CN103347948A - 充气轮胎用橡胶组合物 - Google Patents

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Abstract

本橡胶组合物的特征在于对于(A)每100质量份橡胶成分包含(B)1-9质量份的炭黑和(C)80-150质量份的层状或板状粘土矿物。可以提供：具有优异的耐透气性和有利的耐屈曲疲劳性的橡胶组合物；和在充气轮胎内衬中设置有所述橡胶组合物的、具有优异的耐透气性、有利的耐屈曲疲劳性并且能够更加轻量化的充气轮胎。

Description

充气轮胎用橡胶组合物
技术领域
本发明涉及一种橡胶组合物，更精确地涉及一种耐透气性(air permeationresistance)优异和耐屈曲疲劳性(flexure failure resistance)改善的橡胶组合物和一种设置有该橡胶组合物作为其中的内衬的减重的充气轮胎。
背景技术
已经提议将耐透气性优异的内衬用于开发节省燃料和轻量化的轮胎的目的，例如，高度填充有软质炭黑如GPF或SRF等的轮胎是已知的，但是在用于寒冷环境时在耐屈曲疲劳性和低温特性方面是有问题的。
还已知的是将扁平云母混入橡胶组合物的技术(参见专利文献1)，和与在其中混入上述软质炭黑一起将层状或板状粘土矿物如粘土等混入橡胶组合物的共混技术(参见专利文献2和3)；然而，有可能虽然橡胶组合物的耐透气性可以得到提高，但其耐屈曲疲劳性和低温特性会恶化。因此，必要的是开发一种耐屈曲疲劳性和耐透气性优异的橡胶组合物以满足包括轮胎的减重(节省燃料)的市场需求。
引用列表
专利文献
专利文献1:JP-A11-140234
专利文献2:JP-A05-017641
专利文献3:WO01/062846
发明内容
发明要解决的问题
鉴于这一情况，本发明旨在提供耐透气性优异和耐屈曲疲劳性改善的橡胶组合物和提供设置有该橡胶组合物作为其中的内衬的减重的充气轮胎。
用于解决问题的方案
本发明人出于开发具有上述良好性能的橡胶组合物的目的勤勉地研究，结果，发现了包含相对于100质量份其中的橡胶成分(A)为特定量的炭黑(B)和特定量的层状或板状粘土矿物(C)的橡胶组合物满足该目的。基于以上发现完成本发明。
具体地，本发明提供以下方面：
[1]一种橡胶组合物，其包含相对于100质量份其中的橡胶成分(A)为1-9质量份的炭黑(B)和80-150质量份的层状或板状粘土矿物(C)；
[2]上述[1]的橡胶组合物，其中所述橡胶成分(A)包括80-100质量%丁基系橡胶；
[3]上述[2]的橡胶组合物，其中所述包括丁基系橡胶的橡胶成分(A)为选自丁基橡胶、溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶的至少一种；
[4]上述[1]-[3]任一项的橡胶组合物，其中所述成分(B)炭黑的碘吸附量为50mg/g以下和其邻苯二甲酸二丁酯吸附量为125ml/100g以下；
[5]上述[1]-[4]任一项的橡胶组合物，其中所述成分(C)层状或板状粘土矿物的径厚比为2-200；
[6]上述[1]-[5]任一项的橡胶组合物，其中所述成分(C)层状或板状粘土矿物包含高岭土或绢云母粘土；
[7]上述[1]-[5]任一项的橡胶组合物，其中所述成分(C)层状或板状粘土矿物包含二氧化硅和氧化铝的水合复合物；
[8]一种充气轮胎，其使用上述[1]-[7]任一项的橡胶组合物作为其中的内衬。
发明的效果
(1)根据上述[1]的本发明，其中橡胶组合物包含相对于100质量份其中的橡胶成分(A)为1-9质量份的炭黑(B)和80-150质量份的层状或板状粘土矿物(C)，所述组合物可以实现本发明的效果，因为层状或板状粘土矿物(C)能够有规则地和与所述组合物的挤出方向几乎平行地排列。
(2)根据上述[2]的本发明，其中橡胶成分(A)包括80-100质量%、优选95质量%以上，更优选100质量%的丁基系橡胶，橡胶组合物的耐透气性能够得到提高。
(3)根据上述[3]的本发明，其中丁基系橡胶[2]为耐透气性优异的丁基橡胶、溴化丁基橡胶或氯化丁基橡胶，上述(2)的效果能够得到进一步提高。在丁基系橡胶中，优选与二烯系橡胶共硫化性(co-vulcanizability)优异的溴化丁基橡胶。
(4)根据上述[4]的本发明，其中所要使用的成分(B)炭黑具有本发明[4]中限定的特性值，上述(1)的效果能够得到进一步提高。
(5)根据上述[5]、[6]和[7]的本发明，其中限定成分(C)层状或板状粘土矿物的径厚比落入特定范围内，并且层状或板状粘土矿物包含高岭土或绢云母粘土或者二氧化硅和氧化铝的水合复合物，提供了耐透气性优异的橡胶组合物。
(6)使用上述[1]-[7]任一项的本发明的橡胶组合物的任一种作为其中的内衬提供了耐透气性和耐屈曲疲劳性优异的轮胎。
附图说明
图1为解释径厚比的计算方法的图。
具体实施方式
[橡胶组合物]
本发明的橡胶组合物包含相对于100质量份其中的橡胶成分(A)为1-9质量份的炭黑(B)和80-150质量份的层状或板状粘土矿物(C)。
首先描述本发明的橡胶组合物的构成成分。
<橡胶成分(A)>
作为本发明的充气轮胎用内衬中所要使用的橡胶成分，可用的是任何丁基系橡胶或二烯系橡胶，但优选为丁基系橡胶以得到期望的低透气性。作为丁基系橡胶，除丁基橡胶之外，还可以提及卤化丁基橡胶如溴化丁基橡胶、氯化丁基橡胶等；然而，当使用丁基系橡胶时，优选包含卤化丁基橡胶。尤其是从得到充分的硫化速度的角度，优选使用溴化丁基橡胶。
作为改性橡胶，还可用的是异单烯烃(iso-monoolefin)和对甲基苯乙烯的共聚物的氯化或溴化改性的共聚物，以及其商购产品可得自Exxon。
作为与上述卤化丁基橡胶共混的二烯系橡胶，例如，提及天然橡胶、合成异戊二烯橡胶、顺式-1,4-聚丁二烯、间同立构-1,2-聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、氯丁橡胶等；重要的是，优选天然橡胶、合成异戊二烯橡胶和顺式-1,4-聚丁二烯，因为其玻璃化转变温度低。这些可以单独使用，或可以组合这些中的两种以上。
优选地，从耐透气性的角度，橡胶成分包括80质量%-100质量%的丁基系橡胶和20质量%以下的二烯系橡胶，更优选95质量%-100质量%的丁基系橡胶和5质量%以下的二烯系橡胶。本发明的包括橡胶成分的橡胶组合物有利地用作自行车、乘用车、卡车、公共汽车等的充气轮胎用内衬。
<炭黑(B)>
本发明的橡胶组合物使用炭黑作为补强填料。优选的炭黑包括例如，N539(FEF-LS),N550(FEF),N660(GPF),N634(GPF-LS),N642(GPF-LS),N7524,N762(SRF-LM-NS),N772,N774(SRF-HM-NS)等。作为炭黑，优选具有以下胶体特性的炭黑。具体地，碘吸附量(IA)为50mg/g以下，更优选40-20mg/g左右。邻苯二甲酸二丁酯吸附量(DBP)优选为125ml/100g以下，更优选100-30ml/100g左右。在这方面，上述胶体特性的IA为根据ASTMD1510-95测量的值，DBP是根据ASTM D2414-97。
炭黑的共混量优选相对于100质量份橡胶成分为1质量份-9质量份，更优选1-6质量份。
当炭黑的共混量落入在1-9质量份的限定范围时，所用的炭黑几乎不产生立体位阻等，并且在本发明的橡胶组合物用作轮胎用内衬的情况中，以下要提及的其中的层状或板状粘土矿物可以沿轮胎的外周方向规则地排列。结果，在耐屈曲疲劳性和低透气性方面可以得到优异的结果。
另外，可以防止补强的降低以及在橡胶组合物运输期间由于撕裂或破裂而导致的工厂操作性的降低。
<层状或板状矿物(C)>
此外，这里使用层状或板状矿物作为用于确保本发明的充气轮胎用内衬的低透气性的填料。
作为层状或板状矿物，可用的是任何天然产物和合成产物，而没有对于其的特别限定；只要其平均径厚比为2-200，例如提及高岭土、粘土、云母、长石、二氧化硅和氧化铝的水合复合物等。其中，优选粘土。优选板状粘土如高岭土、绢云母粘土、耐火土、表面处理的硅烷改性的粘土等；尤其优选高岭土。层状或板状矿物的平均粒径优选为10μm以下，因为太大的颗粒导致挠性的降低，更优选在0.2-5μm左右的范围，甚至更优选0.2μm-2μm。当层状或板状矿物的平均径厚比为2-200时，层状或板状矿物的面可以在内衬中沿与内衬的厚度方向交叉的方向排列并且可以阻断空气的透过路径，因此带来良好的耐透气性；特别地，当使用平均径厚比为3-150的矿物时，有利地带来相对于其填充量为最大的耐透气性。优选地，平均径厚比是在5和100之间，尤其是在5和50之间。当使用平均径厚比(由平均长轴x和平均厚度y以x/y获得的)大于200的粘土，粘土当在捏和橡胶时增加其量时不能均匀地分散并且因为由于分散不良引起耐屈曲疲劳性和耐透气性的降低而是不利的。
此外，平均径厚比(x/y)由数x和y计算，其中如图1中所示，x表示平均长度(较大的尺寸)和y表示粘土的平均厚度。
作为平均径厚比为2-200的高岭土，例如，这里有利可用的是商品如Polyfil DLX和Polyfil DL(均是Huber的)等。
层状或板状矿物在本发明的充气轮胎用内衬中的共混量可以为80-150质量份，但是优选为90-130质量份。当共混量小于80质量份时，不能够得到预期的低透气性；但是当大于150质量份时，因为导致耐屈曲性的降低和恶化低温特性而是不利的。如上所述，同时要混入的炭黑的共混量优选为1-9质量份。
关于要用于本发明的充气轮胎用内衬中的橡胶成分(A)、炭黑(B)和层状或板状矿物(C)的优选共混比，当相对于100质量份包含至少95质量%溴化丁基橡胶的橡胶成分(A)，成分(B)占1-9质量份和成分(C)占90-130质量份时，能够达到本发明的目的；内衬可以具有透气系数为2.0×10-10cm3·cm/cm2·sec·cmHg以下作为有利的值，并且可确保优异的耐屈曲疲劳性。
当透气系数限定为上述值以下时，可以使内衬的厚度(gauge)变薄由此确保减重的轮胎。
内衬的屈曲疲劳取决于在基体中的补强，并且轮胎的耐屈曲疲劳性主要取决于其中补强层的强度。在丁基系橡胶(例如，溴化丁基橡胶)用作内衬中的橡胶成分的情况中，必须将大量的填料混入其中以得到2.0×10-10cm3·cm/cm2·sec·cmHg以下的预期透气系数，然而，这不利于耐屈曲疲劳性。关于轮胎所必须的透气性，沿垂直于轮胎胎面的方向的透气性是重要的；因此，沿垂直于轮胎胎面的方向的低透气性可以通过使层状或板状矿物沿垂直于轮胎胎面的方向规则地排列来得到，并且耐透气性和耐屈曲疲劳性都能够通过使层状或板状矿物沿轮胎的外周方向规则地排列来得到满足。
然而，当成分(B)炭黑的共混量小于1质量份时，补强性(reinforceability)会是差的并且会在工厂操作性方面发生问题。
本发明的充气轮胎用内衬除上述成分(A)、(B)和(C)之外，还可以任选地包含任何常用于内衬中的普通成分，例如，硫化剂、硫化促进剂、硫化延迟剂、防老剂、抗氧化剂、软化剂、润滑剂、硫化助剂、增粘剂等。
本发明的充气轮胎用内衬可以通过将上述成分例如在班伯里密炼机中捏和来制造。例如使用压延辊也可以得到用橡胶组合物制造的内衬。
实施例
参考以下实施例和比较例将更详细地描述本发明；然而，本发明不限于这些。
实施例1-11、比较例1-8：
将表1-1至1-6中示出的成分和10质量份Idemitsu的加工油"2号锭子油"、2质量份锌华(zinc flower)和1质量份硫磺作为额外的成分用班伯里密炼机混合和捏和从而制备内衬用橡胶组合物，将其测试以下提及的项目。
(1)屈曲疲劳：
根据JIS6260-1999"硫化橡胶和热塑性橡胶的De Mattia屈曲龟裂试验方法"准备橡胶试验片，在室温下在40mm冲击(stroke)的条件下试验，并且计数直至试验片由此破裂时给出的冲击数。直至破裂时给出冲击数越大的样品越好。
(2)透气系数：
通过将轮胎拆解而取出的内衬的试验片根据JIS K7126-1-2006"塑料膜、透气度试验方法(差压法)"试验。具有较小值的样品的耐透气性更优异。
轮胎尺寸是11R22.5。
(3)透气性指数：表1-1中的比较例2、表1-2中的比较例4和表1-3中的比较例6是对照物，透气性基于对照物的指数值示出。具有越小指数的样品越好。
表1-1
备注：
*1：J.M.Huber的粘土"Polyfil DL"，径厚比为15。
*2:透气系数：×10-10cm3·cm/cm2·sec·cmHg.
如表1-1中所示，橡胶组合物中的粘土量固定在80质量份，并且改变炭黑量。
表1-2
Figure BDA00003607237900081
如表1-2中所示，橡胶组合物中的粘土量固定在100质量份，并且改变炭黑量。
表1-3
Figure BDA00003607237900082
如表1-3中所示，橡胶组合物中的粘土量固定在150质量份，并且改变炭黑量。
另外，研究粘土量的变量(表1-4)、作为橡胶成分的丁基橡胶量的变量(表1-5)和炭黑类型的变量(GPF,FEF)(表1-6)。
表1-4
Figure BDA00003607237900091
表1-5
实施例10 实施例5
溴化丁基橡胶 95 100
NR RSS No.1 5 100
粘土 100 100
炭黑(GPF) 6 6
屈曲龟裂试验中的冲击数 200 750
透气系数 2.00 1.67
表1-6
实施例11 实施例5
炭黑 FEF GPF
粘土 5 100
C/B 6 6
屈曲龟裂试验中的冲击数 400 750
透气系数 2.00 1.67
在表1-1至1-6所示的橡胶组合物中，混入10质量份Idemitsu的加工油"2号锭子油"、2质量份锌华和1质量份硫磺作为额外的成分。
产业上的可利用性
本发明提供耐透气性优异和耐屈曲疲劳性改善的橡胶组合物，并且提供该橡胶组合物用作其中的内衬的耐透气性优异和耐屈曲疲劳性改善的减重的充气轮胎。

Claims (8)

1.一种橡胶组合物，其包含相对于100质量份其中的橡胶成分(A)为1-9质量份的炭黑(B)和80-150质量份的层状或板状粘土矿物(C)。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述橡胶成分(A)包括80-100质量%丁基系橡胶。
3.根据权利要求2所述的橡胶组合物，其中所述包括丁基系橡胶的橡胶成分(A)为选自丁基橡胶、溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的橡胶组合物，其中所述成分(B)炭黑的碘吸附量为50mg/g以下和其邻苯二甲酸二丁酯吸附量为125ml/100g以下。
5.根据权利要求1-4任一项所述的橡胶组合物，其中所述成分(C)层状或板状粘土矿物的径厚比为2-200。
6.根据权利要求1-5任一项所述的橡胶组合物，其中所述成分(C)层状或板状粘土矿物包含高岭土或绢云母粘土。
7.根据权利要求1-5任一项所述的橡胶组合物，其中所述成分(C)层状或板状粘土矿物包含二氧化硅和氧化铝的水合复合物。
8.一种充气轮胎，其使用根据权利要求1-7任一项所述的橡胶组合物作为其中的内衬。
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