CN109715412A - 具有用于轮胎胎面的低撕裂基础化合物的充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了充气轮胎，所述充气轮胎具有胎面，所述胎面含有径向向内延伸至胎面部分的一个或多个层中的多个花纹槽，所述充气轮胎被描述为具有改进的花纹槽抗撕裂性。增强轮胎胎面中的花纹槽的闭合端处或附近的花纹槽抗撕裂性可提高轮胎在操作期间和整个使用寿命期间的性能。与花纹槽或其终止端部分接触的胎面部分的一个或多个层的橡胶组合物含有滑石以增加在操作期间花纹槽的末端部分处或附近的抗撕裂性。

Description

具有用于轮胎胎面的低撕裂基础化合物的充气轮胎
技术领域
本公开涉及具有轮胎胎面部分和在胎面上从胎面的外表面径向向内延伸的多个花纹槽的充气轮胎，并且更具体地涉及具有暴露于胎面部分中的橡胶组合物的花纹槽的充气轮胎，其中所述橡胶组合物包含片状型填料以增强花纹槽的撕裂强度。
背景技术
轮胎胎面的花纹槽长期以来被认为是改善轮胎的雪地牵引力、湿地牵引力、冰上制动和胎面磨损性能的方法。花纹槽的一个缺点是在花纹槽元件的表面上形成可易引发开裂和撕裂的区域。当花纹槽在操作期间暴露于集中的应力时，花纹槽的多个部分可产生撕裂。随着撕裂的增长，撕裂可导致带花纹槽的胎面元件从胎面撕开。
花纹槽撕裂通常可在花纹槽的基部处或附近发展。为了防止带花纹槽的胎面元件撕开，一种方法是调整花纹槽的图案和尺寸。可减小花纹槽的深度以防止将撕裂深度发展到轮胎的胎面部分中。虽然花纹槽深度的控制可解决撕裂的频率和位置，但是花纹槽深度的减小具有减少花纹槽在轮胎寿命方面的益处的缺点。将花纹槽切割至小于所使用的胎面部分的深度将使胎面寿命的稍后部分在胎面表面上没有花纹槽。具有在轮胎的地面接触表面上存在的花纹槽的胎面寿命量减少可降低轮胎性能。
本公开的目的是克服与现有技术相关的一种或多种困难。具有改善的花纹槽抗撕裂性的轮胎可具有较长的使用寿命，并且增大花纹槽深度的能力可延长在地面接触表面上具有花纹槽的胎面的使用。已发现在橡胶组合物中添加滑石增大了对轮胎胎面的花纹槽边缘撕裂的抗性，这可导致受益于地面接触表面上的花纹槽的轮胎的更长使用寿命。本公开还涉及具有掺入滑石的基础化合物的胎面，所述滑石延伸到更易于撕裂的区域中。以这种方式，具有花纹槽设计的轮胎胎面提供了增强的花纹槽抗撕裂性，而不会负面影响轮胎胎面磨损性能。此外，花纹槽图案设计连同橡胶胎面基础化合物中的滑石掺入可使得能够以潜在成本降低使用合成橡胶代替天然橡胶来生产符合Smartway要求的预固化胎面。
在一个示例中，本公开描述了轮胎胎面，所述轮胎胎面具有从外表面径向向内延伸以接触或延伸到胎面基底层或胎面垫层中的花纹槽，其中所述胎面基底层或垫层由包含滑石的橡胶组合物制成以增强花纹槽撕裂强度。
发明内容
在第一方面，存在包括胎面部分的充气轮胎，所述胎面部分具有胎面冠层和胎面基底层；所述胎面冠层具有地面接触表面，并且所述胎面冠层由胎面冠组合物构成，所述胎面冠组合物含有100份的至少一种基于二烯的弹性体和基于100重量份的弹性体小于0.5重量份的片状型填料(例如，滑石)；所述胎面基底层在胎面冠层下面，并且所述胎面基底层由胎面基底组合物组成，所述胎面基底组合物含有100份的至少一种基于二烯的弹性体和片状型填料(例如，滑石)，所述胎面基底组合物中的滑石基于胎面基底组合物中100重量份的所述弹性体而以0.5至20重量份的范围存在。所述片状型填料选自由以下项组成的组：滑石、粘土、云母、石墨烯或它们的组合。
在方面1的一个示例中，胎面部分还可具有在胎面基底层下面的胎面垫层，并且所述胎面垫层由胎面垫组合物构成。
在方面1的另一示例中，胎面冠层与胎面基底层直接接触。
在方面1的另一示例中，胎面基底层与胎面垫层直接接触。
在方面1的另一示例中，胎面基底层与定位在胎面部分中的花纹槽接触。花纹槽可以具有开放端和闭合端。
在方面1的另一示例中，花纹槽从胎面冠层的地面接触表面延伸并进入胎面基底层。花纹槽可以具有与胎面冠层的地面接触表面齐平的开放端。
在方面1的另一示例中，花纹槽具有闭合终止端，所述闭合终止端与胎面基底层接触。
在方面1的另一示例中，花纹槽的闭合终止端延伸到胎面基底层中。
在方面1的另一示例中，花纹槽终止于胎面基底层中。
在方面1的另一示例中，胎面垫层与定位在胎面部分中的花纹槽接触。
在方面1的另一示例中，花纹槽具有闭合终止端，所述闭合终止端与胎面垫层接触。
在方面1的另一示例中，花纹槽终止于胎面垫层中。
在方面1的另一示例中，胎面垫组合物包含100重量份的至少一种基于二烯的弹性体和滑石，所述胎面垫组合物中的滑石基于在所述胎面垫组合物中100重量份的所述弹性体而以0.5至20重量份的范围存在。
在方面1的另一示例中，胎面冠组合物基本上不含片状型填料，例如滑石。
在方面1的另一示例中，胎面垫组合物基本上不含片状型填料，例如滑石。
在方面1的另一示例中，胎面基底组合物中的滑石含量为基于100重量份的弹性体而在1至10重量份的范围内。
在方面1的另一示例中，胎面基中的滑石具有以下特性中的至少一种特性：平均粒径在1至10微米的范围内或表面积为5至20m2/g。
在方面1的另一示例中，胎面基底组合物还含有碳黑，所述碳黑基于100重量份的所述弹性体而在15至80重量份的范围内。
在方面1的另一示例中，胎面基底组合物中的基于二烯的弹性体含有基于100份弹性体，10至100重量份的苯乙烯丁二烯橡胶、10至100重量份的聚异戊二烯橡胶、5至75重量份的聚丁二烯橡胶，或1至100重量份的天然橡胶。
在方面1的另一示例中，胎面冠组合物还含有增强填料，并且所述增强填料包括炭黑或二氧化硅。
在方面1的另一示例中，胎面冠组合物中的增强填料为基于100重量份的弹性体而在25至125重量份的范围内。
第一方面可单独提供或者与以上讨论的第一方面的任意一个或多个示例组合提供。
在第二方面，存在包括胎面部分的充气轮胎，所述胎面部分具有地面接触表面和花纹槽，所述花纹槽具有开放端和闭合端，所述花纹槽从胎面部分的地面接触表面径向向内延伸；并且花纹槽的闭合端与橡胶组合物接触，所述橡胶组合物包含弹性体和滑石，所述橡胶组合物中的滑石基于所述橡胶组合物中100重量份的所述弹性体而以0.5至20重量份的范围存在。
在方面2的一个示例中，胎面部分具有胎面冠层和胎面基底层，所述胎面基底层由橡胶组合物构成。
在方面2的一个示例中，胎面部分还可具有胎面垫层。
在方面2的另一示例中，花纹槽接触胎面基底层。
在方面2的另一示例中，花纹槽延伸到胎面基底层中。
在方面2的另一示例中，花纹槽的闭合端终止于胎面基底层中。
在方面2的另一示例中，花纹槽接触胎面垫层。
在方面2的另一示例中，花纹槽的闭合端终止于胎面垫层中。
在方面2的另一示例中，胎面垫层由胎面垫组合物构成，所述胎面垫组合物含有100重量份的至少一种基于二烯的弹性体和滑石，所述胎面垫组合物中的滑石基于所述胎面垫组合物中的100份的所述弹性体而以0.5至20重量份的范围存在。
在方面2的另一个示例中，胎面冠层覆盖胎面基底层，并且胎面冠层含有少于0.5重量份的滑石。
在方面2的另一示例中，胎面冠层基本上不含滑石。
在方面2的另一示例中，胎面基底层覆盖胎面垫层，并且胎面垫层含有少于0.5重量份的滑石。
在方面2的另一示例中，胎面垫层基本上不含滑石。
在方面2的另一示例中，花纹槽是在固化过程期间在胎面部分上模制的。
在方面2的另一示例中，在固化后花纹槽切槽过程期间，将花纹槽切割到轮胎胎面部分中。
第二方面可单独提供或与上文讨论的第二方面的任意一个或多个示例或与第一方面的任意一个或多个示例组合提供。
在第三方面，存在包括胎面部分的充气轮胎，所述胎面部分具有地面接触表面和花纹槽，所述花纹槽具有开放端和闭合端，所述花纹槽从胎面部分的地面接触表面径向向内延伸；所述胎面部分包括具有地面接触表面的胎面冠层，并且所述胎面冠层由胎面冠组合物制成；并且花纹槽的闭合端与橡胶组合物接触，所述橡胶组合物包含弹性体和滑石，所述橡胶组合物中的滑石基于所述橡胶组合物中100重量份的所述弹性体而以0.5至20重量份的范围存在。
在方面3的一个示例中，所述片状型填料选自由以下项组成的组：滑石、粘土、云母、石墨烯或它们的组合。
在方面3的另一示例中，胎面部分还包括胎面基底层，所述胎面基底层由橡胶组合物制成。
在方面3的另一示例中，胎面部分还包括胎面垫层，所述胎面垫层由橡胶组合物制成。
第三方面可单独提供或与上文讨论的第三方面的任意一个或多个示例或与第一和第二方面的任意一个或多个示例组合提供。
包括附图以提供对本发明原理的进一步理解，并且附图被并入且构成本说明书的一部分。附图示出了一个或多个实施方案，并且与描述一起用于通过示例的方式解释本发明的原理和操作。应该理解的是，本说明书和附图中公开的各种特征可以任意和全部组合使用。作为非限制性示例，如本说明书中作为方面所阐述的，可将各种特征彼此组合。
附图说明
当参照附图阅读下面的详细描述时，上述描述和其它特征、方面和优点被更好地理解，其中：
图1为轮胎沿宽度方向的剖视图，示出了延伸到胎面基底层和胎面垫层中的花纹槽。
图2示出了剖视图，示出了轮胎胎面部分的一个示例，所述示例具有胎面冠层、胎面基底层和胎面垫层，其中在所述胎面部分中布置有多个不同深度的花纹槽。
具体实施方式
本文所述的术语仅用于描述实施方案，并且不应被解释成作为整体限制本发明。对“发明”的任何提及可指一个或多个而不一定是所有的由权利要求所定义的发明。
在本文中，当给出诸如5-25(或5至25)的范围时，这意味着优选至少或多于5，并且单独且独立地，优选不多于或少于25。在一个示例中，这样的范围独立地定义为至少5，并且单独且独立地不多于25。
除非另外指明，否则橡胶组合物中的成分的phr是指基于橡胶组合物中的100重量份的总弹性体，所述成分的重量份。在一个示例中，橡胶组合物具有5phr的片状型填料(例如，滑石)是指橡胶组合物基于100重量份的弹性体而具有5重量份的滑石。
轮胎胎面通常以形成胎面沟槽的花纹和提供胎面沟槽边缘的方式模制，所述胎面沟槽形成用于排水的空隙，所述胎面沟槽边缘用于给予轮胎在路面上的牵引力。沟槽通常宽和深到足以在轮胎磨穿胎面接触道路的部分时保持开放。往往最深的沟槽是在整个胎面部分中周向连续的沟槽，但可根据胎面花纹设计而为倾斜或侧向延伸的沟槽。
花纹槽是跨轮胎胎面表面切割或模制到轮胎胎面表面中的细沟槽或狭缝。花纹槽可以是狭窄的，例如，当轮胎在操作过程中旋转时，花纹槽可在轮胎的印痕或路面接触块(road contact patch)中闭合。花纹槽不与较宽的沟槽以相同的方式排水，而是花纹槽在轮胎花纹条或块状胎面元件中形成附加边缘。由花纹槽形成的附加边缘可改善大多数所有路况下的轮胎牵引性能，尤其是对于在积雪、结冰或潮湿路况下驾驶。花纹槽还可改善轮胎胎面磨损性能，例如减少轮胎胎面的不规则磨损。花纹槽切割可以进一步增加胎面的柔性并影响胎面接触地面的方式。例如，花纹槽还可降低轮胎摩擦热，从而降低操作期间的轮胎热积累，由此延长轮胎的寿命。
轮胎花纹槽切割的一个缺点是可能在花纹槽元件的表面上产生更易引发撕裂的区域，例如在终止于胎面部分中的花纹槽的基部或闭合端处。随着撕裂的增长，撕裂可导致带花纹槽的胎面元件从胎面撕开并损害轮胎性能。用于减少花纹槽撕裂的可能性的方法是减小花纹槽的深度，以防止将撕裂深度发展到轮胎胎面部分中。虽然花纹槽深度的控制可解决撕裂的频率和位置，但是花纹槽深度的减小具有减少花纹槽在轮胎寿命方面的益处的缺点。将花纹槽切割至小于可用的胎面部分的深度可使胎面寿命的稍后部分在胎面表面处没有花纹槽。具有在轮胎的地面接触表面上存在的花纹槽的胎面寿命量减少可降低轮胎性能。
本公开涉及通过以下方式来解决花纹槽撕裂问题：将止裂组分掺入到与更易撕裂的花纹槽区接触的橡胶组合物部分中，以减缓撕裂的传播。将片状型填料(例如滑石)掺入到橡胶组合物中可提供增加的对轮胎胎面部分中的花纹槽边缘撕裂的抗性。因为胎面磨损性能可随着片状型填料在胎面部分的地面接触部分中的掺入而恶化，所以片状型填料可选择性地掺入到胎面冠下方的一个或多个胎面部分层中。即，可将片状型填料掺入到与花纹槽的基部或闭合终止端接触的橡胶组合物中。例如，可将片状型填料掺入到胎面冠下方的一个或多个层中，例如胎面基底层、胎面垫层、或两者中。片状型填料可包括粘土、云母、滑石、石墨烯或它们的组合。片状型填料是非球形的，并且滑石为优选的片状型填料。
本公开公开了通过对与花纹槽接触的一种或多种橡胶组合物进行改性来增加花纹槽抗撕裂性的方法。优选地，改善花纹槽抗撕裂性而不损害胎面冠层的轮胎胎面磨损性能。在一个或多个实施方案中，使用具有相同或不同橡胶组合物的多个层的轮胎胎面构造来在花纹槽结构周围实现所需的抗撕裂特性。例如，如在图1和图2中所描绘的，轮胎的胎面部分可以由胎面冠层构成，所述胎面冠层由胎面冠组合物构成，所述胎面冠层具有用于在轮胎操作期间接触地面的表面。轮胎胎面部分还可包括胎面基底层，所述胎面基底层在胎面冠层下方并与胎面冠层直接接触。胎面基底层由胎面基底组合物构成，所述胎面基底组合物可不同于胎面冠组合物。轮胎胎面部分还可具有胎面垫层，所述胎面垫层在基底层下方并与胎面基底层直接接触。胎面垫层由胎面垫组合物构成，所述胎面垫组合物可具有与胎面基底组合物(如果存在的话)或胎面冠组合物不同或相同的橡胶组合物。
胎面部分的各层(例如，胎面的冠层、基底层和垫层)由含橡胶的组合物构成。构成胎面部分的各层的组合物可包含用于胎面橡胶的任何合适的聚合物，例如天然橡胶、合成橡胶或它们的组合。如本文所用，术语弹性体和橡胶将可互换使用。可用于本文所述组合物中的聚合物的示例包括但不限于天然橡胶、合成聚异戊二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-异戊二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶、丁二烯-异戊二烯-苯乙烯三元共聚物、丁二烯-异戊二烯橡胶、聚丁二烯、丁基橡胶、氯丁橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、硅橡胶、氟弹性体、乙烯丙烯酸橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯三元共聚物(EPDM)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、表氯醇橡胶、氯化聚乙烯-丙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氢化丁腈橡胶、四氟乙烯-丙烯橡胶以及它们的组合。在一个实施方案中，胎面橡胶组合物可仅包含天然橡胶。可以使用两种或更多种聚合物的混合物，例如，胎面橡胶组合物可以包括天然橡胶和合成橡胶(例如，苯乙烯-丁二烯橡胶或聚丁二烯橡胶)的混合物。
在一个或多个实施方案中，胎面部分的各层可包括具有10至100phr的苯乙烯-丁二烯橡胶、10至100phr的聚异戊二烯橡胶、5phr至75phr聚丁二烯橡胶，或0至100phr的天然橡胶的组合物。
可能需要使用天然橡胶来实现胎面冠层和胎面基底层的足够的花纹槽抗撕裂性。本公开还涉及这样的替代轮胎胎面部分构造和花纹槽深度设计，所述替代轮胎胎面部分构造和花纹槽深度设计用于增加合成橡胶的量，以完全或部分地替代用于胎面冠层和胎面基底层的天然橡胶并实现所需的花纹槽抗撕裂性。因此，在一个或多个实施方案中，胎面部分层可含有小于50phr、小于30phr、小于20phr、小于10phr、小于5phr或0phr的天然橡胶。
在一个或多个实施方案中，胎面部分的各层可包含具有一种或多种增强填料的组合物。填料可选自由以下项组成的组：炭黑、二氧化硅，以及它们的混合物。填料的总量可为1至200phr，或者5至125phr、10phr至100phr、30至80phr、40至75phr、或40至70phr。
炭黑(当存在时)可以1至200phr的量、5至100phr的量、15至90phr的量、或者30至80phr的量使用。合适的炭黑包括常用的、可商购获得的炭黑，但表面积为至少20m2/g，或优选地至少35m2/g以及更高的那些炭黑是优选的。其中可用的炭黑为炉黑、槽黑和灯黑。可使用两种或更多种炭黑的混合物。示例性的炭黑包括但不限于N-110、N-220、N-339、N-330、N-352、N-550、N-660，如由ASTM D-1765-82a所指定的。
可使用的增强二氧化硅填料的示例包括湿二氧化硅(水合硅酸)、干二氧化硅(无水硅酸)、经化学预处理的二氧化硅、硅酸钙等。在这些填充剂中，优选沉淀的无定形湿加工水合二氧化硅。二氧化硅可以在1至125phr的量、5至100phr的量、或30至80phr的量采用。可用的上限范围受该类型的填料所赋予的高粘度限制。可使用的可商购获得的二氧化硅中的一些二氧化硅包括但不限于由PPG Industries(Pittsburgh,Pa.)生产的HiSil 190、HiSil210、HiSil 215、HiSil 233、HiSil 243等。此外，还可从DeGussa Corporation(例如，VN2、VN3)、Solvay International Chemical Group(例如，Zeosil 1165MP0)和J.M.HuberCorporation购得多种可用的商业级的不同二氧化硅。
可以任选地处理或改性炭黑和/或二氧化硅的表面，以提高对特定类型聚合物的亲和力。此类表面处理和改性是本领域的技术人员所熟知的。
在一个或多个实施方案中，胎面部分的各层可包含具有0.1至10phr、1至7phr、或2至5phr的量的氧化锌的组合物。可加入胎面橡胶组合物中的其他成分包括但不限于油、蜡、焦烧抑制剂、增粘树脂、增强树脂、诸如硬脂酸之类的脂肪酸，以及胶溶剂。这些成分是本领域中已知的，并且可以基于所需的橡胶组合物的物理和机械特性而以适当的量加入。
也可将硫化剂和硫化促进剂加入胎面部分组合物中。合适的硫化剂和硫化促进剂是本领域中已知的，并且可基于所需的橡胶组合物的物理特性、机械特性和固化速率特性而以适当的量加入。硫化剂的示例包括硫和供硫化合物。在某些实施方案中，用于橡胶组合物中的硫化剂的量可为0.1至10phr，或1至5重量份/100phr。
在利用时，对具体的硫化促进剂没有特别限制。许多促进剂是本领域中已知的，并且包括但不限于二苯胍(DPG)、二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)、4,4'-二硫代二吗啉(DTDM)、二硫化四丁基秋兰姆(TBTD)、二硫化苯并噻唑(MBTS)、2-(吗啉代硫代)苯并噻唑(MBS)、N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺(TBBS)、N-环己基-2-苯并噻唑磺酰胺(CBS)，以及它们的混合物。
构成胎面部分的各层的一种或多种组合物可包括片状型填料(例如滑石)，以提高胎面部分中的花纹槽抗撕裂性。在胎面部分的橡胶组合物中可以使用任何合适的滑石或滑石等级。在一个实施方案中，胎面冠组合物可包括片状型填料。胎面冠组合物可具有少于0.5phr的片状型填料。在另一示例中，胎面冠组合物基本上不含片状型填料，或含有少于0.1phr或少于0.05phr的片状型填料。在另一示例中，胎面冠组合物不含有片状型填料，并且完全不含片状型填料。胎面冠优选不含片状型填料以提高胎面磨损和性能。
在另一实施方案中，胎面基底组合物可包含0.5至40phr、1至30phr、1至20phr、或1至10phr的片状型填料，诸如滑石。在胎面部分中的花纹槽终止于胎面基底层中或具有在所述胎面基底层中或接触所述胎面基底层的闭合端、或者替代地存在于或穿过所述胎面基底层时，胎面基底组合物优选含有至少1phr的片状型填料。在另一实施方案中，胎面垫组合物可包含0.5至40phr、1至30phr、1至20phr、或1至10phr的片状型填料。在胎面部分中的花纹槽终止于胎面垫层中或具有在所述胎面垫层中或接触所述胎面垫层的闭合端时，胎面垫组合物优选含有至少1phr的片状型填料。
即，轮胎的胎面部分中的花纹槽具有在胎面的表面处触碰地面的开放端，以及根本地向内延伸至胎面部分(例如，胎面基底层、胎面垫层或两者的组合)中的闭合端或终止端。花纹槽深度可被设计成将刀槽的闭合端延伸到胎面冠层以下，以允许花纹槽的闭合端接触胎面基底层、全部或部分地延伸至胎面基底层中并在所述胎面基底层中终止，或延伸穿过胎面基底层并接触胎面垫层，或全部或部分地延伸至胎面垫层中并在所述胎面垫层中终止。
在一个或多个实施方案中，胎面冠组合物可含有0phr的片状型填料，并且胎面基底组合物和/或胎面垫组合物可含有上述范围内的滑石，以及优选多于1phr的片状型填料。在一个示例中，胎面冠组合物不含滑石，并且胎面基底组合物和胎面垫组合物两者均含有上述范围内的滑石。在胎面基底组合物和胎面垫组合物含有片状型填料的情况下，每种组合物中的片状型填料负载可为相同的。在另一示例中，胎面冠组合物和胎面基底组合物可含有少于0.5phr的片状型填料或不含片状型填料，并且胎面垫组合物可含有在上述范围内的片状型填料。在该示例中，优选的是一个或多个刀槽花纹终止于胎面垫层中或接触胎面垫层。
在一个或多个实施方案中，花纹槽的闭合端可经倒圆，以使得花纹槽终止于各层的界面处或附近，所述界面为诸如胎面冠层与胎面基底层的界面或胎面基底层与胎面垫层的界面。终止于两个层的界面处的花纹槽可定位为使得终止端接触所述界面处的两个层。与花纹槽的终止端接触的层，或者替代地在终止端正上方的花纹槽的开放区域，优选地含有高于1phr或在上述范围内的片状型填料。在一个示例中，与花纹槽的终止端或所述终止端附近的花纹槽部分接触的各层可以具有相同的片状填料负载，以增强橡胶层的抗撕裂性，从而减少操作期间的花纹槽撕裂。
在一个或多个实施方案中，选择滑石作为用于接触或靠近花纹槽闭合端的橡胶组合物的片状型填料。在橡胶组合物中使用的滑石优选为片状或板状型的滑石并且可以具有以下特性中的一种或多种特性。滑石可具有在4至7、或5至6.5、或5.5至6.25的范围内的黑格曼细度。滑石的中值粒度可在1至10微米、1.5至8微米、2至6微米的范围内、或2.5、3、3.5、4、4.5或5微米。在另一示例中，滑石的表面积可以在5至20m2/g、或8至18m2/g、或10至15m2/g的范围内，或为11、12、13、或14m2/g。在另一示例中，滑石的松散堆积密度可在5至15lbs/ft3、或6至12lbs/ft3的范围内，或为7、8、9、10或11lbs/ft3。
在另一实施方案中，包含在胎面部分的橡胶组合物中的滑石可包括表面改性的滑石。滑石和聚合物基体由于滑石的亲水性质和聚合物基体的疏水性质而具有低相容性。该低相容性可降低滑石在橡胶基体中的分散，并且导致在滑石与聚合物基体之间存在弱附着力。聚合物基体与滑石之间的相容性可通过对滑石表面的改性来改善，使得滑石可物理或化学地与聚合物基体相互作用，从而进一步改善橡胶组合物中的滑石分散并增强聚合物/滑石相互作用。
在一个示例中，可使用偶联剂和/或增容剂、或通过使用官能化聚合物来对滑石表面进行改性。滑石的表面改性可通过以下方式来实现：用不同的偶联剂和/或增容剂对滑石进行预处理，然后将所述滑石混合到橡胶组合物中；或者通过优选在相同的非生产性混合阶段将滑石和偶联剂两者加入到混合器中而在混合期间对滑石进行原位处理。
用于滑石表面改性的偶联剂可以是硅烷偶联剂，包括但不限于双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、(3-巯丙基)三乙氧基硅烷，或(3-巯丙基)三甲氧基硅烷。不同硅烷偶联剂的化学结构如以下方案1所示。硅烷偶联剂的一个部分，即乙氧基硅烷或甲氧基硅烷，可以与滑石表面化学地反应并形成化学键。硅烷偶联剂的另一部分，即聚硫基团或巯基基团，可在轮胎固化过程期间轻易地与橡胶基体反应。
方案1
a.(a)
b.(b)
c.(c)
d.(d)
方案1.用于滑石的硅烷偶联剂的化学结构的示意性表示：(a)双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物；(b)双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物；(c)(3-巯丙基)三乙氧基硅烷；和(d)(3-巯丙基)三甲氧基硅烷。
其他偶联剂可包括但不限于钛酸酯偶联剂，诸如(OC-6-22)-三[2-[(2-氨基乙基)氨基]乙醇根合-O][2,2-双[(2-丙烯氧基)甲基]-1-丁醇根合-O,O',O”]钛；聚氧乙烯乙二醇；乙酰氧基偶联剂，诸如乙酸酐；和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷。化学结构示出于以下方案2中。这些偶联剂可与滑石物理相互作用，并改善滑石与聚合物基体的相容性，从而改善滑石分散并增强聚合物与滑石的相互作用。
方案2
a.(a)
(b)
(c)
(d)
方案2.用于滑石的不同偶联剂的化学结构的表示：(a)(OC-6-22)-三[2-[(2-氨基乙基)氨基]乙醇根合-O][2,2-双[(2-丙烯氧基)甲基]-1-丁醇根合-O,O',O”]钛；(b)聚氧乙烯乙二醇；(c)乙酸酐；和(d)(3-氨丙基)三乙氧基硅烷。
可在胎面部分的橡胶组合物中使用官能化聚合物来改善滑石分散并增强聚合物与滑石的相互作用。官能化聚合物可包括但不限于官能化溶液苯乙烯丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶和聚丁二烯橡胶。在聚合过程中使用官能引发剂或官能终止剂时，官能化聚合物可以每条链具有一个末端官能团。可以使用官能引发剂和官能终止剂两者在官能化聚合物的两个链末端处进行双官能化。在聚合阶段或聚合后阶段期间使用链内官能化方法时，官能化聚合物可以每条链含有多于两个官能团。聚合物链上的这些官能团包括但不限于乙氧基硅烷或甲氧基硅烷末端或链内官能团。官能团可与滑石表面物理地或化学地反应，并增加聚合物与滑石之间的相容性。
在一个示例中，对于天然橡胶和聚异戊二烯橡胶，官能化可包括环氧化。环氧化天然橡胶和聚异戊二烯橡胶由于它们的物理相互作用而与滑石表面具有较高的相容性。商业等级的环氧化天然橡胶的示例包括但不限于购自Sanyo Corporation、Malaysian RubberBoard和其他供应商的Epoxyprene 25、Epoxyprene 50、ENR-25、ENR-50和ENR-75。
在另一实施方案中，可用于滑石橡胶组合物的官能化溶液苯乙烯丁二烯橡胶的示例可选自由可商购获得的聚合物组成的组，所述可商购获得的聚合物包括但不限于购自Trinseo的SPRINTAN SLR系列(诸如SPRINTAN SLR 4601、SLR 4602、SLR 4633)和P6204M；购自JSR Corporation的JSR HPR350和JSR HPR840；购自Zeon的Nipol NS 612和NS 616(NS460、NS 522)；购自Kumho Petrochemical的umho SOL-5270H和SOL-5270S；以及购自Lanxess的FX3234-2HM和PBR4078。还可从LG Chem、Sumitomo、Sinopec、CNPC Petrochina、Asahi Kasei Chemicals购得多种可用的商业级的不同官能化苯乙烯丁二烯橡胶。
形成轮胎的胎面部分的组合物，例如胎面冠橡胶组合物、胎面基底橡胶组合物和胎面垫橡胶组合物，可通过以下方式来形成：通过本领域中已知的方法将成分混合在一起，例如在班伯里密炼机中将成分捏合在一起。例如，可在至少两个混合阶段混合胎面橡胶组合物。第一阶段可以是不加入硫化剂或硫化促进剂的混合阶段，通常被本领域的技术人员称为非生产性混合阶段。在某些实施方案中，可使用多于一个非生产性混合阶段。最终阶段可以是加入硫化剂和硫化促进剂的混合阶段，通常被本领域的技术人员称为生产性混合阶段。非生产性混合阶段可在130℃至200℃或135℃至175℃的温度下进行。生产性混合阶段可以在低于硫化温度的温度下进行，以避免橡胶组合物的不希望的预固化。因此，生产性混合阶段的温度通常不应超过120℃，并且通常为40℃至120℃，或60℃至110℃，并且特别地为75℃至100℃。
根据本公开的充气轮胎的示例在图1和图2中示出。如图1所示，轮胎10可为车辆轮胎，诸如轿车子午线轮胎、卡车轮胎、越野轮胎和赛车轮胎，并且能够以本领域中常规的方式构造。轮胎10还可以包括用于飞机、工业车辆(例如，货车)、重型车辆、公共汽车、道路运输机械(例如，牵引车、拖车)、越野车辆、农业机械或施工机械、两轮车辆(例如，摩托车)，以及其他运输或搬运车辆。轮胎10包括轮胎胎体12、胎面部分14、侧壁组件16和束带结构或组件18，该束带结构或组件布置在胎面部分14与轮胎胎体12之间。如图1所示，仅描绘了轮胎10的一半，另一半与所描绘的一半相同。
束带组件18定位为周向地围绕轮胎胎体12的径向外表面并且在胎面14下方。束带组件18可以提供跨束带组件宽度的横向刚度，并减少滚动过程中胎面部分14从路面的抬起。在所示的实施方案中，束带组件18可包括一个或多个束带层片(belt plies)20、22。束带层片可包括增强部件，例如由非金属材料制成的帘线(cord)、线材或两者的组合。在某些实施方案中，增强部件可为不同的形式，例如一体帘线(单位帘线)、膜(例如，条或带)、可以扭绞在一起的多条帘线(例如，缆绳)或大致平行于彼此的多条帘布线(例如，一束帘线或纤维的组件)。
例如帘线之类的增强部件可以相对于轮胎10的圆周中间中心平面以任何所需角度定向，所述角度例如在18至26度的范围内。在轮胎中存在两个束带层片(例如，层片20、22)的实施方案中，增强部件可以定向为与分层在上面或下面的另一层处于相反方向上。所述一个或多个层片(例如，20、22)可为单个切割层，并且优选地不具有折叠的侧向边缘。
设置在束带隔离胶内的束带层片增强部件可以是非金属材料。例如，增强部件可包括玻璃纤维、芳纶、人造丝、聚酯、PEN、PET、PVA或它们的组合。
束带层片20、22可包括束带隔离胶(belt skim)。束带隔离胶可包围增强部件表面的一部分或整个增强部件，使得一个或多个增强部件被封入束带隔离胶中。束带隔离胶可与一个增强部件和/或多个增强部件直接接触。另选地，中间层或其他涂层可布置在一个增强部件和/或多个增强部件与束带隔离胶之间。束带隔离胶可以是层片宽度的层。
轮胎胎面部分14能够以新轮胎上的胎面的形式实践，或以用于翻修目的的胎面的形式实践。轮胎胎面部分14具有胎面冠层1和胎面基底层2，并且其还可含有如图1和图2所示的胎面垫层3。胎面冠层1为胎面部分14的最外径向部件，并且含有地面接触表面。胎面冠层1覆盖胎面基底层2并直接接触该胎面基底层。胎面冠层1被示出为具有至少两个沟槽8，所述至少两个沟槽朝着胎面基底层2径向向内延伸。如图所示，胎面冠层1的沟槽8的基部不接触胎面基底层2或不延伸至该胎面底层中。胎面冠层1的胎面设计为具有定位为与沟槽8相邻的一个或多个花纹条9，其中花纹条9形成沟槽8的侧壁。
花纹槽4、5、7在图1中示出为处于胎面部分14中的不同深度和位置处。花纹槽4、5、7具有面向胎面冠层1的地面接触表面的开放端，以及定位为径向向内的闭合端或终止端。花纹槽4从层1的地面接触表面延伸并且以闭合端终止于层1与层2的界面处，因此，花纹槽4的闭合端在其与层1的界面处接触胎面基底层2的径向最外表面。花纹槽5从层1的地面接触表面延伸并且以闭合端终止于胎面基底层2内。花纹槽7从层1的地面接触表面延伸，完全通过胎面基底层2，并且以闭合端终止于胎面垫层3内。虽然未示出，但是胎面部分14中的花纹槽可以终止于胎面冠层1中并且不渗入下面的区域，所述下面的区域为例如胎面基底层2或胎面垫层3。
图1还示出了这样的胎面部分14，所述胎面部分具有布置在胎面冠层1与胎面垫层3之间的胎面基底层2。如图所示，胎面基底层2沿其整个长度与层1、3两者直接接触。胎面基底层2可以，例如在翻修过程中，提供对冠层1的支撑。优选地，胎面基底层2形成中间层，使得冠层1不接触或基本上不接触胎面层3。在胎面基底层2下面是胎面垫层3，所述胎面垫层覆盖束带组件或束带隔离胶并接触所述束带组件或束带隔离胶。胎面基底层2和胎面垫层3可具有本领域中常规的厚度。
在图2中，胎面部分14的特征在于胎面冠层1中的周向延伸的花纹条9。根据胎面花纹设计，胎面部分14通常可具有二至九个周向延伸的花纹条，优选三至五个花纹条。如图所示，胎面部分14含有至少一个，并且通常两个或更多个沟槽8，所述沟槽限定附接花纹条9的侧向边缘。出于本文的目的，花纹条旨在表示胎面上的周向延伸的橡胶块或部分延伸的橡胶块，所述橡胶块由至少一个周向宽度的沟槽和第二个此类沟槽或胎面冠层1的侧向边缘限定。
如图2所示，胎面花纹条9含有一个或多个，或多个花纹槽4、5、6、7。花纹槽能够以直线、曲线或锯齿形方式在胎面花纹条上或胎面冠层1中周向地、横向地或以任何对角角度延伸。花纹槽可以全部具有相同的深度或为不同深度。花纹槽以常规宽度存在。如图2所示，花纹槽可处于接触胎面基底层2的深度处。例如，花纹槽4延伸至或部分地延伸至胎面基底层2中，并且其闭合端终止于层1与层2的界面处或附近，而花纹槽5完全延伸穿过层1并且完全终止于胎面基底层2内。花纹槽6具有与花纹槽4相同的深度，但是定位于胎面冠层1中的相邻花纹条9中。还示出了花纹槽7，该花纹槽完全延伸穿过层1和层2，并且其闭合端完全终止于胎面垫层3内。
图1和图2中所示胎面的其余特征示出了对于本领域的技术人员而言常规的那些特征。
所有参考文献，包括但不限于专利、专利申请和非专利文献，据此全文以引用方式并入本文。
虽然本文已经公开了组合物和方法的多个方面和实施方案，但是其他方面和实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文公开的多个方面和实施方案是出于说明的目的，而并非旨在限制，其真实范围和实质由权利要求指示。

Claims (15)

1.一种充气轮胎，包括：
胎面部分，所述胎面部分包括胎面冠层和胎面基底层；
所述胎面冠层具有地面接触表面；
所述胎面部分包括具有开放端和闭合端的花纹槽，所述花纹槽从所述胎面部分的所述地面接触表面径向向内延伸至至少所述胎面基底层；
所述胎面冠层由胎面冠组合物构成，所述胎面冠组合物包含100份的至少一种基于二烯的弹性体和基于100重量份的所述弹性体而小于0.5重量份的滑石；并且
所述胎面基底层在所述胎面冠层下面，并且所述胎面基底层由胎面基底组合物组成，所述胎面基底组合物包含100份的至少一种基于二烯的弹性体和片状型填料，所述胎面基底组合物中的所述片状型填料基于所述胎面基底组合物中100重量份的所述弹性体而以0.5至20重量份的范围存在。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，所述花纹槽的所述闭合端与所述胎面基底组合物接触。
3.根据权利要求1所述的充气轮胎，所述胎面部分还包括胎面垫层，所述胎面垫层在所述胎面基底层下方，并且所述胎面垫层由胎面垫组合物构成。
4.根据权利要求3所述的充气轮胎，所述花纹槽的所述闭合端与所述胎面垫层接触。
5.根据权利要求3所述的充气轮胎，所述胎面垫组合物基本上不含片状型填料。
6.根据权利要求5所述的充气轮胎，所述片状型填料为滑石。
7.根据权利要求1所述的充气轮胎，所述胎面冠组合物基本上不含片状型填料。
8.根据权利要求7所述的充气轮胎，所述所述片状型填料为滑石。
9.根据权利要求1所述的充气轮胎，所述片状型填料选自由以下项组成的组：滑石、粘土、云母和石墨烯。
10.根据权利要求9所述的充气轮胎，所述胎面基底层中的所述滑石具有以下特性中的至少一种特性：平均粒径在1至10微米的范围内或表面积为5至20m2/g。
11.根据权利要求1所述的充气轮胎，所述胎面基底组合物还包含至少一个等级的碳黑，所述至少一个等级的碳黑基于100重量份的所述弹性体而在15至80重量份的范围内。
12.根据权利要求1所述的充气轮胎，所述胎面冠层与所述胎面基底层接触。
13.根据权利要求3所述的充气轮胎，所述胎面基底层与所述胎面垫层接触。
14.根据权利要求1所述的充气轮胎，所述胎面冠组合物还包含增强填料，所述增强填料包括炭黑或二氧化硅。
15.根据权利要求14所述的充气轮胎，所述胎面冠组合物中的所述增强填料基于100重量份的所述弹性体而在25至125重量份的范围内。
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