CN102101418B - 具有含板岩粉的内衬的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充气轮胎，所述充气轮胎包括胎体和内衬，该内衬径向朝向胎体内部并且直接与胎体接触，所述内衬包括橡胶组合物，所述橡胶组合物包含：100重量份至少一种弹性体；和每100重量份弹性体10至80重量份(phr)炭黑；和1至30phr板岩粉。

Description

具有含板岩粉的内衬的轮胎
背景技术
充气橡胶轮胎通常为环形，并且包括具有空腔的胎体，其中其封闭一般用刚性轮圈完成，轮胎固定在该刚性轮圈上面。这种充气轮胎和充气轮胎/轮圈组件众所周知。
充气轮胎的内表面，即，所述空腔的表面，有时被称为“内衬”，一般为由弹性体组合物组成的橡胶层，这种橡胶层设计成防止或阻止空气和水分从上述空腔渗透进入轮胎胎体，所述空腔成为轮胎内空气室。这种轮胎内衬或内衬橡胶层为本领域的技术人员所熟知。
丁基橡胶一般相对不透空气和水分，通常用作轮胎内衬组合物的主要部分，并且可以为丁基橡胶或卤代丁基橡胶(例如溴丁基橡胶)的形式。例如，参见美国专利号3,808,177。丁基橡胶为具有少量异戊二烯的异丁烯共聚物，一般只包含约0.5至约5％重量衍生自异戊二烯的单元。
卤代丁基橡胶和丁基橡胶通常为轮胎中使用的最昂贵弹性体之一。在竞争的轮胎市场和不断需要降低制造轮胎成本下，需要降低内衬成本，同时保持其性能。
发明内容
本发明涉及一种充气轮胎，所述充气轮胎包括胎体和内衬，该内衬径向朝向胎体内部并且直接与胎体接触，所述内衬包括橡胶组合物，所述橡胶组合物包含：
100重量份至少一种弹性体；和
每100重量份弹性体10至80重量份(phr)炭黑；和
1至30phr板岩粉。
具体实施方式
本发明公开一种充气轮胎，所述充气轮胎包括胎体和内衬，该内衬径向朝向胎体内部并且直接与胎体接触，所述内衬包括橡胶组合物，所述橡胶组合物包含：
100重量份至少一种弹性体；和
每100重量份弹性体10至80重量份(phr)炭黑；和
1至30phr板岩粉。
已出乎预料地发现，在轮胎内衬橡胶组合物中包含板岩粉得到具有高抗渗透性与可接受撕裂强度的内衬。
在本发明的说明书中，术语“phr”是指每100重量份橡胶组合物中包含的橡胶的具体成分的重量份。除非另外指明，术语“橡胶”和“弹性体”可互换使用，除非另外指明，术语“固化”和“硫化”可互换使用，除非另外指明，术语“橡胶组合物”和“橡胶混合物”可互换使用。除非另外指明，本文所用术语“丁基类型橡胶”是指丁基橡胶(异丁烯与少量包括例如约0.5至5％重量或1至约3％重量衍生自异戊二烯的单元的共聚物)和卤代丁基橡胶(如氯丁基橡胶和溴丁基橡胶，分别为氯化和溴化丁基橡胶)。
用于本发明的内衬的橡胶组合物包括弹性体。适合的弹性体包括丁基类型橡胶，包括丁基橡胶和卤代丁基橡胶(如氯丁基橡胶和溴丁基橡胶)。其他适合的弹性体包括合成聚异戊二烯、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶和聚丁二烯。
用于内衬的替代丁基橡胶包含异丁烯和对甲基苯乙烯的溴化共聚物。溴化的共聚物通常包含约0.3至约2％重量的溴化度(bromination)。这种溴化共聚物的示例为购自ExxonMobilChemical的据报告具有在125℃约45至约55的门尼(ML1+8)粘度，约5％重量对甲基苯乙烯含量，约94至约95％重量异丁烯含量和约0.8％重量溴含量。或者，丁基橡胶可包括异丁烯和异戊二烯的共聚物与异丁烯和对甲基苯乙烯的溴化共聚物的组合。
用于内衬的橡胶组合物也包含板岩粉。板岩粉具有一定粒度分布，该粒度分布可例如通过振动筛分析测定，并且可表示为累积粒度分布。在一个实施方案中，板岩粉包含至少20％重量的具有小于75微米尺寸的颗粒。在一个实施方案中，板岩粉包含至少40％重量的具有小于150微米尺寸的颗粒。在一个实施方案中，板岩粉包含至少60％重量的具有小于300微米尺寸的颗粒。在一个实施方案中，板岩粉包含至少80％重量的具有小于850微米尺寸的颗粒。在一个实施方案中，板岩粉包含至少90％重量的具有小于1700微米尺寸的颗粒。适合的板岩粉可得自Theis&Boeger，Hunsrueck，Germany。
在一个实施方案中，板岩粉可以1至30phr的量存在于橡胶组合物中。在另一个实施方案中，板岩粉可以5至20phr的量存在于橡胶组合物中。
除了上述弹性体和板岩粉外，对于轮胎内衬，内衬橡胶组合物也可包含常用于硫化橡胶的其他常规成分，例如，可能需要的增粘剂树脂、处理助剂、炭黑、二氧化硅、滑石、粘土、云母、抗氧化剂、抗臭氧剂、硬脂酸、活化剂、蜡和油。在一个实施方案中，炭黑可以10至80phr的量使用。在另一个实施方案中，炭黑可以20至60phr的量使用。
用作内衬的混合物的硫化在硫硫化剂存在下进行。适合的硫硫化剂的实例包括元素硫(游离硫)或供硫硫化剂，例如二硫化胺、聚合二硫化物或硫烯烃加合物。优选，硫硫化剂为元素硫。本领域的技术人员已知，硫硫化剂以约0.2至5.0phr的量使用，并且约0.5至3.0的范围是优选的。
使用促进剂控制硫化所需的时间和/或温度，并改善硫化橡胶的性质。可使用约0.5至3.0phr常规量的单一促进剂系统，即主促进剂。在备选方案中，可使用2或更多种促进剂的组合，此组合可由一般以较大量(0.3至3.0phr)使用的主促进剂和一般以较小量(0.05至1.0phr)使用的助促进剂组成，以活化并改善硫化橡胶性质。已知这些促进剂的组合对最终性质产生协同作用，并且略好于使用任一单独促进剂产生的那些作用。另外，可使用延迟作用促进剂，这些促进剂不受一般处理温度影响，但在一般硫化温度产生令人满意的固化。可使用的促进剂的适合类型为胺、二硫化物、胍、硫脲、噻唑、秋兰姆、次磺酰胺、二硫代氨基甲酸盐(酯)和黄原酸盐(酯)。优选，主促进剂为二硫化物或次磺酰胺。
可将各种合成、无定形二氧化硅用于轮胎内衬组合物。这些二氧化硅的代表为例如但不限于沉淀二氧化硅，例如购自PPGIndustries的HiSil210TM和HiSil243TM；和购自J.M.HuberCompany的各种沉淀二氧化硅；购自DegussaCompany的各种沉淀二氧化硅；和购自RhodiaCompany的各种沉淀二氧化硅。
可将各种偶联剂用于各种合成无定形二氧化硅，特别是沉淀二氧化硅，以使二氧化硅聚集体偶联到各种弹性体。此类偶联剂的代表为例如但不限于双(3-三烷氧基甲硅烷基丙基)聚硫化物，其中至少两个且任选其所有三个烷氧基为乙氧基，并且其聚硫化物桥包含平均约2至约4个，或约2至约2.6个，或平均约3.4至约3.8个相连的硫原子；和烷氧基有机巯基硅烷，此硅烷可任选具有在与橡胶组合物混合期间以适合封端剂封端的巯基部分，其中所述烷氧基优选为乙氧基。
橡胶组合物的混合可通过具有橡胶混合领域技能的那些技术人员已知的方法完成。例如，成分一般在至少两个阶段混合，即，至少一个非生产性阶段，随后为生产性混合阶段。包括硫-硫化剂的最终固化剂一般在最终阶段混合，最终阶段通常被称为“生产性”混合阶段，其中混合一般在低于前面非生产性混合阶段混合温度的一定温度或最终温度进行。术语“非生产性”和“生产性”混合阶段为具有橡胶混合领域技能的那些技术人员所熟知。
在实际中，使内衬橡胶组合物或混合物形成胶带。本领域的技术人员已知，可通过压力机或使橡胶混合物通过磨机、压延机、多头挤出机或其他适合装置制造胶带。优选通过压延机制造胶带，因为相信它能提供更大的均匀性。然后，使未固化的胶带构造成为未固化橡胶轮胎结构(也被称为胎体)的内表面(暴露的内表面)。然后，在热和压力条件下，在轮胎固化操作期间使内衬与轮胎胎体一起进行硫共-固化。
本发明的轮胎的硫化一般在例如约100℃和200℃之间的温度进行。优选硫化在约110℃至180℃的温度进行。可使用任何通常的硫化方法，例如在压力机或模具中加热、利用过热蒸汽或热盐或在盐浴中加热。优选，按照轮胎固化领域的技术人员已知的方法，在压力机或模具中进行加热。
由于此硫化的结果，内衬变为通过共-固化成为轮胎的整体部分。
因此，在实际中，可例如首先使内衬作为未固化混合橡胶胶带构造成为未固化橡胶轮胎的内表面，然后在轮胎固化操作期间与轮胎共-固化，其中在某种程度上根据轮胎的类型、尺寸和预期用途，所述橡胶胶带可具有例如约0.04至约1厘米或约0.05至约0.5厘米的厚度。
具有整体式内衬的充气轮胎可以客车轮胎、卡车轮胎或其他类型斜交或子午线充气轮胎的形式构造。
为了举例说明但非限制本发明，提出以下实施例。除非另外说明，份数和百分数均以重量计。
实施例1
在本实施例中，说明测定板岩粉的粒度分布。用振动筛筛分分析得自Theis&Boerger(Hunsruek，Germany)的板岩粉的粒度分布。使用设定于“振动40”和“间隔”的RetschVibrotronic分析仪，使100g板岩粉样品通过一系列五个叠放筛网。在60分钟振动时间后，称量在各筛网上保留的量，两次重复试验1和2的结果显示于表1中。
表1
可在表1中看到，板岩粉显示至少94％小于1700微米，至少86％小于850微米，至少69％小于300微米，至少43％小于150微米，至少23％小于75微米的粒度分布。应理解，试验重量百分数表示在60分钟试验时间结束时通过给定筛的量，因此，测定量代表实际百分数的略低估计量，并且此量作为最低测定量表示。
实施例2
在本实施例中，说明实施例1的板岩粉分散在溴丁基橡胶内衬组合物中的作用。所有量均为重量份。用二阶段混合方法混合橡胶组合物，其中在第一非生产性混合步骤加入弹性体和填料，随后在第二生产性混合步骤加入常规量固化剂，以得到橡胶混合物。
使经混合的混合物形成试验样品，并在170℃固化25分钟。然后测试经固化样品的透气率。不同填料体积的透气率显示于表2中。
通过对1″宽样品进行标准剥离粘合试验，制备粘合试验样品。通过制备由mylar聚酯薄膜窗片分离的两层混合物的夹层结构，来制备带粘合样品。使夹层结构固化，1″样品在mylar聚酯薄膜中在各窗上在中心切割。然后，通过在试验装置上180°拉伸，测试经固化样品在mylar聚酯薄膜窗限定的区域的片间的粘合力。然后，在指定试验条件下，测试经固化样品的粘合力。不同填料体积的粘合试验结果显示于表2中。
表2
可在表2中看到，对于恒定填料重量，与单独使用炭黑比较，板岩粉和炭黑的组合显示显著提高的抗渗透性和可比的抗撕裂性。此行为出乎预料且令人惊讶，显示炭黑和板岩粉的组合具有协同作用。
虽然，为了举例说明本发明，已展示了某些代表性实施方案和细节，但对本领域的技术人员来讲显而易见的是，可在不背离本发明的精神或范围下，进行各种变化和改进。

Claims (10)

1.一种充气轮胎，所述充气轮胎包括胎体和内衬，该内衬径向朝向胎体内部并且直接与胎体接触，所述内衬的特征在于橡胶组合物，所述橡胶组合物包含：
100重量份至少一种弹性体；和
每100重量份弹性体10至80重量份(phr)炭黑；和
1至30phr板岩粉。
2.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述弹性体选自丁基橡胶、氯化丁基橡胶、溴化丁基橡胶、合成聚异戊二烯、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚丁二烯、异丁烯和对甲基苯乙烯的共聚物和异丁烯和对甲基苯乙烯的溴化共聚物。
3.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述弹性体选自丁基橡胶、氯化丁基橡胶、溴化丁基橡胶、异丁烯和对甲基苯乙烯的共聚物和异丁烯和对甲基苯乙烯的溴化共聚物。
4.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述板岩粉包含至少20％重量的小于75微米尺寸的颗粒。
5.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述板岩粉包含至少23％重量的小于75微米尺寸的颗粒。
6.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述板岩粉包含至少40％重量的小于150微米尺寸的颗粒。
7.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述板岩粉包含至少43％重量的小于150微米尺寸的颗粒。
8.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述板岩粉包含至少60％重量的小于300微米尺寸的颗粒。
9.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述板岩粉包含至少69％重量的小于300微米尺寸的颗粒。
10.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述板岩粉包含至少80％重量的小于850微米尺寸的颗粒。
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