Пневматическая шина из эластомерного материала - SU584751A3

1

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

Известно, что изготовление формованных изделий из эластомерных материалов осущест-вляют путем инжекции или экструзии в формы 1 . Усиливающие наполнители могут быть помещены ® форму перед операцией инжекции или экструзии. Для того, чтобы устранитьНеобходимость в таких дополнительных рабочих операциях, 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 изделия. Так как в обоих случаях производится операция выливания , во время которой отдельные части материала приходят в движение относительн Нитей Ш1И волокон, имеющих обычно параллельную ориентацию относительно друг друга и направления движения, другими словами , они явлтотся 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, пепендикулярном направлению ориентации таких волокон. Это различие прочностей, которое является желательным для большинства форзмованных изделий, одинаково во всех частях или секциях тела или изделия. Однако во многих случаях также является желательным по некоторым причинам различные про костные 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 особелности, от соотнопления ориентации волокон относительно направления нагрузки на формованное издааие. Для достижения определенных эф«|)ектов, например некоторого постоянства эластич кости формованного изделия под действием растягивающей нагрузки в определенном направлении , может быть особенно выгодным, если два и бодее слоя, сформированные из первого полимерного материала, содержа1Дего волокна второго материала, связаны в слоистый материал, имеющий по крайней мере два различных направления ориентации. Ранее пытались осуществить в различных областях использования для придания прочности в определенных направлениях введение в полимерный материал большой массы непрерывных нитей или волокон, таких как слои крутки или корда, связанными вмебте пачками корда, а также слоями ткакк. Однако в результате всегда подучается больший или меньший анизотропный эффект, .который приводит к нерзавномерному распределению сил, и следовательно, рассматривая в целом, обычно требуется конструкция бсш ших размеров или более дорогая конструиню для возможности выдерживания определенны нагрузок. Известно формованное изделие из эласто мерного материала, например, пневматичесская шина, оодержашая 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 связи,, что является общеизвестны из уровня техники. Однако подобные изделия имеют недоста точные в ряде случаев прочностные характе ристики. Целью , изобретения является улучшение прочностных характеристик пневматической шины. Цель достигается тем, что в пневма тической шине из эпастомерного материала , содержад1ей один или Несколько каркасных слоев, расположенных в виде крестовой или треугольной связи, ;с ьриентированно направленными волокнами в качестве Kapicaса , каждый из слоев содержит расположенные друг около друга участки с ориентирова ннымй в различных направлениях 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 изделия, содержащую включенные В нее волокна, ориентираванг1ые в одном направлении , подвергают преднамеренному течению в наЕгравлении, отличном от первоначального направления ориентапии этих волокон . Такое направление течения может быть вызвано, например, тем, что. секцию игчделия , где должно быть изменено направление ориентации волокон, подвергают действию вытягивающей и/или сжимающей нагрузки в Другом направлении. Переориентация может такжй быть, получена, если материал этой секции приведут в относительное движение, например, с помощью элементов формы, ко ТОрЫв движутся один относительно ДРУГОГО; оДгЫ от другого или один к другому, ,или подвергнут преднамеренному срезывающему Д8ЙСТВ1НО. В этом случае новая ориентация может быть достигнута, HaiipHJvfep, при осу шествленин перемещения одного к другому наложенных слоев материала Первый полимерный материал, используемый при производствепневматической шкны согласно изобретению, может представлять 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 вытяптании пластиковых или каучуковых смесей, содержащих волокна, на каландрах или при экструдировании таких смесей через экструдер с цпфоким отверстием насадки„ В этих обоих случаях, в зависголости от вязкости первого па7имерного материала, ТОЛЕПШЫ гшастин и жесткости волокон, получают более или менее полную .ориентацию штапельных вояЪкон, в направлении движения и перлендикулярном к воздейств1 э ролика или щели. Известно, что ориентирование волокна будет тем лучшеи протяженнее, тем более полным, чем ниже вязкость полимерного материала и меньше воздейств.ие, ролика (.или меньше размер ширЮы отверстия насадки) и жестче волокна. С другой стороны, каждое волoifflo при увеличении его жесткости подвергается возрастающему разрушению путем разрыва или излома при формировании смеси машиной, если полимерный материал обладает достаточно высокой вязкостью. Поэтому выгодно произвол р.итъ формованные изделия из таких двух материалов, для которых возможно высокий модуль эластичности у волокнистого материала сочетается с возможно низкими пла стичностью по Муни и вязкостью полимерного материала в условиях переработки. Эта действительно так, если, как справедливо упоминалось, по крайне Й мере одну секцию или часть формованного изделия в дальнейшем подвергают принудительному движению. в частности выгодным вариантом из обретения яшшется 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 время соответствующей операции течения, не вызывая излома или разрыва. Волокна, которые являются более гибКйми , напркмер вискоза , даже если подвергается такой же ориентационной обработке , не выравнивается или ориентируется так же хорошо, как и жесткие волокна. Однако в некоторых ycaoBirax жесткие волокна полученные, например, из сложных полиэфиров , обладающие большей механической проч костью, являются 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 состоянии дпя того, чтобы быть вытянутыми в пластины на каландрах . Для того, чтобы получить ранее упомянутый сырой состав, однако, noita еще явЛгпощийся 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 для улучшения работоспособности, так что смес может быть очень хорошо переработана на каландрах. Можно образовать индивидуальные спои, ранее обычно состоявшие из пропитанного каучуком корда, теперь из полимерного материала , содержащего ориентированные волокна , и известным способом намотать их на заготовки для шин. При таком способекаркасные слои, имеющие opHeHrausBO волокон в радиальном-направлении или в направ лении, которое слегка отличается от радиал ного, обертывают вокруг борта сердечншса и используют ременные слои с волокнами, ориентированнь мн в перифер 1ческом lianpaB Ленин или в направлекик, слегка отклоняющемся от периферического (однако, парами с противоположными величинами отклонений от периферического направления)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 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 - удл1шение для органических волокон и, следовательно, их косвенная жесткость, так же как и ломающая или разрывная нагрузка для нити приведены в табл. 1,, . Полиэфирные волокна или нити являются Жесткими, благодаря увелнченюо их модуля, и, следовательно, могут быть легко ориентировань . Из-за их возросшей жесткости они имеют тенденц 1ю ломаться на маленькие кусочки намного легче во время операции смешивания, если увеличение их прочности нейтрализованое Стекловолокно и металлические нити или нитки были рассмотрены ранее , они являются слишком жесткими и, ис-j ходя из этого, возникают проблемы связывания или cjuieneaHOH, Однако это возможно при использовании ранее упом1шав111егося жвдкого каучука в соответствии с изобретением для 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 выделяют формальдегид для связывания 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 вытягивают Щ1аст1ты 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 ( . ) и для поперечного направления ( ) ориентации волокон. Такие пластины используют, например, в соответствии с изобретением для 1авивки сырой покрышки. Было найдено, -что даже прочности в направлении длины, которая вдвое уменьшается по сравнению со слоем усиленным кордом, достаточно из-эа улучш низ однородности, так как дост1ггается однородное распределение сил. Следовательн выполненная таким образрм покрышка може служить в течение такого же времени, так как в ней достигается большая поверхнЬсть адгезии между каучуком и волокнами. Удлинение при разрыве, достигающее для волокнистых слоев согласно изобретению 2ОО более выгодно для работы покрышки, чем значительно более высокое удлинение при разрыве, оторое имеется в случае обычных покрьпиек, так как последние часто обладаю слишком высокой эластичностью, что являет ся невыгодным, П р и м е р 2/ Способом, аналогичным описанному в примере 1, готовят 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. Этя 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 для достижения желаемого модуля, что улучшает определенную адгезию системы. Увеличение волокон в полимерном мафериале при BoffHT к возрастанию модуля эластичности. Однако смесь также становится жесткой и более трудно перерабатываемой, а в условиях обычно производимой -полной вулканизации, . увеличивается вьщелейие тепла, С другой сто роны, модуль так же увеличиЕ)аетс|я 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

Ломающая 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 направлениях , поэтому когда используют такие усиленные волокном пластины в двух различных (направлениях (а именно в радиальном для каркаса и в поперечном направлении по крышки 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 за1слючение 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; используемый здесь, применяется в широком смысле и дбычко заключает & себе не только валокна, а также нити, пряжу, волокна и т. п. Пневматическая шина согласно изобретеию имеет то важное преимущество, что при, ысоких скоростях не может возникнуть сдвиг тдельных слоев, так как каждый слой спообен воспринимать усилия растяжения в вух различно ориентируемых гaпpaвлeнияx, следствие этого преимущества практически) огут изготавливаться шины, имею.щие Йы- дные цвойства радиальной шины, не прибея к Обязательному применению радиальнослоя шины, обладающего определенными достатками. Если требования к прочности ны не очень высокие, то можно обойтись ним единственным слоем. 910 Свойства армированного эластомерного слоя

Удлинение, % при нагрузке 100 кг/см

1,5 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, отличаюшаяся тем, что, с целью улучшения ее прочностных характеристик, каждый из слоев содержит размещенные дру окото друга участки с ориентированными в различных направлениях 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, принятые во внимание при экспертизе: 1.Э.Бернхардт Переработка термоплас-. тичных. материалов. Изд. Химия, М. , 1965, с. 171. 2.Патент ГДР № 84268, кл. 39а 17/ОО, 1971.