НОВЫЙ ШИННЫЙ КОРД ИЗ БИЭЛАСТИЧНОГО АРАМИДА В КАЧЕСТВЕ АРМИРОВАНИЯ КАРКАСА Российский патент 2020 года по МПК B60C1/00 D02G3/48 D02G3/28 D01F11/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к новому армирующему шинному корду из двух или более нитей арамида, который содержит адгезивную пропитку не только на поверхности корда, но также и между его нитями. Такой новый биэластичный шинный корд с глубокой межнитевой пропиткой улучшает высокоскоростную долговечность и устраняет проседание при его использовании в качестве армирования каркаса (армирующего слоя корпуса) в радиальных и диагональных пневматических шинах.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Известно, что обычное текстильное армирование шины представляет собой двух- или трехнитевые корды с закрытыми нитями, что означает, что каждая индивидуальная нить имеет граничный контакт друг с другом. Такие текстильные корды в радиальных и диагональных пневматических шинах могут быть, например, кордами из искусственного шелка, полиэстера, нейлона, а также гибридными кордами из арамида/нейлона.

Гибридные корды из арамида/нейлона, имеющие биэластичные свойства растяжения, содержащие высокомодульные арамидные нити и низкомодульные нейлоновые нити, имеют улучшенную усталостную стойкость при изгибе по сравнению с кордом из арамида с сопоставимыми конструкционными параметрами, такими как общая толщина в децитексах и коэффициент крутки. Амортизирующий эффект низкомодульного нейлона (меньшее трение между нитями корда) улучшает усталостную прочность гибридных кордов из арамида/нейлона.

Патент США № 4155394 описывает композитный (гибридный) корд, подходящий для армирования шины, состоящий из множества слоев нитей, выборочно свитых таким образом, чтобы при приложении продольного напряжения, при начальном удлинении корда, слоем, принимающим на себя первичную нагрузку, была нить из полиэстера или нейлона, а после заметного удлинения корда, слоем, принимающим на себя первичную нагрузку, была нить из арамида. Это изобретение дополнительно относится к пневматической шине, промышленной ленте или шлангу, имеющим каркас, содержащий ткань из такого корда в качестве армирующего элемента.

Патент США № 7484545 описывает гибридные корды с высокой толщиной в децитексах, имеющие высокомодульный арамид и низкомодульный нейлон в качестве каркаса и армирования короны в радиальных шинах для воздушных судов. Предел прочности на разрыв таких гибридных кордов является более высоким, чем 1050 Н, а значения относительного удлинения при разрыве составляют больше чем 12 и меньше чем 20%.

Патентная публикация № 2014/0360648 описывает корд каркаса, состоящий из одной одиночной арамидной первой нити, спиральным образом намотанной вокруг одиночной полиэстерной второй нити. Первая нить и вторая нить имеют различные модули упругости. Модуль первой нити имеет значение больше, чем модуль второй нити.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к двух- или многонитевому армирующему корду, изготовленному из арамидной нити, имеющей биэластичные свойства растяжения. Более конкретно, этот корд имеет низкое начальное значение модуля и высокое значение модуля после начального удлинения. Для того, чтобы предотвратить чрезмерное увеличение модуля и потерю предела прочности при разрыве, следует избегать высокого уровня крутки корда.

Производственный принцип трансформации линейного поведения при растяжении корда из арамида в биэластичную характеристику основан на открывании нитей корда и введении в эти отверстия адгезива RFL. Корд из арамида, 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 погружением 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 1,0%: Напряжение при удлинении на 1,0% 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 арамида 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 арамида, в которых

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

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

C показывает поперечное сечение двух- и трехнитевых кордов из арамида 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 арамида.

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

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

Фиг.9b показывает вид сбоку и поперечное сечение трехнитевого корда из арамида 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 арамида, в которых

1 означает пропитанный арамидный корд конструкции 1670 децитекс/3, имеющий крутку Z/S величиной 320/320 tpm (предшествующий уровень техники), имеющий линейную характеристику растяжения,

2 означает пропитанный арамидный корд конструкции 1670 децитекс/3, имеющий крутку Z/S величиной 320/280 tpm (40 tpm обратной крутки в направлении Z), имеющий биэластичную характеристику растяжения в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Арамид с его ультравысоким значением модуля и высокой прочностью является очень размерно устойчивым материалом. Благодаря его высококристаллической микроструктуре он не проявляет значительной термоусадки под воздействием высокой температуры. В скрученной форме в виде двух- или трехнитевого корда он может использоваться в качестве армирования в шинах и резинотехнических изделиях, таких как клиновидные ремни (Фиг.1 и 2).

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

Гибридные корды из арамида/нейлона могут использоваться в качестве армирования каркаса в радиальных шинах для воздушных судов и в диагональных шинах для грузовиков для того, чтобы сократить количество слоев и резины (см. Фиг.3 и 4). За счет уменьшения количества слоев каркаса боковина шины становится тоньше и гибче. С другой стороны, шина с меньшим количеством резины становится легче и меньше нагревается при динамических условиях благодаря меньшему гистерезису резины.

Двух- или трехнитевые корды из нейлона 6 и нейлона 6,6 (см. Фиг.5 и 6) известны в качестве армирующего каркаса в радиальных шинах для воздушных судов и в диагональных шинах для грузовиков, но благодаря более низкому пределу прочности на разрыв (удельной прочности) нейлоновых кордов в таких шинах необходимо использовать несколько слоев каркаса. Деформации межслойного сдвига между такими слоями каркаса вызывают накопление тепла и повышение температуры, что приводит к раннему разделению слоев и разрушению шины.

В соответствии с настоящим изобретением корды с двумя или более нитями из арамида, не содержащие какого-либо низкомодульного компонента, такого как нейлон, могут быть произведены с биэластичными свойствами растяжения (Фиг.7). Такие новые биэластичные корды из арамида могут использоваться в качестве армирования каркаса в радиальных и диагональных шинах с улучшенной высокоскоростной долговечностью и без какого-либо проседания.

В соответствии с настоящим изобретением основной принцип производства биэластичного корда из арамида заключается в открывании нитей корда и введении в отверстие между ними адгезива. Корд из арамида, содержащий большое количество адгезива, такого как RFL, между его нитями, становится растягиваемым с низкими усилиями, и во время этого растяжения нити корда из арамида 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 арамида приблизятся друг к другу, корд из арамида начинает сопротивляться удлинению, и он снова становится ультравысокомодульным кордом (см. Фиг.11).

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

a) Суровые арамидные корды из двух или более нитей термофиксируются при температуре от 120°C до 260°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). Арамидные корды 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 арамидные корды из двух или более нитей пропитываются и термофиксируются при температуре от 120°C до 260°C, и после охлаждения они частично скручиваются в направлении, противоположном направлению крутки корда. Во время этого процесса обратного скручивания нити корда открываются. Арамидные корды 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) Арамидные 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 арамидный корд с проникшим между его нитями пропиточным раствором сушится и термофиксируется при температуре от 120°C до 260°C.

Биэластичная характеристика растяжения арамидного корда 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 арамидный корд из двух или более нитей имеет значение TASE при 1%-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 0,5xD.

Арамидные корды с TASE при 1%-ом удлинении выше чем 2,0 сН/децитекс имеют недостаточную растяжимость и усталостную прочность на изгиб.

Предпочтительно значение s составляет больше чем 0,2xD и меньше чем 0,4xD.

В соответствии с настоящим изобретением привес при пропитке (DPU) адгезивом пропитанного корда составляет больше чем 10 мас.% и меньше чем 50 мас.%, предпочтительно больше чем 15 мас.% и меньше чем 35 мас.%.

DPU меньше чем 10 мас.% не может полностью заполнить отверстия между нитями корда, а DPU больше чем 50 мас.% приводит к слишком толстым диаметрам корда.

В соответствии с настоящим изобретением коэффициент крутки корда составляет больше чем 10000 и меньше чем 25000, 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 25000 имеют значительно пониженное значение модуля.

В соответствии с настоящим изобретением полная номинальная линейная плотность корда составляет больше чем 600 децитекс и меньше чем 6000 децитекс.

Корды, имеющие плотность меньше чем 600 децитекс, являются недостаточно эффективными, а корды, имеющие плотность больше чем 6000 децитекс, являются слишком толстыми.

Изобретение относится к новому армирующему шинному корду, а именно к пропитанному и термофиксированному корду, который может быть использован в качестве армирования каркаса в радиальных и диагональных пневматических шинах с улучшенной высокоскоростной долговечностью и без какого-либо проседания. Пропитанный и термофиксированный корд изготовлен из ультравысокомодульного арамидного волокна, имеющего биэластичные свойства растяжения. Пропитанный и термофиксированный корд имеет по меньшей мере две нити корда, и интервал между нитями корда составляет более 10% и менее 50% от диаметра (D) корда. Изобретение позволяет получить биэластичный шинный корд, который имеет значение TASE при удлинении на 1,0% менее чем 2,0 сН/децитекс. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Пропитанный и термофиксированный корд из арамида, имеющий по меньшей мере две нити корда и имеющий интервал (интервалы) между упомянутыми нитями корда, при этом он имеет значение TASE при удлинении на 1,0% менее чем 2,0 сН/децитекс, отличающийся тем, что интервал (интервалы) между упомянутыми нитями корда составляет более 10% и менее 50% от диаметра (D) корда.

2. Пропитанный и термофиксированный корд из арамида по п.1, в котором интервал (интервалы) между упомянутыми нитями корда предпочтительно составляет более 20% и менее 40% от диаметра (D) корда.

3. Пропитанный и термофиксированный корд из арамида по п.1, который имеет привес при пропитке (DPU) адгезивом более 10 мас. % и менее 50 мас. %.

4. Пропитанный и термофиксированный корд из арамида по п.1, который предпочтительно имеет привес при пропитке (DPU) адгезивом более 15 мас. % и менее 35 мас. %.

5. Пропитанный и термофиксированный корд из арамида по п.1, который имеет коэффициент крутки от 10000 до 25000, вычисляемый в соответствии со следующей формулой:

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

6. Пропитанный и термофиксированный корд из арамида по п.1, который имеет полную номинальную линейную плотность от 600 до 6000 децитекс.