CN105705567B - 轮胎用橡胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轮胎用橡胶组合物，在确保高速行驶时的抓地性能的持续性及耐磨损性的同时，将干地抓地性能提高至现有水平以上。其特征在于，在二烯系橡胶100重量份中配合有氮吸附比表面积为80～400m2/g的炭黑40～180重量份、芳香族系共聚物1～100重量份，并且所述芳香族系共聚物为下述通式(I)表示的α‑甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎用橡胶组合物，更详细而言，涉及在确保高速行驶时的抓地性能的持续性及耐磨损性的同时，将干地抓地性能提高至现有水平以上的轮胎用橡胶组合物。
背景技术
已知充气轮胎的抓地性能受轮胎温度的影响大，在低温状态下不能获得充分的抓地性能。特别是在面向环形道行驶的比赛用轮胎的情况下，要求构成胎面的橡胶组合物具有极其优异的干地抓地性能。因此，在轮胎胎面用橡胶组合物中大量配合粒径小的炭黑，或者配合玻璃化转变温度高的苯乙烯-丁二烯橡胶。但是，上述的橡胶组合物成为高温状态时，模量、橡胶强度容易降低。因此，如果高速行驶为长时间，则往往耐磨损性降低而胎面表面的磨损状态恶化，或者因热松弛现象而导致干地抓地性能逐渐降低，有时引起爆胎。
专利文献1中提出了：作为轮胎用橡胶组合物，通过配合软化点为140℃以上的芳香族乙烯基化合物的均聚物树脂和/或共聚物树脂，来改良轮胎的初期抓地性能和行驶稳定性这两者。但是，需要者在比赛用轮胎中寻求的要求性能更高，寻求能够在确保抓地性能的持续性及耐磨损性的同时将干地抓地性能提高至现有水平以上的轮胎用橡胶组合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2008-169295号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于，提供一种在确保高速行驶时的抓地性能的持续性及耐磨损性的同时，将干地抓地性能提高至现有水平以上的轮胎用橡胶组合物。
用于解决课题的手段
实现上述目的的本发明的轮胎用橡胶组合物，其特征在于，在二烯系橡胶100重量份中配合有氮吸附比表面积为80～400m2/g的炭黑40～180重量份、芳香族系共聚物1～100重量份，并且，所述芳香族系共聚物为下述通式(I)表示的α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物，
式中，R表示碳原子数1～3的烷基。
发明效果
本发明的轮胎用橡胶组合物通过相对于二烯系橡胶100重量份配合特定的α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物1～100重量份、和氮吸附比表面积为80～400m2/g的炭黑40～180重量份，可以在将抓地性能的持续性及耐磨损性维持在现有水平以上的同时提高干地抓地性能。
作为所述芳香族系共聚物的软化点，优选为100～150℃，可以从行驶初期直至后半段兼得干地抓地性能。
将上述的橡胶组合物用于胎面部的充气轮胎可以在将高速行驶时的抓地性能的持续性及耐磨损性维持在现有水平以上的同时提高干地抓地性能，特别是可以适用于比赛用轮胎。
附图说明
图1是示出使用了本发明的轮胎用橡胶组合物的充气轮胎的实施方式的一例的轮胎子午线方向的局部截面图。
具体实施方式
图1示出了使用了轮胎用橡胶组合物的充气轮胎的实施方式的一例，该充气轮胎包含胎面部1、胎侧部2、及胎圈部3。
图1中，充气轮胎中，在左右的胎圈部3之间沿设有2层帘布层4，帘布层4是将沿轮胎径方向延伸的增强帘线在轮胎周方向上以规定的间隔排列并埋设于橡胶层而得的，其两端部在埋设于胎圈部3的胎圈芯5周围，以夹持胎圈外护胶6的方式从轮胎轴方向内侧向外侧折回。在帘布层4的内侧配置有内衬层7。在胎面部1的帘布层4的外周侧配设有2层带束层8，带束层8是将沿轮胎周方向倾斜延伸的增强帘线在轮胎轴方向上以规定的间隔排列并埋设于橡胶层而成的。这2层带束层8的增强帘线在层间相对于轮胎周方向的倾斜方向彼此反向且交叉。在带束层8的外周侧配置有带罩层9。在该带罩层9的外周侧形成有由胎面橡胶层12构成的胎面部1。胎面橡胶层12优选由本申请的轮胎用橡胶组合物构成。在各胎侧部2的帘布层4的外侧配置有侧橡胶层13，在各胎圈部3的帘布层4的折回部外侧设有轮辋缓冲橡胶层14。此外，比赛用轮胎不限于图1所例示的充气轮胎的实施方式。
本发明的轮胎用橡胶组合物中，橡胶成分为二烯系橡胶，可示例天然橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁基橡胶、乙烯-α-烯烃橡胶、氯丁橡胶等。其中，优选苯乙烯-丁二烯橡胶。
作为苯乙烯-丁二烯橡胶，苯乙烯量优选为25～50重量％，更优选为30～45重量％。通过将苯乙烯量设定在这样的内，可以显示出优异的干地抓地性能。本说明书中，苯乙烯量通过红外光谱分析(汉普顿法)进行测定。
作为苯乙烯-丁二烯橡胶的乙烯基量，优选为10～75重量％，更优选为15～70重量％。通过将乙烯基量设定在这样的范围内，可以显示出优异的干地抓地性能。本说明书中，乙烯基单量通过红外光谱分析(汉普顿法)进行测定。
作为苯乙烯-丁二烯橡胶的重均分子量，优选为500000～2000000，更优选为750000～1800000。通过将重均分子量设定在这样的范围内，能够显示出优异的干地抓地性能和持续性。本说明书中，苯乙烯-丁二烯橡胶的重均分子量通过凝胶渗透色谱法(GPC)并经标准聚苯乙烯换算而进行测定。
作为适合的苯乙烯-丁二烯橡胶，玻璃化转变温度(Tg)优选为-45℃～-5℃，更优选为-40～-10℃。通过将玻璃化转变温度(Tg)设定在这样的范围内，能够显示出优异的干地抓地性能和持续性。玻璃化转变温度(Tg)通过差示扫描热量测定(DSC)以20℃/分钟的升温速度条件测定热谱，是指转变域的中点温度。另外，在苯乙烯-丁二烯橡胶是充油橡胶时，是指不含充油成分(油)的状态下的苯乙烯-丁二烯橡胶的玻璃化转变温度。
这种苯乙烯-丁二烯橡胶的含量在二烯系橡胶100重量％中，优选为20～100重量％，更优选为35～100重量％。通过将苯乙烯-丁二烯橡胶的含量设定在这样的范围内，能够显示出优异的干地抓地性能和持续性。
本发明的轮胎用橡胶组合物中配合有由下述通式(I)表示的α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物构成的芳香族系共聚物。
(式中，R表示碳原子数1～3的烷基。)
上述通式(I)中，R是甲基、乙基、正丙基或异丙基，优选为甲基。上述α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物可以通过通常使用的方法进行共聚。另外，可以从市售的芳香族系共聚物中适宜选择使用。
通过配合由上述通式(I)表示的α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物构成的芳香族系共聚物，可以大幅提高使用了该橡胶组合物的充气轮胎的干地抓地性能，并且可以不使其持续性及耐磨损性降低。在现有的配合了增粘树脂的橡胶组合物中，即使能够改良干地抓地性能，在醉着高速行驶而成为高温的轮胎中，抓地性能也会早期降低、或者耐磨损性恶化，在其耐久性方面存在问题。针对这些课题，通过配合上述的芳香族系共聚物来代替增粘树脂，能够在维持抓地性能的持续性及耐磨损性的同时，提高干地抓地性能。
本发明中，相对于二烯系橡胶100重量份，α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物的配合量为1～100重量份，优选为10～60重量份。通过将α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物的配合量设为1重量份以上，能够显示出优异的干地抓地性能和持续性。另外，通过将α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物的配合量设为100重量份以下，能够显示出优异的干地抓地性能和持续性。
本发明的轮胎用橡胶组合物通过同时配合上述的芳香族系共聚物和后述的炭黑，将抓地性能的持续性及耐磨损性维持在现有水平以上，并且提高干地抓地性能。作为芳香族系共聚物的软化点，优选为100～150℃，更优选为120～145℃。通过将芳香族系共聚物的软化点设为100℃以上，能够显示出优异的干地抓地性能。另外，通过将芳香族系共聚物的软化点设为150℃以下，行驶初期抓地性能提高。芳香族系共聚物的软化点以JIS K6220-1(环球法)为基准测定。
本发明的轮胎用橡胶组合物中，相对于二烯系橡胶100重量份，配合40～180重量份的氮吸附比表面积为80～400m2/g的炭黑。
作为本发明的橡胶组合物所使用的炭黑，氮吸附比表面积(N2SA)为80～400m2/g，优选为150～400m2/g，更优选为250～390m2/g。通过将炭黑的N2SA设为80m2/g以上，能够确保抓地性能。另外，通过将炭黑的N2SA设为400m2/g以下，能够维持耐磨损性。炭黑的N2SA以JIS K6217-2为基准求出。
相对于二烯系橡胶100重量份，炭黑的配合量为40～180重量份，优选为70～160重量份，更优选为90～140重量份。通过将炭黑的配合量设为40重量份以上，能够确保干地抓地性能。另外，通过将炭黑的配合量设为180重量份以下，能够维持抓地性能的持续性及耐磨损性。
本发明的轮胎用橡胶组合物在不损害实现本发明的课题的范围内，可以配合炭黑以外的其它充填剂。作为其它充填剂，可示例例如二氧化硅、粘土、云母、滑石、碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、氧化钛等。此外，为了提高干地抓地性能，轮胎用橡胶组合物优选不含炭黑以外的其它充填剂。
可以在轮胎用橡胶组合物中配合硫化剂或交联剂、硫化促进剂、抗老化剂、增塑剂、加工助剂、液状聚合物、热固化性树脂等轮胎用橡胶组合物中通常使用的各种配合剂。这样的配合剂通过一般的方法进行混炼，制成橡胶组合物，可以用于硫化或交联。这些配合剂的配合量只要不违背本发明的目的，则可以设为现有一般的配合量。轮胎用橡胶组合物可使用公知的橡胶用混炼机械，例如班布里混合机、捏合机、开炼机等混合上述各成分来制造。
本发明的轮胎用橡胶组合物适用于充气轮胎，特别是适用于面向环形道的干地行驶的比赛用充气轮胎。将该橡胶组合物用于胎面部的充气轮胎在高速行驶时能够确保高温状态下的抓地性能及耐磨损性，并且能够将干地抓地性能维持、提高至现有水平以上。
以下，通过实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的范围不限于这些实施例。
实施例
将表3所示的配合剂作为共通配合，如下制备由表1、2所示的配合构成的13种轮胎用橡胶组合物(实施例1～5、比较例1～8)：将除硫及硫化促进剂以外的成分在1.8L的密闭型混合机中以160℃混炼5分钟，放出母料，在放出的母料中添加硫及硫化促进剂并用开炼机进行混炼。此外，表1、2中，对含有充油油的SBR，在括弧内记载有各橡胶成分的净配合量。另外，表3中记载的共通配合剂的添加量以相对于表1、2中记载的二烯系橡胶100重量份(净橡胶量100重量份)的重量份表示。
将得到的13种轮胎用橡胶组合物在规定形状的模型中以160℃加压硫化25分钟，制作试验片，并用下述所示的方法评价高温状态下的tanδ(100℃)、300％模量(100℃)及拉伸断裂强度(100℃)。
干地抓地性能(100℃的tanδ)
使用获得的试验片，作为干地抓地性能的指标，评价损耗角正切tanδ(100℃)。Tanδ使用东洋精机制作所社制造的粘弹性谱仪在初始应变10％、振幅±2％、频率20Hz、温度100℃的条件下进行测定。获得的结果以将比较例1的值记为100的指数的形式，示于表1、2的“tanδ(100℃)”一栏。tanδ(100℃)的指数越大，意味着制成充气轮胎时的干地抓地性能越优异。
300％模量及拉伸断裂强度(100℃)
从获得的试验片，以JIS K6251为基准冲切出JIS3号哑铃型试验片(厚度2mm)，并在温度100℃下以500mm/分钟的拉伸速度进行试验，测定300％模量(300％变形应力)及拉伸断裂强度。获得的结果以将比较例1的值记为100的指数的形式，示于表1、2的“高温模量”及“高温断裂强度”一栏。
高温模量(100℃下的300％模量)的指数越大，意味着高温状态下的刚性越大，制成充气轮胎并进行长时间高速行驶时的抓地性能的持续性优异。另外，高温断裂强度(100℃下的拉伸断裂强度)的指数越大，高温状态下的拉伸断裂强度越大，意味着制成充气轮胎并进行长时间高速行驶时的高温状态下的耐磨损性越优异。
[表1]
[表2]
此外，以下示出表1、2中使用的原材料的种类。
·S-SBR1：溶液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯量为37重量％、乙烯基量为42重量％、Mw为126万、Tg为-27℃、相对于二烯系橡胶100重量份含有油分37.5重量份的充油橡胶，旭化成ケミカルズ社制タフデンE581
·S-SBR2：溶液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯量为36重量％、乙烯基量为65重量％、Mw为160万、Tg为-13℃、相对于二烯系橡胶100重量份含有油分37.5重量份的充油橡胶，旭化成ケミカルズ社制タフデンE680
·S-SBR3：溶液聚合苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯量为48重量％、乙烯量为52重量％、Mw为150万、Tg为-7℃、相对于二烯系橡胶100重量份含有油分37.5重量份的充油橡胶，日本ゼオン社制Nipol NS462
·CB1：炭黑、コロンビアンカーボン社制CD2019、N2SA＝340m2/g
·CB2：炭黑、东海カーボン社制シーストKHA、N2SA＝77m2/g
·CB3：炭黑、三菱化学社制ダイアブラックUX10、N2SA＝182m2/g
·共聚物1：芳香族改性萜烯树脂、安原化学社制YSレジンTO125、软化点＝125℃
·共聚物2：萜烯苯酚共聚物、安原化学社制YSポリスターT145、软化点＝145℃
·共聚物3：4-甲基-α甲基-苯乙烯/茚共聚物、三井化学社制FMR0150、软化点＝145℃
·油：昭和シェル石油社制エキストラクト4号S
[表3]
以下示出表3中使用的原材料的种类。
·氧化锌：正同化学工业社制氧化锌3种
·硬脂酸：日油社制珠状硬脂酸YR
·硫：鹤见化学工业社制金华印油入微粉硫磺
·硫化促进剂：大内新兴化学工业社制ノクセラーCZ-G
由表1、2可知，实施例1～5的轮胎用橡胶组合物确认到高温状态下的300％模量、拉伸断裂强度及tanδ(100℃)高，制成充气轮胎时具有优异的干地抓地性能，可长期维持该抓地性能，且耐磨损性优异。
比较例2的橡胶组合物由于配合芳香族改性萜烯树脂(共聚物1)代替本发明的芳香族系共聚物，所以100℃的300％模量、拉伸断裂强度降低，制成轮胎时因高速行驶而成为高温时，抓地性能的持续性及耐磨损性恶化。
比较例3的橡胶组合物由于配合萜烯苯酚共聚物(共聚物2)代替本发明的芳香族系共聚物，所以100℃的300％模量、拉伸断裂强度降低，由此，因高速行驶而成为高温的充气轮胎的抓地性能的持续性及耐磨损性恶化。
比较例4的橡胶组合物由于炭黑(CB2)的N2SA低于80m2/g，所以100℃的tanδ降低，制成轮胎时，干地抓地性能恶化。
比较例5的橡胶组合物由于炭黑的配合量低于40重量份，所以100℃的tanδ降低，制成轮胎时，干地抓地性能恶化。
比较例6的橡胶组合物由于炭黑的配合量超过180重量份，所以100℃的300％模量、拉伸断裂强度降低，从而因高速行驶而成为高温的充气轮胎的抓地性能的持续性及耐磨损性恶化。
附图标记说明
1 胎面部
12 胎面橡胶层
Claims (2)
1.一种轮胎用橡胶组合物，其特征在于，在二烯系橡胶100重量份中配合有氮吸附比表面积为80～400m2/g的炭黑40～180重量份、芳香族系共聚物1～100重量份，并且，所述芳香族系共聚物为下述通式(I)表示的α-甲基苯乙烯衍生物和茚的共聚物，
式中，R表示碳原子数1～3的烷基，
所述芳香族系共聚物的软化点为100～150℃。
2.一种充气轮胎，其使用了权利要求1所述的轮胎用橡胶组合物。
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