CN107278184B - 具有改进干式/雪地牵引的轮胎胎面 - Google Patents

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Abstract

一种由具有官能化SBR及BR的橡胶组合物形成的轮胎胎面，所述橡胶组合物通过在95phr与125phr之间的二氧化硅填充剂增强及包含用以将玻璃转变温度调节为‑30℃与‑15℃之间且将60℃下的动态模量G*调节为0.9MPa与1.15MPa之间的塑化系统。所述胎面包含具有在6.5mm与10mm之间的平均中心胎面花纹块长度的中心胎面花纹块及具有在10mm与20mm之间的平均肩部胎面花纹块长度的肩部胎面花纹块。此外，所述胎面的厚度被限于6.5mm与7.7mm之间。在特定实施例中，所述橡胶组合物可仅为所述官能化SBR。

Description

具有改进干式/雪地牵引的轮胎胎面
技术领域
本发明大体上涉及用于车辆的轮胎，并且更具体地说涉及胎面刻纹及胎面材料。
背景技术
在行业中已知轮胎设计者常常必须对他们设计的轮胎的某些特性进行折衷。改变轮胎设计以改善轮胎的一个特性将通常导致折衷，即，另一个轮胎特性的抵消衰退。在雪地牵引与干式制动之间存在一个此类折衷。可通过降低胎面混合物的玻璃转变温度及/或通过增大胎面中胎纹沟槽的数目而改善雪地牵引。然而，这些移动通常导致已知通过提高胎面混合物的玻璃转变温度及/或通过减小胎面中胎纹沟槽的数目改善的干式制动性能的降低。
轮胎设计者和在轮胎行业中进行研究的那些人探索可打破一些已知折衷的材料和轮胎结构。期望的是提供打破干式制动与雪地牵引之间的折衷的新型轮胎设计。
发明内容
一种由具有官能化SBR及BR的橡胶组合物形成的轮胎胎面，所述橡胶组合物通过在95phr与125phr之间的二氧化硅填充剂增强及包含用以将玻璃转变温度调节为-30℃与-15℃之间及将60℃下的动态模量G*调节为0.9MPa与1.15MPa之间的塑化系统。所述胎面包含具有在6.5mm与10mm之间的平均中心胎面花纹块长度的中心胎面花纹块及具有在10mm与20mm之间的平均肩部胎面花纹块长度的肩部胎面花纹块。此外，所述胎面的厚度被限于6.5mm与7.7mm之间。
附图说明
图1为示范性轮胎的透视部分剖视图。
图2为根据本文所公开的胎面距示范性轮胎的间距的平面视图。
图3为图2中所展示的间距的局部视图。
图4A及4B为具有与横轴成角度地安置的横向胎纹沟槽的胎面花纹块的平面视图。
图5为根据本文所公开的胎面的示范性轮胎的横截面图。
具体实施方式
本发明的特定实施例包含具有改进雪地牵引性质同时出乎意料地维持良好干式牵引性质的轮胎及轮胎胎面。此类轮胎具体地可用作用于客车和/或轻型卡车的全天候轮胎和/或冬季轮胎。
经由材料与刻纹设计的独特组合打破干式牵引与雪地牵引之间的折衷。本文所公开的胎面由包含官能化苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)的橡胶组合物组成并且进一步属于薄设计。通过使用已知提供改进耐久性的官能化SBR，这些胎面的发明人能够调节刻纹及橡胶性质以在无干式牵引的显著损耗的情况下以组合形式提供改进雪地牵引的胎面特性，由此打破所述折衷。
如本文中所使用，“纵向”方向在轮胎周向方向上且垂直于轮胎旋转轴。
如本文中所使用，“横向”方向沿着轮胎宽度且大体上平行于旋转轴。然而，除非另外指示，否则“横向凹槽或轮胎沟槽”为大体上与完全横向方向以小于45度的角度定向的任何凹槽或轮胎沟槽，而“纵向凹槽或轮胎沟槽”为大体上与完全横向方向以大于或等于45度的角度定向的任何凹槽。
如本文中所使用，“胎面厚度”为与胎面的顶部地面啮合侧及底侧接合的胎面深度。
如本文中所使用，“凹槽”具有0.6mm或大于0.6mm的朝向轮胎触地面的宽度开口，而“轮胎沟槽”为经模制或以其它方式形成在胎面花纹块或花纹条中的小狭缝及具有小于0.6mm的朝向轮胎触地面的宽度开口。凹槽为形成于胎面内的槽以尤其用于轮胎所碰到的水及其它物质的取道，而胎纹沟槽通常提供表面边缘以供牵引及常常可降低胎面元件刚度。
如本文中所使用，“胎面元件”为胎面中所发现的接触地面的任何类型或形状的结构特征。胎面元件的实例包含胎面花纹块及胎面花纹条。
如本文中所使用，“胎面花纹块”为具有由一个或多个凹槽及/或胎纹沟槽界定的周边，从而在胎面中形成隔离结构的胎面元件。
如本文中所使用，“花纹条”为大体上在轮胎的纵向方向上延行及并不间杂有大体上在横向方向上延行的任何凹槽或向其倾斜的任何其它凹槽的胎面元件。
如本文所用，“phr”是以重量计“每百份橡胶中的份数”并且是本领域中的常见量度，其中相对于组合物中橡胶的总重量测量橡胶组合物的组分，即，组合物中每100重量份的总橡胶中组分的重量份。
如本文所用，橡胶和弹性体是同义术语。
如本文所用，“基于”是认识到本发明的实施例是由在其组装时未固化的经硫化或固化橡胶组合物制成的术语。固化橡胶组合物因此“基于”未固化橡胶组合物。换句话说，交联橡胶组合物是基于或包括可交联橡胶组合物的成分。
众所周知，轮胎胎面是围绕轮胎周向延伸的车辆轮胎的道路接触部分。其被设计成提供车辆所需的操纵特征；例如牵引、干式制动、湿式制动、转弯等，全部都优选地考虑到产生最少量的噪声并且在低滚动阻力下。
现在将详细参考本发明的实施例，本发明实施例中的一个或多个实例在附图中说明。每一个实例以解释本发明的方式提供。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一个实施例一起使用以还产生第三个实施例。本发明意图包含这些和其它修改以及变化。
图1为示范性轮胎的透视部分剖视图。轮胎20包含胎冠区段21、胎圈区段23及从轮胎的旋转轴A及胎圈区段23径向延伸到胎冠区段21的侧壁区段25。所述轮胎具有用于接触道路表面的胎面10，胎面10具有在轮胎的径向方向上（相对于旋转轴A）从胎面的外部地面啮合面24延伸到与胎冠区段21接合的底侧25的胎面厚度T10。由于如所已知，肩部区段可具有在轮胎的各侧附近逐渐减小的胎面厚度，因此本文中测量在胎面的中心部分32中的胎面厚度T10。
胎面10包含通过肩部纵向或周向凹槽33彼此分离的肩部部分31与中心部分32。中心部分32可包含一个或多个中心纵向或周向凹槽34。因此，中心部分32定位于两个肩部部分31之间及通过两个肩部纵向凹槽33定界。
在胎面10中还包含通过延伸于中心纵向凹槽34中的两个之间或中心纵向凹槽34与肩部纵向凹槽33之间的横向中心胎纹沟槽37形成的多个中心胎面花纹块35。多个肩部胎面花纹块36通过从肩部纵向凹槽33朝向胎面10的侧壁侧25延伸的横向肩部胎纹沟槽38形成在胎面10的肩部部分31中。
胎面10由位于胎面10径向内部的胎冠区段21支撑，胎冠21具有加固壳体并提供改进的耐久性和操纵反应的带束层包装件（未展示）。如所熟知，带束层包装件可包含内嵌于薄橡胶层中及通常围绕轮胎周向布置的一层或多层帘线，通常为钢帘线。
所述对胎圈区段23被布置成在轮胎宽度或轴向方向上面向彼此。胎圈区段23包含胎圈（未展示），如所熟知，胎圈为锚定帘布层及将轮胎锁定在轮子组合件上的不可延伸胎圈芯。胎体帘布层(未展示)在胎圈区段23之间延伸，从一个胎圈延伸穿过一个侧壁区段25、延伸穿过胎冠区段21、通常在带束层包装件下方延伸及延伸穿过另一侧壁区段25到达另一胎圈。
典型地，胎体帘布层由内嵌于如橡胶组合物薄层的弹性体基质中的多个相互平行的织物或金属帘布构造。如本领域的一般技术人员已知，典型地使用压延工艺形成胎体帘布层，其中帘布彼此平行放置并且包覆在弹性体基质中。随后以使帘布典型地沿轮胎20的侧壁25在径向方向上定向的方式布置胎体帘布层。更确切地说，沿轮胎20的侧壁25，胎体帘布层的帘布大体上垂直于轮胎的旋转轴。
图2为根据本文所公开的胎面距示范性轮胎胎面的间距的平面视图。间距为沿着胎面的圆周重复及跨越胎面的橫向宽度延伸的几何图案。轮胎可具有一个或多个重复间距。图2中所展示的胎面10的间距围绕轮胎周向重复以布满轮胎胎面。
胎面10包含给肩部部分31及中心部分32定界的肩部纵向凹槽33。中心部分32包含中心纵向凹槽34及多个中心胎面花纹块35。
在本文所公开的胎面的特定实施例中，胎面厚度在6.5mm与7.7mm之间。由于胎面的肩部面积朝向横向端典型地将逐渐减小，因此测量胎面的中心部分中的胎面厚度。替代地，胎面厚度可为6.5mm与7.3mm之间或6.5mm与7mm之间的厚。如先前所提到，胎面的薄度结合胎面的官能化SBR及胎面元件打破了干式牵引与雪地牵引之间的折衷。
图3为图2中所展示的间距的局部视图且最佳地展示肩部部分及中心部分两者中胎面花纹块的长度。如图3中所示，此示范性图式中所展示的中心胎面花纹块35中的每一者均通过肩部纵向凹槽33、中心纵向凹槽34、及横向中心胎纹沟槽37中的两个形成。每一中心胎面花纹块35的中心胎面花纹块长度dCB为形成胎面花纹块的两个横向中心胎纹沟槽37之间的胎面花纹块边缘的纵向长度。同样，每一肩部胎面花纹块36的肩部胎面花纹块长度dSB为形成胎面花纹块的两个横向肩部胎纹沟槽38之间的胎面花纹块边缘的纵向长度。对于胎面花纹块的相对横向边缘上的纵向长度并不相等的胎面的那些实施例，如当胎纹沟槽并不平行时，接着胎面花纹块长度为两个边缘的长度的平均值。在本文所公开的胎面的特定实施例中，形成块的胎纹沟槽基本上平行。
应注意，对于本文所公开的胎面的特定实施例，中心胎面花纹块始终通过横向中心胎纹沟槽形成，在胎面的中心部分中不存在横向凹槽。如定义中所提到，轮胎沟槽为经模制或以其它方式形成在胎面花纹块或花纹条中的小狭缝及具有小于0.6mm的朝向轮胎触地面的开口。凹槽被定义为具有0.6mm或大于0.6mm的轮胎触地面上的开口。任选地，特定实施例在中心部分中可包含有限数目的横向凹槽，例如不超过横向凹槽及胎纹沟槽的总数目的10％，或替代地，不超过5％、不超过3％或不超过1％。
同样，应注意，对于本文所公开的胎面的特定实施例，肩部胎面花纹块始终通过横向肩部胎纹沟槽形成，在胎面的肩部部分中不存在横向凹槽。任选地，特定实施例在肩部部分中可包含有限数目的横向凹槽，例如不超过横向凹槽及胎纹沟槽的总数目的35％，或替代地，不超过30％、不超过25％、不超过20％、不超过10％、不超过5％、不超过3％或不超过1％。
横向胎纹沟槽而非横向凹槽在胎面的肩部及中心部分中的使用通过提供必要结构改进胎面的性能，且如果太多胎纹沟槽被横向凹槽替换，那么轮胎的期望性能将丢失。
在中心部分及/或肩部部分中包含有限数目的横向凹槽的那些实施例中，出于测量胎面花纹块长度的目的，通过就像横向凹槽为胎纹沟槽一样地处理有限数目的横向凹槽来测量胎面花纹块长度。此外，在本文所公开的胎面的特定实施例中，此类有限数目的横向凹槽基本上围绕轮胎的圆周均匀地分布。
对于本文所公开的胎面的中心部分，存在平均中心胎面花纹块长度。平均中心胎面花纹块长度为中心部分中所有中心胎面花纹块长度dCB除以中心胎面花纹块的数目的计算出的平均值。为了获得平均中心胎面花纹块长度，测量每一中心胎面花纹块的中心胎面花纹块长度dCB且将其相加在一起且接着将此总和除以中心胎面花纹块的数目提供平均中心胎面花纹块长度。
本文所公开的胎面的特定实施例可被表征为具有在6.5mm与10mm之间或替代地在6.8mm与9mm之间或7mm与8mm之间的平均中心胎面花纹块长度。
对于本文所公开的胎面的肩部部分，存在平均肩部胎面花纹块长度。平均肩部胎面花纹块长度为肩部部分中所有的肩部胎面花纹块长度dSB除以肩部部分中肩部胎面花纹块的数目的计算出的平均值。为了获得平均肩部胎面花纹块长度，测量每一肩部胎面花纹块的肩部胎面花纹块长度dSB且将其相加在一起且接着将此总和除以肩部胎面花纹块的数目以提供肩部部分中的平均肩部胎面花纹块长度。
本文所公开的胎面的特定实施例可被表征为具有在10mm与20mm之间或替代地在11mm与19mm之间、12mm与18mm之间或14mm与17mm之间的平均肩部胎面花纹块长度。
可注意到，任选地，横向胎纹沟槽的一部分可具有到轮胎触地面上的倒角开口。如图3中可见，在胎面的肩部部分中存在倒角肩部横向胎纹沟槽38c。此类倒角胎纹沟槽可包含在肩部部分中或中心部分中或两者中。在具有倒角胎纹沟槽的那些实施例中，倒角胎纹沟槽与非倒角胎纹沟槽的比率可为1:1或替代地1:2、1:3或1:4，通常其中倒角胎纹沟槽与非倒角胎纹沟槽相间。举例来说，如果比率为1:3，那么胎纹沟槽通常将周向地交替为CUUUCUUU以此类推。在特定实施例中，斜面可与轮胎触地面形成高达45度的角度或替代地25度与45度之间的角度。
图4A及4B为具有与横轴成角度地安置的横向胎纹沟槽的胎面花纹块的平面视图。横轴平行于旋转轴A。在特定实施例中，任选地，中心部分、肩部部分或两者中的横向胎纹沟槽可与横轴以α的角度安置及α可高达45度或替代地在30度与45度之间、35度与45度之间、40度与45度之间或35度与40度之间。已发现，对于特定实施例，与横轴成角度地放置胎纹沟槽提供改进胎面性能。
图5为根据本文所公开的胎面的示范性轮胎的横截面图。图5中所展示的轮胎20具有包含带束层包装件46的胎冠区段21及延伸于两个胎圈44之间的胎体帘布层45。胎面10通过包含肩部胎面花纹块36、中心胎面花纹块35、使肩部及中心部分分离的肩部纵向凹槽33、及中心纵向凹槽34的胎冠区段21支撑。
纵向凹槽33及34从其胎面10的面上的开口延伸到凹槽底部43。凹槽底部43与轮胎触地面之间的距离为凹槽的深度。由于凹槽的目的包含在下雨时来自道路的水的取道，因此轮胎胎面具备围绕凹槽间歇性地出现的耐磨棒42，以使得在胎面磨损到耐磨棒时，用户知道需要停止使用所述轮胎。耐磨棒深度常常由政府规章设定及标记最小胎面深度以供道路上的轮胎操作。耐磨棒深度为从轮胎触地面到耐磨棒的顶面的距离。
同样，轮胎沟槽底部与轮胎触地面之间的距离为轮胎沟槽的深度。本文所公开的胎面的特定实施例提供形成中心及肩部部分中的胎面花纹块的横向中心胎纹沟槽及/或横向肩部胎纹沟槽可被表征为跨越其整个长度(从胎面花纹块的一个横向边缘到胎面花纹块的另一横向边缘)延伸到耐磨棒的深度的至少90％或耐磨棒的深度的至少100％的深度。举例来说，延伸到耐磨棒的深度的100％的横向轮胎沟槽将延伸以使得轮胎沟槽的底部与耐磨棒的顶部齐平。在其它实施例中，形成中心及肩部部分中的胎面花纹块的横向中心胎纹沟槽及/或横向肩部胎纹沟槽可被表征为跨越其整个长度延伸到定界轮胎沟槽的胎面花纹块的凹槽深度的至少90％或此深度的至少100％的深度。举例来说，延伸到凹槽深度的深度的100％的横向轮胎沟槽将延伸以使得轮胎沟槽的底部与凹槽的底部齐平。
虽然此类胎面的特定实施例提供所有此类胎纹沟槽均具有跨越其整个长度延伸的这些深度，但应认识到，替代地，在特定实施例中，全部胎纹沟槽的至少80％可被表征为跨越其整个长度延伸到此类深度或替代地延伸到至少90％或至少95％。在不同的特定实施例中，此类替代方案可仅应用于肩部横向胎纹沟槽或仅应用于中心横向胎纹沟槽或应用于横向肩部及中心胎纹沟槽两者。
如上文所描述的胎面均至少部分地由包含官能化SBR及聚丁二烯橡胶(BR)两者或替代地对于特定实施例仅包含官能化SBR的橡胶组合物形成。所属领域的技术人员将认识到，虽然本文所公开的胎面可完全由下文描述的橡胶组合物形成，但存在将使用此类橡胶组合物以仅形成胎面的一部分的胎面设计。
应认识到，胎面可以仅由一种橡胶组合物形成或可以不同橡胶组合物的两个或多于两个层形式形成，例如盖构造和基底构造。在盖构造和基底构造中，胎面的盖部分由一种橡胶组合物制成，其经设计以与道路接触。盖由胎面的基底部分支撑，基底部分由不同橡胶组合物制成。在本发明的特定实施例中，整个胎面可由本文中所公开的橡胶组合物制成，而在其它实施例中，仅胎面的盖部分可由所述橡胶组合物制成。
在其它实施例中，应认识到，胎面元件的接触表面，即，接触道路的胎面元件的部分，可完全和/或仅部分地由本文所公开的橡胶组合物形成。在特定实施例中，胎面花纹块例如可形成为横向分层的橡胶组合物的复合材料，使得胎面花纹块的至少一个横向层具有本文所公开的橡胶组合物并且胎面花纹块的另一个横向层具有替代橡胶组合物。在胎面构造的特定实施例中，胎面的总接触表面面积的至少80％仅由本文所公开的橡胶组合物形成。胎面的总接触表面面积为适用于与道路接触的胎面元件的全部径向最外面的总表面积。
BR为用于包含轮胎的许多橡胶制品中的共用橡胶组分，及为共轭1,3-丁二烯的均聚物。SBR为苯乙烯和1,3-丁二烯的共聚物并且为最常使用的合成橡胶之一。SBR的微观结构通常就键结苯乙烯的量和聚合物的丁二烯部分的形式方面来描述。常常适合用于轮胎中的典型SBR为约25wt％键结苯乙烯。具有极高含量的键结苯乙烯(例如，约80wt％)的材料经识别为高苯乙烯树脂且并不适用作用于制造胎面的弹性体。本发明的特定实施例可利用具有在3wt％与40wt％之间或替代地在10wt％与35wt％之间、15wt％与28wt％之间、或30wt％与40wt％之间的键结苯乙烯的键结苯乙烯含量的SBR。
由于存在于SBR的丁二烯部分中的双键，丁二烯部分由三种形式组成：顺式-1,4、反式-1,4和乙烯基-1,2。任选地，适合用于本文所公开的橡胶组合物中的官能化SBR材料为具有至少30wt％或替代地在30wt％与70wt％之间、35wt％与55wt％之间、或35wt％与45wt％之间的高反式-1,4含量的材料。
用于确定SBR材料的丁二烯部分的微观结构的方法为所属领域的一般技术人员熟知的并且包含例如NMR方法和红外光谱分析方法。在一种合适的NMR光谱分析方法中，可使用例如布鲁克(Bruker)AM250光谱仪执行碳-13NMR分析。碳-13的标称频率为62.9MHz并且在没有“核奥氏效应(nuclear Overhauser effect)”(NOE)的情况下记录光谱以确保定量结果。光谱宽度为240ppm。使用的角度脉冲为90°脉冲，其持续时间为5μs。带有宽质子带的低功率去耦用于在碳-13采集期间消除标量1H-碳-13耦合。序列重复时间为4秒。经累积以增大信号/噪音比率的瞬变的数目为8192。对照CDCl3谱带在77ppm下校准光谱。
官能化橡胶，即，附有活性部分的那些橡胶，在行业中是熟知的。弹性体可通过将这些活性部分沿聚合物的分支或在聚合物的分支端部附接到聚合物主链来官能化。官能化弹性体的实例包含硅烷醇或聚硅氧烷官能化弹性体，其实例可发现于美国专利第6,013,718号中，所述美国专利在此以引用的方式全文并入。官能化弹性体的其它实例包含具有如在US 5,977,238中所述的烷氧基硅烷基、如在US 6,815,473中所述的羧酸基、如在US 6,503 973中所述的聚醚基或如在US 6,800,582中所述的胺基的那些官能化弹性体，并且所有专利以引用的方式并入本文中。将官能团附接到弹性体以提供弹性体与增强填充剂之间的相互作用。
在本文所公开的胎面的特定实施例中，SBR为具有附接到总数分支端部的至少一部分或沿聚合物的丁二烯部分的分支附接的官能部分的官能化弹性体。此类官能部分可包含例如胺基、硅烷醇基、烷氧基硅烷基、羧酸基或聚醚基。在特定实施例中，官能部分可选自胺基、硅烷醇基或烷氧基硅烷基。在特定实施例中，官能化SBR可包含两种或多于两种不同此类官能化SBR的混合物或限于官能化SBR中的一种。
本文所公开的橡胶组合物可包含在50phr和85phr之间，或替代地在60phr和85phr之间、在70phr和85phr之间或在70phr和80phr之间的官能化SBR。同样地，橡胶组合物可包含在15phr和50phr之间，或替代地在15phr和40phr之间、在15phr和30phr之间或在20phr和30phr之间的聚丁二烯橡胶。如上文所示，特定实施例可仅包含官能化SBR。特定实施例在橡胶组合物中仅包含官能化SBR及BR。
除二烯弹性体之外，适用于本文所公开的胎面的橡胶组合物的特定实施例进一步包含塑化系统。塑化系统可提供橡胶混合物的可加工性的改善以及用于调节橡胶组合物的动态模量和玻璃转变温度的方式两者。合适的塑化系统包含塑化液体和塑化树脂两者以实现胎面的期望制动和耐磨特性。
合适的塑化液体可包含已知其与二烯弹性体的塑化性质的任何液体。在室温(23℃)下，具有不同粘度的这些液体塑化剂或这些油是液体，与为固体的树脂相反。实例包含来源于石油原料的那些液体、具有植物碱的那些液体和其组合。基于石油的油的实例包含行业中已知的芳香族油、链烷烃油、环烷烃油、MES油、TDAE油等。还已知液体二烯聚合物、聚烯烃油、醚塑化剂、酯塑化剂、磷酸酯塑化剂、磺酸酯塑化剂和液体塑化剂的组合。
合适的植物油的实例包含葵花油、大豆油、红花油、玉米油、亚麻籽油以及棉籽油。这些油和其它此类植物油可单独使用或组合使用。在一些实施例中，具有高油酸含量(至少70重量％，或替代地，至少80重量％)的葵花油是可用的，其实例是AGRI-PURE 80，可购自嘉吉公司位于明尼苏达州明尼阿波利斯市的办事处(Cargill with offices Minneapolis,MN)。在本文所公开的适用橡胶组合物的特定实施例中，合适的塑化油的选择限于具有高油酸含量的植物油。
可用于本发明的任何特定实施例的塑化液体的量取决于特定情形和期望结果。一般来说，例如，塑化液体可以在5phr和50phr之间，或替代地在10phr和50phr之间、在10phr和45phr之间或在15phr和45phr之间的量存在于橡胶组合物中。由于塑化液体和塑化烃树脂均包含于塑化系统中，所以如下所述调节两种类型的塑化剂的量以获得胎面的期望物理特性。
塑化烃树脂为在环境温度下(例如23℃)为固体的烃类化合物，与如塑化油的液体塑化化合物相反。另外，塑化烃树脂与橡胶组合物为相容的，即，可混溶的，树脂与其以允许树脂充当真实塑化剂的浓度(例如以通常为至少5phr的浓度)混合。
塑化烃树脂是可为脂族的、芳香族的或这些类型的组合的聚合物/寡聚物，意指树脂的聚合物基体可由脂族和/或芳香族单体形成。这些树脂可是天然或合成材料并且可基于石油，在此情况下树脂可被称为石油塑化树脂，或基于植物材料。在特定实施例中，尽管不限制本发明，但这些树脂可基本上仅含有氢和碳原子。
可用于本发明的特定实施例的塑化烃树脂包含是环戊二烯(CPD)或二环戊二烯(DCPD)的均聚物或共聚物、萜烯的均聚物或共聚物、C5馏分的均聚物或共聚物和其混合物的塑化烃树脂。
如上通常论述的此类共聚物塑化烃树脂可包含例如由以下单体的共聚物制成的树脂：(D)CPD/乙烯基-芳香族物、(D)CPD/萜烯、(D)CPD/C5馏分、萜烯/乙烯基-芳香族物、C5馏分/乙烯基-芳香族物以及其组合。
可用于萜烯均聚物和共聚物树脂的萜烯单体包含α-蒎烯、β-蒎烯以及柠檬烯。特定实施例包含柠檬烯单体的聚合物，所述柠檬烯单体包含三种异构体：L-柠檬烯(左旋对映异构体)、D-柠檬烯(右旋对映异构体)或甚至二戊烯，即右旋与左旋对映异构体的外消旋混合物。
乙烯基芳香族单体的实例包含苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、乙烯基-甲苯、对叔丁基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、氯-苯乙烯、乙烯基-均三甲苯、二乙烯基苯、乙烯基萘、来自C9馏分(或更一般地说，来自C8到C10馏分)的任何乙烯基-芳香族单体。包含乙烯基-芳香族共聚物的特定实施例在共聚物中包含少数乙烯基-芳香族单体，其以摩尔分数表示。
特定实施例包含(D)CPD均聚物树脂、(D)CPD/苯乙烯共聚物树脂、聚柠檬烯树脂、柠檬烯/苯乙烯共聚物树脂、柠檬烯/D(CPD)共聚物树脂、C5馏分/苯乙烯共聚物树脂、C5馏分/C9馏分共聚物树脂以及其混合物作为塑化烃树脂。
包含适用于本发明的萜烯树脂的市售塑化树脂包含由特拉华州威明顿市的赫克力士公司(Hercules Inc.of Wilmington,DE)以名称Resin R2495出售的聚α蒎烯树脂。树脂R2495的分子量为约932，软化点为约135℃，并且玻璃转变温度为约91℃。可用于本发明的另一种市售产品包含由法国DRT公司出售的DERCOLYTE L120。DERCOLYTE L120多萜-柠檬烯树脂的数均分子量为约625，重均分子量为约1010，Ip为约1.6，软化点为约119℃，并且玻璃转变温度为约72℃。可用于本发明的再另一种市售萜烯树脂包含由佛罗里达州杰克逊维尔市的亚利桑那化学公司(Arizona Chemical Company of Jacksonville,FL)出售的SYLVARES TR 7125和/或SYLVARES TR 5147聚柠檬烯树脂。SYLVARES 7125聚柠檬烯树脂的分子量为约1090，软化点为约125℃，并且玻璃转变温度为约73℃，而SYLVARES TR 5147的分子量为约945，软化点为约120℃，并且玻璃转变温度为约71℃。
其它合适的市售塑化烃树脂包含C5馏分/乙烯基-芳香族苯乙烯共聚物，尤其以名称SUPER NEVTAC 78、SUPER NEVTAC 85和SUPER NEVTAC 99来自内维尔化学公司(NevilleChemical Company)；以名称WINGTACK EXTRA来自固特异化学公司(Goodyear Chemicals)；以名称HIKOREZ T1095和HIKOREZ T1100来自科隆公司(Kolon)；以及以名称ESCOREZ 2101和ECR 373来自埃克森公司(Exxon)的C5馏分/苯乙烯或C5馏分/C9馏分。
为市售柠檬烯/苯乙烯共聚物树脂的又其它合适的塑化烃树脂包含来自法国DRT公司的DERCOLYTE TS 105；和以名称ZT115LT和ZT5100来自亚利桑那化学公司的产品。
可注意到，塑化树脂的玻璃转变温度可通过差示扫描热量测定(DCS)根据ASTMD3418(1999)测量。在特定实施例中，可用的树脂的玻璃转变温度可为至少25℃，或替代地至少40℃，或至少60℃，或在25℃与95℃之间，在40℃与85℃之间或在60℃与80℃之间。
可用于本发明的任何特定实施例的塑化烃树脂的量取决于特定情形及期望结果且可以在15phr与60phr之间或替代地20phr与50phr之间或20phr与45phr之间的量存在。如上所指出，由于塑化液体和塑化烃树脂两者均包含于塑化系统中，所以如下所述调节两种类型的塑化剂的量以获得胎面的期望物理特性以改善耐久性和制动性质两者。
调节塑化系统的量以提供玻璃转变温度在-30℃与-15℃之间或替代地在-25℃与-15℃之间及在60℃下的动态模量G*在0.9MPa与1.15MPa之间或替代地在0.95MPa与1.15MPa之间或0.95MPa与1.07MPa之间的橡胶组合物，两者均根据ASTM D5992-96测量。同样，可调节液体塑化剂的量与塑化树脂的量的比率以实现橡胶组合物的期望物理性质，使得在将官能化SBR在如本文中所公开的橡胶组合物中用作大部分弹性体时，实现干式牵引-雪地牵引折衷的出人意料的打破。举例来说，此类比率可在0.2与2.2之间或替代地0.2与2之间的范围内。
本文所公开的橡胶组合物进一步包含二氧化硅的增强填充剂。所属领域中已知的适用二氧化硅增强填充剂包含烟雾状、沉淀和/或高度可分散的二氧化硅(称为“HD”型二氧化硅)。高度可分散二氧化硅的实例包含例如来自德固赛(Degussa)的超硅(Ultrasil)7000和超硅7005；来自罗地亚(Rhodia)的二氧化硅Zeosil 1165MP、1135MP和1115MP；来自PPG公司的二氧化硅Hi-Sil EZ150G；以及来自胡贝尔公司(Huber)的二氧化硅Zeopol 8715、8745和8755。在特定实施例中，二氧化硅的BET表面积可以在例如60m2/g与250m2/g之间，或替代地在80m2/g与230m2/g之间。二氧化硅填充剂可以60phr与125phr之间或替代地70phr与120phr之间、80phr与110phr之间或85phr与110phr之间的数量添加到橡胶组合物。
在本发明的特定实施例中，排除其它增强填充剂以使得例如不使用或几乎不使用碳黑(<10phr或<5phr)。
为使二氧化硅填充剂与二烯弹性体偶合，至少双官能性的偶合剂在无机增强填充剂与二烯弹性体之间提供足够化学和/或物理连接。所述偶合剂的实例包含双官能有机硅烷或聚有机硅氧烷。所述偶合剂和其用途在所属领域中是众所周知的。如所已知，偶合剂可以任选地预先接枝到二烯弹性体上或无机增强填充剂上。否则，其可以其游离或非接枝状态混合到橡胶组合物中。一种适用的偶合剂是X 50-S，即Si69(活性成分)和N330碳黑以重量计的50-50掺合物(可购自赢创德固赛公司(Evonik Degussa))。
在本文所公开的橡胶组合物中，偶合剂的含量可例如在2phr与15phr之间或替代地6phr与12phr之间的范围内。
本文中所公开的橡胶组合物可用任何合适的固化系统固化，包含过氧化物固化系统或硫固化系统。特定实施例用硫固化系统固化，所述硫固化系统包含游离硫，并且可以进一步包含例如促进剂、硬脂酸以及氧化锌中的一种或多种。合适的游离硫包含例如经粉碎的硫、橡胶制造商的硫、市售硫以及不溶性硫。在本文所公开的橡胶组合物的特定实施例中，包含在橡胶组合物中的游离硫的量可例如在0.5phr与6phr之间的范围内。特定实施例可以不包含添加在固化系统中的游离硫，而是包含硫供体。
促进剂用于控制硫化所需的时间和/或温度并改善固化橡胶组合物的性质。本发明的特定实施例包含一种或多种促进剂。适用于本发明的合适的第一促进剂的一个实例是亚磺酰胺。合适的亚磺酰胺促进剂的实例包含正环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺(CBS)、N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰胺(TBBS)、N-氧基二乙基-2-苯并噻唑亚磺酰胺(MBS)以及N'-二环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺(DCBS)。促进剂的组合通常适用于改善固化橡胶组合物的性质，并且特定实施例包含添加第二促进剂。
特定实施例可以包含使用中速促进剂作为第二促进剂，例如二苯基胍(DPG)、三苯基胍(TPG)、二邻甲苯基胍(DOTG)、邻甲苯基双胍(OTBG)或六亚甲基四胺(HMTA)。所述促进剂可以例如至多4phr、在0.5phr与4phr之间、在0.5phr与3phr之间或在1phr与2phr之间的量添加。特定实施例可以不包含使用快速促进剂和/或超快速促进剂，例如快速促进剂：二硫化物和苯并噻唑；以及超促进剂：福美双(thiuram)、黄原酸酯、二硫代胺基甲酸酯以及二硫代磷酸酯。
如所属领域中已知，其它添加剂可添加到本文所公开的橡胶组合物中。此类添加剂可包含例如以下添加剂中的一些或全部：抗降解剂、抗氧化剂、脂肪酸、蜡、硬脂酸以及氧化锌。抗降解剂和抗氧化剂的实例包含6PPD、77PD、IPPD和TMQ，并且可以例如0.5phr到5phr的量添加到橡胶组合物中。氧化锌可以例如1phr与6phr之间，或替代地1.5phr与4phr之间的量添加。蜡可以例如1phr和5phr之间的量添加。
作为本发明实施例的橡胶组合物可在合适的混合器中以所属领域的一般技术人员已知的方式通常使用两个连续制备阶段生产，第一阶段是在高温下的热机械操作，接着第二阶段是在较低温度下的机械操作。
第一阶段热机械操作(有时称为“非生产”阶段)旨在通过捏合充分混合组合物的各种成分，但硫化系统除外。在例如内部混合器或挤压机的合适捏合装置中进行所述操作，直到在机械操作与施加于混合物的高剪切的作用下达到通常在120℃与190℃之间的最高温度为止。
在冷却混合物之后，在较低温度下实施第二阶段机械操作。有时被称作“生产”阶段，这种精加工阶段由通过在合适的装置(例如敞开式研磨机)中混合硫化(或交联)系统(硫或其它硫化剂和促进剂)来并入组成。其执行持续适当时间(通常例如在1分钟与30分钟之间)并且在低于混合物硫化温度的足够低的温度下执行，以防止过早硫化。
所述橡胶组合物可形成为适用于客车及/或轻型卡车的轮胎的胎面。胎面可以胎面带形式形成，接着随后制造轮胎的一部分，或其直接在轮胎胎体上通过例如挤压接着在模具中固化形成。因此，胎面带可在置于轮胎胎体上之前固化，或其在置于轮胎胎体上之后固化。通常，轮胎胎面以已知方式在模具中固化，即将胎面要素模制成胎面，包含例如将凹槽、花纹条和/或花纹块模制成胎面。
本发明由以下实例进一步说明，所述实例仅被视为说明性的，并且不以任何方式对本发明进行限定。下文为对在以下实例中所使用的测试工序的描述。
伸长模量(MPa)是基于ASTM标准D412在10％(MA10)下在23℃的温度下对哑铃测试片进行测量。测量在第二伸长中；即，在调节周期之后进行。基于测试片的原始横截面，这些测量值是以MPa为单位的正割模量。
通过根据ASTM F1805测试方法测量雪地中单驱动测试轮胎上的力来评估雪所覆盖的地面上的雪地抓地力(％)。车辆以恒定的5mph速度行进并且在单一测试轮胎上在目标滑度下测量力。大于标准参考测试轮胎(SRTT)值(其任意地设定成100)的值指示改善的结果，即，改善的雪地上抓地力。
安装在装配有ABS制动系统的机动车上的轮胎的干式抓地力性能(％)是通过测定在干燥沥青表面上突然制动时从60mph到完全停止所必需的距离来测量。大于对照值(其任意地设定成100)的值指示改善的结果，即，较短制动距离和改善的干式抓地力。
在23℃下在麦特韦伯公司(Metravib)VA400型粘弹分析仪测试系统上根据ASTMD5992-96测量橡胶组合物的最大tanδ动态性质。硫化材料的样品(双剪切力几何结构，其中两个10mm直径圆柱形样品中的每一者厚度为2mm)的反应记录为使其在10Hz的频率下在23℃的控制温度下经受交替单一正弦剪切应力。以0.05到50％(向外循环)接着50％到0.05％(返回循环)的变形振幅进行扫描。在返回循环期间测定损耗角tanδ的正切的最大值(最大tanδ)。
在麦特韦伯(Metravib)公司VA400型粘弹分析仪测试系统上根据ASTM D5992-96测量橡胶组合物的动态性质(Tg和G*)。将硫化材料的样品的响应(双剪切几何形状，其中两个10mm直径圆柱形样品中的每一者均为2mm厚)记录为在温度以1.5℃/min的速率提高的情况下在从-60℃到100℃的温度扫描内在10Hz的频率下其经受恒定0.7MPa的交替单个正弦剪切应力。在60℃下捕获剪切模量G*且将出现最大tanδ时的温度记录为玻璃转变温度Tg。
实例1
使用表1中所示的组分制备橡胶组合物。表1中所示的组成橡胶组合物的每种组分的量以按重量计每百份橡胶中的份数(phr)为单位提供。通过胺基官能化fSBR及树脂为C5C9树脂；硅烷偶合剂为Si69，塑化油为AGRI-PURE 80；碳黑为N234及二氧化硅为Zeosil 1165。
橡胶配制物通过在25与65RPM之间操作的班伯里混合器(Banbury mixer)中混合表1中除硫和促进剂以外的所给组分，直到达到130℃与170℃之间的温度为止来制备。在第二阶段中将促进剂及硫添加到研磨机上且接着实现硫化。接着测试所述配制物以测量其物理性质，所述物理性质也在表1中报告。
表1-橡胶配制物和物理性质
配制物 W1 F1 F2 F3 F4 F5 F6
BR 36 20 25 25 25 25 46
SBR 64
fSBR 80 75 75 75 75 54
二氧化硅 100 100 120 117 120 106 100
碳黑 10 6.56 6.56 6.56 6.56 6.56 6.56
塑化油 27.4 15.4 28.9 43.1 38.8 29.5 8.3
树脂 21 41.3 41.3 22.5 29 30.9 47
硅烷偶合剂 7.6 8.5 10.2 10.0 10.2 9.0 8
添加剂 3.6 4.3 5.8 5.7 5.8 5.7 4.3
固化包 9.1 8.6 8.7 8.7 8.7 8.7 8.5
物理性质
在23℃下的MA10(MPa) 6.1 5.5 6.2 5.8 6.4 5.4 6.4
在60℃下的模量G* 1.14 1.05 0.98 0.98 1.05 1.04 1.15
在23℃下的最大Tanδ 0.38 0.36 0.39 0.35 0.38 0.35 0.42
Tg，℃ -20.9 -16.9 -20.8 -29.5 -27.4 -26.4 -16.8
实例2
使用橡胶组合物W1及F6构建轮胎。具有由W1形成的胎面的一个比较轮胎C1具有8.2mm的胎面厚度及具有9mm的平均肩部胎面花纹块长度及平均中心胎面花纹块长度。由F6形成的创造性的轮胎T1具有7mm的胎面厚度及具有16mm的平均肩部胎面花纹块长度及8.2mm的平均中心胎面花纹块长度。不存在横向凹槽及胎纹沟槽是完整深度，即，达到耐磨棒的深度。构建结构上具创造性但由参考材料制成的第二比较轮胎T2。根据上文提供的工序安装及测试轮胎。在表2中提供结果。
表2-轮胎结果
C1 T1 C2
雪地牵引 100 109 104
干式牵引 100 106 103
可以看出，本文中经构建具有根据本发明的结构及材料两者的轮胎T1具有优于比较轮胎的明显改进的雪地及干式牵引。
如在本文的权利要求书和说明书中所使用的术语“包括”、“包含”和“具有”应被视为指示可以包含未指定的其它要素的开放群组。如在本文的权利要求书和说明书中所用，术语“基本上由……组成”应被视为指示可包含未指定的其它要素的部分开放群组，只要那些其它要素并不显著地更改所要求的发明的基本和新颖特征。术语“一”和词的单数形式应理解为包含相同词的复数形式，以使得所述术语意味着提供一个或多个某物。术语“至少一个”和“一个或多个”可互换使用。术语“一个”或“单个”应用于指示预期为一个并且仅一个某物。类似地，其它具体整数值(如“两个”)在预期具体数目的事物时使用。术语“优选地”、“优选”、“偏好”、“任选地”、“可”以及类似术语用于指示所提及的事项、条件或步骤是本发明的任选(非必需)特征。描述为“在a与b之间”的范围包含“a”和“b”的值。
由前述描述应理解，可在不脱离本发明真正精神的情况下对本发明的实施例进行各种修改和变化。仅出于说明的目的提供前述描述，并且不应以限制意义对其加以解释。仅应由以下权利要求书的语言限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种界定横向及纵向方向的轮胎胎面，所述胎面包括：
由肩部纵向凹槽分离的中心部分与肩部部分；
通过由横向中心胎纹沟槽组成的中心横向元件或由横向中心胎纹沟槽及横向凹槽组成的中心横向元件形成的位于所述中心部分中的多个中心胎面花纹块，其中所述横向凹槽数目不超过所述中心横向元件总数的10％；
通过由横向肩部胎纹沟槽组成的肩部横向元件或由横向肩部胎纹沟槽及横向凹槽组成的肩部横向元件形成的位于所述肩部部分中的多个肩部胎面花纹块，其中所述横向凹槽数目不超过所述肩部横向元件总数的35％，所述中心及肩部胎面花纹块围绕所述胎面周向安置，所述中心胎面花纹块具有在6.5mm与10mm之间的平均中心胎面花纹块长度，且所述肩部胎面花纹块具有在10mm与20mm之间的平均肩部胎面花纹块长度；
其中所述胎面在所述中心部分中具有在6.5mm与7.7mm之间的胎面厚度且至少部分地由基于可交联橡胶组合物的橡胶组合物形成，所述可交联橡胶组合物每一百重量份的橡胶(phr)包括：
选自在50phr与100phr之间的官能化苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)及在0phr与50phr之间的聚丁二烯橡胶的100phr的橡胶，其中所述官能化SBR包含作为活性部分附着的官能团；
包括具有至少25℃的玻璃转变温度(Tg)的塑化树脂及塑化液体的塑化系统，其中以有效量添加所述塑化系统以提供具有在-30℃与-15℃之间的玻璃转变温度及具有在0.9MPa与1.15MPa之间的60℃下的动态模量G*的所述橡胶组合物；
在95phr与125phr之间的二氧化硅填充剂；以及
硫固化系统。
2.根据权利要求1所述的胎面，其中所述100phr的橡胶选自在50phr与85phr之间的所述官能化苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)及在15phr与50phr之间的所述聚丁二烯橡胶。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的胎面，其中所述胎面完全由所述橡胶组合物形成。
4.根据权利要求1或2所述的胎面，其中在所述胎面的所述中心部分中不存在横向凹槽。
5.根据权利要求1或2所述的胎面，其中在所述胎面的所述肩部部分中不存在横向凹槽。
6.根据权利要求1或2所述的胎面，其中位于所述中心部分中的所述横向胎纹沟槽的至少80％跨越其整个横向长度延伸到耐磨棒深度的至少90％的深度。
7.根据权利要求6所述的胎面，其中位于所述中心部分中的所述横向胎纹沟槽的至少80％跨越其整个横向长度延伸到耐磨棒深度的至少100％的深度。
8.根据权利要求1或2所述的胎面，其中位于所述肩部部分中的所述横向胎纹沟槽的至少80％跨越其整个横向长度延伸到耐磨棒深度的至少90％的深度。
9.根据权利要求8所述的胎面，其中位于所述肩部部分中的所述横向胎纹沟槽的至少80％跨越其整个横向长度延伸到耐磨棒深度的至少100％的深度。
10.根据权利要求1或2所述的胎面，其中位于所述肩部部分及所述中心部分两者中的所述横向胎纹沟槽的至少90％跨越其整个长度延伸到所述纵向凹槽的底部的至少90％的深度。
11.根据权利要求1或2所述的胎面，其中所述胎面厚度在6.5mm与7.3mm之间。
12.根据权利要求1或2所述的胎面，其中所述平均中心胎面花纹块长度在6.8mm与9mm之间。
13.根据权利要求1或2所述的胎面，其中所述平均肩部胎面花纹块长度在11mm与19mm之间。
14.根据权利要求1或2所述的胎面，其中所述横向中心胎纹沟槽与横向以高达45度的角度安置。
15.根据权利要求14所述的胎面，其中所述横向中心胎纹沟槽与横向以在30度与45度之间的角度安置。
16.根据权利要求15所述的胎面，其中所述横向中心胎纹沟槽与横向以在35度与40度之间的角度安置。
17.根据权利要求1或2所述的胎面，其中所述中心横向胎纹沟槽、所述肩部横向胎纹沟槽或其组合的至少一部分具有朝向轮胎触地面的倒角开口。
18.根据权利要求1或2所述的胎面，其中所述官能化SBR具有在30wt％与70wt％之间的反式-1,4含量。
19.根据权利要求1或2所述的胎面，其中所述官能团选自胺基部分、硅烷醇部分、烷氧基硅烷部分、羧基部分、聚醚部分或其组合。
20.根据权利要求1或2所述的胎面，其中所述橡胶组合物在60℃下的所述动态模量G*在0.95MPa与1.07MPa之间。
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