CN103802611B - 具有胎圈包布和侧壁的轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有胎圈包布和侧壁的轮胎。具体地本发明涉及充气轮胎，其具有一对间隔开的胎圈部件；位于胎圈部件之间的连接胎体；覆在胎体上面的一对侧壁；以及与每个侧壁相邻的、位于每个胎圈部件的至少一部分周围并用于与车轮的刚性轮辋接触的橡胶胎圈包布，其中胎圈包布包含100重量份的弹性体；20‑60phr的低表面积炭黑，其具有通过ASTM D1510测量的约10‑约50g/kg范围内的吸碘值；20‑60phr的高表面积炭黑，其具有通过ASTM D1510测量的约100‑约300g/kg范围内的吸碘值；其中该侧壁包含100phr与胎圈包布中使用的相同的弹性体；20‑60phr与胎圈包布中使用的相同的低表面积炭黑；10‑20phr与胎圈包布中使用的相同的高表面积炭黑；其中胎圈包布中的高表面积炭黑与侧壁中的高表面积炭黑的重量比＞1。
Description
技术领域
本发明涉及具有胎圈包布和侧壁的轮胎。
背景技术
充气橡胶轮胎通常具有两个间隔开的、相对不能伸展的胎圈，通常由扭绞的或包缆的金属线构成，它们被橡胶部件包围。通常位置部分胎圈周围的重要部件是胎圈包布。该胎圈包布是橡胶组合物，通常设计来与刚性轮辋接触，并因此与轮胎和轮辋之间的接触面接触。相当明显的是，该胎圈包布橡胶组合物一般必须非常耐磨、坚韧，并具有相对高的模量，同时还具有可接受的韧性和橡胶疲劳性能，而且具有良好的抗切口生长性。
胎圈包布橡胶组合物通常由炭黑增强的二烯基橡胶组合物组成。该胎圈包布橡胶组合物任选可以含有用于尺寸稳定性的织物增强材料，其中胎圈包布的织物部分通常与轮胎的胎圈部分邻近，使得当轮胎被安置在轮辋上并充气时，胎圈包布的橡胶部分与该刚性轮辋接触。
充气轮胎胎圈包布、它们在轮胎胎圈和刚性的轮辋之间预定的接触面以及它们要求较高的物理性质，在本文中被认为是本领域技术人员所公知的。
它的橡胶组合物例如通常由顺式1，4-聚异戊二烯和顺式1，4-聚丁二烯橡胶(一种或多种)组成，以便具有良好的耐磨性和耐久性。
考虑到胎圈包布和相邻的侧壁所需的不同性质，胎圈包布和侧壁通常由具有不同弹性体和炭黑的橡胶胶料制成，然而，这降低了轮胎厂商将橡胶混炼过程中多余的橡胶胶料回收或″再加工″的能力。
发明内容
本发明涉及一种充气轮胎，其具有一对间隔开的胎圈部件；位于该胎圈部件之间的连接胎体；覆在该胎体上面的一对侧壁；以及与每个侧壁相邻的、位于每个所述胎圈部件的至少一部分周围并且用于与车轮的刚性轮辋接触的橡胶胎圈包布，其中该胎圈包布包含100重量份的弹性体；20至60phr的低表面积炭黑，其具有通过ASTM D1510测量的大约10至大约50g/kg范围内的吸碘值； 20至60phr的高表面积炭黑，其具有通过ASTM D1510测量的大约100至大约300g/kg范围内的吸碘值；其中该侧壁包含100phr与该胎圈包布中使用的相同的弹性体；20至60phr与该胎圈包布中使用的相同的低表面积炭黑；10至20phr与该胎圈包布中使用的相同的高表面积炭黑；其中胎圈包布中的高表面积炭黑与侧壁中的高表面积炭黑的重量比大于1。
附图说明
图1显示了根据本发明的一个轮胎。
具体实施方式
本发明涉及一种充气轮胎，其具有一对间隔开的胎圈部件；位于该胎圈部件之间的连接胎体；覆在该胎体上面的一对侧壁；以及与每个侧壁相邻的、位于每个所述胎圈部件的至少一部分周围并且用于与车轮的刚性轮辋接触的橡胶胎圈包布，
其中该胎圈包布包含：
100重量份的弹性体；
20至60phr的低表面积炭黑，其具有通过ASTM D1510测量的大约10至大约50g/kg范围内的吸碘值；
20至60phr的高表面积炭黑，其具有通过ASTM D1510测量的大约100至大约300g/kg范围内的吸碘值；
其中该侧壁包含：
100phr与该胎圈包布中使用的相同的弹性体；
20至60phr与该胎圈包布中使用的相同的低表面积炭黑；
10至20phr与该胎圈包布中使用的相同的高表面积炭黑；
其中胎圈包布中的高表面积炭黑与侧壁中的高表面积炭黑的重量比大于1。
参考图1来说明本发明的一个实施方案，其中描述了带束子午线帘布层轮胎1的横截面视图。
在图1中，显示的轮胎1的部件为：胎面2、侧壁(一个或多个)5、削减胎面2和侧壁(一个或多个)5的胎肩区域(一个或多个)4、具有三角胶条(apex)8的间隔的″带芯″钢丝胎圈6和支撑织物增强胎体3。
轮胎的胎圈包布部件9位于其胎圈区域6中，基本上在胎圈6和轮胎将安 装在其上的刚性轮胎轮辋之间。
在各个实施方案中，橡胶组合物可以含有带有烯属不饱和度的橡胶。术语″带有烯属不饱和度的橡胶或弹性体″意在不仅包括天然橡胶及其各种原料和回收形式还包括各种合成橡胶。在本发明的描述中，除非另有规定，术语″橡胶″和″弹性体′可以互换使用。术语″橡胶组合物″、″混炼橡胶″和″橡胶胶料″可以互换使用，指已经与各种成分和材料共混或混合的橡胶，并且这样的术语对橡胶混合或橡胶复配领域的技术人员来说是熟知的。代表性的合成聚合物为丁二烯及其同系物和衍生物(例如甲基丁二烯、二甲基丁二烯和戊二烯)的均聚产物，以及共聚物，如由丁二烯或其同系物或衍生物与其它不饱和单体形成的那些。后者包括炔烃，例如乙烯基乙炔；烯烃，例如异丁烯，其与异戊二烯共聚形成丁基橡胶；乙烯基化合物，例如丙烯酸、丙烯腈(其与丁二烯聚合形成NBR)、甲基丙烯酸和苯乙烯(后面的化合物与丁二烯聚合形成SBR)，以及乙烯基酯和各种不饱和醛、酮和醚，例如丙烯醛、甲基异丙烯基酮和乙烯基乙醚。合成橡胶的具体例子包括氯丁橡胶(聚氯丁烯)、聚丁二烯(包括顺式1，4-聚丁二烯)、聚异戊二烯(包括顺式1，4-聚异戊二烯)、丁基橡胶、卤化丁基橡胶(例如氯化丁基橡胶或溴化丁基橡胶)、苯乙烯/异戊二烯/丁二烯橡胶、1，3-丁二烯或异戊二烯与单体(如苯乙烯、丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯)的共聚物。可以使用的橡胶的另外的例子包括羧化橡胶、硅-偶联或锡-偶联的星形支化聚合物。在一个实施方案中，橡胶或弹性体为聚丁二烯以及合成或天然聚异戊二烯。
在一个实施方案中，橡胶可以为至少两种二烯基橡胶的混合物。在一个实施方案中，可以使用两种或更多种橡胶的混合物，例如顺式1，4-聚异戊二烯橡胶(天然或合成的)与顺式1，4-聚丁二烯橡胶。
在一个实施方案中，橡胶可以为40至60phr聚丁二烯与60至40phr聚异戊二烯的混合物。
溶液聚合法制备的SBR(S-SBR)一般具有大约5至大约50％，或者大约9至大约36％范围内的结合苯乙烯含量。S-SBR例如可以在有机烃熔剂存在下通过有机锂催化来方便地制备。
顺式1，4-聚丁二烯橡胶(BR)被认为有利于改进轮胎的磨损。这样的BR例如可以通过1，3-丁二烯的有机溶液聚合来制备。BR可例如方便地通过具有至少90％的顺式1，4-含量来表征。
本文中使用的术语″phr″，根据通常的实践是指″各自的材料相对于每100重量份橡胶或弹性体的重量份″。
通常使用的可以用于橡胶胶料的硅质颜料包括常规的热解和沉淀硅质颜料(二氧化硅)。在一个实施方案中，使用沉淀二氧化硅。在一个实施方案中，本发明中可以使用的常规硅质颜料为沉淀二氧化硅，例如通过可溶性硅酸盐(例如硅酸钠)的酸化获得的那些。
这样的常规二氧化硅在一个实施方案中例如可以特征在于具有大约40至大约600平方米/克的用氮气测量的BET法比表面积，并且在另一实施方案中为大约50至300平方米/克。测量表面积用的BET法描述在Journal of the American Chemical Society，第60卷，第304页(1930)中。
常规二氧化硅一般还可特征在于：具有大约100至大约400范围内的邻苯二甲酸二丁酯(DBF)吸收值，且更通常为大约150至大约300。
常规的二氧化硅可预期具有例如在0.01至0.05微米范围内的、通过电子显微镜测定的平均最终粒径，尽管二氧化硅颗粒的尺寸可以更小或者可能更大。
可以使用各种可商购的二氧化硅，仅仅为在本文中例举而不限制，例如为：可从PPG Industries以Hi-Sil商标购得的具有牌号210、243等的二氧化硅；可从Rhodia-Solvay购得的，例如具有Z1165MP、Z165GR和Z200MP牌号的二氧化硅；以及可从Degussa AG购得的，例如具有牌号VN2和VN3等的二氧化硅。
该橡胶组合物包含高表面积炭黑和低表面积炭黑。
对本发明来说，这样的高表面积炭黑的代表是：具有大约100至大约300g/kg吸碘值的橡胶增强炭黑。这样的炭黑的代表例如是(根据它们的ASTM标准编号)N110、N121、N134、N220、N233、N234、N242和N293。
对本发明来说，这样的低表面积炭黑的代表是：具有大约10至大约50、或者大约25至大约50g/kg吸碘值的橡胶增强炭黑，这样的炭黑的代表例如是(根据它们的ASTM标准编号)N539、N550、N582、N630、N642、N650、N660、N683、N754、N762、N765、N774和N787，还有N907、N907、N990和N991。
胎圈包布组合物包含：20至60phr的低表面积炭黑，其具有大约10至大约50g/kg的通过ASTM D1510测得的吸碘值；和20至60phr的高表面积炭黑，其具有大约100至大约300g/kg通过ASTM D1510测得的吸碘值。
侧壁组合物包含20至60phr与胎圈包布中使用的相同的低表面积炭黑和10至20phr与胎圈包布中使用的相同的高表面积炭黑。
在一个实施方案中，胎圈包布中的高表面积炭黑与侧壁中的高表面积炭黑的重量比大于1。
在一个实施方案中，胎圈包布中的高表面积炭黑与侧壁中的高表面积炭黑的重量比为1.1至3。
在一个实施方案中，胎圈包布中的高表面积炭黑与侧壁中的高表面积炭黑的重量比为1.5至2.5。
在一个实施方案中，用于胎圈部件的橡胶组合物还可以含有含硫有机硅化合物。合适的含硫有机硅化合物的例子具有下式：
Z-Alk-sn-Alk-Z I
其中Z选自：
其中R3为1至4个碳原子的烷基、环己基或苯基；R6为1至8个碳原子的烷氧基或5至8个碳原子的环烷氧基；Alk为1至18个碳原子的二价烃基，并且n为2至8的整数。
根据本发明可以使用的含硫有机硅化合物的具体例子包括：3，3′-双(三甲氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，3，3′-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，3，3′-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，3，3′-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)八硫化物，3，3′-双(三甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，2，2′-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物，3，3′-双(三甲氧基甲硅烷基丙基)三硫化物，3，3′-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)三硫化物，3，3′-双(三丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，3，3′-双(三甲氧基甲硅烷基丙基)六硫化物，3，3′-双(三甲氧基甲硅烷基丙基)八硫化物，3，3′-双(三辛氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，3，3′-双(三己氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，3，3′-双(三-2"-乙基己氧基甲硅烷基丙基)三硫化物，3，3′-双(三异辛氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，3，3′-双(三-叔丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，2，2′-双(甲氧基二乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化 物，2，2′-双(三丙氧基甲硅烷基乙基)五硫化物，3，3′-双(tricyclonexoxy甲硅烷基丙基)四硫化物，3，3′-双(三环戊氧基甲硅烷基丙基)三硫化物，2，2′-双(三-2″-甲基环己氧基甲硅烷基乙基)四硫化物，双(三甲氧基甲硅烷基甲基)四硫化物，3-甲氧基乙氧基丙氧基甲硅烷基3’-二乙氧基丁氧基-甲硅烷基丙基四硫化物，2，2′-双(二甲基甲氧基甲硅烷基乙基)二硫化物，2，2′-双(二甲基仲丁氧基硅烷基乙基)三硫化物，3，3′-双(甲基丁基乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，3，3′-双(二叔丁基甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，2，2′-双(苯基甲基甲氧基甲硅烷基乙基)三硫化物，3，3′-双(二苯基异丙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，3，3′-双(二苯基环己氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，3，3′-双(二甲基乙基巯基甲硅烷基丙基)四硫化物，2，2′-双(甲基二甲氧基甲硅烷基乙基)三硫化物，2，2′-双(甲基乙氧基丙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物，3，3′-双(二乙基甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，3，3′-双(乙基二仲丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，3，3′-双(丙基二乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，3，3′-双(丁基二甲氧基甲硅烷基丙基)三硫化物，3，3′-双(苯基二甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，3-苯基乙氧基丁氧基甲硅烷基3′-三甲氧基甲硅烷基丙基四硫化物，4，4′-双(三甲氧基甲硅烷基丁基)四硫化物，6，6′-双(三乙氧基甲硅烷基己基)四硫化物，12，12′-双(三异丙氧基甲硅烷基十二烷基)二硫化物，18，18′-双(三甲氧基甲硅烷基十八烷基)四硫化物，18，18′-双(三丙氧基甲硅烷基十八烯基)四硫化物，4，4′-双(三甲氧基甲硅烷基-丁烯-2-基)四硫化物，4，4′-双(三甲氧基甲硅烷基亚环己基)四硫化物，5，5′-双(二甲氧基甲基甲硅烷基戊基)三硫化物，3，3′-双(三甲氧基甲硅烷基-2-甲基丙基)四硫化物，3，3′-双(二甲氧基苯基甲硅烷基-2-甲基丙基)二硫化物。
在一个实施方案中，含硫有机硅化合物为3，3’-双(三甲氧基或三乙氧基甲硅烷基丙基)硫化物。在一个实施方案中，该化合物为3，3’-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物和3，3’-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物。因此，上面的式1中，在一个实施方案中Z为：
其中，R6为2至4个碳原子的烷氧基，在一个实施方案中使用具有2个碳原子的；Alk为2至4个碳原子的二价烃基，在一个实施方案中使用具有3个碳原子的；并且n为2至5的整数，在一个实施方案中使用2和4。
上式的含硫有机硅化合物在橡胶组合物中的量，将根据使用的其它添加剂的水平来变化。一般而言，上式的化合物的量将从0.5至20phr变化。在一个实施方案中，该量将从1至10phr变化。
本领域技术人员很容易理解：橡胶组合物将通过在橡胶混炼技术中通常已知的方法来混炼，例如将各种硫-可硫化组成橡胶与各种通常使用的添加剂材料混合，例如硫给体、固化助剂(如活化剂和阻滞剂)以及加工助剂，如油、包括增粘树脂和增塑剂的树脂、填料、颜料、脂肪酸、氧化锌、蜡、抗氧化剂和抗臭氧剂和胶溶剂。如本领域技术人员所知的，根据硫可硫化的和硫硫化的材料(橡胶)的预期用途，来选择上述添加剂，并且通常以常规的量使用。硫给体的典型例子包括元素硫(单体硫)、二硫化胺、聚合多硫化物和硫烯烃加合物。在一个实施方案中，硫硫化剂为元素硫。硫硫化剂可以以0.5至8phr的量使用，在一个实施方案中以1.5至6phr的量使用。如果使用的话，增粘树脂的典型用量包括大约0.5至大约10phr，通常为大约1至大约5phr。加工助剂的典型用量包括大约1至大约50phr。这样的加工助剂例如包括0至30phr量的芳香族的、环烷烃的和/链烷烃的加工油。抗氧化剂的典型用量包括大约1至大约5phr。典型的抗氧化剂例如可以为联苯对苯二胺等，例如在TheVanderfailt RubberHandbook(1978)，第344至346页公开的那些。抗臭氧剂的典型用量包括大约1至大约5phr。如果使用的话，脂肪酸(其可包括硬脂酸)的典型用量包括大约0.5至大约3phr。氧化锌的典型用量包括大约2至大约5phr。蜡的典型用量包括大约1至大约5phr。通常使用微晶蜡。胶溶剂的典型用量包括大约0.1至大约1phr。典型的胶溶剂例如可以为五氯苯硫酚和二苯甲酰氨基二苯基二硫。
使用促进剂来控制硫化所需的时间和/或温度，和提高硫化产品的性能。在 一个实施方案中，可以使用单促进剂体系，即：主促进剂。可以按大约0.5至大约4phr的总量来使用主促进剂(一种或多种)，在另一实施方案中为大约0.8至大约1.5phr。在另一实施方案中，可以使用主促进剂和辅助促进剂的组合，其中以较小的量使用辅助促进剂，例如大约0.05至大约3phr，以便活化和提高硫化产品的性能。这些促进剂的组合预期可以在最终的性能上产生协同效应，并且比单独使用任一促进剂生产的那些好一些。此外，可以使用延迟作用促进剂，其不受正常加工温度的影响，但在普通硫化温度下产生满意的固化。还可以使用硫化阻滞剂。可用于本发明的促进剂的合适种类是胺、二硫化物、胍、硫脲、噻唑、秋兰姆、亚磺酰胺、二硫代氨基甲酸盐和黄原酸盐。在一个实施方案中，主促进剂为亚磺酰胺。如果使用第二促进剂，在一个实施方案中辅助促进剂是胍、二硫代氨基甲酸盐、秋兰姆或另一种亚磺酰胺化合物。
可以采用橡胶混合领域技术人员已知的方法来完成橡胶组合物的混合。例如一般将各组分在至少两个阶段中混合，即：至少一个非生产阶段，随后是生产性阶段。一般在通常称作″生产性″混合阶段的最后阶段混入包括硫硫化剂的最终硫化剂(curatives)，其中混合一般在比在前的非生产性混合阶段(一个或多个)的混合温度要低的温度或最终温度(ultimate temperature)下进行。在一个或多个非生产性混合阶段中，将橡胶和化合物混合。术语″非生产性″和″生产性″混合阶段对橡胶混合领域的技术人员来说是公知的。如果橡胶组合物含有含硫有机硅化合物，人们可以使该橡胶组合物经受热机械混合步骤。热机械混合步骤通常包括在混合器或挤出机中机械加工一段合适的时间，以便产生在140℃至190℃之间的橡胶温度。热机械加工的合适持续时间作为操作条件以及各组分体积和性质的函数而变化。例如，热机械加工可以为1至20分钟。
胎圈包布和侧壁可以为各种充气轮胎的部件，包括但不限于客车轮胎、卡车轮胎、飞机轮胎和非公路用轮胎。
胎圈包布和侧壁可以采用本领域已知的任意一种橡胶加工方法来制造，包括但不限于压延(calendaring)和挤出。具有胎圈包布的轮胎可以采用本领域已知的方法来制造。
轮胎的硫化通常在大约100℃至200℃的常规温度下进行。在一个实施方案中，在大约110℃至180℃的温度下进行硫化。可以使用任何通常的硫化方法，例如在压机或模具中加热、用过热蒸汽或热空气加热。
通过下面的非限制性实施例来进一步说明本发明。
实施例
在这个实施例中，阐明了将改进的侧壁胶料用作胎圈包布胶料的用途。将含有高和低表面积炭黑的侧壁胶料，改进为包含15phr额外的高表面积炭黑，但去掉了加工油，如表1所示。
表1
1胶料进一步包含标准量的蜡、抗降解剂、氧化锌、硬脂酸、硫和硫化促进剂。
2顺式1，4-聚丁二烯，在未耦合(例如未锡或硅耦合)或官能化的(例如未用末端或链中官能团官能化的)的意义上未改性的，如来自The Goodyear Tire&Rubber Company的BUD 1207TM。
3N220的炭黑，ASTM标准编号，据报道具有大约121g/kg的吸碘值(ASTMD1510)和大约114cc/100g的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸收值(ASTM D2414)。
4N550的炭黑，ASTM标准编号，据报道具有大约43g/kg的吸碘值(ASTMD1510)和大约121cc/100g的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸收值(ASTM D2414)。
硫化胶料表现出对于用作胎圈包布可接受程度的滞后和磨损。此外，相同弹性体基质和炭黑的使用，允许在重做混合步骤中重复使用侧壁和胎圈包布胶料，或者在胎圈包布混合步骤中使用返工的侧壁胶料，或者在侧壁混合步骤中使用返工的胎圈包布胶料。
虽然为了阐明本发明，已经示出了某些代表性的实施方案和细节，但在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可以做出各种变化和改进，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。
Claims (2)
1.一种充气轮胎，其具有一对间隔开的胎圈部件；位于所述胎圈部件之间的连接胎体；覆在该胎体上面的一对侧壁；以及与每个侧壁相邻的、位于每个所述胎圈部件的至少一部分周围并且用于与车轮的刚性轮辋接触的橡胶胎圈包布，
特征在于所述胎圈包布包含：
100重量份的弹性体；
20至60phr的低表面积炭黑，其具有通过ASTM D1510测量的10至50g/kg范围内的吸碘值；
20至60phr的高表面积炭黑，其具有通过ASTM D1510测量的100至300g/kg范围内的吸碘值；
其中所述侧壁包含：
100phr与所述胎圈包布中使用的相同的弹性体；
20至60phr与所述胎圈包布中使用的相同的低表面积炭黑；
10至20phr与所述胎圈包布中使用的相同的高表面积炭黑；
其中胎圈包布中的高表面积炭黑与侧壁中的高表面积炭黑的重量比为1.5至2.5。
2.权利要求1的充气轮胎，特征在于所述100重量份的弹性体包含40至60phr的聚丁二烯和60至40phr的合成聚异戊二烯。
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