CN103158437A - 包含密封剂和防透气膜的层状复合材料的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含密封剂和防透气膜的层状复合材料的轮胎，所述防透气膜特别是非弹性膜。

Description

包含密封剂和防透气膜的层状复合材料的轮胎
技术领域
本发明涉及包含密封剂和防透气膜(特别是非弹性膜)的层状复合材料的轮胎。
背景技术
业已制备包含用于提升或减缓防透气性的内衬层的充气橡胶轮胎，还业已制备包括耐刺穿密封剂层的充气橡胶轮胎。
虽然历史上充气轮胎内衬层常包括防透气的弹性体，例如丁基橡胶和卤代丁基橡胶，人们有时仍会寻找用于充气轮胎内衬层的替代材料。
例如，曾有人提议充气橡胶轮胎包含作为轮胎内衬的防透气膜或薄层，以提升对充气轮胎腔中的空气有点渐进性地泄漏或渗透穿过和进入轮胎的各种橡胶成分的耐性。这类提议的膜可包括例如包含弹性体域的分散体的树脂例如热塑性树脂，或粒子。例如，参见美国专利第7,730,919、7,798,188、7,905,978、7,954,528、7,976,666和8,021,730号以及专利申请序列号第2008/0047646和2009/0038727号。
曾有人提议这类膜的其他候选物，指出所述其他候选物具有相对低的透空气性或透氧气性，所述其他候选物包括例如聚偏二氯乙烯、尼龙和聚酯。例如参见美国专利第5,040,583和4,928,741号。曾有人提议包含这类膜的复合材料，其包括例如夹在弹性组合物的两弹性层之间的至少一层非弹性材料的这类膜。
多种这类膜亦可适于提升对刺穿轮胎的物体的物理耐性程度。然而，通常来说，如果将这类膜置于轮胎的坚固、实心橡胶层上，则这类膜耐从轮胎外部通过其胎体推入的尖锐物(如钉子)的穿透而不致不必要地使膜破裂的能力将受到挑战。
在实践中，也曾有人提议包含密封剂层的充气橡胶轮胎以提升对刺穿轮胎的物体例如钉子的密封，以及提升密封剂对例如钉子的刺穿物留下的洞的填充，从而保持充气轮胎腔的表面完整度以及抵抗空气从轮胎到大气的泄漏。例如参见美国专利第6,962,181、6,840,295、6,837,287、4,895,610、4,228,839、4,171,237、4,140,167、3,048,509、2,877,819和1,239,291号。
曾有人提议包含一层或多层的复合材料的其他充气轮胎，所述层可提升耐刺穿密封(puncture sealant)和耐穿透性。例如，参见美国专利第6,159,613、6,148,885、6,011,093和6,840,295号、美国专利申请序列号第2011/0056604、2010/0294411、2010/0175804和2010/0263778号和PCT专利申请第WO2011/012699号。
本发明提议了提供具有复合材料的充气橡胶轮胎，所述复合材料包括耐刺穿密封剂层和保护性防透气膜的层状组合。以这种方式，可以预期，相对软的耐刺穿密封层可为所述保护性膜提供适当的背材以提升对由例如钉子的穿透物造成的破裂的抗性，且同时所述层状复合材料自身提升了充气轮胎的耐刺穿密封效果。
因此，本发明的任务是评估提供作为充气轮胎内衬的有益的密封剂和保护性膜的层状复合材料。
在本发明的说明书中，除非另外指出，否则术语“phr(每百份中的份数)”用于指每100份弹性体中某成分的重量份数。除非另外指出，否则术语“弹性体”和“橡胶”可互换使用。除非另外指出，否则术语“固化”和“硫化”可互换使用。
发明内容
第1项. 充气橡胶轮胎，其包含外部周向橡胶胎面、支持帘线增强的橡胶胎体和内衬，其中所述内衬包括密封剂和防透气膜层的层状复合材料；
其中所述内衬复合材料包括邻近所述橡胶胎体布置的内部密封剂层，其中所述密封剂层支持在其外部表面上的防透气膜层；
其中所述内部密封剂层包括：
(A) 有机过氧化物解聚丁基橡胶，或
(B) 聚氨酯，且
其中所述防透气膜包括含有弹性体域的分散体的热塑性材料；
其中所述热塑性材料包括尼龙；
其中所述弹性体包括丁基橡胶和可用硫固化的基于二烯的弹性体域中的至少一种。
第2项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述轮胎还在某种意义上提供一定程度的对刺穿轮胎的物体的耐刺穿性。
第3项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述内衬复合材料的所述内部密封剂层包括有机过氧化物解聚丁基橡胶。
第4项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述内衬复合材料的所述内部密封剂层包括聚氨酯。
第5项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述防透气膜包括含有丁基橡胶域的分散体的尼龙。
第6项. 根据第2项的充气轮胎，其中所述防透气膜包括含有丁基橡胶域的分散体的尼龙。
第7项. 根据第3项的充气轮胎，其中所述防透气膜包括含有丁基橡胶域的分散体的尼龙。
第8项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述防透气膜包括含有可用硫固化的基于二烯的弹性体域的分散体的尼龙。
第9项. 根据第2项的充气轮胎，其中所述防透气膜包括包含可用硫固化的基于二烯的弹性体域的分散体的尼龙。
第10项. 根据第3项的充气轮胎，其中所述防透气膜包括包含可用硫固化的基于二烯的弹性体域的分散体的尼龙。
第11项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂。
第12项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
第13项. 根据第2项的充气轮胎，其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
第14项. 根据第3项的充气轮胎，其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
第15项. 根据第5项的充气轮胎，其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
第16项. 根据第8项的充气轮胎，其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
第17项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述内衬复合材料的所述聚氨酯密封剂层由浇铸或可轧聚氨酯形式的所述内衬复合材料的聚氨酯层衍生得到，将带有所述浇铸或可轧聚氨酯层的所述内衬复合材料构建到未固化的橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下固化所述充气橡胶轮胎以将所述浇铸或可轧聚氨酯转化为聚氨酯耐刺穿密封剂层。
第18项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述内衬复合材料的所述解聚丁基橡胶密封剂层由包含有机过氧化物的所述内衬复合材料的丁基橡胶层衍生得到，将带有丁基橡胶和有机过氧化物的所述层的所述内衬复合材料构建到未固化的橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下固化所述充气橡胶轮胎以使用所述有机过氧化物解聚所述丁基橡胶，从而形成其耐刺穿密封剂层。
第19项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述内衬复合材料的所述解聚丁基橡胶密封剂层由包含有机过氧化物的所述内衬复合材料的丁基橡胶层衍生得到，将带有丁基橡胶和有机过氧化物的所述层的所述内衬复合材料构建到未固化的橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下固化所述充气橡胶轮胎以使用所述有机过氧化物解聚所述丁基橡胶，从而形成其耐刺穿密封剂层，且其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂。
第20项. 根据第1项的充气轮胎，其中所述内衬复合材料的所述解聚丁基橡胶密封剂层由包含有机过氧化物的所述内衬复合材料的丁基橡胶层衍生得到，将带有丁基橡胶和有机过氧化物的所述层的所述内衬复合材料构建到未固化橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下固化所述充气橡胶轮胎以使用所述有机过氧化物解聚所述丁基橡胶，从而形成其耐刺穿密封剂层，且其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
根据本发明，提供了充气橡胶轮胎，所述充气橡胶轮胎包含外部周向的橡胶胎面、支持帘线增强的橡胶胎体和内衬复合材料，其中所述内衬复合材料包括密封剂层和防透气膜层；
其中，对于所述内衬复合材料，其密封剂层为邻近所述橡胶胎体布置的所述内衬复合材料的内层，且所述密封剂层支持布置在所述密封剂层的外部表面上的防透气膜层，
其中所述内部密封剂层包括：
(A)有机过氧化物解聚丁基橡胶，或
(B)聚氨酯；且
其中所述防透气膜包括含有弹性体域的分散体的热塑性材料；
其中所述热塑性材料任选地包括尼龙膜，
其中所述弹性体域任选地包括丁基橡胶和可用硫固化的基于二烯的弹性体中的至少一种。
在一个实施方案中，所述防透气膜也为耐刺穿性的，在某种意义上提供对刺穿轮胎的物体(例如钉子)的一定程度耐性。
在实践中，将所述防透气膜施用至密封剂前体层以使所述密封剂形成其层状复合材料。将层状复合材料施用至未固化的橡胶轮胎组件，或将未固化的轮胎组件施用至所述层状复合材料，以形成其组件，并将所述组件在提高的温度下固化以固化所述轮胎组件并降解密封剂前体以形成内建型(built-in)轮胎密封剂层的轮胎内衬复合材料，所述内建型轮胎密封剂层在其表面包括防透气膜。
在一个实施方案中，所述内衬复合材料的所述聚氨酯密封剂层由浇铸或可轧聚氨酯形式的所述内衬复合材料的聚氨酯层衍生得到，将带有所述浇铸或可轧聚氨酯层的所述层的所述内衬复合材料构建到未固化的橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下(例如，在约140℃至约170℃范围的轮胎固化温度下高温降解聚氨酯)固化所述充气橡胶轮胎以将所述浇铸或可轧聚氨酯转化为聚氨酯耐刺穿密封剂层。
在一个实施方案中，所述内衬复合材料的所述解聚丁基橡胶密封剂层由包含有机过氧化物的所述内衬复合材料的丁基橡胶层衍生得到，将带有丁基橡胶和有机过氧化物的所述层的所述内衬复合材料构建到未固化的橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下固化所述充气橡胶轮胎以使用所述有机过氧化物解聚所述丁基橡胶，从而形成其耐刺穿密封剂层。
在一个实施方案中，所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂。
在一个实施方案中，所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
所述内衬复合材料的密封剂层的厚度某种程度上可取决于轮胎的尺寸和预期用途而有较大变化。例如，密封剂/穿透层状复合材料(sealant/penetration layered composite)的厚度可介于约0.05mm至约2mm(毫米)的范围。
对于内衬复合材料的聚氨酯密封剂层，所述聚氨酯密封剂前体可为例如浇铸或可轧聚氨酯或可用硫固化的含二烯聚氨酯前体，所述前体在于提高的温度下固化轮胎时在轮胎内降解以形成足够粘的物质以针对刺穿物(例如钉子)进行密封，并可流入轮胎被刺穿的洞以达到阻止轮胎充填空气从该轮胎刺孔流出并因此提高充气轮胎对因轮胎充填空气的损失而变瘪的耐性的目的。例如，参见美国专利申请序列号第2009/0078352号。
这样的聚氨酯密封剂层可通过例如施用预形成的固体的基于聚氨酯的密封剂前体层至未固化的橡胶轮胎组件且在合适的模具中在提高的温度下固化该轮胎组件而形成，在此过程中聚氨酯密封剂前体降解以形成具有轮胎密封特性的轮胎中的更好的内建型的基于聚氨酯的密封剂层。
这类浇铸聚氨酯前体可例如通过以下方式形成，旋转浇铸液体的基于聚氨酯的密封剂前体反应混合物以形成片材，让该液体密封剂前体反应混合物反应并产生固体的预形成的基于聚氨酯的密封剂前体。
所述浇铸聚氨酯合意地为自行修复聚氨酯弹性材料，其可为例如亚甲基双苯基4,4’-二异氰酸酯(MDI)与聚(氧化烯)二醇的反应产物。用作所述前体密封剂层的聚氨酯组合物可由例如美国俄亥俄州Wadsworth的Novex公司得到。应理解可用于自行修复聚氨酯组合物的聚氨酯材料的制剂可由本领域普通技术人员由聚氨酯生产中已知的化学技术容易地制备。
可用硫固化的基于二烯的聚氨酯的示例例如来自美国全球精细化学品生产商Sartomer公司的7840TPU™。
在未硫化轮胎中，聚氨酯密封剂前体层的厚度可变。通常，某种程度上根据轮胎自身及其预期用途，该厚度可介于约0.13cm至约1.9cm范围。一般而言，内建型密封剂层常常位于轮胎的胎冠区域。
对于有机过氧化物解聚丁基橡胶密封剂，所述密封剂前体以包含用于使丁基橡胶在提高的轮胎固化温度下至少部分解聚的有机过氧化物的丁基橡胶形式提供。
可将多种有机过氧化物用于基于丁基橡胶的密封剂前体。优选使用在高温(即例如高于约100℃)下变得有活性(例如，生成过氧自由基)的有机过氧化物。这类有机过氧化物因其为可热活化有机过氧化物而进入本文考虑范围。这类有机过氧化物的实例例如为过苯甲酸叔丁酯和具有相同或不同基团的二烷基过氧化物，例如二烷基苯过氧化物和烷基过酯(pre-ester)。优选所述活性有机过氧化物包含两个过氧基团。所述过氧基团常常连接至叔丁基基团。所述两个过氧基团侧接于其上的基本部分可为脂族、脂环族或芳族基团。这类活性有机过氧化物的一些代表性实例例如有4,4-二-(叔丁基过氧)戊酸正丁酯、2,5-二(叔丁基过氧)-2,5-二甲基己烷、1,1-二-叔丁基过氧-3,3,5-三甲基环己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己炔-3、对氯苄基过氧化物、2,4-二氯苄基过氧化物、2,2-双-(叔丁基过氧)-丁烷、二-叔丁基过氧化物、苄基过氧化物、2,5-双(叔丁基过氧)-2,5-二甲基己烷、二枯基过氧化物、以及2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷。所述4,4-二-(叔丁基过氧)戊酸正丁酯以及二枯基过氧化物可为用于包含密封剂前体的丁基橡胶的丁基橡胶解聚中的优选有机过氧化物。
在实践中，所述有机过氧化物解聚密封剂可任选地还包含粘土和碳酸钙中的一种或多种以及炭黑和沉淀二氧化硅中的至少一种。
在组装未硫化的充气轮胎后，将轮胎定形并使用常规轮胎固化循环固化。固化后，将预形成的环状前体密封剂层降解并提供对多种刺穿物具有自行修复性质的充气轮胎。
鉴于前述内容，本发明提供了对多种刺穿轮胎的物体具有密封能力的充气轮胎。
通常可在宽温度范围内将所述轮胎固化。例如，可在约130℃至约170℃的温度范围内将轿车轮胎固化，可在约150℃至约180℃温度范围内将卡车轮胎固化。因此固化温度可介于例如约130℃至约180℃的范围，并进行所需的时间周期。在一个实例中，所述轮胎组件在合适的模具中在介于约150℃至约175℃温度范围中固化足够的时间周期以热降解聚氨酯前体层从而形成具有耐刺穿密封性质的无缝内建型密封剂层。
附图说明
附图中包含的图1和图2用以示出本发明的实施方案。
图1为在其内表面上包含密封剂和膜的多层复合材料的充气轮胎的部分横截面图。
图2示出了用于图1的轮胎的密封剂和膜的多层复合材料。
具体实施方式
图1给出了由具有花纹块和花纹沟(3)的周向外部胎面层(2)、下面的支持胎面基础橡胶层(4)和帘线增强橡胶胎体帘布层(5)、耐刺穿密封剂层(7)和热塑性保气防透气膜(8)以及作为附加的空气阻挡层的任选的轮胎内衬橡胶层(9)的多层复合材料(6)构成的轮胎(1)。
放置多层复合材料(6)使耐刺穿密封剂层(7)邻近轮胎胎体(5)，并可能在其间有中间橡胶层(未示出)。
保气防穿透膜(8)覆盖耐刺穿密封剂层(7)，并在其间具有有助于膜(8)和密封剂层(7)粘附的任选的粘合剂涂层(未示出)。
任选的内衬橡胶层(9)覆盖保气防穿透膜(8)，并在其间具有有助于膜(8)和内衬橡胶层(9)粘附的任选的粘合剂涂层(未示出)。
在图2中示出由耐刺穿密封剂层(7)、热塑性保气防穿透膜(8)与内衬橡胶层(9)构成的多层复合材料(6)。
对于该图，密封剂层(7)包括有机过氧化物解聚丁基橡胶或聚氨酯聚合物，且热塑性保气性膜(8)包括热塑性树脂例如尼龙，该热塑性树脂包含包括丁基橡胶域的分散弹性体。所述任选的内衬橡胶层包括丁基橡胶，即溴代丁基橡胶。
所述任选的粘合剂涂层可为例如RFL粘合剂。RFL通常作为间苯二酚-甲醛树脂和橡胶胶乳的水基复合材料施用，其中所述胶乳通常为弹性苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳和/或弹性苯乙烯-丁二烯胶乳。因此，所述RFL粘合剂可排除异氰酸酯。所述水基RFL粘合剂组合物通常作为涂层施用(例如施用至膜表面)并在将所述膜粘附至底材(例如密封剂前体)前干燥以形成RFL粘合。
尽管出于示出本发明的目的示出了某些代表性实施方案和细节，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的精神或范围下可对其作出各种改变和改进。

Claims (10)

1.充气橡胶轮胎，其包含外部周向橡胶胎面、支持帘线增强的橡胶胎体和内衬，其中所述内衬的特征在于包括密封剂和防透气膜层的层状复合材料；
其中所述内衬复合材料包括邻近所述橡胶胎体布置的内部密封剂层，其中所述密封剂层支持在其外部表面上的防透气膜层；
其中所述内部密封剂层包括：
(A) 有机过氧化物解聚丁基橡胶，或
(B) 聚氨酯，且
其中所述防透气膜包括含有弹性体域的分散体的热塑性材料；
其中所述热塑性材料包括尼龙；
其中所述弹性体包括丁基橡胶和可用硫固化的基于二烯的弹性体域中的至少一种。
2.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述内衬复合材料的所述内部密封剂层包括有机过氧化物解聚丁基橡胶。
3.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述内衬复合材料的所述内部密封剂层包括聚氨酯。
4.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述防透气膜包括含有丁基橡胶域的分散体的尼龙。
5.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述防透气膜包括含有可用硫固化的基于二烯的弹性体域的分散体的尼龙。
6.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂。
7.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
8.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述内衬复合材料的所述聚氨酯密封剂层由浇铸或可轧聚氨酯形式的所述内衬复合材料的聚氨酯层衍生得到，将带有所述浇铸或可轧聚氨酯层的所述内衬复合材料构建到未固化的橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下固化所述充气橡胶轮胎以将所述浇铸或可轧聚氨酯转化为聚氨酯耐刺穿密封剂层。
9.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述内衬复合材料的所述解聚丁基橡胶密封剂层由包含有机过氧化物的所述内衬复合材料的丁基橡胶层衍生得到，将带有丁基橡胶和有机过氧化物的所述层的所述内衬复合材料构建到未固化的橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下固化所述充气橡胶轮胎以使用所述有机过氧化物解聚所述丁基橡胶，从而形成其耐刺穿密封剂层。
10.权利要求1的充气轮胎，其特征在于所述内衬复合材料的所述解聚丁基橡胶密封剂层由包含有机过氧化物的所述内衬复合材料的丁基橡胶层衍生得到，将带有丁基橡胶和有机过氧化物的所述层的所述内衬复合材料构建到未固化橡胶轮胎中以形成其组件，并在提高的温度下固化所述充气橡胶轮胎以使用所述有机过氧化物解聚所述丁基橡胶，从而形成其耐刺穿密封剂层，且其中所述防透气膜包含在所述防透气膜和所述密封剂层的界面上的粘合剂，其中所述粘合剂为包括间苯二酚-甲醛树脂/苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶胶乳或其与苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳的共混物的RFL粘合剂。
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