CN102264559B - 设置有显现改进的抗疲劳性的胎面带的用于车轮的轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种包括胎面带的用于车轮的轮胎，该胎面带包括具有第一弹性模量(ET)的第一弹性体材料并且包括形成在所述胎面带中的多个周向花纹沟，每个所述周向花纹沟都由两个被底部分开的横向壁部限定，至少一个所述花纹沟包括至少在所述花纹沟的底部中叠加至所述胎面带的内衬结构，所述内衬结构包括：叠加至胎面上并且具有第二弹性模量(E2)的至少一个径向内层、和接合至该内层并且具有小于第二弹性模量(E2)的第三弹性模量(E3)的至少一个外层。

Description

设置有显现改进的抗疲劳性的胎面带的用于车轮的轮胎
技术领域
本发明涉及一种用于车轮的轮胎，该轮胎设置有显现改进的抗疲劳性的胎面带。
具体地，本发明涉及用于重载或商用车轮的轮胎。
背景技术
用于在例如卡车、公共汽车、拖车和类似车辆的重载车辆上使用的用于车轮的轮胎通常包括：胎体结构，该胎体结构具有与相应的右侧和左侧胎圈结构关联的相反的横向边缘；带束结构，该带束结构被施加在相对于所述胎体结构的径向外部的位置；胎面带，该胎面带径向地叠加到所述带束结构上；一对胎侧，该一对胎侧被侧向地施加到相对于所述胎体结构的相反侧。
在设计用于重载车辆的轮胎中特别需要的是在牵引能力、载货能力、转向性能和操纵性能方面的最佳特性，也包括在易滑的路面上的这些性能的最佳特性。
众所周知，带束结构可对轮胎的性能(例如，在对于转向的迅速响应和方向稳定性方面)及其使用寿命、特别是对胎面带的磨耗速度和均匀性产生很重要的影响。事实上，不均匀的磨损有害地影响轮胎的驾驶性，导致车辆振动和不断地偏离其轨道。
此外，在轮胎中典型追求的特征是减小的和/或尽可能均匀的磨损，从而提升在所能运行的公里数(长寿命)、运行时的噪声和振动减小方面的轮胎性能。
通常，轮胎的胎面带包括跨过轮胎的赤道面的环形中央部分、和两个环形胎肩部分，这两个环形胎肩部分设置在相对于所述环形中央部分的轴向相反侧，并且由相应的周向花纹沟与所述环形中央部分分开。
胎面带还包括花纹沟和细缝样式的多个切口，该多个切口周向地和横向地设置以限定出胎面花纹，该胎面花纹由被切口相互分开的胎面花纹元件形成。术语“花纹沟”和“细缝”在这里使用的意思是形成在轮胎的胎面带中的凹槽和狭缝，细缝具有比花纹沟的宽度小的宽度。
这样被切口分开的胎面花纹元件包括用于在行驶期间接触路面的接触面和也限定切口的侧面；每个侧面与接触面的交会形成脊部，该脊部有利于轮胎与路面的接触，特别当路面是湿的时候。
在胎面花纹元件中，周向花纹沟限定有多个名为花纹条的周向元件，该周向元件可以由横向花纹沟或细缝分成花纹块。
在胎面带中，横向细缝借助于抓地前部提供在牵引能力和载货能力方面的辅助，该抓地前部正是由这些细缝限定在胎面带上的。另外，这些细缝在湿路面的情况下帮助除水。
相反地，典型地为较大尺寸的周向花纹沟改进了轮胎在转向性能和抗侧向推力方面的性能。另外，周向的和横向的花纹沟在运行于湿路面期间影响在轮胎的着地区域中的除水，从而减小滑水现象。
轮胎、尤其是商用车轮胎可能因胎面区域中的异常而停止服务中移除。异常可能是由横向穿过花纹条或花纹块的不均匀的应力分布引起的。
胎面花纹条或花纹块的中央部分受到比胎面花纹条或花纹块的边缘小的应力，实际上，边缘处的应力可能是中央部分处的应力的大致两倍。应力集中典型地导致在胎面花纹条或花纹块的边缘处的异常。
因胎面进入和离开着地区域而引起的周期性重复的张力和应力的产生能够导致在花纹沟底部上出现裂纹和撕裂部分、以及局部的温度升高和弹性体材料的疲劳现象。
另外要考虑的事实是直接接触道路的胎面带因轮胎的摩擦力而持续地磨损，而花纹沟底部的材料对于轮胎的整个寿命都保持在其原来的位置，从而允许裂纹和撕裂较易传播。
花纹沟底部上的这些撕裂部分能够扩散并且到达下面的带束结构，该带束结构变为不受覆盖，从而造成氧化和/或腐蚀现象，这是非常危险的，因为它们导致构成带束结构的钢帘线的断裂。
此外，需要避免局部的温度增加，因为它们涉及到在花纹沟底部处的弹性体材料的特性的退化，从而增加在这些区域中开始出现裂纹或撕裂的可能性。
轴向最外周向花纹沟在轴向方向上受到进一步的应力，从而导致花纹沟弯曲，使其壁部相互靠近和远离地移动，特别是当出现车辆因特别的操作而在便道上上下运行时。
一旦异常出现在花纹条或花纹块的边缘处，其就将传播至整个花纹条或花纹块；并且经常传播至相邻的花纹条或花纹块。因为周向花纹沟的底部所受到强烈的疲劳应力，所以异常的传播在轮胎滚动期间快速地发生。
一般而言，异常容易由驾驶者感觉到，特别是当他们位于转向轮胎上时，其形式为乘坐舒适性的丧失和车辆操纵性的降低。
但是，如果具有异常的轮胎是驱动轮胎或者该轮胎是位于拖车上的，那么驾驶者可能不会感受到任何的不舒适，但是他可能听到轮胎噪声的增加。在任一情况下，由于随后对车辆进行视觉检查，驾驶者将拆下该轮胎。
当考虑到轮胎中未承受异常的部分时，这可能发生在过早的阶段。
该问题对于基于弹性体材料的致力于增强抗磨损性的胎面带而言是特别严重的，因为这种弹性体材料是很硬的并且显现出对于花纹沟底部所经受的周期性的应力或在道路上遇到的障碍物的低抵抗性。
若干技术已经被用于克服前述的轮胎的过早退化。
美国专利US 6,213,181 B1公开了一种轮胎，该轮胎具有：一对胎圈；具有端部的胎体帘布层，每个端部都被锚定至相应的一个胎圈；至少一个带束层，该带束层围绕轮胎周向地延伸并且设置在胎体帘布层的径向外部；以及胎面带，该胎面带设置在该至少一个带束层的径向外部并且由第一胎面混合物形成。胎面带具有：多个胎面花纹条；至少一个花纹沟，该至少一个花纹沟设置在相邻的胎面花纹条之间；以及花纹沟壁部内衬，该花纹沟壁部内衬覆盖该至少一个花纹沟。花纹沟壁部内衬由不同于第一胎面复合物的第二胎面复合物形成。根据本说明书，形成花纹沟内衬的胎面复合物具有在百分之十(10％)单位伸长的情况下测量的弹性模量，该弹性模量是形成胎面部分的胎面复合物的弹性模量的40％到80％。
美国专利申请US 2006157177公开了一种裂纹抑制橡胶，该裂纹抑制橡胶的断裂伸长率优于胎冠橡胶的断裂伸长率，设置成增强在胎面的胎肩附近设置的周向窄花纹沟的花纹沟底部的附近。轮胎的裂纹抑制橡胶的断裂伸长率是通常形成胎面的胎面表面的橡胶的断裂伸长率的130％或更高。
发明内容
申请人注意到，使用叠加在胎面带上、具体的是在花纹沟上的内衬层在促进期望的优异的抵抗异常形成的方面是有利的。
但是，申请人还注意到，在已知的解决方案中，因其低模量(或高断裂伸长率)而被选定以叠加到构成胎面带的高模量(或低断裂伸长率)的弹性体材料上的内衬层应该承担轮胎、具体的是花纹沟底部所经受的形变。两种材料的模量(或断裂伸长率)相互差异越大，内衬层材料经受的应变循环就越严重。
结果，内衬层可以显现出过早老化，从而带来材料自身的刚性和脆性。内衬层也可以失去弹性并且在轮胎的短时间操作后开始出现缺陷、即裂纹和撕裂，从而失去内衬层自身的有益效果。
申请人已经测试了利用具有在现有技术中指示的参数比率(弹性模量或断裂伸长率)的弹性体合成物实现的一些材料样品，目的是对设置有由这种内衬材料制成的内衬层的轮胎样品在随后对这些样品执行的疲劳和户外测试中的表现进行评测。
具体地，以下示例性弹性体材料的样品被制备并且根据以下的测试和测量进行评测。
利用动态拉伸强度试验装置根据以下方法以牵引-压缩模式测量动态力学性能。
使具有圆柱形状(长度＝25mm、直径＝12mm)的、压缩预加载至相对于初始长度的20％纵向形变的、并且在整个测试期间都保持在预设温度(70℃)的上述交联弹性体合成物(在151℃硫化30min)的测试件经受动态正弦应变，该动态正弦应变具有相对于预加载下的长度的±7.5％的振幅、及100Hz的频率。动态力学性能在弹性模量(E’)和损耗正切(损耗因子)值的方面表示。损耗正切值计算为黏性模量(E”)与弹性模量(E’)之间的比率。表1中给出了获得的结果。
更具体地，表1中示出的是内衬层和胎面带的弹性模量(E’)与断裂伸长率的值的比率。
参照表1的伸长率值，这里，断裂伸长率意为在JIS标准硫化橡胶拉伸测试方法(K6251)中设定的断裂伸长率(％)。
用于在表1中给出的胎面带和内衬层的弹性体合成物被如下地制备(各种组分的量以phr给出)。
除硫、CTP、促进剂(CBS)以外的所有组分都在内部混合器(型号Pomini PL 1.6)中一起混合大约5min(第一步)。一旦温度达到140±5℃，就排出弹性体合成物。
硫、CTP、促进剂(CBS)与第一步的合成物随后在具有切向转子的类型的内部混合器(Banbury)(型号Pomini PL 1.6)中混合大约3min、一直到120±5℃的温度为止，并且随后排出弹性体合成物(第二步)。
胎面带和内衬层合成物被如上地评测并且将结果总结在以下的表1中。
表1
Figure BDA0000070452720000061
然后，制造包括胎面带和叠加在整个轴向最外及外部周向花纹沟上的内衬结构的轮胎样本并且进行测试，该内衬结构由根据上述样品的弹性体合成物制成。
轮胎具有尺寸295/80R22.5。
上述轮胎在实验室机器(室内测试)上经受初步的疲劳测试，以在数天内引入正常驾驶多月的磨损和疲劳。就此目的，在8.5bar的充气压力下经受径向负载3550Kg(额定负载)的轮胎在鼓上以恒定的速度(90Km/h)旋转100h。
在前述的初步测试之后，每个轮胎都被安装到一个重载车轮上并且随后经受户外测试，该户外测试包括接连地爬升和下降15cm高的台阶50次。
对每个轮胎重复三次测试并且在测试的最后，对可能发生在花纹沟上的裂纹出现进行视觉评测，表2中给出了结果。
表2
  轮胎   裂纹数目
  第一次测试   16
  第二次测试   15
  第三次测试   18
所执行的测试显示在包括内衬层的轮胎中出现异常，该内衬层因其低模量(或高断裂伸长率)而被选定以叠加到构成胎面带的高模量(或低断裂伸长率)的弹性体材料上。
申请人已经发现，为了改进花纹沟的抵抗性、具体的是为了避免在花纹沟底部处过早产生缺陷和异常，可以在胎面带上叠加内衬结构，所述内衬结构包括至少两个径向重叠层，所述重叠层具有在径向远离胎面带的方向上的逐渐减小的弹性模量。这样，重叠层的弹性模量的径向逐步减小、即从胎面带的较高弹性模量直到径向更外层的最低弹性模量，允许应力和应变在形成整个胎面带和内衬结构的弹性体材料内的较好的分布及其相应地较好的释放。
为了解决上述问题，申请人已经设计出包括胎面带的用于车轮的轮胎，该胎面带包括具有第一弹性模量的第一弹性体材料并且包括形成在所述胎面中的多个周向花纹沟，至少一个所述花纹沟包括至少在花纹沟底部中叠加在胎面带上的内衬结构。
所述内衬结构包括：至少一个径向内层，该至少一个径向内层具有小于第一弹性模量的第二弹性模量；和至少一个径向外层，该至少一个径向外层具有小于第二弹性模量的第三弹性模量。
根据第一方面，本发明涉及一种包括胎面带的用于车轮的轮胎，该胎面带包括具有第一弹性模量(ET)的第一弹性材料并且包括形成在所述胎面带中的多个周向花纹沟，每个所述周向花纹沟由两个被底部分开的横向壁部限定，至少一个所述花纹沟包括至少在花纹沟底部中叠加至胎面带上的内衬结构，其中，所述内衬结构包括：至少一个径向内层，该至少一个径向内层叠加至胎面上并且具有第二弹性模量(E2)；和至少一个径向外层，该至少一个径向外层接合至该内层并且具有小于第二弹性模量(E2)的第三弹性模量(E3)。
优选地，内衬结构的内层的第二弹性模量(E2)与胎面带的第一弹性模量(ET)的比率(E2/ET)大于0.1且小于1，而外层的第三弹性模量(E3)与内衬结构的内层的模量的比率(E3/E2)大于0.1且小于1。
虽然本发明的轮胎特别适于诸如卡车、公共汽车之类的重载车辆的转向轮，但是也能够方便地使用在这些车辆和拖车的驱动轮上。
典型地，轮胎还包括：
-胎体结构，该胎体结构具有与相应的右侧和左侧胎圈结构关联的相反的横向边缘；
-一对胎侧，该一对胎侧被横向地施加到相对于所述胎体结构的相反侧上。
胎面带可以包括通过交联第一可交联弹性体合成物获得的第一交联弹性体材料，该第一交联弹性体材料包括：
(a)至少一个二烯弹形体聚合物；
(b)至少一个第一增强填充物。
内衬结构的层可以包括通过交联第二可交联弹性体合成物获得的第二交联弹性体材料，该第二交联弹性体材料包括：
(a)至少一个二烯弹性体聚合物；
(c)至少一个第二增强填充物。
对于本说明书和之后的权利要求书的目的来说，术语“phr”(“每百份橡胶的份数”的首字母缩写)意为每100份重量的弹性体聚合物中可交联弹性体合成物的给定组分的重量份数。
另外，在本说明书和之后的权利要求书中，术语“轴向的”和“轴向地”用于表示大致垂直于轮胎的赤道面的方向，即，大致平行于轮胎的旋转轴线的方向。术语“径向的”和“径向地”则表示大致垂直于轮胎的旋转轴线的方向并且属于穿过该旋转轴线的平面。
此外，术语“周向的”和“周向地”用于表示大致平行于轮胎的赤道面并且沿轮胎的环状延伸部的方向。
另外，词语轮胎的“着地区域”意为胎面带的周表面与道路表面接触的部分。
此外，对于本发明的目的来说，弹性体合成物的“弹性模量”是利用一件弹性体合成物(在151℃硫化30min)进行测量的：该弹性体合成物具有圆柱形状(长度＝25mm、直径＝12mm)、被压缩预加载至相对于初始长度的20％纵向形变、并且被保持在70℃的预设温度。对于整个测试期间，该件样品被保持在以上的温度并且经受动态正弦应变，该动态正弦应变具有相对于预加载下的长度的±7.5％的振幅、及100Hz的频率。
在上述方面的至少一个方面中，本发明能够具有至少一个以下优选的特征。
有利地，在本发明的一个实施方式中，内衬结构在轮胎的轴向最外周向花纹沟中叠加至胎面带的第一交联弹性体材料(该轮胎设置在安装到重载车辆上的车轮的外侧)，从而保护所述周向花纹沟、特别是带束结构的轴向外边缘的附近免受边缘效应，该轴向外边缘通常受到特别严重的应力。
在本发明的一个实施方式中，内衬结构在轮胎的每个周向花纹沟中叠加至胎面带的第一交联弹性体材料。
在本发明的一个实施方式中，内衬结构在胎面带的全部表面上叠加至胎面带的第一交联弹性体材料，以提供完全的保护。
在另一个优选的实施方式中，内衬结构对于胎面带的全部表面叠加至胎面带的第一交联弹性体材料，并且第三弹性体材料的至少一个外层只叠加在花纹沟上。
在本发明的一个实施方式中，内衬结构在底部并且至少部分地在花纹沟的横向壁部上叠加至胎面带的第一交联弹性体材料。
在本发明的一个实施方式中，内衬结构在全部花纹沟上叠加至胎面带的第一交联弹性体材料，从而加衬花纹沟的底部和其横向壁部直到花纹沟的极点为止。
在本发明的一个实施方式中，内衬结构可以具有大于1mm，优选地大于2mm的厚度。
在本发明的一个实施方式中，内衬结构的厚度可以小于10mm，优选地小于6mm。
在本发明的一个实施方式中，设置在内衬结构中的内层或外层中的每一个的厚度都可以大于0.5mm，优选地大于1mm。
在本发明的一个实施方式中，设置在内衬结构中的内层或外层中的每一个的厚度都可以小于5mm，优选地小于3mm。
典型地，胎面带包括对称地设置在赤道面的相反侧上的至少两个周向花纹沟。
周向花纹沟的数目可以大于二，优选地从三到六。
通常，当周向花纹沟的数目是奇数时，其中之一设置在轮胎的赤道面上，其它的设置在轴向相反侧；当花纹沟的数目是偶数时，它们对称地设置在赤道面的相反侧。
本发明能够应用至所谓的“高速公路”轮胎或长距离轮胎或所谓的“地区”轮胎。
根据一个优选的实施方式，二烯弹性体聚合物(a)可以从那些通常使用在特别适用于生产轮胎的硫-可交联弹性体合成物中选取，也就是说，从具有通常低于20℃、优选地在0℃到-110℃之间的玻璃化转变温度(Tg)的带有不饱和链的弹性体聚合物或共聚物中选取。这些聚合物或共聚物可以是天然来源的或者可以通过一个或更多个共轭双烯的溶液聚合、乳液聚合或者气相聚合获得，可选地，该一个或更多个共轭双烯与从单乙烯基芳烃和/或极性共聚单体中选取的重量比不超过60％的至少一个共聚单体进行混合。
共轭双烯通常包含4到12个、优选地4到8个碳原子，并且例如可以从包括以下的组中选取：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。特别优选的是1，3-丁二烯或异戊二烯。
可选地用作共聚单体的单乙烯基芳烃通常包含8到20个、优选地8到12个碳原子，并且例如可以从以下选取：苯乙烯；1-乙烯基萘；2-乙烯基萘；苯乙烯的各种烷基、环烷基、芳基、烷芳基或芳烷基衍生物，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-苯甲基苯乙烯、4-对甲苯基苯乙烯、4-(4-苯丁基)苯乙烯、或其混合物。特别优选的是苯乙烯。
可选地使用的极性共聚单体例如可以从以下选取：乙烯吡啶、乙烯喹啉、丙烯酸酯和烷基丙烯酸酯、腈、或其混合物，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、或其混合物。
优选地，二烯弹性聚合物(a)可以例如从以下选取：顺式-1，4-聚异戊二烯(天然或合成的、优选的是天然橡胶)、3，4-聚异戊二烯、聚丁二烯(特别是具有高1，4-顺式含量的聚丁二烯)、可选的卤代异戊二烯/异丁烯共聚物、1，3-丁二烯/丙烯腈共聚物、苯乙烯/1，3-丁二烯共聚物、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、或其混合物。
根据一个优选的实施方式，所述第一和/或第二可交联弹性体合成物包括相对于至少一个二烯弹性体聚合物的全部重量的至少10％重量的、优选地从20％重量到100％重量的天然橡胶。
根据一个优选的实施方式，胎面带的所述第一可交联弹性体材料或者内衬结构的径向内层的所述第二弹性体材料包括顺式-1，4-聚异戊二烯(NR)和聚丁二烯(BR)的混合物。
根据一个优选的实施方式，内衬结构的径向内层的所述弹性体材料中的NR和BR的量值的比率大于胎面带的所述弹性体中的NR和BR的量值之间的比率。
根据一个优选的实施方式，在内衬结构的径向外层的可交联弹性体合成物中使用的所述至少一个二烯弹性体聚合物(a)是顺式-1，4-聚异戊二烯(NR)。
上述可交联弹性体合成物可选地包括至少一个具有烯烃共聚单体或其衍生物的一个或更多个单烯烃的弹性体聚合物(a’)。单烯烃可以从以下选取：乙烯及一般包含3至12个碳原子的α-烯烃，例如，丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、或其混合物。以下是优选的：乙烯与α-烯烃间的共聚物，可选地具有二烯；异丁烯同聚物或其与少量的二烯的共聚物，其可选地至少部分地卤化。可选的二烯通常包含4到20个碳原子并且优选地从以下选取：1，3-丁二烯、异戊二烯、1，4-己二烯、1，4-环己二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、乙烯基降冰片烯、或其混合物。其中，以下是特别优选的：乙烯/丙烯共聚物(EPR)或乙烯/丙烯/二烯共聚物(EPDM)；聚异丁烯；丁基橡胶；卤化丁基橡胶、特别是氯化或溴化丁基橡胶；或其混合物。
也可以使用与适当的终止剂或偶联剂反应而官能化的二烯弹性体聚合物(a)、或(a’)。具体地，通过在有机金属引发剂(特别是有机锂引发剂)的情况下的阴离子聚合获得的二烯弹性体聚合物可以通过从引发剂中衍生的残留有机金属团与适当的终止剂或偶联剂的反应而官能化，该适当的终止剂或偶联剂例如是：亚胺、碳二亚胺、烷基锡卤化物、取代苯甲酮类、烷氧基硅烷或芳基硅烷(参见例如欧洲专利EP451,604或美国专利US 4,742,124和US 4,550,142)。
根据一个优选的实施方式，硫或其衍生物(c)可以例如从以下物质中选取：
-可溶性硫(结晶硫)；
-不溶性硫(聚合硫)；
-分散在油中的硫(例如，已知的来自Flexsys的商标名称
Figure BDA0000070452720000121
OT33中的33％硫)；
-硫给体，例如：二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)、二硫化四苯基秋兰姆(TBzTD)、二硫化四乙基秋兰姆(TETD)、二硫化四丁基秋兰姆(TBTD)、二硫化二甲基二苯基秋兰姆(MPTD)、四硫化或六硫化五亚甲基秋兰姆(DPTT)、二硫化吗琳代苯并噻唑(MBSS)、N-氧联二亚乙基硫代氨基甲酰-N’-氧联二亚乙基次磺酰胺(OTOS)、二硫基二吗啉(DTM或DTDM)、二硫化己内酰胺(CLD)；
或其混合物。
至少一个第一增强填充物(b)可以有利地添加到专用于实现胎面带的可交联弹性体合成物中，其量通常小于大约120phr，优选地从大约20phr到大约90phr。
至少一个第二增强填充物(c)可以有利地添加到专用于实现外层的可交联弹性体合成物中，其量从0到大约90phr，优选地从大约10phr到大约60phr。
第一和第二增强填充物可以从那些通常用于交联制造产品、特别是用于轮胎的物质中选取，例如，炭黑、二氧化硅、氧化铝、铝硅酸盐、碳酸钙、高岭土、或其混合物。
对于第一和第二增强填充物来说，特别优选的是炭黑与二氧化硅的混合物。
根据一个优选的实施方式，内衬结构的弹性体合成物包括二氧化硅和炭黑的混合物，二氧化硅与炭黑的量的比率从径向内层开始向径向外层增加。
根据一个优选的实施方式，所述比率对于径向内层至少是1∶4，而对于径向外层至少是1∶1.5。
根据本发明可以有利地使用的炭黑的类型可以从传统地在轮胎生产中使用的那些炭黑中选取，其通常具有不小于20m2/g的表面积(根据ISO 18852：2005-统计厚度表面积-STSA测定)。
根据本发明可以有利地使用的二氧化硅通常是火成二氧化硅，或者优选的是沉淀二氧化硅，其具有从50m2/g到500m2/g、优选地从70m2/g到200m2/g的BET表面积(根据ISO标准5794/1测量)。
当具有包括二氧化硅的增强填充物呈现时，可交联弹性体合成物可以有利地结合偶联剂，该偶联剂能够在硫化期间与二氧化硅相互作用并且能够将二氧化硅联接至二烯弹性体聚合物。
优选使用的偶联剂是那些基于硅烷的，其可以例如通过以下的结构式(I)确定：
(R)3Si-CnH2n-X(I)，
其中，可以相同或不相同的官能团R从烷基、烷氧基或芳氧基官能团或者从卤素原子中选取，条件是至少一个官能团R是烷氧基或芳氧基官能团；n是介于1与6之间的整数并且包括1和6；X是从以下选取的官能团：亚硝基、巯基、氨基、环氧化物、乙烯基、亚胺、氯、-(S)mCnH2n-Si-(R)3，其中m和n是介于1与6之间的整数并且包括1和6，而官能团R是如上定义的。
在偶联剂中，特别优选地是双(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)四硫化物。所述偶联剂可以这样使用或者以与惰性填充物(例如炭黑)的适当混合物使用，以促进其结合到可交联弹性体合成物内。
以上公开的可交联弹性体合成物可以根据已知的技术进行硫化。就这点而言，在可交联弹性体合成物中，在一个或更多个热机械加工之后，硫或其衍生物与硫化催化剂或促进剂结合到一起。在最后的加工步骤中，通常将温度保持低于120℃并且优选地低于100℃，从而避免任一不必要的预交联现象。
特别有效的催化剂是：锌化合物，特别是ZnO、ZnCO3、包含8到18个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸锌盐，例如硬脂酸锌，其优选地从ZnO和脂肪酸在弹性体合成物中原位地形成；还有BiO；PbO；Pb3O4；PbO2；或其混合物。
普遍使用的促进剂可以从以下选取：二硫代氨基甲酸酯、胍、硫脲、噻唑类、亚磺酰胺、秋兰姆类、胺类、黄酸盐类、或其混合物。
所述可交联弹性体合成物可以包括基于合成物所期望用于的特定应用而选取的其它常用的添加剂。例如，以下可以被添加至所述可交联弹性体合成物：抗氧化剂、抗老化剂、塑化剂、粘合剂、抗臭氧剂、改性树脂、纤维(例如浆)、或其混合物。
特别地，为了进一步提高加工性的目的，可以将通常从矿物油、植物油、合成油、或其混合物中选取的塑化剂，例如芳香油、环烷油、邻苯二甲酸盐、豆油、或其混合物添加到所述可交联弹性体合成物中。塑化剂的量通常在0phr到70phr之间，优选地在5phr到30phr之间。
以上公开的可交联弹性体合成物可以根据本领域的现有技术将二烯弹性体聚合物、附着促进添加剂、硫或其衍生物与增强填充物和可选呈现的其它添加剂混合到一起而形成。该混合可以例如利用开口轧机型的开口混合器、或者具有切向转子(Banbury)或互锁转子(Intermix)型的内混合器、或者Ko-Kneader型(Buss)的连续混合器、或者共旋转或反向旋转双桨型混合器进行。
附图说明
从下文中参照附图对根据本发明的轮胎的一些优选的实施方式的详细描述中，本发明的其它的特征和优点将变得更明显。附图中：
-图1是根据本发明的轮胎的断面图；
-图2是根据本发明的轮胎的一个实施方式的具体的胎面带的断面图。
具体实施方式
在本说明书的进展和随后的权利要求书中，词语“重载车辆”应该理解为指代的车辆属于在“车辆构造的统一决议(ConsolidateResolution of the Construction of Vehicles(R.E.3)(1997)”，附件7，页52-59、“动力车辆和拖车的分类和定义(Classification and Definition ofPower-Driven Vehicles and Trailers)”中所限定的类别M2-M3、N2-N3和02-04，比如货车、卡车、牵引车、公共汽车、面包车、拖车和该种类型的其它车辆。
为了简单，图1仅示出了轮胎的一部分，剩余的未示出部分是相同的，并且相对于轮胎的赤道面(x-x)对称设置。
轮胎(100)包括：至少一个胎体结构，该胎体结构包括至少一个胎体帘布层(101)，胎体帘布层(101)具有与相应的右侧和左侧胎圈结构(116)关联的两个相反的横向边缘；胎面带(106)，该胎面带(106)被施加在相对于所述胎体帘布层(101)的径向外部的位置，并且包括形成在所述胎面中的多个周向花纹沟(107)，每个所述周向花纹沟都由两个被底部(107b)分开的横向壁部(107a)限定；一对胎侧(103)，该一对胎侧(103)被横向地施加到相对于所述胎体帘布层(101)的相反侧。
胎面带(111)还可以包括呈花纹沟或细缝形式的多个切口，切口被周向地和/或横向地设置以限定出胎面花纹，该胎面花纹由被切口相互分开的胎面花纹元件形成。
每个胎圈结构(116)都包括至少一个胎圈芯(113)和至少一个胎圈填充物(112)。这里，如图1所示，通过围绕胎圈芯(113)折转胎体帘布层(101)的相反的横向边缘以形成所谓的胎体反包部(117)，而获得胎体帘布层(101)与胎圈芯(113)之间的关联。
胎体帘布层(101)一般包括设置成相互平行并且至少部分地涂覆一层交联弹性体材料的多个增强元件。这些增强元件通常由捻搓到一起的钢丝制成，这些钢丝涂覆有金属合金(例如，铜/锌、锌/锰、锌/钼/钴合金等)。
胎体帘布层(101)通常是子午线型的，即，其结合有基本依据径向平面的增强元件。胎圈芯(113)被包封在胎圈结构(116)中，沿轮胎(100)的内周向边缘被限定，轮胎利用该内周向边缘接合到形成车轮的一部分的轮辋(118)上。由每个胎体反包部(117)限定的空间包含胎圈填充物(112)，该胎圈填充物(112)通常由交联弹性体材料制成并且径向地叠加至胎圈芯(113)。
在无内胎轮胎的情况下，在相对于胎体帘布层(101)的内部位置也设有通常称为内衬的橡胶层(102)，该橡胶层(102)提供了对于轮胎的充气空气的必要的气密性。
抗磨条(114)通常放置在相对于胎体反包部(117)的轴向外部的位置。
称为“钢丝圈包布”或胎圈包布的增强层(115)通常与胎圈芯(113)和胎圈填充物(112)关联以至少部分地接触它们。
沿胎体帘布层(101)的周向施加带束结构(105)。
带束结构(105)一般包括多个带束层，该多个带束层是径向叠加的并且结合有多个增强元件，典型的是金属帘线，所述增强元件在每个层内是相互平行的并且相对于相邻层是相交的，相对于轮胎的赤道面(x-x)是倾斜的，并且涂覆有交联弹性体材料且借助于该交联弹性体材料接合到一起(在图中未示出)。
带束结构(105)还可以包括至少一个层，该层包括大致依据周向方向设置的帘线。在一个优选的实施方式中，带束结构(105)包括两个条，这两个条包括依据周向方向设置的并且位于带束结构(105)的径向外部部分的帘线。
插入件(104)进一步设置在加强区域、即胎面带(106)的横向边缘连接至胎侧(103)的区域中。通常，插入件(104)插入到胎体帘布层(101)、带束结构(105)、胎面带(106)与胎侧(103)之间。
根据图1的优选实施方式，内衬结构叠加在周向花纹沟(107)上，从而覆盖花纹沟的横向壁部(107a)和底部(107b)直到边缘为止。
内衬结构包括叠加在胎面带(106)上的至少一个径向内层(110)、和叠加在该至少一个径向内层(110)上的至少一个外层(108)。
用于增强石钻(stone drilling)的呈突起形式的排石器(109)能够大致设置在中央花纹沟底部(107b)的至少中部，并且优选地能够利用径向外层(108)获得。
在本发明的一个实施方式中，内衬结构在花纹沟的底部和至少部分地在横向壁部上叠加至胎面带。
在一些优选的实施方式(未示出)中，所述内衬结构只在花纹沟底部(107b)叠加至轮胎的胎面带，并且至少设置在相对于安装在重载车辆上的车轮的外部的轮胎的轴向最外周向花纹沟中，以保护所述花纹沟免于特别是在带束结构的轴向外部边缘附近的边缘效应，该轴向外部边缘通常经受特别严重的应力。
根据图2，所述至少一个径向内层(110)叠加在胎面带(111)的全部滚动表面(106)上，而外层(108)仅叠加在花纹沟上。
内衬结构和包括在其中的每个层都可以具有基本恒定的厚度或可变的厚度。
在可变厚度的情况下，优选地，内衬结构或其每个层在花纹沟底部处较厚并且朝花纹沟的边缘逐渐变小。
下面借助于适于用作重载轮胎的内衬结构的可交联弹性体合成物的制备示例进一步示出本发明，该示例仅出于指示的目的被给出而非限制本发明。
根据以下的测试和测量评测以下示例的样品。
利用动态拉伸强度试验装置根据以下方法以牵引-压缩模式测量动态力学性能。
使具有圆柱形状(长度＝25mm、直径＝12mm)的、压缩预加载至相对于初始长度的20％纵向形变的、并且在整个测试期间都保持在预设温度(70℃)的上述交联弹性体合成物(在151℃硫化30min)的测试件经受动态正弦应变，该动态正弦应变具有相对于预加载下的长度的±7.5％的振幅、及100Hz的频率。动态力学性能在动态弹性模量(E’)和损耗正切(损耗因子)值的方面表示。损耗正切值计算为黏性模量(E”)与弹性模量(E’)之间的比率。表3中给出了获得的结果。
表3中示出的是本发明的内层与胎面带的弹性模量(E’)的比率以及外层与内层的弹性模量(E’)的值的比率。
胎面带、内层和外层的弹性体合成物的制备
表3中的用于胎面带以及用于内层和外层的弹性体合成物被如下制备(各种组分的量以phr给出)。
除硫、CTP、促进剂(CBS)以外的所有组分都在内部混合器(型号Pomini PL 1.6)中一起混合大约5min(第一步)。一旦温度达到140±5℃，就排出弹性体合成物。
硫、CTP、促进剂(CBS)与第一步的合成物随后在具有切向转子的类型的内部混合器(Banbury)(型号Pomini PL 1.6)中混合大约3min、一直到120±5℃的温度为止并且随后排出弹性体合成物(第二步)。
胎面带和内衬层的两个样品被如上述地评测，并且将结果总结在以下的表3中。
示例
表3
Figure BDA0000070452720000191
NR：天然橡胶；
BR：高顺式-1，4-聚丁二烯(Neocis BR40-PolimeriEuropa)；
硬脂酸：STEARINA N(SOGIS)；
氧化锌(绿色印章)(Zincol ossidi)；
Figure BDA0000070452720000193
包括50％重量的炭黑和50％重量的双-(3-三乙氧基丙硅基)四硫化物的硅烷偶联剂(EVONIK-Degussa)；
蜡：微晶蜡合成物(
Figure BDA0000070452720000194
654-Lanxess)；
炭黑：(OAN值接近125而COAN接近100；利用ASTM D2414测量OAN/COAN)；
Ultrasil
Figure BDA0000070452720000201
二氧化硅(EVONIK-Degussa)；
TMQ：聚合的2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉(
Figure BDA0000070452720000202
4020-Bayer)；
6-PPD：对苯二胺(
Figure BDA0000070452720000203
13-Monsanto)；
可溶性硫：(Flexsys)；
CTP：环己基硫代邻苯二甲酰亚胺(G-Bayer)；
CBS(促进剂)：N-环己基-2-苯噻唑次磺酰胺(
Figure BDA0000070452720000205
CZ-Bayer)。

Claims (31)

1.用于车轮的轮胎，所述轮胎包括胎面带，所述胎面带包括具有第一弹性模量（ET）的第一弹性体材料，并且包括形成在所述胎面带中的多个周向花纹沟，每个所述周向花纹沟都由两个被底部分开的横向壁部限定，至少一个所述花纹沟包括至少在所述花纹沟的底部中叠加至所述胎面带的内衬结构，所述内衬结构包括：叠加至所述胎面上并且具有第二弹性模量（E2）的至少一个径向内层、和接合至所述内层并且具有小于所述第二弹性模量（E2）的第三弹性模量（E3）的至少一个外层。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述内衬结构的所述内层的所述第二弹性模量（E2）与所述胎面带的所述第一弹性模量（ET）之间的比率（E2/ET）大于0.1且小于1，并且所述外层的所述第三弹性模量（E3）与所述内衬结构的所述内层的所述模量之间的比率（E3/E2）大于0.1且小于1。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，所述轮胎包括：
-胎体结构，所述胎体结构具有与相应的右侧和左侧胎圈结构关联的相反的横向边缘；
-一对胎侧，所述一对胎侧被横向地施加至相对于所述胎体结构的相反侧上。
4.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述第一弹性体材料包括：
（a）至少一个二烯弹性体聚合物；
（b）至少一个第一增强填充物。
5.根据权利要求4所述的轮胎，其中，所述内衬结构包括第二弹性体材料，所述第二弹性体材料包括：
（a）至少一个二烯弹性体聚合物；
（c）至少一个第二增强填充物。
6.根据权利要求5所述的轮胎，其中，所述第一或第二弹性体材料的所述至少一个二烯弹性体聚合物（a）是从以下选取的：具有通常低于20℃的玻璃化转变温度（Tg）的带有不饱和链的二烯弹性体聚合物或共聚物、或者一个或更多个共轭双烯弹性体。
7.根据权利要求6所述的轮胎，其中，所述至少一个第一弹性体材料和/或所述内衬结构的所述径向内层的至少所述第二弹性体材料包括顺式-1,4-聚异戊二烯（NR）和聚丁二烯（BR）的混合物。
8.根据权利要求7所述的轮胎，其中，在所述内衬结构的所述径向内层的所述第二弹性体材料中的顺式-1,4-聚异戊二烯（NR）和聚丁二烯（BR）的量值之间的比率大于在所述胎面带的所述第一弹性体材料中的顺式-1,4-聚异戊二烯（NR）和聚丁二烯（BR）的量值之间的比率。
9.根据权利要求6所述的轮胎，其中，所述内衬结构的所述径向外层的所述至少一个二烯弹性体聚合物（a）是顺式-1,4-聚异戊二烯（NR）。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的轮胎，其中，所述至少一个第一增强填充物（b）以小于120phr的量添加到第一可交联弹性体合成物中。
11.根据权利要求10所述的轮胎，其中，所述至少一个第一增强填充物（b）以从20phr到90phr的量添加到所述第一可交联弹性体合成物中。
12.根据权利要求5至9中任一项所述的轮胎，其中，所述至少一个第二增强填充物（c）以从0到90phr的量添加到第二可交联弹性体合成物中。
13.根据权利要求12所述的轮胎，其中，所述至少一个第二增强填充物（c）以从10phr到60phr的量添加到所述第二可交联弹性体合成物中。
14.根据前述权利要求5至9中任一项所述的轮胎，其中，所述第一或第二增强填充物从以下选取：炭黑、二氧化硅、氧化铝、铝硅酸盐、碳酸钙、高岭土、或它们的混合物。
15.根据权利要求14所述的轮胎，其中，所述第二增强填充物包括炭黑与二氧化硅的混合物。
16.根据权利要求15所述的轮胎，其中，所述内衬结构的第二弹性体合成物包括二氧化硅和炭黑的混合物，二氧化硅与炭黑的量之间的比率从所述径向内层开始向所述径向外层增加。
17.根据权利要求16所述的轮胎，其中，所述二氧化硅与炭黑的量之间的比率对于所述径向内层至少是1:4。
18.根据权利要求16所述的轮胎，其中，所述二氧化硅与炭黑的量之间的比率对于所述径向外层至少是1:1.5。
19.根据权利要求5至9中任一项所述的轮胎，其中，所述第二弹性体材料的所述内衬结构在所述轮胎的轴向最外周向花纹沟中叠加至所述胎面带的第一交联弹性体材料。
20.根据权利要求5至9中任一项所述的轮胎，其中，所述第二弹性体材料的所述内衬结构在所述轮胎的每个所述周向花纹沟中叠加至所述胎面带的第一交联弹性体材料。
21.根据权利要求5至9中任一项所述的轮胎，其中，所述第二弹性体材料的所述内衬结构对于所述胎面带的全部表面叠加至所述胎面带的第一交联弹性体材料。
22.根据权利要求5至9中任一项所述的轮胎，其中，所述第二弹性体材料的所述内衬结构在所述花纹沟的所述底部和至少部分地在所述横向壁部上叠加至所述胎面带的第一交联弹性体材料。
23.根据权利要求22所述的轮胎，其中，所述第二弹性体材料的所述内衬结构在全部花纹沟上叠加至所述胎面带的所述第一交联弹性体材料，从而加衬所述花纹沟的所述底部和其横向壁部，直到所述花纹沟的边缘为止。
24.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述内衬结构具有大于1mm的厚度。
25.根据权利要求23所述的轮胎，其中，所述内衬结构具有大于2mm的厚度。
26.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述内衬结构具有小于10mm的厚度。
27.根据权利要求25所述的轮胎，其中，所述内衬结构具有小于6mm的厚度。
28.根据权利要求1所述的轮胎，其中，在所述内衬结构中设置的所述内层或外层的厚度大于0.5mm。
29.根据权利要求28所述的轮胎，其中，在所述内衬结构中设置的所述内层和/或外层的厚度大于1mm。
30.根据权利要求1所述的轮胎，其中，在所述内衬结构中设置的所述内层和/或外层的厚度小于5mm。
31.根据权利要求30所述的轮胎，其中，在所述内衬结构中设置的所述内层和/或外层的厚度小于3mm。
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