CN104968723A - 工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种将低发热性、耐切割性以及成型加工性改善到以往水平以上的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物。该橡胶组合物中，相对于含有天然橡胶80～100重量百分比以及异戊二烯橡胶20～0重量百分比的二烯类橡胶100重量份，配伍有炭黑20～40重量份、二氧化硅15～30重量份、硫磺2.0～3.5重量份、以及含硫磺的硅烷偶联剂，其特征在于，所述硫磺和含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺总量为2.3～4.0重量份。
Description
技术领域
本发明涉及一种可改善低发热性、耐切割性以及成型加工性的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物。
背景技术
在采石场或大型建筑工地工作的大型自卸车等工程车辆会在载重较大的状态下长时间运行。安装在这种工程车辆上的载重用大型轮胎要求具有优异的耐切割性，并且能够抑制发热性，抑制轮胎出现过热状态，从而防止轮胎故障。耐切割性是当轮胎与障碍物或外部物体发生接触或冲突时不易造成轮胎损伤的特性，发热性是将由于这种物理冲击对轮胎施加的能量转换为热能，使橡胶发热并缓和冲击的特性。因此，为了使轮胎具有优异的耐切割性，人们要求橡胶的发热性较高。另一方面，为了防止轮胎过热以及由此产生的故障，人们要求橡胶的发热性较低，因此耐切割性和低发热性具有抵换关系。
另一方面，上述工程车辆用充气轮胎的轮胎尺寸相当大，因此轮胎成型非常困难。例如在成型这种大型轮胎的轮胎胎面部时，不能像小型轮胎那样，将要形成胎面部的橡胶部分一体挤出成型后进行卷绕，成型为生胎。因此，通常会通过叠层多片厚度小于所设计的胎面部的橡胶片，或将橡胶条螺旋状地卷绕重叠，从而成型大型轮胎的胎面部。此处，叠层橡胶片或卷绕重叠橡胶条的成型方法中，为了确保良好的成型加工性，必须在构成橡胶片和橡胶条的橡胶组合物中配伍软化剂等。但是，软化剂等配合剂具有增强橡胶组合物的发热性的性质，因此难以同时获得大型轮胎的成型加工性和低发热性。
专利文献1中提出一种方法，即为了减小大型车辆轮胎的滚动阻力，以特定比例在天然橡胶中配伍二氧化硅、炭黑、硅烷偶联剂、硫磺以及亚磺酰胺促进剂。但是，使用该橡胶组合物时，尚无法充分发挥改善耐切割性和成型加工性的效果。因此，人们要求进一步实施改善，以同时获得低发热性、耐切割性以及成型加工性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开编号WO2010/077232号
发明的概要
发明拟解决的问题
本发明的目的在于，提供一种将低发热性、耐切割性以及成型加工性改善到以往水平以上的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物。
发明内容
为达成上述目的，本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物，其相对于含有天然橡胶80～100重量百分比以及异戊二烯橡胶20～0重量百分比的二烯类橡胶100重量份，配伍有炭黑20～40重量份、二氧化硅15～30重量份、硫磺2.0～3.5重量份、以及含硫磺的硅烷偶联剂，其特征在于，所述硫磺和含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺总量为2.3～4.0重量份。
发明效果
本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物在以天然橡胶为主成分的二烯类橡胶中，配伍规定量的炭黑、二氧化硅、硫磺以及含硫磺的硅烷偶联剂，并且限定了硫磺和含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺总量，因此能够降低橡胶组合物的发热性，并可将耐切割性改善到以往水平以上。并且，能够在减少油或软化剂等的配伍量的同时，维持或改善成型加工性。
本发明的工程车辆用充气轮胎具有胎面部，该胎面部叠层有由上述橡胶组合物形成的任意宽度的橡胶片。该工程车辆用充气轮胎能够控制发热性，并且可防止因轮胎过热而产生的故障。同时还能够将耐切割性改善到以往水平以上，因此能够提高轮胎耐久性。此外，该工程车辆用充气轮胎使用叠片性等成型加工性优异的橡胶组合物，因此能够质量稳定且高效率地生产上述高质量的轮胎。
附图说明
图1是表示工程车辆用充气轮胎的实施方式的一例的子午线半剖面图。
具体实施方式
图1是例示使用了本发明的橡胶组合物的工程车辆用充气轮胎的实施方式的说明图。
图1中，工程车辆用充气轮胎由胎面部1、侧壁部2、以及胎圈部3构成。在左右一对胎圈部3、3之间架设着帘布层4，该帘布层4含有向轮胎径向延伸的多条增强帘线，并且该帘布层4的端部绕着胎圈芯5从轮胎内侧向外侧折返。
胎面部1的帘布层4外周侧埋设有多个带束层6。这些带束层6含有向轮胎周向倾斜的多条增强帘线，并且增强帘线在层间相互交叉配置。并且，在带束层6的外周侧埋设着多个带束保护层7。带束层6会增强胎面部1，相对于此，配设带束保护层7的目的在于保护带束层6。这些带束保护层7含有向轮胎周向倾斜的多条增强帘线，并且增强帘线在层间相互交叉配置。
本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物用于工程车辆用充气轮胎。尤其适合作为形成工程车辆用充气轮胎的胎面部1的材料。特别优选通过将由工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物形成的任意宽度的橡胶片进行叠层，形成工程车辆用充气轮胎的胎面部。
在本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物中，橡胶成分为二烯类橡胶，由天然橡胶或天然橡胶和异戊二烯橡胶构成。通过由天然橡胶和异戊二烯橡胶组成二烯类橡胶，能够确保橡胶组合物的橡胶强度、耐裂纹性以及抗压缩性为较高水平。
二烯类橡胶100重量百分比中，天然橡胶的含量为80～100重量百分比，优选为90～100重量百分比。如果天然橡胶的含量小于80重量百分比，则可能无法充分改善耐切割性。二烯类橡胶100重量百分比中，异戊二烯橡胶的含量为20～0重量百分比，优选为10～0重量百分比。如果异戊二烯橡胶的含量超过20重量百分比，则可能无法充分改善耐切割性。
本发明中，二烯类橡胶以天然橡胶为100重量百分比，或以天然橡胶和异戊二烯橡胶的总量为100重量百分比。另外，对橡胶组合物添加各种配合剂时，有时作为稀释材料或母料的基底橡胶，会含有天然橡胶、异戊二烯橡胶以外的其他二烯类橡胶，但并非排除对这种配合剂的使用，可以在不妨碍本发明的目的的范围含有这种配合剂。作为其他二烯类橡胶，例如可列举丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、以及丁基橡胶等。
本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物中，相对于二烯类橡胶100重量份，配伍炭黑20～40重量份，优选为25～35重量份。通过配伍炭黑，能够提高橡胶组合物的强度，并可改善耐切割性。如果炭黑的配伍量小于20重量份，则橡胶组合物的橡胶强度和耐切割性会变差。如果炭黑的配伍量超过40重量份，则橡胶组合物的发热性会增强，并且耐切割性反而会变差。
本发明中使用的炭黑的氮吸附比表面积优选为70～145m2/g，更优选为85～125m2/g。如果氮吸附比表面积小于70m2/g，则橡胶组合物的橡胶强度等机械特性可能会降低，并且耐切割性会变差。如果氮吸附比表面积大于145m2/g，则发热性可能会增强。炭黑的氮吸附比表面积依据JIS K6217-2进行测定。
本发明中，相对于二烯类橡胶100重量份，配伍二氧化硅15～30重量份，优选为15重量份以上且小于30重量份，更优选为20～28重量份。通过配伍二氧化硅，能够降低橡胶组合物的发热性。如果二氧化硅的配伍量小于15重量份，则橡胶组合物的发热性会增强。如果二氧化硅的配伍量超过30重量份，则橡胶组合物的叠片性等成型加工性会变差。
本发明中，相对于二烯类橡胶100重量份，炭黑和二氧化硅的总量优选为45～70重量份，更优选为50～65重量份。如果炭黑和二氧化硅的总量小于45重量份，则橡胶的机械强度可能会降低，并且耐切割性会变差。此外，如果炭黑和二氧化硅的总量大于70重量份，则发热性可能会变差。
作为二氧化硅，可使用通常用于轮胎用橡胶组合物中的二氧化硅，例如湿式法二氧化硅、干式法二氧化硅或者表面处理二氧化硅等。可从市售商品中适当选择并使用。此外，也可以使用通过通常的制造方法获得的二氧化硅。
二氧化硅的氮吸附比表面积并无特别限定，但优选为110～200m2/g，更优选为150～180m2/g。如果二氧化硅的氮吸附比表面积小于110m2/g，则橡胶的机械强度会降低，并且耐切割性会变差，并非优选。此外，如果二氧化硅的氮吸附比表面积大于200m2/g，则发热性会增强，并非优选。另外，二氧化硅的氮吸附比表面积依据JIS K6217-2进行计算求得。
本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物中，将与二氧化硅一同配伍含硫磺的硅烷偶联剂。通过配伍含硫磺的硅烷偶联剂，能够改善二氧化硅的分散性，进一步降低橡胶组合物的低发热性，并且能够改善叠片性等成型加工性。
作为含硫磺的硅烷偶联剂，并无特别限制，例如可列举双(3-三乙氧基硅丙基)四硫化物、双(3-三乙氧基硅丙基)二硫化物、3-三甲氧基硅丙基苯并噻唑四硫化物、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、以及3-辛酰基硫代丙基三乙氧基硅烷等。其中，优选双(3-三乙氧基硅丙基)四硫化物、双(3-三乙氧基硅丙基)二硫化物。
本发明中，相对于二烯类橡胶100重量份，含硫磺的硅烷偶联剂中含有的硫磺与为了硫化而配伍的硫磺的总量必须在2.3～4.0重量份的范围内。只要含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺与硫化用硫磺的总量在上述范围内，则并无特别限制，但相对于二氧化硅配伍量，含硫磺的硅烷偶联剂的配伍量优选为5～20重量百分比，更优选为8～12重量百分比。如果含硫磺的硅烷偶联剂小于二氧化硅量的5重量百分比，则无法充分获得提高二氧化硅的分散性的效果。如果含硫磺的硅烷偶联剂大于二氧化硅量的20重量百分比，则硅烷偶联剂之间会发生缩合，无法获得所期望的效果。
本发明中，可配伍炭黑、二氧化硅以外的其他填充剂。作为其他填充剂，例如可列举黏土、云母、滑石、碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、以及氧化钛等。其中，优选氢氧化铝、氧化铝、以及氧化钛。通过配伍其他填充剂，能够进一步改善橡胶组合物的机械特性，并且可改善用于轮胎时的低发热性、耐切割性以及加工性的平衡。
本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物中，相对于二烯类橡胶100重量份，作为硫化剂，配伍硫磺2.0～3.5重量份，优选为2.5～3.0重量份。如果硫磺的配伍量小于2.0重量份，则耐切割性会变差。此外，如果硫磺的配伍量大于3.5重量份，则耐热老化性会变差。
本发明中，相对于二烯类橡胶100重量份，硫磺和含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺的总量为2.3～4.0重量份，优选为2.4～3.4重量份。此处，硫磺的总量是指，硫化剂中含有的硫磺的实际量与含硫磺的硅烷偶联剂中含有的硫磺的实际量的合计，即因硫化引起的化学结合中使用的硫磺的量。例如硫化剂含有硫磺和油时，是指使用的除了油以外的硫磺的实际量。
如果硫磺和含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺的总量小于2.3，则发热性和耐切割性会变差。此外，如果硫磺和含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺的总量大于4.0重量份，则耐热老化性会变差。
本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物中，叠片性等成型加工性优异，因此可减少配伍或不配伍各种油、可塑剂等会增强发热性的组分。工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物优选为不配伍各种油、可塑剂。
工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物中，可在不妨碍本发明的目的的范围内配伍硫化剂或交联剂、硫化促进剂、防老化剂等一般用于轮胎用橡胶组合物的各种添加剂，所述添加剂可在采用一般方法混炼形成橡胶组合物时，用于硫化或交联。只要不违反本发明目的，这些添加剂的配伍量可采用传统的一般的配伍量。本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物，可通过使用通常的橡胶用混炼设备、例如班伯里混炼机、捏合机、以及滚筒等，将上述各组分进行混合而制成。
使用本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物的充气轮胎，在行驶时以及与外部物体发生接触或冲突时，可降低发热性并抑制轮胎温度的上升，因此能够减少因轮胎过热引起的轮胎故障。此外，其耐切割性优异，并且能够改善采石场或建筑工地中的轮胎耐久性。此外，由于使用成型加工性优异的橡胶组合物，所以能够质量稳定且高效率地生产上述高质量的轮胎。另外，工程车辆用充气轮胎是指安装在大型车辆上的大型轮胎，每个轮胎可承重2吨至100吨。
本发明的工程车辆用充气轮胎具有胎面部，该胎面部叠层有由上述工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物形成的任意宽度的橡胶片。也就是说，优选利用本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物成型橡胶片，该橡胶片的壁厚小于作为形成胎面部的橡胶层而设计的厚度，且其宽度与胎面部的宽度相当或小于胎面部的宽度，并且将所获得的橡胶片卷绕数次叠层在生胎的胎面部上，成型为工程车辆用充气轮胎。或者，优选通过使用本发明的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物成型橡胶条，该橡胶条的厚度和宽度小于作为形成胎面部的橡胶层而设计的值，并将所获得的橡胶条螺旋状卷绕在生胎的胎面部上，使其在径向上叠层，从而成型为工程车辆用充气轮胎。
这种橡胶片和橡胶条由本发明的橡胶组合物成型，其叠片性等成型加工性优异，所以能够稳定且高效率地生产高质量的轮胎。
下面，将通过实施例详细地说明本发明，但本发明的范围并不限于这些实施例。
实施例
将表2所示的配合剂作为通用配合剂，按表1所示原料配方用如下方法配制了7种工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物(实施例1～2、比较例1～5)：将除了硫磺和硫化促进剂以外的组分在1.8L的封闭式混合机中以160℃混炼5分钟，然后排出母料，向其中添加硫磺、硫化促进剂，并利用开放式滚筒机进行混炼。硫磺和含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺的总量显示在表1的“硫磺总量”一栏中。另外，表2中记载的通用配合剂的量以相对于表1中记载的二烯类橡胶100重量份(橡胶净含量)的重量份进行表示。
使用所获得的7种工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物，挤出成型为宽度30mm、厚度3mm的橡胶片。使用所获得的橡胶片，作为成型加工性，利用以下方法实施叠片性试验。
成型加工性(叠片性)
使用所获得的橡胶片，利用实际设备实施条带挤出。挤出120秒，并利用数据记录仪记录该条带宽度的变动。此外，目视判定条带表面、边缘的凸凹，并将其指数化。以比较例1的值为指数100，在“成型加工性”一栏中显示所获得的结果。成型加工性的指数越大，则表示叠片性越优异。
接着，成型轮胎尺寸为2700R49的工程车辆用充气轮胎。使用上述7种工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物，挤出成型为宽度30mm、厚度3mm的橡胶片。通过将所获得的橡胶片在胎面部卷绕多次，成型生胎，并使其硫化，制成工程车辆用充气轮胎。
使用所制成的工程车辆用充气轮胎，按照以下方法实施发热性和耐切割性的试验。
发热性
使用所获得的工程车辆用充气轮胎，测定行驶规定时间后的胎面内部温度(顶盖上5mm)，并将其指数化。以比较例1的值为指数100，在“发热性”一栏中显示所获得的结果。发热性的指数越大，则表示低发热性越优异，越能抑制轮胎温度的上升。
耐切割性
将所获得的工程车辆用充气轮胎安装到大型自卸车上，目视判定在越野车道上行驶1500小时后切痕的大小和数量。以比较例1的值为指数100，在“耐切割性”一栏中显示所获得的结果。耐切割性的指数越大，则表示耐切割性越优异，轮胎耐久性越优异。
另外，表1中所使用的原材料的种类如下所示。
·NR：天然橡胶、STR20
·炭黑：日本卡博特(Cabot Japan)公司制造Show Black N234
·二氧化硅：Dekusa公司制造1165MP
·偶联剂：含硫磺的硅烷偶联剂(硫磺的含量为22.5重量百分比)、Dekusa公司制造Si69
·油：昭和壳牌石油(Showa Shell Sekiyu)公司制造Extract 4号S
·硫磺：鹤见化学工业公司制造金华印油入微粉硫磺(硫磺的含量为95.24重量百分比)
表2
另外，表2中所使用的原材料的种类如下所示。
·氧化锌：正同化学工业公司制造氧化锌3种
·硬脂酸：日油公司制造微珠状硬脂酸
·防老化剂：住友化学公司制造Antigen 6C
·硫化促进剂：FLEXSYS公司制造SANTOCURE CBS
由表1可以明确，实施例1、2的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物和使用这些橡胶组合物成型的工程车辆用充气轮胎中，成型加工性、低发热性和耐切割性的平衡达到以往水平以上。
此外，由表1可知，比较例2的橡胶组合物在比较例1的橡胶组合物中配伍了油，因此虽然成型加工性得到了改善，但发热性增强，并且耐切割性有所降低。
比较例3的橡胶组合物中，由于炭黑的配伍量大于40重量份，二氧化硅的配伍量小于15重量份，并且未配伍含硫磺的硅烷偶联剂，所以成型加工性和耐切割性会变差。
比较例4的橡胶组合物中，由于炭黑的配伍量大于40重量份，二氧化硅的配伍量小于15重量份，所以耐切割性会变差。
比较例5的橡胶组合物中，由于二氧化硅的配伍量大于30重量份，所以成型加工性会变差。
附图标记说明
1 胎面部
2 侧壁部
3 胎圈部
4 帘布层
5 胎圈芯
6 带束层
7 带束保护层
Claims (2)
1.一种工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物，其相对于含有天然橡胶80～100重量百分比以及异戊二烯橡胶20～0重量百分比的二烯类橡胶100重量份，配伍有炭黑20～40重量份、二氧化硅15～30重量份、硫磺2.0～3.5重量份、以及含硫磺的硅烷偶联剂，其特征在于，所述硫磺和含硫磺的硅烷偶联剂中的硫磺总量为2.3～4.0重量份。
2.一种工程车辆用充气轮胎，其具有胎面部，所述胎面部叠层有由权利要求1所述的工程车辆用充气轮胎用橡胶组合物形成的任意宽度的橡胶片。
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