CN105934473B - 橡胶组合物和充气轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供能够制作在保持良好的发热性降低效果的情况下湿滑性优异的充气轮胎的橡胶组合物和充气轮胎。本发明的橡胶组合物,含有二烯系橡胶和白色填充剂,所述二烯系橡胶含有改性丁二烯橡胶5~40质量%,所述改性丁二烯橡胶是将未改性丁二烯橡胶(A)通过具有羧基的硝酮化合物(B)改性而得到的改性聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶组合物和充气轮胎。
背景技术
一直以来,作为轮胎等中使用的橡胶组合物中含有的聚合物,被具有硝酮基的化合物(硝酮化合物)改性了的改性聚合物是已知的。
例如,专利文献1中公开了,“一种橡胶组合物,其特征在于,在含有5~100重量%改性丁二烯橡胶的二烯系橡胶100重量份中配合了二氧化硅10~120重量份,所述改性丁二烯橡胶是将顺式含量为90%以上的丁二烯橡胶用分子中具有含氮杂环的硝酮化合物改性而成的。”([权利要求1])。此外,专利文献1中示出了,通过用硝酮化合物改性,发热性降低([0006]等)。
现有技术文献:
日本特开2013-32471号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,本发明人对专利文献1中记载的含有“用分子中具有含氮杂环的硝酮化合物改性了的改性丁二烯橡胶”的橡胶组合物进行研究后明白了,虽然能够确认发热性的降低效果,但是根据作为改性剂的硝酮化合物的种类不同,有时湿滑性(wet skidperformance,也称抗湿滑性)差。
于是,本发明的课题是提供能够制作在保持良好的发热性降低效果的情况下湿滑性优异的充气轮胎的橡胶组合物和使用它的充气轮胎。
本发明人针对上述课题进行了深入研究,结果发现了,配合特定量的被具有羧基的硝酮化合物改性了的改性丁二烯橡胶的橡胶组合物,能够制作在保持良好的发热性降低效果的同时湿滑性优异的充气轮胎,从而完成本发明。
即,本发明人发现了通过以下方案,能够解决上述课题。
【1】.一种橡胶组合物,含有二烯系橡胶和白色填充剂,所述二烯系橡胶含有改性丁二烯橡胶5~40质量%,
所述改性丁二烯橡胶是将未改性丁二烯橡胶(A)通过具有羧基的硝酮化合物(B)改性而得到的改性聚合物。
【2】.如【1】所述的橡胶组合物,所述硝酮化合物(B)是下述式(b)表示的硝酮化合物,
式(b)中,m和n分别独立地表示0~5的整数,m和n的合计为1以上。
【3】.如【1】或【2】所述的橡胶组合物,所述硝酮化合物(B)是选自N-苯基-α-(4-羧基苯基)硝酮、N-苯基-α-(3-羧基苯基)硝酮、N-苯基-α-(2-羧基苯基)硝酮、N-(4-羧基苯基)-α-苯基硝酮、N-(3-羧基苯基)-α-苯基硝酮和N-(2-羧基苯基)-α-苯基硝酮中的化合物。
【4】.如【1】~【3】的任一项所述的橡胶组合物,所述白色填充剂的含量相对于所述二烯系橡胶100质量份为8~130质量份。
【5】.如【1】~【4】的任一项所述的橡胶组合物,所述改性丁二烯橡胶的改性率是0.01~2.0摩尔%。
【6】.一种充气轮胎,使用了【1】~【5】的任一项所述的橡胶组合物。
发明效果
如下文所示,通过本发明,能够提供能够制作出在保持良好的发热性降低效果的同时、湿滑性优异的充气轮胎的橡胶组合物和使用它的充气轮胎。
附图说明
图1是表示本发明的充气轮胎的一例实施方案的轮胎局部截面概略图。
具体实施方式
下面对本发明的橡胶组合物、和使用该橡胶组合物的充气轮胎予以说明。
再者,本说明书中使用“~”表示的数值范围表示包含“~”的前后记载的数值作为下限值和上限值的范围。
[橡胶组合物]
本发明的橡胶组合物,含有二烯系橡胶和白色填充剂,所述二烯系橡胶含有改性丁二烯橡胶5~40质量%,所述改性丁二烯橡胶是将未改性丁二烯橡胶(A)通过具有羧基的硝酮化合物(B)改性而得到的改性聚合物。
本发明的橡胶组合物含有特定量这种改性丁二烯橡胶,所以在制成充气轮胎后能够保持优异的发热性降低效果,同时湿滑性良好。其理由虽然尚不清楚,但推测如下。
可以认为,丁二烯橡胶通过被具有羧基的硝酮化合物改性,在复合物的调制时白色填充剂(尤其是二氧化硅)、其他填充剂(尤其是炭黑)的进入得到改善,结果,这些填充剂的分散变得良好,所以发热性降低,此外湿滑性变得良好。
这也可以从以下事实推断:如后述的比较例1和2所示,在使用被具有极性比羧基低的吡啶环的硝酮化合物改性而成的改性丁二烯橡胶时,湿滑性不好。
下面针对二烯系橡胶、改性丁二烯橡胶和其调制方法、以及白色填充剂和其他添加剂予以详细说明。
〔二烯系橡胶〕
本发明的橡胶组合物含有的二烯系橡胶,只要是含有后述的改性丁二烯橡胶5~40质量%,主链具有双键,就没有特殊限定,作为其具体例,可以列举出天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、未改性丁二烯橡胶(BR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-异戊二烯橡胶(SIR)、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶(SIBR)等。它们既可以1种单独使用,也可以2种以上并用。
在这些中,作为与后述的改性丁二烯橡胶并用的二烯系橡胶,优选天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。
本发明中、二烯系橡胶中的后述改性丁二烯橡胶的含量是5~40质量%,优选5~20质量%,更优选10~20质量%。
〔改性丁二烯橡胶〕
本发明的橡胶组合物中含有的改性丁二烯橡胶,是通过将未改性丁二烯橡胶(A)用具有羧基的硝酮化合物(B)改性而得到的改性聚合物。
<未改性丁二烯橡胶(A)>
上述未改性丁二烯橡胶(A)是具有碳-碳不饱和键的丁二烯橡胶。
此外,这里所述的“未改性”是没有被后述的硝酮化合物(B)改性的意思,但并不排除被其他成分改性(尤其是末端改性)了的聚合物。
作为上述未改性二烯系聚合物(A),从发热性降低效果变得更大的理由出发,与专利文献1同样,优选具有高顺式结构的丁二烯橡胶,具体地说更优选是顺式-1,4键合的含量为90%以上、优选95%以上的丁二烯橡胶。
再者,这种高顺式结构的丁二烯橡胶,可以用通常的方法,使用齐格勒催化剂或钕催化剂等进行聚合。
上述未改性丁二烯橡胶(A)的重均分子量优选为50000~1000000、更优选为200000~800000。通过使重均分子量在这种范围,能够进一步提高丁二烯橡胶的耐摩耗性和低温特性。未改性丁二烯橡胶(A)的重均分子量(Mw),可以通过使用凝胶渗透色谱(GPC),以四氢呋喃作为溶剂,经标准聚苯乙烯换算来测定。
<硝酮化合物(B)>
作为上述硝酮化合物(B),只要是具有至少1个羧基(-COOH)的硝酮(下面为了方便也称作“羧基硝酮”。),就没有特殊限定,可以很好地使用例如下述式(b)表示的羧基硝酮。再者,硝酮是氧原子与西佛碱的氮原子结合了的化合物的总称。
式(b)中,m和n分别独立地表示0~5的整数,m和n的合计为1以上。
作为m表示的整数,从在合成硝酮化合物时的溶剂中的溶解度良好、合成容易的理由出发,优选0~2的整数,更优选0~1的整数。
作为n表示的整数,从在合成硝酮化合物时的溶剂中的溶解度良好、合成容易的理由出发,优选为0~2的整数,更优选0~1的整数。
此外,m和n的合计(m+n)优选为1~4,更优选1~2。
作为这种式(b)表示的羧基硝酮,没有特殊限定,优选是选自下述式(b1)表示的N-苯基-α-(4-羧基苯基)硝酮、下述式(b2)表示的N-苯基-α-(3-羧基苯基)硝酮、下述式(b3)表示的N-苯基-α-(2-羧基苯基)硝酮、下述式(b4)表示的N-(4-羧基苯基)-α-苯基硝酮、下述式(b5)表示的N-(3-羧基苯基)-α-苯基硝酮、和下述式(b6)表示的N-(2-羧基苯基)-α-苯基硝酮中的化合物。
对于硝酮化合物(B)的合成方法,没有特殊限定,可以使用以往公知的方法。例如,将具有羟氨基(-NHOH)的化合物和具有醛基(-CHO)的化合物以羟氨基和醛基的摩尔比(-NHOH/-CHO)为1.0~1.5的量在有机溶剂(例如,甲醇、乙醇、四氢呋喃等)中室温下搅拌1~24小时,使两基团反应,获得具有硝酮基的硝酮。
<改性丁二烯橡胶的调制方法>
作为改性丁二烯橡胶的制造方法,没有特殊限定,可以列举出将上述未改性丁二烯橡胶(A)和硝酮化合物(B)在例如100~200℃下混合1~30分钟的方法。
此时,如下述式(I)或下述式(II)所示,未改性丁二烯橡胶(A)所具有的共轭二烯所带来的双键和硝酮化合物(B)所具有的硝酮基之间发生环化加成反应,形成五元环。再者,下述式(I)表示1,4-键合与硝酮化合物的反应,下述式(II)表示1,2-乙烯基与硝酮化合物的反应。
这里,与未改性丁二烯橡胶(A)反应的硝酮化合物(B)的量,相对于未改性丁二烯橡胶(A)100质量份优选为0.1~10质量份,更优选0.3~5质量份。
本发明中,对如此调制的改性丁二烯橡胶的改性率,没有特殊限定,从进一步提高降发热性的理由出发,优选0.01~2.0摩尔%、更优选0.02~1.5摩尔%。
这里,改性率是指,未改性丁二烯橡胶(A)所具有的共轭二烯所带来的所有双键中被硝酮化合物(B)改性了的比例(摩尔%),更具体地说,是指通过硝酮化合物(B)的改性而形成上述式(I)或上述式(II)的结构的比例(摩尔%)。改性率可以通过例如,测定未改性丁二烯橡胶(A)和改性丁二烯橡胶(即改性前后的聚合物)的NMR来求出。
〔白色填充剂〕
作为本发明的橡胶组合物所含有的白色填充剂,具体可以列举出例如,二氧化硅、碳酸钙、碳酸镁、滑石、粘土、氧化铝、氢氧化铝、氧化钛、硫酸钙等,它们既可以1种单独使用,也可以2种以上并用。
在这些中,从与改性丁二烯橡胶的改性基(羧基)的相互作用的观点,优选二氧化硅。
作为二氧化硅,具体可以列举出例如,湿式二氧化硅(含水硅酸)、干式二氧化硅(无水硅酸)、硅酸钙、硅酸铝等,它们既可以1种单独使用,也可以2种以上并用。
本发明中,上述白色填充剂的含量,相对于上述二烯系橡胶100质量份优选为8~130质量份,更优选为30~100质量份。
〔炭黑〕
本发明的橡胶组合物优选含有炭黑。
上述炭黑,没有特殊限定,可以使用例如,SAF-HS、SAF、ISAF-HS、ISAF、ISAF-LS、IISAF-HS、HAF-HS、HAF、HAF-LS、FEF等各种级别的。
上述炭黑的含量,没有特殊限定,优选相对于上述二烯系橡胶100质量份为1~80质量份、更优选3~50质量份。
〔硅烷偶联剂〕
本发明的橡胶组合物,在含有上述白色填充剂(尤其是二氧化硅)的情况,从提高轮胎的补强性能的理由出发,优选含有硅烷偶联剂。
配合上述硅烷偶联剂时的含量,优选相对于上述白色填充剂100质量份为3~15质量份,更优选4~10质量份。
作为上述硅烷偶联剂,具体可以列举出例如,双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、双(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、双(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)四硫化物、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、2-巯基乙基三甲氧基硅烷、2-巯基乙基三乙氧基硅烷、3-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N-二甲基硫代氨基甲酰基四硫化物、3-三乙氧基甲硅烷基丙基-N,N-二甲基硫代氨基甲酰基四硫化物、2-三乙氧基甲硅烷基乙基-N,N-二甲基硫代氨基甲酰基四硫化物、3-三甲氧基甲硅烷基丙基苯并噻唑四硫化物、3-三乙氧基甲硅烷基丙基苯并噻唑四硫化物、3-三乙氧基甲硅烷基丙基(甲基丙烯酸酯)单硫化物、3-三甲氧基甲硅烷基丙基(甲基丙烯酸酯)单硫化物、双(3-二乙氧基甲基甲硅烷基丙基)四硫化物、3-巯基丙基二甲氧基甲基硅烷、二甲氧基甲基甲硅烷基丙基-N,N-二甲基硫代氨基甲酰基四硫化物、二甲氧基甲基甲硅烷基丙基苯并噻唑四硫化物等,它们既可以1种单独使用,也可以2种以上并用。
在这些中,从补强性改善效果的观点出发,优选使用双-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物和/或双-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物,具体可以列举出例如,Si69[双-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物;エボニック·デグッサ社制]、Si75[双-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物;エボニック·デグッサ社制]等。
〔其他添加剂〕
本发明的橡胶组合物中,除了上述二烯橡胶、上述白色填充剂、上述炭黑和上述硅烷偶联剂以外,还可以配合碳酸钙等的填料;硫黄等的硫化剂;次磺酰胺系、胍系、噻唑系、硫脲系、秋兰姆系等硫化促进剂;氧化锌、硬脂酸等硫化促进助剂;蜡;芳香油;抗老化剂;增塑剂;等轮胎用橡胶组合物中通常使用的各种其他添加剂。
这些添加剂的配合量,只要是不违背本发明的目的,就能够采用以往通常的配合量。例如,相对于二烯系橡胶100质量份,可以分别配合硫黄0.5~5质量份、硫化促进剂0.1~5质量份、硫化促进助剂0.1~10质量份、抗老化剂0.5~5质量份、蜡1~10质量份、芳香油5~30质量份。
〔橡胶组合物的制造方法〕
对于本发明的组合物的制造方法,没有特殊限定,作为其具体例,可以列举出例如,将上述各成分使用公知的方法、装置(例如,班伯里混合机、捏合机、辊等)进行混炼的方法等。在本发明的组合物含有硫黄或硫化促进剂的情况,优选先混合除硫黄和硫化促进剂以外的成分(例如,在60~160℃下混合),冷却后再混合硫黄或硫化促进剂。
此外,本发明的组合物,能够在以往公知的硫化或交联条件下进行硫化或交联。
[充气轮胎]
本发明的充气轮胎是使用了上述本发明的组合物的充气轮胎。其中,优选使用本发明的组合物作为胎面的充气轮胎。
图1是表示本发明的充气轮胎的一例实施方案的轮胎的局部截面概略图,本发明的充气轮胎并不限于图1所示形态。
图1中,符号1表示胎圈部,符号2表示胎侧部,符号3表示胎面部。
此外,在左右一对的胎圈部1间,架设了埋有纤维帘线的胎体层4,该胎体层4的端部围绕胎圈芯5和胎圈填胶6而从轮胎内侧折向外侧并卷起。
此外,胎面3中,在胎体层4的外侧,遍及轮胎1周而配置有带束层7。
此外,胎圈部1中,在与轮辋接触的部分配置有轮辋缓冲垫8。
本发明的充气轮胎可以依照例如以往公知的方法来制造。此外,作为在轮胎中填充的气体,除了通常的空气或调整了氧气分压的空气以外,还可以使用氮气、氩气、氦气等惰性气体。
实施例
下面,列举出实施例来对本发明进行具体说明。但是,本发明并不受限于这些实施例。
<硝酮化合物(羧基硝酮)的合成>
在2L梨形瓶中放入加热到40℃的甲醇(900mL),向其中加入下述式(2)表示的对醛基苯甲酸(30.0g)使其溶解。在该溶液中加入溶解有下述式(1)表示的苯基羟胺(21.8g)的甲醇(100mL),室温下搅拌19小时。搅拌结束后从甲醇重结晶,得到下述式(3)表示的硝酮化合物(41.7g)。收率为86%。
<硝酮化合物(吡啶基硝酮)的合成>
向2L梨形瓶中加入加热到40℃的甲醇(900mL),向其中加入下述式(5)表示的吡啶基甲醛(21.4g)并使其溶解。向该溶液中加入溶解有下述式(4)表示的苯基羟胺(21.8g)的甲醇(100mL),在室温下搅拌19小时。搅拌结束后从甲醇中重结晶,得到下述式(6)表示的吡啶基硝酮(39.0g)。收率为90%。
<改性丁二烯橡胶的调制>
在120℃的班伯里混合机中投入未改性的BR(NIPOL BR 1220、日本ゼオン社制),捏合(素練り)2分钟,然后将先头合成的羧基硝酮或吡啶基硝酮以下述表1所示的比例(质量份)配合,以下述表1所示的改性条件(温度·时间)混合,调制改性丁二烯橡胶1~8。再者,下述表1中、摩尔比(硝酮/BR)表示未改性的BR所具有的双键和硝酮化合物之间的摩尔比。
对得到的改性丁二烯橡胶1~8测定NMR,求出改性率。具体地说,针对使用羧基硝酮的例子,对改性前后的聚合物以CDCl3作为溶剂测定1H-NMR(CDCl3、400MHz、TMS),测定8.08ppm附近(归属于与羧基相邻的2个质子)的峰面积,算出改性率。此外,针对使用吡啶基硝酮的例子,测定来自吡啶基的峰面积,除此以外同样算出改性率。再者,改性后的聚合物(改性丁二烯橡胶)的1H-NMR测定,是将改性后的生成物溶解在甲苯中,使其在甲醇中沉淀,将这样的纯化反复2次,减压下干燥,使用所得试样进行测定的。结果如表1所示。
<标准例1、比较例1和实施例1~2>
将下述表2(SBR/BR系)所示的成分按照下述表2所示的比例(质量份)配合在一起。
具体地说,首先将下述表2所示的成分中的除了硫黄和硫化促进剂以外的成分在80℃的班伯里混合机中混合5分钟。接着使用辊混合进硫黄和硫化促进剂,从而得到橡胶组合物。
<标准例2、比较例2~3和实施例3~7>
将下述表3(NR/SBR/BR系)所示的成分按照下述表3所示的比例(质量份)配合在一起。
具体地说,首先,将下述表3所示的成分中的除了硫黄和硫化促进剂以外的成分在80℃的班伯里混合机中混合5分钟。接着使用辊混合进硫黄和硫化促进剂,得到橡胶组合物。
<评价用硫化橡胶片的制作>
将调制出的各橡胶组合物(未硫化)在规定的模具中,160℃加压硫化20分钟,制作硫化橡胶试片。
<发热性:tanδ(60℃)>
对上述那样制作的硫化橡胶片,使用粘弹性波谱仪(东洋精机制作所社制)在初始变形10%、振幅±2%、频率20Hz的条件下测定温度60℃的损耗角正切tanδ(60℃)。
再者,在下述表2中,是以标准例1的测定结果作为指数“100”来表示的,在下述表3中,是以标准例2的测定结果作为指数“100”来表示的。指数表示的值越小(即tanδ(60℃)的值越小),则发热性越低,越优选。
<湿滑性>
针对上述那样制作的硫化橡胶试验片,使用スタンレー社制可移动式滑动测试仪,在湿润路面的条件下依照ASTM E-303-83的方法进行测定。
再者,下述表2中是以标准例1的测定结果作为指数“100”表示的,下述表3中是以标准例2的测定结果作为指数“100”来表示的。指数表示的值越大,表示湿滑性越好。
上述表2和表3中所示的各成分的具体情况如下。
·SBR1:Nippol NS522〔相对于橡胶分100质量份的充油量:37.5质量份(49.5质量份中的橡胶量为36质量份)、苯乙烯量:39质量%、乙烯基量:42质量%、日本ゼオン社制〕
·SBR2:タフデンF3835〔相对于橡胶分100质量份的充油量:37.5质量份(66质量份中的橡胶量是48质量份)、苯乙烯量:39质量%、乙烯基量:36质量%、旭化成社制〕
·SBR3:タフデンE580〔相对于橡胶分100质量份的充油量:37.5质量份(98质量份中的橡胶量是71质量份)、旭化成社制〕
·NR:TSR20
·BR:NIPOL BR 1220(日本ゼオン社制)
·改性BR1~8:上述表1中记载的改性丁二烯橡胶
·二氧化硅:ZEOSIL 165GR(ロディアシリカコリア社制)
·炭黑:シースト9M(东海カーボン社制)
·加工助剂:脂肪酸锌盐混合体(ストラクトールEF44、SCHILL&SEILACHER GMBH&CO.社制)
·抗老化剂:SANTOFLEX6PPD(Soltia Europe社制)
·硬脂酸:硬脂酸YR(日油社制)
·蜡:サンノック(大内新兴化学工业株式会社)
·氧化锌:亚铅华3号(正同化学社制)
·硅烷偶联剂:Si69(エボニック·デグサ社制)
·油:エキストラクト4号S(昭和シェル石油社制)
·硫黄:油处理硫黄(轻井泽精炼所社制)
·硫化促进剂(CZ):ノクセラーCZ-G(大内振兴化学工业社制)
·硫化促进剂(DPG):ソクシノールD-G:(住友化学社制)
由上述表2和表3所示的结果可以清楚地知道,配合了被吡啶基硝酮改性了的改性丁二烯橡胶(改性BR8)的橡胶组合物(比较例1和2)分别相对于标准例1和2具有发热性降低效果,但是湿滑性差。
与此相对,配合了被羧基硝酮改性了的各改性丁二烯橡胶(改性BR1~7)的橡胶组合物(实施例1~2和实施例3~7),分别相对于标准例1和2具有发热性的降低效果,并且湿滑性良好。
此外,由实施例4和比较例3之间的对比可以知道,在配合了被羧基硝酮改性了的改性丁二烯橡胶(改性BR4)的情况,如果其在二烯系橡胶中占的比例为5质量%以下,反而发热性变差(比较例3)。
附图符号说明
1 胎圈部
2 胎侧部
3 胎面部
4 胎体层
5 胎圈芯
6 胎圈填胶
7 带束层
8 轮辋缓冲垫
Claims (6)
1.一种橡胶组合物,含有二烯系橡胶和白色填充剂,所述二烯系橡胶含有改性丁二烯橡胶5~40质量%,
所述改性丁二烯橡胶是将未改性丁二烯橡胶(A)通过具有羧基的硝酮化合物(B)改性而得到的改性聚合物。
2.如权利要求1所述的橡胶组合物,所述硝酮化合物(B)是下述式(b)表示的硝酮化合物,
式(b)中,m和n分别独立地表示0~5的整数,m和n的合计为1以上。
3.如权利要求1或2所述的橡胶组合物,所述硝酮化合物(B)是选自N-苯基-α-(4-羧基苯基)硝酮、N-苯基-α-(3-羧基苯基)硝酮、N-苯基-α-(2-羧基苯基)硝酮、N-(4-羧基苯基)-α-苯基硝酮、N-(3-羧基苯基)-α-苯基硝酮和N-(2-羧基苯基)-α-苯基硝酮中的化合物。
4.如权利要求1或2所述的橡胶组合物,所述白色填充剂的含量相对于所述二烯系橡胶100质量份为8~130质量份。
5.如权利要求1或2所述的橡胶组合物,所述改性丁二烯橡胶的改性率是0.01~2.0摩尔%。
6.一种充气轮胎,使用了权利要求1~5的任一项所述的橡胶组合物。
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