ШИНЫ. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА

Металлические армирующие материалы

Для металлокордов существуют те же проблемы, что и для текстильных. Современные представления о механизме адге­зии резины к металлу и поиск новых промоторов рассмотрены в разделе 2.7 раньше. Здесь же основное внимание будет уделе­но проблеме влияния качества и строения металлокор да на ад­гезионные характеристики обрезиненного корда.

Одной из важнейших характеристик металлокорда, влияю­щих на свойства обрезиненного металлокордного полотна, явля­ется его конструктивная характеристика. В качестве примера вли­яния конструкции можно привести импортный металлокорд 5Л25, чья неудачная пятипроволочная конструкция с центральным по-

311

Лым каналом не обеспечивает проникновения резины внутрь кор­да. Это способствует низкой исходной прочности связи с резиной (таблица 3.9) и развитию коррозионных процессов (таблица 3.10).

Конструкция металлокор да определяет площадь физичес­кого контакта металла с резиной и возможность переноса вла­ги и других агрессивных агентов вдоль нити. К настоящему вре­мени для легковых шин разработана "специальная" конструк­ция металлокор да 2+2, а также "простые" конструкции 1x2,1x3, 2+7, которые обеспечивают более полное затекание резины в межфиламентное пространство, и тем самым ликвидируется наличие канала внутри нити, свойственное конструкциям 1x5 и 1x4. Данные конструкции металлокор да имеют хорошее уд­линение и прочность, особенно если они изготовлены из высо­косортной стали (НТ).

Анализ таблиц 3.9 и 3.10 показывает неперспективность использования корда 5Л25. По другим маркам можно отметить лучшие показатели импортных кордов, имеющих одинаковые конструкции с отечественными кордами. Действительно, поте­ря прочности связи у отечественных металлокордов 9Л15/27 и 28Л18, находящихся в экстремальных условиях (влажность 90 %, температура 35° С), составляет около 20 % и наступает уже через сутки, тогда как у аналогичных импортных металлокор - дов подобное падение прочности связи наступает только после семи суток. Поведение металлокорда 22Л15 приближается к им­портному. Приведенные данные свидетельствуют, что отече­ственные металлокорды 9Л15/27 и 28Л18 необходимо хранить при температурах не более 20° С и влажности, не превышаю­щей 40 %.

Отечественные обрезиненные металлокорда, как правило, имеют худшую стойкость к старению. В таблице 3.11 приведе­ны данные по паровоздушному старению, а в таблице 3.12 - в соле-паровоздушной среде.

Потеря прочности связи у отечественных металлокордов 9Л15/27 и 28Л18 при обоих видах старения минимум в 1,6 раза больше, чем у импортных металлокордов соответствующих марок. Данные таблицы 3.12 показывают, что резиновая смесь

І

2НК 401-029, содержащая нафтенат кобальта, обеспечивает бо­лее высокую исходную прочность связи и, в целом, лучшую стой­кость к старению, чем резиновая смесь 2э1155, не имеющая про­мотора адгезии.

На объединении ОАО "Нижнекамскшина" была проведена большая работа по выяснению причин худших показателей оте­чественных металлокордов по сравнению с импортными. Оцен­ка качества латунного покрытия осуществлялась на микроско­пе МБИ. Рассмотрение фотографии отечественного металло­кор да 9Л15/27 обнаруживает некачественное покрытие в виде полос и пятен с нарушением сплошности и следов волочения.

В то же время у импортного корда четко видна целостность и сплошность латунного покрытия, что говорит о более качествен­ном процессе его осаждения и термодиффузионной обработки.

В таблице 3.13 представлены некоторые характеристики латунного покрытия металлокорда 9Л15/27 различных постав­щиков, полученные статистической обработкой большого чис­ла испытаний.

Таблица 3.13

Данные изучения латунного покрытия металлокорда 9Л15/27

Изучение полученных данных показывает на большой разброс показателей отечественных металлокордов по содер­жанию меди в латунном покрытии и более чем двухкратное завышение содержания масла на их поверхности. Отечествен­ная метизная промышленность, в целом, затрачивает боль­ше латуни на покрытие металлокорда, но это не компенсиру­ет плохое качество покрытия. Более того, несмотря на бли­зость химических составов отечественного и итальянских об­разцов исходной стальной проволоки, металлографический анализ отечественной катанки обнаружил у нее наличие мик­ротрещин и высокий уровень твердых неметаллических включений [357].

Отечественный металлокорд, без исключения какой - либо марки, уступает импортному по характеристике "пря­молинейность". Это снижает точность его размещения в об- резиненном полотне, а следовательно, и равномерность рас­пределения нагрузок в покрышке. Необходимо отметить, что показатель "нераскручиваемость" вообще нехарактерен для корда зарубежного производства, тогда как у отечественно­го корда это имеет место. По нашим данным снижение проч­ности связи между резиной и металлокордом за счет рас - кручиваемости может достигнуть 40 %. По остаточному кручению показатель всех кордов примерно одинаков, но при переработке металлокорда 9Л15/27 и 22Л15 Орловско­го сталепрокатного завода имелись случаи деформации об - резиненного корда после раскроя его на полосы для заго­товки брекерных браслетов. При применении импортного металлокорда подобной деформации раскроенных полос не наблюдалось.

При переработке отечественного металлокорда были об­наружены следующие недостатки: слабая и неравномерная намотка на шпули; осыпание латунного покрытия; неудов­летворительное качество сварки нитей и заделки концов про­волочек в нить; длина нитей металлокорда в шпулях имеет большой разброс; отсутствует латунное покрытие в местах сварки нитей. Кроме того, наблюдалось частое обрывание нитей, вызывающее остановку каландра, и неравномерное торможение шпули, приводящее к неравномерному распо­ложению нитей в обрезиненном металлокордном полотне. Указанные явления на импортном металлокорде не отмеча­лись.

Перечисленные недостатки отечественных кордов влияют на качество получаемых шин. В частности, прочность связи в слоях покрышек, собранных с отечественным металлокордом, в среднем на 20 % ниже, чем прочность связи в слоях покры­шек с импортным металлокордом (таблица 3.14).

Таблица 3.14

Прочность связи в слоях брекера автопокрышек 260-508Р мод. ИН-142Б

Естественно, что пониженная прочность связи в слоях покрышки не могла не отразиться на показателе стендовой ходимости. Средняя ходимость шин 260-508Р мод. ИН-142Б с брекером из металлокорда бельгийского производства со­ставила 3350 км, а в случае использования металлокорда орловского производства только 335 км. Таким образом, опыт длительного использования на объединении ОАО "Нижнекамскшина" металлокордов российского и зарубеж­ного производства позволяет нам сделать следующие реко­мендации отечественной метизной промышленности, вы­полнение которых позволит шинникам резко улучшить ка­чество выпускаемых шин: улучшить структуру катанки за счет исключения микротрещин и твердых неметаллических включений; улучшить качество латунного покрытия за счет стабильности толщины и химсостава, сплошности латунно­го покрытия, снижения содержания на поверхности смаз­ки; снять остаточное кручение корда; уменьшить разброс мет­ража на катушках; исключить наличие нелатунированных участков; улучшить качество упаковки металлокорда и сде­лать ее одноразовой; для комплексной оценки металлокор­да разработать и внести в его характеристику такие показа­тели, как "усталостная прочность при изгибе", "коррозион­ная стойкость металлокорда", "сплошность латунного покры­тия"; для облегчения проникновения резиновой смеси между стренгами стального каната увеличить шаг свивки метал­локорда на 15-20 %.

За рубежом улучшение качества металлокорда для шин­ной промышленности ведется в нескольких направлениях. Первое направление связано с улучшением качества метал­лических волокон (проволок). В результате интенсивных ис­следований и усовершенствований на каждой стадии изго­товления были получены металлические волокна с очень вы­
сокими прочностными свойствами до 3900 Н/мм2 для воло­кон толщиной 0,2 мм (рис. 33) в сочетании с определенным уровнем усталостных свойств, составляющих 1/3 от прочно­сти волокна [358].

В Стандартная прочность

□ Высокая прочность (НТ)

Ш Очень высокая прочность (БИТ)

■ Сверхвысокая прочность (11НТ)

Рисунок 33. Прочностные свойства металлокор да

Предполагается, что имеются еще резервы для последую­щего повышения прочности.

Второе направление - это поиск оптимальной конструкции корда. Много в этом направлении сделали фирмы "Пирелли" и "Бекарт". Основные работы этого направления направлены на упрощение конструкции металлокорда, изготовление корда в ходе одной операции, на уменьшение числа филаментов и по возможности увеличение их толщины.

В области упрощенных конструкций потребитель метал­локорда хорошо принял конструкции корда 2x0,30 НТ и 3x0,30 НТ фирмы "Бекарт” для использования его в брекере. Эти кор­да постепенно заменили более дорогостоящие конструкции 2x7x0,22 и 5x0,25. Фирма "Пирелли" также предложила упро­щенные конструкции типа 2x2 или 2x0. Конструкция 4x0,25/

0, 30 с шагом свивки 16 мм обеспечивает полное затекание ре­зиновой смеси даже при натяжении 50Н и выше. В таблице 3.15 представлены соответствующие данные [359].

Показатель ЬЬЕ в данной таблице характеризует рыхлость конструкции корда, а значит позволяет косвенно судить о сте­пени затекания резиновой смеси. Видно, что новая конструк­ция обеспечивает наилучшее затекание резиновой смеси, а зна­чит и стойкость к коррозии. Так называемая открытая конст­рукция корда также по показателю ЬЬЕ лучше стандартной. Открытая конструкция достигается предварительным формо­ванием с помощью специального устройства крутильной ма­шины, что обеспечивает образование пространств между от­дельными единичными проволоками при последующем процес­се свивки металлокорда, сохраняющихся даже при натяжении, прилагаемом к нити металлокорда в процессе каландрования при обрезинивании.

Фирма "Бекарт" разработала компактную конструкцию нити корда. На рисунке 34 показаны послойная конструкция нити корда 3+9 и компактная 12x1.

Компактные нити металлокорда - это нити металло­корда, состоящие из ряда металлических волокон, которые скручиваются одновременно в одном и том же направле­нии кручения. Данная конструкция обеспечивает ряд пре­имуществ: 1 - она может изготавливаться в одну стадию, что делает ее более дешевой; 2 - она имеет линейные кон­такты между филаментами, что повышает усталостную прочность и стойкость к фреттингу, обусловленные боль­шей площадью контакта и меньшим контактным давлени­ем по сравнению с конструкциями металлокорда, которые имеют точечный контакт между проволоками различных слоев.

Компактные нити корда имеют один основной недоста­ток: они склонны к смещению сердечника при разрезании ме­таллокорда в случае волокон одинакового диаметра. Чтобы избежать этого сердечник делают из волокон большего диа­метра и/или уменьшают плотность волокна в наружном слое (слоях) (рис. 35).

В обоих случаях резиновая смесь хорошо проникает внутрь нити корда и обеспечивает механическое крепление волокон сердечника. Для каркасов грузовых шин уже нача­ли использоваться компактные нити корда без оплетки по - вивочной нитью. Это улучшает затекание резиновой смеси в нить, стойкость к фреттингу и повышает ударную проч­ность.

Открытая геометрия нити корда, получаемая во время кру­чения в результате уменьшения количества волокон в каждом последующем слое для послойных конструкций ( 3+9+15 —> 3+8+13), имеет один существенный недостаток, проявляющийся в том, что нить корда может закрыться и удлиниться при некон­тролируемой вытяжке при каландровании. Другой недостаток

- это больший и более неравномерный диаметр нити корда и высокое удлинение, которое может препятствовать реакции шины на рулевое управление. Фирмой "Бекарт” была разрабо­тана концепция "BETRU" (Bekaert Total Rubber Penetration - полное затекание резины по системе фирмы ’’Бекарт"), которая сочетает в себе небольшой диаметр нити и низкое удлинение при частичной нагрузке (2,5-50 Н) с полным проникновением резиновой смеси при высокой предварительной вытяжке во время вулканизации.

Технология "BETRU" основывается на предваритель­ном формовании в форме многоугольника одного или бо­лее волокон нити корда в процессе свивки. В поперечной проекции волокна классической нити корда образуют фор­му кольца; поперечное сечение нити корда, предваритель­но сформированной в виде многоугольника, может иметь различную конфигурацию в зависимости от типа применя­емого устройства для предварительного формования (рис. 36 и рис. 37).

Степень затекания резины определяется по падению давления, определяемого специальным прибором. В слу­чае полного затекания падения давления не происходит, что и продемонстрировано в случае структуры нити "ВЕТ1Ш". По удлинению нити под частичной нагрузкой новая структура почти лишена недостатка открытой струк­туры и приближается по этому показателю к стандартной структуре. Зато по показателям усталостной прочности и малоцикловой усталости нитям структуры "ВЕТ1Ш" нет равных. Думается, что и по стойкости к коррозии картина была бы аналогичной.

В таблицах 3.17 и 3.18 приведены данные по кордам легко­вых, легкогрузовых и грузовых шин, которые уже применяют­ся в настоящее время и будут применяться в недалеком буду­щем [358].

В таблицах 3.17 и 3.18 приняты следующие обозначения: НТ - высокопрочный корд; 8НТ - очень высокопрочный; 1ШТ - сверхвысокопрочный; ОС - открытая структура; СС - компакт­ная структура.

В предвидении сокращения потребности в старых марках металлокордов фирма "Бекарт” (Бельгия) морально устаревшее оборудование по их производству передает на свои заводы в Азии [360], а на европейских заводах осуществляет модерниза­цию.