ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА

Область техники

Настоящее изобретение относится к пневматическим шинам, в которых для каркасного слоя используют композитные корды, изготовленные из полиэтилентерефталатной волоконной нити и ароматической полиамидной волоконной нити, и в частности относится к пневматической шине, которая может обеспечивать уменьшение массы с сохранением хорошей прочности и устойчивости рулевого управления.

Уровень техники

Пневматические шины, как правило, включают в себя каркасный слой, установленный между парой бортов шины. В качестве каркасных кордов, составляющих такой каркасный слой, предпочтительно используют вискозные корды, в частности в шинах с высокими эксплуатационными характеристиками.

В то же время в последние годы появилась потребность в уменьшении веса пневматических шин для снижения воздействия на окружающую среду. В качестве решения было предложено уменьшать массу шины путем уменьшения толщины каркасного слоя за счет замены вискозного корда на корд из полиэфирного волокна с более высокой прочностью. Однако при использовании в каркасном слое кордов из полиэфирных волокон возникает проблема, заключающаяся в уменьшении исходного модуля упругости кордов при движении с высокой скоростью из-за повышения температуры в шине и ухудшении устойчивости рулевого управления.

С другой стороны, было предложено использовать композитные корды, в которых полиэфирную волоконную нить и ароматическую полиамидную волоконную нить скручивают друг с другом для получения каркасного корда (см., например, WO 2009/63913 и JP 2012-30737 A). Использование в таком композитном корде ароматической полиамидной волоконной нити в значительной степени способствует улучшению устойчивости рулевого управления, при этом можно обеспечивать хорошую прочность за счет комбинирования полиэфирной нити с ароматической полиамидной волоконной нитью.

Однако, в случае когда композитный корд из полиэфирной волоконной нити и ароматической полиамидной волоконной нити делают менее тонким для уменьшения массы пневматической шины, сложно сохранять устойчивость рулевого управления и прочность пневматической шины на должном уровне. Таким образом, требуется дополнительное улучшение каркасных кордов.

Техническая проблема

Цель настоящего изобретения заключается в получении пневматической шины, которая может обеспечивать снижение массы с сохранением хорошей прочности и устойчивости рулевого управления при использовании для каркасного слоя композитных кордов, изготовленных из полиэтилентерефталатной волоконной нити и ароматической полиамидной волоконной нити.

Решение проблемы

Пневматическая шина в соответствии с настоящим изобретением, обеспеченная для достижения вышеуказанной цели, включает в себя:

кольцеобразный участок протектора, проходящий в направлении вдоль окружности шины; пару участков боковины, расположенных на обеих боковинах участка протектора; и пару бортов шины, расположенных внутрь от участков боковины в радиальном направлении шины, и включает в себя каркасный слой, установленный между парой бортов шины, причем:

каркасный слой включает в себя в качестве каркасных кордов множество композитных кордов, изготовленных из полиэтилентерефталатной волоконной нити, имеющей тонину от 420 дтекс до 1200 дтекс, и ароматической полиамидной волоконной нити, имеющей тонину от 520 до 1200 дтекс, и которые имеют суммарную тонину от 940 дтекс до 2400 дтекс и коэффициент скрученности К, определяемый уравнением (1) ниже, который находится в диапазоне от 1600 до 2400.

Композитные корды имеют промежуточное удлинение в диапазоне от 2,0% до 4,5% при нагрузке 2,0 сН, имеют коэффициент стабильности размеров от 2,5% до 6,0%, который представляет собой сумму степени сухой термоусадки при 150°C и промежуточного удлинения при нагрузке 2,0 сН, и имеют отношение в диапазоне от 76% до 94%, причем отношение представляет собой отношение исходного модуля упругости M1 при 100°C в диапазоне нагрузки от 0 Н до 44 Н к исходному модулю упругости M0 при 25°C в диапазоне нагрузки от 0 Н до 44 Н.

K=T√D ... (1)

T - число витков шнура (витков на 10 см), а

D - суммарная тонина корда (дтекс).

Преимущества изобретения

Созданию настоящего изобретения поспособствовало открытие автора изобретения, показавшее, что хорошая прочность и хорошая устойчивость рулевого управления сохраняются при получении композитных кордов с меньшей тониной, изготовленных из полиэтилентерефталатной волоконной нити и ароматической полиамидной волоконной нити, за счет оптимизации промежуточного удлинения при нагрузке 2,0 сН, коэффициента стабильности размеров, который представляет собой сумму степени сухой термоусадки при 150°C и промежуточного удлинения при нагрузке 2,0 сН, и отношения исходного модуля упругости M1 при 100°C при нагрузке в диапазоне от 0 Н до 44 Н к исходному модулю упругости M0 при 25°C при нагрузке в диапазоне от 0 Н до 44 Н.

Другими словами, в соответствии с настоящим изобретением, каркасный слой включает в себя в качестве каркасных кордов множество композитных кордов, изготовленных из полиэтилентерефталатной волоконной нити, имеющей тонину от 420 дтекс до 1200 дтекс, и ароматической полиамидной волоконной нити, имеющей тонину от 520 дтекс до 1200 дтекс, и которые имеют совокупную тонину от 940 дтекс до 2400 дтекс и коэффициент скрученности K, лежащий в диапазоне от 1600 до 2400, и причем композитные корды имеют промежуточное удлинение в диапазоне от 2,0% до 4,5% при нагрузке 2,0 сН, имеют коэффициент стабильности размеров от 2,5% до 6,0%, который представляет собой сумму степени сухой термоусадки при 150°C и промежуточного удлинения при нагрузке 2,0 сН, и имеют отношение исходного модуля упругости M1 при 100°C при нагрузке в диапазоне от 0 Н до 44 Н к исходному модулю упругости M0 при 25°C при нагрузке в диапазоне от 0 Н до 44 Н, причем это отношение находится в диапазоне от 76% до 94%. Таким образом, можно обеспечивать уменьшение массы пневматической шины с сохранением хорошей прочности и хорошей устойчивости рулевого управления.

Пневматическая шина в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно включает в себя сердечник борта, внедренный в пару бортов шины, и вкладыш борта, размещенный на внешней окружности сердечника борта, причем вкладыш борта предпочтительно имеет высоту, которая меньше или равна 30 мм. Подобное уменьшение высоты вкладыша борта обеспечивает подавление повышения температуры в шине, вызванного деформацией бортов шины. Таким образом, можно эффективно улучшать прочность в условиях нагрузки.

Кроме того, калибр для резины в участке, расположенном дальше наружу от каркасных кордов в положении максимальной ширины шины, предпочтительно находится в диапазоне от 1,0 мм до 2,5 мм. Таким образом, можно способствовать дополнительному уменьшению массы пневматической шины с одновременным обеспечением устойчивости каркасного слоя к повреждениям.

В соответствии с настоящим изобретением промежуточное удлинение при нагрузке 2,0 сН представляет собой отношение (%) удлинения образца корда, измеренное при проведении испытания на растяжение, в соответствии с методами испытаний кордов шины из химического волокна «Testing Methods for Chemical Fiber Tire Cords» JIS-L1017 при условии, что расстояние от зажима составляет 250 мм, а скорость при испытании равна 300 ± 20 мм/мин с приложением нагрузки 2,0 сН/дтекс. Кроме того, степень сухой термоусадки при 150°C представляет собой степень (%) сухой термоусадки образца корда, измеренную при условии, что заданная длина образца составляет 500 мм, а заданные условия нагревания - 150°C в течение 30 минут, что соответствует «Testing Methods for Chemical Fiber Tire Cords» JIS-L1017. Коэффициент стабильности размеров представляет собой сумму промежуточного удлинения при нагрузке 2,0 сН и степени сухой термоусадки при 150 °C, где подразумевается, что стабильность размеров больше, если указанная сумма меньше.

Кроме того, в настоящем изобретении исходный модуль упругости M0 или M1 представляет собой исходный модуль упругости (сН/дтекс) в диапазоне нагрузок от 0 Н до 44 Н при выполнении испытания на растяжение в соответствии с «Testing Methods for Chemical Fiber Tire Cords» JIS-L1017 при условии, что расстояние до зажима составляет 250 мм, а скорость при испытании равна 300 ± 20 мм/мин. Предполагается, что уменьшение модуля упругости при повышении температуры в шине меньше, когда отношение исходного модуля упругости M1 к исходному модулю упругости M0 больше.

Краткое описание чертежей

ФИГ. 1 - вид в меридианном поперечном сечении, иллюстрирующий пневматическую шину в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и

ФИГ. 2 - вид в поперечном сечении композитного корда, использованного для каркасного слоя пневматической шины, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Описание вариантов осуществления изобретения

Ниже подробно описаны конфигурации вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На ФИГ. 1 представлена пневматическая шина в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 2 показан композитный корд, используемый для каркасного слоя пневматической шины.

Как показано на ФИГ. 1, пневматическая шина настоящего варианта осуществления включает в себя кольцеобразный участок 1 протектора, проходящий в направлении вдоль окружности шины, пару участков 2 боковины, расположенных на обеих боковинах участка 1 протектора; и пару бортов 3 шины, расположенных на внутренней стороне участков 2 боковины в радиальном направлении шины.

Каркасный слой 4, включающий в себя множество каркасных кордов, проходящих в радиальном направлении шины, установлен между парой бортов 3 и 3 шины. Кольцевой сердечник 5 борта встроен внутрь каждого из бортов 3 шины, а вкладыш 6 борта, изготовленный из каучуковой композиции и имеющий треугольную форму поперечного сечения, расположен на внешней окружности сердечника 5 борта.

При этом множество слоев 7 брекера встроены с внешней периферийной стороны каркасного слоя 4 области 1 протектора по всей окружности шины. Каждый из слоев 7 брекера включает в себя множество армирующих кордов, которые наклонены относительно направления вдоль окружности шины, причем армирующие корды имеют расположение, обеспечивающее взаимное пересечение друг с другом кордов, которые находятся в смежных слоях. У слоев 7 брекера угол наклона армирующих кордов относительно направления вдоль окружности шины находится в диапазоне от 10° до 40°. В качестве армирующих кордов слоев 7 брекера предпочтительно используют стальные корды.

Для повышения прочности при высоких скоростях по меньшей мере один армирующий слой 8 брекера расположен на внешней продольной стороне слоев 7 брекера, которая образована за счет размещения армирующих кордов под углом, который меньше или равен 5° относительно направления вдоль окружности шины. Армирующий слой 8 брекера предпочтительно имеет бесстыковую структуру, в которой материал полосы, выполненный из по меньшей мере одного армирующего корда, уложенного и покрытого каучуком, намотан без разрывов в направлении вдоль окружности шины. В качестве армирующих кордов армирующего слоя 8 брекера предпочтительно применяют корды из органического волокна, изготовленные, например, из нейлона или арамида.

В описанной выше пневматической шине в качестве каркасного корда, составляющего каркасный слой 4, используют композитный корд 20, такой как показанный на ФИГ. 2. Композитный корд 20 имеет структуру, в которой по меньшей мере одну жилу 21, изготовленную из полиэтилентерефталатной волоконной нити, и по меньшей мере одну жилу 22, изготовленную из ароматической полиамидной волоконной нити, переплетают друг с другом. В частности, композитный корд 20 предпочтительно имеет структуру, в которой скручены три жилы, и полиэтилентерефталатная волоконная нить составляют одну жилу 21, а ароматические полиамидные волоконные нити составляют две жилы 22. Каждая из жил 21 и 22 скручена в одном направлении, а композитный корд 20 скручен в направлении, противоположном направлению, в котором скручены жилы 21 и 22.

Тонину полиэтилентерефталатной волоконной нити, составляющей композитный корд 20, задают в диапазоне от 420 дтекс до 1200 дтекс. Тонину ароматической полиамидной волоконной нити, составляющей композитный корд 20, задают в диапазоне от 520 дтекс до 1200 дтекс. Суммарная тонину композитного корда 20 задают в диапазоне от 940 дтекс до 2400 дтекс. Выбор таких значений тонины позволяет уменьшать значение тонины композитного корда 20 для обеспечения уменьшения массы шины, а также сохранения хорошей прочности шины и хорошей устойчивости рулевого управления. В данном случае, если тонина полиэтилентерефталатной волоконной нити будет составлять менее 420 дтекс, будет снижаться устойчивость к усталости, а прочность будет недостаточной. Напротив, если тонина будет составлять более 1200 дтекс, недостаточной будет устойчивость рулевого управления. Если тонина ароматической полиамидной волоконной нити будет составлять менее 520 дтекс, устойчивость рулевого управления будет недостаточной. Напротив, если тонина ароматической полиамидной волоконной нити будет составлять более 1200 дтекс, будет снижаться устойчивость к усталости, а прочность будет недостаточной. В композитном корде 20 желательно, чтобы тонина ароматической полиамидной волоконной нити была больше тонины полиэтилентерефталатной волоконной нити. Например, тонина ароматического полиамидного волокна предпочтительно в 1,3-2,0 раза превышает тонину полиэтилентерефталатной волоконной нити.

В композитном корде 20 коэффициент скрученности K, представленный уравнением (1) ниже, задают в диапазоне от 1600 до 2400.

K=T√D ... (1), где

T - число витков шнура (витков на 10 см), а

D - суммарная тонина корда (дтекс).

Выбор такого коэффициента скрученности K позволяет обеспечивать достаточное сопротивление усталости и достаточную устойчивость рулевого управления. В данном случае, если коэффициент скрученности K будет меньше 1600, устойчивость к усталости будет снижаться, и это отрицательно повлияет на прочность в условиях нагрузки. Напротив, если коэффициент скрученности K будет больше 2400, снизится жесткость, и устойчивость рулевого управления будет недостаточной. Это приемлемо при количестве витков шнура композитного корда 20 от 53 на 10 см до 63 на 10 см.

Композитный корд 20 имеет промежуточное удлинение при нагрузке 2,0 сН, заданное в диапазоне от 2,0% до 4,5%, и имеет индекс стабильности размеров, заданный в диапазоне от 2,5% до 6,0%, причем индекс стабильности размеров представляет собой сумму степени сухой термоусадки при 150°C и промежуточного удлинения при нагрузке 2,0 сН. Задавая промежуточное удлинение и индекс стабильности размеров в указанных выше диапазонах, можно обеспечивать достаточную устойчивость рулевого управления. В данном случае, если промежуточное удлинение или индекс стабильности размеров будут больше верхнего предельного значения, устойчивость рулевого управления будет недостаточной.

Кроме того, композитный корд 20 имеет отношение исходного модуля упругости M1 при 100°C в диапазоне нагрузок от 0 Н до 44 Н к исходному модулю упругости при 25°C в пределах диапазона нагрузок от 0 Н до 44 Н, причем отношение (M1/M0 × 100%) находится в диапазоне от 76% до 94%. При соблюдении этого соотношения можно поддерживать высокую устойчивость рулевого управления на высокой скорости. В данном случае, если соотношение исходного модуля упругости M1 при 100°C в диапазоне нагрузок от 0 Н до 44 Н к исходному модулю упругости M0 при 25°C в диапазоне нагрузок от 0 Н до 44 Н будет составлять менее 76%, это отрицательно повлияет на устойчивость рулевого управления из-за повышения температуры в шине на высокой скорости, как и в случае с кордом из полиэтилентерефталатных волокон. Кроме того, в случае если композитный корд 20 сформирован из ароматической полиамидной волоконной нити и полиэтилентерефталатной волоконной нити, сложно обеспечивать вышеупомянутое соотношение выше 94%.

В описанной выше пневматической шине в качестве каркасных кордов каркасного слоя 4 используют композитный корд 20, который состоит из полиэтилентерефталатной волоконной нити, имеющей определенную тонину, и ароматической полиамидной волоконной нити, имеющей определенную тонину, при коэффициенте скрученности K, причем композитный корд 20 имеет такие параметры, как промежуточное удлинение при нагрузке 2,0 сН, индекс стабильности размеров, представляющий собой сумму степени сухой термоусадки при 150°C и промежуточного удлинения при нагрузке 2,0 сН, и отношение исходного модуля упругости M1 при 100°C в диапазоне нагрузок от 0 Н до 44 Н к исходному модулю упругости M0 при 25°C в диапазоне нагрузок от 0 Н до 44 Н, причем каждое из этих значений определено конкретным диапазоном. Таким образом, можно обеспечивать уменьшение массы пневматической шины с сохранением хорошей прочности и хорошей устойчивости рулевого управления.

В описанной выше пневматической шине, как показано на ФИГ. 1, вкладыш 6 борта предпочтительно имеет высоту BH, которая меньше или равна 30 мм. Высоту BH вкладыша 6 борта измеряют вдоль радиального направления шины. Подобное уменьшение высоты BH вкладыша 6 борта обеспечивает подавление повышения температуры в шине, вызванного деформацией борта 3 шины, и, таким образом, можно эффективно улучшать прочность в условиях нагрузки. В данном случае, если высота BH вкладыша 6 борта будет составлять более 30 мм, эффект подавления повышения температуры в шине уменьшается. Высота BH вкладыша 6 борта предпочтительно больше или равна 5 мм.

Кроме того, калибр G для резины в участке, расположенном дальше наружу от каркасных кордов каркасного слоя 4 в положении максимальной ширины шины Pmax, предпочтительно находится в диапазоне от 1,0 мм до 2,5 мм. Таким образом, можно способствовать уменьшению массы пневматической шины, обеспечивая при этом устойчивость каркасного слоя 4 к повреждению. В данном случае, если калибр G для резины составляет менее 1,0 мм, каркасные корды каркасного слоя 4 могут быть обнажены из-за износа, вызванного истиранием боковой поверхности шины. Напротив, если калибр G для резины превышает 2,5 мм, эффект уменьшения массы шины уменьшается.

Хотя в приведенном выше варианте осуществления описан вариант осуществления, в котором один каркасный слой 4 установлен между парой бортов 3 и 3 шины, настоящее изобретение может быть применено к пневматической шине, включающей в себя по меньшей мере один каркасный слой. Соответственно, возможна установка множества каркасных слоев между парой бортов шины в зависимости от требуемой жесткости шины, а также использование в качестве каркасных кордов каждого из каркасных слоев предварительно заданных композитных кордов.

Примеры

Были изготовлены пневматические шины стандартного примера, сравнительных примеров 1-6 и примеров 1-8, причем каждая имела размер шины 255/45R18 и включала в себя один каркасный слой, установленный между парой бортов шины, при этом свойства каркасных кордов, составляющих каркасный слой, высота BH вкладыша борта и калибр G для резины в участке, расположенном дальше наружу от каркасных кордов в положении максимальной ширины шины, были такими, как указано в таблице 1 и таблице 2.

В стандартном примере в качестве каркасного корда применяли вискозный корд, сформированный из трех скрученных между собой жил вискозных волоконных нитей. В сравнительных примерах 1 и 2 в качестве каркасного корда применяли корд ПЭТ, сформированный из двух жил, выполненных из скрученных полиэтилентерефталатных волоконных нитей. В сравнительном примере 3 в качестве каркасного корда применяли корд ПЭТ, сформированный из одной скрученной полиэтилентерефталатной волоконной нити. При этом в сравнительных примерах 4-6 и примерах 1-8 в качестве каркасного корда использовали композитный корд (ПЭТ и арамид), сформированный путем скручивания одной жилы, изготовленной из полиэтилентерефталатных волоконных нитей, и двух жил, изготовленных из ароматических полиамидных волоконных нитей.

Для вышеуказанных испытываемых шин оценивали массу шины, сопротивление качению, устойчивость рулевого управления и прочность в условиях нагрузки в соответствии со способами оценивания, приведенными ниже. Результаты приведены в совокупности в таблице 1 и таблице 2.

Масса шины

Измеряли массу каждой из испытываемых шин. Результаты оценивания выражены в виде индексных значений, при этом значение стандартного примера было принято за 100. Более низкие индексные значения указывают на меньшую массу шины.

Сопротивление качению

Каждая из испытываемых шин была надета на колесо с размером диска 20×9J и установлена на устройство измерения сопротивления качению, и было измерено сопротивление качению на скорости 80 км/ч при давлении воздуха 220 кПа и при нагрузке 5,0 кН. Результаты оценивания выражены в виде индексных значений, при этом значение стандартного примера было принято за 100. Меньшие индексные значения соответствуют более высокому сопротивлению качению.

Устойчивость рулевого управления

Каждая из испытываемых шин была надета на колесо с размером диска 20×9J, установлена на испытательное транспортное средство при давлении воздуха 220 кПа, и водитель-испытатель проводил сенсорную оценку устойчивости рулевого управления на высокой скорости на испытательной траектории. Результаты оценивали по шкале от одного до пяти с использованием стандартного примера в качестве эталонного значения (3,0). Большие значения оценивания указывают на более высокую устойчивость рулевого управления.

Прочность в условиях нагрузки

Каждая из испытательных шин была надета на колесо с размером обода 20×9J с давлением воздуха 220 кПа, и была использована барабанная испытательная машина, имеющая барабан из нержавеющей стали с гладкой поверхностью и диаметром 1707 мм, в соответствии с испытанием характеристик прочности JIS-D4230; измеряли пройденную до разрыва шины дистанцию, причем окружающую температуру поддерживали в диапазоне 38 ± 3 °C, скорость движения составляла 81 км/ч, и каждые четыре часа нагрузку увеличивали на 15% от максимальной нагрузки, составлявшей 85% от максимальной нагрузки, указанной Японской ассоциацией производителей шин (JATMA). Следует отметить, что конечная нагрузка составляла 280% от максимальной нагрузки, и движение продолжали до возникновения разрушения в данных условиях нагрузки. Результаты оценивания выражены в виде индексных значений, при этом значение стандартного примера было принято за 100. Более высокие индексные значения указывают на более высокую прочность в условиях нагрузки.

Таблица 1

Таблица 2

Как видно из таблицы 1 и таблицы 2, было достигнуто уменьшение массы шин из примеров 1-8 в сравнении со стандартным примером, используемым в качестве эталона, с сохранением при этом высокой прочности в условиях нагрузки и хорошей устойчивости рулевого управления. Кроме того, сопротивление качению также было положительным.

Напротив, хотя в сравнительных примерах 1-3 было достигнуто уменьшение массы шин за счет использования кордов ПЭТ вместо вискозных кордов в качестве каркасных кордов, устойчивость рулевого управления и прочность в условиях нагрузки были уменьшены из-за эффекта повышения температуры в шине. Кроме того, хотя шина из сравнительного примера 4 включает в себя композитные корды в качестве каркасных кордов, промежуточное удлинение и индекс стабильности размеров были больше, а отношение между исходными модулями упругости M0 и M1 было слишком малым. Соответственно, устойчивость рулевого управления и прочность в условиях нагрузки были снижены, как и в сравнительных примерах 1-3. Хотя шина из сравнительного примера 5 включает в себя композитные корды в качестве каркасных кордов, коэффициент скручивания K был слишком мал, что приводило к снижению прочности в условиях нагрузки. Хотя шина из сравнительного примера 6 включает в себя композитные корды в качестве каркасных кордов, коэффициент скрученности K был слишком велик, что приводило к снижению устойчивости рулевого управления.

Перечень ссылочных позиций

1 - участок протектора

2 - участок боковины

3 - борт шины

4 - каркасный слой

5 - сердечник борта

6 - вкладыш борта

7 - слой брекера

8 - армирующий слой брекера

20 - композитный корд

21 - жила полиэтилентерефталатной волоконной нити

22 - жила ароматической полиамидной волоконной нити