CN103665450B - 用于胎面沟槽增强件的橡胶组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于胎面沟槽增强件的橡胶组合物，其包含至少一种橡胶组分，约50phr至120phr的填料，其中至少20phr的所述填料为高表面积炭黑。另外，所述组合物还包含10phr至30phr的酚树脂。本发明还涉及包含所述组合物的轮胎胎面或轮胎。

Description

用于胎面沟槽增强件的橡胶组合物

发明领域

本发明涉及用于胎面沟槽增强件(groovereinforcement)的橡胶组合物。此外，本发明涉及包含所述组合物的轮胎胎面和轮胎。

发明背景

充气轮胎典型地包括对轮胎滚动阻力有很大贡献的胎面。胎面沟槽变形可能会导致随后在轮胎作业期间胎面化合物中热量累积，反之亦然，由此增加了滚动阻力。此外，沟槽变形还可能会对轮胎性能产生负面影响。特别是，沟槽变形可能会导致不令人满意的轮胎硬度以及轮胎与地面的不利的接触。

美国专利申请公开US2010/0154948A1公开了具有沟槽增强件的轮胎胎面。具体地，所描述的轮胎具有至少一个分隔周向肋的周向沟槽，其中每个周向沟槽具有两个侧面和位于其间的底部。包含具有相对于胎面的周向方向呈-20度至+20度取向的增强短纤维的化合物的层的增强结构被固定于每个周向沟槽侧面。

美国专利US6,213,181B1公开了具有包含周向沟槽的胎面的轮胎。所述沟槽具有用于减少导致主观的用户不满的异常现象形成的沟槽壁衬里。所述衬里在各个沟槽的整个高度上延伸，并且由不同于其余胎面化合物的化合物制成。特别地，所述沟槽衬里所使用的化合物比其余胎面所使用的胎面化合物更软。

发明内容

本发明优选的目的在于局部减少轮胎胎面、特别是与胎面沟槽相邻的区域的变形。

本发明另一个优选的目的在于局部增强、支撑或者加强所述沟槽。特别是，应当减少或者避免承受横向力的沟槽的旋转或者倾斜。

本发明的又一个优选的目的在于更好地稳定在横向和纵向机械应力下的轮胎的胎冠结构并总体上改善轮胎的性能。

本发明另一个优选的目的为改善轮胎的侧偏刚度。

本发明因此涉及橡胶组合物，特别是用于沟槽增强件的，所述橡胶组合物包含至少一种橡胶组分，约50phr至120phr的填料，其中至少20phr的所述填料为高表面积炭黑；和10phr至30phr的酚醛树脂(phenolicresin)。所述组合物可以包含100份的至少一种橡胶组分，特别是天然橡胶和/或聚丁二烯和/或聚合物和/或苯乙烯-丁二烯共聚物。

在本发明的一个方面中，所述高表面积炭黑具有至少100g/kg或者至少200g/kg的碘吸收值。

在本发明的另一个方面中，至少10phr的所述填料为具有至少150m2/g或者至少200m2/g的BET表面积的高表面积二氧化硅。不过，所述填料可以基本上完全由炭黑组成。

在本发明的又一个方面中，所述橡胶组合物包含至少15phr的酚醛树脂。

在本发明的又一个方面中，所述树脂为酚醛(Novolac)型树脂。

在本发明的又一个方面中，每个增强件的所述橡胶组合物进一步包含由多个帘线(cord)和/或长丝(filament)形成的条带。所述长丝在一个或两个方向上取向。例如，这样的条带可以基本上平行于沟槽的周向方向布置。

此外，本发明还涉及包含前述组合物的轮胎胎面。

在本发明一个方面中，所述轮胎胎面包含多个周向沟槽，其中所述组合物作为增强件提供在与每个周向沟槽相邻的区域(横向不同)，使得所述组合物构成每个沟槽的至少底部。

在本发明的又一个方面中，上述条带可以布置在如下的一个或多个位置：与沟槽底部相邻、与胎面的径向内表面相邻、和与增强件的径向中心相邻。

在本发明的又一个方面中，所述组合物构成每个沟槽的底部，和每个沟槽侧壁的至少径向内部的四分之一，但最多径向内部的三分之二(而其余侧壁部分可以由另一种胎面化合物构成，例如专用于在行驶时与路面接触的化合物)。

在本发明的又一个方面，每个区域，或所述组合物，分别从胎面的径向内表面在外径向方向上延伸。

在本发明的又一个方面，每个区域横向延伸的宽度是相邻沟槽的横向宽度的大约1.1倍至约4.0倍，或约1.5倍至约3.5倍。

在本发明的又一个方面，每个区域从径向内基部向径向外顶部逐渐变小。

在本发明的又一个方面中，在所述区域之外，胎面(或其余胎面)包含或由硬度比增强件的橡胶组合物低的一种或多种橡胶化合物构成。

另外，本发明还涉及包含根据本发明的胎面或组合物的轮胎。

在一个方面，所述轮胎包含如下的一个或多个构件：具有一个或多个带束层的带，覆盖层，或底胎面。每个区域可以从这些构件之一在外径向方向上延伸。

具体地，本发明涉及以下方面：

1、用于沟槽增强件的橡胶组合物，包含：

至少一种橡胶组分；

约50phr至120phr的填料，其中至少20phr的所述填料为高表面积炭黑；和

10phr至30phr的酚醛树脂。

2、根据方面1的橡胶组合物，其中所述高表面积炭黑具有至少100g/kg的碘吸收值。

3、根据方面1的橡胶组合物，其中所述高表面积炭黑具有至少200g/kg的碘吸收值。

4、根据方面1的橡胶组合物，其中至少10phr的所述填料为具有至少100m2/g的BET表面积的高表面积二氧化硅。

5、根据方面4的橡胶组合物，其中所述高表面积二氧化硅具有的BET表面积为至少200m2/g。

6、根据方面1的橡胶组合物，其中所述橡胶组合物包含至少15phr的所述酚醛树脂。

7、一种胎面，包含根据方面1的组合物。

8、根据方面7的胎面，包含多个周向沟槽，其中所述组合物作为与每个周向沟槽相邻的增强区域提供，使得所述组合物构成每个沟槽的至少底部。

9、根据方面8的胎面，其中所述橡胶组合物进一步包含由多个长丝或帘线制成的条带，所述条带基本上平行于所述沟槽的周向方向布置。

10、根据方面9的胎面，其中所述条带可以布置在如下的一个或多个位置：与沟槽底部相邻、与胎面的径向内表面相邻、和与增强件的径向中心相邻。

11、根据方面8的胎面，其中所述组合物构成每个沟槽的底部，和每个沟槽侧壁的至少径向内部的四分之一，但最多径向内部的三分之二。

12、根据方面8的胎面，其中在每个区域，所述组合物从胎面的径向内表面在外径向方向上延伸。

13、根据方面8的胎面，其中每个区域横向延伸的宽度是相邻沟槽的横向宽度的大约1.1倍至约4.0倍。

14、、根据方面8的胎面，其中每个区域从径向内基部向径向外顶部逐渐变小。

15、根据方面8的胎面，其中在所述区域之外，胎面由硬度比所述增强件的所述橡胶组合物低的一种或多种橡胶化合物构成。

16、一种轮胎，包含根据方面8的胎面。

17、根据方面16的轮胎，其包含如下的一个或多个构件：具有一个或多个带束层的带，覆盖层，或底胎面；其中每个区域可以从这些构件之一在外径向方向上延伸。

本发明公开的所有上述的方面和特征相互之间可以组合。

定义

“三角胶”或者“芯三角胶条(BeadFillerApex)”是指径向地位于胎圈芯之上以及帘布层和反包帘布层之间的弹性填充物。

“轴向的”和“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的线或者方向。

“胎圈”或者“胎圈芯”通常是指包含与将轮胎保持至轮箍相关的径向内胎圈的环形抗拉构件的轮胎部分；所述胎圈被帘线所缠绕并成型，具有或者不具有其它的增强构件，如外包布、帘布线增强层(chipper)、三角胶或填充物、胎趾护层和胎圈包布。

“带束层结构”或者“增强带束层”或者“带束层”是指至少两个环形层或者帘布层，其是织造的或者非织造的，位于胎面之下。

“外胎”是指胎体、带束层结构、胎圈、侧壁以及除了胎面和底胎面之外的所有其它轮胎部件，即整个轮胎。

“周向”通常是指垂直于轴向方向沿着环形胎面的表面的周界延伸的线或者方向；其也可以是指在横截面中所看到的一系列的相邻环形曲线的方向，这些曲线的半径定义了胎面的轴向曲率。

“帘线”是指增强束(strands)中的一个，包括纤维，帘布层或者带束层利用其增强。

“赤道面”是指垂直于轮胎的旋转轴线并穿过其胎面中心的平面；或包含胎面的周向中心线的平面。

“横向”是指平行于轴向方向的方向。

“标准负载”是指对于轮胎的服务条件来说由合适的标准组织所设计的指定设计充气压力和负载。

“覆盖层”是指径向设置在带或者带束层之上的帘布层(ply)。这样的覆盖层通常被用于高速轮胎的增强。

“径向的”和“径向地”是指径向朝向或远离轮胎的旋转轴线的方法。

“侧壁”是指胎面和胎圈之间的轮胎部分，或者特别是在本公开的上下文中还指胎面沟槽的侧边界。

“胎面”是指模制的、挤出的或者成型的橡胶部件，当被结合至轮胎外胎的时候，其包括当轮胎被正常充气并处于标准负载下的时候与路面相接触的轮胎部分。

“胎面宽度”是指胎面表面在包括轮胎的旋转轴线的平面内的弧长。

“底胎面”是指被放置在挤出胎面之下以在轮胎组装过程中促进胎面至带束层(stabilizerplies)的粘着并优选地覆盖切断的带的末端的橡胶层。

附图说明

本发明的结构、实施和优点将在结合附图考虑以下说明的基础上而变得更加明显，其中：

图1示出穿过包含由根据本发明第一方面的组合物构成的沟槽增强件的轮胎的示意性横截面；

图2示出穿过包含由根据本发明第二方面的组合物构成的沟槽增强件的轮胎的示意性横截面；

图3示出穿过包含由根据本发明第三方面的组合物构成的沟槽增强件的轮胎的示意性横截面；

图4示出穿过包含由根据本发明第四方面的组合物构成的沟槽增强件的轮胎的示意性横截面。

具体实施方式

图1示出根据本发明优选实施方式的轮胎1的示意性横截面。轮胎1具有胎面10、内衬层13、包含四个带束层的带束层结构11、胎体帘布层9、两个侧壁2以及包含三角胶条5和胎圈4的两个胎圈区域3。该示例性轮胎1例如适用于安装在机动车，例如卡车或者客车，的轮箍上。胎体帘布层9包括一对轴向相对的末端部分6，其中的每一个均固定在各自的一个胎圈4上。胎体帘布层9的每个轴向末端部分6均被卷起并包围各自的胎圈4至足以固定每个轴向末端部分6的位置。胎体帘布层9可以是具有多个基本上平行的胎体增强构件的浸橡胶的帘布层，所述胎体增强构件例如由诸如聚酯、人造丝或者类似的合适有机聚合化合物的材料制成。所述胎体帘布层9的卷起部分6可以与两个外包布8的轴向外表面和两个帘布线增强层7的轴向内表面接合。如在图1中所示的，示例性的胎圈10可以具有四个周向沟槽20，其基本上定义了胎面10中的U形开口的。胎面10的主要部分可以由胎面化合物形成，其可以是任何合适的一种或多种胎面化合物。每个周向沟槽20均由横向分隔一对径向延伸的壁22、23的底部21或基部来限定。

与每个沟槽20相邻的区域包含沟槽增强件30，所述沟槽增强件30由根据本发明的组合物构成或制成。这种化合物的非限制性的例子在下文中给出。如在图1中所示的，沟槽增强件30或者增强区域30构成沟槽20的侧壁22、23和沟槽20的基部或者底部21的至少一部分。特别是，每个描绘的增强件30包括两个径向延伸的部分，至少部分地构成相邻沟槽20的相对侧壁22、23。此外，在所描绘的例子中，每个增强件30具有径向内部基部，其与设置在胎面10径向下方的支撑结构（直接）接触。这样的结构例如可以是如在图1中所示的覆盖层12。或者，这样的结构例如可以是径向最外侧的带束层或者是底胎面。如在图1中所描绘的，每个沟槽20具有其自身的增强区域30，其中，与不同的沟槽20相邻的增强件30就横向方向来说是不同的。如上文已经提及的，其余胎面10可以由任意合适的或者常用的一种或多种胎面化合物来形成。增强件30在其径向内部基部的横向宽度优选为相邻沟槽的底部21的横向宽度的1.5倍至3.5倍。这样的相对宽度可以为相邻的沟槽20提供进一步的刚度和/或支撑。优选地，增强件30的形状在外径方向上逐渐变小。由此，沟槽增强件30具有改善沟槽20底部21稳定性而不在可能与地面接触和可能对滚动阻力具有不期望的影响的胎面花纹块或肋中提供大量增强组合物的能力。然而，总的来说，增强件也可以在相反方向上逐渐变小或者在径向方向上侧面平行地延伸，即不逐渐变小。增强件30的高度优选地由径向内部基部（由胎面10的径向内表面处）延伸至相邻沟槽20的约一半深度。或者，所述增强件可以在径向方向上延伸至侧壁22、23的至少内侧四分之一和延伸至侧壁22、23的最多内侧三分之二以构成该区域内的侧壁。优选地，增强件30不会延伸至胎面（未磨损的）的表面。

总的来说，沟槽增强件也可能在沟槽20的一个侧面上比在沟槽20的另一个侧面上在径向方向上延伸地长。例如，轮胎的横向外部沟槽20（例如具有非对称胎面花纹）可以在其横向外侧上具有比在其横向内侧上在径向方向上更高的沟槽增强件。这例如有助于避免或者抗衡在这样的沟槽20处尤其可能发生的变形。优选地，各自沟槽增强件的横向外侧可以具有凸的形状，而横向内侧可以具有直的形状。

图2示出根据本发明的轮胎1和胎面10的另一种实施方案，其中横向不同的增强件31在径向方向上由覆盖层12延伸至沟槽的侧壁22、23。与其余胎面或者胎面化合物接触的由所述增强材料制成的侧壁22、23具有凸的形状。该形状构成沟槽增强件的优选的形状。然而，应当注意增强材料的侧壁还可以具有直的形状（例如如在图1中所描绘的）或者凹的形状（未示出）。凹的或者凸的形状可以是优选的，因为它们提高了增强件30、31和周围的胎面化合物之间的接触表面。

图3示出根据本发明的轮胎1和胎面10的另一种实施方案。在所示出的横截面中，每个沟槽增强件32具有基本上呈梯形的形状，其具有构成沟槽21的底部的（窄的）顶部和由覆盖层12支撑或布置在覆盖层12上的（宽的）基部。根据本实施方式，沟槽的侧壁22、23由一种或多种一般的胎面化合物制成并且仅沟槽20的底部21由根据本发明的增强组合物制成。

图4示出根据本发明的轮胎1和胎面10的又一种实施方案。所示出的沟槽增强件33再次具有逐渐变小的形状，由径向下方的基部在外径向方向上延伸至更窄的顶部。在本实施方案中，增强件33由胎面10的径向内表面延伸至胎面10的径向外表面。由此，每个沟槽20的两个侧壁22、23以及底部21均由增强件33形成或提供。

根据上述实施方案的轮胎1已经用四种周向沟槽20来显示。然而，轮胎10可以具有更多或者更少这样的沟槽20。此外，所描述的轮胎具有四个带束层和覆盖层12。覆盖层12仅为任选的特征。而且，带束层的数量可以更高或者更低。例如，轮胎可以仅具有两个带束层。

总的来说，还可以为横向沟槽提供这里所描述的增强件。然而，如果向周向沟槽20应用了增强件30、31、32、33，那么可以将沟槽增强件30、31、32、33与其余胎面10或者胎面化合物一起挤出。由此，可以容易地、低成本地并且快速地制造包含根据本发明的增强件30、31、32或33的胎面10。

下表1给出橡胶组合物的非限制性例子，其例如可用作上述增强件30、31、32和33的材料。

表1

根据表1中所给出如上所提及的实施例1至4的组合物包含所有的天然橡胶、聚丁二烯或苯乙烯-丁二烯共聚物。然而，作为替代也可使用其它聚合物。此外，在上述实施例中给出了N191或N134级炭黑。然而，也可使用具有其它级别的炭黑，例如其它N1和N2系列的炭黑。特别是，高表面积炭黑和大量的增强树脂的组合导致了高硬度（例如超过80的肖氏A硬度）和高断裂伸长率（例如大于300%）。尽管高肖氏A硬度对于某些其它的橡胶组合物(例如像用于三角胶的那些)可能是已知的，但是在现有技术中制造如上所提及组合的是未知的。具体地，优选的是所述炭黑具有碘吸收值为至少约100g/kg或者优选至少180g/kg的高表面积。如本领域所已知的，碘吸收值炭黑的表面积的标准量度，其在当前情况下是高的。

根据实施例1至4，在组合物中使用了0phr至20phr的二氧化硅。优选地，所述二氧化硅具有至少100m2/g，或者更优选为至少180m2/g的BET表面积。BET表面积的定义对于本领域技术人员来说也是已知的。

此外，某些所列的轮胎组合物包含一些份的TDAE油。该组分的用量也可以变化。而且，其可以用替代物质来取代，例如MES、RAE、环烷油、植物油或者其它增塑剂。

根据上述实施例，使用了酚醛型树脂。然而，也可使用其它的非自固化酚醛树脂。根据上述实施例，树脂使用六亚甲基四胺或者六甲氧基甲基三聚氰胺来交联。然而，也可以使用其它的交联剂。

所列出的含量小于5phr的其它组分构成在多个橡胶组合物中所共有的组分并且如本领域技术人员所已知的可以变化。例如，可使用其它的硅烷而不是所提及的双（三乙氧基甲硅烷基丙基）双磺胺，例如双（3-三乙氧基甲硅烷基丙基）四硫化物，来自"Evonik"的EvonikSi363，来自"MomentivePerformanceMaterials"的NXT，NXTZ100，NXTZ60，NXTZ45。也可以不使用N-环己基硫代酞酰亚胺，而是使用其它的预硫化抑制剂。此外，N,N'-二环己基-2-苯并噻唑-亚磺酰胺例如可以被其它已知的加速剂替代。

本发明人的测试已经显示上述组合物具有>80的肖氏A硬度。换句话说，所述的增强组合物比传统的胎面化合物硬得多。此外，本发明人还测试了断裂伸长率，其确实大于300%。

如果如在上文中所描述的那样邻近沟槽20提供，则具有高肖氏A硬度的组合物(例如如在实施例1-4中表现的)在一方面可以为轮胎1提供稳定性和高侧偏刚度。在另一方面，高断裂伸长率在沟槽20的区域为胎面10提供耐久性和抗裂性。

如上所述，具有高肖氏A硬度的轮胎部件，例如三角胶可能是已知的。然而，这样的部件具有低得多的断裂伸长率（例如小于150%）。特别是，它们不包含高表面积填料。

下表2示出了本发明人在一度侧偏角和不同的负载和充气压力下进行的实施例的轮胎的侧偏刚度测量的试验结果。

表2

由此，如果施加在胎面10的沟槽20邻近的区域中，借助于根据本发明的化合物可以显著提高侧偏刚度。

此外，鉴于所述增强件中相对大量的炭黑，所述组合物具有使得可以淘汰导电烟沟(chimneys)的电导率。

申请人强调了本发明可用于任意类型的轮胎，例如用于客车轮胎，尤其是用于运动型车辆轮胎、卡车轮胎或者飞机轮胎。所述轮胎可以是充气的或者非充气的。

根据提供的说明，本发明可以有变体。虽然出于阐述本发明主旨的目的而示出了某些代表性实施方案、实施例和细节，但是对于本领域技术人员来说，显然可以在不脱离本发明主旨范围的情况下做出多种不同的改变和改进。因此，应当理解的是可以对所描述的特定的示例性实施方案做出改变，其将落入由后附权利要求书所定义的本发明的范围之内。

上文所描述的实施方案和实施例在任何情况下都不应被以限制性的含义来理解。特别地，上文实施方案的技术特征也可被替代或相互组合。

Claims (14)

1.胎面，包含：

用于沟槽增强件的橡胶组合物，该橡胶组合物具有至少一种橡胶组分；50phr至120phr的填料，其中至少20phr的所述填料为具有至少100g/kg的碘吸收值的高表面积炭黑；和10phr至30phr的酚醛树脂；

多个周向沟槽；并且

其中所述组合物作为与每个周向沟槽相邻的增强区域提供，使得所述组合物构成每个沟槽的至少底部。

2.权利要求1的胎面，其中所述高表面积炭黑具有至少200g/kg的碘吸收值。

3.权利要求1的胎面，其中至少10phr的所述填料为具有至少100m2/g的BET表面积的高表面积二氧化硅。

4.权利要求3的胎面，其中所述高表面积二氧化硅具有的BET表面积为至少200m2/g。

5.权利要求1的胎面，其中所述橡胶组合物包含至少15phr的酚醛树脂。

6.权利要求1的胎面，其中所述橡胶组合物进一步包含由多个长丝或帘线制成的条带，所述条带基本上平行于所述沟槽的周向方向布置。

7.权利要求6的胎面，其中所述条带布置在如下的一个或多个位置：与沟槽底部相邻、与胎面的径向内表面相邻、和与增强件的径向中心相邻。

8.权利要求1的胎面，其中所述组合物构成每个沟槽的底部，和每个沟槽侧壁的至少径向内部的四分之一，但最多径向内部的三分之二。

9.权利要求1的胎面，其中在每个区域，所述组合物从胎面的径向内表面在外径向方向上延伸。

10.权利要求1的胎面，其中每个区域横向延伸的宽度是相邻沟槽的横向宽度的1.1倍至4.0倍。

11.权利要求1的胎面，其中每个区域从径向内基部向径向外顶部逐渐变小。

12.权利要求1的胎面，其中在所述区域之外，胎面由硬度比所述增强件的所述橡胶组合物低的一种或多种橡胶化合物构成。

13.一种轮胎，包含根据权利要求1的胎面。

14.权利要求13的轮胎，其包含如下的一个或多个构件：具有一个或多个带束层的带，覆盖层，或底胎面；其中每个区域从这些构件之一在外径向方向上延伸。