CN104169101A - 车辆充气轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆充气轮胎，具有一个径向胎壳、一个帘线带及一个胎面，该胎面在径向方向上由两个由不同橡胶混合物构成的层、一个胎面冠部及一个胎面基部组成，其中，该胎面冠部形成该胎面的与车道进行接触的部分，并且该胎面基部安排在该胎面冠部与帘线带之间。为了获得很小的滚动阻力而不负面地影响其他的轮胎特性，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有-大于70phr的天然和/或合成的聚异戊二烯和-21到42phr的硅酸和炭黑总量，其中硅酸相对于炭黑的比率大于1:1，-并且具有至少一种偶联剂用于将硅酸连接到该橡胶。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆充气轮胎，具有一个径向胎壳、一个帘线带及一个胎面，该胎面在径向方向上由两个由不同橡胶混合物构成的层、一个胎面冠部及一个胎面基部组成，其中，该胎面冠部形成该胎面的与车道进行接触的部分，并且该胎面基部安排在该胎面冠部与帘线带之间。
背景技术
无论客车还是商用车辆的车辆充气轮胎通常均设有由两部分组成的胎面，该胎面由一个胎面冠部和一个胎面基部构成，该胎面冠部在轮胎滚动时与地面发生接触，该胎面基部安排在胎面冠部与帘线带之间。虽然胎面冠部由一种尤其在摩擦方面优化的橡胶混合物组成，但对胎面基部的塑胶混合物和作为该塑胶混合物基础的橡胶混合物还提出了其他要求。
通过采用胎面基部，应当减小轮胎的滚动阻力，使得所采用的混合物应具有很小的滞后。同时，该轮胎基部的橡胶混合物在很多情况下在轮胎制造过程中必须具有足够高的粘合性，由此使得轮胎保持粘附在轮胎底架上。除了这些要求之外，在该胎面基部处还必须保证足够的结构耐用性。此外，该胎面基部由于其刚性而对轮胎的操控行为(在街道上的行驶行为)具有影响。
已知的是，上述要求，如很小的滞后、足够的粘合性、刚性和结构耐用性是彼此冲突的并且大多只能找到并不令人满意的折中，也就是说改善了一个特性就削弱了至少一个其他特性。于是例如一种具有很小的填充度和高交联度的橡胶混合物满足了“很小的滞后”的要求，然而这导致了很小的开裂耐受性。也就是，在结构耐用性(开裂耐受性)与滚动阻力(滞后)之间存在目标冲突。
用于车辆充气轮胎的胎面基部的橡胶混合物例如在WO2012/004140 A1、WO 2012/004038 A1和EP 2 257 423 B1中描述，该橡胶混合物含有天然和/或合成的聚异戊二烯、硅酸和炭黑。
发明内容
本发明的基本目的在于，在开篇所述类型的轮胎的情况下降低滚动阻力并且同时并不负面地影响其他的轮胎特性和轮胎构造过程。
所提出的目的根据本发明是如下实现的，即该轮胎基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有
-大于70phr的天然和/或合成的聚异戊二烯和
-21到42phr的硅酸和炭黑总量，其中硅酸相对于炭黑的比率大于1:1，
-并且具有至少一种偶联剂用于将硅酸连接到该橡胶。
在本文中使用的数值phr(每百份橡胶的质量份数)在此是橡胶工业中常用的用于混合物配方的量值。各个物质的重量份数的计量在此总是相对于100重量份的在混合物中存在的所有橡胶的总量。
已经出人意料地发现，通过使用此类的用于胎面基部的橡胶混合物，能够获得一种轮胎，该轮胎的突出之处在于减小的滚动阻力。同时该混合物的突出之处在于高粘合性，这对于轮胎构造过程而言是重要的。另外，该用于胎面基部的橡胶混合物在硫化之后具有高的开裂耐受性和断裂强度，这为该轮胎赋予了良好的结构耐用性。
该用于胎面基部的橡胶混合物含有多于70phr的天然和/或合成的聚异戊二烯(NR或IR)。为了进一步提高轮胎的耐用性，已经证明有利的是，该轮胎基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有多于85phr、优选多于95phr的天然和/或合成的聚异戊二烯。此类的橡胶混合物展示出改进的开裂耐受性和断裂强度。
该用于胎面基部的橡胶混合物除了天然和/或合成的聚异戊二烯之外还可以最高30phr的量含有其他橡胶。在此，它可以为选自由以下各项组成的组的橡胶：聚丁二烯，苯乙烯-丁二烯共聚物，苯乙烯-异戊二烯-丁二烯三聚物，丁基橡胶，卤丁基橡胶和乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)，其中所使用的橡胶也可以是官能化的。优选地，该用于胎面基部的橡胶混合物含有聚丁二烯作为其他的橡胶。
根据本发明，该用于胎面基部的橡胶混合物含有21到42phr的硅酸和炭黑总量。在少于21或多于42phr的硅酸和炭黑总量的情况下，已经确定，作为滚动阻力的度量的在70℃下的回弹弹性变差，从而产生了对于车辆充气轮胎的尽可能低的滚动阻力而言最优的硅酸和炭黑量的范围。优选该用于胎面基部的混合物含有26到39phr、特别优选28到36phr的硅酸和炭黑总量以获得轮胎的特别低的滚动阻力。
根据本发明，硅酸相对于炭黑的比率是大于1:1。这对于高的开裂耐受性是重要的，并且实现了减小开裂起始以及开裂扩展两者。为了进一步改进开裂耐受性，已经证明有利的是，硅酸相对于炭黑的比率是大于3:2，优选大于4:1。据此，炭黑可以被包含在这些混合物中，但并非必须。
该用于胎面基部的橡胶混合物具有至少一种偶联剂用于将硅酸连接到该橡胶。偶联剂用于改进可加工性并且将极性的填充物连接到该橡胶。在将该橡胶或该橡胶混合物(原位地)进行混合的过程中或者在预处理(预改性)的意义上已经在向橡胶添加填充物之前，这些偶联剂(一般是所谓的硅烷偶联剂)与硅酸表面的硅烷醇基团或者其他极性基团反应。作为偶联剂在此可以使用本领域技术人员对于在橡胶混合物中使用已知的所有偶联剂。此类由现有技术已知的偶联剂是双官能的有机硅烷，该有机硅烷在硅原子处具有至少一个烷氧基、环烷氧基或苯氧基作为离去基团，并且该有机硅烷具有一个基团作为另一个官能度，该基团在适当时在分离之后可以引起与该聚合物的双键的化学反应。在最后所述的基团中，它例如涉及以下的化学基团：-SCN、-SH、-NH2或者-Sx-(其中x＝2-8)。于是作为硅烷偶联剂可以使用例如3-巯基丙基三甲氧基硅烷，3-硫氰基-丙基三甲氧基硅烷或者具有2到8个硫原子的3,3'-双(三乙氧基硅烷基丙基)多硫化物，例如像3,3'-双(三乙氧基硅烷基丙基)四硫化物(TESPT)、对应的二硫化物(TESPD)或者还有由具有1至8个硫原子硫化物以不同的硫化物含量组成的混合物。硅烷偶联剂在此还可以作为与工业炭黑的混合物进行添加，例如像在炭黑上的TESPT(赢创(Evonik)公司的商品名X50S)。例如像由WO 99/09036已知的嵌段的巯基硅烷也可以用作硅烷偶联剂。如在WO 2008/083241 A1、WO 2008/083242A1、WO 2008/083243 A1和WO 2008/083244 A1中描述的硅烷也可以使用。可使用的是例如来自美国迈图(Momentive)公司在NXT名下的不同变体或者来自赢创工业公司在VP Si 363名下出售的硅烷。这些偶联剂以一般的量用于该橡胶混合物中并且与所使用的硅酸的量进行匹配。
作为硅酸可以使用本领域技术人员对于用在轮胎橡胶混合物而言已知的硅酸。于是它可以是具有(根据ASTM D 3765)30到350m2/g、优选120到250m2/g的硅酸。作为硅酸可以使用常规的硅酸，如赢创公司的型号VN3(商品名)，还有高度可分散的硅酸(所谓的HD硅酸，例如赢创公司的Ultrasil 7000)。
作为炭黑可以使用典型的轮胎炭黑。然而优选的是，该炭黑具有根据ASTM D 2414大于80cm3/100g的DBP浓度和根据ASTM D 1510大于60g/kg的碘吸附浓度。在此它涉及所谓的胎面炭黑。使用此类炭黑展示了在摩擦行为方面的优点，不仅是在侧向开放的胎面基部的情况下而且还在总的胎面的情况下，因为通过在轮胎制造过程中的反向运转，基部的很少的炭黑量达到该冠部的橡胶混合物中。轮胎实验已经显示出，这样很少的量已经导致了在使用具有不同于上述DBP和碘吸附浓度的炭黑的情况下摩擦明显地变差。
为了正面地影响用于胎面基部的橡胶混合物的强度并因此有利地影响该轮胎的操纵行为，已经证明有利的是，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有小于10phr的操作油和/或加工助剂。优选为了更高的强度而使用小于5phr的操作油和/或加工助剂。作为操作油可以使用例如甘油酯，油膏，芳香族、萘族或石蜡族的矿物油软化剂(例如MES(温和提取溶剂化物)或者TDAE(处理后的馏分芳香提取物))，基于再生原料的油(例如像萜油(例如橙油)或者油膏)，所谓的BTL油(如在DE 10 2008 037714 A1中公开的)或者液态聚合物(例如像液态的聚丁二烯)。
根据本发明的一个优选的改进方案，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有0.5至10phr的至少一种粘合树脂。当在构造过程中需要该混合物的特别高的粘合性时，本发明的这种设计是特别有利的。当取消了在胎面基部与轮胎底架之间的一个额外的粘性的底板时，也就是说将胎面基部直接放置在轮胎底架上时，尤其是如此。胎面必须在制造过程中保持附着。为了获得粘合性对滚动阻力的特别好的比率，已经证明有利的是，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有1到4phr的至少一种粘合树脂。
作为粘合树脂可以使用天然或合成的树脂，如作为增粘剂起作用的烃树脂。这些烃树脂可以是苯酚族的、芳香族的或脂肪族的。优选这些粘合树脂选自由以下各项组成的组：松香树脂及其酯，萜-酚树脂，炔-酚树脂，酚树脂和香豆酮-茚树脂，其中酚树脂对于本发明是特别良好地适合的。
除了已经提及的内含物之外，该用于胎面基部的橡胶混合物还可以常见的重量份含有其他的常见的添加材料。这些添加材料中有防老化剂，例如像N-苯基-N'-(1,3-二甲级丁基)-对亚苯基二胺(6PPD)，N-异丙基-N'-苯基-对亚苯基二胺(IPPD)，2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉(TMQ)和其他的物质，例如像由J.Schnetger，橡胶技术百科全书，第2版，许提希书籍出版社(Hüthig BuchVerlag)，海德堡，1991，第42-48页中已知的；活化剂，例如像氧化锌和脂肪酸(例如硬脂酸)；蜡和塑炼助剂，例如像2,2'-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物(DBD)。
硫化在硫和/或硫供体的存在下进行，其中若干硫供体可以同时作为硫化加速剂起作用。硫或硫供体在最后的混合步骤中以本领域技术人员熟知的量(0.4到8phr，硫优选在0.4到4phr的量)加入到该橡胶混合物。硫化还可以在与提供硫的物质相组合的非常少量的硫存在下进行。
此外，该橡胶混合物可以常见的量含有影响硫化的物质，如硫化加速剂、硫化阻滞剂和硫化活化剂，以便控制所需要的时间和/或所需要的硫化温度并且改进了硫化物特性。硫化加速剂在此可以例如是选自以下的加速剂组：噻唑加速剂例如像2-巯基苯并噻唑，硫酰胺加速剂例如像苯并噻唑基-2-环己基硫酰胺(CBS)，胍加速剂例如像N,N'-二苯基胍(DPG)，二硫氨基甲酸酯加速剂例如像锌二苯基二硫氨基甲酸酯，二硫化物，硫代磷酸酯。加速剂还可以彼此组合使用，其中能够产生协同效果。
为了进一步改进车辆充气轮胎的滚动阻力以及操控行为，已经证明有利的是，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有多于2.4phr的至少一种硫化加速剂。由此得到该橡胶混合物的高交联度，这对该混合物的在70℃下的回弹弹性和强度有正面影响。
该用于胎面基部的橡胶混合物的制造根据在橡胶行业中常见的方法进行，其中首先在一个或多个混合阶段中生产一种带有除硫化体系(硫和影响硫化的物质)之外的所有组分的基础混合物。通过在一个最后的混合阶段中添加硫化体系来产生最终混合物。
最终混合物例如通过挤出过程进一步加工并用对应的挤出机和挤出口模具(Extrudermundstücken)成为所希望的胎面基部的形状，并且在制造车辆轮胎坯件时如已知地进行放置。但是该胎面基部也可以窄的橡胶混合物条带的形式卷绕在一个轮胎坯件上。还存在如下的可能性：该胎面基部除了含有多于70phr的天然和/或合成聚异戊二烯和21至42phr的硅酸和炭黑总量(其中硅酸相对于炭黑的比率是大于1:1)和至少一种用于将硅酸连接到橡胶的偶联剂的橡胶混合物之外，还具有其他的橡胶混合物。该胎面基部可以例如在轴向上具有不同的橡胶混合物。于是该基部可以具有由不同的橡胶混合物形成的中央的和侧向的区段。
在本发明的车辆充气轮胎中，可以涉及轿车以及商用车辆。
具体实施方式
现借助于对比实例和实施例来详细说明本发明，这些例子总结在表1中。根据本发明的混合物用“E”标示，而对比混合物用“V”标示。在表中获得的全部混合物例子中，所给出的量值是相对于100重量份的全部橡胶的重量份(phr)。在这些混合物中，偶联剂的量与硅酸的量相匹配。
混合物制造在常见的、与大规模生产类似的条件下以两个阶段在实验室切向混合器中进行。通过硫化从全部的混合物制造试样并且用以下给出的测试方法通过这些试样测得对于橡胶行业而言典型的材料特性。
·在室温(RT)和70℃下根据DIN 53 505的肖式A硬度
·在室温(RT)和70℃下根据DIN 53 512的回弹弹性
·在100％和200％伸长率在室温下根据DIN 53 504的应力值(模量)
·在55℃下根据DIN 53 513在8％伸长率的动态储存模量E'
·在室温(RT)下根据DIN 53 504的拉伸强度
·在室温(RT)下根据DIN 53 504的断裂伸长率
·在室温(RT)下根据DIN 53 448的断裂能量
·根据格拉维斯(Graves)在室温(RT)下根据DIN 53 515的断裂扩散阻力
表1
a SSBR，NS612日本瑞翁公司(Fa.Nippon Zeon)，Tg-65℃，OH-基团改性
b VN3，赢创公司
c苯酚树脂，巴斯夫公司(Fa.BASF)
d双(三乙氧基硅烷基丙基)二硫化物(TESPD)
由上表可以看出，通过降低填充物含量并升高交联度(更大的硫和加速剂的量)，可以提高在70℃下的回弹弹性，这导致了带有此类基部的轮胎的减小的滚动阻力。然而，降低填充物含量以及升高交联的过程出人意料地没有显示出持续的趋势，而是具有其限度。例如将填充物含量(硅酸+炭黑)降低到20phr，如在混合物8(V)中，造成了在70℃下回弹弹性的下降，使得对于硅酸和炭黑的量产生了一个最优的范围，该范围处于21与42phr之间。
同时还要注意的是，开裂耐受性(结构耐用性)(断裂能量和断裂强度用作其指示物)没有变差。同样仅在用“E”标示的混合物时是这种情况，其中在此硅酸对炭黑的比率是重要的。对于开裂耐受性而言还重要的是，聚异戊二烯的比例尽可能高。具有较少聚异戊二烯的混合物5(V)展示出明显更差的开裂行为。
总之，根据表1能够确定，用“E”标示的混合物由于在高结构耐用性同时很小的滞后，在车辆充气轮胎中用作胎面基部时造成了具有很小的滚动阻力和高耐用性的轮胎。
Claims (8)
1.车辆充气轮胎，具有一个径向胎壳、一个帘线带及一个胎面，该胎面在径向方向上由两个由不同塑胶混合物构成的层、一个胎面冠部及一个胎面基部组成，其中，该胎面冠部形成该胎面的与车道进行接触的部分，并且该胎面基部安排在该胎面冠部与帘线带之间，
其特征在于，
该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有
-大于70phr的天然和/或合成的聚异戊二烯和
-21到42phr的硅酸和炭黑总量，其中硅酸相对于炭黑的比率大于1:1，
-并且具有至少一种偶联剂用于将硅酸连接到该橡胶。
2.根据权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有多于85phr、优选多于95phr的天然和/或合成的聚异戊二烯。
3.根据权利要求1或2所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有至少一种聚丁二烯作为其他的橡胶。
4.根据权利要求1至3之一所述的车辆充气轮胎，其特征在于，硅酸相对于炭黑的比率是大于3:2，优选大于4:1。
5.根据权利要求1至4之一所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该炭黑根据ASTM D 2414具有大于80cm3/100g的DBP浓度和根据ASTM D 1510大于60g/kg的碘吸附浓度。
6.根据权利要求1至5之一所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有少于10phr、优选少于5phr的操作油和/或加工助剂。
7.根据权利要求1至6之一所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有0.5到10phr、优选1到4phr的至少一种粘合树脂。
8.根据权利要求1至7之一所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该胎面基部基于一种橡胶混合物，该橡胶混合物含有多于2.4phr的至少一种硫化加速剂。
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