдоль окружности шины, для повышения долговечности при высокой скорости. Защитный слой 8 брекера желательно имеет бесстыковую структуру, в которой материал полосы, образованный из по меньшей мере одного армирующего корда, уложенного и покрытого каучуком, намотан без разрывов в направлении вдоль окружности шины. В качестве армирующих кордов, образующих слой 8 обкладки брекера, предпочтительно использовать корды из органических волокон, таких как нейлон, полиэстер или арамид.

Как описано выше, в пневматической шине, выполненной с кольцевыми сердечниками 5 борта, встроенными в участки 3 борта, и с каркасным слоем 4, зафиксированном на сердечниках 5 борта, в качестве сердечника 5 борта используется кольцевой остов, имеющий тросовую конструкцию бортовой проволоки, в которой композитный корд 10 спирально намотан вокруг кольцевого остова 20 сердечника, как показано на ФИГ. 2 и 3. В частности, в каждом из сердечников 5 борта один композитный корд 10 спирально наматывается вокруг кольцевого остова 20 сердечника множество раз с образованием боковых участков. На ФИГ. 2 сформирован однослойный боковой участок из композитного корда 10, но вокруг остова 20 сердечника можно сформировать многослойный боковой участок. Кроме того, оба конца композитного корда 10 можно соединить друг с другом, например, с помощью обжимающего элемента.

В том случае, когда композитный корд 10 имеет конечную скрутку, направление намотки композитного корда 10 вокруг остова 20 сердечника противоположно направлению конечной скрутки композитного корда 10 с учетом трудности удлинения сердечника 5 борта. Количество витков композитного корда 10 вокруг остова 20 сердечника может составлять от 1 до 4 на 10 см. Соответственно, сердечник 5 борта может иметь подходящую прочность, и при этом можно избежать концентрации напряжений на композитном корде 10. В случае, когда композитный корд 10 наматывается с образованием двух или более слоев, направление намотки слоев предпочтительно совпадает с направлением намотки первого слоя.

Как показано на ФИГ. 4, композитный корд 10 включает в себя по меньшей мере одну центральную проволоку 11, образованную из углеволокон, и множество боковых проволок 12, образованных из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки 11.

Центральная проволока 11 из углеволокна, расположенная в центральной части композитного корда 10, обладает свойством придавать композитному корду 10 высокую прочность на растяжение и отличную стабильность размеров. Для получения композитного корда 10 с высоким сопротивлением усталости при изгибе требуется конструкция, которая смягчает напряжение растяжения и напряжение сжатия в случае, когда композитный корд 10 и изолирующая композитный корд 10 резина изгибаются. Боковая проволока 12 из стекловолокна имеет более низкий модуль упругости и высокую износостойкость по сравнению с центральной проволокой 11 из углеволокна. Путем заключения центральной проволоки 11 из углеволокон в боковую проволоку 12 из стекловолокна можно уменьшить напряжение растяжения и напряжение сжатия, и, таким образом, получают композитный корд 10 с высоким сопротивлением усталости при изгибе.

Центральная проволока 11 из углеволокон в подходящем случае имеет модуль упругости при растяжении в диапазоне от 155 до 650 ГПа. Центральные проволоки 11 из углеволокон имеют плотность, например, от 1,74 до 1,97 г/см³. В частности, можно использовать центральную проволоку 11 от 30 до 2000 текс, которую формируют путем объединения от 500 до 25 000 углеродных филаментов диаметром от 4 мкм до 8 мкм.

Предпочтительно общая площадь поперечного сечения центральной проволоки 11 из углеволокон находится в диапазоне от 20 до 80% от суммы общей площади поперечного сечения центральной проволоки 11 из углеволокон и общей площади поперечного сечения боковых проволок 12 из стекловолокна. Центральная проволока 11 из углеволокон, расположенная в центральной части композитного корда 10, способствует высокой прочности на растяжение и отличной стабильности размеров. Однако в случае, когда доля углеволокон центральной проволоки 11 в композитном корде 10 является чрезмерно высокой, улучшается статическая прочность, но гибкость может ухудшаться. Таким образом, общая площадь поперечного сечения центральной проволоки 11 из углеволокон предпочтительно составляет 80% или менее, а более предпочтительно 70% или менее от суммы общей площади поперечного сечения центральной проволоки 11 из углеволокон и общей площади поперечного сечения боковых проволок 12 из стекловолокна. С другой стороны, в случае, когда доля углеволокон центральной проволоки 11 в композитном корде 10 является чрезмерно низкой, эффект углеволокон центральной проволоки 11 может оказаться недостаточным. Таким образом, общая площадь поперечного сечения центральной проволоки 11 из углеволокон предпочтительно составляет 20% или более, а более предпочтительно 40% или более от суммы общей площади поперечного сечения центральной проволоки 11 из углеволокон и общей площади поперечного сечения боковых проволок 12 из стекловолокна.

Центральная проволока 11 из углеволокон может быть или не быть скручена. Количество скруток центральной проволоки 11 из углеволокон предпочтительно составляет от 10 или менее на 10 см.

Кроме того, поверхность центральной проволоки 11 из углеволокон может быть обработана для улучшения адгезии или для предотвращения истирания волокон. Например, на поверхности центральной проволоки 11 из углеволокон может быть сформирована пленка 11a с адгезией к резине. Такая пленка 11a может быть сформирована с использованием, например, жидкости для обработки (жидкости для обработки RFL), в основном на основе смеси исходного конденсата резорцина и формалина и каучукового латекса. В качестве исходного конденсата резорцина и формалина применяется известный подобный конденсат. Например, может быть использован конденсат типа резола, полученный путем реакции резорцина и формальдегида в присутствии щелочного катализатора, или может быть использован конденсат типа новолака, полученный путем реакции резорцина и формальдегида в присутствии кислотного катализатора. Кроме того, в целях улучшения адгезии для обработки поверхности центральной проволоки 11 из углеволокон можно использовать эпоксидное соединение, изоцианатное соединение или т. п.

Боковые проволоки 12 из стекловолокон в подходящем случае имеют модуль упругости от 60 до 80 ГПа. Боковые проволоки 12 из стекловолокон имеют плотность, например, приблизительно 2,5 г/см³ и прочность на растяжение, например, от 250 до 310 сН/дтекс. В качестве боковых проволок 12 из стекловолокон предпочтительно используют нити, полученные путем объединения и первоначального скручивания от 200 до 2400 стеклянных филаментов диаметром, например, от 7 до 9 мкм, причем каждая из нитей имеет толщину в диапазоне от 20 до 480 текс. Кроме того, количество боковых проволок 12 из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки 11 из углеволокон, не имеет конкретных ограничений, но предпочтительно составляет, например, от 5 до 24 боковых проволок и предпочтительно от 8 до 15 боковых проволок.

Боковые проволоки 12 из стекловолокон расположены на внешней периферийной стороне композитного корда 10, и, таким образом, важна адгезия боковых проволок 12 к изолирующей резине, в которую встраивается композитный корд 10. Адгезию боковых проволок 12 из стекловолокон к изолирующей резине можно улучшить путем обработки боковых проволок 12 из стекловолокон для повышения адгезии или путем скручивания боковой проволоки 12 из стекловолокон.

На поверхности каждой из боковых проволок 12 из стекловолокон может быть образована пленка 12a с адгезией к резине. Такая пленка 12a может быть сформирована с использованием, например, жидкости для обработки (жидкости для обработки RFL), в основном на основе смеси конденсата резорцина и формалина и каучукового латекса. В этом случае можно улучшить устойчивость к усталости при изгибе у боковых проволок 12 из стекловолокон, а также улучшить адгезию боковых проволок 12 из стекловолокон к резине. Кроме того, на поверхность каждой из боковых проволок 12 из стекловолокон может быть нанесен адгезив. Например, с целью улучшения адгезии можно использовать для обработки поверхности каждой из боковых проволок 12 из стекловолокон эпоксидное соединение, изоцианатное соединение или т. п.

Боковые проволоки 12 из стекловолокон могут быть преимущественно скручены таким образом, что количество скруток находится в диапазоне от 1 до 20 на 10 см. Использование количества скруток из этого диапазона позволяет улучшить устойчивость к усталости при изгибе. В случае, когда боковые проволоки 12 из стекловолокон первоначально скручены, предпочтительно, чтобы композитный корд 10 имел конечную скрутку в направлении, противоположном первоначальному направлению скручивания боковых проволок 12 из стекловолокон. Это позволяет уменьшить раскручивание. В случае, когда композитный корд 10 имеет конечную скрутку, количество конечных скруток предпочтительно находится в диапазоне от 2 до 10 на 10 см.

Слой 13 резинового покрытия может быть образован на поверхности композитного корда 10. Слой 13 резинового покрытия может быть выбран в зависимости от изолирующей резины, в которую встраивают композитный корд 10. Следует отметить, что пленки 11a и 12a и слой 13 резинового покрытия могут не применяться.

В пневматической шине, выполненной, как описано выше, в качестве составного материала сердечника 5 борта используется композитный корд 10, который включает в себя центральную проволоку 11, выполненную из углеволокон, и множество боковых проволок 12, выполненных из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки 11. Таким образом, при использовании преимущества высокой прочности углеволокон усталостную прочность, которая у углеволокон является низкой, можно улучшить с помощью конструкции с боковыми проволоками, содержащими стекловолокна, и можно уменьшить массу сердечника 5 борта.

Кроме того, в связи с использованием композитного корда 10 для сердечника борта применяется тросовая конструкция бортовой проволоки, в которой композитный корд 10 спирально наматывается вокруг кольцевого остова 20 сердечника. В этом случае положение композитного корда 10 в сердечнике 5 борта меняется по направлению вдоль окружности шины, и, таким образом, предотвращается концентрация напряжений на композитном корде 10, и напряжение принимает на себя весь композитный корд 10. В результате, можно обеспечить необходимое давление разрыва на основе толщины и количества намоток композитного корда 10. Соответственно, можно получить характеристики, эквивалентные характеристикам известных шин или превышающие их, в то время как масса сердечника 5 борта уменьшается за счет использования для сердечника 5 борта композитного корда 10, образованного из отличного от металла материала.

В описанной выше пневматической шине боковые проволоки 12, образующие композитный корд 10, могут быть покрыты пленкой 12a с адгезией к резине, и композитный корд 10 может быть покрыт резиновым слоем 13. В частности, при изготовлении сердечника 5 борта предпочтительно, чтобы композитный корд 10 был покрыт невулканизированной резиной. В результате улучшения адгезии композитного корда 10 к резине с помощью пленки 12a, покрывающей боковую проволоку 12, как описано выше, можно улучшить долговечность сердечника 5 борта.

В описанной выше пневматической шине кольцевой остов 20 сердечника, расположенный по центру поперечного сечения сердечника 5 борта, может быть образован из металлического материала или неметаллического материала. В случае, если остов 20 сердечника выполнен из металлического материала, эффект уменьшения массы немного снижается, но преимуществом является то, что улучшается однородность пневматической шины. К примерам металлического материала остова 20 сердечника относятся сталь и алюминий. Такой металлический материал может иметь модуль упругости при растяжении 1 ГПа или более и температуру плавления 200°C или выше. В частности, остов 20 сердечника может представлять собой кольцевой остов, образованный из металлического стержня. В случае, если остов 20 сердечника выполнен из металлического материала, остов 20 сердечника может иметь диаметр 1 мм или более.

С другой стороны, в случае, если остов 20 сердечника выполнен из неметаллического материала, эффект уменьшения массы может быть максимальным. Примером неметаллического материала остова 20 сердечника является синтетический полимер, такой как нейлон. Такой неметаллический материал может иметь модуль упругости при растяжении 1 ГПа или более и температуру плавления 200°C или выше. В частности, остов 20 сердечника может представлять собой кольцевой остов, выполненный из полимерного стержня. Такой синтетический полимер можно смешивать с армирующими короткими волокнами. В случае, если остов 20 сердечника содержит неметаллический материал, остов 20 сердечника может иметь диаметр 1 мм или более. Кроме того, описанный выше композитный корд 10 можно использовать для формирования кольцевого остова, который можно использовать в качестве остова 20 сердечника.

Кроме того, как показано на ФИГ. 2, предпочтительно, чтобы базовая поверхность участка 3 борта имела двухступенчатый угол наклона, включающий разные углы наклона относительно осевого направления шины, и угол θ2 наклона второй наклонной поверхности 32 со стороны носка борта шины был больше угла θ1 наклона первой наклонной поверхности 31 со стороны пятки борта шины. Например, угол θ1 наклона первой наклонной поверхности 31 со стороны пятки борта может быть задан в диапазоне от 5° до 10°, тогда как угол θ2 наклона второй наклонной поверхности 32 со стороны носка шины может быть установлен в диапазоне от 12° до 25°. Композитный корд 10 имеет меньшую жесткость при растяжении, чем стальные проволоки, и, таким образом, в случае композитного корда 10 участок 3 борта, как правило, менее плотно садится на диск. С другой стороны, в случае, когда базовой поверхности участка 3 борта придан двухступенчатый уклон, описанный выше, относительно небольшой угол θ1 наклона первой наклонной поверхности 31 со стороны пятки борта обеспечивает высокую пригодность для установки на диск, в то время как относительно большой угол θ2 наклона второй наклонной поверхности 32 со стороны носка борта заставляет сторону носка участка 3 борта сжиматься во время установки, что позволяет участку 3 борта более плотно садиться на диск. Таким образом, может быть улучшена стабильность рулевого управления при достижении снижения массы.

Пример

Были изготовлены шины в соответствии со стандартным примером 1, сравнительными примерами 1 и 2 и примерами 1–3. Шины представляют собой пневматические шины, имеющие одинаковую конфигурацию, включающую кольцевые сердечники борта, встроенные в участки борта, и каркасный слой, закрепленный на сердечниках борта, за исключением конструкции сердечников борта, причем каждая из шин имеет размер шины 205/55R16.

В стандартном примере 1 используют сердечники борта, имеющие многослойную структуру бортовой проволоки с шестиугольным поперечным сечением, и для сердечников борта используют стальные проволоки. В сравнительном примере 1 используются сердечники борта, имеющие многослойную структуру бортовой проволоки с шестиугольным поперечным сечением, и в качестве проволок для сердечников борта используют композитные корды, которые включают в себя центральную проволоку, выполненную из углеволокон, и множество боковых проволок, выполненных из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки. В сравнительном примере 2 используются сердечники борта, имеющие тросовую конструкцию бортовой проволоки, и в качестве проволок для остова сердечника и боковой части каждого сердечника борта используются углеволоконные корды.

В примере 1 используются сердечники борта, имеющие тросовую конструкцию бортовой проволоки, и в качестве проволок для остова сердечника и боковой части каждого сердечника борта используют композитные корды, которые включают в себя центральную проволоку, выполненную из углеволокон, и множество боковых проволок, выполненных из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки. В примере 2 используются сердечники борта, имеющие тросовую конструкцию бортовой проволоки, и в качестве проволок для остова каждого сердечника борта и используются стальные проволоки, а в качестве проволок для боковой части сердечника борта используют композитные корды, которые включают в себя центральную проволоку, выполненную из углеволокон, и множество боковых проволок, выполненных из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки. В примере 3 используются сердечники борта, имеющие тросовую конструкцию бортовой проволоки, и в качестве проволок для остова каждого сердечника борта и используются нейлоновые проволоки, а в качестве проволок для боковой части сердечника борта используют композитные корды, которые включают в себя центральную проволоку, выполненную из углеволокон, и множество боковых проволок, выполненных из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки. Многослойная конструкция сердечника борта, количество намоток и диаметр проволоки выбраны, как указано в таблице 1.

Что касается многослойной структуры сердечника борта, то в случае многослойной бортовой проволоки, например, 4+5+4 означает, что периферийные части проволоки наслаиваются в следующем порядке: четыре ряда, пять рядов и четыре ряда от внутренней стороны к наружной стороне в радиальном направлении шины. Кроме того, в случае тросовой бортовой проволоки, например, 1+6+12 означает, что боковая часть, образованная из шести периферийных рядов, расположена вокруг одного остова сердечника, а другая боковая часть, образованная из 12 периферийных рядов, расположена снаружи от боковой части.

Для шин в соответствии со стандартным примером 1, сравнительными примерами 1 и 2 и примерами 1–3 общая прочность сердечников борта, масса сердечников борта, давление разрыва в совершенно новом состоянии и давление разрыва после испытаний на долговечность оценивают с помощью описанного ниже метода испытания, и результаты представлены в таблице 1.

Общая прочность сердечников борта

Общую прочность сердечников борта, используемых в каждой из испытуемых шин, измеряют и выражают в виде индексного значения, причем стандартной шине 1 присваивается индексное значение 100. Более высокое индексное значение означает более высокую общую прочность сердечников борта.

Масса сердечников борта

Массу сердечников борта, используемых в каждой из испытуемых шин, измеряют и выражают в виде индексного значения, причем стандартной шине 1 присваивается индексное значение 100. Более высокое значение индекса означает большую массу сердечников борта.

Давление разрыва в совершенно новом состоянии

Каждую испытуемую шину фиксируют в гидравлическом испытательном устройстве, давление внутри шины увеличивают и определяют максимальное давление, при котором происходит разрыв участков борта. Результаты оценки выражали в виде индексных значений, причем результатам стандартного примера 1 было присвоено индексное значение 100. Чем больше индексное значение, тем выше прочность на разрыв у совершенно новой шины.

Давление разрыва после испытания на долговечность

После проведения испытания на долговечность для каждой испытуемой шины, указанного в JIS–D4230, каждую испытуемую шину фиксируют в гидравлическом испытательном устройстве, давление внутри шины увеличивают и определяют максимальное давление, при котором происходит разрыв участков борта. Результаты оценки выражали в виде индексных значений, причем результатам стандартного примера 1 было присвоено индексное значение 100. Большее индексное значение означает более высокую прочность на разрыв у шины, которую подвергали испытанию на долговечность.

Таблица 1

Стандартный пример Сравнительный пример Сравнительный пример Пример Пример Пример 1 1 2 1 2 3 Тип сердечника борта Многослойная бортовая проволока Многослойная бортовая проволока Тросовая бортовая проволока Тросовая бортовая проволока Тросовая бортовая проволока Тросовая бортовая проволока Проволоки сердечника борта Сталь Углеволокна /
стекловолокна Углеволокна Остов сердечника: углерод /
стекло
Боковой участок: углерод /
стекло Остов сердечника: сталь
Боковой участок: углерод /
стекло Остов сердечника: нейлон
Боковой участок: углерод /
стекло Многослойная структура сердечника борта 4+5+4 4+5+6+5+4 1+6+12 1+6+12 1+6+12 1+6+12 Направление скручивания композитного корда из углеволокон и стекловолокон
(первоначальная закрутка углеволокон/первоначальная закрутка стекловолокон/конечная закрутка) – S/Z/S – S/Z/S S/Z/S S/Z/S Количество скруток композитного корда из углеволокон и стекловолокон
первоначальная закрутка углеволокон/первоначальная закрутка стекловолокон/конечная закрутка (кол–во на 10 см) – 2/8/7 – 2/8/7 2/8/7 2/8/7 Направление намотки боковой части тросовой бортовой проволоки
(Первый слой/второй слой) – – Z/Z Z/Z Z/Z Z/Z Количество намоток боковой части тросовой бортовой проволоки
(Первый слой/второй слой) (кол–во/10 см) – – 2,5/1,3 2,5/1,3 2,5/1,3 2,5/1,3 Количество намоток сердечника борта 13 24 19 19 19 19 Диаметр проволоки (мм) 1,2 1,2 Остов сердечника: 1,4
Боковой участок: 1,2 Остов сердечника: 1,4
Боковой участок: 1,2 Остов сердечника: 1,4
Боковой участок: 1,2 Остов сердечника: 1,4
Боковой участок: 1,2 Общая прочность сердечников борта (индексное значение) 100 98 76 76 77 74 Масса сердечников борта (индексное значение) 100 39 19 25 33 25 Давление разрыва в совершенно новом состоянии (индексное значение) 100 74 102 102 104 100 Давление разрыва после испытания на долговечность (индексное значение) 100 74 87 102 104 100

Как видно из таблицы 1, по сравнению с шиной стандартного примера 1 шины примеров 1–3 позволяют добиться снижения массы, и при этом сохраняется достаточная прочность участка борта на разрыв. С другой стороны, в шине сравнительного примера 1 в качестве проволоки для сердечника борта использован композитный корд, который образован из углеволокон и стекловолокон, но сердечник борта имеет многослойную структуру бортовой проволоки с шестиугольным поперечным сечением, которая не обеспечивает достаточной прочности участка борта на разрыв. Кроме того, в шине сравнительного примера 2 используются сердечники борта, имеющие тросовую конструкцию бортовой проволоки, но в качестве проволоки для остова сердечника и боковой части используется углеволоконный корд, который не обеспечивает достаточной прочности участка борта на разрыв после испытания на долговечность. Это связано с тем, что прочность углеволоконного корда, образующего сердечник борта, снижается из–за повреждений во время движения.

Перечень ссылочных позиций

1 – участок протектора

2 – участок боковины

3 – участок борта

4 – каркасный слой

5 – сердечник борта

6 – наполнитель борта

7 – слой брекера

8 – армирующий слой брекера

10 – композитный корд

11 – центральная проволока

11a – пленка

12 – боковая проволока

12a – пленка

13 – слой резинового покрытия

20 – остов сердечника.

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Пневматическая шина включает в себя кольцевые сердечники (5) борта, встроенные в участки (3) борта, и каркасный слой (4), закрепленный на сердечниках (5) борта. Каждый из сердечников (5) борта имеет тросовую структуру бортовой проволоки, в которой композитный корд (10) спирально наматывается вокруг кольцевого остова (20) сердечника, причем композитный корд включает в себя центральную проволоку (11), образованную из углеволокон, и множество боковых проволок (12), образованных из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки (11). В результате пневматическая шина позволяет достигать рабочих характеристик, эквивалентных характеристикам известных шин или превышающих их, при этом обеспечивается уменьшение массы сердечников борта за счет использования для сердечников борта композитного корда. 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Пневматическая шина, содержащая кольцевые сердечники борта, встроенные в участки борта, и каркасный слой, закрепленный на сердечниках борта,

причем каждый сердечник борта имеет тросовую структуру бортовой проволоки, в которой композитный корд спирально наматывается вокруг остова кольцевого сердечника, причем композитный корд включает в себя центральную проволоку из углеволокон и множество боковых проволок из стекловолокон, расположенных вокруг центральной проволоки.

2. Пневматическая шина по п. 1, в которой общая площадь поперечного сечения углеволокон в композитном корде составляет от 20% до 80% от общей площади поперечного сечения углеволокон и общей площади поперечного сечения стекловолокон в композитном корде.

3. Пневматическая шина по п. 1 или 2, в которой остов сердечника представляет собой кольцевой остов, имеющий круглую форму поперечного сечения и диаметр 1 мм или более, и имеет модуль упругости при растяжении 1 ГПа или более и температуру плавления 200°C или выше.

4. Пневматическая шина по любому из пп. 1–3, в которой остов сердечника содержит металлический материал.

5. Пневматическая шина по любому из пп. 1–3, в которой остов сердечника содержит неметаллический материал.

6. Пневматическая шина по любому из пп. 1–5, в которой боковые проволоки, входящие в композитный корд, покрыты пленкой с адгезией к резине.

7. Пневматическая шина по любому из пп. 1–6, в которой композитный корд выполнен в виде скрученного корда, содержащего центральную проволоку, полученную путем скручивания углеволокон с количеством скруток 10 или менее/10 см, и множество боковых проволок, спирально навитых вокруг центральной проволоки, причем каждая из боковых проволок получена путем скручивания стекловолокон с количеством скруток от 1 до 20/10 см.

8. Пневматическая шина по любому из пп. 1–7, в которой направление намотки композитного корда вокруг остова сердечника в сердечнике борта противоположно конечному направлению скручивания композитного корда.

9. Пневматическая шина по любому из пп. 1–8, в которой базовая поверхность каждого участка борта выполнена с двухступенчатым углом наклона, включающим разные углы наклона относительно осевого направления шины, и угол наклона второй наклонной поверхности со стороны носка борта шины больше угла наклона первой наклонной поверхности со стороны пятки борта шины.