SU584751A3 - Пневматическа шина из эластомерного материала - Google Patents

Description

(54) ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА ИЗ ЭЛАСТОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА

1

Изобретение относитс  к формованным издели м, состо щим из усиленных волокнами материалов. Более конкретно изобретени Относитс  к пневматическим шинам из эластомера ,

Известно, что изготовление формованных изделий из эластомерных материалов осущест-вл ют путем инжекции или экструзии в формы 1 . Усиливающие наполнители могут быть помещены ® форму перед операцией инжекции или экструзии. Дл  того, чтобы устранитьНеобходимость в таких дополнительных рабочих операци х, можно вводить в смесь эти усиливающие элементы , например, в виде коротких стекловолйкон , 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 непрерывные формованные издели . Так как в обоих случа х производитс  операци  выливани , во врем  которой отдельные части материала приход т в движение относительн Нитей Ш1И волокон, имеющих обычно параллельную ориентацию относительно друг друга и направлени  движени , другими словами , они  влтотс  ориентированными. Следовательно , получают формованные издели , которые содержат ориентированные волокна, причем эти издели  имеют улучшенные силовые характеристики в направлении ориентации волокон, в то же врем  как они обладают низкой прочностью в направлении, пепендикул рном направлению ориентации таких волокон. Это различие прочностей, которое  вл етс  желательным дл  большинства форзмованных изделий, одинаково во всех част х или секци х тела или издели . Однако во многих случа х также  вл етс  желательным по некоторым причинам различные про костные характеристики, преобладающие в различных сечени х формованного издели . Прочность материала, усиливаемого волокнами , или полимерного материала, в котором заключены эти волокна, зависит от многих параметров, среди которых нужно особо упом нуть количественное соотношение и величины прочности пластического и волокнистого материалов, а также адгезию между обоими материалами и, в особелности, от соотноплени  ориентации волокон относительно направлени  нагрузки на формованное издааие. Дл  достижени  определенных эф«|)ектов, например некоторого посто нства эластич кости формованного издели  под действием раст гивающей нагрузки в определенном направлении , может быть особенно выгодным, если два и бодее сло , сформированные из первого полимерного материала, содержа1Дего волокна второго материала, св заны в слоистый материал, имеющий по крайней мере два различных направлени  ориентации. Ранее пытались осуществить в различных област х использовани  дл  придани  прочности в определенных направлени х введение в полимерный материал большой массы непрерывных нитей или волокон, таких как слои крутки или корда, св занными вмебте пачками корда, а также сло ми ткакк. Однако в результате всегда подучаетс  больший или меньший анизотропный эффект, .который приводит к нерзавномерному распределению сил, и следовательно, рассматрива  в целом, обычно требуетс  конструкци  бсш ших размеров или более дорога  конструиню дл  возможности выдерживани  определенны нагрузок. Известно формованное изделие из эласто мерного материала, например, пневматичесска  шина, оодержаша  один rota несколько слоев с ориентированно направленными воло нами в качестве каркаса 2 . Указанные слои могут быть расположены по отношению друг к другу в виде крестовой или треуголь ной св зи,, что  вл етс  общеизвестны из уровн  техники. Однако подобные издели  имеют недоста точные в р де случаев прочностные характе ристики. Целью , изобретени   вл етс  улучшение прочностных характеристик пневматической шины. Цель достигаетс  тем, что в пневма тической шине из эпастомерного материала , содержад1ей один или Несколько каркасных слоев, расположенных в виде крестовой или треугольной св зи, ;с ьриентированно направленными волокнами в качестве Kapicaса , каждый из слоев содержит расположенные друг около друга участки с ориентирова ннымй в различных направлени х волокнами , причем ориентированные в одном направлении волокна одного участка расположены под углом 9О по отношеншо к таюке ориентированным в одном направлении волокнам граничащего участка. Было найдено особенно удобным, если по крайней мере одну часть или секцию фор мованного издели , содержащую включенные В нее волокна, ориентираванг1ые в одном направлении , подвергают преднамеренному течению в наЕгравлении, отличном от первоначального направлени  ориентапии этих волокон . Такое направление течени  может быть вызвано, например, тем, что. секцию игчдели , где должно быть изменено направление ориентации волокон, подвергают действию выт гивающей и/или сжимающей нагрузки в Другом направлении. Переориентаци  может такжй быть, получена, если материал этой секции приведут в относительное движение, например, с помощью элементов формы, ко ТОрЫв движутс  один относительно ДРУГОГО; оДгЫ от другого или один к другому, ,или подвергнут преднамеренному срезывающему Д8ЙСТВ1НО. В этом случае нова  ориентаци  может быть достигнута, HaiipHJvfep, при осу шествленин перемещени  одного к другому наложенных слоев материала Первый полимерный материал, используемый при производствепневматической шкны согласно изобретению, может представл ть собой любую произвольную и известную эластомерну о матрШ1у. Однако уже известно производство пластин с включенными в них штапельными волокнами, и шюших ориентированное направление волокон, при выт птании пластиковых или каучуковых смесей, содержащих волокна, на каландрах или при экструдировании таких смесей через экструдер с цпфоким отверстием насадки„ В этих обоих случа х, в зависголости от в зкости первого па7имерного материала, ТОЛЕПШЫ гшастин и жесткости волокон, получают более или менее полную .ориентацию штапельных во Ъкон, в направлении движени  и перлендикул рном к воздейств1 э ролика или щели. Известно, что ориентирование волокна будет тем лучшеи прот женнее, тем более полным, чем ниже в зкость полимерного материала и меньше воздейств.ие, ролика (.или меньше размер ширЮы отверсти  насадки) и жестче волокна. С другой стороны, каждое волoifflo при увеличении его жесткости подвергаетс  возрастающему разрушению путем разрыва или излома при формировании смеси машиной, если полимерный материал обладает достаточно высокой в зкостью. Поэтому выгодно произвол р.итъ формованные издели  из таких двух материалов, дл  которых возможно высокий модуль эластичности у волокнистого материала сочетаетс  с возможно низкими пла стичностью по Муни и в зкостью полимерного материала в услови х переработки. Эта действительно так, если, как справедливо упоминалось, по крайне Й мере одну секцию или часть формованного издели  в дальнейшем подвергают принудительному движению. в частности выгодным вариантом из обретени   шшетс  испсзльзование в качестве по пимернаго материала так на зываемого жидкого каучука, например, полибутадиена с гидроксильнымн: группами, сшиваемого изоцианатом , или полибутадиена с карбоксиль- пыми группами, сшиваемого эпоксидными смолами. Когда иоиользугот такой полимерный матер1юл, можно ориентировать волокна с большей жесткостью и длиной во врем  соответствующей операции течени , не вызыва  излома или разрыва. Волокна, которые  вл ютс  более гибКйми , напркмер вискоза , даже если подвергаетс  такой же ориентационной обработке , не выравниваетс  или ориентируетс  так же хорошо, как и жесткие волокна. Однако в некоторых ycaoBirax жесткие волокна полученные, например, из сложных полиэфиров , обладающие большей механической проч костью,  вл ютс  менее способными выдерживать смешивание и формующие операции, ем гибкие волокна вискози. Можно также использовать в качестве по лимерного материала смеси каучуков на основе натурального каучука, преимущественно в этом случае состоит в том, что такие см си могут быть приготовлены с содержанием волоюга свыше 10%}Предпочтитепыю 204О и обладают требуемой прочностью в невулканизованном состо нии дп  того, чтобы быть выт нутыми в пластины на каландрах . Дл  того, чтобы получить ранее упом нутый сырой состав, однако, noita еще  вЛгпощийс  недорогой и хорошо перерабатыва юшейсн смесью, куожно использовать смесЬу образованную на основе, вес.ч: натуральный каучук 5О, полибутадиеновый каучук iiO и наполненный маслом бутадиен-стирольный каучук 30. Кроме того, возможна добавка обычным способом нитрозосоединений дл  улучшени  работоспособности, так что смес может быть очень хорошо переработана на каландрах. Можно образовать индивидуальные спои, ранее обычно состо вшие из пропитанного каучуком корда, теперь из полимерного материала , содержащего ориентированные волокна , и известным способом намотать их на заготовки дл  шин. При таком способекаркасные слои, имеющие opHeHrausBO волокон в радиальном-направлении или в направ лении, которое слегка отличаетс  от радиал ного, обертывают вокруг борта сердечншса и используют ременные слои с волокнами, ориентированнь мн в перифер 1ческом lianpaB Ленин или в направлекик, слегка отклон ющемс  от периферического (однако, парами с противоположными величинами отклонений от периферического направлени )о Может быть выгодным также выбрать одну или несколько секпий или частей, имеющих различнукэ ориентапшо волоко) и одновременно обладающих различной прочностьк Кроме того, было найдено выгодным, если соотношение модулей эластичности в на правлении ориентации волокна и в поперечном к Нему лежит в области между 30:1 и 20О;1, предпочтительно, между 50:1 и 100:1. Пригодными дл  использовани   вл ютс  не только такие волокнистые материалы , как ранее упоминавшиес  волокна из сложных полиэфиров и вискозы, а также волокна из полиамида, стекла, металла и т.п. Соотношение прочность - удл1шение дл  органических волокон и, следовательно, их косвенна  жесткость, так же как и ломающа  или разрывна  нагрузка дл  нити приведены в табл. 1,, . Полиэфирные волокна или нити  вл ютс  Жесткими, благодар  увелнченюо их модул , и, следовательно, могут быть легко ориентировань . Из-за их возросшей жесткости они имеют тенденц 1ю ломатьс  на маленькие кусочки намного легче во врем  операции смешивани , если увеличение их прочности нейтрализованое Стекловолокно и металлические нити или нитки были рассмотрены ранее , они  вл ютс  слишком жесткими и, ис-j ход  из этого, возникают проблемы св зывани  или cjuieneaHOH, Однако это возможно при использовании ранее упом1шав111егос  жвдкого каучука в соответствии с изобретением дл  производства формованных изделий , которые обладают достаточно выгодными свойствами. Склеивание с волокнами, в -особенпости в случае каучукоподобных полил еров,может быть достигнуто обычным образом, и, например , может быть улучшено добавлением таких агентов, которые выдел ют формальдегид дл  св зывани  с тонко измельченным кремнекислотным наполнителем. Пример 1, Натуральный каучук перемешивают в смесителе с 20 вес.% полиэфирных волокон, имеющих длгшу 80 мм и обладающий титром 3,3 ден. Из этой смеси на каландртх выт гивают Щ1аст1ты и вулканизуют их обычным способом. Сравнение полученных свойств у такого волокнистого сло  с свойствами сло  каучука, усиленного кордом или сло , кордной ткани, спрессованной с каучуком приведено в табл, 2, в каждом примере приведены отдельно величины дл  направлени  в длину ( . ) и дл  поперечного направлени  ( ) ориентации волокон. Такие пластины используют, например, в соответствии с изобретением дл  1авивки сырой покрышки. Было найдено, -что даже прочности в направлении длины, котора  вдвое уменьшаетс  по сравнению со слоем усиленным кордом, достаточно из-эа улучш низ однородности, так как дост1ггаетс  однородное распределение сил. Следовательн выполненна  таким образрм покрышка може служить в течение такого же времени, так как в ней достигаетс  больша  поверхнЬсть адгезии между каучуком и волокнами. Удлинение при разрыве, достигающее дл  волокнистых слоев согласно изобретению 2ОО более выгодно дл  работы покрышки, чем значительно более высокое удлинение при разрыве, оторое имеетс  в случае обычных покрьпиек, так как последние часто обладаю слишком высокой эластичностью, что  вл ет с  невыгодным, П р и м е р 2/ Способом, аналогичным описанному в примере 1, готов т смесь кау чука из 70% натурального каучука и ЗО% наполненного бутадиен-стирольного кayчy/Ka которую смешивают с 25 вес,% (от веса всей смеси) стейловолокиа длиной 8 см. Эт  волокна имею диаметр 0,О1-О,05- мм. Более короткие кусочки волокон в полимерном материале, содержащем волокна, которых должно быть намного больше, могут быть вылиты в полимерный материал с волокнами дл  достижени  желаемого модул , что улучшает определенную адгезию системы. Увеличение волокон в полимерном мафериале при BoffHT к возрастанию модул  эластичности. Однако смесь также становитс  жесткой и более трудно перерабатываемой, а в услови х обычно производимой -полной вулканизации, . увеличиваетс  вьщелейие тепла, С другой сто роны, модуль так же увеличиЕ)аетс|  с длилой кусочков волокна в полимерном материале . Примерз. Так же, как описано в примерах 1 и 2, смешивают с каучуковой смесью на основе 5О% натурального каучука, 20% полибутадиена и 30% бутадиен-стироль

Прочность чистого волокна, г/денье

8 9 8 5,4-5,9

Таблица

Ломающа  нагрузка на основное волокно (один раз скрученное) в 3,3 денье

26 30 26 18-19 ного каучука соответственно 15 вёс.% (от веса всей смеси) полиамидных волокон длиной 40 мм и толщиной 0,01-0,08 мм и полиэфирных волокон длиной во мм, имеюших титр 3,3 ден. В такой смеси обычно удобно поддерживать в достаточно широких пределах модуль в продольном и в поперечном направлени х , поэтому когда используют такие усиленные волокном пластины в двух различных (направлени х (а именно в радиальном дл  каркаса и в поперечном направлении по крышки по отношению к полосе), можно получить отличные свойства дл  радиальных покрышек . Средн   длина волокон, используема  при практическом осуществлении изобретени , как здесь описано, обычно составл ет 880 мм. В случае высокой в зкости каучуковых смесей она составл ет 15-40 мм, а в случае жидких каучуков предпочтительно 40-75 мм. В за1слючение уже упоминалось, что перед и/или во врем , и/или после операции течени  часть или секци  формованного издели , не подвергающа с  такой операции течени , может быть подвулканизована. Термин волокна; используемый здесь, примен етс  в широком смысле и дбычко заключает & себе не только валокна, а также нити, пр жу, волокна и т. п. Пневматическа  шина согласно изобретеию имеет то важное преимущество, что при, ысоких скорост х не может возникнуть сдвиг тдельных слоев, так как каждый слой спообен воспринимать усили  раст жени  в вух различно ориентируемых гaпpaвлeни x, следствие этого преимущества практически) огут изготавливатьс  шины, имею.щие Йы- дные цвойства радиальной шины, не прибе  к Об зательному применению радиальносло  шины, обладающего определенными достатками. Если требовани  к прочности ны не очень высокие, то можно обойтись ним единственным слоем. 910 Свойства армированного эластомерного сло 

Удлинение, % при нагрузке 100 кг/см

Claims (2)

1,5 Формула изобретени  Пневматическа  шина из эластомерного материала, включающа  один или несколько каркасных слоев, расположенных по отношению друг к другу в виде крестовой или треугольной св зи, с ориентированно направленными волокнами в качестве каркаса, отличаюша с  тем, что, с целью улучшени  ее прочностных характеристик, каждый из слоев содержит размещенные дру окото друга участки с ориентированными в различных направлени х волокнами, причем

584751

Таблица 2

4,5 ориентированные в одном направлении волокна одного участка расположены под углом 90 по отношению к также ориентированным в одном направлении волокнам граничащего участка. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1.Э.Бернхардт Переработка термоплас-. тичных. материалов. Изд. Хими , М. , 1965, с. 171.

2.Патент ГДР № 84268, кл. 39а 17/ОО, 1971.