CN103459169A - 充气轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可以平衡地改善低油耗性、操纵稳定性及耐久性的充气轮胎。本发明涉及充气轮胎,其具备包含胎冠顶层及胎面基层的胎面,上述胎冠顶层及上述胎面基层满足下式(1)~(3)表示的关系。50/50≤Vc/Vb≤90/10 (1)(式(1)中,Vc为胎冠顶层的体积,Vb为胎面基层的体积);0.65≤E*c/E*b<1.00 (2);1.30≤(tanδc/E*c)/(tanδb/E*b)<2.40 (3)(式(2)、(3)中,E*c、tanδc分别为30℃时的胎冠顶层的复弹性模量、损耗角正切,E*b、tanδb分别为30℃时的胎面基层的复弹性模量、损耗角正切)。
Description
技术领域
本发明涉及充气轮胎。
背景技术
为了保护地球环境,正在推进汽车的低油耗化。因此,对于汽车用轮胎,也期待低油耗性良好的轮胎。
低油耗性的改善通常通过减轻滚动阻力而进行。滚动阻力很大程度上起因于行驶时的反复变形所伴随的能量损失。作为减轻滚动阻力的方法,有提案例如,使轮胎部件中滚动阻力贡献率最大的胎面为2层结构,分别在内侧(胎面基层)配置能量损失小的橡胶组合物、在外侧(胎冠顶层)配置耐磨损性优异的橡胶组合物的结构等(例如,参照专利文献1)。但是,近年来,要求进一步改善低油耗性。
为了进一步改善低油耗性而减少填料量时,会出现胎面刚性下降、操纵稳定性恶化的倾向。另一方面,提高交联密度而令刚性提升时,会出现耐磨损性、耐崩裂性能恶化、无法确保作为轮胎的充分耐久性的倾向。因此,要求在确保良好的操纵稳定性及耐久性的同时改善低油耗性的方法。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]
日本专利特开2003-291610号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的是解决所述课题,提供可以平衡地改善低油耗性、操纵稳定性及耐久性的充气轮胎。
解决课题的方法
本发明人们研究了可以平衡地改善低油耗性、操纵稳定性及耐久性的充气轮胎,着眼于包含胎冠顶层及胎面基层的胎面。然后发现,该胎面中,使胎面基层比胎冠顶层硬的同时,使胎面基层的tanδ低于胎冠顶层的tanδ,当胎面基层及胎冠顶层满足特定关系时,驱动传递效率会提升,可以得到优于根据滚动阻力所预测的低油耗性,同时也可以确保良好的操纵稳定性及耐久性,从而想到了本发明。
即,本发明涉及一种充气轮胎,其具备包含胎冠顶层(cap layer)及胎面基层(base layer)的胎面,所述胎冠顶层及所述胎面基层满足下式(1)~(3)表示的关系。
50/50≤Vc/Vb≤90/10 (1)
(式(1)中,Vc为胎冠顶层的体积,Vb为胎面基层的体积)
0.65≤E*c/E*b<1.00 (2)
1.30≤(tanδc/E*c)/(tanδb/E*b)<2.40 (3)
(式(2)、(3)中,E*c、tanδc分别为30℃时的胎冠顶层的复弹性模量、损耗角正切,E*b、tanδb分别为30℃时的胎面基层的复弹性模量、损耗角正切)
优选所述胎面基层含有包含间同立构1,2-聚丁二烯结晶的丁二烯橡胶。
优选所述tanδb在0.190以下。
根据本发明,可以提供一种充气轮胎,其具备包含胎冠顶层及胎面基层的胎面,由于胎冠顶层及胎面基层满足特定关系,因此平衡地改善了该充气轮胎的低油耗性、操纵稳定性及耐久性。
附图说明
图1显示本发明的一实施形态涉及的乘用车用轮胎的一部分的截面图。
符号说明
1 乘用车用轮胎
2 胎圈包布
3 胎圈部
4 胎圈芯
5 胎圈三角胶
6 带束
7 胎面部
7c 胎冠顶层(胎面顶部)
7b 胎面基层(胎面基部)
8 胎侧壁
9 缓冲层
10 胎体
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的充气轮胎的优选实施形态的一例。图1是显示本发明的一实施形态涉及的乘用车用轮胎的一部分的截面图。另外,图1是乘用车用轮胎的例示,但本发明的充气轮胎也适用于重载用轮胎等其他的用途。
图1中,上下方向是轮胎半径方向,左右方向是轮胎轴方向,垂直于纸面的方向是轮胎周方向。乘用车用轮胎1具备有胎面部7、从其两端向轮胎半径方向向内延伸的一对胎侧壁8、位于各胎侧壁8的内侧端的胎圈部3、位于轮辋上部的胎圈包布2。此外,两侧的胎圈部3之间架设有胎体10,同时,在该胎体10的轮胎半径方向外侧配置有缓冲层9。
胎体10由排列胎体帘线的1片以上的胎体帘布形成。该胎体帘布,从胎面部7经胎侧壁8,从轮胎轴方向的内侧向外侧折回于胎圈芯4和胎圈三角胶5的周围并固定,该胎圈三角胶5从该胎圈芯4的上端向胎侧壁方向延伸。缓冲层9由排列了缓冲层帘线的2片以上的缓冲帘布层构成,各缓冲层帘线以使缓冲帘布层间交叉的方向错向配置。缓冲层9的上侧配置有保护缓冲层9的带束6。
胎面部7由配置在与路面接触一侧的胎冠顶层(胎冠顶部)7c和配置在该胎冠顶层7c的轮胎半径方向内侧的胎面基层(胎面胎面基部)7b构成。
胎冠顶层7c及胎面基层7b(以下分别单记为胎冠顶层、胎面基层)满足下式(1)~(3)表示的关系。
50/50≤Vc/Vb≤90/10 (1)
(式(1)中,Vc为胎冠顶层的体积,Vb为胎面基层的体积。)
0.65≤E*c/E*b<1.00 (2)
1.30≤(tanδc/E*c)/(tanδb/E*b)<2.40 (3)
(式(2)、(3)中,E*c、tanδc分别为30℃时的胎冠顶层的复弹性模量、损耗角正切,E*b、tanδb分别为30℃时的胎面基层的复弹性模量、损耗角正切。)
式(1)中,Vc/Vb不足50/50的话,由于胎冠顶层的比例少,会有胎面基层露出、抓地性能下降的担忧。另一方面,Vc/Vb超过90/10的话,由于胎面基层的比例少,会出现无法充分提升驱动效率、不能得到良好的低油耗性的倾向。
另外,Vc、Vb是25℃时的体积。
式(2)中,E*c/E*b不足0.65的话,会出现胎冠顶层的刚性过低、无法得到良好的操纵稳定性的倾向。另一方面,E*c/E*b在1.00以上的话,会出现无法充分提升驱动传递效率、不能得到良好的低油耗性的倾向。基于可以良好地得到本发明的效果的角度考虑,式(2)的下限优选为0.67,更优选0.70,进一步优选0.72,上限优选为0.98,更优选0.95,进一步优选0.90。
式(3)中,(tanδc/E*c)/(tanδb/E*b)不足1.30的话,会出现无法充分改善低油耗性,抗崩裂性能和操纵稳定性恶化的倾向。另一方面,(tanδc/E*c)/(tanδb/E*b)在2.40以上的话,会出现胎面基层的耐久性恶化的倾向。基于可以良好地得到本发明的效果的角度考虑,式(3)的下限优选为1.40,更优选1.50,上限优选为2.35,更优选2.30。
基于可以良好地得到本发明的效果的角度考虑,E*b优选在6.5以上,更优选6.8以上,优选9.5以下,更优选9.0以下。
另外,E*c可根据E*b而适当调整,但优选在5.0以上,更优选5.3以上,优选9.0以下,更优选8.5以下。
基于可以良好地得到本发明的效果的角度考虑,tanδb优选在0.050以上,更优选0.080以上,优选0.190以下,更优选0.170以下。
另外,tanδc可根据tanδb而适当调整,但优选在0.140以上,更优选0.150以上,优选0.250以下,更优选0.220以下。
E*c、E*b、tanδc及tanδb可根据后述实施例的方法测定。另外,E*c、E*b、tanδc及tanδb,只要在满足上式(2)及(3)的范围的话,也可适当变更。
基于可以良好地得到本发明的效果的角度考虑,胎面基层及胎冠顶层优选还满足下式(4)表示的关系。
-2.8×E*c/E*b+3.8≤(tanδc/E*c)/(tanδb/E*b)≤-3×E*c/E*b+4.8 (4)
满足上式(2)~(4)的胎面基层、胎冠顶层可通过调整为分别的硬度(Hs)而适当制造。胎面基层的23℃时的Hs优选在64以上,更优选65以上,优选75以下,更优选73以下。此外,胎冠顶层的23℃时的Hs优选在58以上,更优选60以上,优选72以下,更优选70以下。
另外,Hs可根据后述实施例的方法测定。
作为Hs的调整方法,并无特别限定,但可举出例如,调整油量的方法、调整填充剂种类和量的方法、调整硫的量的方法等。此外,也可举出使用含有间同立构1,2-聚丁二烯结晶的丁二烯橡胶(含SPB的BR)等的可以得到高刚性的橡胶成分的方法。以下说明胎面基层、胎冠顶层的配方的具体例子,但本发明不限定于此。
(胎面基层)
作为胎面基层使用的橡胶成分,可举出例如,天然橡胶(NR)、环氧化天然橡胶(ENR)、丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等的二烯系橡胶。其中,优选BR、NR,更优选它们的并用。此外,作为BR,可适宜使用含SPB的BR。
胎面基层含有的橡胶成分100质量%中,BR的含量优选为5~55质量%,更优选15~45质量%。此外,含SPB的BR的含量优选为5~55质量%,更优选15~45质量。此外,NR的含量优选为35~85质量%,更优选55~65质量%。
胎面基层优选含有碳黑。碳黑的氮吸附比表面积(N2SA)优选为30~120m2/g,更优选60~90m2/g。此外,碳黑的含量,相对于橡胶成分100质量份,优选为20~85质量份,更优选40~65质量份。
胎面基层中的油的含量,相对于橡胶成分100质量份,优选为1~20质量份,更优选2~16质量份。
胎面基层中的硫的含量,相对于橡胶成分100质量份,优选为2.0~4.0质量份,更优选2.4~3.6质量份。
(胎冠顶层)
作为胎冠顶层使用的橡胶成分,可举出例如,上述的胎面基层中例示的二烯系橡胶。其中,优选SBR、BR、NR,更优选它们的并用。此外,作为SBR,可适宜使用通过用下式(I)表示的化合物改性溶液聚合SBR得到的物质(改性S-SBR(日本专利特开2010-111753号公报记载的改性SBR))。
[化1]
(式中,R1、R2及R3相同或不同,表示烷基、烷氧基(优选为碳原子数1~8、更优选碳原子数1~6、进一步优选碳原子数1~4的烷氧基)、甲硅烷氧基、乙缩醛基、羧基(-COOH)、巯基(-SH)或它们的衍生物。R4及R5相同或不同,表示氢原子或烷基(优选为碳原子数1~4的烷基)。n表示整数(优选1~5,更优选2~4,进一步优选3)。)
作为上式(I)表示的化合物的具体例子,可举出有,3-氨基丙基二甲基甲氧硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、2-二甲基氨乙基三甲氧基硅烷等。它们可单独使用,也可2种以上并用。
胎冠顶层含有的橡胶成分100质量%中,SBR的含量优选为35~65质量%,更优选45~55质量%。此外,上述改性SBR的含量优选为35~65质量%,更优选45~55质量%。此外,BR的含量优选为15~45质量%,更优选25~35质量%。此外,NR的含量优选为5~35质量%,更优选15~25质量%。
胎冠顶层优选含有二氧化硅。二氧化硅的氮吸附比表面积(N2SA)优选为100~220m2/g,更优选140~180m2/g。此外,胎冠顶层中的二氧化硅的含量,相对于橡胶成分100质量份,优选为45~95质量份,更优选65~75质量份。
胎冠顶层优选含有碳黑。碳黑的氮吸附比表面积(N2SA)优选为50~150m2/g,更优选80~120m2/g。此外,碳黑的含量,相对于橡胶成分100质量份,优选为1~40质量份,更优选2~30质量份。
(制造方法)
本发明的充气轮胎可通过公知的方法制造。例如,将上述各成分使用班伯里密炼机、开放式辊轧(open roll)等的橡胶混炼装置进行混炼,将得到的未硫化橡胶组合物根据胎冠顶层、胎面基层的形状进行挤压加工,在轮胎成型机上通过通常的方法成形,与其他的轮胎部件共同贴合,形成未硫化轮胎。可以将该未硫化轮胎在硫化机中加热加压,制造充气轮胎。
另外,胎面可通过将片状的未硫化橡胶组合物贴合为规定形状的方法、装入具备2根以上螺杆的挤压机并在挤压机的头部出口形成为2层的方法等制作。
实施例
根据实施例具体说明本发明,但本发明不限定于此。
以下说明实施例及比较例使用的各种化学试剂。
NR:TSR20
SBR:JSR株式会社制的HPR355(用上式(I)表示的化合物所改性的改性S-SBR)
BR:宇部兴产株式会社制的BR150B
VCR(含SPB结晶的BR):宇部兴产株式会社制的VCR617
碳黑1:东海碳(东海力一ボン)株式会社制的SEAST(シ一スト)NH(N351,N2SA:74m2/g)碳黑2:三菱化学株式会社制的DIABLACK(ダィアゲラツク)I(N220,N2SA:114m2/g)二氧化硅:德固赛(工ボ二シクデダサ社)公司制的Ultrasil(ウルトラシル)VN3(平均一次粒径:15nm,N2SA:175m2/g)
硅烷偶联剂:德固赛公司制的Si266
油:JX日矿日石能源株式会社(JX日鉱日石工ネルギ一(株))的Process(ブ口セス)X-140
加工助剂:Struktol公司制的EF44
石蜡:大内新兴化学工业株式会社制的SUNNOC(サソノシク)N
防老剂:住友化学株式会社制的Antigene(アソチゲソ)6C(N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-p-亚苯基二胺)
硬脂酸:日油株式会社制的硬脂酸“椿”
氧化锌:三井金属矿业株式会社制的亜鉛華1号
硫1:日本乾溜工业株式会社制的SEIMI sulfur(セィミサルフア一)
硫2::轻井泽硫磺株式会社制的粉末硫
硫化促进剂1:大内新兴化学工业株式会社制的Nocceler(ノクセララ)CZ(N-环己基-2-
苯并噻唑基亚磺酰胺)
硫化促进剂2:大内新兴化学工业株式会社制的NoccelerD(N,N’-二苯基胍)
根据表1所示的配方,使用神户制钢株式会社制1.7L班伯里密炼机,将除了硫及硫化促进剂以外的化学试剂混炼。接着,使用开放式辊轧,在得到的混炼物中添加硫及硫化促进剂后混炼,得到未硫化橡胶组合物。
将得到的未硫化橡胶组合物进行150℃、30分钟、用2mm厚的模具进行加压硫化,得到硫化橡胶组合物(硫化橡胶片)。
使用得到的硫化橡胶片进行以下的评价。结果如表1所示。
(Hs)
根据JIS K6253:2006方法测定上述硫化橡胶片的Hs。测定温度为23℃。
(粘弹性试验)
使用岩本株式会社制作所制的粘弹性分光计,在频率10Hz、初应变10%及动应变2%的条件下,测定30℃时的硫化橡胶片的损耗角正切tanδ及复弹性模量E*。损耗角正切tanδ越小,越难发热,表示低油耗性优异,复弹性模量E*越大,表示刚性越高。
实施例及比较例
将上述未硫化橡胶组合物在轮胎成型机上成形为胎面基层、胎冠顶层的形状,根据表2所示配方,与其他的轮胎部件贴合,通过150℃、30分钟硫化,制造试验用轮胎(轮胎尺寸:205/55R16)。
使用得到的试验用轮胎进行以下的评价。结果如表2所示。
(滚动阻力试验)
使用滚动阻力试验机,测定轮辋(16×6.5J)、内压(220kPa)、荷重(4.10kN)、速度(80km/h)时上述试验用轮胎行驶时的滚动阻力,通过下述计算式以指数表示。指数越小,滚动阻力越低,表示低油耗性良好。
(滚动阻力指数)=(各例的滚动阻力)/(比较例1的滚动阻力)×100
(油耗测定)
对于上述试验用轮胎,根据TRIAS(新型汽车的试验方法),测定JC08模式下的油耗。结果以对于比较例1的油耗的改善率(%)表示。
(耐切削性能试验)
将上述试验用轮胎在烤箱(80℃)进行10天热老化后,在碎石路上行驶5km。观察行驶后的胎面上产生的开裂的大小、数量,以下述基准评价。
○:裂口大小在5mm以下、裂口数不足50个
△:裂口大小在5mm以下、裂口数在50个以上
×:存在裂口大小在5mm以上的裂口、裂口数在50个以上
(操纵稳定性试验)
将上述试验用轮胎安装在本田技研工业株式会社制的CIVIC上,在冈山测试跑道行驶,根据以下基准评价测试驾驶员操作方向盘时的反应性(速度、线性)。
◎:反应快、容易驾驶
○:反应适度
△:反应稍慢
×:反应很慢、无法安全驾驶
(耐久性试验)
在上述试验用轮胎的胎面顶部的主槽槽底做出宽1mm、深1mm的划痕(裂纹),令该试验用轮胎(内压250KPa)用台架试验机行驶1万km后,根据下述基准评价裂纹的生长程度。
○:裂纹未到达胎面基层
×:裂纹到达胎面基层
(驱动传递效率试验)
使用日本专利特开2010-144108号公报的图3记载的轮胎滚动试验机,求得上述试验用轮胎的驱动传递效率,通过下述计算式以指数表示。指数越大,驱动传递效率越高,表示低油耗性良好。
(驱动传递效率指数)=(各例的驱动传递效率)/(比较例1的驱动传递效率)
比较例1是具有标准的2层结构的胎面的轮胎。
比较例2是胎面使用了低发热橡胶的低油耗轮胎,虽然改善了低油耗性,但操纵稳定性恶化。此外,较之于滚动阻力为相同程度的实施例2,低油耗性的改善效果低。
比较例3由于胎面基层的比例少、不满足式(1),因此较之于滚动阻力为相同程度的实施例2,低油耗性的改善效果低。
比较例4、5由于胎面基层过硬、不满足式(3),因此耐久性大幅恶化。此外,比较例5由于也不满足式(2),因此操纵稳定性恶化。
比较例6、7由于胎冠顶层过软、不满足式(2),因此操纵稳定性大幅恶化。
比较例8由于胎冠顶层及胎面基层两者较软、不满足式(2),因此操纵稳定性大幅恶化。此外,较之于滚动阻力为相同程度的实施例5,低油耗性的改善效果低。
比较例9由于胎冠顶层过硬、不满足式(2),因此耐切削性能大幅恶化。
比较例10由于胎面基层过软、不满足式(2),因此操纵稳定性大幅恶化。此外,较之于滚动阻力为相同程度的实施例1,低油耗性的改善效果低。
比较例11由于胎冠顶层与胎面基层的物性差小、不满足式(2)、(3),因此操纵稳定性恶化。此外,较之于滚动阻力为相同程度的实施例2,低油耗性的改善效果低。
比较例12由于胎冠顶层与胎面基层的物性差小、不满足式(3),因此较之于滚动阻力为相同程度的实施例2,低油耗性的改善效果低。
另一方面,具有胎冠顶层及胎面基层满足式(1)~(3)的胎面的实施例1~5,较之于比较例1,平衡地改善了低油耗性、操纵稳定性及耐久性。此外,较之于滚动阻力为相同程度的比较例,具有低油耗性的改善效果大的倾向。
比较实施例1、2,胎面基层比例多的实施例1,低油耗性的改善效果大。
比较实施例1、3,胎面基层刚性高的实施例1,低油耗性的改善效果大。
胎冠顶层及胎面基层两者的刚性高的实施例4,在确保了良好的操纵稳定性及耐久性的同时,低油耗性大幅改善。
如实施例5,即使胎冠顶层及胎面基层的刚性差较大,也在操纵稳定性没有问题的程度。
Claims (3)
1.一种充气轮胎,具备包含胎冠顶层及胎面基层的胎面,
所述胎冠顶层及所述胎面基层满足下式(1)~(3)表示的关系,
50/50≤Vc/Vb≤90/10 (1)
式(1)中,Vc为胎冠顶层的体积,Vb为胎面基层的体积,
0.65≤E*c/E*b<1.00 (2)
1.30≤(tanδc/E*c)/(tanδb/E*b)<2.40 (3)
式(2)、(3)中,E*c、tanδc分别为30℃时的胎冠顶层的复弹性模量、损耗角正切,E*b、tanδb分别为30℃时的胎面基层的复弹性模量、损耗角正切。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎,其中,所述胎面基层含有包含间同立构1,2-聚丁二烯结晶的丁二烯橡胶。
3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎,其中,所述tanδb在0.190以下。
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