Пневматическая радиальная легкогрузовая шина (варианты) Российский патент 2023 года по МПК B60C9/08 B60C9/22 

Группа изобретений относится к пневматическим легковым шинам радиальной конструкции, номинальная высота профиля которых составляет 135÷142 мм, либо 143÷150 мм, либо 151÷157 мм, либо 158÷165 мм, либо 166÷173 мм, каркасная часть состоит из боковин, выполненных, по меньшей мере, из двух видов резин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, двух слоев обрезиненного текстильного корда, имеющего радиальное направление нитей, а также из сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки.

Известны технические решения пневматических легковых шин с металлокордными и текстильными слоями в брекере: патент РФ №2470796 на изобретение «Пневматическая шина, в которой используется усилительная конструкция с волокнами, имеющими приплюснутое сечение» опубл. 27.12.2012, патент РФ №2510335 на изобретение «Шина с радиальной каркасной арматурой» опубл. 27.03.2014, патент РФ №2413628 на изобретение «Пневматическая шина» опубл. 10.03.2011, патент РФ №2410243 на изобретение «Пневматическая шина с одним прерывистым слоем каркаса (варианты)» опубл. 27.01.2011.

Наиболее близким аналогом к разработанной группе решений является техническое решение по патенту РФ №2470796 на изобретение «Пневматическая шина, в которой используется усилительная конструкция с волокнами, имеющими приплюснутое сечение». Изобретение относится к автомобильной промышленности. Шина содержит герметичную резиновую оболочку и усилительную конструкцию, образуемую в основном множеством волокон, утопленных в резине и уложенных слоями. Данная усилительная конструкция содержит, по меньшей мере, слой каркаса и брекерный слой. Волокна этих слоев соединены друг с другом и ориентированы относительно срединной плоскости шины под соответствующими углами порядка 90° и 0°. Каждое из этих волокон имеет поперечное сечение плоской формы. Технический результат - упрощение изготовления шины при высоких эксплуатационных характеристиках.

В данных решениях недостаточно рассмотрены варианты конструкции и способы изготовления каркасной части легкогрузовых пневматических шин, позволяющие повысить потребительские качества готового изделия, эффективность производства за счет экономии энерго- и трудоресурсов, снизить амортизационные отчисления и материалоемкость шины.

Задачей данной группы изобретений является разработка пневматической радиальной шины с увеличенной общей работоспособностью, обеспечивающей снижение гистерезисных потерь в каркасной части легкогрузовых пневматических шин, а также с увеличенной упругостью каркаса и окружной жесткости шины в целом, в результате повышающих характеристику сопротивления шин боковому уводу и снижение потерь на качение, а также расширение арсенала технических средств, позволяющих снизить максимальную температуру катящейся шины, увеличить стойкость обрезиненной каркасной части при механических повреждениях шины.

Для достижения поставленной задачи разработана 5 вариантов конструкций пневматической легковой шины:

1. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 135÷142 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин, (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (170±2,5 мм), шириной детали боковины Е (135±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (50±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм, и выполнением каркаса, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс, толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9 мм ÷ 1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

2. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 143÷150 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин, (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (175±2,5 мм), шириной детали боковины Е (135±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (50±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм, и выполнением каркаса, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс, толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9 мм ÷ 1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

3. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 151÷157 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин, (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (185±2,5 мм), шириной детали боковины Е (145±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (50±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм, и выполнением каркаса, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс, толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9 мм ÷ 1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

4. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 158÷165 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин, (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (195±2,5 мм), шириной детали боковины Е (155±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (60±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм, и выполнением каркаса, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс, толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9 мм 1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

5. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 166÷173 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин, (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (200±2,5 мм), шириной детали боковины Е (160±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (60±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм, и выполнением каркаса, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс, толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 350 400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9 мм ÷ 1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

Согласно заявленной группы изобретений пневматическая радиальная легковая шина во всех вариантах изготовления состоит из протектора (1), обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда (2), и одного или двух экранирующих слоев (3), боковин, выполненных, по меньшей мере, из двух видов резин (резиновая смесь боковины (4), резиновая смесь бортовой ленты (5)), бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца (6) и наполнительного шнура (7), двух слоев обрезиненного текстильного корда, первого слоя (8) и второго слоя (11), имеющего радиальное направление нитей, а также из сдублированных слоев герметизирующего слоя (9) и технологической прослойки (10). Конструкция шины в поперечном сечении приведена на Фиг. 1.

Получение заготовки боковины в виде одной детали осуществляется методом профилирования на червячном прессе. Конфигурация профиля заготовки детали боковины формируется в головке червячного пресса с помощью сменной профильной планки, с учетом реологических и релаксационных свойств резиновой смеси. Изготовление боковин из двух резиновых смесей позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики готового изделия. К основным специфическим требованиям, обеспечивающим высокую работоспособность боковин (4, Фиг. 1) в режиме заданных деформаций, относится высокая усталостная выносливость, сопротивление порезам, проколам и всем видам атмосферного старения. Кроме того, боковины должны быть достаточно тонкими и эластичными, чтобы хорошо выдерживать многократный изгиб. В связи с этим рецептура резиной смеси для боковин радиальных шин строится на основе комбинации каучуков, которые обеспечивают удовлетворительные технологические свойства и прочность стыка боковин, а, резиновая смесь бортовой ленты (5, Фиг. 1) иметь надежную связь с ободом и обеспечивать плавность перехода от жестких, практически нерастяжимых бортов шины к гибкой боковой стенке совместно с резиновой смесью наполнительного шнура (7, Фиг. 1), который, в свою очередь, обеспечивает отсутствие включений воздуха в крыле шины, должен обладать хорошей конфекционной клейкостью и обладать твердостью в соответствии с конструкционными характеристиками шины, наполнительный шнур играет важную роль промежуточного звена между жестким бортовым кольцом (6, Фиг. 1) и боковиной (4, Фиг. 1) работающей в динамике.

По настоящим изобретениям применены резиновые смеси боковины, бортовой ленты и наполнительного шнура со следующими физико-механическими показателями, обеспечивающими работоспособность в режиме заданных деформаций, значения которых приведены в таблице 1.

Обрезиненное каркасное полотно (8 и 11, Фиг. 1), выполненное из и двух слоев (8, Фиг. 1) и (11, Фиг. 1) (предпочтительно применимо к пневматическим легкогрузовым шинам радиальной конструкции) обрезиненного полиэфирного текстильного корда структуры 1440 дтекс, с толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9 мм ÷ 1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10 мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

Обрезиненное каркасное полотно, являясь основной силовой частью покрышки, ограничивает внутренний объем шины и воспринимает нагрузки, действующие на шину, должно обладать значительной прочностью, а также определенной эластичностью. Полотно состоит из одного или нескольких наложенных друг на друга слоев обрезиненного корда и резиновых прослоек. Прочность покрышки определяется прочностью обрезиненного каркасного полотна и главным образом зависит от прочности корда, так как модуль его упругости на несколько порядков больше модуля упругости резины. Форма каркаса и число слоев корда в нем определяются расчетом исходя из заданного давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Каркасное полотно несет основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая последней прочность, эластичность, износостойкость и сохранение заданной формы. Каркасное полотно в покрышке работает главным образом на растяжение и многократный изгиб. Эти напряжения возникают, как правило, в результате давления воздуха и действия центробежных сил, которые создают в корде растягивающие напряжения. Значительное влияние на работу каркаса оказывают толщина корда, его плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства.

В разработанном техническом решении в слоях корда готовой шины число нитей полиэфирного текстильного корда структуры 1440 дтекс на 100 мм составляет по основе 110÷120 и по утку 7÷9, что позволяет заполнить промежутки между нитями и сделать ткань плотнее на просвет, в то же время по техническим требованиям к конечному продукту (ткани) уток должен обладать прочностью, не уступающей основе. В этом случае уточные нити также должны обладать высокой круткой, для достижения необходимых прочностных свойств.

Необходимость скручивания нитей диктуется требованиями достижения заданной разрывной прочности, допустимых удлинений как при разрыве, так и при рабочих нагрузках, плюс необходимостью гарантировать стабильную связь с резиной каркаса. Кроме того, скручивание нитей в кордную нить дает возможность достижения необходимой долговечности при динамических нагрузках.

Применение двух слоев полиэфирного корда структуры 1440 дтекс в пневматических легкогрузовых шинах радиальной конструкции, с числом кручений нити основы первой и второй крутки 350 400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 10 см и по утку 7÷9 нитей на 10 см, с толщиной обрезиненного корда в каркасе 0,9 мм ÷ 1,1 мм, причем в готовой шине шаг нитей обрезиненного каркасного полотна в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5, позволяет обеспечить необходимые и достаточные запас прочности каркаса шины, ее жесткость и работоспособность, долговечность шины.

Каждая кордная нить каркаса изолирована от соседних и в то же время связана с ними уникальной резиновой смесью. Резина предохраняет кордные нити от влаги, перетирания и способствует равномерному распределению нагрузок между ними. Наличие резины между слоями кордных нитей увеличивает массу шины, а, следовательно, влияет на ее эксплуатационные характеристики. Расчетным (методом конечных элементов) и опытным путем в настоящем изобретении подобрана толщина обрезиненного корда и резиновых прослоек для соблюдения оптимальных характеристик шин по настоящему изобретению. Толщина обрезиненного слоя корда составляет от 0,9 мм до 1,1 мм - для случая применения полиэфирного текстильного корда структуры 1440.

Резиновые смеси, которыми обрезинивают полиэфирный текстильный корд, в свою очередь, должны обладать высокой выносливостью при многократных деформациях и низкими гистерезисными потерями, иметь высокое сопротивление тепловому старению, а также высокую прочность связи с каркасным кордом и высокую прочность связи с прилегающими слоями боковины и бортовой ленты.

Резина в слое каркасного полотна работает в режиме, близком к режиму заданной деформации. Величина деформации резины определяется нагруженностью боковой стенки (радиальным прогибом) и относительным резиносодержанием в слое (частота нитей корда). Особенностью нагружения резины в слое радиальных шин состоит в том, что при повороте шины на 10° направление главных деформаций меняется (Фиг. 2, Фиг. 3). При этом резина в слое каркасного полотна испытывает двухосное растяжение, и сдвиг резины в слое составляет около 40%.

В настоящей группе изобретений для достижения технического результата применена резиновая смесь на основе полиизопрена натурального, техуглеродного наполнителя, и модифицирующей системы, которая вводится для достижения высокого уровня прочности связи в резиновой смеси. Широкое применение армирующих материалов на основе синтетических волокон практически всегда требует их обработки различными адгезивами (пропиточными составами). После обрезинивания формируется трехкомпонентная система кордная нить адгезив резина (Фиг. 4), имеющая две межфазные поверхности. На прочность связи корд адгезив резина влияют: химическое строение и структура поверхности волокна, состав и свойства примененного адгезива и рецептура резиновой смеси. Поскольку химические структуры синтетических волокон, используемых для получения кордного полотна, применяемого в шинной промышленности, и резины сильно различаются, эти материалы структурно несовместимы с точки зрения химических и физических свойств. Синтетические волокна обладают высокой прочностью и низкими показателями удлинения, в то время как резины, напротив, представляют собой полимерные материалы, обладающие высокими показателями удлинения и низкой прочностью. Полярные группы (амидные, гидроксильные и карбонильные группы), присутствующие в структуре синтетических волокон, несовместимы с неполярными структурами, содержащимися в резине. Для решения этой проблемы на практике в большинстве случаев применяют латексные пропиточные составы, которые представляют собой винилпиридиновый (далее - ВП) латекс и/или стирол-бутадиеновый (далее - СБ) латекс, в качестве ВП и/или СБ латекса применяют по меньшей мере один латекс, выбранный из группы, состоящей из винилпиридин-стирол-бутадиенового латекса, винилпиридин-стирол-бутадиенового латекса, модифицированного карбоновой кислотой, стирол-бутадиенового латекса и стирол-бутадиенового латекса, модифицированного карбоновой кислотой. В настоящей группе изобретений применен пропиточный состав на основе винилпиридинового латекса.

Конструктивные параметры слоев каркаса и резиновых прослоек шины, характеристики примененного текстильного полиэфирного корда, в сочетании с использованием уникальных каркасных резин, а также пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса позволяют достичь высоких прочностных характеристик, адгезионных свойств каркасных слоев в легкогрузовых радиальных шинах, как в связи текстильного корда с резиновой смесью для обрезинивания каркаса, так и со смежными резиновыми смесями боковины и бортовой ленты.

Для достижения технического результата разработана опытная резиновая смесь, обладающая низкими гистерезисными потерями, со следующими прочностными показателями (значения для полиэфирного текстильного корда структуры 1440 дтекс - приведены в таблице 2), в сравнении с серийно-применяемой резиновой смесью.

Бортовая часть шины состоит из бортовых колец (6, Фиг. 1), полученных путем сборки отдельных бронзированных проволок марки 0,965 БП в прядь с соответствующим шагом точно по центру, которая подогревается и обрезинивается в изолирующей головке штифтового экструдера, с целью улучшения адгезии между проволокой и изолирующим слоем резиновой смеси путем уменьшения термического удара в зоне изолирующей головки экструдера, причем бортовое кольцо выполнено из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм.

Шина удерживается на ободе колеса благодаря жесткому нерастяжимому борту, необходимую прочность и жесткость борту придают крылья, основой которых являются бортовые кольца.

Конструкция и число слоев бортовых колец в шине определяются расчетом МКЭ (методом конечных элементов) исходя из заданного внутреннего давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Бронзированная проволока несет основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая необходимые удерживающие усилия, достаточную окружную жесткость, износостойкость и сохранение заданной формы на ободе колеса. В разработанном решении применяется бортовая проволока марки 0,965 БП.

Борт шины работает главным образом на растяжение. Эти напряжения возникают, как правило, в результате давления воздуха и действия центробежных сил, которые создают в бортовом кольце растягивающие напряжения. Значительное влияние на работу бортового кольца и в целом борта шины оказывают диаметр проволоки, ее плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства, а также конструкция в зависимости от числа слоев и количества проволок в ряду.

Для обеспечения повышенных технических характеристик шин современная бортовая проволока должна выдерживать высокую разрывную нагрузку при минимальной массе погонного метра (линейной плотности), иметь достаточный уровень прочности связи с резиной, обладать повышенным сопротивлением усталостному разрушению при циклических нагрузках.

Традиционно для армирования бортовых колец автомобильных шин применялась «классическая» бортовая латунированная проволока. Однако развитие технологии шинной промышленности диктует повышенные требования к армирующим материалам и на сегодняшний день стоит задача получить более высокий уровень прочности и при этом сохранить прежний уровень пластических свойств проволоки для армирования бортовых колец шин. В связи с этим активно начало применяться бронзирование проволоки.

Бортовая бронзированная проволока обладает более высоким комплексом прочностных и пластических свойств по сравнению с бортовой латунированной проволокой. Бронзовое покрытие наносится химическим способом путем одновременного осаждения меди и олова из одной ванны. Термообработка в данном случае проводится до нанесения покрытия и только с целью обеспечения заданного комплекса прочностных и пластических свойств проволоки, после которой следуют операции подготовки поверхности проволоки под покрытие.

Именно заключительная операция термообработки холоднодеформированной проволоки позволяет повысить и достигнуть требуемых показателей пластичности, прямолинейности и при этом не сильно снизить прочностные характеристики.

Проведенные исследования показали, что при переходе на нанесение бронзового покрытия прочностные характеристики после низкотемпературного отжига не снижаются, а наоборот повышаются (временное сопротивление разрыву повышается в среднем на 50-80 МПа).

Адгезия проволоки обеспечивается за счет химического взаимодействия тонкого слоя оловянной бронзы с серой, входящей в состав резины, при этом образуется на поверхности контакта сталь-резина слой нестехиометрического сульфида меди (CuxS), который способствует механическому сцеплению резиновой смеси и образует очень прочное соединение. Адгезионные свойства бортовой проволоки, кроме химического состава покрытия, определяются ее микрорельефом (шероховатостью). Повышенная шероховатость проволоки может способствовать повышению сцепления окружающей резины с поверхностью бортовой проволоки.

Одним из путей повышения адгезионной связи проволока-резина, является увеличение интенсивности их межфазного взаимодействия, благодаря использованию реакционноспособных веществ в качестве промоторов адгезии. При термическом распаде модификаторов образуются активные низкомолекулярные продукты, способные вступать в реакции с эластомером и поверхностью проволоки, внося дополнительный вклад в адгезионные связи. За счет модификации эластомерной матрицы улучшаются упруго-прочностные свойства резин в граничных областях, увеличивается густота пространственной сетки, обуславливающая возрастание прочности адгезионного соединения.

В резинокордных системах в качестве промотора адгезии получила широкое распространение адгезионно-активная модифицирующая система, в основе действия которой лежит реакция взаимодействия двухатомных ароматических спиртов с донорами метилена. Данная система используется для крепления резины к бортовой проволоке. Типичным представителем двухатомных ароматических спиртов в рецептуре резиновой смеси для изоляции бортовой проволоки является резорцин, в качестве донора метилена применяется гексаметоксиметилолмеламин.

Конструктивные параметры бортовых колец в шине, характеристики примененной бортовой проволоки, в сочетании с использованием уникальных резин, позволяют достичь высоких прочностных характеристик, необходимых адгезионных свойств межфазных поверхностей в легковых радиальных шинах, как в связи бортовой проволоки с резиновой смесью для обрезинивания прядей бортового кольца, так и со смежными резиновыми смесями каркаса и наполнительного шнура в шине.

Для достижения технического результата разработана опытная резиновая смесь, обладающая высокой эластичностью, температуро- и теплостойкостью, со следующими прочностными показателями (значения приведены в таблице 3).

Конструктивные параметры профиля шины (формующая поверхность по пресс-форме), конструктивные параметры изготовления бортовой зоны, характеристики примененных армирующих материалов, в сочетании с использованием уникальных резин, применяемых при обрезинивании армирующих материалов, а также резин формирующих заготовки боковины, бортовой ленты и наполнительного шнура позволяют достичь высоких прочностных и ездовых характеристик при использовании унифицированных ширин применяемых армирующих материалов к пневматическим легкогрузовым шинам радиальной конструкции.

Каркасная часть разработанных шин состоит из боковин, выполненных, по меньшей мере, из двух видов резин (боковины 4 и бортовой ленты 5), бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца 6 и наполнительного шнура 7, двух слоев обрезиненного текстильного корда, имеющего радиальное направление нитей, а также из сдублированных слоев герметизирующего слоя 9 и технологической прослойки 10, с высотой заворота первого слоя текстильного каркаса (8) от основания бортового кольца А (Фиг. 6), высотой заворота детали бортовой ленты В (Фиг. 6), высотой заворота второго слоя текстильного корда (11) от основания бортового кольца С (Фиг. 6), и имеющих радиальное направление нитей в шине, шириной детали боковины в сборе D (Фиг. 5), шириной детали боковины Е (Фиг. 5), шириной детали бортовой ленты F (Фиг. 5), высотой наполнительного шнура G (Фиг. 5).

Конструктивные параметры А, В, С, D, Е, F, G (Фиг. 5) изготовления бортовой и надбортовой зоны шин различаются для шин с различными высотами профиля, определены и рассчитаны в оптимальных значениях и приведены в таблице 4 для различных вариантов исполнения настоящей группы изобретений.

Настоящие изобретения позволяют существенно упростить процесс изготовления армирующих слоев шин, благодаря использованию унифицированных ширин полуфабрикатов повысить эффективность производства за счет экономии энерго- и трудоресурсов и снижения амортизационных отчислений ввиду снижения операций раскроя резино-кордного материала и профилирования резиновых деталей, при сохранении потребительских качеств готового изделия.

Разработанное решение может быть осуществлено на стандартном оборудовании с использованием стандартной технологии.

По настоящему изобретению были изготовлены шины в следующих вариантах исполнения (таблицы 5-9):

1) с высотой профиля 135÷142 мм (таблица 5), а именно типоразмеров 185/75R16C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 5, вар. 1) и 215/65R16C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 5, вар. 2).

2) с высотой профиля 143÷150 мм (таблица 6), а именно типоразмеров 195/75R16C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 6, вар. 1) и 205/70R15C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 6, вар. 2).

3) с высотой профиля 151÷157 мм (таблица 7), а именно типоразмеров 205/75R16C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 7, вар. 1) и 235/65R16C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 7, вар. 2).

4) с высотой профиля 158÷165 мм (таблица 8), а именно типоразмеров 215/75R16C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 8, вар. 1) и 225/70R15C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 8, вар. 2).

5) с высотой профиля 166÷173 мм (таблица 9), а именно типоразмера 225/75R16C с текстильным кордом в каркасе, состоящим из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс (таблица 9, вар. 1).

Конструктивные параметры для шин каждого типоразмера приведены в таблицах 5-9 в различных вариантах исполнения. Комбинации конструктивных параметров шины по каждому варианту подобрана опытным и расчетным путем, являются оптимальными. Иные варианты, не вошедшие в указанные варианты, не заявляются для правовой охраны ввиду недостижения ими заявленного технического результата.

По итогам испытаний разработанные пневматические радиальные легкогрузовые шины во всех вариантах соответствуют требованиям международных и национальных стандартов: ETRTO, TRA, ГОСТ 4754, Правила ООН №54, №117, Технического регламента Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» и в сравнении с серийно производимыми шинами обеспечивают упрощение процесса изготовления каркаса шин, повышение эффективности производства за счет экономии энерго- и трудоресурсов ввиду снижения операций раскроя резино-кордного материала и профилирования резиновых деталей, и, соответственно, сохранении потребительских качеств готового изделия, а также снижение гистерезисных потерь в каркасной части шин, увеличение упругости каркасного полотна и окружной жесткости шины, влияющих на улучшение сопротивления шин боковому уводу и снижение потерь на качение, расширяют арсенал технических средств, и позволяют снизить максимальную температуру катящейся шины, увеличить стойкость обрезиненной каркасной части при механических повреждениях шины, увеличивая общую работоспособность, достигая заявленный технический результат всей заявляемой совокупностью существенных признаков данной группы изобретений.

Группа изобретений относится к пневматическим легковым автомобильным шинам радиальной конструкции, номинальная высота профиля которых составляет 135÷142 мм, либо 143÷150 мм, либо 151÷157 мм, либо 158÷165 мм, либо 166÷173 мм. Шина состоит из протектора (1), обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда (2), и одного или двух экранирующих слоев (3), боковин, выполненных по меньшей мере из двух видов резин (резиновая смесь боковины (4), резиновая смесь бортовой ленты (5)), бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца (6) и наполнительного шнура (7), двух слоев обрезиненного текстильного корда (8), имеющего радиальное направление нитей, а также из сдублированных слоев герметизирующего слоя (9) и технологической прослойки (10). Каркасная часть состоит из боковин, выполненных по меньшей мере из 2 двух видов резин (боковины и бортовой ленты), бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, двух слоев обрезиненного текстильного корда, а также из сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки. Конструктивные параметры изготовления бортовой и надбортовой зоны шин различаются для шин с различными высотами профиля, определены и рассчитаны в оптимальных значениях для вариантов исполнения группы изобретений. Технический результат – улучшение эксплуатационных характеристик шины. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 9 табл.

1. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 135÷142 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс, толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (170±2,5 мм), шириной детали боковины E (135±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (50±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5 мм.

2. Пневматическая радиальная легковая шина с высотой профиля 135÷142 мм по п.1, характеризующаяся выполнением слоев обрезиненного текстильного корда каркаса с числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9÷1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

3. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 143÷150 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс, толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (175±2,5 мм), шириной детали боковины E (135±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (50±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5мм,

4. Пневматическая радиальная легковая шина с высотой профиля 143÷150 мм по п.3, характеризующаяся выполнением слоев обрезиненного текстильного корда каркаса с числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9÷1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

5. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 151÷157 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда структуры 1440 дтекс, толщиной слоя корда 0,6÷0,7 мм, разрывной прочностью нити корда не менее 178 Н, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (185±2,5 мм), шириной детали боковины E (145±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (50±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5мм.

6. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 151÷157 мм по п.5, характеризующаяся выполнением слоев обрезиненного текстильного корда каркаса с числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9÷1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

7. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 158÷165 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (195±2,5 мм), шириной детали боковины E (155±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (60±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5мм.

8. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 158÷165 мм по п.7, характеризующаяся выполнением слоев обрезиненного текстильного корда каркаса с числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9÷1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.

9. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 166÷173 мм, состоящая из протектора, обрезиненного брекерного браслета, состоящего из двух слоев обрезиненного металлического корда и одного или двух экранирующих слоев, боковин, бортовых крыльев, состоящих из бортового кольца и наполнительного шнура, каркаса, выполненного из текстильных кордов, имеющего радиальное направление нитей, сдублированных слоев герметизирующего слоя и технологической прослойки, отличающаяся выполнением боковин из двух видов резин (резиновая смесь боковины, резиновая смесь бортовой ленты), выполнением каркаса из двух слоев обрезиненного текстильного корда, с высотой заворота первого слоя текстильного корда от основания бортового кольца А (75±5 мм), высотой заворота детали бортовой ленты В (40±5 мм), высотой заворота второго слоя текстильного корда от основания бортового кольца С (45±5 мм), шириной детали боковины в сборе D (200±2,5 мм), шириной детали боковины E (160±2,5 мм), шириной детали бортовой ленты F (60±2,5 мм), высотой наполнительного шнура G (60±1 мм), выполнением бортового кольца из проволок высокой прочности одинакового диаметра 0,965±0,03 мм, линейной плотностью 5,73±0,37 г/м, разрывной нагрузкой не менее 1535 Н, с бронзовым покрытием массой 0,5±0,2 г/кг и массовой доли олова в бронзовом покрытии 1,25±0,75%, с прочностью связи проволоки с производственной резиновой смесью не менее 175 Н/12,5мм.

10. Пневматическая радиальная легкогрузовая шина с высотой профиля 166÷173 мм по п.9, характеризующаяся выполнением слоев обрезиненного текстильного корда каркаса с числом кручений нити основы первой и второй крутки 350÷400 оборотов на 1 м, с частотой нитей по основе 110÷120 нитей на 100 мм и по утку 7÷9 нитей на 100 мм, с толщиной обрезиненного каркасного полотна 0,9÷1,1 мм, с применением каркасных резин, обеспечивающих прочность связи кордной нити с каркасной резиной не менее 140 Н/10мм, с применением пропиточного состава на основе винилпиридинового латекса, при этом в готовой шине шаг нитей в обрезиненном каркасном полотне в зоне борта составляет 0,83÷0,91, а в зоне беговой дорожки 1,2÷1,5.