CN101223225A - 高性能轮胎、胎冠和可交联弹性体组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包含至少一种含由可交联弹性体组合物经交联而得到的交联弹性体材料的结构元件的轮胎，其中可交联弹性体组合物包含：(a)40phr－100phr至少一种苯乙烯/1，3－丁二烯共聚物，(b)0phr－60phr至少一种不同于苯乙烯/1，3－丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物，(c)60phr－100phr－至少一种二氧化硅补强填充剂，(d)20phr－60phr至少一种RAE－油(剩余芳族提取油)。优选的是，所述至少一种结构元件是轮胎的胎冠。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎，特别涉及高性能轮胎、胎冠和可交联弹性体组合物。
背景技术
本发明尤其涉及轮胎，特别涉及包含至少一种含交联弹性体材料的结构元件的高性能轮胎，其中交联弹性体材料是由包含至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物，至少一种二氧化硅补强填充剂以及至少一种具有低含量多芳烃(PAH)的油的可交联弹性体组合物经交联得到的。
本发明的另一方面还涉及包含可交联弹性体组合物的胎冠，该可交联弹性体组合物包含至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物，至少一种二氧化硅补强填充剂以及至少一种具有低含量多芳烃(PAH)的油。
本发明的再一方面还涉及包含至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物，至少一种二氧化硅补强填充剂及至少一种具有低含量多芳烃(PAH)的油的可交联弹性体组合物，还涉及使所述可交联弹性体组合物交联而得到的交联制品。
关于高性能轮胎，该轮胎通常是指“HP”或“UHP”(“高性能”或“超高性能”)轮胎，特别是属于“V”或“Z”类的轮胎，该V或Z类分别代表最高时速可达到210千米/小时-240千米/小时和高于240千米/小时的那些轮胎。
已知向天然或合成弹性体聚合物中添加加工油的一些原因是为了例如降低加工时的共混温度，降低弹性体聚合物的粘度，从而易于与可能包含其它成分的可交联弹性体组合物相混炼、易于挤出和一般加工，降低混炼收缩和压延收缩，有助填充剂的分散，以及改进交联弹性体组合物的物理性能。
通常，已经使用含一定量多环芳族(PCA)化合物[也称多芳烃(PAH)]的芳族加工油。
特别地，在轮胎制造，尤其在轮胎胎冠的制造中采用蒸馏芳族提取油(DAE-油)来改善轮胎性能是已知的。然而，这类DAE-油的缺点是多芳烃(PAH)含量高(约400ppm)，会严重危害生态环境并被怀疑会引发癌症。汽车行驶时所产生的磨损微粒对环境造成污染的一个重要原因是存在DAE-油。
因此，一些环境组织已经要求从市场上淘汰DAE-油。例如，欧洲立法将DAE-油归入“致癌”一类并划归入危险品“R45”(可能引起癌症)。
欧洲轮胎制造组织BLIC(Bureau the Liasons des Industries duCaoutchouc de I’U.E.，Brussels)与IISRP(European Section ofthe International Institute of Synthetic Rubber Producers，London)共同发起的联合研究计划来寻找替代物质。事实上，他们要求油料公司提出适当的可选材料作为DAE-油的替代物。
特别地，含≤3重量％二甲亚砜(DMSO)提取物的矿物油(用IP346试验方法测定)可认为是不会致癌的，已被建议作为DAE-油的替代物。作为这类特定矿物油的代表可提及的有例如适度提取的溶剂化油(MES-油)和经处理的蒸馏芳族提取油(T-DAE油)。
例如，J.E.Pocklington(“A Safer alternative to aromaticprocess oils”，Tire Technology International 1998)提出用不同的油来代替DAE-油，其中提及的是剩余芳族提取油(RAE-油)和MES-油。然而，在该文中不推荐采用RAE-油，因为这种油的获得是有限的。
然而，由于MES-油和TDAE-油的化学组成与DAE-油有很大的不同，因而会存在一些缺点。为了说明这种化学组成的差别，下表中列出了MES-油、TDAE-油和DAE-油的典型碳分布(S-未校正的)以作比较。芳族碳(CA)含量、环烷环碳(CN)含量和链烷链碳(CP)含量是根据ASTM D2140-03标准方法(Kurtz分析)测定的，以重量％表示(以油中所含烃的总重量计)。
表1：MES-油、TDAE-油和DAE-油的典型碳分布
| CA | CN | CP | |
| MES-油 | 11％-17％ | 25％-32％ | 54％-68％ |
| TDAE-油 | 25％-30％ | 25％-30％ | 42％-50％ |
| DAE-油 | 35％-45％ | 20％-30％ | 30％-40％ |
与DAE-油相比，MES-油和TDAE-油中芳族碳含量较低会对轮胎性能，特别是关于湿打滑性能，产生负面影响。因此，该两种油看来不特别适用于轮胎结构元件更特别地是轮胎胎冠的制造。
先有技术在寻找DAE-油的替代品方面还进行了一些其它方面的工作。
例如，美国专利5504113公开了一种运动粘度为32厘沲-50厘沲(100℃)、DMSO提取物少于3重量％(按IP346标准试验方法)的油组合物。具体地说，所述油可含30重量-55重量％，例如在30重量％-50重量％范围内(如35重量％-48重量％)总芳族化合物(以油中所含烃总重量计)。该油中DMSO提取物少于3重量％，例如在1重量％-3重量％范围内(如1重量％-2重量％)(以油组合物中所含烃总重量计，按IP346标准试验方法测定)。但添加有所述油组合物的橡胶组合物的性能公开为相对于添加有先有技术中已知油得到的性能还稍差。
美国专利申请2002/0198296公开了一种包含基于不饱和烯烃腈、乙烯基芳族化合物和共轭二烯的三元共聚物(NSBR)、非极性橡胶和含DMSO提取物≤3重量％(按照IP346标准试验方法测定)的特定矿物油的橡胶混合物。优选的是，采用的特定矿物油是MES-油(已公开为Catenex SNR)、TDAE-油以及矿物油如环烷油或氢化环烷油。据说，上述橡胶混合物具有与采用常规芳族矿物油的橡胶混合物相当的或比其具有更好的技术品质。特别地，所述橡胶组合物被认为具有改进的抗湿滑性能。
美国专利申请2005/0009978公开了一种包含可硫化的橡胶组合物制组件的充气轮胎，该组合物包含(以100重量份弹性体计(phr))约40phr-约90phr溶液聚合苯乙烯-丁二烯(苯乙烯含量高于38重量％)，约10phr-约60phr至少一种其它弹性体和约10phr-约70phr玻璃化转变温度为约-80℃-约-40℃、DMSO提取物少于3重量％(按IP346标准试验方法测定)的加工油。所述特定矿物油可选自MES-油(已公开为Catenex SNR)、TDAE-油和重环烷型油。据说，上述充气轮胎既具有优良的滚动阻力性能又具有优良的湿路面抓着力性能的良好平衡。
发明内容
本申请人面临的问题是如何获得一种尤其具有高的湿路面抓着力和干路面抓着力的高性能轮胎。
本申请人已观察到在可交联弹性体组合物中采用MES-油或TDAE-油来代替芳族油(如DAE-油)可能会呈现一些缺点。特别是本申请人已观察到采用所述MES-油或TDAE-油代替DAE-油不可能获得具有高的湿路面抓着力和干路面抓着力的轮胎。
本申请人业已发现，向可交联弹性体组合物添加RAE-油可获得尤其具有高的湿路面抓着力和干路面抓着力的高性能轮胎。获得所述高的湿路面抓着力和干路面抓着力，不会对轮胎的滚动阻力产生负面影响。而且，获得所述高的显路面抓着力和干路面抓着力，也不会对交联弹性体组合物的静态机械性能产生负面影响。还有一个有利的方面是所述油中的多芳烃(PAH)含量很低(即不高于或等于10ppm(由气相色谱分析法测定)，是低毒性和不致癌的。
根据第一方面，本发明涉及包括至少一种包含交联弹性体材料的结构元件的轮胎，其中交联弹性体材料是由包含下述组分的可交联弹性体组合物经交联而得到的：
(a).40phr-100phr至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，
(b).0phr-60phr至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物，
(c).60phr-100phr至少一种二氧化硅补强填充剂，
(d).20phr-60phr至少一种RAE-油。
根据一个优选实施方案，该轮胎包括：
-大体上呈腰鼓形的胎体结构，该结构具有两个分别与右侧和左侧胎圈结构相连接的对向侧面边缘，所述胎圈结构包括至少一个胎圈芯和至少一个胎圈填充件，
-配置在所述胎体结构的径向外侧位置上的带束层结构，
-径向叠合在所述带束层结构上的胎冠，
-一对配置在所述胎体结构横向相对侧上的胎侧，其中所述结构元件是胎冠。
对于本发明和后面的权利要求书来说，术语“phr”是指每100重量份弹性体聚合物中，所指定的可交联弹性体组合物组分的重量份数。
对于本说明书和后面的权利要求书来说，除非另有说明，所有表示量、数量、百分比等的数字都应理解为前面置有修饰语“约”。同样，所有范围都包括所公开最大值和最小值的任何组合，也包括它们之中的任何中间范围，在本文中可能作了具体列举，也可能未作具体列举。
对于本说明书和后面的权利要求书来说，表示式“RAE-油”(剩余芳族提取油)是指原油经真空蒸馏后的渣油再经脱沥青处理后的溶剂提取得到的油。后面将对RAE-油的制造过程作进一步的说明。
根据再一方面，本发明还涉及包含可交联弹性体组合物的胎冠，其中弹性体组合物包含：
(a).40phr-100phr至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，
(b).0phr-60phr至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物，
(c).60phr-100phr至少一种二氧化硅补强填充剂，
(d).20phr-60phr至少一种RAE-油。
根据另一方面，本发明还涉及可交联弹性体组合物，该弹性体组合物包含：
(a).40phr-100phr至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，
(b).0phr-60phr至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物。
(c).60phr-100phr至少一种二氧化硅补强填充剂，
(d).20phr-60phr至少一种RAE-油。
根据一个优选的实施方案，所述可交联弹性体组合物还可包含(e)至少一种硅烷偶联剂。
根据再一个优选的实施方案，所述可交联弹性体组合物可包含至少一种树脂(f)。
根据又一个方面，本发明还涉及通过对可交联弹性体组合物进行交联而制得的交联制品。
根据一个优选的实施方案，所述可交联弹性体组合物包含50phr-90phr所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)。更优选的是，该组合物包含60phr-80phr所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)。
根据另一个优选实施方案，所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)的苯乙烯含量为10％-50％。更优选的是，所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)的苯乙烯含量为20％-40％。再更优选的是，所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)的苯乙烯含量为25％-35％。
根据再一个优选的实施方案，所述可交联的弹性体组合物包含10phr-50phr不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的至少一种二烯弹性体聚合物(b)。更优选的是，该组合物包含20phr-40phr不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的至少一种二烯弹性体聚合物(b)。
根据一个优选的实施方案，所述不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的至少一种二烯弹性体聚合物(b)可选自那些常用于硫可硫化的二烯弹性体材料，特别适用于制造轮胎的二烯弹性体聚合物，也就是说可选自玻璃化转变温度(Tg)一般低于20℃，优选为0℃-110℃的具有不饱和链的弹性体聚合物或共聚物。这些聚合物或共聚物可以是天然的或者可由一种或多种共轭二烯，任选与至少一种选自单乙烯基芳烃和/或极性共聚单体以不超过60重量％的用量相共混经溶液聚合、乳液聚合或气相聚合而得到的。
该共轭二烯通常含4-12个，优选4-8个碳原子，并可选自例如1，3-丁二烯，异戊二烯，2，3-二甲基-1，3-丁二烯，1，3-戊二烯，1，3-己二烯，3-丁基-1，3-辛二烯，2-苯基-1，3-丁二烯，或它们的混合物。1，3-丁二烯或异戊二烯是特别优选的。
可任选用作共聚单体的单乙烯基芳烃通常包含8-20个，优选8-12个碳原子，并可选自例如苯乙烯，1-乙烯基萘，2-乙烯基萘，各种苯乙烯的烷基、环烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基衍生物例如α-甲基苯乙烯，3-甲基苯乙烯，4-丙基苯乙烯，4-环己基苯乙烯，4-十二烷基苯乙烯、2-乙基-4-苄基苯乙烯，4-对甲苯基苯乙烯，4-(4-苯基丁基)苯乙烯，或它们的混合物。苯乙烯是特别优选的。
可任选使用的极性共聚单体可选自例如乙烯基吡啶，乙烯基喹啉，丙烯酸及烷基丙烯酸的酯，腈或它们的混合物，例如丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，丙烯腈，或它们的混合物。
优选的是，所述不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的至少一种二烯弹性体聚合物(b)可选自例如顺式-1，4-聚异戊二烯(天然或合成的橡胶，优选天然橡胶)，3，4-聚异戊二烯，聚丁二烯(特别是具有高含量1，4-顺式和低含量乙烯基)，任选卤化的异戊二烯/异丁烯共聚物，1，3-丁二烯/丙烯腈共聚物，苯乙烯/异戊二烯/1，3-丁二烯共聚物，苯乙烯/1，3-丁二烯/丙烯腈共聚物或者它们的混合物。聚丁二烯，特别是具有高含量1，4-顺式和低含量乙烯基的聚丁二烯是特别优选的。更优选的是，所述聚丁二烯中的1，4-顺式含量高于90％，乙烯基含量低于5％。
上述可交联弹性体组合物可任选包含至少一种通过与适宜的封端剂或偶联剂反应而官能化的二烯弹性体聚合物。特别地，在有机金属引发剂(尤其是有机锂引发剂)存在下经阴离子聚合而得到的二烯弹性体聚合物可通过由引发剂衍生的残留有机金属基团与适宜的封端剂或偶联剂例如亚胺、碳二亚胺，烷基锡卤化物、取代的二苯甲酮、烷氧基硅烷或芳氧基硅烷等相反应而官能化(参见例如欧洲专利EP451604或美国专利4742124和4550142)。
根据一个优选的实施方案，所述可交联的弹性体组合物包含70phr-90phr所述至少一种二氧化硅补强填充剂(c)。更优选的是，该组合物包含75phr-85phr所述至少一种二氧化硅补强填充剂。
根据再一个优选的实施方案，所述至少一种二氧化硅补强填充剂(c)可选自沉淀无定形二氧化硅、湿法二氧化硅(水化硅酸)、干法二氧化硅(无水硅酸)、煅制二氧化硅，或它们的混合物。沉淀无定形二氧化硅、水合二氧化硅是优选的，尤其是它们的BET表面积(根据I SO标准5794/1测定)为50平方米/克-500平方米/克，优选为70平方米/克-200平方米/克的那些。
根据一个优选的实施方案，所述可交联弹性体组合物包含20phr-60phr所述至少一种RAE-油(d)。更优选的是，该组合物包含25phr-50phr，再更优选30phr-40phr所述至少一种RAE-油(d)。
根据一个优选的实施方案，所述至少一种RAE-油(d)具有下述碳分布：
芳族碳(CA)含量为25％-50％，优选32％-40％，
环烷环碳(CN)含量为20％-40％，优选25％-33％，
链烷烃链碳(CP)含量为20％-50％，优选30％-40％，
多芳烃(PAH)含量不高于或等于10ppm，优选不高于或等于6ppm。
根据再更优选的实施方案，所述至少一种RAE-油(d)具有下述碳分布：
芳族碳(CA)含量为35％-38％，优选为36％，
环烷环碳(CN)含量为27％-30％，优选为29％，
链烷烃链碳(CP)含量为33％-38％，优选为35％，
多芳烃(PAH)含量不高于或等于10ppm，优选不高于或等于6ppm。
芳族碳(CA)含量、环烷环碳(CN)含量和链烷烃链碳(CP)含量是按照ASTM D2140-03标准方法(Kurtz分析)测定的(含量以油中所含烃的总重量计，以重量％表示)。
PAH含量是通过气相色谱分析法测定的。
所述至少一种RAE-油(d)可通过技术上众所周知的方法来制造。例如，所述至少一种RAE-油(d)可通过包括下述步骤的方法来制造：
(i)对原油进行真空蒸馏以获得真空蒸馏剩余物，
(ii)对所述真空蒸馏剩余物进行脱沥青处理以获得脱沥青的原油剩余物和沥青剩余物，
(iii)将脱沥青剩余物与沥青剩余物相分离，
(iv)对脱沥青剩余物进行溶剂提取，
(v)脱除溶剂以获得RAE-油。
可有利用作步骤(ii)中的脱沥青剂的具体实例是；丙烷，正-丁烷，异丁烷，戊烷或它们的混合物。
可有利用作步骤(iv)中的溶剂的具体实例是：糠醛，N-甲基-2-吡咯烷酮、酚或它们的混合物，任选与水相混合。
可用于本发明的并且目前可商购的RAE-油(d)的实例是Shell制造的产品DealenD52KF和Shell Flavex595。
如上所述，所述可交联弹性体组合物还可包含(e)至少一种在硫化期间能与二氧化硅发生相互作用并使其与弹性体聚合物发生交联的硅烷偶联剂。
可优选使用的偶联剂是基于可用例如下述结构式(I)表示的硅烷的那些偶联剂：
(R)3Si-CtH2t-X (I)
式中各R基团可以是彼此相同或不相同的，并可选自烷基、烷氧基或芳氧基基团，或选自卤原子，条件是R基团中至少一个是烷氧基或芳氧基，t是包括端值在内的1-6整数，X选自下列基团：亚硝基，巯基，氨基，环氧基，乙烯基，酰亚胺，氯，-(S)uCtH2t-Si-(R)3或-S-COR，其中u和t是包括端值在内的1-6整数，基团R如上所定义。
特别优选的偶联剂是双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物和双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物。所述偶联剂可直接使用，或作为与惰性填充剂(例如与炭黑)的混合物使用以使有助于偶联剂更易掺混入可交联弹性体组合物中。
根据一个优选的实施方案，所述至少一种硅烷偶联剂(e)在可交联的弹性体组合物中的用量为0phr-10phr，优选4phr-8phr。
如上所述，所述可交联弹性体组合物还可包含(f)至少一种树脂。优选所述至少一种树脂(f)可选自例如α-甲基苯乙烯树脂、酚醛树脂、香豆酮茚树脂或它们的混合物。
根据一个优选的实施方案，所述至少一种树脂(f)在可交联的弹性体组合物中的使用量为0phr-15phr，优选7phr-12phr。
上述可交联弹性体组合物中还可有益地添加至少一种其它补强填充剂，其添加量一般为0phr-120phr，优选20phr-90phr。所述至少一种其它补强填充剂可选自那些常用于交联制品、尤其是常用于轮胎中的那些填充剂，例如炭黑、氧化铝、碳酸钙，高岭土、或它们的混合物。炭黑是特别优选的。
根据本发明可使用类型的炭黑可选自常用于轮胎制造中的，表面积一般不低于20平方米/克(根据ISO标准6810，通过CTAB吸收法测定)的炭黑。
上述可交联弹性体组合物可按已知技术进行硫化，特别地可采用常用于弹性体聚合物的硫基硫化体系。为此，在一步或多步热机械加工后，将硫基硫化剂与硫化促进剂一起掺混入组合物中。在最后加工步骤中，通常将温度保持在低于120℃，优选低于100℃，以避免发生任何不需要的预交联现象。
最有利使用的硫化剂是硫或含硫分子(硫供体)与技术人员已知的促进剂和活化剂共用。
特别有效的活化剂是锌化合物，尤其是ZnO、ZnCO3、饱和或不饱和的含8-18个碳原子的脂肪酸锌盐，例如硬脂酸锌，优选由ZnO与脂肪酸在弹性体组合物中现场形成，也可采用BiO，PbO，Pb3O4，PbO2，或它们的混合物。
通常采用的促进剂可选自二硫代氨基甲酸盐，胍，硫脲，噻唑，次磺酰胺，秋兰姆，胺，黄原酸盐，或它们的混合物。
所述可交联弹性体组合物还可包含其它基于可交联弹性体组合物可能的特定用途选择的常用添加剂。例如，可添加到所述可交联弹性体组合物中的添加剂有，抗氧化剂，防老化剂，增塑剂，粘合剂，抗臭氧剂(特别是对苯二胺型)，蜡，纤维(例如Kevlar浆)，或它们的混合物。
上述可交联弹性体组合物可通过技术上已知技术将弹性体基组分、二氧化硅补强填充剂、油与其它补强填充剂、其它任选使用的添加剂混合在一起来制备。混合步骤可采用例如开式磨机型开放式混合机或切向转辊型密炼机(Banbury)、联锁式转辊密炼机或Ko-Kneader型(Buss)连续混合机或同向或反向旋转的双螺杆型连续混合物来实施。
附图说明
下面将通过多个说明性实施方案并参照附图1的根据本发明制造的轮胎的部分剖面图对本发明作进一步详细说明。
“a”表示轴向，“r”表示径向。为简便起见图1只图示轮胎的一部分，其余未画出部分是相同的，相对于径向“r”是对称配置的。
轮胎(100)包括至少一层胎体帘布层(101)，两个分别与包括至少一个胎圈芯(102)和至少一个胎圈填充件(104)的胎圈结构相连接的对向侧面边缘。胎体帘布层(101)与胎圈芯(102)之间的连接是通过将胎体帘布层(101)的对向侧面边缘绕胎体芯(102)折返以形成所谓胎体卷边(101a)来实现的，如图1所示。
或者，常规胎圈芯(102)可用至少一个由橡胶处理的、以同心盘圈方式排列的钢丝构成的环形嵌件(图1中未表示)代替，(参见例如欧洲专利申请EP 928680或EP 928702)。在这种情况下，胎体帘布层(101)不再绕所述环形嵌件折返，它们的连接是通过配置在第一帘布层外侧上的第二胎体帘布层(图1中未表示)来实现的。
胎体帘布层(101)通常是由多根相互平行排列的、并到少部分涂以交联弹性体材料层的增强帘线所构成的。这些增强帘线通常是由织物纤维例如人造丝、尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的或者由镀金属合金(例如铜/锌、锌/镁、锌/钼/钴合金等)的钢丝绞合在一起制成的。
胎体帘布层(101)一般是径向型的，即它加合有按基本上垂直于圆周方向排布的增强帘线。胎圈芯(102)包封在沿轮胎(100)的内圆周边缘所限定的胎圈(103)中，而轮胎通过胎圈与构成车轮一部分的轮辋(图1未画出)发生啮合。由每一胎体卷边(101a)所限定的空间中包括嵌有胎体芯(102)的胎圈填充件(104)。减磨带(105)通常是沿轮胎轴向配置在胎体卷边(101a)的外侧。
带束层结构(106)配置在胎体帘布层(101)的沿圆周位置上。在图1的具体实施方案中，带束层结构(106)包括两层带束层(106a，106b)，其中每层带束层中加有相互平行的多根增强帘线，通常为金属帘线，并与相邻带束层呈交叉和取向至与圆周方向成预定角度。在径向最外侧的带束层(106b)上还可任选地配置有至少一层通称为“0°带束层”的零度增强层(106c)，该增强层通常加入多根按与圆周方向成几度的角度排列的并涂敷交联弹性体材料而胶接在一起的增强帘线(通常为织物帘线)。
胎侧(108)也配置在胎体帘布层(101)的外侧，该胎侧从胎圈(103)的轴向外侧延伸至带束层结构(106)的末端。
其侧向边缘与胎侧(108)相连的、可根据本发明制造的胎冠(109)是沿带束层结构(106)的径向外侧的圆周方向上配置的。胎冠(109)的外表具有用来与地面接触的滚动表面(109a)。在该表面(109a)上通常制成通过横向切口(图1中未画出)连接的圆周向花纹沟，因而在滚动表面(109a)上限定有多个不同形状和尺寸的花纹块，为了简单起见在图1中以平滑面表示。
胎面下层(111)配置在带束层结构(106)与胎冠(109)之间。
如图1所示，胎面下层(111)的厚度可以是均匀的。或者，胎面下层(111)的厚度沿横向是变化的。例如，靠近外边缘的厚度可以大于中心区域的厚度。
图1中，所述胎面下层(111)大体上配置在所述带束层结构(106)的展开面上。或者，所述胎面下层(111)只沿至少一部分所述带束层结构(106)的展开面上延展，例如只在所述带束层结构(106)的对向侧缘部分延展(图1中未画出)。
在胎侧(108)与胎冠(109)之间的连接区可任选配置由交联弹性体材料制的常称为“小胎侧”的胶条(110)，该小胎侧通常是与胎冠共挤塑制得的，它能改善胎冠(109)与胎侧(108)之间的机械相互作用。或者，胎侧(108)的端部直接覆盖胎冠(109)的横向边缘。
在无内胎轮胎的情况下，也可在胎体帘布层(101)的内侧设置有为充气轮胎提供所必需的不透气性的、常称为密封衬垫的橡胶层(112)。
制造根据本发明轮胎的方法可根据技术上已知的技术和设备来实施，例如欧洲专利199064或美国专利4872822或4768937中所述，该方法包括至少一步骤制造生胎和至少一步硫化该轮胎的步骤。
更特别地，该制造轮胎的方法包括预先、相互独立地制备一系列对应于轮胎中不同构件(胎体帘布层、带束层结构、胎圈钢丝、填充剂、胎侧和胎冠)的半成品的步骤，然后采用适当的制造机械将它们组装在一起。接着在硫化步骤中将上述半成品连接在一起形成整体组合件即成品轮胎。
根据由可交联弹性体组合物制备半成品的常规技术，上述半成品的制备步骤应在制备和成型各种可交联弹性体组合物之后。
由此得到的生胎然后进行后续的成型和硫化步骤。为此，可采用设计成具有能接受被加工轮胎的模腔的硫化模具，其中模腔具有与轮胎外表面呈相反形状，并当硫化完成时能限制轮胎外表面的内壁。
另一种不采用半成品部件的制造轮胎或轮胎构件的方法已公开在例如上面提到的欧洲专利申请EP928680或EP928702中。
根据一种优选的实施方案，所述构件是由多个经连续伸长的元件的盘圈形成的。所述伸长的构件可通过例如挤塑上面公开的可交联弹性体组合物来制造。优选的是，所述结构件是在支架上组装成型的。
对于本说明书和后面的权利要求书来说，所用术语“支架”是指下述装置：
-具有圆筒形状的辅助成型鼓，所述辅助成型鼓优选用来支撑带束层结构，
-具有大体上呈腰鼓形构型的成型鼓，所述成型鼓优选支撑至少一个其上已组装了带束层结构的胎体结构，
-优选按轮胎内构型成型的刚性支架。
关于所述装置和成型方法和/或将轮胎的构件装配在支架上的进一步细节，在例如国际专利申请WO 01/36185或本申请人的欧洲专利EP976536，或欧洲专利申请EP968814、1201414或1211057中有更详细的说明。
可通过将加压流体导入由轮胎内表面所限定的空间中对生胎模制，以将生胎的外表面推向模腔腔壁来实施模压。在一种已广泛采用的成型方法中，将可充入蒸汽和/或其它加压流体的、由弹性材料制的硫化室在封闭在模腔内的轮胎内进行充气。在该方法中，将生胎推向模腔的内壁，从而得到所要求的成型作用。或者，可通过如欧洲专利EP1189744所述，在轮胎内配置一种根据所希望得到的轮胎内表面构型成型的腰鼓形金属支架，在没有充气硫化室的情况下实施成型。
至此，可对生胎实施硫化步骤。为此，将硫化模具的外壁与加热流体(通常为蒸汽)相接触，以使模具外壁达到最高温度，通常为100℃-230℃。同时，采用与将轮胎推向模腔壁相同的加压流体将轮胎内表面加热至最高温度为100℃-250℃的硫化温度。为使整个弹性体材料都达到满意的硫化度所需时间一般可在3-90分钟之间不等，但主要随轮胎的尺寸而定。当硫化完成时，将轮胎从硫化模具中取出。
下面将通过一些制备实施例对本发明作进一步的说明，这些实施例完全是说明性的，并不对本发明有任何限制。
实施例1-5
可交联弹性体组合物的制备
表2所列的弹性体组合物是按下述方法制备的(各组分的数量都以phr计)
除硫和促进剂(DPG80，CBS)外，将所有组分在密炼机(PominiPL1.6型)中混炼约5分钟(第一步)。一旦温度达到145±5℃时，就将弹性体组合物卸出。然后加入硫和促进剂(DPG80，CBS)并在开式辊炼机中进行混炼(第二步)。
表2
| 实施例 | 1(*) | 2(*) | 3(*) | 4 | 5 |
| 第一步骤 | |||||
| BunaVSL 5525-0 | 75.00 | 75.00 | 75.00 | 75.00 | 75.00 |
| Buna CB 25 | 25.00 | 25.00 | 25.00 | 25.00 | 25.00 |
| 硬脂酸 | 2.50 | 2.50 | 2.50 | 2.50 | 2.50 |
| 二氧化硅 | 80.00 | 80.00 | 80.00 | 80.00 | 80.00 |
| Si 69 | 6.40 | 6.40 | 6.40 | 6.40 | 6.40 |
| N 134 | 12.50 | 12.50 | 12.50 | 12.50 | 12.50 |
| dealen D6 | 37.50 | - | - | - | - |
| Vivatec 500 | - | 37.50 | - | - | - |
| Catenex SNR | - | - | 32.00 | - | - |
| DealenD 52 KF | - | - | - | 37.50 | - |
| Shell Flavex595 | - | - | - | - | 37.50 |
| 氧化锌 | 2.50 | 2.50 | 2.50 | 2.50 | 2.50 |
| 6PPD | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 |
| TMQ | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 |
| DTPD | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 |
| LSW | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 |
| 第2步 | |||||
| DPG 80 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 |
| CBS | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 2.00 |
| 硫 | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 | 1.25 |
(*)：对照
通过采用不同量的游离油使配混料达到相同的硬度。因为胎面胶料的物理数据可仅作为对照所述胎面胶料是否具有同等硬度之用，因而可选择不同量的游离油来使胎面胶料呈相同的硬度。
BunaVSL 5525-0：苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，由溶液聚合制得，含25重量％苯乙烯和50重量％1，3-丁二烯(Bayer)，
BunaCB 25：高顺式1，4-聚丁二烯，1，4顺式结构最低含量为96重量％(Lanxess)，
Silica：沉淀二氧化硅(Zeosil 1165MP-Rhone-Poulenc)，
Si 69(硅烷偶联剂)：双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物(Degussa-H üls)，
N134：炭黑(Columbian Chemical)，
Dealen D6：具有下列碳分布的DAE-油：CA＝40重量％，CN＝25重量％，CP＝35重量％以及PAH含量约400ppm(Shell)，
Vivatec500：具有下列碳分布的TDAE-油：CA＝25重量％，CN＝30重量％，CP＝45重量％，以及PAH含量低于10ppm(BP)，
CatenexSNR：具有下列碳分布的MES-油：CA＝14重量％，CN＝29重量％，CP＝57重量％，以及PAH含量低于10ppm(Shell)，
DealenD 52KF；具有下列碳分布的RAE-油：CA＝37重量％，CN＝29重量％，CP＝34重量％以及PAH含量为10ppm(Shell)，15℃的比重＝990千克/立方米，运动粘度＝67平方毫米/秒(100℃)，折射指数＝1.56，倾点＝+6℃，苯胺点＝59℃。
Shell Flavex595：具有下列碳分布的RAE-油：CA＝36重量％，CN＝29重量％，CP＝35重量％以及PAH含量为5ppm，15℃的比重＝980千克/立方米，运动粘度＝60平方毫米/秒(100℃)，折射指数＝1.55，倾点＝+30℃，苯胺点＝66℃。
6-PPD：N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基-对苯二胺，
TMQ：聚合的2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉(Vulcanox4020，Bayer)，
DTPD：N，N-二甲苯基-对苯二胺，
LSW：抗臭氧剂蜡(Okerin 2124H，Astor Honeywell)，
DPG(促进剂)：二苯基胍(VulkacitD，Bayer)，
CBS(促进剂)：N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(VulkacitCZ，Bayer)。
按照ISO 289-1：1994标准测定上述制得的未交联弹性体组合物的门尼粘度ML(1+4)(100℃)。测得的结果列于表3。
还采用Monsanto的MDR流变仪对所述弹性体组合物进行MDR流变分析。试验在170℃进行24分钟，振动频率为1.66赫兹(每分钟振动100次)，振幅±0.5°。试验结果列于表3。
分别按照ISO 37：1994标准和ISO 48：1994标准对经170℃硫化10分钟的上述弹性体组合物试样进行静态机械性能和IRHD硬度(23℃)的测定，测定结果列于表3。
表3也列出了采用Instron动态装置以牵引-压缩模式按照下述方法测得的动态机械性能。交联弹性体组合物(在170℃硫化10分钟)试片呈圆柱形(长＝25毫米，直径＝12毫米)，预载荷按初始长度计压缩至纵向变形达25％，并在整个试验期间保持预定的温度(-10℃，0℃，23℃或70℃)，试验的频率为10赫兹、动态正弦应变的幅度为预载荷下的长度的±3.5％。动态机械性能以动态弹性模量(E′)和tanδ(损耗因子)值表示。tanδ值是以粘性模量(E″)与弹性模量(E′)之比计算的。
表3也列出了DIN磨耗：其数据(以立方毫米表示)对应于通过在DIN标准53516的标准条件下操作而磨去的弹性体组合物量。
表3
| 实施例 | 1(*) | 2(*) | 3(*) | 4 | 5 |
| 门尼粘度ML(1+4) | 45.3 | 47.1 | 51.4 | 48.7 | 48.6 |
| MDR流变分析 | |||||
| T10 | 1.1 | 1.1 | 1.0 | 1.1 | 1.1 |
| T30 | 1.9 | 2.0 | 1.8 | 2.0 | 1.9 |
| T60 | 2.7 | 2.9 | 2.7 | 2.9 | 2.8 |
| T90 | 7.1 | 7.9 | 8.7 | 8.3 | 7.1 |
| 最小扭矩(dN.m) | 2.1 | 2.2 | 2.4 | 2.1 | 2.0 |
| 最大扭矩(dN.m) | 20.3 | 20.6 | 21.8 | 20.1 | 20.3 |
| 静态机械性能 | |||||
| 50％模量(MPa) | 1.57 | 1.60 | 1.72 | 1.58 | 1.65 |
| 100％模量(MPa) | 2.4 | 2.4 | 2.7 | 2.4 | 2.6 |
| 300％模量(MPa) | 9.0 | 9.3 | 10.6 | 9.3 | 9.9 |
| 断裂应力(MPa) | 15.1 | 14.9 | 14.5 | 15.3 | 15.1 |
| 断裂伸长率(％) | 486 | 475 | 415 | 480 | 459 |
| 动态机械性能 | |||||
| E′(-10℃)(MPa) | 17.1 | 16.3 | 16.3 | 18.2 | 18.1 |
| E′(0℃)(MPa) | 13.5 | 13.2 | 13.8 | 13.1 | 14.0 |
| E′(23℃)(MPa) | 9.4 | 9.1 | 9.8 | 9.1 | 9.6 |
| E′(70℃)(MPa) | 6.5 | 6.2 | 6.9 | 6.3 | 6.7 |
| tanδ(-10℃)(MPa) | 0.623 | 0.608 | 0.525 | 0.682 | 0.677 |
| tanδ(0℃)(MPa) | 0.503 | 0.477 | 0.431 | 0.529 | 0.518 |
| tanδ(23℃)(MPa) | 0.331 | 0.317 | 0.302 | 0.342 | 0.342 |
| tanδ(70℃)(MPa) | 0.192 | 0.187 | 0.178 | 0.187 | 0.185 |
| IRHD硬度(23℃) | 79 | 79 | 79 | 78 | 78 |
| DIN磨耗(mm3) | 74 | 78 | 73 | 76 | 72 |
(*)：对照
上表数据清楚地表明，对于含不同类型油的弹性体组合物来说，由此获得的其动态物理数据是明显不同的。实际上，虽然MES-油(实施例3)和TDAE-油(实施例2)在-10℃和0℃下的tanδ值比DAE-油(实施例1)低得多，但RAE-油(实施例4-5)的tanδ值比DAE-油高。由于在-10℃和0℃的tanδ值较高，预示具有较高的湿路面抓着力，因此可以预期采用RAE-油与采用RAE-油相比，能提高轮胎抗湿滑性能。同样，预示干路面抓着力的23℃tanδ值，RAE-油高于DAE-油，更高于MES-油和TDAE-油。由此可得出，采用RAE-油比采用通常的芳族油能制得具有较高的湿路面抓着力和干路面抓着力的轮胎。
对于预示滚动阻力的70℃ tanδ值来说，RAE-油(实施例4-5)并不高于通常的芳族油(实施例1-3)。因为较高的70℃ tanδ值与较高的滚动阻力相关，从而可推定采用RAE-油不会对轮胎的滚动阻力产生负面影响。
同样，以RAE-油(实施例4-5)代替通常的芳族油(实施例1-3)不会改变E′值。此外，所有弹性体组合物的流变性能、静态机械性能和DIN磨耗都是相似的，因此，采用RAE-油不会对所述性能产生负面影响。
Claims (42)
1.一种轮胎，该轮胎包含至少一种含由可交联弹性体组合物经交联而得到的交联弹性体材料的结构元件，该可交联弹性体组合物包含：
(a)40phr-100phr至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，
(b)0phr-60phr至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物，
(c)60phr-100phr至少一种二氧化硅补强填充剂，
(d)20phr-60phr至少一种RAE-油。
2.根据权利要求1的轮胎，该轮胎包括：
-大体上呈腰鼓形的胎体结构，该结构具有两个分别与右侧、左侧胎圈结构相连接的对向侧面边缘，所述胎圈结构包括至少一个胎圈芯和至少一个胎圈填充件，
-配置在所述胎体结构的径向外侧位置上的带束层结构，
-径向叠合在所述带束层结构上的胎冠，
-一对配置在所述胎体结构横向相对侧上的胎侧，
其中所述结构元件是胎冠。
3.根据权利要求1或2的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含50phr-90phr至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)。
4.根据权利要求3的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含60phr-80phr所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)。
5.根据前述权利要求的任一项的轮胎，其中所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)的苯乙烯含量为10％-50％。
6.根据权利要求5的轮胎，其中所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)的苯乙烯含量为20％-40％。
7.根据权利要求6的轮胎，其中所述至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物(a)的苯乙烯含量为25％-35％。
8.根据前述权利要求的任一项的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含10phr-50phr至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物(b)。
9.根据权利要求8的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含20phr-40phr所述至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物(b)。
10.根据前述权利要求任一项的轮胎，其中所述至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物(b)的玻璃化转变温度(Tg)低于20℃。
11.根据权利要求10的轮胎，其中所述至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物(b)选自顺式1，4-聚异戊二烯(天然的或合成的)，3，4-聚异戊二烯，聚丁二烯(特别是高1，4-顺式含量和低乙烯基含量的聚丁二烯)，任选卤化的异戊二烯/异丁烯共聚物，1，3-丁二烯/丙烯腈共聚物，苯乙烯/异戊二烯/1，3-丁二烯共聚物、苯乙烯/1，3-丁二烯/丙烯腈共聚物，或它们的混合物。
12.根据权利要求11的轮胎，其中所述至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物(b)是聚丁二烯。
13.根据权利要求12的轮胎，其中所述聚丁二烯的1，4-顺式含量高于90％，乙烯基含量低于5％。
14.根据前述权利要求任何一项的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含70phr-90phr至少一种二氧化硅补强填充剂(c)。
15.根据权利要求14的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含75phr-85phr所述至少一种二氧化硅补强填充剂(c)。
16.根据前述权利要求任何一项的轮胎，其中所述至少一种二氧化硅补强填充剂(c)选自沉淀无定形二氧化硅、湿法二氧化硅(水合硅酸)、干法二氧化硅(无水硅酸)、煅制二氧化硅或它们的混合物。
17.根据前述权利要求任何一项的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含20phr-60phr至少一种RAE-油(d)。
18.根据权利要求17的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包括25phr-50phr所述至少一种RAE-油(d)。
19.根据权利要求18的轮胎，其中所述可交联的弹性体组合物包含30phr-40phr所述至少一种RAE-油(d)。
20.根据前述权利要求任一项的轮胎，其中所述至少一种RAE-油(d)具有下述碳分布：
-芳族碳(CA)含量为25％-50％，
-环烷环碳(CN)含量为20％-40％，
-链烷链碳(CP)含量为20％-50％，
-多芳烃(PAH)含量不高于或等于10ppm。
21.根据权利要求20的轮胎，其中所述至少一种RAE-油(d)的芳族碳(CA)含量为32％-40％。
22.根据权利要求20或21任何一项的轮胎，其中所述至少一种RAE-油(d)的环烷环碳(CN)含量为25％-33％。
23.根据权利要求20-22任何一项的轮胎，其中所述至少一种RAE-油(d)的链烷链碳(CP)含量为30％-40％。
24.根据权利要求20-23任何一项的轮胎，其中所述至少一种RAE-油(d)的多芳烃(PAH)含量不高于或等于6ppm。
25.根据权利要求20-24任何一项的轮胎，其中所述至少一种RAE-油(d)的芳族碳(CA)含量为35％-38％，优选36％。
26.根据权利要求20或25任何一项的轮胎，其中所述至少一种RAE-油(d)的环烷环碳(CN)含量为27％-30％，优选29％。
27.根据权利要求20-26任何一项的轮胎，其中所述至少一种RAE-油(d)的链烷链碳(CP)含量为33％-38％，优选35％。
28.根据前述权利要求的任何一项的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物还包含至少一种硅烷偶联剂(e)。
29.根据权利要求28的轮胎，其中所述至少一种硅烷偶联剂(e)选自具有下述结构式(I)的那些偶联剂：
(R)3Si-CtH2t-X (I)
式中各R基团可以是彼此相同或不相同的并选自烷基、烷氧基或芳氧基基团，或卤原子，条件是至少一个R基团是烷氧基或芳氧基基团，t为包括端值在内的1-6整数，X选自下列基团：亚硝基，巯基，氨基，环氧基，乙烯基，酰亚胺，氯，-(S)uCtH2t-Si-(R)3或-S-COR基团，式中u和t为包括端值在内的1-6整数，基团R如上文所定义。
30.根据权利要求28或29任一项的轮胎，其中所述至少一种硅烷偶联剂(e)在可交联的弹性体组合物中的含量为0phr-10phr。
31.根据权利要求30的轮胎，其中所述至少一种偶联剂(e)在可交联弹性体组合物中的含量为0.4phr-8phr。
32.根据前述权利要求任何一项的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物还包含至少一种树脂(f)。
33.根据权利要求32的轮胎，其中所述至少一种树脂(f)选自α-甲基苯乙烯树脂，酚醛树脂，香豆酮-茚树脂或它们的混合物。
34.根据权利要求32或33任何一项的轮胎，其中所述至少一种树脂(f)在可交联弹性体组合物中的含量为0phr-15phr。
35.根据权利要求34的轮胎，其中所述至少一种树脂(f)在可交联的弹性体组合物中的含量为7phr-12phr。
36.根据前述权利要求任何一项的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含0phr-120phr至少一种另外的补强填充剂。
37.根据权利要求36的轮胎，其中所述可交联弹性体组合物包含20phr-90phr所述至少一种另外的补强填充剂。
38.一种包含可交联弹性体组合物的胎冠，该组合物包含：
(a)40phr-100phr至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，
(b)0phr-60phr至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物(d)，
(c)60phr-100phr至少一种二氧化硅补强填充剂，
(d)20phr-60phr至少一种RAE-油(剩余芳族提取油)。
39.根据权利要求38的胎冠，其中所述可交联的弹性体组合物根据权利要求3-37任何一项定义。
40.一种可交联弹性体组合物，该组合物包含：
(a)40phr-100phr至少一种苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物，
(b)0phr-60phr至少一种不同于苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物的二烯弹性体聚合物(d)，
(c)60phr-100phr至少一种二氧化硅补强填充剂，
(d)20phr-60phr至少一种RAE-油。
41.根据权利要求40的可交联弹性体组合物，其中所述可交联弹性体组合物根据权利要求3-37任何一项定义。
42.通过使根据权利要求40或41的可交联弹性体组合物发生交联得到的一种交联制品。
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