CN101768299A

CN101768299A - 缓冲橡胶组合物及使用其的充气轮胎

Info

Publication number: CN101768299A
Application number: CN200910206263A
Authority: CN
Inventors: 石田博一
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: US20100163151A1; US8397775B2; CN101768299B; JP4671246B2; JP2010155508A

Abstract

一种缓冲橡胶组合物及使用其的充气轮胎。一种缓冲橡胶组合物，其包含：相对于100质量份的橡胶组分，5～20质量份的第一炭黑和15～30质量份的第二炭黑、以及硫和硫化促进剂，其中该第一炭黑具有50～70mg/g的碘吸收量以及130～150ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯吸油量，该第二炭黑具有110～130mg/g的碘吸收量以及105～120ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯吸油量，同时该硫与该硫化促进剂的质量比为1.0～2.3。

Description

缓冲橡胶组合物及使用其的充气轮胎

本非临时申请基于2008年12月26日向日本专利局提交的日本专利申请No.2008-334239，通过引用将其全部内容结合到本文中。

技术领域

本发明涉及一种缓冲橡胶组合物以及一种充气轮胎。

背景技术

近年来，全球变暖因二氧化碳的排放而持续发展，于是，目前正日益严格地控制来自汽车的废气及二氧化碳的排放。此外，可以预料，由石油资源中获得的用于汽车的轻质油比如汽油或柴油未来将耗尽。

因此，日益要求汽车比如卡车或公共汽车具有低燃料消耗，于是，具有较小滚动阻力(较低燃料消耗)的轮胎的开发被认为是重要的。

通过改性占据轮胎部件最大质量的胎面可有效地降低轮胎的滚动阻力，并且过去通常通过改性胎面来降低轮胎的滚动阻力。然而，胎面是最影响轮胎的耐磨性和抓地性能的轮胎部件，于是，降低滚动阻力并且保持耐磨性和抓地性能在技术上正达到极限。

因此，以后通过改性除胎面之外的轮胎部件来降低轮胎的滚动阻力是重要的。

缓冲垫可列举为待改性的轮胎部件，用于降低滚动阻力而不影响轮胎的耐磨性和抓地性能。缓冲垫(如图1所示，表示沿轮胎轴向设置在胎体6与带束层7的末端之间的轮胎部件9)是显著地影响轮胎的耐久性和汽车的舒适度的重要的轮胎部件。

例如，为改性缓冲垫，通过增加橡胶组合物中的橡胶组分的含量比(abundance ratio)从而降低增强填料比如炭黑的含量比，来降低缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ。然而，在该情况中，橡胶组合物未充分地增强并且其复合杨氏模量E*降低，于是缓冲垫较易变形从而增加能量损耗。因此，根据该方法，不能降低轮胎的滚动阻力。

根据另一种方法，通过向缓冲橡胶组合物中添加大量的硫化剂来降低橡胶组合物的损耗角正切tanδ。在该情况中，可降低滚动阻力而不降低橡胶组合物中的增强填料的含量比。然而，当该橡胶组合物用作缓冲垫材料时，橡胶组合物的物理特性因过度使用轮胎导致的热老化而显著地改变，于是当轮胎撞上路边石或在不规则路面上行驶时，轮胎没有充足的阻力(耐断裂性)经受住对轮胎侧面的撞击。

轮胎所需的耐断裂性的水平随轮胎类型而改变，用于汽车比如相比小型载重卡车承载更重负荷的重型载货卡车或公共汽车的子午线轮胎要求优良的耐断裂性。

日本专利特开No.2004-099804描述了一种在增强特性与低滚动阻力(LRR)之间具有出色的平衡的用于轮胎的橡胶组合物，作为轮胎用橡胶组合物，其包含氮吸附比表面积为30～70m²/g、邻苯二甲酸二丁酯吸油量为至少134cm³/100g并且碘吸收量为20～50mg/g的炭黑。

为了通过降低轮胎的质量来降低汽车的燃料消耗，同时保持轮胎的强度，日本专利特开No.2000-71716描述了一种技术，其在带束帘布与胎体之间设置增强橡胶层并将该增强橡胶层设置成具有预定的物理特性。

然而，仍需对上述各种技术作进一步的性能改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缓冲橡胶组合物以及一种充气轮胎，它们具有改进的低燃料消耗性能同时保持强度。

本发明提供一种缓冲橡胶组合物，其包含：相对于100质量份的橡胶组分，5～20质量份的第一炭黑和15～30质量份的第二炭黑以及硫和硫化促进剂，其中所述第一炭黑具有50～70mg/g的碘吸收量以及130～150ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯吸油量，所述第二炭黑具有110～130mg/g的碘吸收量以及105～120ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯吸油量，同时硫与硫化促进剂的质量比为1.0～2.3。

本发明还提供一种使用该缓冲橡胶组合物的充气轮胎。

根据本发明，可获得具有改进的低燃料消耗性能同时保持强度的缓冲橡胶组合物以及充气轮胎。

通过本发明的如下具体实施方式同时结合附图，本发明的上述及其他目的、特征、方式以及优点将变得更加显而易见。

附图说明

图1是表示根据本发明的充气轮胎的右半部分的剖视图。

具体实施方式

<充气轮胎的结构>

下面结合图1对根据本发明的实施方式的充气轮胎1进行说明。

图1是表示用于卡车或公共汽车的高负载用充气轮胎1的右半部分的剖视图。充气轮胎1具有胎面部2、沿轮胎1的径向从其两端向内延伸的一对胎侧壁部3以及位于各个胎侧壁部3的内端上的胎圈部4。充气轮胎1还具有在胎圈部4与设置在胎体6的外侧上的带束层7之间延伸的环形胎体6。

胎体6由具有本体部6a和折叠部6b的胎体帘布层6A构成，其中本体部6a从胎面部2经由胎侧壁部3到达胎圈部4的胎圈芯5，折叠部6b延伸到本体部6a并且沿根据该实施方式的轮胎1的轴向围绕胎圈芯5从其内侧向外侧折叠。沿轮胎1的径向从胎圈芯5向外尖端变细地延伸的胎圈三角胶8设置在本体部6a与折叠部6b之间，从而适当地增强胎圈部4。

根据该实施方式，带束层7由至少两个带束帘布比如四个带束帘布7A、7B、7C和7D构成。带束帘布7A～7D设置成相对于轮胎赤道线C倾斜地平行设置的钢帘线。

胎面橡胶2G沿轮胎1的径向设置在带束层6的外侧上。充气轮胎1具有所谓的SOT(胎侧壁高于胎面)结构，并且胎面橡胶2G沿轮胎1的轴向的两端被胎侧壁橡胶3G覆盖。然而，充气轮胎1并不特别地限于该模式。

具有基本上三角形截面的缓冲橡胶9沿轮胎1的轴向设置在胎体6与带束层7的末端7E之间。缓冲橡胶9沿轮胎1的轴向具有内端9i和外端9o，并且在其间延伸。缓冲橡胶9填满带束层7的末端7E与胎体6之间的间距，从而通过沿负荷移动方向跟随带束层7的末端7E的变形而分散应变。缓冲橡胶9的橡胶配方被合适地控制，从而可防止因周期性畸变导致的过热产生。根据本发明的缓冲橡胶组合物用于缓冲橡胶9。

<缓冲橡胶组合物>

根据本发明的缓冲橡胶组合物包含预定配比的橡胶组合物和特定的炭黑、以及硫和硫化促进剂。

(橡胶组分)

通常使用的天然橡胶(NR)、二烯橡胶比如丁苯橡胶(SBR)或丁二烯橡胶(BR)、或者丁基橡胶比如异丁橡胶(IIR)或氯化异丁橡胶(X-IIR)用作橡胶组分。特别地，优选使用二烯橡胶，更进一步优选使用天然橡胶，从而使轮胎具有较高的强度和低发热特性。

(炭黑)

根据本发明的缓冲橡胶组合物包含第一炭黑和第二炭黑，其中第一炭黑具有50～70mg/g的碘吸收量以及130～150ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯吸油量，第二炭黑具有110～130mg/g的碘吸收量以及105～120ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯吸油量。

第一炭黑的碘吸收量为至少50mg/g。如果第一炭黑的碘吸收量低于50mg/g，那么不能获得预期的耐断裂性。此外，第一炭黑的碘吸收量不超过70mg/g。如果第一炭黑的碘吸收量超过70mg/g，那么缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ增加，从而不能获得预期的低燃料消耗。第一炭黑的碘吸收量进一步优选为52～65mg/g。

第一炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸油量(DBP吸油量)为至少130ml/100g。如果第一炭黑的DBP吸油量低于130ml/100g，那么缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ增加，从而不能获得预期的低燃料消耗。此外，第一炭黑的DBP吸油量不超过150ml/100g。如果第一炭黑的DBP吸油量超过150ml/100g，那么不能获得预期的耐断裂性。第一炭黑的DBP吸油量进一步优选为130～145ml/100g。

相对于100质量份的橡胶组分，第一炭黑的含量为至少5质量份。如果第一炭黑的含量低于5质量份，那么第一炭黑的增强性不充足，从而不能获得预期的耐断裂性。此外，相对于100质量份的橡胶组分，第一炭黑的含量不超过20质量份。如果第一炭黑的含量超过20质量份，那么缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ增加，从而不能获得预期的低燃料消耗。相对于100质量份的橡胶组分，第一炭黑的含量进一步优选为10～20质量份。

第二炭黑的碘吸收量为至少110mg/g。如果第二炭黑的碘吸收量低于110mg/g，那么不能获得预期的耐断裂性。此外，第二炭黑的碘吸收量不超过130mg/g。如果第二炭黑的碘吸收量超过130mg/g，那么缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ增加，从而不能获得预期的低燃料消耗。第二炭黑的碘吸收量进一步优选为118～120mg/g。

第二炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸油量(DBP吸油量)为至少105ml/100g。如果第二炭黑的DBP吸油量低于105ml/100g，那么缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ增加，从而不能获得预期的低燃料消耗。此外，第二炭黑的DBP吸油量不超过120ml/100g。如果第二炭黑的DBP吸油量超过120ml/100g，那么不能获得预期的耐断裂性。第二炭黑的DBP吸油量进一步优选为110～118ml/100g。

相对于100质量份的橡胶组分，第二炭黑的含量为至少15质量份。如果第二炭黑的含量低于15质量份，那么第二炭黑的增强性不充足，从而不能获得预期的耐断裂性。此外，相对于100质量份的橡胶组分，第二炭黑的含量不超过30质量份。如果第二炭黑的含量超过30质量份，那么缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ增加，从而不能获得预期的低燃料消耗。相对于100质量份的橡胶组分，第二炭黑的含量进一步优选为20～25质量份。(硫)

虽然可以使用通常在橡胶工业硫化中使用的硫，但特别优选使用不溶性的硫。不溶性的硫是指通过加热并急冷天然硫S8、然后将其分子量增加至Sx(x：100,000到300,000)而制备出的硫。使用不溶性的硫以防止当硫用作橡胶硫化剂时通常产生的霜化。

相对于100质量份的橡胶组分，硫的量(不包含填充油的纯硫)优选为2～4质量份。如果硫的量低于2质量份，那么缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ趋于增加，从而不能获得预期的低燃料消耗，如果硫的量超过4质量份，那么橡胶组合物的耐热老化性趋于劣化，从而不能获得预期的耐断裂性。

(硫化促进剂)

可以使用包含亚磺酰胺基、噻唑基、秋兰姆基、硫脲基、胍基、二硫代氨基甲酸盐基、醛-胺基或醛-氨基、咪唑啉基以及黄原酸盐基硫化促进剂中的至少一种的硫化促进剂。

至于亚磺酰胺基硫化促进剂，例如，可以列举亚磺酰胺基化合物比如CBS(N-环己基-2-苯并噻唑基亚磺酰胺)、TBBS(N-叔丁基-2-苯并噻唑基亚磺酰胺)、N，N-二环己基-2-苯并噻唑基亚磺酰胺、N-氧联二乙基-2-苯并噻唑基亚磺酰胺或N，N-二异丙基-2-苯并噻唑基亚磺酰胺。

至于噻唑基硫化促进剂，例如，可以列举MBT(2-巯基苯并噻唑)、MBTS(二硫化二苯并噻唑)、2-巯基苯并噻唑的钠盐、锌盐、铜盐或环己胺盐、2-(2，4-二硝基苯)巯基苯并噻唑或2-(2，6-二乙基-4-硫化吗琳基)苯并噻唑。

至于秋兰姆基硫化促进剂，例如，可以列举TMTD(四甲基秋兰姆二硫化物)、四乙基秋兰姆二硫化物、四甲基秋兰姆一硫化物、双五亚甲基秋兰姆二硫化物、双五亚甲基秋兰姆一硫化物、双五亚甲基秋兰姆四硫化物、双五亚甲基秋兰姆六硫化物、四丁基秋兰姆二硫化物或五亚甲基秋兰姆四硫化物。

至于硫脲基硫化促进剂，例如，可以列举硫脲化合物比如硫脲、二乙基硫脲、二丁基硫脲、三甲基硫脲或二邻甲苯基硫脲。

至于胍基硫化促进剂，例如，可以列举胍基化合物比如二苯胍、二邻甲苯胍、三苯胍、邻甲苯二胍或酞酸二苯胍。

至于二硫代氨基甲酸盐基硫化促进剂，例如，可以列举乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、丁基苯基二硫代氨基甲酸锌、二甲基二硫代氨基甲酸钠、二甲基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二戊基二硫代氨基甲酸锌、二丙基二硫代氨基甲酸锌、五亚甲基二硫代氨基甲酸锌与哌啶的复合盐、或十六基(或十八基)异丙基二硫代氨基甲酸锌。至于醛-胺基或醛-氨基硫化促进剂，例如，可以列举乙醛-苯胺反应物、丁醛-苯胺缩聚物、六亚甲基四胺或乙醛-氨反应物。

当硫作为硫化剂以上述量混入缓冲橡胶组合物时，以硫与硫化促进剂的质量比为1.0～2.3混入硫化促进剂。进一步优选以硫与硫化促进剂的质量比为1.6～2.1混入硫化促进剂。

(硫化助剂)

硬脂酸或氧化锌(锌白)可用作硫化助剂。

(抗氧化剂)

可以合适地选用胺基、苯酚基或咪唑基化合物、氨基甲酸的金属盐或蜡作为抗氧化剂。

(其他配合剂)

除橡胶组分、炭黑、硫和硫化促进剂之外，可在缓冲橡胶组合物中混入通常用于轮胎工业的交联剂、填料、软化剂、增塑剂、偶联剂等。

<制备缓冲橡胶组合物的方法>

根据本发明的橡胶组合物可通过本领域众所周知的方法制备，例如，包括如下步骤的方法：称量出预定配比的上述材料，然后在橡胶捏合机比如开放式辊轧机或班伯里密炼机中，在100～250℃的温度下将上述材料捏合5～60分钟。

<制造充气轮胎的方法>

根据本发明的充气轮胎可通过如下步骤制造：在未硫化阶段，将通过塑模缓冲橡胶组合物获得的生胎加工成缓冲层缓冲的形状，然后将缓冲层缓冲与其他轮胎部件组装在一起，并在140～160℃的硫化温度下硫化30～50分钟。

<充气轮胎>

根据本发明的充气轮胎优选安装在重负载交通工具上。而重负载交通工具，例如，可以列举小型载重汽车、重型载货卡车、公共汽车或飞行器。特别地，根据本发明的充气轮胎优选安装在主要以高速行驶的重型载货卡车上，从而可容易地显示出低燃料消耗的效果。

<实施例1～5以及对照例1～5>

(缓冲橡胶组合物的制备)

根据表1所示的各个配方，通过在班伯里密炼机中将除了硫和硫化促进剂之外的其他化学品在160℃下捏合5分钟来获得捏合物。然后，通过向获得的捏合物中添加硫和硫化促进剂并在开放式辊轧机中将混合物在100℃下捏合5分钟来获得未硫化的缓冲橡胶组合物。通过在150℃下预硫化未硫化的缓冲橡胶组合物30分钟来获得根据实施例1～5和对照例1～5中的硫化缓冲橡胶组合物。然后对获得的硫化缓冲橡胶组合物进行如下项目的测定。

<硬度>

根据日本工业标准JIS K 6253“用于硫化橡胶和热塑性橡胶的硬度测试方法”，用A型硬度计测定硫化缓冲橡胶组合物的橡胶硬度。

<耐断裂性>

用换档炉热老化试验机(东洋精机制作所株式会社制造)，将根据实施例1～5和对照例1～5中的硫化缓冲橡胶组合物在80℃下加热老化七天。哑铃体No.3试样被切割成热老化缓冲橡胶组合物的试验片，接着根据日本工业标准JIS K 6251进行拉伸试验，以测定拉伸断裂强度TB(MPa)和断裂拉伸EB(％)。试样的耐断裂性由拉伸断裂强度TB(MPa)和断裂拉伸EB(％)根据如下公式算出：

(耐断裂性)＝(拉伸断裂强度TB)×(断裂拉伸EB)×0.5

假定实施例1的耐断裂性为100，以指数表示根据实施例2～5以及对照例1～5的试样的耐断裂性，其结果如表1所示。随着如下耐断裂性指数的增加，耐断裂性提高。

(耐断裂性指数)＝(各个试样的耐断裂性)÷(根据实施例1的试样的耐断裂性)×100

<发热性>

用岩本制作所株式会社制造的粘弹性光谱仪，在初始应变为10％、动态应变为2％以及频率为10Hz的条件下，测定各个硫化缓冲橡胶组合物在70℃的温度下的损耗角正切tanδ。假定根据实施例1的硫化缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ为100，用指数表示各个硫化缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ，其结果如表1所示。随着如下发热性指数的降低，滚动阻力降低并且发热性提高：

(发热性指数)＝(硫化缓冲橡胶组合物的损耗角正切tanδ)÷(实施例1的发热性)×100

表1所示为测定结果。

NR：STR20。

第一炭黑Diablack N351H(碘吸收量：57mg/g，邻苯二甲酸二丁酯吸油量：136ml/100g)，三菱化学株式会社制造。

第二炭黑(N220)：Diablack I(碘吸收量：118mg/g，邻苯二甲酸二丁酯吸油量：114ml/100g)，三菱化学株式会社制造。

氧化锌：两种类型的氧化锌，三井金属矿业株式会社制造。

硬脂酸：硬脂酸“Tsubaki”，日本油脂株式会社制造。

抗氧化剂6C：Santoflex 6PPD，Flexys株式会社制造。

抗氧化剂RD：Nocrack 224，大内新兴化学工业株式会社制造。

硫：5％油处理的硫，鹤见化学工业株式会社制造。

硫化促进剂：Nocceler NS-P，大内新兴化学工业株式会社制造。

<评估结果>

相对于100质量份的NR，根据实施例1的硫化缓冲橡胶组合物包含5质量份的第一炭黑、30质量份的第二炭黑、2.7质量份的硫以及1.3质量份的硫化促进剂(硫与硫化促进剂的比率为2.1)。现在参照根据实施例1的硫化缓冲橡胶组合物来评估根据实施例2～5和对照例1～5的硫化缓冲橡胶组合物。

相对于100质量份的NR，根据实施例2～4的硫化缓冲橡胶组合物包含10～20质量份的第一炭黑、20～25质量份的第二炭黑、2.7质量份的硫以及1.3质量份的硫化促进剂(硫与硫化促进剂的比率为2.1)。与实施例1相比，根据实施例2～4的硫化缓冲橡胶组合物具有改善的耐断裂性和发热性。

相对于100质量份的NR，根据实施例5的硫化缓冲橡胶组合物包含10质量份的第一炭黑、25质量份的第二炭黑、2.7质量份的硫以及1.7质量份的硫化促进剂(硫与硫化促进剂的比率为1.2)。与实施例1相比，根据实施例5的硫化缓冲橡胶组合物具有显著改善的耐断裂性和发热性。

相对于100质量份的NR，根据对照例1和2的硫化缓冲橡胶组合物包含30或15质量份的第二炭黑、3.5质量份的硫以及0.9质量份的硫化促进剂(硫与硫化促进剂的比率为3.9)，并且其不含第一炭黑。与实施例1相比，根据对照例1和2的硫化缓冲橡胶组合物具有显著恶化的耐断裂性、以及与实施例1相当的发热性。

相对于100质量份的NR，根据对照例3的硫化缓冲橡胶组合物包含50质量份的第二炭黑、3.5质量份的硫以及0.9质量份的硫化促进剂(硫与硫化促进剂的比率为3.9)，并且其不含第一炭黑。与实施例1相比，根据对照例3的硫化缓冲橡胶组合物具有显著恶化的耐断裂性和发热性。相对于100质量份的NR，根据对照例4的硫化缓冲橡胶组合物包含10质量份的第一炭黑、25质量份的第二炭黑、3.5质量份的硫以及0.9质量份的硫化促进剂(硫与硫化促进剂的比值为3.9)。与实施例1相比，根据对照例4的硫化缓冲橡胶组合物具有显著恶化的耐断裂性以及与实施例1相当的发热性。

相对于100质量份的NR，根据对照例5的硫化缓冲橡胶组合物包含30质量份的第二炭黑、2.1质量份的硫以及1.7质量份的硫化促进剂(硫与硫化促进剂的比率为1.2)，并且其不含第一炭黑。与实施例1相比，根据对照例5的硫化缓冲橡胶组合物具有显著恶化的耐断裂性以及与实施例1相当的发热性。

虽然已对本发明进行了详细地描述和说明，但上述说明和实施例不应理解为对本发明保护范围的限定，本发明的保护范围由附后的权利要求项限定。

Claims

1.一种缓冲橡胶组合物，其包含：

相对于100质量份的橡胶组分，5～20质量份的第一炭黑和15～30质量份的第二炭黑、以及硫和硫化促进剂，其中所述第一炭黑具有50～70mg/g的碘吸收量以及130～150ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯吸油量，所述第二炭黑具有110～130mg/g的碘吸收量以及105～120ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯吸油量，其中

所述硫与所述硫化促进剂的质量比为1.0～2.3。

2.如权利要求1所述的缓冲橡胶组合物，其特征在于，相对于100质量份的所述橡胶组分，所述缓冲橡胶组合物包含10～20质量份的所述第一炭黑以及20～25质量份的所述第二炭黑。

3.一种使用如权利要求1所述的缓冲橡胶组合物的充气轮胎。