CN102458886B - 重载用充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

提供重载充气轮胎，在所述重载充气轮胎中，可以防止在当轮胎充气至适当气压时在从无负荷至高负荷期间与轮辋凸缘接触的橡胶部分中产生裂纹(包括从接合部产生的裂纹)，所述重载充气轮胎因此可以大大地改进耐久性。所述重载充气轮胎具有胎圈保护橡胶(8)，该胎圈保护橡胶(8)配置在至少与轮辋接触的各胎圈部(1)的区域，并构造为使得胎圈保护橡胶(8)由橡胶组合物形成，所述橡胶组合物包含：100质量份橡胶组分和大于50至小于60质量份炭黑，所述橡胶组分包括45-55质量份丁二烯类橡胶和45-55质量份天然橡胶，所述丁二烯类橡胶包含10-30质量份含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶，所述炭黑具有DBP为85-115mL/100g和N2SA为50-100m2/g。

Description

重载用充气轮胎
技术领域
本发明涉及用于卡车、公共汽车、工业车辆、建筑车辆和航空器等的重载用充气轮胎。
背景技术
迄今，已经以各种方式研究重载用充气子午线轮胎中胎圈部的结构，以满足轮胎所需的运动性能和耐久性能。此外，根据高速公路的发展和车辆的加速需要改进轮胎的高速性能，并越来越多地在设置于轮辋和胎圈之间的胎圈保护橡胶上施加大的力，因此日益需要具有更具耐久性的胎圈保护橡胶。
胎圈保护橡胶本来所需的性能包括对轮辋的耐磨耗性、对轮辋的耐滑动性、空气密封性、空气阻隔性、耐排气性和耐裂纹性等，而且由于它们之间存在具有自相矛盾关系的所需性能，因此，迄今已通过选择一种或多种能在相互妥协下适度发挥上述各性能的橡胶材料来构成胎圈保护橡胶。
然而，设置有上述胎圈保护橡胶的重载用充气轮胎涉及如下问题：在相对早期，在从未施加负荷至施加200％负荷期间与轮辋凸缘接触的部分上，它们易于发生对轮辋的磨损和裂纹等，此外，它们耐候性低，以致它们损害轮胎的视觉品质并降低了其耐久性。
接着，作为解决设有胎圈保护橡胶的重载用充气轮胎的上述问题的轮胎，已知例如其中胎圈保护橡胶由以下橡胶组合物而制备的充气轮胎，在所述橡胶组合物中，基于100重量份二烯类橡胶，配混0至100重量份炭黑和20至120重量份具有210至300m2/g氮吸附比表面积(N2SA)的二氧化硅，且炭黑和二氧化硅的总量为50至130份，并且在所述橡胶组合物中，以基于二氧化硅的重量为5至25重量％的量共混有机硅烷化合物，其中，意欲使用于确保运动性能的弹性模量的增加与胎趾部的耐断裂性和轮辋凸缘的耐磨耗性相容(例如，参见专利文献1)。
此外，在航空器用子午线轮胎中，存在其中第二加强橡胶(second stiffener rubber)在100％伸长率下的弹性模量增大至大于胎圈包布橡胶在100％伸长率下的弹性模量，以尽可能增强胎圈部抗弯刚度的轮胎。在上述情况中，由于第二加强橡胶过硬，因此第二加强橡胶在高发热性的运行条件下可能爆裂，而且第二加强橡胶在长期运行时可能剥离。已知如下航空器用子午线轮胎：其中考虑到上述问题，意欲通过将与胎圈包布橡胶不同种类的橡胶用于胎侧胶，并降低第二加强橡胶在100％伸长率下的弹性模量至低于胎圈包布橡胶在100％伸长率下的弹性模量，防止胎圈部的上述故障如对轮辋的磨损、爆裂和剥离(例如，参见专利文献2)。
然而，上述专利文献1和2中所述的重载用充气轮胎具有迄今未观察到的耐久性，但是近年来这种重载用充气轮胎仍不满足所需的性能，存在的现状是，期望开发如下重载充气轮胎，在该重载充气轮胎中，特别是在施加适合的气压的状态下，在从未施加负荷至施加200％负荷期间与轮辋凸缘接触的胎圈保护橡胶部分在对轮辋的耐磨耗性、耐裂纹性和耐候性方面进一步得到改进，并且该重载充气轮胎的耐久性进一步优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开平9-302149(权利要求书和实施例等)
专利文献2：日本专利申请特开平7-172118(权利要求书和实施例等)
发明内容
发明要解决的问题
根据关于上述常规技术的问题和存在的现状，本发明意欲解决它们，其目的是提供如下重载用充气轮胎，在所述重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶、特别是在施加适合的气压的状态下在从未施加负荷至施加200％负荷期间与轮辋凸缘接触的部分在对轮辋的耐磨耗性、耐裂纹性和耐候性方面很大程度地得到改进，并且在所述重载用充气轮胎中，进一步防止在从未施加负荷至施加负荷期间，在与轮辋凸缘接触的橡胶部分产生裂纹(包括从接合部开始的裂纹)，从而使得可以特别地改进耐久性。
用于解决问题的方案
本发明的发明人对上述常规问题重复地进行深入研究，结果发现在胎圈保护橡胶配置在胎圈部的至少与轮辋接触的部分的重载用充气轮胎中，将如下橡胶组合物用于胎圈保护橡胶中，所述橡胶组合物包含基于100质量份橡胶组分的特定量的具有特定物理性质的炭黑，所述橡胶组分由特定含量范围内的包含具有特定物理性质的聚丁二烯橡胶的丁二烯类橡胶和天然橡胶组成，由此获得满足上述目的的重载用充气轮胎，并发现将胎圈保护橡胶在从外表面部至内表面部的深度方向的任何点的断裂强度控制至特定值以上，由此获得满足上述目的的重载用充气轮胎。因此，完成了本发明。
即，本发明包括如下项(1)至(5)：
(1)一种重载用充气轮胎，在所述重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶配置在胎圈部的至少与轮辋接触的部分，其中胎圈保护橡胶使用如下橡胶组合物，所述橡胶组合物包含45至55质量份的丁二烯类橡胶和45至55质量份的天然橡胶作为橡胶组分，以及基于100质量份橡胶组分为大于50质量份至小于60质量份的炭黑，所述丁二烯类橡胶包含10至30质量份的含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶，所述炭黑具有邻苯二甲酸二丁酯吸收量(DBP)为85至115ml/100g，且具有氮吸附比表面积(N2SA)为50至100m2/g。
(2)根据上述项(1)所述的重载用充气轮胎，其中，所述胎圈保护橡胶在从外表面部至内表面部的深度方向的任何点的断裂强度为20MPa以上。
(3)根据上述项(1)或(2)所述的重载用充气轮胎，其中所述胎圈保护橡胶在100％伸长率下的模量M 100为2.5至5.5MPa。
(4)根据上述项(1)-(3)任一项所述的重载用充气轮胎，其中，用于所述胎圈保护橡胶的所述橡胶组合物包含基于100质量份橡胶组分为3至5质量份的氧化锌。
(5)根据上述项(1)-(4)任一项所述的重载用充气轮胎，其中，所述轮胎为航空器用子午线轮胎。
本发明(包括实施例和以下描述的其它部分)各自规定的“断裂强度”和“在100％伸长率下的模量M100”为根据JIS K6251：2004测量的值。
发明的效果
根据本发明，提供了如下重载用充气轮胎，在所述重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶、特别是在施加适合的气压的状态下在从未施加负荷至施加200％负荷期间与轮辋凸缘接触的部分在对轮辋的耐磨耗性、耐裂纹性和耐候性方面得到很大程度的改进，并且重载用充气轮胎进一步防止在从未施加负荷至施加负荷期间与轮辋凸缘接触的橡胶部分产生裂纹(包括从接合部开始的裂纹)，从而使得可以特别地改进耐久性。
附图说明
图1为示出本发明中实施方案的一个实例的重载用充气轮胎的部分截面图，其为在施加标准(regular)的气压的状态下在未施加负荷的标准轮辋中安装的重载用充气轮胎的胎圈部的部分截面图。
图2为示出本发明中实施方案的一个实例的重载用充气轮胎的部分截面图，其为在施加标准的气压的状态下在施加负荷(200％负荷)时的标准轮辋中安装的重载用充气轮胎的胎圈部的部分截面图。
附图标记说明
1、胎圈部
2、侧壁部
3、标准轮辋(Regular rim)
4、胎圈芯
5、胎体
6、胎圈基部
7、胎圈背面部
8、胎圈保护橡胶
具体实施方式
下面，将详细描述本发明的实施方案。
根据本发明的重载用充气轮胎为如下重载用充气轮胎，在所述重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶配置在胎圈部的至少与轮辋接触的部分，其中胎圈保护橡胶的橡胶组分使用如下橡胶组合物，所述橡胶组合物包含45至55质量份的丁二烯类橡胶和45至55质量份的天然橡胶作为橡胶组分，以及基于100质量份橡胶组分为大于50质量份至小于60质量份的炭黑，所述丁二烯类橡胶包含10至30质量份的含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶，所述炭黑具有邻苯二甲酸二丁酯吸收量(DBP)为85至115ml/100g且具有氮吸附比表面积(N2SA)为50至100m2/g。
从断裂强度、耐磨耗性和耐裂纹性的观点，本发明中的胎圈保护橡胶的橡胶组分由45至55质量份丁二烯类橡胶和45至55质量份的天然橡胶组成，所述丁二烯类橡胶包含10至30重量份含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶。
从断裂强度、耐裂纹性和适当的100％伸长率下的模量值的观点，所使用的丁二烯类橡胶包含10至30质量份含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶，且在橡胶组分中丁二烯类橡胶的含量为45至55质量份。
不特别限制可以使用的含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶，只要其是具有含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶即可，可以使用商购可得产品。除了上述产品以外，可以使用的丁二烯类橡胶包括例如，聚丁二烯橡胶和高顺式聚丁二烯橡胶。
可以使用的天然橡胶包括用于重载用充气轮胎的天然橡胶，例如可以使用RSS#1至#5。
如果所使用的含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶的含量小于10质量份，则断裂强度和在100％伸长率下的模量降低。另一方面，如果其超过30质量份，则提高在100％伸长率下的模量，但加工性降低，因此，二者是不优选的。
此外，如果丁二烯类橡胶含量低于45质量份，则耐磨耗性降低，另一方面，如果其超过55质量份，则断裂强度降低，因此，二者是不优选的。
此外，如果天然橡胶的含量低于45质量份，则断裂强度降低，另一方面，如果其超过55质量份，则耐磨耗性降低，因此二者是不优选的。
从耐磨耗性和耐裂纹性的观点，将邻苯二甲酸二丁酯吸收量(DBP)为85至115ml/100g且氮吸附比表面积(N2SA)为50至100m2/g的炭黑用作用于本发明胎圈保护橡胶用橡胶组合物的炭黑。
本发明规定的“邻苯二甲酸二丁酯吸收量(DBP)”和“氮吸附比表面积(N2SA)”根据AS TM D 1765-01规定。
可以具体使用的炭黑将不特别限制，只要其是满足上述DBP和N2SA的各范围的炭黑即可，例如可以使用N330和N335等的至少一种。
邻苯二甲酸二丁酯吸收量(DBP)小于85ml/100g的炭黑降低耐磨耗性，另一方面，DBP超过115ml/100g的炭黑劣化加工性、伸长特性和低发热性，因此二者是不优选的。
此外，氮吸附比表面积(N2SA)低于50m2/g的炭黑降低耐磨耗性，另一方面，N2SA超过100m2/g的炭黑降低其分散性并降低耐磨耗性，因此二者是不优选的。
在本发明中，具有上述特性的炭黑的含量基于100质量份橡胶组分为大于50至小于60质量份，优选52质量份以上至58质量份以下(52至58质量份)。
如果上述炭黑的含量为50质量份以下，则耐磨耗性降低，另一方面，如果其为60质量份以上，则低发热性劣化，因此，二者均是不优选的。
此外，从断裂强度、耐裂纹性和在100％伸长率下的模量的观点，在本发明胎圈保护橡胶用橡胶组合物中，优选包含基于100质量份橡胶组分为3至5质量份的氧化锌(锌白)。
如果氧化锌的含量低于3质量份，则耐裂纹性和断裂强度降低，另一方面，如果其超过5质量份，则在100％伸长率下的模量达不到合适值。
在本发明的胎圈保护橡胶用橡胶组合物中，除了橡胶组分和具有上述特性的炭黑和氧化锌以外，还可以适当地配混通常用于橡胶工业的橡胶用配混成分，例如除炭黑外的补强填料、硬脂酸、操作油和抗氧化剂等以及硫磺和硫化促进剂，只要不损害本发明的效果即可。
在胎圈保护橡胶配置在胎圈部的至少与轮辋接触的部分的重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶从外表面部至内表面部的深度方向的任何点的断裂强度优选为20MPa以上，更优选20至30MPa。
通过设定胎圈保护橡胶从外表面部至内表面部的深度方向的任何点的断裂强度为20MPa以上，可以进一步发挥作为本发明目的的效果。
通过适当组合各含量的具有上述特性的橡胶组分、具有上述特性的炭黑和氧化锌，以及除此以外还组合使用最佳的硫化条件，可以实现设定胎圈保护橡胶从外表面部至内表面部的深度方向的任何点的断裂强度为20MPa以上。
如果上述断裂强度小于20MPa，则胎圈保护橡胶的耐裂纹性降低。
此外，在胎圈保护橡胶配置在胎圈部的至少与轮辋接触的部分的重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶在100％伸长率下的模量M 100优选落入2.5至5.5MPa的范围内。
如果上述M 100小于2.5MPa，则在某种情况下胎圈保护橡胶的耐磨耗性降低，另一方面，如果M 100超过5.5MPa，则其耐裂纹性降低。
如上述情况，通过适当组合各含量的具有上述特性的橡胶组分、具有上述特性的炭黑和氧化锌，可以实现设定胎圈保护橡胶在100％伸长率下的模量M 100为2.5至5.5MPa的范围。
根据本发明的重载用充气轮胎可以根据常规方法，通过配置由在胎圈部的至少与轮辋接触的部分具有上述构成的橡胶组合物构成的胎圈保护橡胶和其它轮胎构件来制备。
图1和图2为显示本发明实施方案的一个实例的重载用充气轮胎的部分截面图，其中图1为在施加标准的气压的状态下在未施加负荷时标准轮辋中安装的重载用充气轮胎的胎圈部的部分截面图，图2为在施加标准的气压的状态下在施加负荷(200％负荷)时标准轮辋中安装的重载用充气轮胎的胎圈部的部分截面图。
如图1所示，具有上述形状的重载用子午线轮胎，设置有胎圈部1，所述胎圈部1与从胎面部(未示出)的两端沿轮胎的半径方向向内侧延伸的各侧壁部2的内端接合，并设置在标准轮辋3和胎体5上，所述胎体5设置在包埋于胎圈部1中的胎圈芯4周围从轮胎的内侧至其外侧折转变形，并且至少在轮胎通过胎圈部1安装在标准轮辋3中且施加标准的气压的状态下与标准轮辋3接触的部分(胎圈基部6，在胎圈背面部中甚至在没有施加负荷时也与轮辋凸缘10接触的部分A，和在从未施加负荷至施加标准负荷的200％负荷(图2)的期间与轮辋凸缘10接触的部分B)中，所述重载用子午线轮胎设置有本发明的胎圈保护橡胶8。
作为本发明主要构造的胎圈保护橡胶8，至少适当设置在与轮辋凸缘10和轮辋基部11接触的部分(胎圈基部6和胎圈背面部7与轮辋凸缘接触的部分)，其形状不特别限制。此外，胎圈芯4和胎体5示于图1和图2中，其构造不特别限制，并可以适当选择。而且，甚至在未施加负荷时与轮辋凸缘接触的胎圈背面部中的部分A和在从未施加负荷至施加标准负荷的200％负荷的期间与轮辋凸缘接触的胎圈背面部中的部分B的范围为本发明的一个实例。上述范围可以根据轮胎的形状等变化，且该变化落入本发明的范围内。
根据本发明的重载用充气轮胎用于卡车、公共汽车、工业车辆、建筑车辆和航空器等，并且其特别适合用作航空器用充气子午线轮胎。
在如上所述构造且胎圈保护橡胶设置在胎圈部的至少与轮辋接触的部分的根据本发明的重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶的橡胶组分包含45至55质量份丁二烯类橡胶和45至55质量份天然橡胶，所述丁二烯类橡胶包含10至30质量份含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶，将包含橡胶组分和基于100质量份上述橡胶组分为50至60质量份炭黑的橡胶组合物用于胎圈保护橡胶，所述炭黑具有邻苯二甲酸二丁酯吸收量(DBP)为85至115ml/100g且氮吸附比表面积(N2SA)为50至100m2/g，并且胎圈保护橡胶在从外表面部至内表面部深度方向的任何点的断裂强度优选控制在20MPa以上，由此获得如下重载用充气轮胎，在所述重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶、特别是胎圈保护橡胶在施加适当气压的状态下在从未施加负荷至施加200％负荷的期间与轮辋凸缘接触的部分在对轮辋的耐磨耗性、耐裂纹性和耐候性方面得到很大程度改进，且在所述重载用充气轮胎中，进一步防止在从未施加负荷至施加负荷的期间在与轮辋凸缘接触的橡胶部分上产生裂纹(包括从接合部开始的裂纹)，从而使得可以特别地改进耐久性。
特别地，在其中将2.5MPa以上的压力施加在从未施加负荷至施加200％负荷的期间与轮辋凸缘接触的部分上的高速和重载用的充气轮胎如飞机用子午线轮胎中，其是特别有用的重载用充气轮胎。
实施例
接下来，将参考实施例和比较例进一步详细地说明本发明，但本发明并不限于下列实施例。
实施例1-8和比较例1-8
制备根据下表1和表2所示配方的用于胎圈保护橡胶的橡胶组合物。
通过下面各方法，将所得到的各橡胶组合物用于测量断裂强度和在100％伸长率下的模量M100。
此外，将所得到的橡胶组合物设置在从轮胎与轮辋之间的接触部向在施加适当气压的状态下在从未施加负荷至施加200％负荷的期间与轮辋凸缘接触的部分延伸的部分(胎圈保护橡胶8)上，从而制备航空器用子午线轮胎(尺寸：50×20.0R22/32PR)。除了上述胎圈保护橡胶的结构以外，赋予航空器用子午线轮胎以与常规航空器用子午线轮胎的结构相同的结构。将上述航空器用子午线轮胎安装在标准轮辋中，然后通过下列方法进行“轮辋背面耐久性试验”。
断裂强度和在100％伸长率下的模量M100的测量方法：
将规格(gauge)为2mm的片在145℃下硫化30分钟，并冲压成JIS No.3哑铃形状以制备样品，将样品在室温下根据JIS K6251：2004进行拉伸试验，从而测量断裂强度和在100％伸长率下的模量的值，并通过指数来显示它们，其中将比较例1中获得的值设定为100。比较例1中的断裂强度为16.7MPa，M100为2.5MPa。其显示出指数的值越大，断裂强度和模量越高且越好。
轮辋背面耐久性试验：
在转鼓试验中，使轮胎在标准负荷的120％负荷下在64.5km/小时的速度下运行，以测量直到与轮辋接触的胎圈保护橡胶破裂所经过的时间。对于试验结果，在转鼓上运行时间的总值通过指数显示，其中比较例1的试验结果设定为100。该值越大，对轮辋的耐磨耗性和耐裂纹性越好。
表1
*1：BR01，由JSR corporation制造
*2：含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶(UBEPOL-VCR412，由Ube Industries，Ltd.制造)
*3：N330(DBP：102ml/100g，N2SA：78m2/g)
*3：N335(DBP：110ml/100g，N2SA：85m2/g)
*4：Nocceler NS，由Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.制造
*5：N-{1，3-二甲基丁基)-N′-苯基-对-苯二胺
表2
*1：BR01，由JSR corporation制造
*2：含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶(UBEPOL-VCR412，由Ube Industries，Ltd.制造)
*3：N234(DBP：125ml/100g，N2SA：119m2/g)，*3：N330(DBP：102ml/100g，N2SA：78m2/g)
*3：N550(DBP：121ml/100g，N2SA：40m2/g)
*4：Nocceler NS，由Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.制造
*5：N-{1，3-二甲基丁基)-N′-苯基-对-苯二胺
如表1和表2所示结果显而易见，已发现与落在本发明范围外的比较例1-8所制备的产品相比，落入本发明范围内的实施例1至8所制备的产品具有高的断裂强度和高的模量，且对轮辋的耐磨耗性和耐裂纹性优异。
观察比较例，在比较例1-8中组合使用各自落在本发明范围外的橡胶组分和炭黑；在比较例1中，使用40质量份(小于45质量份)包含含间同立构1，2-结构聚丁二烯橡胶的丁二烯类橡胶作为橡胶组分，天然橡胶的含量为60质量份(超过55质量份)，具有落入本发明范围内的特性的炭黑的含量为40质量份(小于50质量份)；在比较例2中，不包含含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶，天然橡胶的含量为40质量份(小于45质量份)；具有落入本发明范围内的特性的炭黑的含量为70质量份(超过60质量份)；在比较例3和4中，使用具有落在本发明范围外的特性的炭黑(N550和N234)；在比较例5中，具有落入本发明范围内的特性的炭黑的含量为45质量份(小于50质量份)；在比较例6中，使用40质量份(小于45质量份)的包含含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶的丁二烯类橡胶作为橡胶组分，且天然橡胶的含量为60质量份(超过55质量份)；在比较例7中，不含有含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶；在比较例8中，包含含间同立构1，2-结构的聚丁二烯橡胶的丁二烯类橡胶的含量为60质量份(60质量份以上)，天然橡胶的含量为40质量份(小于45质量份)。已发现，在上述情况下不能发挥本发明的效果(断裂强度和模量高，对轮辋的耐磨耗性和耐裂纹性优异)。
产业上的可利用性
根据本发明的重载用充气轮胎可以适用于卡车、公共汽车、工业车辆、建筑车辆和航空器等，并特别适用于航空器用充气子午线轮胎。

Claims (4)

1.一种重载用充气轮胎，在所述重载用充气轮胎中，胎圈保护橡胶配置在胎圈部的至少与轮辋接触的部分，其中所述胎圈保护橡胶使用如下橡胶组合物，所述橡胶组合物包含45至55质量份的丁二烯类橡胶和45至55质量份的天然橡胶作为橡胶组分，以及基于100质量份所述橡胶组分为大于50质量份至小于60质量份的炭黑，所述丁二烯类橡胶包含10至30质量份的含间同立构1,2-结构的聚丁二烯橡胶，所述炭黑具有邻苯二甲酸二丁酯吸收量(DBP)为85至115ml/100g且具有氮吸附比表面积(N2SA)为50至100m2/g，其中所述胎圈保护橡胶在100％伸长率下的模量M100为2.5至3.8MPa。
2.根据权利要求1所述的重载用充气轮胎，其中，所述胎圈保护橡胶在从外表面部至内表面部的深度方向的任何点的断裂强度为20MPa以上。
3.根据权利要求1所述的重载用充气轮胎，其中，用于所述胎圈保护橡胶的所述橡胶组分包含基于100质量份所述橡胶组分为3至5质量份的氧化锌。
4.根据权利要求1所述的重载用充气轮胎，其中，所述轮胎为航空器用子午线轮胎。
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