CN104271363A - 轮胎 - Google Patents

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Abstract

本轮胎具有由树脂材料形成的且为环状的轮胎骨架体,所述树脂材料具有至少10N/mm的撕裂强度。

Description

轮胎
技术领域
本发明涉及安装至轮辋的轮胎,特别涉及其中至少部分轮胎胎身由树脂材料形成的轮胎。
背景技术
由橡胶、有机纤维材料、和钢构件等构成的充气轮胎已经常规用于交通工具如车。
近年来,从轻量化、易成型、易回收的角度,正在研究使用树脂材料,特别是热塑性树脂、和热塑性弹性体等作为轮胎材料。
例如,专利文献1(日本专利申请特开(JP-A)2003-104008号)和专利文献2(JP-A H03-143701号)公开了一种由热塑性高分子材料形成的充气轮胎。
也提出由高分子材料如多个橡胶或热塑性树脂等形成的充气轮胎,其刚性从冠部的中心部位经过胎肩部到侧壁部的最大宽度部位逐渐减少,且其刚性还从侧壁部的最大宽度部位到胎圈部逐渐增加(参考例如下述专利文献3(日本专利4501326号))。
相关技术出版物
专利文献1:JP-A 2003-104008号
专利文献2:JP-A H03-143701号
专利文献3:日本专利4501326号
发明内容
发明要解决的问题
与常规橡胶制轮胎相比,使用热塑性高分子材料的轮胎易制造,且成本更低。然而,在轮胎骨架体由均一的热塑性高分子材料形成(其中不引入补强构件如胎体帘布层等)的情况下,与常规橡胶制轮胎相比,从例如耐应力和耐内压等的角度仍有改善的空间。
特别地,常规橡胶制轮胎中,在对使用胎体和帘布层的轮胎施加内压的情况下维持形状。然而,使用如上所述的高分子材料(树脂)的轮胎中,提出例如,将其中钢丝帘线的箍(hoop)沿未使用作为必须的构成要素的补强构件如胎体和帘布层的轮胎的周向应用的形态。这种使用高分子材料的轮胎中,因为假定补强构件未用于胎侧部,所以需要自身能维持轮胎形状的高分子材料。特别地,从维持轮胎形状和与路边(curb)等磨损下的耐刺穿性的角度,需要开发具有适合的撕裂强度(tear strength)的轮胎。
在这一点上,专利文献3公开了一种组合多个高分子材料以给出特定刚性的轮胎。然而,虽然专利文献3记载了通过在轮胎部形成刚性分布而改进在标准气压填充状态下的接地(ground contact)形状,但专利文献3关于撕裂强度没有提及。
考虑到上述情况,本发明的目的是提供一种轮胎,其由树脂材料形成且具有优异的形状维持性和耐刺穿性。
用于解决问题的方案
(1)一种轮胎包括由树脂材料形成的环状轮胎骨架体,其中所述树脂材料,所述树脂材料具有10N/mm以上的撕裂强度。
发明的效果
根据本发明,可提供由使用树脂材料形成且具有优异的形状维持性和耐刺穿性的轮胎。
附图说明
图1A为说明根据本发明实施方案的轮胎的一部分的截面的透视图。
图1B为安装至轮辋上的胎圈部的截面图。
图2为根据第一实施方案沿轮胎的轮胎旋转轴截取的且说明其中补强帘线嵌入在轮胎胎身的冠部的状态的截面。
图3为解释使用帘线加热装置和辊将补强帘线嵌入在轮胎胎身的冠部的操作的说明图。
图4A为沿根据本发明实施方案的轮胎的轮胎宽度方向截取的截面图。
图4B为在轮辋安装至轮胎的状态中沿胎圈部的轮胎宽度方向截取的放大截面图。
图5为沿轮胎宽度方向截取的且说明根据第二实施方案的轮胎的补强层的周围的截面图。
具体实施方式
本发明的轮胎包括由树脂材料形成的环状轮胎骨架体,其中树脂材料具有10N/mm以上的撕裂强度。所述“撕裂强度”是指JIS K7128-3(1998)定义的撕裂强度。试验中,无切口的角形试验样品(直角型撕裂试验样品)用作试验样品。如JIS K7128-3的6.试验样品制作的图1所示,关于加工方向,沿纵向和横向切的样品用作试验样品。这时,在试验速度为500mm±50mm每分钟的情况下进行测量。可使用张力试验机如万能试验机(autograph)等,如由Shimadzu Corporation制造的Shimadzu Autograph AGS-J(5KN)进行测量。
根据本发明的轮胎,当具有10N/mm以上的撕裂强度的树脂材料用于包含于轮胎骨架体的树脂材料时,可改进轮胎的形状维持性和耐刺穿性。此外,因为轮胎由树脂材料形成,作为常规橡胶制轮胎的必须工序的硫化工序是不必要的,且例如可以通过注射成型等形成轮胎骨架体。此外,当树脂材料用于轮胎骨架体时,与常规橡胶制轮胎相比,可使轮胎的结构简单化,且因此能够实现轮胎轻量化。轮胎的“形状维持性”可为当将内压(例如,200kPa)施加至轮胎时轮胎形状是否维持的指数。关于耐刺穿性,当撕裂强度少于10N/mm时,撕裂强度太低且轮胎骨架体的胎侧部无法耐受内压而沿轮胎宽度方向等膨胀,进而无法维持轮胎形状。进一步地,撕裂强度优选15N/mm以上。不特别限定撕裂强度的上限,但考虑到拉伸弹性模量和损耗系数(tanδ)的平衡,优选20N/mm以下,更优选19N/mm以下,且特别优选18N/mm以上。
下文中,对本发明的包含于轮胎骨架体的树脂材料进行说明,然后参照附图对本发明的轮胎的具体实施方案进行说明。
[树脂材料]
本发明的树脂材料为包括树脂的树脂材料,且选择树脂以使树脂材料的撕裂强度为10N/mm以上。
本发明中,“树脂材料”至少包括树脂(树脂成分),且可进一步包括其它成分如添加剂。当树脂材料不包括除了树脂成分以外的成分时,树脂材料仅由树脂形成。
本说明书中,“树脂”的概念包括热塑性树脂和热固性树脂;然而,不包括天然橡胶。此外,热塑性树脂包括热塑性弹性体。
用于此处的“弹性体”是指由共聚物形成的树脂,该共聚物包括形成具有高熔点的硬链段或形成具有高内聚力的硬链段的结晶性聚合物,还包括形成具有低玻璃化转变温度的软链段的无定形聚合物。
[树脂]
树脂的实例包括热塑性树脂(其也包括热塑性弹性体)和热固性树脂。例如树脂材料可包括单独的后述的热塑性弹性体,可包括其两种以上的组合,或可包括热塑性弹性体和非弹性体热塑性树脂的组合。在树脂材料仅包括单个树脂的情况下,树脂的撕裂强度为树脂材料的撕裂强度。
包含于轮胎骨架体的树脂材料优选热塑性树脂,且更优选热塑性弹性体。下文中,以热塑性树脂为重点,对可用于形成轮胎骨架体的树脂材料的树脂进行说明。
-热塑性树脂(包括热塑性弹性体)-
热塑性树脂(包括热塑性弹性体)为其材料随着温度增加而软化并流动,且在冷却时呈相对坚硬且强固的状态的高分子化合物。
本说明书中,这些热塑性树脂中,其材料随着温度增加而软化并流动,在冷却时呈相对坚硬且强固的状态,且其具有橡胶状弹性的高分子化合物,被认为是热塑性弹性体。相比之下,这些热塑性树脂中,其材料随温度上升软化并流动,在冷却时呈相对坚硬且强固的状态,但是不具备橡胶状弹性的高分子化合物,被认为是非弹性体热塑性树脂且有别于热塑性弹性体。
热塑性树脂(包括热塑性弹性体)的实例包括热塑性聚烯烃类弹性体(TPO)、热塑性聚苯乙烯类弹性体(TPS)、热塑性聚酰胺类弹性体(TPA)、热塑性聚氨酯类弹性体(TPU)、热塑性聚酯类弹性体(TPC),和动态交联型热塑性弹性体(TPV),以及非弹性体热塑性聚烯烃类树脂、非弹性体热塑性聚苯乙烯类树脂、非弹性体热塑性聚酰胺类树脂和非弹性体热塑性聚酯类树脂。包含在树脂材料中的热塑性树脂优选为选自由热塑性聚酯类弹性体、热塑性聚酰胺类弹性体、热塑性聚烯烃类弹性体和热塑性聚氨酯类弹性体组成的组的至少之一。
(热塑性聚酯类弹性体)
热塑性聚酯类弹性体的实例包括至少具有聚酯和其它聚合物(如聚酯或聚醚)的材料,该聚酯为结晶性的且形成具有高熔点的硬链段,该其它聚合物为无定形的且形成具有低玻璃化转变温度的软链段。
热塑性聚酯类弹性体也被称为热塑性聚酯弹性体(ThermoPlasticpolyester elastomers,“TPC”)。
芳族聚酯可用作形成硬链段的聚酯。芳族聚酯可以由例如,芳族二羧酸或其酯形成性衍生物(ester-forming derivative)、和脂族二醇形成。芳族聚酯优选为源于对苯二甲酸和/或对苯二甲酸二甲酯、和1,4-丁二醇的聚对苯二甲酸丁二醇酯。此外,芳族聚酯可为源于二羧酸成分例如间苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘-2,6-二羧酸、萘-2,7-二羧酸、联苯-4,4'-二羧酸、二苯氧基乙烷二羧酸、5-磺基间苯二酸、或其酯形成性衍生物,和具有300以下的分子量的二醇的聚酯,所述具有300以下的分子量的二醇例如,脂族二醇如乙二醇、丙二醇、戊二醇、己二醇、新戊二醇或癸二醇;脂环族二醇如1,4-环己烷二甲醇或三环癸烷二甲醇;或芳族二醇如亚二甲苯基二甲醇、双(对羟基)联苯、双(对羟苯基)丙烷、2,2-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]丙烷、双[4-(2-羟基)苯基]砜、1,1-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]环己烷、4,4'-二羟基-对三联苯或4,4'-二羟基对四联苯。芳族聚酯可为,使用两种以上的上述二羧酸成分和二醇成分组合的共聚聚酯。具有3个以上的官能团的多官能羧酸成分、多官能含氧酸成分或多官能羟基成分可以在5摩尔%以下的范围内共聚。
形成硬链段的聚酯的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸甲二醇酯(polymethylene terephthalate)、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸丁二醇酯,且优选聚对苯二甲酸丁二醇酯。
形成软链段的聚合物的实例包括脂族聚酯和脂族聚醚。
脂族聚醚的实例包括聚(环氧乙烷)二醇(poly(ethylene oxide)glycol)、聚(环氧丙烷)二醇、聚(四氢呋喃)二醇(poly(tetramethylene oxide)glycol)、聚(环氧己烷)二醇、环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物、聚(环氧丙烷)二醇的环氧乙烷加成聚合物,和环氧乙烷和四氢呋喃的共聚物。
脂族聚酯的实例包括聚(ε-己内酯)、聚庚内酯(polyenantholactone)、聚辛内酯、聚己二酸丁二醇酯和聚己二酸乙二醇酯等。
这些脂族聚醚和脂族聚酯中,从所得聚酯嵌段共聚物的弹性特性的角度,优选聚(四氢呋喃)二醇、聚(环氧丙烷)二醇的环氧乙烷加合物、聚(ε-己内酯)、聚己二酸丁二醇酯或聚己二酸乙二醇酯等。
此外,从韧性和低温挠性(flexibility)的角度,形成软链段的聚合物的数均分子量优选为300至6000。此外,从成形性的角度,硬链段(x)与软链段(y)的质量比(x:y)优选为99:1至20:80,仍更优选为98:2至30:70。
硬链段和软链段的组合的实例可包括上述的硬链段和软链段的各组合。其中,优选其中硬链段为聚对苯二甲酸丁二醇酯和软链段为脂族聚醚的组合,仍更优选其中硬链段为聚对苯二甲酸丁二醇酯和软链段为聚(环氧乙烷)二醇的组合。
作为热塑性聚酯类弹性体,例如,可使用由Du Pont-Toray Co.,Ltd.制造的“HYTREL”系列(例如3046、5557、6347、4047、4767,和7247等)和来自由Toyobo Co.,Ltd.制造的“PELPRENE”系列(P30B、P40B、P40H、P55B、P70B、P150B、P280B、P450B、P150M、S1001、S2001、S5001、S6001和S9001等)的市售产品。
(热塑性聚酰胺类弹性体)
本发明中,“热塑性聚酰胺类弹性体”是指由共聚物形成的热塑性树脂材料,该共聚物具有形成具有高熔点的硬链段的结晶性聚合物和形成具有低玻璃化转变温度的软链段的无定形聚合物,其中形成硬链段的聚合物在其主链上具有酰胺键(-CONH-)。
热塑性聚酰胺类弹性体也简称为热塑性酰胺弹性体(ThermoPlastic Amidelastomer,“TPA”)。
热塑性聚酰胺类弹性体的实例包括其中至少聚酰胺为结晶性的且形成具有高熔点的硬链段,并且其它聚合物(例如聚酯或聚醚等)为无定形的且形成具有低玻璃化转变温度的软链段的材料。除硬链段和软链段之外,增链剂如二羧酸也可用于热塑性聚酰胺类弹性体。形成硬链段的聚酰胺的实例包括由下式(1)或式(2)表示的单体形成的聚酰胺。
式(1)
H2N-R1-COOH
式(1)中,R1表示具有2-20个碳原子的烃分子链,或具有2-20个碳原子的亚烷基。
式(2)
式(2)中,R2表示具有3-20个碳原子的烃分子链,或具有3-20个碳原子的亚烷基。
式(1)中,R1优选为具有3-18个碳原子的烃分子链或具有3-18个碳原子的亚烷基,仍更优选为具有4-15个碳原子的烃分子链或具有4-15个碳原子的亚烷基,且特别优选为具有10-15个碳原子的烃分子链或具有10-15个碳原子的亚烷基。式(2)中,R2优选为具有3-18个碳原子的烃分子链或具有3-18个碳原子的亚烷基,仍更优选为具有4-15个碳原子的烃分子链或具有4-15个碳原子的亚烷基,且特别优选为具有10-15个碳原子的烃分子链或具有10-15个碳原子的亚烷基。
由上式(1)或式(2)表示的单体的实例包括ω-氨基羧酸和内酰胺。形成硬链段的聚酰胺的实例包括ω-氨基羧酸和内酰胺的缩聚物、以及二胺和二羧酸的共缩聚物等。
ω-氨基羧酸的实例可包括具有5-20个碳原子的脂族ω-氨基羧酸,如6-氨基己酸、7-氨基庚酸、8-氨基辛酸、10-氨基癸酸、11-氨基十一烷酸或12-氨基十二烷酸等。内酰胺的实例可包括具有5-20个碳原子的脂族内酰胺,如十二烷内酰胺、ε-己内酰胺、十一烷内酰胺、ω-庚内酰胺或2-吡咯烷酮。
二胺的实例可包括二胺化合物,例如具有2-20个碳原子的脂族二胺如乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、十一烷二胺、十二烷二胺、2,2,4-三甲基己二胺、2,4,4-三甲基己二胺、3-甲基戊二胺和间二甲苯二胺。二羧酸可由HOOC-(R3)m-COOH表示(其中R3为具有3-20个碳原子的烃分子链,且m为0或1);且其实例可包括具有2-20个碳原子的脂族二羧酸,如草酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸或十二烷二酸。
作为形成硬链段的聚酰胺,可优选使用由十二烷内酰胺、ε-己内酰胺或十一烷内酰胺的开环缩聚得到的聚酰胺。
形成软链段的聚合物的实例包括聚酯和聚醚,例如,聚乙二醇、聚丙二醇、聚亚丁基醚二醇和ABA型三嵌段聚醚。这些可单独或以其两种以上的组合来使用。此外,可以使用通过氨等与聚醚的末端单元(terminal unit)反应而得到的聚醚二胺等。
此处,“ABA型三嵌段聚醚”指由下式(3)表示的聚醚。
式(3)
式(3)中,x和z各表示1-20的整数,y表示4-50的整数。
作为式(3)中x和z的各值,优选为1-18的整数,仍更优选为1-16的整数,特别优选为1-14的整数,且最优选为1-12的整数。作为式(3)中的y,优选为5-45的整数,更优选为6-40的整数,特别优选为7-35的整数,且最优选为8-30的整数。
上述硬链段和软链段组合的实例可包括硬链段和软链段的上述各组合。这些中,优选组合为十二烷内酰胺的开环缩聚物/聚乙二醇的组合、十二烷内酰胺的开环缩聚物/聚丙二醇的组合,十二烷内酰胺的开环缩聚物/聚亚丁基醚二醇的组合,十二烷内酰胺的开环缩聚物/ABA型三嵌段聚醚的组合。特别优选十二烷内酰胺的开环缩聚物/ABA型三嵌段聚醚的组合。
从熔融成形性的角度,形成硬链段的聚合物(聚酰胺)的数均分子量优选为300至30000。从韧性和低温挠性的角度,形成软链段的聚合物的数均分子量优选为200至20000。从成形性的角度,硬链段(x)与软链段(y)的质量比(x:y)优选为50:50至90:10,更优选为50:50至80:20。
热塑性聚酰胺类弹性体可通过已知方法将形成硬链段的聚合物和形成软链段的聚合物进行共聚来合成。
作为热塑性聚酰胺类弹性体,例如,可使用由Ube Industries,Ltd.制造的“UBESTA XPA”系列(例如,XPA9063X1、XPA9055X1、XPA9048X2、XPA9048X1、XPA9040X1、XPA9040X2和XPA9044等),和由Daicel-Evonik Ltd.制造的“VESTAMID”系列(例如,E40-S3、E47-S1、E47-S3、E55-S1、E55-S3、E55-S4、E55-K1W2、EX9200和E50-R2)的市售产品。
(热塑性聚烯烃类弹性体)
“热塑性聚烯烃类弹性体”的实例包括其中至少聚烯烃为结晶性的且形成具有高熔点的硬链段和其它聚合物(例如上述聚烯烃或其它聚烯烃)为无定形的且形成具有低玻璃化转变温度的软链段的材料。形成硬链段的聚烯烃的实例包括例如,聚乙烯、聚丙烯、全同立构的聚丙烯,和聚丁烯。
热塑性聚烯烃类弹性体也简称为热塑性烯烃弹性体(ThermoPlasticOlefin elastomer,“TPO”)。
不特别限定热塑性聚烯烃类弹性体,且其实例包括以下共聚物,该共聚物为形成具有高熔点的硬链段的结晶性聚烯烃和形成具有低玻璃化转变温度的软链段的无定形聚合物的共聚物。
热塑性聚烯烃类弹性体的实例包括烯烃-α-烯烃无规共聚物和烯烃嵌段共聚物,例如,丙烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯共聚物、丙烯-1-己烯共聚物、丙烯-4-甲基-1戊烯共聚物、丙烯-1-丁烯共聚物、乙烯-1-己烯共聚物、乙烯-4-甲基-戊烯共聚物、乙烯-1-丁烯共聚物、1-丁烯-1-己烯共聚物、1-丁烯-4-甲基-戊烯、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、丙烯-甲基丙烯酸共聚物、丙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、丙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、丙烯-丙烯酸甲酯共聚物、丙烯-丙烯酸乙酯共聚物、丙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和丙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
作为热塑性聚烯烃类弹性体,优选丙烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯共聚物、丙烯-1-己烯共聚物、丙烯-4-甲基-1戊烯共聚物、丙烯-1-丁烯共聚物、乙烯-1-己烯共聚物、乙烯-4-甲基-戊烯共聚物、乙烯-1-丁烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、丙烯-甲基丙烯酸共聚物、丙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、丙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、丙烯-丙烯酸甲酯共聚物、丙烯-丙烯酸乙酯共聚物、丙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和丙烯-乙酸乙烯酯共聚物,且仍更优选乙烯-丙烯共聚物、丙烯-1-丁烯共聚物、乙烯-1-丁烯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物。
此外,两种以上的聚烯烃树脂,如乙烯和丙烯,可组合使用。此外,热塑性聚烯烃类弹性体中聚烯烃的含量比优选为50质量%至100质量%。
热塑性聚烯烃类弹性体的数均分子量优选为5,000至10,000,000。当热塑性聚烯烃类弹性体的数均分子量为5,000至10,000,000时,树脂材料具有充分的机械物理性质和优异的加工性。从类似的角度,数均分子量更优选为7,000至1,000,000,且特别优选为10,000至1,000,000。因此能够进一步改进树脂材料的机械物理性质和加工性。从韧性和低温挠性的角度,形成软链段的聚合物的数均分子量优选为200至6000。从成形性的角度,硬链段(x)与软链段(y)的质量比(x:y)优选为50:50至95:5,且仍更优选为50:50至90:10。
热塑性聚烯烃类弹性体可通过已知方法将形成硬链段的聚合物和形成软链段的聚合物进行共聚来合成。
此外,将热塑性弹性体酸改性得到的产品也可用作热塑性聚烯烃弹性体。
“将热塑性聚烯烃弹性体酸改性的产品”是指具有酸性基团如羧酸基团、硫酸基团或磷酸基团的不饱和化合物与热塑性聚烯烃弹性体键合而得到的产品。例如,在不饱和羧酸(一般,马来酸酸酐)被用作具有酸性基团的不饱和化合物的情况下,使不饱和羧酸的不饱和键合位点键合(例如,接枝聚合)有热塑性聚烯烃类弹性体。
从抑制热塑性聚烯烃弹性体的劣化(degradation)的角度,具有酸性基团的化合物优选具有为弱酸基团的羧酸基团的化合物,且其实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸和马来酸。
作为上述热塑性聚烯烃类弹性体,例如,由Mitsui Chemicals,Inc.制造的“TAFMER”系列(例如,A0550S、A1050S、A4050S、A1070S、A4070S、A35070S、A1085S、A4085S、A7090、A70090、MH7007、MH7010、XM-7070、XM-7080、BL4000、BL2481、BL3110、BL3450、P-0275、P-0375、P-0775、P-0180、P-0280、P-0480和P-0680),和由Du Pont-Mitsui Polychemicals Co.,Ltd.制造的“NUCREL”系列(例如,AN4214C、AN4225C、AN42115C、N0903HC、N0908C、AN42012C、N410、N1050H、N1108C、N1110H、N1207C、N1214、AN4221C、N1525、N1560、N0200H、AN4228C、AN4213C和N035C)和“Elvaloy AC”系列(例如,1125AC、1209AC、1218AC、1609AC、1820AC、1913AC、2112AC、2116AC、2615AC、2715AC、3117AC、3427AC和3717AC),和由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造的“ACRYFT”系列和“EVATATE”系列,和由Tosoh Corporation制造的“ULTRA SEN”系列的市售产品等。
此外,作为热塑性聚烯烃类弹性体,例如,也可使用由Prime Polymer Co.,Ltd.制造的“PRIME TPO”系列的市售产品(实例包括E-2900H、F-3900H、E-2900、F-3900、J-5900、E-2910、F-3910、J-5710、E-2710、F-3710、J-5910、E-2740、F-3740、R110MP、R110E、T310E和M142E等)。
(热塑性聚氨酯类弹性体)
热塑性聚氨酯类弹性体的实例包括其中至少聚氨酯通过物理聚集(physical aggregation)形成假交联(pseudo-crosslinks)而形成硬链段,和其他聚合物为无定形的且形成具有低玻璃化转变温度的软链段的材料。
热塑性聚氨酯类弹性体也可简称为热塑性尿烷弹性体(ThermoPlasticUrethane elastomer,“TPU”)。
具体地,例如,热塑性聚氨酯类弹性体可由共聚物表示,该共聚物包含含有由以下结构单元(U-1)表示的单元结构的软链段和含有由以下结构单元(U-2)表示的单元结构的硬链段。
结构单元(U-1)和结构单元(U-2)中,P表示长链脂族聚醚,或长链脂族聚酯。R表示脂族烃、脂环族烃或芳族烃。P'表示短链脂族烃、脂环族烃或芳族烃。
结构单元(U-1)中,作为由P表示的长链脂族聚醚或长链脂族聚酯,例如可使用分子量为500至5000的长链脂族聚醚或长链脂族聚酯。P源于包含由P表示的长链脂族聚醚或长链脂族聚酯的二醇化合物。所述二醇化合物的实例包括各具有在上述范围内的分子量的聚乙二醇、聚丙二醇、聚亚丁基醚二醇、聚(己二酸丁二醇酯)二醇、聚-ε-己内酯二醇、聚(碳酸亚己基酯)二醇和ABA型三嵌段聚醚(由上式(3)表示的聚醚)。
这些化合物可以单独或以其两种以上的组合来使用。
结构单元(U-1)和结构单元(U-2)中,R源于包含由R表示的脂族烃、脂环族烃或芳族烃的二异氰酸酯类化合物。包含由R表示的脂族烃的脂族二异氰酸酯类化合物的实例包括1,2-亚乙基二异氰酸酯、1,3-亚丙基二异氰酸酯、1,4-丁烷二异氰酸酯和1,6-亚己基二异氰酸酯。
包含由R表示的脂环族烃的二异氰酸酯类化合物的实例包括1,4-环己烷二异氰酸酯和4,4-环己烷二异氰酸酯。此外,含有由R表示的芳族烃的芳族二异氰酸酯类化合物的实例包括4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯。
这些化合物可以单独或以其两种以上的组合来使用。
结构单元(U-2)中,作为由P'表示的短链脂族烃、脂环族烃或芳族烃,例如可使用分子量低于500的短链脂族烃、脂环族烃或芳族烃。P'源于包含由P'表示的短链脂族烃、脂环族烃或芳族烃的二醇化合物。含有由P'表示的短链脂族烃的脂族二醇化合物的实例包括二醇类和聚亚烷基二醇类,且其实例包括乙二醇、丙二醇、亚丙基二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇,1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇和1,10-癸二醇。
含有由P'表示的脂环族烃的脂环族二醇化合物的实例包括环戊烷-1,2-二醇、环己烷-1,2-二醇、环己烷-1,3-二醇、环己烷-1,4-二醇和环己烷-1,4-二甲醇。
含有由P'表示的芳族烃的芳族二醇化合物的实例包括氢醌、间苯二酚、氯代氢醌、溴代氢醌、甲基氢醌、苯基氢醌、甲氧基氢醌、苯氧基氢醌、4,4'-二羟基联苯、4,4'-二羟基二苯基醚、4,4'-二羟基二苯基硫醚、4,4'-二羟基二苯砜,4,4'-二羟基二苯甲酮、4,4'-二羟基二苯甲烷、双酚A、1,1-二(4-羟苯基)环己烷、1,2-双(4-羟苯基)乙烷、1,4-二羟基萘和2,6-二羟基萘。
这些化合物可以单独或以其两种以上的组合来使用。
从熔融成形性的角度,形成硬链段的聚合物(聚氨酯)的数均分子量优选为300至1500。此外,从热塑性聚氨酯类弹性体的挠性和热稳定性的角度,形成软链段的聚合物的数均分子量优选为500至20000,更优选为500至5000,且特别优选为500至3000。此外,从成形性的观点,硬链段(x)对软链段(y)的质量比(x:y)优选为15:85至90:10,更优选为30:70至90:10。
热塑性聚氨酯类弹性体可通过已知方法将形成硬链段的聚合物和形成软链段的聚合物进行共聚来合成。例如,JP-A H05-331256记载的热塑性聚氨酯可用作热塑性聚氨酯类弹性体。
具体地,热塑性聚氨酯类弹性体优选由芳族二醇和芳族二异氰酸酯形成的硬链段,和由聚碳酸酯构成的软链段的组合,优选甲苯二异氰酸酯(TDI)/聚酯类多元醇共聚物、TDI/聚醚类多元醇共聚物、TDI/己内酯类多元醇共聚物、TDI/聚碳酸酯类多元醇共聚物、4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)/聚酯类多元醇共聚物、MDI/聚醚类多元醇共聚物、MDI/己内酯类多元醇共聚物、MDI/聚碳酸酯类多元醇共聚物、和MDI+氢醌/聚碳酸亚己基酯共聚物,更优选TDI/聚酯类多元醇共聚物、TDI/聚醚类多元醇共聚物、MDI/聚酯多元醇共聚物、MDI/聚醚类多元醇共聚物、和MDI+氢醌/聚碳酸亚己基酯共聚物。
此外,作为热塑性聚氨酯类弹性体,例如可使用由BASF SE制造的“ELASTOLLAN”系列(例如,ET680、ET880、ET858D、ET690和ET890等),由Kuraray Co.,Ltd.制造的“KURAMIRON U”系列(例如,2000系列、3000系列、8000系列和9000系列),和由Nippon Miractran Co.,Ltd.制造的“MIRACTRAN”系列(例如,XN-2001、XN-2004、P390RSUP、P480RSUI、P26MRNAT、E490、E590和P890)的市售产品。
(热塑性聚苯乙烯类弹性体)
热塑性聚苯乙烯类弹性体的实例包括其中至少聚苯乙烯形成硬链段,和其它聚合物(例如,聚丁二烯、聚异戊二烯、聚乙烯、氢化聚丁二烯或氢化聚异戊二烯等)形成具有低玻璃化转变温度的软链段的材料。合成橡胶如硫化SBR树脂等,可用作热塑性聚苯乙烯类弹性体。
热塑性聚苯乙烯类弹性体也称为热塑性苯乙烯弹性体(ThermoPlasticStyrene elastomers,“TPS”)。
由酸性基团改性的酸改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体,和未改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体,均可用作热塑性聚苯乙烯类弹性体。
作为形成硬链段的聚苯乙烯,例如,可适合地使用由已知的自由基聚合方法或离子聚合方法得到的聚苯乙烯,且其实例包括进行阴离子活性聚合的聚苯乙烯。形成软链段的聚合物的实例包括聚丁二烯、聚异戊二烯和聚(2,3-二甲基-丁二烯)。酸改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体可如下所述通过对未改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体进行酸改性而得到。
上述硬链段和软链段的组合的实例包括硬链段和软链段的上述各组合。其中优选聚苯乙烯/聚丁二烯的组合,和聚苯乙烯/聚异戊二烯的组合。此外,为了抑制热塑性弹性体的非计划(unintended)的交联反应,软链段优选为氢化的。
形成硬链段的聚合物(聚苯乙烯)的数均分子量优选为5000至500000,且优选为10000至200000。此外,形成软链段的聚合物的数均分子量优选为5000至1000000,更优选为10000至800000,且特别优选为30000至500000。此外,从成形性角度,硬链段(x)与软链段(y)的体积比(x:y)优选为5:95至80:20,仍更优选为10:90至70:30。
热塑性聚苯乙烯类弹性体可通过已知方法将形成硬链段的聚合物和形成软链段的聚合物进行共聚来合成。
热塑性聚苯乙烯类弹性体的实例包括苯乙烯-丁二烯类共聚物[SBS(聚苯乙烯-聚(丁烯)嵌段-聚苯乙烯)和SEBS(聚苯乙烯-聚(乙烯/丁烯)嵌段-聚苯乙烯)],苯乙烯-异戊二烯共聚物(聚苯乙烯-聚异戊二烯嵌段-聚苯乙烯),和苯乙烯-丙烯类共聚物[SEP(聚苯乙烯-(乙烯/丙烯)嵌段)、SEPS(聚苯乙烯-聚(乙烯/丙烯)嵌段-聚苯乙烯)、SEEPS(聚苯乙烯-聚(乙烯-乙烯/丙烯)嵌段-聚苯乙烯)],和SEB(聚苯乙烯(乙烯/丁烯)嵌段),且特别优选SEBS。
作为未改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体,例如可使用由Asahi KaseiCorporation制造的“TUFTEC”系列(例如,H1031、H1041、H1043、H1051、H1052、H1053、H1062、H1082、H1141、H1221或H1272),和由Kuraray Co.,Ltd.制造的SEBS(“HYBRAR”5127和5125等)、SEPS(“SEPTON”2002、2063、S2004和S2006等)的市售产品。
-酸改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体-
“酸改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体”是指通过使具有酸性基团例如羧酸基团、硫酸基团或磷酸基团等的不饱和化合物与未改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体键合而酸改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体。酸改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体可通过例如,使不饱和羧酸或不饱和羧酸酐的不饱和键合位点键合(例如,通过接枝聚合)有热塑性聚苯乙烯类弹性体而得到。
从抑制热塑性聚酰胺类弹性体的劣化的角度,具有酸性基团的(不饱和)化合物优选具有为弱酸基团的羧酸基团的化合物,且其实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸和马来酸。
酸改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体的实例包括由Asahi KaseiCorporation制造的TUFTEC如M1943、M1911和M1913,和由Kraton Inc.制造的FG19181G。
酸改性的热塑性聚苯乙烯类弹性体的酸值优选为大于0mg(CH3ONa)/g且20mg(CH3ONa)/g以下,更优选为大于0mg(CH3ONa)/g且17mg(CH3ONa)/g以下,且特别优选为大于0mg(CH3ONa)/g且15mg(CH3ONa)/g以下。
上述热塑性弹性体可通过已知方法将形成硬链段的聚合物和形成软链段的聚合物进行共聚来合成。
下文中,对各种非弹性体热塑性树脂进行说明。
(非弹性体热塑性聚烯烃类树脂)
非弹性体热塑性聚烯烃类树脂是具有比上述热塑性聚烯烃类弹性体更高弹性模量的聚烯烃类树脂。
非弹性体热塑性聚烯烃类树脂的实例包括α-烯烃如丙烯或乙烯,和环状烯烃如环烯的均聚物、无规共聚物和嵌段共聚物。其具体的实例包括热塑性聚乙烯类树脂、热塑性聚丙烯类树脂和热塑性聚丁二烯类树脂,从耐热性和加工性的角度,特别优选热塑性聚丙烯类树脂。
非弹性体热塑性聚丙烯类树脂的具体实例包括丙烯均聚物、丙烯-α-烯烃无规共聚物和丙烯-α-烯烃嵌段共聚物。这种α-烯烃的实例包括具有约3-20个碳原子的α-烯烃,如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、3-甲基-1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯、1-十四碳烯、1-十六碳烯、1-十八碳烯和1-二十碳烯。
热塑性聚烯烃类树脂可为氯化聚烯烃类树脂,其分子中所有或部分的氢原子由氯原子取代。氯化聚烯烃类树脂的实例包括氯化聚乙烯类树脂。
(非弹性体热塑性聚苯乙烯类树脂)
非弹性体热塑性聚苯乙烯类树脂是具有比上述热塑性聚苯乙烯类弹性体更高弹性模量的热塑性聚苯乙烯类树脂。
作为热塑性聚苯乙烯类树脂,例如,适合地使用通过已知的自由基聚合方法或离子聚合方法得到的热塑性聚苯乙烯类树脂,且其实例包括具有阴离子活性聚合物的聚苯乙烯。此外,热塑性聚苯乙烯类树脂的实例可包括含有苯乙烯分子骨架的聚合物,和苯乙烯与丙烯腈的共聚物。
其中优选丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物及其氢化产物,丙烯腈/苯乙烯共聚物和聚丁二烯的共混物及其氢化产物。热塑性聚苯乙烯类树脂的具体实例包括聚苯乙烯(所谓PS树脂)、丙烯腈/苯乙烯树脂(所谓AS树脂)、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈树脂(所谓ASA树脂)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯树脂(所谓ABS树脂(包括共混物形式和共聚物形式))、ABS树脂的氢化产物(所谓AES树脂),和丙烯腈-氯化聚乙烯-苯乙烯共聚物(所谓ACS树脂)。
如上所述,AS树脂为丙烯腈/苯乙烯树脂,且为具有苯乙烯和丙烯腈为主成分的共聚物。然而,AS树脂可进一步与芳族乙烯基化合物如α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯(vinyltoluene)或二乙烯基苯;氰化的乙烯基化合物(cyanatedvinyl compound)如二甲基丙烯腈(dimethacrylonitrile);(甲基)丙烯酸的烷基酯如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸十八酯;马来酰亚胺系单体如马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-乙基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺或N-环己基马来酰亚胺;二烯化合物;马来酸的二烷基酯;烯丙基烷基醚;不饱和氨基化合物或乙烯基烷基醚等共聚。
此外,作为AS树脂,优选与不饱和一元羧酸,不饱和二元羧酸、不饱和脂肪酸酸酐或具有环氧基的乙烯基系单体进一步接枝聚合或共聚而得到的那些,更优选与不饱和脂肪酸酸酐或具有环氧基的乙烯基系单体进一步接枝聚合或共聚而得到的那些。
具有环氧基的乙烯基系单体为在其分子中均具有可自由基聚合的乙烯基和环氧基的化合物。其具体实例包括不饱和有机酸的缩水甘油酯如丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙基丙烯酸缩水甘油酯(glycidylethacrylate)、或衣康酸缩水甘油酯;缩水甘油醚如烯丙基缩水甘油醚;和其衍生物如2-甲基-甲基丙烯酸缩水甘油酯。其中,可优选使用丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯。此外,这些化合物可以单独或以其两种以上的组合来使用。
此外,不饱和脂肪酸酸酐为在其分子中均具有可自由基聚合的乙烯基和酸酐的化合物。具体地,其优选实例包括马来酸酸酐。
ASA树脂为由丙烯酸酯单体、苯乙烯单体和丙烯腈单体制成的物质,且其具有橡胶特性和热塑性。
ABS树脂的实例包括由丙烯腈-苯乙烯系树脂与约40质量%以下的烯烃系橡胶(例如,聚丁二烯橡胶)接枝聚合而产生的树脂。此外,AES树脂的实例包括丙烯腈-苯乙烯系树脂与约40质量%以下的乙烯-丙烯共聚物橡胶(例如,EP橡胶)接枝聚合而产生的树脂。
(非弹性体热塑性聚酰胺类树脂)
非弹性体热塑性聚酰胺类树脂为具有比上述热塑性聚酰胺类弹性体更高弹性模量的聚酰胺类树脂。
热塑性聚酰胺类树脂的实例可包括形成上述热塑性聚酰胺类弹性体的硬链段的聚酰胺。热塑性聚酰胺类树脂的实例可包括ε-己内酰胺的开环缩聚物的聚酰胺(酰胺6),十一烷内酰胺的开环缩聚物的聚酰胺(酰胺11),十二烷内酰胺的开环缩聚物的聚酰胺(酰胺12),二胺和二酸的缩合物的聚酰胺(酰胺66),和具有间二甲苯二胺为结构单元的聚酰胺(酰胺MX)。
酰胺6可由例如,{CO-(CH2)5-NH}n表示(其中n表示重复单元的个数)。
酰胺11可由例如,{CO-(CH2)10-NH}n表示(其中n表示重复单元的个数)。
酰胺12可由例如,{CO-(CH2)11-NH}n表示(其中n表示重复单元的个数)。
酰胺66可由例如,{CO(CH2)4CONH(CH2)6NH}n表示(其中n表示重复单元的个数)。
具有间二甲苯二胺为结构单元的酰胺MX可由例如,下述结构单元(A-1)表示(其中(A-1)中的n表示重复单元的个数)。
热塑性聚酰胺类树脂可为仅由上述结构单元形成的均聚物,或可为结构单元(A-1)和其它单体的共聚物。在共聚物的情况下,结构单元(A-1)在各热塑性聚酰胺类树脂中的含量比优选为60质量%以上。
热塑性聚酰胺类树脂的数均分子量优选为300至30000。此外,从韧性和低温挠性的角度,形成软链段的聚合物的数均分子量优选为200至20000。
市售产品可用作非弹性体聚酰胺类树脂。
例如,作为酰胺6,可使用由Ube Industries,Ltd.制造的“UBENylon”1022B或1011FB等的市售产品。
例如,作为酰胺12,可使用由Ube Industries,Ltd.制造的“UBENylon”3024U等。例如,作为酰胺66,可采用“UBE Nylon 2020B”等。此外,作为酰胺MX,例如可使用由Mitsubishi Gas Chemical Company,Inc.制造的MX Nylon(S6001、S6021或S6011)的市售产品等。
(非弹性体热塑性聚酯类树脂)
非弹性体热塑性聚酯类树脂是其主链上有酯键且具有比上述热塑性聚酯类弹性体更高弹性模量的树脂。
虽然不特别限定热塑性聚酯类树脂,但其优选与包含于上述热塑性聚酯类弹性体中的硬链段的热塑性聚酯类树脂为相同类型。此外,非弹性体聚酯类树脂可为结晶性或无定形,且其实例包括脂族类聚酯和芳族聚酯。脂族类聚酯可为饱和脂族类聚酯或不饱和脂族类聚酯。
芳族聚酯通常为结晶性的,且可由例如芳族二羧酸或其酯形成性衍生物,和脂族二醇形成。
芳族聚酯的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯对苯二甲酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸丁二醇酯,优选聚对苯二甲酸丁二醇酯。
芳族聚酯的一个实例可为例如,源于对苯二甲酸和/或对苯二甲酸二甲酯和1,4-丁二醇的聚对苯二甲酸丁二醇酯;且此外,芳族聚酯可为例如,源于:二羧酸成分如间苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘-2,6-二羧酸、萘-2,7-二羧酸、联苯-4,4'-二羧酸、二苯氧基乙烷二羧酸、5-磺酸基间苯二酸、或其酯形成性衍生物;和具有300以下的分子量的二醇的聚酯,所述具有300以下的分子量的二醇(例如,脂族二醇如乙二醇、亚丙二醇、亚戊二醇、亚己二醇、新戊二醇或亚癸二醇,脂环族二醇如1,4-环己烷二甲醇或三环癸烷二甲醇,和芳族二醇如亚二甲苯基二甲醇、双(对羟基)联苯、双(对羟苯基)丙烷、2,2-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]丙烷、双[4-(2-羟基)苯基]砜、1,1-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]环己烷、4,4'-二羟基-对三联苯或4,4'-二羟基对四联苯),或以组合使用两种以上的上述二羧酸成分和二醇成分的共聚聚酯。各具有3个以上的官能团的多官能羧酸成分、多官能羟基酸成分、或多官能羟基成分可以在5摩尔%以下的范围内共聚。
作为非弹性体热塑性聚酯类树脂,可使用市售产品,且其实例包括由Polyplastics Co.,Ltd.制造的“DURANEX”系列(例如,2000和2002等),由Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation制造的NOVADURAN系列(例如,5010R5和5010R3-2等),和由Toray Industries,Inc.制造的“TORAYCON”系列(例如,1401X06和1401X31等)。
作为脂族聚酯,可使用任意的二羧酸/二醇的缩合物或羟基羧酸的缩合物。其实例包括聚乳酸、多羟基-3-丁基丁酸酯、多羟基-3-己基丁酸酯、聚(ε-己内酯)、聚庚醇内酯、聚辛内酯、聚己二酸丁二酯,和聚己二酸乙二酯。聚乳酸为作为可生物可降解塑料的代表性树脂,且聚乳酸的优选实施方案如下所述。
(动态交联型热塑性弹性体)
动态交联型热塑性弹性体可用作树脂材料。
动态交联型热塑性弹性体是通过在将橡胶添加并混合至熔融状态的热塑性树脂,然后向其中添加交联剂,并混炼(knead)的条件下进行橡胶成分的交联反应而产生的热塑性弹性体。
下文中,动态交联型热塑性弹性体也简称为热塑性硫化弹性体(ThermoPlastic Vulcanizates Elastomer,“TPV”)。
可用于TPV制造的热塑性树脂的实例包括上述热塑性树脂(包括热塑性弹性体)。
可用于TPV制造的橡胶成分的实例包括二烯类橡胶及其氢化产物(例如,NR、IR、环氧化天然橡胶、SBR、BR(高-顺式BR和低-顺式BR)、NBR、氢化NBR,和氢化SBR);烯烃类橡胶(例如,乙烯丙烯橡胶(EPDM、EPM))、马来酸改性的乙烯丙烯橡胶(M-EPM)、IIR、异丁烯和芳族乙烯基或二烯类单体的共聚物、丙烯酸橡胶(ACM),或离聚物);含卤素橡胶(例如,Br-IIR、Cl-IIR、异丁烯对甲基苯乙烯共聚物的溴化产物(Br-IPMS)、氯丁橡胶(CR)、氯醇橡胶(hydrin rubber,CHR)、氯磺化聚乙烯(CSM)、聚氯乙烯(CM),或马来酸改性的聚氯乙烯(M-CM)),硅酮橡胶(例如,甲基乙烯基硅酮橡胶、二甲基硅酮橡胶,或甲基苯基乙烯基硅酮橡胶),含硫橡胶(例如聚硫橡胶),氟橡胶(例如,偏二氟乙烯类橡胶、含氟乙烯基醚类橡胶、四氟乙烯-丙烯类橡胶、含氟硅酮类橡胶,和含氟磷腈类橡胶);特别地,异单烯烃(isomonoolefins)和对烷基苯乙烯的含卤素共聚物橡胶例如引入卤素基团的异丁烯-异戊二烯共聚物橡胶和/或引入卤素基团的异丁烯-对甲基苯乙烯共聚物橡胶,有效地用作改性的聚异丁烯类橡胶。由ExxonMobil制造的“Exxpro”适合用作后者。
各种添加剂如橡胶、各种填料(例如,二氧化硅、碳酸钙和粘土)、防老剂、油、增塑剂、着色剂、耐候剂,和补强材料可按需要包含在树脂材料中。不特别限定添加剂在树脂材料(轮胎骨架体)中的含量,且在不损害本发明的效果的范围内可适当使用。当将除树脂以外的成分如添加剂添加到树脂材料时,对树脂材料的总量而言,树脂成分在树脂材料中的含量优选为50质量%以上,更优选90质量%以上。树脂在树脂材料中的含量为将各添加剂的总含量从树脂成分的总量中减掉所剩余的部分。
(树脂材料的物性)
下文中,对包含于轮胎骨架体的树脂材料的优选物性进行说明。
本发明的轮胎骨架体中,使用具有10N/mm以上的撕裂强度的树脂材料。因此轮胎骨架体也优选具有10N/mm以上的撕裂强度,更优选11N/mm以上的撕裂强度,且特别优选12N/mm以上的撕裂强度。不特别限定轮胎骨架体的撕裂强度的上限,然而考虑到拉伸弹性模量和损耗系数(tanδ)的平衡,优选20N/mm以下,更优选19N/mm以下,且特别优选18N/mm以下。轮胎骨架体的撕裂强度可使用从轮胎骨架体切割的试验样品进行测量。用于撕裂强度的测量方法和试验样品的大小和用于上述树脂材料的情况一样。
至少轮胎骨架体的冠部和胎侧部的撕裂强度各优选10N/mm以上,更优选11N/mm以上,且特别优选12N/mm以上。考虑到拉伸弹性模量和损耗系数(tanδ)的平衡,其上限各优选20N/mm以下,更优选19N/mm以下,且特别优选18N/mm以下。特别地,因为轮胎骨架体的胎侧部的撕裂强度表现出对形状维持性和耐刺穿性的大的影响,当至少胎侧部的撕裂强度设在上述范围内时,在确保为本发明的有利效果的形状维持性的同时,有效地显示出耐刺穿性的改进,因而是优选的。因此,至少胎侧部的撕裂强度优选设在上述范围内。轮胎骨架体的胎侧部的撕裂强度是指从包含胎侧部截面上沿轮胎宽度方向的轮胎骨架体宽度为最大处的部位的试验样品得到的撕裂强度。轮胎冠部的撕裂强度是指从包含沿轮胎宽度方向的轮胎骨架体的中心部位的试验样品得到的撕裂强度。轮胎骨架体的撕裂强度按需要可与冠部和胎侧部的一样,或可不同。例如,在轮胎骨架体的撕裂强度根据在轮胎骨架体上的部位而不同的情况下,例如,轮胎骨架体的撕裂强度在冠部和胎侧部等之间不同,各部位的撕裂强度可通过在轮胎骨架体的冠部和胎侧部使用相同类型的树脂材料和调整厚度等来调整,且各部位的撕裂强度可通过在轮胎骨架体的冠部和胎侧部使用不同类型的树脂材料作为材料来在各部位进行调整。
在这种情况下,可适当地选择轮胎骨架体的冠部的厚度以调整撕裂强度,然而,考虑到轮胎的重量等,厚度优选0.5mm至10mm,更优选1mm至5mm,且特别优选1mm至4mm。类似地,轮胎骨架体的各胎侧部的厚度更优选0.5mm至10mm,且特别优选1mm至5mm。关于轮胎骨架体的冠部和胎侧部的厚度,在撕裂强度的测量时试验样品的平均厚度可用作基准。轮胎骨架体的厚度可使用已知方法和装置进行适当地测量。
之后描述轮胎骨架体的冠部和胎侧部。
树脂材料(轮胎骨架体)自身的熔点(或软化点)通常为100℃至350℃,且优选为约100℃至250℃,且从生产性的角度,优选为约120℃至约250℃,更优选为120℃至200℃。
通过使用具有如上所述的120℃至250℃熔点的树脂材料,例如在由熔合其分割体(divided body)(骨架片)来形成轮胎骨架体的情况下,即使对于周围温度范围为120℃至250℃时熔合的骨架体,也可实现轮胎骨架片之间充分的粘合强度。因此本发明的轮胎在行驶期间具有优异的耐久性,如耐刺穿性、和耐磨性等。加热温度优选为比形成轮胎骨架片的树脂材料的熔点(或软化点)高10℃至150℃的温度,更优选高10℃至100℃的温度。
树脂材料可通过必要时添加各种添加剂,并使用已知方法适当混合(例如,熔融混合)得到。
必要时,通过熔融混合得到的树脂材料可以丸粒(pellet)形式使用。
树脂材料(轮胎骨架体)自身的根据JIS K7113:1995定义的拉伸弹性模量优选为100MPa至1000MPa,更优选为100MPa至800MPa,且特别优选为100MPa至700MPa。当树脂材料的拉伸弹性模量为100MPa至700MPa时,能够在保持轮胎骨架体形状的同时进行有效的轮辋安装。
树脂材料(轮胎骨架体)自身的根据JIS K7113:1995定义的拉伸屈服强度优选为5MPa以上,优选为5MPa至20MPa,更优选为5MPa至17MPa。当树脂材料的拉伸屈服强度为5MPa以上时,能够实现对由例如行驶期间赋予轮胎荷载而引起的变形的耐性。
树脂材料(轮胎骨架体)自身的根据JIS K7113:1995定义的拉伸屈服伸长率优选为10%以上,优选为10%至70%,更优选为15%至60%。当树脂材料的拉伸屈服伸长率为10%以上时,能够实现大弹性区间和良好的轮辋安装性(fitting property)。
树脂材料(轮胎骨架体)自身的根据JIS K7113:1995定义的拉伸断裂伸长率优选为50%以上,优选为100%以上,更优选为150%以上,且特别优选为200%以上。当树脂材料的拉伸断裂伸长率为50%以上时,轮辋安装性可为良好,并可存在对因冲击导致的破坏的较低趋势。
树脂材料(轮胎骨架体)自身的根据ISO75-2或ASTM D648定义的载荷挠曲温度(deflection temperature under load)(载荷为0.45MPa)优选为50℃以上,优选为50℃至150℃,更优选为50℃至130℃。当树脂材料的载荷挠曲温度为50℃以上时,即使在轮胎的制造期间进行硫化的情况下,也能够抑制轮胎骨架体的变形。
[第一实施方案]
下文中,参照附图对根据本发明的轮胎的第一实施方案的轮胎进行说明。
对本实施方案的轮胎10进行说明。图1A为说明根据本发明的第一实施方案轮胎的一部分的截面的透视图。图1B为安装至轮辋上的胎圈部的截面。如图1A所示,本实施方案的轮胎10显示出与普通常规橡胶制充气轮胎几乎相同的截面构造。
根据图1A所示,轮胎10配备有轮胎胎身17,轮胎胎身17包含各自与图1B所示的轮辋20的胎圈座21和轮辋凸缘22接触的一对胎圈部12,分别从胎圈部12沿轮胎径向向外侧延伸的胎侧部14,和将一个胎侧部14的轮胎径向外侧端与另一胎侧部14的轮胎径向外侧端相连接的冠部16(外周部)。
本实施方案的轮胎胎身17构造有用作树脂材料的含有单一热塑性聚酯类树脂(例如,由Du Pont-Toray Co.,Ltd.制造的“HYTREL 4767”)的树脂材料。在这种情况下,树脂材料的撕裂强度为13.8N/mm,且轮胎胎身17的胎侧部14和冠部16的撕裂强度也均为13.8N/mm(胎侧部14厚度:3mm,冠部16厚度:3mm)。
本实施方案的轮胎胎身17由单一树脂材料(热塑性聚酯类树脂)形成;然而,本发明的构造不局限于此,且类似于普通常规橡胶制充气轮胎,具有不同特性的热塑性树脂材料可用于轮胎胎身17的各部位(如胎侧部14、冠部16和胎圈部12)。轮胎胎身17可通过嵌入补强材料(如高分子材料或金属的纤维、帘线、无纺布或布等)于轮胎胎身17(例如,在胎圈部12、胎侧部14和冠部16等)中借助补强材料来补强。
本实施方案的轮胎胎身17为一对由树脂材料形成的轮胎胎身半体(halfparts)(轮胎骨架体片)17A接合而形成的产品。轮胎胎身半体17A通过注射成型等形成具有相同形状的环状轮胎胎身半体17A,其各自由一个胎圈部12、一个胎侧部14和半宽度的冠部16按一体化的方式面对面对齐并在轮胎赤道平面部(equatorial plane portions)接合。轮胎胎身17不局限于通过接合两个构件形成,且可通过接合三个以上的构件来形成。
由树脂材料形成的轮胎胎身半体17A可以通过例如,真空成型、加压成型、注射成型或熔铸等来成型。因此,与常规地由橡胶形成轮胎胎身的情况相比,进行硫化是不必要的,借以能够大幅度简化轮胎制造工序并能够减少成型时间。
本实施方案中,因为轮胎胎身半体17A以双边对称的形状形成,即,一个轮胎胎身半体17A形成与另一个轮胎胎身半体17A相同的形状,具有一种模具便满足成形轮胎胎身半体17A的优势。
本实施方案中,根据图1B所示,类似于普通常规充气轮胎,由钢丝帘线形成的环状胎圈芯18嵌入在各胎圈部12中。然而,本发明不局限于此构造,且只要确保胎圈部12的刚性和安装至轮辋20没有问题,可省略胎圈芯18。除了钢丝帘线之外,胎圈芯18也可以由例如有机纤维帘线、涂布有树脂的有机纤维帘线或硬质树脂等形成。
本实施方案中,在胎圈部12与轮辋20接触的部分中,或至少在轮辋20与轮辋凸缘22接触的部分中,形成由具有比形成轮胎胎身17的树脂材料优异的密封性能的材料例如橡胶形成的环状密封层24。密封层24也可形成在轮胎胎身17(胎圈部12)与胎圈座21接触的部分。比形成轮胎胎身17的树脂材料更柔软的材料可用作具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更优异的密封性能的材料。作为可用作密封层24的橡胶,优选使用与在普通常规橡胶制充气轮胎的胎圈部的外表面中使用的橡胶相同类型的橡胶。只要与轮辋20的密封性能可仅由形成轮胎胎身17的树脂材料确保,也可省略橡胶密封层24,或也可使用具有比树脂材料更优异的密封性能的其它热塑性树脂(热塑性弹性体)。此类其它热塑性树脂的实例包括树脂如聚氨酯类树脂、聚烯烃类树脂、热塑性聚苯乙烯类树脂、聚酯树脂,和这些树脂与橡胶或弹性体的共混物等。也可使用热塑性弹性体,且其实例包括热塑性聚酯类弹性体、热塑性聚氨酯类弹性体、热塑性聚苯乙烯类弹性体、热塑性聚烯烃类弹性体、这些弹性体的组合,和这些弹性体与橡胶的共混物。
根据图1A所示,具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更高的刚性的补强帘线26,沿轮胎胎身17的周向卷绕在冠部16周围。补强帘线26以螺旋状、以使沿轮胎胎身17的轴向截取的截面中其至少一部分嵌入在冠部16中的状态卷绕,以形成补强帘线层28。由具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更优异的耐磨性的材料例如橡胶形成的胎面(crown)30,设置在补强帘线层28的轮胎径向外周侧。
参照图2对由补强帘线26形成的补强帘线层28进行说明。图2是沿轮胎旋转轴截取的且说明其中补强帘线嵌入在第一实施方案轮胎的轮胎胎身的冠部中的状态的截面。根据图2所示,补强帘线26以螺旋状、以沿轮胎胎身17的轴向截取的截面中其至少一部分嵌入在冠部16中的状态卷绕,从而与轮胎胎身17的外周部的一部分一起形成补强帘线层28,如图2的虚线部分所示。嵌入在冠部16中的补强帘线26的部分与形成冠部26(轮胎胎身17)的树脂材料处于紧密接触的状态。作为补强帘线26,可使用单丝(单股)如金属纤维或有机纤维等,或由加捻纤维形成的复丝(加捻股(twisted strands))如由加捻的钢纤维形成的钢丝帘线等。本实施方案中,将钢丝帘线用作补强帘线26。
图2中,嵌入深度L表示相对于轮胎胎身17(冠部16)补强帘线26沿轮胎旋转轴方向的嵌入深度。补强帘线26相对于冠部16的嵌入深度L优选为补强帘线26的直径D的1/5以上,更优选为超过其1/2。最优选补强帘线26整体嵌入在冠部16中。从补强帘线26的尺寸角度,当补强帘线26的嵌入深度L大于补强帘线26的直径D的1/2时,补强帘线26不太可能从嵌入部出来。当补强帘线26整体嵌入在冠部16中时,表面(外周面)为平的,从而即使当构件被放置于嵌入有补强帘线26的冠部16时,也能够抑制在补强帘线周边部引入空气。补强帘线层28对应于配置在常规橡胶制充气轮胎的胎体的外周面的带束。
如上所述,胎冠30设置在补强帘线层28的轮胎径向外周侧。用于胎冠30的橡胶优选与用于常规橡胶制充气轮胎的橡胶相同类型的橡胶。代替胎冠30,可使用由具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更优异的耐磨性的其它类型的树脂材料。类似于常规橡胶制充气轮胎,由多个槽形成的胎面图案形成在胎冠30的路面接触面。
下文中,对根据本实施方案的轮胎的制造方法进行说明。
(轮胎胎身成型工序)
首先,通过薄金属支持环支持的轮胎胎身半体彼此面对面对齐。然后配置附图中省略的接合模具(bonding mold)以使其与轮胎胎身半体的接触部的外周面相接触。构造接合模具以用特定压力压接轮胎胎身半体17A的接合部(bonding part)(接触部)的周边。随后,轮胎胎身半体的接触部的周边在形成轮胎胎身的树脂材料的熔点(或软化点)以上的温度下压接。轮胎胎身半体的接合部由接合模具加热加压,从而熔融接合部,轮胎胎身半体熔接(weld)在一起,并将这些构件以一体化的方式成形为轮胎胎身17。虽然本实施方案中轮胎胎身半体的接合部使用接合模具加热,但本发明并不局限于此,且例如接合部可通过使用单独设置的射频(radio frequency)加热器等加热,或可通过使用热风或红外辐射照射等提前软化或熔融,然后再被接合模具压接,从而将轮胎胎身半体接合在一起。
(补强帘线构件卷绕工序)
接下来,参照图3对补强帘线卷绕工序进行说明。图3为解释使用帘线加热装置和辊将补强帘线嵌入在轮胎胎身的冠部的操作的说明图。图3中,帘线进给装置56装备有:卷绕有补强帘线26的卷轴58;在卷轴58的帘线输送方向的下游侧配置的帘线加热装置59;在补强帘线26的输送方向的下游侧配置的第一辊60;沿面向或远离轮胎的外周面方向移动第一辊60的第一料筒装置62;在第一辊60的补强帘线26输送方向的下游侧配置的第二辊64;和沿面向或远离轮胎的外周面方向移动第二辊64的第二料筒装置66。第二辊64可用作由金属制成的冷却辊。本实施方案中,第一辊60或第二辊64的表面涂布有氟树脂(本实施方案中TEFLON(注册商标))以抑制熔融或软化的树脂材料的粘合。本实施方案中,构造帘线进给装置56以具有两个辊:第一辊60或第二辊64;然而,本发明不局限于此构造,且可构造为仅具有两个辊之一(即,单一辊)。
帘线加热装置59装备有用于产生热风的加热器70和风扇72。帘线加热装置59还装备有内部供给有热风且补强帘线26从其内部空间穿过的加热箱74;和加热的补强帘线26通过其排出(discharge)的排出口76。
本工序中,首先于帘线加热装置59中升高加热器70的温度,且被加热器70加热的周围空气通过风扇72的转动形成气流并输送到加热箱74中。然后将卷轴58未卷出的补强帘线26输送到内部空间已被热气流加热的加热箱74中并加热(例如,补强帘线26的温度加热至约100℃至200℃)。加热的补强帘线26穿过排出口76,且在一定张力下螺旋卷绕在图3中沿箭头R方向旋转的轮胎胎身17的冠部16的外周面。当加热的补强帘线26接触冠部16的外周面时,接触部的树脂材料熔融或软化,且至少一部分加热的补强帘线26嵌入在冠部16的外周面中。此时,由于加热的补强帘线26嵌入在熔融或软化的树脂材料中,实现在树脂材料和补强帘线26之间不存在间隙的状态,即紧密接触状态。因此抑制空气引入至嵌入有补强帘线26的部分。当将补强帘线26加热至高于形成轮胎胎身17的树脂材料的熔点(或软化点)的温度时,促进了与补强帘线26接触的部分的树脂材料的熔融或软化。以这种方式,使补强帘线26易于嵌入在冠部16的外周面中,且能够有效地抑制空气的引入。
补强帘线26的嵌入深度L可使用补强帘线26的加热温度、作用于补强帘线26的张力和第一辊60的压力等来调节。本实施方案中,补强帘线26的嵌入深度L设为补强帘线26的直径D的1/5以上。补强帘线26的嵌入深度L更优选为大于补强帘线26的直径D的1/2,且最优选为补强帘线26整体被嵌入。
以这种方式,通过卷绕加热的补强帘线26,同时补强帘线26嵌入在冠部16的外周面中,补强帘线层28形成于轮胎胎身17的冠部16的外周侧。
随后,将硫化的带状胎冠30沿轮胎胎身17的外周面卷绕一周(singleturn),且胎冠30使用粘合剂等粘合至轮胎胎身17的外周面。作为胎冠30,例如,可使用用于常规已知的翻新轮胎的预硫化胎冠。本工序类似于将预硫化胎冠粘合至翻新轮胎的基胎的外周面的工序。
然后,将由硫化橡胶形成的密封层24使用粘合剂等粘合至轮胎胎身17的胎圈部12,由此完成轮胎10。
(作用)
本实施方案的轮胎10中,因为轮胎胎身17由包含具有撕裂强度在10N/mm以上的范围内的热塑性聚酯类树脂的树脂材料形成,能够显示出优异的形状维持性和耐刺穿性。此外,轮胎10具有比常规橡胶制轮胎更简单的结构,因此重量更轻。因此本实施方案的轮胎10具有高耐磨性和耐久性。特别地,因为轮胎10具有在10N/mm以上的范围内的胎侧部14的撕裂强度且具有3mm的厚度,可在维持轻量性(light weight characteristics)的同时,充分改进形状维持性。
本实施方案的轮胎10中,由于沿周向螺旋卷绕具有比树脂材料更高刚性的补强帘线26至由树脂材料形成的轮胎胎身17的冠部16的外周面上,轮胎10的耐刺穿性、耐切割性和周向刚性得以改善。因为改进轮胎10的周向刚性,防止由树脂材料形成的轮胎胎身17的蠕变(creep)。
沿轮胎胎身17轴向截取的截面(如图1A所示的截面)中,由于至少一部分补强帘线26嵌入在树脂材料形成的轮胎胎身17的冠部16的外周面,且与树脂材料紧密接触,导致制造期间空气引入受到抑制,且抑制行驶期间在输入力(input force)下的补强帘线26的移动等。因此抑制补强帘线26、轮胎胎身17或胎冠30的分层等的发生,并改进轮胎10的耐久性。
同样地,当补强帘线层28由包含树脂材料构造时,减少轮胎胎身17和补强帘线层28在硬度上的差异,与通过缓冲橡胶(cushion rubber)固定补强帘线26的情况相比,借以使补强帘线26可进一步地紧密接触并安装至轮胎胎身17。因此这可以有效地防止上述的空气引入,有效地抑制行驶期间补强帘线构件的移动。
此外,当补强帘线26为钢丝帘线时,通过当处理轮胎时的加热补强帘线26使得从树脂材料中的分离和回收变容易,因此从轮胎10回收性的角度,这是有利的。因为树脂材料的损耗系数(tanδ)低于硫化橡胶,当补强帘线层28含有许多树脂材料时,能够改进轮胎滚动特性。此外,树脂材料的面内剪切刚性大于硫化橡胶,具有轮胎行驶期间的优异的操作稳定性和耐磨性的优势。
根据图2所示,补强帘线26的嵌入深度L为直径D的1/5以上,因此可有效地抑制制造期间引入空气,进一步抑制在行驶等期间在作用力下的补强帘线26的移动。
由于接触路面的胎冠30,由具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更高耐磨性的橡胶材料形成,因此改进轮胎10的耐磨性。
此外,由金属材料形成的环状胎圈芯18嵌入在胎圈部12中,因此,类似于常规橡胶制充气轮胎,轮胎胎身17,即轮胎10,牢固地保持在轮辋20上。
此外,由具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更好密封性的橡胶材料形成的密封层24,设置于接触轮辋20的胎圈部12的部分,因此改进轮胎10和轮辋20之间的密封性。因此,与轮辋20和单独形成轮胎胎身17的树脂材料之间密封的情况相比,进一点抑制了轮胎内的空气泄漏。通过设置密封层24改进了至轮辋的安装性。
通过将补强帘线26加热来构成上述实施方案,其中在加热的补强帘线26接触的部分的轮胎胎身17的表面熔融或软化;然而,本发明不局限于此构造,且可通过使用热气流产生装置以加热将要嵌入补强帘线26处的冠部16的外周面将补强帘线26嵌入于冠部16,而不加热补强帘线26。
第一实施方案中,帘线加热装置59的热源为加热器和风扇;然而,本发明不局限于此构造,且可以采用其中补强帘线26用辐射热(例如,红外辐射)直接加热的构造。
第一实施方案如此的构造,使得嵌入有补强帘线26的树脂材料的熔融或软化部分使用金属制第二辊64强制冷却;然而,本发明不局限于此构造,且可以采用其中冷气流直接吹至其中树脂材料熔融或软化的部分,从而使树脂材料熔融或软化的部分强制冷却和凝固的构造。
第一实施方案如此的构造使得补强帘线26被加热;然而例如,可采用补强帘线26的外周覆盖有与轮胎胎身17的树脂材料相同的树脂材料的构造。在这种情况下,通过加热补强帘线26和覆盖用树脂材料,当将被覆补强帘线卷绕至轮胎胎身17的冠部16上时,可有效抑制在嵌入至冠部16期间的空气引入。
螺旋卷绕补强帘线26易于制造;然而,也可考虑其它方法,如设置宽度方向上补强帘线26不连续的方法。
第一实施方案的轮胎10为所谓的无内胎轮胎(tubeless tire),其中胎圈部12安装至轮辋20以形成轮胎10和轮辋20之间的空气室;然而,本发明不局限于此构造,且可形成完整的内胎形状的轮胎。
[第二实施方案]
参照附图对本发明的第二实施方案轮胎和轮胎的制造方法进行说明。本实施方案的轮胎,类似于上述第一实施方案,示出与普通常规橡胶制充气轮胎几乎相同的截面形状。因此,在下述附图中,相同参考数字附加于与第一实施方案相同的构造。图4A为沿第二实施方案的轮胎的轮胎宽度方向截取的截面图,且图4B为在第二实施方案轮胎安装至轮辋的状态中沿胎圈部的轮胎宽度方向截取的放大截面图。图5为沿轮胎宽度方向截取的且说明根据第二实施方案的轮胎的补强层的周边的截面图。
第二实施方案的轮胎中,类似于上述第一实施方案,由包含热塑性聚酰胺类弹性体(例如,由Ube Industries,Ltd.制造的UBESTA XPA9048X1)的树脂材料构成轮胎胎身17。在这种情况下,树脂材料的撕裂强度为14.6N/mm,且轮胎胎身17的胎侧部14和冠部16的撕裂强度均为14.6N/mm(胎侧部14厚度:3.0mm,冠部16厚度:3.0mm)。
如图4A和图5所示,本实施方案的轮胎200层压有被覆帘线构件26B沿周向卷绕至冠部16构成的补强帘线层28(如图5中虚线所示)。补强帘线层28形成在轮胎胎身17的外周部,且补强冠部16的周向刚性。补强帘线层28的外周面包含在轮胎胎身17的外周面17S中。
被覆帘线构件26B是通过覆盖帘线构件26A和被覆用树脂材料27形成的,该帘线构件26A具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更高的刚性,该被覆用树脂材料27不同于形成轮胎胎身17的树脂材料。被覆帘线构件26B和冠部16在被覆帘线构件26B和冠部16的接触部接合(例如熔接或粘合剂粘合)。
被覆用树脂材料27的拉伸弹性模量优选设置在形成轮胎胎身17的树脂材料的拉伸弹性模量的0.1至20倍的范围内。当被覆用树脂材料27的拉伸弹性模量为形成轮胎胎身17的树脂材料的拉伸弹性模量的20倍以下时,冠部不会太硬,且实现良好的轮辋安装性。当被覆用树脂材料27的拉伸弹性模量为形成轮胎胎身17的树脂材料的拉伸弹性模量的0.1倍以上时,形成补强帘线层28的树脂不会太软,带束的面内剪切刚性优异,且改进侧偏力。本实施方案中,与形成轮胎骨架体的树脂材料一样的材料用作被覆用树脂材料27。
如图5所示,在截面构造中被覆帘线构件26B具有大体上为梯形的截面形状。下文中,符号26U表示被覆帘线构件26B的上面(轮胎径方向外侧面),且符号26D表示被覆帘线构件26B的下面(轮胎径方向内侧面)。本实施方案中,被覆帘线构件26B的截面形状由大体上为梯形的截面形状构成;然而,本发明不局限于此构造,且只要除了截面形状的宽度从下面26D侧(轮胎径方向内侧)向上面26U侧(轮胎径方向外侧)逐渐增加的形状外,在截面构造中可使用任何形状。
如图5所示,被覆帘线构件26B沿周向间隔配置,因此在相邻的被覆帘线构件26B之间形成间隙28A。因此补强帘线层28的外周面为凹凸的,借以形成补强帘线层28的外周部的轮胎胎身17的外周面17S也为凹凸的。
微细粗糙化的波纹(corrugation)均匀地形成在轮胎胎身17的外周面17S(包括凹凸),且缓冲橡胶29经由接合剂接合至其上。缓冲橡胶29的径方向内侧的橡胶部分的内侧流至粗糙化的波纹中。
具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更优异的耐磨性的材料,例如由橡胶形成的胎冠30,接合至缓冲橡胶29(的外周面)。
对于胎冠30中使用的橡胶(胎面橡胶30A),优选与用于常规橡胶制充气轮胎的橡胶相同类型的橡胶。代替胎冠30,可使用由具有比形成轮胎胎身17的树脂材料更优异的耐磨性的其它类型的树脂材料形成的胎面。类似于常规橡胶制充气轮胎,由多个槽形成的胎面图案(附图中未示出)形成在胎冠30的路面接触面。
接下来,对本实施方案轮胎的制造方法进行说明。
(轮胎胎身成型工序)
首先,类似于上述第一实施方案中,形成轮胎胎身半体17A,然后使用接合模具通过加热压接它们以形成轮胎胎身17。
(补强帘线构件卷绕工序)
本实施方案的轮胎的制造装置,类似于上述第一实施方案的那个,由覆盖有被覆用树脂材料27(与本实施方案的轮胎胎身相同的树脂材料)的帘线构件26A构成的,具有截面构造中大体上为梯形形状的被覆帘线构件26B卷绕至第一实施方案的图3所示的帘线进给装置56的卷轴58上。
首先,升高加热器70的温度,且被加热器70加热的周围空气通过风扇72的转动产生的气流被输送到加热箱74。由卷轴58未卷出的被覆帘线构件26B然后进给到内部空间被热气流加热的加热箱74中并加热(例如,将被覆帘线构件26B的外周面的温度加热至被覆用树脂材料的熔点(或软化点)以上)。被覆用树脂材料27通过加热被覆帘线构件26B呈现出熔熔融或软化状态。
被覆帘线构件26B穿过排出口76,且在恒定张力下以螺旋形卷绕在沿从纸出来的方向旋转的轮胎胎身17的冠部16的外周面上。此时,被覆帘线构件26B的下面26D与冠部16的外周面相接触。然后,被覆用树脂材料27在接触部以熔融或软化状态向冠部16的外周面展开,且将被覆帘线构件26B熔接至冠部16的外周面上。以这种方式,提高冠部16和被覆帘线构件26B之间的接合强度。
(粗糙化处理工序)
随后,使用附图中未示出的喷砂设备(blasting apparatus),将投射材料(blasting abrasive)在旋转轮胎胎身17的同时,朝轮胎胎身17的外周面17S以高速度射出。射出的投射材料冲击外周面17S,并在外周面17S上形成算术平均粗糙度Ra为0.05mm以上的微细粗糙化波纹96。
当在轮胎胎身17的外周面17S上以这种方式形成微细粗糙化波纹96时,外周面17S为亲水性,因此改进后述接合剂的润湿性。
(堆叠工序(superposition process))
接下来,将接合剂涂布至已进行粗糙化处理的轮胎胎身17的外周面17S上。
接合剂的实例包括三嗪硫醇类粘合剂、氯化橡胶类粘合剂、苯酚类树脂粘合剂、异氰酸酯类粘合剂、卤代橡胶类粘合剂、和橡胶类粘合剂,且不特别限定;然而,接合剂优选在能硫化缓冲橡胶29的温度(90℃至140℃)下反应。
接下来,将未硫化状态的缓冲橡胶29沿涂布有接合剂的外周面17S卷绕一周,然后将接合剂如橡胶浆料组合物涂布至缓冲橡胶29上,并将胎面橡胶30A以完全硫化或半硫化状态卷绕一周其附近以给出生状态(raw state)的轮胎胎身。
(硫化工序)
接下来,将生轮胎胎身(raw tire case)收容在硫化罐或模具内,然后硫化。此时,非硫化缓冲橡胶29流至由粗糙化工序在轮胎胎身17的外周面17S上形成的粗糙化波纹96。当硫化完成时,锚固效果通过流至粗糙化波纹96的缓冲橡胶29显示,借以改进轮胎胎身17和缓冲橡胶29之间的接合强度。即,轮胎胎身17和胎冠30之间的接合强度通过缓冲橡胶29改进。
然后将由比树脂材料软的软质材料形成的密封层24通过使用粘合剂等粘合至轮胎胎身17的胎圈部12,由此完成轮胎200。
(作用)
本实施方案的轮胎200中,由于轮胎胎身17由包含具有在10N/mm以上的范围的撕裂强度的热塑性聚酰胺类弹性体的树脂材料形成,能够显示出优异的形状维持性和耐刺穿性。此外,轮胎200具有比常规橡胶制轮胎更简单的结构,因此重量更轻。因此本实施方案的轮胎200具有高耐磨性和耐久性。特别地,因为轮胎200具有撕裂强度在10N/mm以上的范围内的胎侧部14且厚度为3mm,从而在保持轻量性的同时,改进形状维持性和耐刺穿性。
本实施方案的轮胎的制造方法中,当轮胎胎身17与缓冲橡胶29和胎面橡胶30A一体化时,由于轮胎胎身17的外周面17S承受粗糙化处理,从而改进锚固效果导致的接合性(粘合性)。由于通过投射材料的冲击发现(dig up)形成轮胎胎身17的树脂材料,改进接合剂的润湿性。以这种方式,接合剂保持在均匀施涂至轮胎胎身17的外周面17S上的状态,借以可确保轮胎胎身17和缓冲橡胶29之间的接合强度。
特别地,即使在轮胎胎身17的外周面17S上形成凹凸,通过使投射材料冲击凹部(间隙28A)对凹部周边(凹壁和凹底)进行粗糙化处理,可确保轮胎胎身17和缓冲橡胶29之间的接合强度。
将缓冲橡胶29层积在轮胎胎身17的外周面17S的进行粗糙化处理的区域内,因此可有效地确保轮胎胎身17和缓冲橡胶之间的接合强度。
在硫化工序中,当硫化缓冲橡胶29时,缓冲橡胶29流至粗糙化处理的在轮胎胎身17的外周面17S上形成的粗糙化波纹96。当硫化完成时,锚固效果通过已流入粗糙化波纹96的缓冲橡胶29显示,从而改进轮胎胎身17和缓冲橡胶29之间的接合强度。
通过此类轮胎制造方法制造的轮胎200,确保轮胎胎身17和缓冲橡胶29之间的接合强度,即,通过缓冲橡胶29确保轮胎胎身17和胎冠30之间的接合强度。以这种方式,抑制例如在行驶期间轮胎200的轮胎胎身17的外周面17S和缓冲橡胶29之间的分层等。
与由除了补强帘线层28以外的构件形成的外周部相比,由补强帘线层28构成的轮胎胎身17的外周部改进耐刺穿性和耐切割性。
通过卷绕被覆帘线构件26B形成补强帘线层28,因此改进轮胎200的周向刚性。随着周向刚性提高,抑制了轮胎胎身17的蠕变(在恒定应力下轮胎胎身17的塑性变形随着时间增加的现象),并改进对轮胎径向内侧气压的耐压性。
此外,当补强帘线层28包含被覆帘线构件26B时,与由缓冲橡胶29简单固定的补强帘线26A的情况相比,可实现轮胎胎身17和补强帘线层28之间的硬度差较小,借以使被覆帘线构件26B可以进一步紧密粘合并固定至轮胎胎身17。因此,可有效地防止上述的空气引入,且可以有效地抑制行驶期间补强帘线构件的移动。
此外,当补强帘线26A为钢丝帘线时,通过处理轮胎时加热帘线构件26A使得从被覆帘线构件26B中的分离和回收变容易,因此,从轮胎200的回收性角度,这是有利的。因为树脂材料的损耗系数(tanδ)低于硫化橡胶,当补强帘线层28含有许多树脂材料时,能够改进轮胎滚动特性。此外,树脂材料具有面内剪切刚性大于硫化橡胶,轮胎行驶期间的优异的操作稳定性和耐磨性的优势。
本实施方案中,轮胎胎身17的外周面17S上形成了凹凸;然而,本发明不局限于此,且可使用外周面17S可形成为平坦的的构造。
轮胎胎身17中,补强帘线层可通过将卷绕且接合至轮胎胎身冠部的被覆帘线构件覆盖有被覆用热塑性材料而形成。在这种情况下,被覆层可通过将熔融或软化状态的被覆用热塑性材料喷射至补强帘线层28上而形成。或者,被覆层可通过加热熔接片至熔融或软化状态,并将其粘贴至补强帘线层28的表面(外周面)而不使用挤出机来形成。
上述第二实施方案构成为具有由接合轮胎胎身分割体(轮胎胎身半体17A)形成的轮胎胎身17的构造;然而,本发明不局限于此构造,且轮胎胎身17可使用模具等一体化形成。
第二实施方案的轮胎200为无内胎轮胎,其中胎圈部12安装在轮辋20以形成轮胎10和轮辋20之间的空气室;然而,本发明不局限于此构造,且例如轮胎200也可形成完整的内胎形状。
第二实施方案中,缓冲橡胶29配置在轮胎胎身17和胎冠30之间;然而,本发明不局限于此,且可以使用不配置缓冲橡胶29的构造。
第二实施方案构成为具有螺旋卷绕至冠部16的被覆帘线构件26B;然而,本发明不局限于此,且可使用被覆帘线构件26B沿宽度方向不连续卷绕的构造。
第二实施方案中,形成被覆帘线构件26B的被覆用树脂材料27为热塑性材料,使用将被覆用树脂材料27加热至熔融或软化状态并将被覆帘线构件26B熔接至冠部16的外周面的构造;然而,本发明不局限于此构造,且可以使用将被覆帘线构件26B通过使用粘合剂等粘合至冠部16的外周面,而不加热被覆用树脂材料27的构造。
可使用形成被覆帘线构件26B的被覆用树脂材料27为热固性树脂、且将被覆帘线构件26B通过使用粘合剂等粘合至冠部16的外周面,而不加热的构造。
此外,也可以使用其中形成被覆帘线构件26B的被覆用树脂材料27为热固性树脂,且轮胎胎身17由树脂材料形成的构造。在这种情况下,被覆帘线构件26B可通过粘合剂等粘合至冠部16的外周面,且将轮胎胎身17中要配置被覆帘线构件26B的部位加热至熔融或软化状态,以便将被覆帘线构件26B熔接至冠部16的外周面。
此外,也可使用其中形成被覆帘线构件26B的被覆用树脂材料27为热塑性材料,且轮胎胎身17由树脂材料形成的构造。在这种情况下,被覆帘线构件26B可通过粘合剂等粘合至冠部16的外周面,且在将轮胎胎身17中要配置被覆帘线构件26B的部位加热至熔融或软化状态的同时将被覆用树脂材料27加热至熔融或软化状态,从而将被覆帘线构件26B熔接至冠部16的外周面上。当轮胎胎身17和被覆帘线构件26B均加热至熔融或软化状态时,因为两个构件的良好混合,从而改进接合强度。当形成轮胎胎身17的树脂材料和形成被覆帘线构件26B的被覆用树脂材料27均为树脂材料时,优选它们为相同类型的热塑性材料,特别优选为相同的热塑性材料。
在施加粘合剂之前,已粗糙化处理的轮胎胎身17的外周面17S也可承受电晕处理、或等离子体处理等活化外周面17S的表面,并提高亲水性。
此外,轮胎200的制造顺序不局限于第二实施方案的顺序,且可适当地修改。
本发明的实施方案已经通过上述示例性实施方案进行描述;然而,这些实施方案仅为实例,且可执行各种修改至不违背本发明主旨的程度。此外,不用说的是,本发明的权利范围不局限于这些实施方案。
实施例
下文中,将基于实施例给出关于本发明的更具体说明。然而,本发明不局限于此。
[拉伸弹性模量的测量]
使用注射成型机(SE 30D,由Sumitomo Heavy Industries Co.,Ltd.制造),在180℃至260℃的成型温度和50℃至70℃的模具温度下进行注射成型,以得到130mm×30mm和厚度为2.0mm的样品。
根据JIS K6251:1993,将各样品打孔(punch out)以制备哑铃形的试验样品(5号试验样品)。比较例1中,以与其它实施例相似的方式使用橡胶制造试验样品。
然后,使用由Shimadzu Corporation制造的Shimadzu AutographAGS-J(5KN),在拉伸速度设为200mm/min下测量各哑铃形的试验样品的拉伸弹性模量。结果如下表1所示。
[损耗系数(tanδ)的测量]
关于损耗系数(tanδ),使用由TA Instruments,Ltd.制造的ARESIII,在30℃、20Hz和1%的剪切应力的条件下,使用试验样品测量tanδ。
[撕裂强度的评价]
根据JIS K7128(1998),使用列于下表中的树脂材料,制造试验样品并测量撕裂强度。此时,试验速度设为500±50mm每分钟。使用由ShimadzuCorporation制造的Shimadzu Autograph AGS-J(5KN)进行测量。
[形状维持性]
使用列于下表中的树脂材料,按与上述第一实施方案相同的方式形成轮胎。胎侧部的厚度为3mm,且冠部的厚度为3mm。胎侧部和冠部的各撕裂强度与表中示出的树脂材料的数值一样。将各轮胎安装至轮辋,填充空气以使内压为200kPa,根据下述基准进行评价是否维持轮胎的形状。
基准
A:维持轮胎形状。
C:无法生产为轮胎,或无法维持轮胎形状。
[表1]
[表2]
比较例1 比较例2
树脂材料 橡胶 TPS
撕裂强度(23℃)(N/mm) 5.2 5.5
形状维持 C C
拉伸弹性模量(MPa) 1.7 87
tanδ 0.078 0.077
表中成分如下:
·TPC1:热塑性聚酯类弹性体("HYTREL4767",由Du Pont-Toray Co.,Ltd.制造)
·TPC2:热塑性聚酯类弹性体("HYTREL5557",由Du Pont-Toray Co.,Ltd.制造)
·TPA1:热塑性聚酰胺类弹性体("UBESTA XPA9048X1",由UbeIndustries,Ltd.制造)
·TPA2:热塑性聚酰胺类弹性体("UBESTA XPA9055X1",由UbeIndustries,Ltd.制造)
·TPA3:热塑性聚酰胺类弹性体("VESTAMID E55-S4",由Daicel-EvonikLtd.制造)
·TPA4:热塑性聚酰胺类弹性体("VESTAMID E55-K1W2",由Daicel-Evonik Ltd.制造)
·TPO:热塑性聚烯烃类弹性体("PRIME TPOF3740",由Prime PolymerCo.,Ltd.制造)
·TPU:热塑性聚氨酯类弹性体("ELASTOLLAN ET858D",由BASF SE制造)
·橡胶:将下述成分在班伯里密炼机内混炼,并在145℃下压接硫化(press-vulcanize)30分钟以得到120mm×120mm和2mm厚的样品。
[表3]
配混剂 配混量
天然橡胶 30
丁二烯橡胶 70
FEF碳 50
硬脂酸 2
氧化锌 3
硫磺 3
硫化催化剂(D-G) 0.5
硫化催化剂(NS-P) 0.5
防老剂 1
·丁二烯橡胶:"BR01",由JSR Corporation制造
·防老剂:N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-对苯二胺("NOCRAC 6C",由Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.,Ltd.制造)
·硫化催化剂D-G:N,N'-二苯胍("SANCELER D-G",由Sanshin ChemicalIndustry Co.,Ltd.制造)
·硫化催化剂NS-P:N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺("NOCCELER NS-P",由Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.,Ltd.制造)
·TPS:热塑性聚苯乙烯类弹性体("Krayton GA 1535",由Kraton Inc.制造)
从上述表中得知,当撕裂强度为10N/mm以上时,轮胎的形状维持性优异且耐刺穿性优异。相比之下,比较例1的橡胶具有10N/mm的撕裂强度,且无法维持抵抗内压的形状。类似的,比较例2中,得知尽管使用一种类型的聚苯乙烯类弹性体,但当撕裂强度为10N/mm时,即使使用热塑性弹性体,轮胎的形状维持性也差。比较例的拉伸弹性模量也均不足。
将日本专利申请2012-044592号的公开内容引入到本说明书中以作参考。

Claims (5)

1.一种轮胎,所述轮胎包括由树脂材料形成的环状轮胎骨架体,其中所述树脂材料具有10N/mm以上的撕裂强度。
2.根据权利要求1所述的轮胎,其中所述轮胎骨架体的至少胎侧部的撕裂强度为10N/mm以上。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎,其中所述树脂材料包括热塑性树脂。
4.根据权利要求1至3任一项所述的轮胎,其中所述树脂材料包括热塑性弹性体。
5.根据权利要求1至4任一项所述的轮胎,其中所述树脂材料包括选自由热塑性聚酯类弹性体、热塑性聚酰胺类弹性体、热塑性聚烯烃类弹性体和热塑性聚氨酯弹性体组成的组的至少之一。
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