CN104010842A - 重载用轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种重载用轮胎，所述轮胎具有令人满意的耐切断性和低发热性，还具有优异的对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制性。本发明特征在于包括包含橡胶组合物的胎侧部(2)，所述橡胶组合物含有基于每100质量份橡胶组分为0.1-30质量份的沿轮胎圆周方向取向的取向性材料，所述胎侧部(2)的平均厚度(G)为8-150mm。

Description

重载用轮胎
技术领域
本发明涉及可应用于乘用车、卡车、公交车、工业车辆、建筑车辆、航空器等并且适合于实现耐切断性和对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制性的改进的重载用轮胎。
背景技术
如本领域公知的，胎侧部如轮胎侧壁部的外伤可能会到达帘布层帘线(ply cord)从而由于切断帘线或者内部刺穿而引起致命的轮胎缺陷。因此，认为极为重要的是改进耐切断性和对朝向轮胎内侧的裂纹抑制性，并且为了克服该问题已经开发了各种技术。
特别地，大型重载用轮胎经常由于当轮胎跨过石头时发生的表面切割伤(cut)而遭受损伤，受损的切割伤倾向于向内生长。因此，对于大型轮胎，极为有利的是改进耐切断性和耐裂纹生长性从而延长轮胎的使用寿命。此外，因为大型轮胎具有大的质量，因此也期望改进发热性。
作为用于改进耐切断性、低发热性和耐裂纹生长性的技术，例如，专利文献1公开了一种包含橡胶组分和白色填料的轮胎侧壁部用橡胶组合物，其中所述橡胶组合物显示包括连续相和一个或多个非连续相的海岛结构，并且其中所述白色填料不均匀地分布在至少一个非连续相中。
专利文献2公开了一种轮胎侧壁部用橡胶组合物，其包括100质量份橡胶组分、5质量份以下的炭黑、10-40质量份二氧化硅和5-30质量份的包括除了炭黑和二氧化硅以外的至少一种无机填料的无机填料组分，其中所述橡胶组分包括天然橡胶或改性天然橡胶。
专利文献3公开了一种轮胎侧壁部用橡胶组合物，其包括基于每100质量份基材橡胶为5-50质量份的平板状云母，其中所述平板状云母的平均粒径为10μm-100μm并且垂直于轮胎的圆周方向而取向。
专利文献4公开了一种轮胎侧壁部用橡胶组合物，其包括基于每100质量份橡胶组分为5-50质量份的平板状天然矿石，其中所述平板状矿石的平均粒径为10μm-100μm。
(专利文献)
专利文献1:JP2006-348222A
专利文献2:JP2008-303326A
专利文献3:JP2004-027003A
专利文献4:JP2003-292685A
发明内容
发明要解决的问题
然而，根据专利文献1和2的技术主要目的是作为环境对策的降低炭黑的共混量，这导致与聚合物的相互补强性的降低。因此，即使可以补充耐裂纹生长性，该解决方案也极不适于大型轮胎，并且仍然存在不能充分改进耐切断性的问题。
根据专利文献3的技术的特征在于其起到防止形成臭氧类裂纹(ozone-based crack)作用的取向方向。然而，另一方面，从沿轮胎的深度方向的裂纹生长的观点，该取向方向是不利的并且不会提供充分的大型轮胎的性能。
最后，根据专利文献4的技术的特征在于共混在橡胶组合物中的平板状天然矿石的平均粒径大，这不会提供透气性，但是会留下耐切断性降低和耐裂纹生长性倾向于不足的问题。
因此，本发明的主要目的是提供一种显示令人满意的耐切断性和低发热性以及优异的对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制性的重载用轮胎。
用于解决问题的方案
为了寻求上述问题的解决方案，发明人进行了锐意研究。结果，发现在形成胎侧部的橡胶组合物中包括沿轮胎的圆周方向取向的取向性材料起到提供充分的低发热性的作用。还发现，通过设计胎侧部具有如8mm-150mm一样大的平均厚度，可以实现令人满意的耐切断性并且抑制朝向轮胎内侧(即，朝向帘布层帘线)的裂纹生长。这些发现使得发明人完成本发明。
基于上述发现完成了本发明，其特征在于如下新方面。
(1)本发明的第一方面在于一种重载用轮胎，其特征在于具备胎侧部，所述胎侧部包括基于每100质量份橡胶组分包含0.1-30质量份的沿轮胎的圆周方向取向的取向性材料的橡胶组合物，其中所述胎侧部的平均厚度为8-150mm。
(2)本发明的第二方面在于一种根据第一方面的重载用轮胎，其特征在于所述胎侧部为侧壁部。
(3)本发明的第三方面在于一种根据第二方面的重载用轮胎，其特征在于所述取向性材料为短纤维或无机填料。
(4)本发明的第四方面在于一种根据第三方面的重载用轮胎，其特征在于所述无机填料为层状矿物。
(5)本发明的第五方面在于一种根据第四方面的重载用轮胎，其特征在于所述层状矿物的平均粒径在0.2μm-10μm的范围内。
(6)本发明的第六方面在于一种根据第五方面的重载用轮胎，其特征在于所述层状矿物的平均粒径在2μm-5μm的范围内。
(7)本发明的第七方面在于一种根据第四方面的重载用轮胎，其特征在于所述层状矿物的纵向长度与其厚度的比例为8以上。
(8)本发明的第八方面在于一种根据第五方面的重载用轮胎，其特征在于所述橡胶组分包含25质量％以上的天然橡胶。
(9)本发明的第九方面在于一种根据第一方面的重载用轮胎，其特征在于所述橡胶组合物进一步包括30-65质量份的具有氮吸附比表面积为40m2/g-120m2/g和邻苯二甲酸二丁酯吸油量为70ml/100g-120ml/100g的炭黑，基于每100质量份橡胶组分。
发明的效果
根据本发明，提供一种显示令人满意的耐切断性和低发热性以及优异的对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制性的重载用轮胎。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明的一个实施方案的重载用轮胎的一部分的横截面图。
图2是示意性示出根据本发明的重载用轮胎的胎面部的一部分的截面图。
具体实施方式
现在，对本发明的结构特征以及各种限定的基础进行说明。在附图中，图1是示意性示出根据本发明的一个实施方案的重载用轮胎的一部分的横截面图；图2是示意性示出根据本发明的重载用轮胎的胎面部的一部分的截面图。
本发明提供重载用轮胎，如图1所示，其包括包含特定橡胶组合物的胎侧部。如在此使用的，术语“侧部”是指从轮胎的横截面图中观察位于轮胎的各侧上的轮胎的部位，即，在胎面端和胎圈部之间延伸的部位。
参考图2，根据本发明，形成胎侧部的橡胶组合物包括基于每100质量份橡胶组分10为0.1-30质量份的沿轮胎的圆周方向R取向的取向性材料20，胎侧部的平均厚度G为8-150mm。由于包括沿轮胎的圆周方向R取向的取向性材料20，因此可以维持令人满意的低发热性。此外，由于使得胎侧部2的平均厚度如8mm以上一样厚，因此可以将施加至裂纹尖端的输入(input)分散至轮胎的圆周方向R并且由此改变裂纹的生长方向。结果，可以实现优异的耐切断性和有效地抑制朝向轮胎内侧U(即，朝向帘布层帘线30)的裂纹的生长。
<橡胶组合物>
如上所述，形成根据本发明的重载用轮胎的侧部的橡胶组合物包括基于每100质量份橡胶组分10为0.1-30质量份的沿轮胎的圆周方向R取向的取向性材料20。
(橡胶组分)
对于橡胶组分没有特别限定。因此，例如，从实现优异的耐切断性和裂纹生长性的观点，优选使用二烯系橡胶。二烯系橡胶可以是天然橡胶(NR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、丁苯橡胶(SBR)、聚丁二烯橡胶(BR)等。特别地，天然橡胶是高度适合的。可以仅使用一种二烯系橡胶或者可以共混两种以上。
此外，从抑制朝向轮胎内侧的裂纹生长的观点，优选橡胶组分包含不小于25质量％的天然橡胶。如果天然橡胶含量小于25质量％，存在不能实现充分的耐裂纹生长性的风险。
(取向性材料)
为了实现充分的耐切断性和低发热性并且还抑制朝向轮胎内侧的裂纹生长，在上述橡胶组合物中包括取向性材料。
在上述橡胶组合物中的取向性材料的含量基于每100质量份橡胶组分在0.1-30质量份的范围内，优选在2-20质量份的范围内，更优选在2-15质量份的范围内，进一步更优选在2-10质量份的范围内，和最优选在2-5质量份的范围内。如果取向性材料的含量小于0.1质量份，由于取向性材料的量不够，不能实现充分的对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制性。另一方面，如果取向性材料的含量超过30质量份，发热性开始变差，不能实现充分的补强效果，耐裂纹生长性显著降低，并且损害轮胎的外观。
这里，取向性材料是指如图2所示的如下材料：具有大的长径比，是针状、纤维状或平板状形状并且当配混至胎侧部的橡胶中时调整以致取向性材料的纵向基本上与轮胎的圆周方向一致。在此情况下，取向性材料与轮胎的圆周方向平行排列，因为如果取向性材料沿着除轮胎的圆周方向以外的方向而取向，不能实现改进的对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制性。更具体地，取向性材料可以是长纤维、短纤维、有机纤维、无机填料等。从有效地抑制朝向轮胎内侧的裂纹生长的观点，尤其，优选取向性材料包括短纤维或者无机填料。附带地，短纤维是指由脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚乙烯醇系或纤维素短纤维构成的有机短纤维。
当将无机填料用作取向性材料时，优选无机填料由层状矿物构成，因为这样的材料显示优异的耐切断性和抑制朝向轮胎内侧的裂纹生长。
优选层状矿物的平均粒径在0.2-10μm的范围内，更优选在2-5μm的范围内。如果平均粒径小于0.2μm，朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制效果降低。另一方面，如果平均粒径超过10μm，耐切断性降低并且裂纹生长的抑制效果不足。注意平均粒径是指如通过借助激光衍射分析的测量确定的粒径，并且是任意数量的颗粒(例如，10个颗粒)的粒径的平均值。
关于层状矿物的形状，优选较长直径与厚度的比例不小于8。该比例起到有效抑制朝向轮胎内侧的裂纹生长的作用。优选层状矿物的厚度在2-10μm的范围内。
(添加剂)
除了上述橡胶组分和取向性材料以外，橡胶组合物还可以包含例如，炭黑，交联剂，硫化促进剂，软化剂，防老剂，硅烷偶联剂等。
为了改进轮胎的强度，可以将炭黑包括在橡胶组合物中。考虑到实现进一步改进的耐切断性和裂纹生长的抑制性，优选橡胶组合物包括具有氮吸附比表面积为40m2/g-120m2/g和邻苯二甲酸二丁酯吸油量为70ml/100g-120ml/100g的炭黑。还优选炭黑的含量基于每100质量份橡胶组分在30-65质量份的范围内。如果炭黑含量小于30质量份，不能实现充分的耐切断性和裂纹生长的抑制性。另一方面，如果炭黑含量超过65质量份，低发热性会降低。
交联剂可以由例如有机过氧化物、硫磺类硫化剂等构成，并且可以以基于每100质量份橡胶组分在0.3-30质量份的范围内的含量共混。
硫化促进剂可以由例如以下之中的至少一种构成：次磺酰胺类硫化促进剂、噻唑类硫化促进剂、秋兰姆类硫化促进剂、硫脲类硫化促进剂、胍类硫化促进剂、二硫代氨基甲酸盐类硫化促进剂、醛胺类硫化促进剂、醛氨类硫化促进剂、咪唑啉类硫化促进剂或黄原酸盐类硫化促进剂。
为了改进橡胶组合物的加工性，可以将软化剂添加至橡胶组合物。软化剂可以由以下构成：石油类软化剂诸如加工油、润滑油、石蜡、液体石蜡、石油沥青、凡士林等，脂肪油类软化剂诸如蓖麻油、亚麻籽油、菜籽油、椰子油等，蜡类诸如蜂蜡、巴西棕榈蜡、羊毛蜡等，还有妥尔油，代用品(sub)，亚油酸，棕榈酸，硬脂酸，月桂酸等。
橡胶组合物可以包含增塑剂。增塑剂可以由例如以下构成：DMP(邻苯二甲酸二甲酯)、DEP(邻苯二甲酸二乙酯)、DBP(邻苯二甲酸二丁酯)、DHP(邻苯二甲酸二庚酯)、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、DINP(邻苯二甲酸二异壬酯)、DIDP(邻苯二甲酸二异癸酯)、BBP(邻苯二甲酸丁苄酯)、DWP(邻苯二甲酸二月桂酯)、DCHP(邻苯二甲酸二环己酯)等。
对防老剂没有特别限定。因此，可以使用在橡胶工业中通常使用的各种胺类或者酚类防老剂。
为了防止或者延迟焦烧，橡胶组合物可以包含防焦剂。防焦剂可以由例如以下构成：有机酸诸如邻苯二甲酸酐、水杨酸、苯甲酸等，亚硝基化合物诸如N-亚硝基二苯胺等或者N-(环己基硫代)邻苯二甲酰亚胺。
此外，优选橡胶组合物包含硅烷偶联剂。硅烷偶联剂起到实现橡胶组分和填料诸如二氧化硅之间的强的偶联的作用，以改进白色补强剂在橡胶组合物中的分散。优选硅烷偶联剂包括例如单独的或者组合的一种或多种硫醇类官能团、胺类官能团或者卤素类官能团。
<重载用轮胎>
根据本发明的重载用轮胎1如图1所示，特征在于包括上述橡胶组合物的胎侧部2。
根据本发明，有必要的是胎侧部的平均厚度G(参见图1)在8mm-150mm的范围内，更优选在15mm-150mm的范围内。如果胎侧部的平均厚度小于8mm，即使可以维持低发热性，耐切断性和朝向内测的裂纹生长的抑制也由于胎侧部中的橡胶厚度G不够而倾向于降低。因为如果平均厚度G超过150mm，在行驶期间产生的热倾向于在轮胎中累积从而降低耐久性，因此确定胎侧部2的平均厚度G的上限值150mm。如图1所示，胎侧部的厚度是指如沿着与轮胎宽度方向W平行的方向测量的在沿轮胎宽度方向的帘布层帘线的外表面(或者如果有的话，折返的帘布层帘线的外表面)和轮胎的外表面之间的距离。平均厚度是通过测量在不同位置处的厚度并且将测量的厚度全部平均化而获得的值。
如上所述，胎侧部2是指在胎面端和胎圈部之间的轮胎的部分，优选侧壁部。这是因为从防止缺陷的观点，极为重要的是改进与侧壁部有关的耐切断性和抑制朝向轮胎内侧(即，朝向帘布层帘线)的裂纹生长。
当将上述橡胶组合物应用于侧壁部时，对侧壁部的构造没有特别限定。因此，例如，侧壁部可以由一片、彼此层压的多片构成或者可以由螺旋形卷绕成带状的橡胶形成。
实施例
以下将参考具体实施例进一步详细描述本发明，然而本发明不限于这些实施例。
(实施例1-5和比较例1-4)
将橡胶混炼机用于除了硫磺和硫化促进剂以外的下表1中所示的所有共混组分，在大约150℃的温度下混炼3分钟。然后，添加硫磺和硫化促进剂并在大约100℃的温度下进一步继续进行混炼2分钟从而生成厚度为30mm的橡胶片。从该片，制备实施例和比较例的试验片。
(评价)
将如此获得的试验片在以下试验之前在实验室(145℃×90分钟)进行硫化。
(1)发热性
进行根据JIS K6301的回弹试验以确定在25℃的温度下的回弹性模量(％)。实施例和比较例的评价结果以指数表示，作为对照值的比较例1中的回弹性模量定义为100。在此情况下，评价值越高表示发热性越低，因此结果越好。
(2)耐切断性
将落锤式切断试验机用于测量在落锤重量为15kg的条件下贯穿切断试验片所需的最小能量(kg·m)。实施例和比较例的评价结果以指数表示，作为对照值的比较例1中的最小能量定义为100。在此情况下，评价值越高表示耐切断性越高，因此结果越好。
(3)朝向轮胎内侧的裂纹生长
将实施例和比较例制备的橡胶组合物应用作胎面橡胶。都以通常的方式，制备实施例1、3、4和5以及比较例1和3的试验轮胎以具有尺寸为24.00R35，制备实施例2和比较例4的试验轮胎以具有尺寸为53/80R63，制备比较例2的试验轮胎以具有尺寸为14.00R24。对于各个试验轮胎，轮胎侧壁部的平均厚度和形成侧壁部的橡胶片的数量示于表1。
在试验轮胎的侧壁部做出深度为3mm的初始切割伤，然后将试验轮胎进行转鼓试验(试验载荷：指定载荷的100％，速度：8km/h)以测量直到裂纹到达帘布层帘线的达到时间。实施例和比较例的评价结果以指数表示，作为对照值的比较例1中的达到时间定义为100。在此情况下，评价值越高表示抑制裂纹生长越有效，因此结果越好。评价结果示于表1。
*1   RSS#1
*2   由Ube Industries,Ltd.制造的BR150
*3   由Tokai Carbon Co.,Ltd.制造的HAF炭(SEAST NB)(氮吸附比表面积为71m2/g和邻苯二甲酸二丁酯吸油量为103ml/100g)
*4   由Idemitsu Kosan Co.,Ltd.制造的Diana加工油AH-24
*5   由NOF Corporation制造的硬脂酸
*6   由Hakusui Tech Co.,Ltd.制造的两种氧化锌
*7   由Nippon Petrochemicals Co.,Ltd.制造的Ne-树脂B-100
*8   由Nippon Seiro Co.,Ltd.制造的Ozoace0280
*9   由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造的Antigen6C
*10  由Kamin LLC制造的Polyfil DL(平均粒径:4.6μm)
*11  均由Yamaguchii Mica Co.,Ltd.制造(平均粒径:2.2μm)
*12  双(三乙氧基甲硅烷基丙基)多硫化物
*13  由Hosoi Chemical Industry Co.,Ltd.制造的HK200
*14  N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺
从表1所示的结果显示，与比较例1-4相比，从低发热性、耐切断性和抑制朝向轮胎内侧的裂纹生长看，实施例1-5都是良好平衡的并且优异的。另一方面，在比较例1和3的情况下，已经显示，与实施例1-4相比，由于取向性材料过量，对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制效果较低。此外，在比较例2的情况下，尽管橡胶组合物与实施例2的类似，但是由于轮胎侧壁部的厚度小，已经显示，对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制效果显著地低。最后，在比较例4的情况下，由于不存在取向性材料，已经显示耐切断性低并且对裂纹生长的抑制效果不足。
产业上的可利用性
本发明提供一种显示令人满意的耐切断性和低发热性以及优异的对朝向轮胎内侧的裂纹生长的抑制性的重载用轮胎。结果，可以在延长的时间内使用重载用轮胎并且由此实现工业有用的技术效果。
附图标记说明
1   重载用轮胎
2   胎侧部(侧壁部)
10  橡胶组分
20  取向性材料
30  帘布层帘线

Claims (9)

1.一种重载用轮胎，其特征在于具备胎侧部，所述胎侧部包括基于每100质量份橡胶组分包含0.1-30质量份的沿轮胎的圆周方向取向的取向性材料的橡胶组合物，该胎侧部的平均厚度为8-150mm。
2.根据权利要求1所述的重载用轮胎，其特征在于所述胎侧部为侧壁部。
3.根据权利要求2所述的重载用轮胎，其特征在于所述取向性材料为短纤维或无机填料。
4.根据权利要求3所述的重载用轮胎，其特征在于所述无机填料为层状矿物。
5.根据权利要求4所述的重载用轮胎，其特征在于所述层状矿物的平均粒径在0.2μm-10μm的范围内。
6.根据权利要求5所述的重载用轮胎，其特征在于所述层状矿物的平均粒径在2μm-5μm的范围内。
7.根据权利要求4所述的重载用轮胎，其特征在于所述层状矿物的纵向长度与其厚度的比例为8以上。
8.根据权利要求1所述的重载用轮胎，其特征在于所述橡胶组分包含25质量％以上的天然橡胶。
9.根据权利要求1所述的重载用轮胎，其特征在于所述橡胶组合物进一步包括30-65质量份具有氮吸附比表面积为40m2/g-120m2/g和邻苯二甲酸二丁酯吸油量为70ml/100g-120ml/100g的炭黑，基于每100质量份橡胶组分。
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