CN103459169B - 充气轮胎 - Google Patents

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

充气轮胎

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。