Пневматическая шина из эластомерного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61} Дополнительный к патенту (Я2) Заявлено 16.07.73(21) 169 1582/

/1948586/23-05 (23} Приоритет 05.08.71(32) 05.08.70 (И) M. Кл.е

В 60 С 9/06

В 29 Н 5/02

В 29 Н 17/00 (31) A 7 107/70 (33) Австрия (43) Опубликовано 15. 12.77.Бюллетень №46(45) Дата опубликования описання12.01.78

Государственный комитет

Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий

{53) ДК 678.065 (088.8) Иностранцы

Вернер Гертер (ФРГ), Эрих Креста и Хорст Штумпф (Австрия) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

Земперит АГ (Австрия ) (71) Заявитель (54) ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА ИЗ ЭЛАСТОМЕРНОГО

МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к формованным изделиям, состоящим из усиленных волокнами материалов. Более конкретно изобретение относится к пневматическим шинам из эластомера, 5

Известно, что изготовление формованных изделий из эластомерных материалов осуществляют путем инжекции или экструзии в формы (1) . Усиливающие наполнил тели могут быть помещены а форму перед 10 операцией инжекции или экструзии. Для того, чтобы устранить необходимость в таких дополнительных рабочих операциях, можно вводить в смесь эти усиливающие элементы, например, в виде коротких стекловоло дб кон, текстильных или металлических нитей, а затем инжектировать в форму смесь, содержащую эти волокна, нити и т.п. При использовании этой процедуры также возможно производить жгутоподобные или не- оо прерывные формованньте изделия. Так как в обоих случаях производится операция выливания, во время которой отдельные части материала приходят в движение относительно нитей ипи волокон, имеющих обычно царап- И лельную ориентацию относительно друг друга и направления движения, другими словами, они являются ориентированными. Следовательно, получают формованные изделия, которые содержат ориентированные волокна, причем эти изделия имеют улучшенные силовые характеристики в направлении ориентации волокон, в то же время как они обладают низкой прочностью в направлении, перпендикулярном направлению ориентации таких волокон, Это различие прочностей, которое является желательным для большинства формованных изделий, одинаково во всех частях или секциях тела или изделия, Однако во многих случаях также является желательным по некоторым причинам иметь различные про* ностные характеристики, преобладающие в различных сечениях формованного изделия, Прочность материала, усиливаемого волокнами, или полимерного материала, в котором заключены эти волокна, зависит от многих параметров, среди которых нужно особо упомянуть количественное соотношение и величины прочности пластического и волокнистого материалов, а также адгезию между обоими материалами и,в особенности, от соотношения ориентации волокон относительно направления нагрузки на формованное изцелие, Для достижения определенных эффектов, 5 например некоторого постоянства эластичности формованного изделия под действием растягивающей нагрузки в определенном направлении, может быть особенно выгодным, если два и борее слоя, сформированные из 16 первого полимерного материала, содержаще. го волокна второго материала, связаны B слоистыйматериал,;имеющий по крайней мере два различных направления ориентации.

Ранее пытались осуществить в различных 15 в нее волокна, ориентированные в однг м направлении, подвергак т преднамеренному течению в направлении, отличном от первоначального направления ориентации этих волокон. Такое направление течения может быть вызвано, например, тем, что секцию изделия, где должно быть изменено направление ориентации волокон, подвергают действию вытягивающей и/пли сжимающей нагрузки в другом направлении. Переориентация может также быть получена, если материал этой секции приведут в относительное движение, например, с помощью элементов формы, которые движутся один относительно другого., одк от другого или один к другому, или щему разрушенко путем разрыва или излома при формировании смеси машиной, если пола, содержащей один или несколько каркасных слоев, Расположенных в виде крестовой лимерный материал обладает достаточно высокой вязкостью. Поэтому выгодно произво или треугольной связи, с ориентированно направленными волокнами в качестве карка-, дить формованные изделия из таких двух материалов,, для которых возможно высокий модуль эластичности у волокнистого материала сочетается с возможно низккчи пластичностью по Муни и вязкостью полимерного материала в условиях переработки. Это са, каждый из слоев содержит расположенные друг около друга участки с ориентированными в различных направлениях волокнами, причем ориентированные в одном направлении волокна одного участка располо- 55 о жены под углом 90 по отношению к также ориентированным в одном направлении во- действительно так, если, как справедливо локнам граничащего участка. упоминалось, по крайней мере одну секцко

Было найдено особенно удобным, если,или часть формованного изделия в дальнейпо крайней мере одну часть или секцко фор..о шем подвергают принудительному движенко, мованного изделия„содержащую включенные -В частности выгодным вариантом изобреобластях использования для придания проч- цодвергнут преднамеренному срезываюшему ности в определенных направлениях введе- действию, В этом случае новая ориентация ние в полимерный материал большой массы может быть достигнута, например, при осунепрерывных нитей или волокон, таких как ществлении перемещения одного к другомч ои крутки или корда, связанными вместе 2О наложенных слоев матеРиала, пачками корда, а также слоями ткани. Од- Первый полимерный материал, используенако в ре ультате всегда получается боль- мый при производстве пневматической шины ший или меньший анизотропный эффект, ко- согласно изобретению, может представлять торый приводит к неравномерному распреде- собой любую произвольную и известную эласлению сил, и следовательно, рассматривая . томерную матрицу. Однако уже известно про Г5 е целом, обычно требуется конструкция боль- изводство пластин с включенными в них шташих размеров или более дорогая конструкция цельными волокнами, имеющих ориентированI для возможности выдерживания определенных ное направление волокон, при вытягивании наг руз ок. пластРковых или каучуковых смесей cogepИзвестно формованное изделие из эласто- жашнх волокна, на каландрах нли при экстру.

ЗО мерного материала, например, пневматичес- дировании таких смесей через экструдер скал шина, содержащая один идти несколько цц- Рокпм отверстием насадки. В этих обоих слоев с ориентированно направленными волок случаях. в зависимости от вязкости первого нами в качестве каркаса (2), указанные полимерного материала, толщины пластин и слои могут быть расположены по отношению "- есткости волокон, получают Gonee или ме

35 друг к другу в виде крестовой или треуголь- «полную ориентацию штапельных в»окон, ной связи, что является общеизвестныи из в напрак ении движения и перпендикулярном уровня техники. к воздействию ролика или щели. Известно, Однако подобные изделия имеют недоста- что оРиентиРование волокна бУдет тем лУчше О точные в ряде случаев прочностные характе- и протяженнее, тем более полным, чем ниже ристики. вязкость полимерного материала и меньше делю.н изобретения является улучшение воздействие Ролика (или меньше РазмеР ши.прочностных характеристик пневматической Рнны отверстиЯ насадки) и жестче волокна. шины, цель достк-ается тем, то в пневма С другои стороны, каждое волокно при увелитической шине из эластомерного матерна- ченйи его жесткости подвергается возрастаю

r>H4f Г>) лимерного материала смеси каучуков на основе натуральпого каучука, преимущественно 25 в этом случае состоит в том, что такие смеси могут быть приготовлены с содержанием волокна свыше 10%,.предпочтительно 2040 Bec. to H обладают требуемой прэчностыэ в невулканизованном состоянии дпя того, чтобы быть вытянутыми в пластины на каландрах, Для того, чтобы получить ранее упомянутый сырой состав, однако, пока еше явлшэшийся недорогой и xopoIIEO перерабатываюшейся смесью, можно использовать смесь образованную на основе, вес.ч: натуральный каучук 50, полибутадиеновый каучук 0 и наполненный маслом бутадиен-стирольный каучук 30, Кроме того, возможна добавка обычным способом нитрозосоединений для улучшения работоспособности, так что смесь может быть очень хорошо переработана на еиландрах, Можно образовать индивидуальные слои, ранее обычно состоявшие из пропитанного каучуком корда, теперь из полимерного материала, содер>кашего ориентированные волокна, и известным способом намотать их на заготовки для шин. При таком способекаркасные слОи, имеюш ие o pHHTGIIKo в эл 0кон в радиальном направлении или в направлении, которое слегка отличается от радиаль ного, обертывают вокруг борта сердечника и используют ременные слои с волокнами, ориентированными в перифернческом направлениии ил H в направлении, слегка эткл Оняю щемся от периферического (однако, парами с противоположными величинами отклонений от периферического нап ивления).

ЗО тенин является использование в качестве полимерного материала так называемого "жидкого каучука", например, пэлибутадиена с гидроксильными группами, сшиваемого изоцианатом, или полибутадиена с карбоксильными группами, сшиваемого BEIoKOHIIHbwt%( смолами. Когда используют такой полимерный материал, можно ориентировать волокна с большей жесткостью и длиной во время соответствуюшей операции течения, не Ip вызывая излома или разрыва.

Волокна, которые являются более гибкими, например вискоза, даже если подвергается такой же ориентационной обработке, не выравнивается или ориентируется IaK же хорошо, как и жесткие волокна. Однако в некэтсрых условиях жесткие волокна, полученные, например, из сложных полиэфиров, обладаюшие большей механической прочностью, являются менее способными выдер- 2О живать сме нивание и формуюшие операции, ем гибкие волокна вискозы.

Можно также использовать в качестве поМожет быть выгодным также выбрать одну или несколько секций или частей, имеющих различную ориентацию волокон и одновременно обладаюших различной прочностью, Кроме того, было найдено выгодным, если соотношение модулей эластичности B направлении ориентации волокна и в поперечном к нему лежит в области между 30:1 и 200:1, предпочтительно, между 50:1 и

100:1. Пригодными для использования являются не только такие волокнистые материалы, как ранее упоминавшиеся волокна из сложных полиэфиров и вискозы, а также волокна из полиамида, стекла, металла и т.п.

Соотношение прочность — удлинение для ор1 ганичссккх волокон и, следовательно, их косвенная жес-.кость, TAK же KBK и ломаюшая или разрывная нагрузка дчя нити приведены в табл. 1.

Полиэфирные волокна или нити являются жесткими, благодаря увеличенио их модуля, и, следовательно, .могут быть легко ориентированы, Из-за их возросшей жесткости они имеют тенденцию ломаться на маленькие кусочки намного легче во время операции смешивания, если увеличение их прочности нейтрализовано, Стекловолокно и металлические нити или нитки были рассмотрены ранее, они являются слишком жесткими и, ис- ходя пз этого, возникают проблемы связыванич или склеивания, Однако это возможно при использовании ранее упоминавшегося жидкого каучука в соответствии с изобретением для производства формованных изделий, .которые обладают достаточно выгодными свойствами.

Склеивание с волокнами, в особенности в случае каучукоподобных полимеров>может быть достигнуто обычным образом, и, например, может быть улучшено добавлением таких агентов, которые выделяют формальдегид для связывания с топко измельченным кремнекисл отным нап олн ителем.

Пример 1, Натуральный каучук перемешивают в смесителе с 20 вес.% полиэфирных волокон, имеюших длину 80 мм и обладаюших> титром 3,3 ден. Из этой смеси на каландрах вытягивают пластины и вулканизуют их обычным способом, Сравнение полученных свойств у такого волокнистого слоя с свойствами слоя каучука, усиленного кордом или слоя кордной ткани, спрессованной с каучуком приведено в табл. 2, в каждом примере приведены отдельно величины для направления в длину (.t- ) и для поперечного направления () ориентации волокон, Такие пластины используют, например, в соответствии с изобретением для навивки

% ° сырой покрышки. Было найдено, что даже

584751

Найлон 66

Найлон 6

Вискоза

18

5,4-5,9 прочности в направлении длины, которая вдвое уменьшается по сравнению со слоем, усиленным кордом, достаточно из-за улучше ния однородности, так как достигается nllнородное распределение сил. Следовательно, выпситненная таким образрм покрышка может служить в течение такого же времени, так как в ней достигается большая поверхность адгезии между каучуком и волокнами. Удлинение при разрыве, достигающее для во- 10 локнистых слоев согласно изобретению 2009@ более выгодно для работы покрышки, чем значительно более высокое удлинение при разрыве, которое имеется в случае обычных

Покрьппек, так как последние часто обладают 15 слишком высокой эластичностью, что являет ся невыгодным.

Пример 2. Способом, аналогичным описанному в примере 1, готовят смесь каучука из 70% натурального каучука и 30% 20 наполненного бутадиен-стирольного каучука которую смешивают с 25 вес.% (от веса всей смеси) стекловолокна длиной 8 см. Эти волокна имеют диаметр 0,01-0,05. мм. Более короткие кусочки волокон в полимерном 25 материале, содержащем вопокиа, которых должно быть намного больше, могут быть вылиты в полимерный материал с волокнами для достижения желаемого модуля, что .улучшает определенную адгезию системы. Уве- ф личение волокон в полимерном материале при. водит к возрастанию модуля эластичности.

Однако смесь также становится жесткой и более трудно перерабатываемой, а в условиях обычно производимой полной вулканизации, . 35 увеличивается выделение тепла. С другои стороны, модуль так же увеличиваетс я с длияой кусочков волокна в полимерном материале.

Пример 3. Так же, как описано в 40 примерах 1 и 2, смешивают с каучуковой смесью на основе 507 натурального каучука, 20% полибутадиена и 30% бутадиен-стироль ного каучука соответственно 15 вес. у (от веса всей смеси) полиамидных волокон дли" + +<1111 " 0,01-0,08 мм и полиэфирных Волокон длиной 60 мм имеющих титр 3,3 ден. В 1акой смеси обычно удобно поддерживать в достаточно широких пределах модуль в продольном и в поперечном направлениях, поэтому когда используют такие усиленные волокном пластины в двух различных направлениях (а именно в радиальном для каркаса и в поперечном направлении покрышки по отношению к полосе), можно получить отличные свойства для радиальных покрышек, Средняя длина волокон, используемая при практическом осуществлении изобретения, как здесь описано, обычно составляет 880 мм. В случае высокой вязкости каучуковых смесей она составляет 15 40 мм, а в случае жидких каучуков предпочтительно

40-75 мм, В за слючение уже упоминалось, что перед и/или во время, и/или после операции течения часть или секция формованного изделия, не подвергающаяся такой операции течения, может быть подвулканизована.

Термин волокна "у используемый здесь, применяется в широком смысле и Обычно . заключает в себе не только волокна, а также нити, пряжу, волокна и т. и.

Пневматическая шина согласно изобретению имеет то важное преимущество, что при, высоких скоростях не может возникнуть сдвиг отдельных слоев, так как каждый слой способен воспринимать усилия растяжения в двух различно ориентируемых направлениях, Вследствие этого преимущества практически могут изготавливаться шины, имекццие выгодные свойства радиальной шины, не прибегая к обязательному применению радиального слоя шины, обладающего определенными недостатками. Если требования к прочности шины не очень высокие, то можно обойтись одним единственным слоем.

584751

Табл ица 2

Свойства армированного эластомерного слоя

Прочность, кг/см

520

1000

Удлинение при разрыве

%) 400

200

Модуль лри 100%-ном удлинении, кг/см

Удлинение % при на.грузке 100 кг/см

4,5

1,5

Составитель И. Балгин

Редактор T. Девятко Техред, М. Левицкая Корректор Н, Ковалева

Закаа 4620/719 Тираж 893 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фипиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

Пневматическая шина из эластомерного материала, включающая один или несколько каркасных слоев, расположенных по отношению друг к другу в виде крестовой или треугольной связи, с ориентированно направленными волокнами в качестве каркаса, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью улучшения ее прочностных характеристик, каждый из слоев содержит размещенные друг около друга участки с ориентированными в различных направлениях волокнами, причем

35 ориентированные в одном направлении волокна одного участка расположены под углом о

90 по отношению к также ориентированным в одном направлении волокнам граничащего участка.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе:

1. Э.Вернхардт Переработка термоцлас. тичных материалов". Изд, "Химия, М., 19В5, с. 171.

2. Патент ГДР И 84268, кл. 39о 17/00, 197 1.