CN103732673B - 橡胶组合物及使用该橡胶组合物的充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种橡胶组合物，其具有良好的加工性并且适用于轮胎气密层。更具体地，本发明涉及一种包含橡胶组分和长厚比为2-200的无机填料并且任选地包含炭黑和脂肪酸金属盐的橡胶组合物。该橡胶组合物的特征在于所述无机填料、所述炭黑和所述脂肪酸金属盐的共混量满足下式(1)。C≥0.016×(A-0.5×B)-1.18…(1)(式中，A表示所述无机填料相对于100质量份所述橡胶组分的共混量(质量份)；B表示所述炭黑相对于100质量份所述橡胶组分的共混量(质量份)；C表示所述脂肪酸金属盐相对于100质量份所述橡胶组分的共混量(质量份))。

Description

橡胶组合物及使用该橡胶组合物的充气轮胎

技术领域

本发明涉及一种橡胶组合物和一种将该橡胶组合物用于气密层的充气轮胎。具体地，本发明涉及一种显示良好加工性的气密层用橡胶组合物。

背景技术

通常提议降低轮胎气密层的空气透过性从而降低气密层的厚度，因此相应地降低轮胎重量和轮胎的燃料消耗。例如，已经提议使用以高的共混量包含较低等级的炭黑的橡胶组合物作为气密层从而降低气密层的厚度。然而，在此情况下所得的气密层具有耐挠曲性和低温耐久性方面的问题。

作为另一个常规已知的实例，可以通过使用包含共混至其中的非补强性扁平状云母和/或粘土的橡胶组合物作为气密层，在维持良好的耐挠曲性和低温耐久性的同时，降低气密层的空气透过性。具体地，PTL1公开了一种充气轮胎的气密层用橡胶组合物，其通过将100重量份固体状橡胶与1-150重量份经有机处理的层状粘土矿物共混来制造。此外，PTL2公开了一种充气轮胎的气密层用橡胶组合物，其包括橡胶组分和长厚比为3-30(包括3且不包括30)的层状或板状矿物。

引用列表

专利文献

PTL1:JP2003-335902(特开)

PTL2:WO01/62846

发明内容

发明要解决的问题

然而，当将包含以相对高的共混量共混至其中的非补强性扁平状云母和/或粘土的橡胶组合物用于气密层时，产生橡胶组合物的加工性方面的问题，这是因为处于未硫化状态的橡胶组合物的强度(称为“生胶强度”)降低并且产生根据方向的强度的变化，由此导致橡胶组合物与位于班伯里密炼机靠下部分处的辊粘着。

考虑到上述状况，本发明的目的是解决现有技术的上述问题并提供显示良好的加工性并适用于轮胎气密层的橡胶组合物。本发明的另一目的是提供使用其气密层用橡胶组合物以实现良好的生产性的轮胎。

用于解决问题的方案

作为实现上述目的的锐意研究的结果，本发明的发明人发现了一种橡胶组合物，其具有橡胶组分，长厚比为2-200的无机填料，以及任选地炭黑和/或脂肪酸金属盐，其中将无机填料、炭黑和脂肪酸金属盐共混以致它们满足特定的关系式，该橡胶组合物显示优异的加工性，由此完成本发明。

具体地，本发明的橡胶组合物特征在于包括：橡胶组分；长厚比为2-200的无机填料；和任选地炭黑和脂肪酸金属盐中的至少一种，其中，无机填料、炭黑和脂肪酸金属盐的含量满足下式(1)：

C≥0.016×(A-0.5×B)-1.18…(1)

式(1)中，“A”表示无机填料相对于100质量份橡胶组分的含量(质量份)，“B”表示炭黑相对于100质量份橡胶组分的含量(质量份)，“C”表示脂肪酸金属盐相对于100质量份橡胶组分的含量(质量份)。

在本发明的橡胶组合物的适当实例中，橡胶组分是丁基类橡胶。所得的橡胶组合物显示出显著降低的空气透过性进而适用于轮胎的气密层。

无机填料的含量(A)相对于100质量份橡胶组分优选在80-150质量份的范围内，炭黑的含量(B)相对于100质量份橡胶组分优选为15质量份以下，脂肪酸金属盐(C)的含量相对于100质量份橡胶组分优选在0.1-3质量份的范围内并且更优选在0.1-2质量份的范围内。

本发明的充气轮胎特征在于采用前述橡胶组合物作为其气密层。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种橡胶组合物，其具有橡胶组分，长厚比为2-200的无机填料，以及任选地炭黑和脂肪酸金属盐中的至少一种，其中所述无机填料、所述炭黑和所述脂肪酸金属盐的含量满足上述式(1)，该橡胶组合物显示良好的加工性。此外，根据本发明，可以提供一种使用橡胶组合物作为其气密层并由此实现良好的生产性的轮胎。

附图说明

图1是扁平状无机填料的示意图。

图2是对于实施例和比较例的橡胶组合物，通过分别将[A(粘土含量)-0.5×B(炭黑含量)]作为X轴和将[C(脂肪酸金属盐的含量)]作为Y轴绘制而得到的图。

图3是对于实施例和比较例的橡胶组合物，通过分别将[C(脂肪酸金属盐的含量)-0.016×{A(粘土含量)-0.5×B(炭黑含量)}+1.18]作为X轴和将粘着发生频率作为Y轴绘制而得到的图。

具体实施方式

下文中将详细描述本发明。本发明的橡胶组合物特征在于包括：橡胶组分；长厚比为2-200的无机填料；以及任选地炭黑和脂肪酸金属盐中的至少一种，其中无机填料、炭黑和脂肪酸金属盐的含量满足上述式(1)。更具体地，橡胶组分和长厚比为2-200的无机填料是必要组分但是炭黑和脂肪酸金属盐不是本发明的橡胶组合物中的必要组分；当橡胶组合物包括炭黑和/或脂肪酸金属盐时，无机填料、炭黑和脂肪酸金属盐的含量满足上述式(1)。

如上所述，在将以高的共混量包含具有高的长厚比的扁平状无机填料的橡胶组合物用于轮胎的气密层时，处于未硫化状态的橡胶组合物的强度(称为“生胶强度”)降低并且产生根据方向的强度的变化，因此导致在制造厂中的加工性方面的问题。作为本发明人为了解决该问题研究大量橡胶组合物的共混配方的结果，发现当设定橡胶组合物中无机填料、炭黑和脂肪酸金属盐的含量满足上述式(1)时，橡胶组合物的生胶强度提高并且可以抑制橡胶组合物与在班伯里密炼机的靠下部分处的辊粘着，因此橡胶组合物的加工性改进至令人满意的水平。由于在橡胶组合物中以高的共混量包括长厚比为2-200的扁平状无机填料而引起的在制造厂中的不良加工性的问题主要归因于橡胶组合物与在班伯里密炼机的靠下部分处的辊粘着并且该橡胶组合物的粘着因为橡胶组合物的生胶强度相对于其与辊的粘着力而言太低而发生。因此，就解决在制造厂中的不良加工性的问题而言，降低橡胶组合物与辊的粘着力是最有效的。应当注意在这方面，由上述式(1)表示的关系不受任何理论束缚但是已经作为本发明人研究大量橡胶组合物的共混配方的结果，而经验地确定。

用于本发明的橡胶组合物的橡胶组分的实例包括天然橡胶(NR)和二烯类合成橡胶，尽管橡胶组分的种类不特别限定于此。二烯类合成橡胶的实例包括聚异戊二烯橡胶(IR)、聚丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)和丁基类橡胶等。上述各橡胶组分可以单独使用或以两种以上的组合使用。

在本发明的橡胶组合物中橡胶组分优选为丁基类橡胶。在橡胶组分是丁基类橡胶的情况下，橡胶组合物的空气透过性显著降低，由此使得橡胶组合物适合用于轮胎的气密层中。丁基类橡胶的实例包括卤代丁基橡胶以及丁基橡胶(IIR)。卤代丁基橡胶的实例包括氯代丁基橡胶和溴代丁基橡胶等。

本发明的橡胶组合物包括共混在其中的长厚比为2-200的扁平状无机填料，因为扁平状无机填料阻碍空气的透过而显示高的空气不透过性。扁平状无机填料通常具有板状、片状或薄片形状，这实际上是由具有相对高的各向异性的填料颗粒的层压层构成的板。扁平状无机填料的长厚比是按照由下式(2)表示的平均值“F”计算：

F=x/y

在式(2)中，“F”表示扁平状无机填料的长厚比，“x”表示扁平状无机填料的长度(较大的尺寸)，“y”表示扁平状无机填料的厚度。扁平状无机填料的长厚比优选为3以上并且更优选为5以上。此外，扁平状无机填料的长厚比优选不超过150，更优选不超过100，进一步更优选不超过50，并且最优选不超过30。用于本发明的橡胶组合物中的长厚比为2-200的无机填料可以为天然产物或合成产物。作为无机填料的矿物的实例包括高岭土、云母、长石、二氧化硅和氧化铝的含水复合物、蒙脱土、皂石、水辉石、贝得石、硅镁石(stevensite)、囊脱石、蛭石和多水高岭土等。在这些实例中优选高岭土和云母并且特别优选高岭土。这些无机填料可以单独使用或以两种以上的组合使用。可以适当地使用商购可得的无机填料。在使用时具有小于2的长厚比的无机填料不能令人满意的降低空气透过性。具有超过200的长厚比的无机填料劣化橡胶组合物的加工性，由此使得其制造过程是有困难的。

橡胶组合物中的无机填料的含量(A)，选择该含量以满足上述式(1)，相对于100质量份橡胶组分优选在80-150质量份的范围内。当将橡胶组合物用于气密层时，相对于橡胶组合物中100质量份橡胶组分，无机填料的含量(A)≥80质量份确保了令人满意的气密层空气透过性的降低。当将橡胶组合物用于气密层时，相对于橡胶组合物中100质量份橡胶组分，无机填料的含量(A)≤150质量份确保了气密层良好的耐挠曲性和低温耐久性得以维持。

本发明的橡胶组合物可以包含炭黑，尽管在其中包含炭黑不是必须的。就气密层良好的耐挠曲性和低温耐久性而言，用于橡胶组合物的炭黑的优选实例包括GPF、FEF、HAF等级的炭黑，尽管炭黑的种类并不特别限于此。各种炭黑可以单独使用或者以其两种以上的组合使用。

橡胶组合物中的炭黑的含量(B)，选择该含量以满足上述式(1)，相对于100质量份橡胶组分优选为15质量份以下。在无机填料的含量(A)相对于100质量份橡胶组分≥80质量份的情况下，炭黑的含量(B)相对于橡胶组合物中100质量份橡胶组分>15质量份会导致耐挠曲性和低温耐久性不充分的改进。

本发明的橡胶组合物优选包含脂肪酸金属盐，尽管在其中包含脂肪酸金属盐不是必须的。作为脂肪酸和金属的盐，脂肪酸金属盐抑制处于未硫化状态的橡胶组合物与班伯里密炼机的辊粘着，由此产生改进橡胶组合物的加工性的效果。构成脂肪酸金属盐的脂肪酸的实例包括棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸等。构成脂肪酸金属盐的金属的实例包括K,Na,Ca,Zn,Mg和Ba等。脂肪酸金属盐可以通过诸如棕榈油、棕榈仁油、橄榄油、杏仁油、低芥酸菜子油、花生油、米糠油、可可油、大豆油、棉籽油、芝麻油、亚麻油、蓖麻油、菜子油的植物油或诸如牛油等的动物油与添加至其的碱如氢氧化钠或氢氧化钾等的皂化(即，植物油或动物油在碱的存在下水解从而获得甘油和脂肪酸金属盐)来获得。各种脂肪酸金属盐可以单独使用或以两种以上的组合使用。

橡胶组合物中的脂肪酸金属盐的含量(C)，选择该含量以满足上述式(1)，相对于100质量份橡胶组分优选在0.1-3质量份的范围内且更优选在0.1-2质量份的范围内。相对于橡胶组合物中100质量份橡胶组分，脂肪酸金属盐的含量(C)在0.1-3质量份的范围内确保了改进橡胶组合物的加工性的效果的明显表达。

通常用于橡胶工业的配混剂例如防老剂、软化剂、硬脂酸、锌白、硫化促进剂和硫化剂等可以适当选择并与本发明的橡胶组合物中的橡胶组分、长厚比为2-200的无机填料、炭黑和脂肪酸金属盐共混，除非这样的配混剂的添加会对本发明的目的产生任何不利影响。商购可得的配混剂可以适当的用于本目的。本发明的橡胶组合物可以通过例如以下来生产：将长厚比为2-200的无机填料与上述橡胶组分共混；然后任选地将炭黑和/或脂肪酸金属盐与混合物共混；进一步任选地将根据需要适当选择的各种配混剂与混合物共混；将混合物进行混炼、加温和挤出等。

本发明的充气轮胎特征在于采用前述橡胶组合物作为其气密层。使用本发明的橡胶组合物作为其气密层的本发明的充气轮胎在其生产过程中实现优异的内压保持性和高生产性，这是因为在生产过程中橡胶组合物显示了令人满意的低空气透过性和良好的加工性。除了使用前述橡胶组合物作为其气密层以外，本发明的充气轮胎不受任何限制的束缚并且可以根据常规方法来生产。要填充至本发明的充气轮胎中的气体的实例包括环境空气、氧分压已经调节的空气和惰性气体如氮气、氩气和氦气等。

实施例

将通过实施例进一步详细地描述本发明。然而，本发明不受任何这些实施例的束缚。

<橡胶组合物的制备和评价>

各个试验橡胶组合物通过以下来制备：将示于表1的组分与包括10质量份由JX Nippon Oil&Energy Corporation制造的加工油“SUPER OIL Y22"、2质量份锌白、1质量份硫磺的其他配混剂共混；借助班伯里密炼机将混合物混炼。在共混过程中，测量表示为粘着(试验橡胶组合物与在班伯里密炼机靠下部分处的辊粘着)发生次数相对于总的(50以上)批次的百分数的粘着发生频率(单位：%)。结果示于表1，以及图2和图3。图2是对于试验橡胶组合物，通过分别将[A(粘土含量)-0.5×B(炭黑含量)]作为X轴和将[C(脂肪酸金属盐的含量)]作为Y轴绘制出而得到的图。图3是对于试验橡胶组合物，通过分别将[式(1)的左边-式(1)的右边]即[C(脂肪酸金属盐的含量)-0.016×{A(粘土含量)-0.5×B(炭黑含量)}+1.18]作为X轴和将粘着发生频率作为Y轴绘制而得到的图。上述式(1)来源于图2和图3。

此外，各试验橡胶组合物的空气透过性和耐挠曲性通过以下方法来评价。结果示于表1。

空气透过性

制备橡胶试验片并且根据JIS K7126-1:2006“塑料--薄膜和片材--气体透过率的测定(差压法)”测量其空气透过性(气体透过率)。值越小表示空气透过性越低。

耐挠曲性

制备橡胶试验片并且根据JIS K6260:1999“硫化橡胶或热塑性橡胶的挠曲开裂和裂纹生长(De Mattia型)的测定”在室温和40mm冲程(stroke)的条件下计数在试验片断裂前所经历的冲击数(number of strokes)。计数出的冲击数越大表示耐挠曲性越高。

表1

*1溴代丁基橡胶：由JSR Corporation制造的“Bromobutyl2255”

*2脂肪酸金属盐：由Struktol Company制造的“VP1405”

*3炭黑：由ASAHI CARBON Co.,Ltd.制造的“GPF”

*4粘土(扁平状无机填料)：由KaMin LLC制造的“POLYFIL DL”(长厚比=15)

*5气体透过率：10^-10cm³·cm/cm²·sec·cmHg

从图2和图3中了解到当粘土(无机填料)、炭黑和脂肪酸金属盐的含量满足上述式(1)的关系或者设定在图2和图3的实施例的范围内时，降低粘着发生频率并且由此改进橡胶组合物的加工性。

此外，从实施例1-10与实施例11-16的比较中了解到，橡胶组合物中炭黑的含量(B)相对于100质量份橡胶组分优选≤15质量份。

附图标记说明

x扁平状无机填料的长度(较大的尺寸)

y扁平状无机填料的厚度

Claims (4)

1.一种气密层用橡胶组合物，其包括：

橡胶组分；

长厚比为2-200的扁平状无机填料；和

炭黑以及脂肪酸金属盐，

其中，所述扁平状无机填料、所述炭黑和所述脂肪酸金属盐的含量满足下式(1)：

C≥0.016×(A-0.5×B)-1.18 …(1)

式(1)中，“A”表示所述扁平状无机填料相对于100质量份所述橡胶组分的以质量份计算的含量；“B”表示所述炭黑相对于100质量份所述橡胶组分的以质量份计算的含量；“C”表示所述脂肪酸金属盐相对于100质量份所述橡胶组分的以质量份计算的含量，

所述扁平状无机填料的含量(A)相对于100质量份所述橡胶组分在80-150质量份的范围内，

所述炭黑的含量(B)相对于100质量份所述橡胶组分为15质量份以下，

所述脂肪酸金属盐的含量(C)相对于100质量份所述橡胶组分在0.1-3质量份的范围内。

2.根据权利要求1所述的气密层用橡胶组合物，其中所述橡胶组分仅为丁基类橡胶。

3.根据权利要求1所述的气密层用橡胶组合物，其中所述扁平状无机填料是高岭土和/或云母。

4.一种充气轮胎，其使用根据权利要求1-3任一项所述的气密层用橡胶组合物作为其气密层。