Армирующий корд для эластомерных изделий, в частности для пневматической шины транспортного средства, и пневматическая шина транспортного средства - RU2629141C2

Описание

Настоящее изобретение относится к армирующему корду для промышленных эластомерных изделий, в частности для пневматической шины транспортного средства, состоящему из по меньшей мере одной нити.

Настоящее изобретение также относится к пневматической шине транспортного средства, содержащей по меньшей мере армирующий корд согласно настоящему изобретению.

Армирующие корды в качестве элементов усиления для промышленных эластомерных изделий, в частности для слоев элементов усиления пневматических шин транспортных средств, таких как каркасный слой, армирующий элемент борта, брекерный слой и бандаж брекера, известны специалисту в данной области в большом разнообразии вариантов осуществления применительно к конструкции и материалу. Для заделки армирующих кордов в ходе изготовления используется резиновая смесь, для того чтобы они могли быть использованы в качестве слоя прорезиненного элемента усиления в промышленном эластомерном изделии.

Армирующие корды состоят из одной или нескольких взаимно-переплетенных нитей. Две или более нитей корда могут содержать одинаковый материал или, как в случае гибридных кордов, две или более разных нити.

В промышленных эластомерных изделиях, в частности каркасных слоях, армирующих элементах бортов, брекерах или бандажах брекеров пневматических шин транспортных средств, до настоящего времени использовались, в первую очередь, текстильные элементы усиления, основанные в материальном плане главным образом (непосредственно) на ископаемом сырье, таком как нефть, примеры которого включают PET (полиэтилентерефталат), арамид и нейлон, или гибридные корды, состоящие из этих нитей.

С другой стороны, известно применение текстильных элементов усиления не на нефтяной основе, состоящих из вискозы, например искусственного шелка или лиоцеллы.

Один из недостатков природных волокон, т.е. материалов не на нефтяной основе, в качестве материала для текстильных элементов усиления заключается в том, что структура волокон не является непрерывной и качество волокон не является соответствующим.

Кроме этого, отсутствие способности давать усадку в конкретном случае использования искусственного шелка не способствует его применению в качестве элемента усиления в бандаже брекера. Еще один недостаток искусственного шелка заключается в его чувствительности к влаге и снижении предела прочности на разрыв элемента усиления в результате поглощения влаги. Более того, получение искусственного шелка является дорогостоящим.

Существует тенденция к разработке и применению эластомерных изделий, таких как пневматические шины транспортных средств, безопасных для окружающей среды, экономящих ресурсы, не содержащих основных ископаемых сырьевых материалов, при этом не нужно жертвовать прочностью изделий, изготовленных из них. Так, в документе DE 102010017107 A1 раскрыты гибридные корды для, например, каркасных слоев и/или бандажей брекеров, состоящие, по меньшей мере, из нити из переработанного PET.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить армирующий корд для промышленных эластомерных изделий, в частности для пневматической шины транспортного средства, состоящий из по меньшей мере одной нити, представляющий собой альтернативу обычным армирующим кордам, состоящий из материалов, безопасных для окружающей среды, экономящих ресурсы и в то же время получаемых экологически рациональным образом. Кроме этого, качество армирующих кордов будет соответствующим.

Данная цель достигается за счет того, что по меньшей мере одна нить армирующего корда состоит из полиэтиленфураната (PEF), при этом указанный PEF полностью или по меньшей мере частично изготовлен из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов.

Структурная формула полиэтиленфураната (PEF) представлена формулой (I). PEF формально образован поликонденсацией моноэтиленгликоля (= МЭГ; 1,2-этандиол) и фуран-2,5-дикарбоновой кислоты.

(источник: "Ацетаты и др. согласно немецкой ассоциации предприятий химической промышленности" www.fonds.vci.de/Folien_Service)

Данный полимер известен из предшествующего уровня техники относительно возобновляемых сырьевых материалов не только как полиэтиленфуранат, но также под названием "полиэтиленфураноат". Для целей настоящего изобретения важно то, что термин "PEF" следует понимать как относящийся к полимеру согласно структуре (I).

В контексте данного изобретения обозначения "нить из PEF" и "PEF нить" используются взаимозаменяемым образом. PEF, изготовленный полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, также обозначен в данном тексте термином "PEF, полностью или по меньшей мере частично состоящий из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов".

Применение PEF из биомассы и/или возобновляемых сырьевых материалов в армирующем корде для элементов усиления эластомерных изделий согласно настоящему изобретению является экологически рациональным, безопасным для окружающей среды и ресурсосберегающим. Кроме этого, PEF, изготовленный полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, обладает подобно PEF, полученному лишь из ископаемых сырьевых материалов, соответствующим качеством. Соответственно обеспечивается соответствующее качество изделия.

В данном контексте фразу "PEF, изготовленный полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов" следует понимать как означающую то, что PEF как материал изготовлен полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, независимо от источника энергии, участвующего в процессе. PEF, состоящий полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, не получают только из ископаемых сырьевых материалов, таких как нефть, или вообще не получают из них (т.е. до 0% вес. продуктов из нефти).

Как известно специалисту в данной области, доля материалов на основе биоресурсов, т.е. доля, полученная из возобновляемых сырьевых материалов и/или биомассы, в PEF может быть определена способом C-14 по ASTM D 6866.

Биомассы в контексте настоящего изобретения представляют собой "совокупность любых органических материалов, образованных животными, растениями или микроорганизмами посредством роста и метаболизма" (RОMPP, Online Lexikon, Version 3.25). Возобновляемые сырьевые материалы в контексте настоящего изобретения представляют собой продукты сельского хозяйства и лесного хозяйства, намеренно выращиваемые и/или применяемые людьми для целей, отличных от пищи или корма. Возобновляемые сырьевые материалы соответственно исключают источники ископаемых, таких как нефть, получаемых разработкой открытым способом или при помощи горнодобывающей промышленности.

Армирующий корд согласно настоящему изобретению может, однако, содержать PEF, изготовленный полностью или по меньшей мере частично из мономеров, первоначально выращенных для применения в качестве пищи или корма, но, например, из-за перераспределения сырьевых материалов, применяемых не в качестве пищи или корма, а в качестве возобновляемых сырьевых материалов для использования в армирующем корде. Любые конфликты относительно областей культивации сырьевых материалов соответственно не должны иметь ограничивающего эффекта на материалы настоящего изобретения.

Изготовление PEF основано на мономере сложного эфира фуран-2,5-дикарбоновой кислоты, предпочтительно полученном из биомассы, как описано, например, в документе US 2011/0282020.

Также возможно, что мономер фуран-2,5-дикарбоновой кислоты получают из биомасс и применяют.

Предпочтительно использовать возобновляемые сырьевые материалы, полученные из растений. Так, мономер моноэтиленгликоля для PEF предпочтительно получен из возобновляемых сырьевых материалов растительного происхождения, таких как, например, сахарный тростник или кормовая патока, и не из нефти.

Моноэтиленгликоль из сырьевых материалов растительного происхождения уже доступен на рынке. Массовая доля моноэтиленгликоля в PEF составляет 24,2% на основании молекулярного веса моноэтиленгликоля. Другой мономер, фуран-2,5-дикарбоновый сложный эфир, присутствует в полиэтилентерефталате в количестве 75,8% вес., на основании молекулярного веса указанного мономера. Оба мономера предпочтительно изготовлены из возобновляемых сырьевых материалов. Тем не менее, также возможно, что лишь один из мономеров изготовлен из возобновляемых сырьевых материалов. Например, PEF, изготовленный из моноэтиленгликоля из сырьевых материалов сугубо растительного происхождения, и фуран-2,5-дикарбоновый сложный эфир из сугубо ископаемых сырьевых материалов состоит из возобновляемых сырьевых материалов в пределах 24,2% вес.

Также возможно, что любой из двух мономеров или оба мономера имеют форму смеси, в таком случае мономер или мономеры частично получены из возобновляемых сырьевых материалов и частично из нефти.

В контексте настоящего изобретения также возможно, что каждый из мономеров фуран-2,5-дикарбоновой кислоты или фуран-2,5-дикарбонового сложного эфира и этиленгликоль (1,2-этандиол) полностью получен из биомасс или возобновляемых сырьевых материалов.

PEF, изготовленный полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, дополнительно может содержать примеси, такие как органические углеводороды, свойственные используемым биомассам, а также сырьевым материалам растительного происхождения. В данном случае могут быть рассмотрены, например, сахариды.

Ключевым для настоящего изобретения является то, что по меньшей мере одна PEF нить армирующего корда состоит полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или из возобновляемых сырьевых материалов. В данном случае PEF может быть образован, например, в соответствии со следующими вариантами осуществления.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения PEF состоит из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов в пределах от 10 до 100% вес., предпочтительно от 50 до 100% вес. и более предпочтительно от 70 до 100% вес., в то время как оставшаяся часть в вес. %, не являющаяся PEF, изготовленным полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, является, в случае 100% вес. PEF, непосредственно полученной из нефти.

В данном случае одна возможность заключается, например, в том, что лишь мономер фуран-2,5-дикарбоновой кислоты получен из биомасс или возобновляемых сырьевых материалов, в то время как мономер моноэтиленгликоля (1,2-этандиола) получен непосредственно из нефти, т.е. для PEF, состоящего из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов в пределах 75,8% вес. и из сырьевых материалов на нефтяной основе в пределах 24,2% вес.

Также возможно, что лишь мономер моноэтиленгликоля получен из возобновляемых сырьевых материалов, в то время как мономер фуран-2,5-дикарбоновой кислоты получен из нефти, т.е. PEF может состоять из возобновляемых сырьевых материалов в пределах 24,2% вес. и из сырьевых материалов на нефтяной основе в пределах 75,8% вес.

Для того чтобы полностью исключить нефть в качестве основного сырья для PEF, особенно предпочтительно, чтобы PEF полностью, т.е. в пределах 100% вес., состоял из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов.

Далее термин "PEF, полностью или по меньшей мере частично состоящий из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов", также сокращен до "PEF из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов". Тем не менее, всегда учитываются вышеупомянутые варианты осуществления, содержащие части сырьевых материалов на нефтяной основе.

По меньшей мере одна нить из PEF из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов в армирующем корде согласно настоящему изобретению обладает первой круткой от 100 до 600 витков/м, предпочтительно от 100 до 550 витков/м и более предпочтительно от 200 до 550 витков/м.

Предпочтительно, армирующий корд согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере одну дополнительную нить, где по меньшей мере одна нить из PEF, полностью или по меньшей мере частично состоящего из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, и по меньшей мере одна дополнительная нить обладают второй круткой от 100 до 600 витков/м, предпочтительно от 100 до 550 витков/м и более предпочтительно от 200 до 550 витков/м.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения все нити корда состоят из PEF (полностью или по меньшей мере частично), изготовленного из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов.

В результате, обычный армирующий корд из PET, например, может быть заменен армирующим кордом, состоящим из PEF из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов. PEF обладает температурой стеклования, равной 86°C, что выше температуры стеклования полиэтилентерефталата, равной 74°C. Как следствие, когда материал используют для армирующих кордов в слоях элементов усиления пневматических шин транспортных средств, шина не обладает ожидаемой улучшенной стабильностью размеров для PEF по сравнению с PET.

В зависимости от выбора производственных параметров, армирующий корд, содержащий по меньшей мере одну PEF нить, обладает свойствами, подобными свойствам PET армирующего корда (обычными или высокомодульными малоусадочными HMLS) обычного типа, т.е. изготовленного в материальном плане непосредственно из нефти.

Тем не менее, также возможно получить свойства, подобные полиамидному армирующему корду, в зависимости от выбора производственных параметров.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения армирующий корд представляет собой гибридный корд, где по меньшей мере одна нить корда состоит из материала, отличающегося от PEF из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, в то время как другая нить или нити состоят из PEF из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов. Таким образом, армирующий корд является частично экологически рациональным, безопасным для окружающей среды и ресурсосберегающим и предлагает в качестве дополнительного преимущества возможность модификации армирующего корда определенным образом посредством целенаправленного выбора материала для по меньшей мере одной дополнительной нити.

Возможно преимущественное развитие настоящего изобретения, в котором армирующий корд состоит из по меньшей мере одной нити из PEF из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов и по меньшей мере одной нити из PET, изготовленного непосредственно из нефти и/или из переработанного PET.

В дополнительном преимущественном развитии изобретения армирующий корд состоит из по меньшей мере одной нити из PEF, полностью или по меньшей мере частично состоящего из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, и по меньшей мере одной дополнительной нити из неметаллического материала. Неметаллический материал выбран из группы, содержащей полиамид (PA), и/или арамид, и/или полиэфиркетон (PEK), и/или поликетон (POK), и/или полиэтиленнафталат (PEN), и/или искусственный шелк, и/или вискозу, и/или естественные волокна, и/или стекловолокно.

Таким образом, весь гибридный корд в значительной мере или полностью изготовлен из материалов, не основанных, в первую очередь, на нефти, и может обладать модифицированными свойствами благодаря определенному выбору подходящих материалов для нитей.

Для получения более высокой усадки армирующего корда дальнейшее преимущественное развитие изобретения предоставляет предпочтительный вариант армирующего корда, состоящий из по меньшей мере одной нити из PEF, созданного полностью или по меньшей мере частично из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, и по меньшей мере одной нити из полиамида (PA). В частности, является преимущественным применение данного гибридного корда в бандаже брекера шины пассажирского автомобиля.

Особенно предпочтительно, если PA нить состоит из волокон PA6.6, и/или PA6, и/или волокон PA10.10, и/или волокон PA10.12.

В частности, особенно предпочтительно, если PA нить состоит из волокон PA6.6.

Для получения более высокого модуля армирующего корда он состоит из по меньшей мере одной нити из PEF, полностью или по меньшей мере частично состоящего из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, и по меньшей мере одной нити из арамида. В частности, является преимущественным применение данного гибридного корда в бандаже брекера шин со сверхвысокой эффективностью (UHP).

Для получения стабильного армирующего корда, по существу лишенного усадки, он состоит из по меньшей мере одной нити из PEF, полностью или по меньшей мере частично состоящего из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, и по меньшей мере одной нити из искусственного шелка. Это является предпочтительным, в частности, относительно применения данного гибридного корда в каркасе шин легковых автомобилей и/или относительно характеристик шин пассажирских автомобилей на высоких скоростях.

Преимущественная линейная плотность каждой нити, составляющей армирующий корд согласно настоящему изобретению, составляет от 200 до 5000 децитекс, и преимущественная крутка материалов, участвующих в первой крутке, составляет от 100 до 600 витков/м.

Каждая нить, применяемая для армирующего корда, может быть выполнена из волокон с левым направлением крутки или правым направлением крутки. Например, PEF нить из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов может быть с левым направлением крутки или правым направлением крутки.

Крученые нити в изобретении свиты в армирующий корд путем крутки в левом направлении или правом направлении. Преимущественно, все нити армирующего корда обладают одинаковым направлением крутки, т.е. они скручены либо в левом направлении, либо в правом направлении. В данном преимущественном варианте армирующий корд обладает второй круткой в направлении, противоположном первой крутке нитей. Например, PEF нить из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов, скрученная в левом направлении, и арамидная нить, скрученная в левом направлении, могут быть скручены второй круткой в правом направлении в армирующий корд.

Для обеспечения надежного приклеивания текстильных элементов усиления к резине является преимущественным предоставление клеевой пропитки армирующего корда согласно настоящему изобретению, например, посредством погружения в латекс, содержащий резорциноформальдегидную смолу, в ходе однованного или двухванного процесса.

Настоящее изобретение также предоставляет пневматическую шину транспортного средства, содержащую по меньшей мере армирующий корд согласно настоящему изобретению. Предпочтительно пневматическая шина транспортного средства содержит армирующий корд в каркасном слое, и/или в по меньшей мере одном брекерном слое, и/или в качестве армирующего элемента борта, и/или в бандаже брекера. В частности, предпочтительно, чтобы пневматическая шина транспортного средства содержала армирующий корд в каркасном слое.

Реферат

Настоящее изобретение относится к армирующему корду для эластомерных изделий, в частности для пневматической шины транспортного средства, состоящему из по меньшей мере одной нити. Настоящее изобретение отличается тем, что армирующий корд содержит по меньшей мере одну нить, состоящую из PEF, полностью или по меньшей мере частично изготовленного из биомасс и/или возобновляемых сырьевых материалов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы.

Формула