Протектор шины, армированный короткими и ориентированными перекрещивающимися волокнами

Предложен протектор (1) шины, выполненный с поверхностью (10) протектора, предназначенной для контактирования с проезжей частью дороги, при этом протектор содержит рельефную структуру, образованную рельефными элементами (31, 32), ограничивающими по меньшей мере две канавки (21), по существу, с окружной ориентацией, причем протектор содержит композиционный материал, созданный посредством укладки в стопу множества слоев резины или каучука (C1, C2), при этом каждый слой содержит множество коротких армирующих волокон,которые параллельны друг другу и ориентированы в одном направлении, причем короткие волокна перекрещиваются при переходе от одного слоя резины или каучука (С 1) к соседнему слою (С 2). Также предложена шина, выполненная с подобным протектором.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: КОМПАНИ ЖЕНЕРАЛЬ ДЕЗ ЭТАБЛИССМАН МИШЛЕН (FR); МИШЛЕН РЕШЕРШ Э ТЕКНИК С.А. (CH) Предметом настоящего изобретения является усовершенствование протекторов для шин, предназначенных для установки на транспортных средствах для перевозки тяжелых грузов, в частности, оно относится к рельефной структуре данных протекторов. Данное изобретение предназначено для использования в особенности, но не исключительно, для шин, имеющих радиальный каркас и предназначенных для управляемых мостов транспортных средств для перевозки тяжелых грузов. Однако оно также может быть использовано для неуправляемых осей транспортных средств для перевозки тяжелых грузов и для внедорожных транспортных средств, таких как сельскохозяйственные машины (машины для лесной промышленности), или для строительных машин. Подобные шины обычно содержат каркасный усилитель, поверх которого снаружи в радиальном направлении расположен пояс коронной зоны, который сам закрыт протектором. Данный протектор выполнен с рельефной структурой, образованной, по существу, из ребер, имеющих ориентацию в основном вдоль окружности и ограниченных канавками с такой же ориентацией, или из блоков, ограниченных окружными канавками и поперечными канавками, или посредством комбинации блоков и ребер. Протектор ограничен в аксиальном направлении краевыми ребрами. Уровень техники В случае шин, предназначенных для регионального сектора (перемещающихся по региональным дорогам, на короткие и средние расстояния) и имеющих рельефную структуру протектора, имеющую ребра и канавки с окружной ориентацией, можно отметить чувствительность к разрыву краев краевых ребер в зависимости от условий движения и использования. С такими условиями сталкиваются в особенности во время действия сильных нагрузок, например, таких как при подъеме на бордюры и спуске с бордюров во время доставки грузов или во время ударов о бордюры/края тротуаров или препятствия, или инородные тела, которые имеются на проезжей части дороги или на грунте. Данная чувствительность к разрыву частично зависит от характера резиновой смеси, которая образует краевое ребро, и она часто является более выраженной, когда используемая резиновая смесь представляет собой смесь натурального каучука с одним или несколькими синтетическими каучуками, что предпочтительно для уменьшенного износа протектора. Для предотвращения появления разрывов, подобных указанным выше, и для ограничения сдвига,вызванного подобными напряжениями, были предложены разные решения, которые обычно направлены на уменьшение отношения высоты профиля краевого ребра к его ширине, т.е. отношения высоты к ширине данного ребра, посредством увеличения ширины указанного краевого ребра. Недостатком подобной геометрической модификации является необходимость переопределения всей рельефной структуры протектора. В соответствии с настоящим изобретением предлагается решить выявленную техническую проблему посредством обеспечения возможности предотвращения или, как минимум, замедления или ограничения в значительной степени разрывов резины краевых ребер или даже повреждения в нижней части углубления канавки, по существу, ориентированной вдоль окружности, которые могут возникать в результате сильной нагрузки, например, при подъеме на бордюры и спуске с бордюров или при ударе о бордюры/края тротуаров или другие препятствия, имеющиеся на проезжей части дороги или на поверхности протектора, без изменения геометрии протектора. Для решения технической проблемы без изменения рельефной структуры протектора в соответствии с изобретением предлагается увеличить модуль упругости при сдвиге эластомерного материала, который образует протектор шины, по меньшей мере в три раза посредством армирования резиновой смеси короткими волокнами, ориентированными в основном под углом 45 относительно радиального направления каркаса шины, и тем самым преобразования ее в многослойный композиционный материал. Добавление коротких волокон различных видов в резиновые смеси, предназначенные для протекторов шин, хорошо известно. В патенте США 1746948 описан протектор шины с перекрещивающимся каркасом, содержащим эластомерный слой, включающий в себя длинные текстильные волокна, намотанные вокруг каучуковой сердцевины, при этом данные длинные волокна наклонены относительно поверхности протектора и расположены вровень с указанной поверхностью протектора для образования мест сцепления с проезжей частью дороги и, тем самым, предотвращения буксования или воспрепятствования буксованию шины на мокрой или скользкой проезжей части дороги. В патенте США 3057389 описан протектор шины для пассажирских автомобилей или протектор авиашины с перекрещивающимся каркасом, имеющим канавки, по существу, с продольной ориентацией и непрерывный рельефный элемент, проходящий в направлении вдоль окружности, при этом резина, образующая весь протектор, состоит из штабеля резиновых слоев, армированных короткими текстильными волокнами, параллельными друг другу, для увеличения сопротивления шины воздействию центробежных сил, стремящихся к разрушению ее при высокой скорости. Короткие волокна, ориентированные параллельно друг другу, могут быть размещены в направлении вдоль окружности в плоскости, параллельной к плоскости, касательной к поверхности протектора, и в направлении ОХ (ОХ представляет собой направление вдоль окружности) или могут перекрещиваться в плоскости, параллельной к плоскости, касательной к поверхности протектора, и в направлении OY (OY представляет собой направление оси вра-1 021640 щения), или короткие волокна, ориентированные параллельно друг другу и размещенные в направлении вдоль окружности в плоскости, параллельной к плоскости, касательной к поверхности протектора, и в направлении ОХ могут быть размещены между двумя слоями коротких перекрещивающихся волокон в плоскости, параллельной к плоскости, касательной к поверхности протектора, и в направлении OY могут быть соответственно размещены поверх слоя, содержащего короткие волокна, которые ориентированы в направлении вдоль окружности, и под данным слоем. В заявке WO 2008/027045-A1 описан протектор для шины, предназначенной для пассажирских автомобилей, и для шины, предназначенной для транспортных средств для перевозки тяжелых грузов, содержащий канавки, по существу, с продольной ориентацией и непрерывный рельефный элемент, проходящий в направлении вдоль окружности, и в данном изобретении изложено, что применение для резины,образующей непрерывные окружные ребра из слоев или тонких слоев, резиновой смеси, армированной короткими микростекловолокнами, параллельными друг другу и ориентированными или по окружности в направлении ОХ, или ориентированными в плоскости YOZ (т.е. в плоскости, перпендикулярной поверхности протектора, "содержащей" направление, параллельное направлению вращения шины, и направление, перпендикулярное к оси вращения, ориентированной в соответствии с толщиной рельефного элемента в направлении OZ), или ориентированными поперечно в направлении OY, или ориентированным, по существу, под углом +45 или -45 в плоскости XOZ, или ориентированным под углом 45 в плоскости XOY, обеспечивает возможность получения хорошего компромиссного сочетания свойств, а именно повышенной жесткости без снижения или даже с улучшением гистерезисных свойств, а также свойств при растягивании и износостойкости. Предметом изобретения является протектор шины, выполненный с поверхностью протектора,предназначенной для контактирования с проезжей частью дороги, при этом данный протектор содержит рельефную структуру, образованную рельефными элементами, отделенными друг от друга канавками,при этом данный протектор образован из резиновой смеси, состоящей из тонких слоев каучука, наложенных один на другой в виде стопы, при этом каждый тонкий слой содержит короткие армирующие волокна, которые параллельны друг другу в слое и ориентированы в одном направлении в плоскости слоя под одним и тем же углом. Протектор отличается тем, что тонкие слои наложены один на другой в виде стопы так, что короткие волокна перекрещиваются при переходе от одного слоя к следующему. Таким образом, короткие армирующие волокна ориентированы с чередованием симметрично при переходе от одного слоя к соседнему слою в направлении вдоль окружности под углом, находящимся в диапазоне абсолютных величин от 10 до 80 относительно радиального направления в плоскости слоя. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения короткие волокна ориентированы под углом, находящимся в диапазоне абсолютных величин от 30 до 60, относительно радиального направления в плоскости слоя. В соответствии с одним вариантом осуществления ориентация коротких армирующих волокон может изменяться в плоскости перекрещивания и может быть несимметричной. Аналогичным образом угол пересечения/перекрещивания может также варьироваться в направлении вдоль окружности (в направлении, касательном к направлению вдоль окружности). В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения короткие армирующие волокна ориентированы с чередованием при переходе от одного слоя к соседнему слою в направлении вдоль окружности по углом, по существу, равным +45 и -45, на всей ширине протектора. Выражение"по существу, применительно к величине угла" следует понимать как означающее угол, который может отличаться от данной величины угла самое большее на 3 по абсолютной величине. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения каждый тонкий слой, армированный короткими волокнами, наклонен относительно радиального направления (направления, перпендикулярного поверхности протектора) под углом, равным самое большее 45. В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения можно только частично армировать протектор на части его ширины, предпочтительно в боковых частях рядом с краями шины в аксиальном направлении. Что касается коротких армирующих волокон, которые могут быть использованы в соответствии с изобретением, то пригодны натуральные или синтетические органические волокна или неорганические волокна, известные специалистам в данной области техники и имеющиеся в готовом виде/в продаже,например, такие как волокна, изготовленные из хлопка, вискозы, целлюлозы, волокна, образованные из ароматических полиамидов, такие как волокна, образованные из арамида, например такие как волокна,образованные из Kevlar, продаваемые компанией Dupont de Nemours, из алифатических полиамидов,таких как нейлон 46 и 66, из сложного полиэфира, из полиэтилентерефталата (PET), из полиэтиленнафталата (PEN), из полиимидов, из поливиниловых спиртов, углеродных волокон и стекловолокон. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения короткие армирующие волокна изготовлены из арамида. Также пригодными могут быть короткие металлические нити. Армирующие волокна могут иметь длину, равную или меньшую 10 мм, предпочтительно находящуюся в интервале от 5 мкм до 10 мм и предпочтительно находящуюся в интервале от 3 до 8 мм, средний диаметр в интервале от 0,2 мкм до 0,1 мм, при этом их сечение может быть круглым или некруглым,-2 021640 они могут быть полыми или неполыми. Содержание волокон в резиновой смеси, образующей каждый слой ориентированных волокон, может находиться в диапазоне от 0,1 до 45 вес.% от веса резины/каучука и предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 10 вес.% от веса резины/каучука. В настоящем описании все процентные содержания (%) представляют собой процентные содержания, выраженные в вес.%. Кроме того, любой диапазон величин, заданный выражением "между а и b",означает диапазон величин, превышающих величину а, и меньших, чем величина b (т.е. предельные значения а и b исключены), в то время как любой диапазон величин, заданный выражением "от а до b", означает диапазон величин от величины а до величины b и включает предельные значения а и b. Шины, содержащие протектор в соответствии с изобретением, предпочтительно имеют радиальный каркасный усилитель и в особенности предназначены для установки на управляемых мостах транспортных средств, предназначенных для перевозки тяжелых грузов и предназначенных для использования,связанного с региональным рынком доставки товаров. Они также могут быть использованы для неуправляемых мостов транспортных средств, предназначенных для перевозки тяжелых грузов (автомобильных поездов), для внедорожных транспортных средств, таких как сельскохозяйственные машины (машины для лесной промышленности) или строительные машины, очень часто работающие на местности, имеющей много препятствий или инородных тел, через которые необходимо переезжать, и "подвергающие" шины воздействию больших сдвигающих сил, или другие транспортирующие машины или машины для погрузочно-разгрузочных работ. Для подготовки эластомерного слоя, содержащего короткие армирующие волокна, ориентированные в одном направлении под выбранным углом, можно использовать любой способ, известный сам по себе, в особенности подобный описанному, например, в заявке WO 2008/027045. Подобный эластомерный слой может быть использован для изготовления протекторов, предназначенных для изготовления новых шин или для восстановления протекторов использованных шин. Другим предметом изобретения является каркас шины, содержащей протектор шины, имеющий признаки, определенные выше. Один предпочтительный вариант осуществления покрытия шины, содержащей протектор в соответствии с изобретением, заключается благодаря гильзе, в которой используется оснастка на основе цилиндра, в получении листов из невулканизованного эластомера, содержащих короткие армирующие волокна, и последующем разрезании данных листов и экструзии их посредством микрофильеры для получения эластомерных полос, в которых короткие армирующие волокна ориентированы в направлении экструзии. В этом случае протектор получают посредством накладывания друг на друга на вращающемся технологическом барабане нескольких слоев, предпочтительно четырех, из полос, которые размещают рядом друг с другом и затем размещают с чередованием под углом + (плюс) или - (минус) 45; данную стопу затем разрезают в направлении вдоль окружности для получения некоторого количества секционных элементов полуфабрикатов, соответствующего числу (n) армированных ребер с ориентацией в основном вдоль окружности, выбранной для рельефного(ых) элемента(ов) протектора, при этом указанные секционные элементы размещают бок о бок на самой невулканизованной шине, размещенной на барабане для изготовления шины. Варианты, которые были описаны выше, могут быть легко скомбинированы вместе специалистами в данной области техники, стремящимися к улучшению эксплуатационных характеристик в отношении стойкости к разрывам, вызываемым сильными напряжениями, такими как напряжения, действующие при подъеме на бордюры или спуске с бордюров, или ударами о бордюр, или посторонними предметами,оказывающими воздействие на шину, в особенности на шину транспортного средства, предназначенного для перевозки тяжелых грузов, которая имеет радиальный каркас. Другие признаки и преимущества изобретения будут очевидны из описания, приведенного ниже со ссылкой на приложенные чертежи, которые показывают в качестве неограничивающих примеров несколько вариантов осуществления предмета изобретения. Фиг. 1 показывает два тонких слоя, при этом каждый слой содержит волокна, ориентированные или под углом, или под противоположным углом (данная стопа обозначена следующим образом: слой (+) и слой (-; фиг. 2 показывает частичный вид рельефной структуры протектора шины в соответствии с изобретением, для которой весь протектор образован посредством множества тонких слоев (+) и (-); фиг. 3 показывает вид в плане протектора в соответствии с изобретением, в котором только краевые части усилены тонкими слоями; фиг. 4 показывает вариант протектора в соответствии с изобретением, в котором блоки образованы из тонких слоев. Подробное описание изобретения Для облегчения понимания чертежей одни и те же ссылочные позиции используются для обозначения конструктивных или функциональных элементов. Кроме того, знаком "+" обозначен слой, армированный короткими волокнами, ориентированными под положительным углом, и знаком "-" обозначен слой, армированный короткими волокнами, ориентированными под отрицательным углом. На фиг. 1 показаны два следующих друг за другом слоя C1, C2 из каучукоподобного материала, армированного короткими волокнами f, ориентированными в каждом слое под положительным углом А,при этом данный слой называют слоем (+), или под отрицательным углом В, при этом данный слой называют слоем (-). Само собой разумеется, под ориентацией коротких волокон в каждом слое C1, C2 следует понимать то, что в среднем все или фактически все из волокон f слоя ориентированы под одним и тем же средним углом А или В, при этом данный угол определяется относительно основного направления слоя (данное направление соответствует радиальному направлению, когда слой будет находиться в заданном положении в протекторе). В соответствии со способом изготовления, выбранным для изготовления подобных слоев, существует возможность того, что определенное число коротких армирующих волокон будет иметь ориентацию, которая отличается от средней ориентации указанных волокон в слое. Угол ориентации волокон определяется относительно направления, которое на протекторе соответствует радиальному направлению, т.е. направлению, перпендикулярному к оси вращения шины, снабженной указанным протектором. Фиг. 2 показывает вариант осуществления шины в соответствии с изобретением. Данная шина для транспортного средства для перевозки тяжелых грузов содержит протектор 1, имеющий поверхность 10 протектора, образованную поверхностями, расположенными в радиальном направлении с наружной стороны различных рельефных элементов, с которыми выполнен указанный протектор. В показанном случае протектор выполнен с двумя окружными канавками 21, при этом данные канавки 21 ограничивают промежуточное ребро 32 и два краевых ребра 31, при этом данные ребра являются непрерывными в направлении вдоль окружности. Протектор образован из композиционного материала, содержащего очень большое число слоев C1, C2, наложенных друг на друга в виде стопы, при этом каждый слой представляет собой или слой, имеющий короткие армирующие волокна, ориентированные под углом (слой (+, или слой, имеющий короткие волокна, ориентированные под углом В (слой (-. Слои уложены друг на друга в виде стопы так, что короткие армирующие волокна каждого слоя перекрещиваются, и так, что стопа слоев будет образована в направлении вдоль окружности (обозначенном стрелкой Т на фигуре). Каждый слой содержит каучукоподобный материал, в который "погружено" множество коротких полиэтилентерефталатных волокон с длиной, равной 3 мм, и диаметром, равным 12 мкм. Плотность волокон в каждом слое соответствует 2 вес.%. Арамидное волокно также было подвергнуто испытанию. В представленном случае все короткие волокна представляют собой волокна одного и того же вида и одной и той же ориентации с абсолютной величиной угла в каждом слое C1, С 2. Канавки данной шины имеют глубину в новом состоянии, которая больше средней длины коротких армирующих волокон (как правило, глубина канавок шины для транспортного средства, предназначенного для перевозки тяжелых грузов,равна по меньшей мере 10 мм). Фиг. 3 показывает вариант изобретения, в соответствии с которым протектор содержит три окружные канавки, ограничивающие промежуточные ребра 32 и краевые ребра 31. Последние расположены в аксиальном направлении на крае протектора, и они образованы из композиционного материала, определенного в соответствии с изобретением. Кроме того, слои (+) и слои (-) расположены так, чтобы образовать на поверхность протектора угол С относительно направления, касательного к направлению вдоль окружности (обозначенному стрелкой Т на фиг. 2). В показанном примере данный угол С, если взять знак, является одинаковым на обоих краях и равен 30. В данном случае протектор приобретает вид направленного протектора за счет размещения слоев материалов, армированных короткими волокнами. В показанном примере два промежуточных ряда между краевыми рядами образованы из однородных материалов, не армированных короткими волокнами. Данный вариант обеспечивает возможность упрочнения в особенности краев протектора по отношению к резким воздействиям, которым могут подвергаться шины для транспортных средств, предназначенных для перевозки тяжелых грузов. Естественно специалисты в данной области техники могут адаптировать углы на каждом из краев,например с учетом положения шины на транспортном средстве (таким образом, существует возможность учесть положение наружного края шины относительно транспортного средства, при этом внутренний край соответствует краю шины, обращенному к транспортному средству в момент установки указанной шины на указанном транспортном средстве). Фиг. 4 показывает еще один вариант шины в соответствии с изобретением, протектор которой содержит множество блоков 4, ограниченных окружными канавками 21 и поперечными канавками 22. Каждый блок 4 образован из композиционного материала, полученного в результате укладки в стопу в поперечном направлении слоев C1, С 2, армированных короткими армирующими волокнами, при этом данные слои наложены один на другой в виде стопы с чередованием слоев, имеющих короткие волокна,ориентированные под положительным углом (+), и слоев, имеющих короткие волокна, ориентированные под отрицательным углом (-). В непоказанном варианте определенные блоки могут быть образованы посредством укладки в стопу в одном и том же направлении, как показано на фиг. 3, а другие блоки могут быть образованы в соответствии с укладкой в стопу в направлении, подобном показанному на фиг. 4. Примеры, описанные в настоящем описании, показывают тонкие слои, расположенные рядом друг с другом в радиальном направлении, т.е. не наклоненные относительно направления, перпендикулярного к оси вращения шины. Естественно изобретение охватывает варианты, в которых данные тонкие слои могут иметь небольшой наклон, отличный от нуля, относительно радиального направления для создания,например, эффекта направленности. Изобретение не ограничено описанными и показанными примерами, и могут быть выполнены различные модификации изобретения без отхода от его контекста. Его применение также может быть предусмотрено эквивалентным образом для области шин для транспортных средств типа фургонов или типа пассажирских автомобилей, которые должны выдерживать большие нагрузки/напряжения, которые могут воздействовать на края их протекторов. Применение эквивалентно, если длина выбранных коротких армирующих волокон пропорциональна толщине протектора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Протектор (1) шины, выполненный с поверхностью (10) протектора, предназначенной для контактирования с проезжей частью дороги, при этом протектор содержит рельефную структуру, образованную рельефными элементами, ограничивающими по меньшей мере две канавки (21), по существу, с окружной ориентацией, причем протектор образован, по меньшей мере, частично из композиционного материала, состоящего из множества тонких слоев резины/каучука, каждый из которых содержит короткие армирующие волокна (f), которые параллельны друг другу и ориентированы в одном направлении в протекторе под углом (А, В), отличным от 0, относительно направления, содержащегося в тонком слое и перпендикулярного поверхности протектора, отличающийся тем, что при переходе от одного слоя резины или каучука к следующему короткие волокна (f) перекрещиваются. 2. Протектор по п.1, отличающийся тем, что он содержит центральную часть и с обеих сторон краевые части, причем только рельефные элементы краевых частей образованы из множества тонких слоев резиновой смеси, каждый из которых содержит короткие армирующие волокна, которые параллельны друг другу и ориентированы в одном направлении в протекторе под углом, отличным от 0, относительно направления, содержащегося в тонком слое и перпендикулярного поверхности протектора, при этом при переходе от одного слоя резины или каучука к следующему короткие армирующие волокна перекрещиваются. 3. Протектор по п.1, отличающийся тем, что он содержит центральную часть и с обеих сторон краевые части, и тем, что рельефные элементы центральной части и краевых частей протектора содержат резиновую смесь, армированную с помощью коротких армирующих волокон во множестве тонких перекрещивающихся слоев, при этом углы ориентации коротких армирующих волокон в центральной части отличаются от углов ориентации коротких армирующих волокон в краевых частях. 4. Протектор по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что короткие армирующие волокна перекрещиваются при переходе от одного слоя к другому под углом, который симметричен относительно радиального направления. 5. Протектор по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что короткие армирующие волокна перекрещиваются при переходе от одного слоя к другому под углом, равным или близким к +45 и -45. 6. Протектор по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что короткие армирующие волокна перекрещиваются при переходе от одного слоя к другому несимметрично относительно радиального направления. 7. Протектор по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что короткие армирующие волокна выбраны из растительных волокон, хлопковых волокон, вискозных волокон, целлюлозных волокон, волокон, образованных из ароматических полиамидов, таких как волокна, образованные из арамида, из алифатических полиамидов, таких как нейлон 46 и 66, из сложного полиэфира, из полиэтилентерефталата (PET), из полиэтиленнафталата (PEN), из полиимидов, из поливиниловых спиртов, углеродных волокон и стекловолокон. 8. Протектор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что короткие армирующие волокна имеют длину, равную самое большее 10 мм. 9. Протектор по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что короткие армирующие волокна имеют длину, равную по меньшей мере 3 мм и самое большее 8 мм. 10. Протектор по одному из пп.8 и 9, отличающийся тем, что короткие армирующие волокна имеют средний диаметр сечения в интервале от 0,2 мкм до 0,1 мм. 11. Протектор по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что содержание коротких армирующих волокон в каждом слое равно по меньшей мере 0,1 вес.% и самое большее 45 вес.% от веса резины или каучука указанного слоя. 12. Шина для большегрузного транспортного средства, имеющая радиальный каркасный усилитель,отличающаяся тем, что она содержит протектор по любому из пп.1-11.