CN110494300A - 轮胎和轮胎的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种硫化的轮胎,其具有层叠结构,所述层叠结构包括:树脂构件,其包含选自聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体的至少一种树脂;配置于所述树脂构件上的树脂粘接层;橡胶粘接层,其粘接于所述树脂粘接层的与具有所述树脂构件的一侧的相反侧的表面且厚度为5μm~300μm;和橡胶构件,其配置于所述橡胶粘接层的与具有所述树脂粘接层的一侧的相反侧。所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd全部在100MPa~600MPa的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎和轮胎的制造方法。
背景技术
传统轮胎由例如橡胶、有机纤维材料、钢构件构成,并且已经试图改善其耐热性等。另一方面,在轮胎骨架体中使用包括热塑性树脂和热塑性弹性体的材料的轮胎可以使得例如成形和硫化等传统轮胎的制造过程简化,由此导致生产性的改善。另外,此类材料具有相对于常规材料的很多优势,例如轻量化和回收性。特别地,热塑性高分子材料在生产性上有利,因为它们可以注射成形。
如上所述的具有由树脂材料构成的轮胎骨架体的轮胎包括作为树脂构件的轮胎骨架体和橡胶构件。例如,日本专利申请特开(JP-A)No.2012-46030已经公开了一种轮胎,其是通过将作为树脂构件的轮胎骨架体、接合剂、缓冲橡胶、橡胶粘剂和胎面橡胶依序层叠而获得的,以便改善轮胎的耐久性和轮胎制造期间的可操作性。
发明内容
发明要解决的问题
在具有使用树脂材料的轮胎骨架体的轮胎中还要求包括耐应力性和耐内压性的橡胶轮胎的耐久性。
为了改善轮胎的耐久性,期望改善在使用树脂材料的轮胎骨架体与例如胎面橡胶等橡胶构件之间的粘接性以及期望对于外力的适当的挠性。另外,在轮胎制造中还期望与传统轮胎相比更好的作业性(制造性)。
同时,尽管专利文献1中公开的轮胎在将胎面橡胶贴附至树脂骨架体上时使用橡胶粘剂以赋予树脂骨架体以与胎面更容易地贴附的粘合性(粘性),但仍存在构成轮胎的层叠结构以及对于外力的挠性,换言之,轮胎的耐久性的改善空间。
鉴于前述情况,本公开意欲提供具有高的耐久性和改善的制造性的轮胎,和该轮胎的制造方法。
用于解决问题的方案
<1>一种轮胎,其具有层叠结构,所述层叠结构包括:
树脂构件,其包含选自由聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体组成的组的至少一种树脂;
配置于所述树脂构件上的树脂粘接层;
橡胶粘接层,其粘接于所述树脂粘接层的与所述树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧且厚度为5μm~300μm;和
橡胶构件,其配置于所述橡胶粘接层的与所述橡胶粘接层上配置了树脂粘接层的一侧的相反侧,
其中所述轮胎是硫化的,并且
其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd各自为100MPa~600MPa。
发明的效果
根据本公开,可以提供具有高的耐久性和改善的制造性的轮胎,和该轮胎的制造方法。
附图说明
[图1]图1为用于表明常规轮胎中的各构件之间的硬度关系的概念图。
[图2A]图2A为示出包括树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的层叠结构的示意图。
[图2B]图2B为示出包括树脂构件、底涂层、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的层叠结构的示意图。
[图2C]图2C为示出包括含有增强帘线层的树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的层叠结构的示意图。
[图2D]图2D为示出包括含有增强帘线层的树脂构件、底涂层、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的层叠结构的示意图。
[图3A]图3A为根据第一实施方案的轮胎的沿着轮胎宽度方向的截面的透视图。
[图3B]图3B为根据第一实施方案的轮胎的嵌合于轮辋的胎圈部的沿着轮胎宽度方向的截面的放大图。
[图4]图4为根据第一实施方案的轮胎的轮胎骨架体的其中埋设了增强帘线的胎冠部的沿着轮胎宽度方向的截面图。
[图5]图5为用于说明使用帘线加热装置和辊来使增强帘线埋设入轮胎骨架体的胎冠部中的操作的图。
[图6A]图6A为根据第二实施方案的轮胎的沿着轮胎宽度方向的截面的透视图。
[图6B]图6B为根据第二实施方案的轮胎的嵌合于轮辋的胎圈部的沿着轮胎宽度方向的截面的放大图。
[图7]图7为根据第二实施方案的轮胎的增强帘线层的圆周沿着轮胎宽度方向的截面图。
具体实施方式
下文中,将会详细地描述本发明的具体实施方案。然而,应该注意的是,本发明不限于以下实施方案,但可以在本发明的目的的范围内进行适当的修改。
在本说明书中,由"~"表明的那些数值范围各自表示包括"~"之前和之后表明的数值分别作为下限值和上限值的范围。
本文中使用的术语"步骤"不仅涵盖独立的步骤,还涵盖不能与其它步骤清楚地区分的那些步骤,只要实现该步骤的预期目的即可。
在本说明书中,当提到包含于组合物中的组分的量并且存在多种物质对应于组合物中的组分时,所表明的组分的量意指存在于组合物中的多种物质的总量,除非另有说明。
本文中的"主要组分"是指混合物中以质量为基准的含量最高的组分,除非特别说明。
<轮胎>
在轮胎的一个实施方案中,轮胎具有层叠结构,所述层叠结构包括:
树脂构件,其包含选自由聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体组成的组的至少一种树脂;
配置于所述树脂构件上的树脂粘接层;
橡胶粘接层,其粘接于所述树脂粘接层的与所述树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧且厚度为5μm~300μm;和
橡胶构件,其配置于所述橡胶粘接层的与所述橡胶粘接层上配置了树脂粘接层的一侧的相反侧,
其中所述轮胎是硫化的,并且
其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd各自为100MPa~600MPa。
因而,轮胎具有层叠结构,所述层叠结构依序包括树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件。
共同地,树脂构件的硬度Ha、树脂粘接层的硬度Hb、橡胶粘接层的硬度Hc和橡胶构件的硬度Hd在下文中也简称为“硬度”。
因为轮胎具有其中包含特定树脂的树脂构件和橡胶构件经由包括粘接的树脂粘接层和橡胶粘接层的两层(下文中也统称为中间层)而层叠的层叠结构,所以树脂构件与中间层的树脂粘接层牢固地粘接,而中间层的橡胶粘接层与例如胎面等的橡胶构件牢固地粘接。换言之,树脂粘接层可以牢固地粘接于树脂构件和橡胶粘接层二者,而橡胶粘接层可以牢固地粘接于树脂粘接层和橡胶构件二者,以致层叠体中的树脂构件到橡胶构件一体化并且难以剥离。
对于具有包括树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的层叠结构的层叠体,存在以下担心:当层叠体通过外力变形时,在具有不同的硬度值的橡胶构件和树脂构件之间(例如,软的橡胶构件与硬的树脂构件之间)由于变形量的差而产生应变。因为应变将会集中于具有最小厚度的中间层,所以中间层易于破坏。然而,在轮胎中,树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的硬度值全部在上述范围内并且橡胶粘接层的厚度在上述范围内,以致上述担心不易于产生。下文中,将会参考附图进行说明。
图1示出常规的树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件之间的硬度关系。具体地,条件1示出其中树脂层最软且硬度按树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶层的顺序逐渐增加的情况。条件2示出其中树脂层最硬且硬度按树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶层的顺序逐渐降低的情况。条件3和4示出其中硬度关系不示出逐渐变化的情况。当在各条件中最硬层的硬度为600MPa以下且最软层的硬度为100MPa以上时,可以在维持层整体的强度的同时防止由于与脆性的平衡而导致的耐久性的下降。
另外,橡胶粘接层具有特定厚度,以致可以避开其中厚度太小而不能维持树脂构件与橡胶构件之间的粘接力的情况并且可以防止其中厚度太大而相邻的橡胶构件与粘接层之间的共交联较不易于形成并由此它们之间粘接力不足的情况。
因而,可以抑制由外力导致的轮胎中的中间层的破坏,这将会改善轮胎的耐久性。
进一步,在轮胎制造期间在层叠例如胎面等橡胶构件时,采用橡胶粘接层的轮胎可以具有改善的制造性。
优选地,轮胎的树脂构件的硬度Ha、树脂粘接层的硬度Hb、橡胶粘接层的硬度Hc和橡胶构件的硬度Hd满足以下的式1或式2:
式1:Ha < Hb ≤ Hc < Hd,
式2:Ha > Hb ≥ Hc > Hd。
换言之,像图1中的条件1或2那样,硬度优选地按树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的顺序逐渐增加或降低。
可以满足式1或式2从而获得其中向中间层中的应变集中可以进一步受到抑制,由此具有更高的耐久性的轮胎。
优选地,轮胎的树脂构件的硬度Ha、树脂粘接层的硬度Hb、橡胶粘接层的硬度Hc和橡胶构件的硬度Hd当中的最大值与最小值之间的差小。
例如,像图1中的条件2那样,当最硬的树脂构件的硬度Ha与最软的橡胶构件的硬度Hd之间的差小时,层叠体由于在通过外力变形时的变形量的差而具有小的应变,以致中间层较不易于破坏,并且可以获得对于外力的耐久性高的轮胎。
最大值与最小值之间的示例性的差为350MPa以下,从耐久性的观点,优选为200MPa以下,更优选为100MPa以下。
因为轮胎具有其中树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件依序层叠的层叠结构,所获得的轮胎可以具有高的耐久性和改善的制造性,而在构成层叠结构的各构件之间不具有缓冲橡胶。当在各构件之间不使用缓冲橡胶时,与其中层叠结构使用缓冲橡胶来形成的情况相比,由重量导致的负荷减少,并且在车辆装配有该轮胎且行驶时,燃料消耗改善。
如本文中使用的,术语“硬度Ha”、“硬度Hb”、“硬度Hc”和“硬度Hd”为基于JIS Z2255(2003)中定义的测量方法在目标构件或层上通过纳米压印测量的值。
如本文中使用的,轮胎的耐久性是指基于构成轮胎的各构件或各层之间的粘接性以及对于外力的适度的挠性评价的能力。
轮胎的耐久性可以例如通过在构成轮胎的树脂片上根据JIS K6854-3(1999)进行T-剥离试验来评价。
选择性地,轮胎的耐久性可以例如通过以下来评价:将轮胎与符合JATMA的轮辋组装,使得轮胎在转鼓试验机上行驶,然后观察相对于试验行驶前的轮胎在试验行驶后的轮胎上残留橡胶多少。转鼓试验机上的行驶意指在恒定的内压和总载荷的条件下以特定速度行驶特定时间。
如本文中使用的,术语“改善制造性”是指改善轮胎制造期间的作业效率,例如,在轮胎制造期间例如胎面等橡胶构件更容易地贴附于被贴附体。
在轮胎制造期间例如胎面等橡胶构件的贴附的容易性通过在胎面贴附至被贴附体时胎面与被贴附体之间的适当的粘合性来评价。胎面的贴附的容易性可以例如基于在胎面贴附至被胎身时的层间空气残留(即,空气进入)来评价。空气进入可以基于在粘接界面处相对于总粘接面积的气泡产生部分(即,空气进入界面且形成空隙的部分)的面积来评价。
下文中,轮胎的层叠结构将会参考附图详细地描述,借此还详细地描述各构件和各层。
(示例的层叠结构)
图2A~2D示出轮胎中的示意性的层叠结构。图2A~2D中示出的层结构示出:依序层叠各层并且粘接橡胶粘接层和树脂粘接层。因而,图2A~2D中示出的层叠结构全部为其中树脂粘接层和橡胶粘接层直接接触的层叠结构。
注意的是,轮胎的层结构不仅仅限于图2A~2D中示出的那些。
如图2A中示出的,轮胎具有其中树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件依序层叠于树脂构件上的层叠结构。
如图2C中示出的,轮胎可以在树脂构件上设置有增强帘线层。图2C中示出的层叠结构具有其中树脂粘接层和橡胶粘接层配置于树脂构件的增强帘线层侧的表面上,并且橡胶构件进一步配置于橡胶粘接层上的层叠结构。
另外,像图2B或2D中示出的层叠结构那样,轮胎可以在树脂构件与树脂粘接层之间或在具有增强帘线层的树脂构件与树脂粘接层之间设置有底涂层。
(橡胶构件)
橡胶构件配置于橡胶粘接层上,主要包含天然橡胶或合成橡胶,并且厚度为大于300μm(即,在垂直于与橡胶粘接层的界面的方向上的高度为大于300μm)。主要包含天然橡胶或合成橡胶的构件是指包含相对于整个构件为50质量%以上的天然橡胶或合成橡胶的构件。下文中,天然橡胶或合成橡胶也简称为橡胶。
天然橡胶和合成橡胶可以为未硫化或硫化的橡胶。橡胶的实例包括而不限于二烯系橡胶,例如天然橡胶(NR)、各种聚丁二烯橡胶(BR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)和丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶(NBR)。除了橡胶以外,橡胶构件可以包含向轮胎和其它橡胶组合物通常添加的各种添加剂,例如炭黑、硫化剂、硫化促进剂、各种油、防老剂和增塑剂。橡胶构件可以通过将包含它们的橡胶组合物借助常规方法混炼在一起且硫化来获得。
橡胶构件的硬度Hd可以通过调节例如橡胶构件的各组分和它们的混合比来控制。具体地,例如,橡胶构件的硬度可以通过将与橡胶相比较软的组分(例如,与橡胶相比较软的树脂或油等)添加至橡胶组合物来降低。相反地,橡胶构件的硬度可以通过将与橡胶相比较硬的组分(例如,无机填料或固化性树脂等)添加至橡胶组合物来增加。
橡胶构件的硬度没有特别限制,只要其满足100MPa~600MPa即可。从硫化期间的形状维持的观点,硬度优选为250MPa以上,并且从作业性和抑制空气进入的观点,硬度优选为450MPa以下。
橡胶构件的形状没有特别限制,只要橡胶构件包含橡胶即可。橡胶构件的实例包括被覆橡胶和帘布层。被覆橡胶的实例包括胎面和胎面基部。作为帘布层,橡胶构件可以在适当的用途中在预定的部位中使用,只要其主要由橡胶构成即可。
(橡胶粘接层)
橡胶粘接层主要包含橡胶,具有100MPa~600MPa的硬度,粘接于树脂粘接层的与树脂构件侧的相反侧的表面,并且具有5μm~300μm的厚度。如本文中使用的,术语“主要包含橡胶”意味着包含相对于整个橡胶粘接层为50质量%以上的橡胶。术语“橡胶粘接层的厚度”是指在通过沿厚度方向切割借助层叠树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件形成的层叠结构获得的截面中在橡胶粘接层的厚度方向上的高度。
橡胶粘接层可以通过使用主要包含橡胶的橡胶粘接组合物来形成。
用于形成橡胶粘接层的橡胶粘接组合物可以包含任意组分,而没有限制。从轮胎的耐久性和在轮胎制造期间的作业性的观点,橡胶粘接组合物优选包含液态的橡胶组合物。此处,液态的橡胶组合物可以称为橡胶粘剂。橡胶粘剂为至少包含橡胶组分和用于溶解橡胶组分的溶剂并且用于在橡胶构件间或者在橡胶构件与包含橡胶组分的构件之间的粘接的组合物。优选地,橡胶粘接组合物包含例如JP-A No.2011-241363中记载的通过将橡胶添加至水系溶剂获得的水系粘剂。当使用水系粘剂时,环境负担可以优选地减轻。
橡胶粘接组合物还可以适当地包含:包括如炭黑和二氧化硅等增强填料、如硫磺等硫化剂、硫化促进剂和防老剂的用作橡胶中的添加剂的化学品。优选地,硫磺的含量相对于橡胶粘接组合物中的橡胶100质量份优选为0.5质量份~5质量份。当硫磺的含量为0.5质量份以上时,周边的橡胶构件与橡胶粘接层之间的共交联可以进行,改善了粘接力。进一步,当硫磺的含量为5质量份以下时,橡胶粘接层与相邻构件之间的界面中的喷硫(即,在界面中形成的析出物)可以减少,以致可以防止由于喷霜导致的界面粘接力下降。硫磺的含量更优选为0.5质量份~3质量份,又更优选为1质量份~2.5质量份。
包含于橡胶粘接组合物中的橡胶没有特别限制,并且优选地在组分的调节中根据构成橡胶构件的材料适当地选择。具体地,例如,当橡胶构件包含丁二烯橡胶时,优选使用包含丁二烯系接头胶浆和丁二烯橡胶的橡胶粘接组合物。作为橡胶粘接组合物,还可以使用包含如液态的丁二烯橡胶等液态的弹性体的无溶剂粘剂,或主要包含异戊二烯橡胶(IR)和丁二烯橡胶(SBR)的共混物的粘剂。例如JP-A No.2011-241363中记载的用于强化橡胶构件间的粘接的包含改性的天然橡胶胶乳的水系粘剂可以用于强化树脂粘接层与橡胶构件之间的粘接,同时减轻环境负担。
橡胶粘接层的厚度为5μm~300μm。当橡胶粘接层的厚度为5μm以上时,与5μm以下的情况相比,该层不太薄并且更易于展现充分的粘合性,以致可以容易地在轮胎制造中获得更好的作业性。当橡胶粘接层的厚度为300μm以下时,与300μm以上的情况相比,该层更易于展现对于由外力导致的变形更好的容许,因而不易于破坏。
从作为轮胎的耐久性和轮胎制造期间的作业性的观点,厚度优选为10μm~100μm,更优选为10μm~50μm。
橡胶粘接层的硬度没有特别限制,只要其满足100MPa~600MPa即可。从减少橡胶粘接层内部的破坏的观点,硬度优选为150MPa以上。从减少由追随被粘体(例如,橡胶构件等)的变形导致的橡胶粘接层的龟裂的观点,硬度优选为400MPa以下。
橡胶粘接层的硬度Hc可以通过调节例如橡胶粘接组合物的各组分和它们的混合比来控制。例如,橡胶粘接层的硬度可以通过将与橡胶相比较软的组分(例如,与橡胶相比较软的树脂或油等)添加至橡胶粘接组合物来降低。相反地,橡胶粘接层的硬度可以通过将与橡胶相比较硬的组分(例如,无机填料或固化性树脂等)添加至橡胶粘接组合物来增加。
(树脂粘接层)
树脂粘接层为配置于树脂构件上且粘接于橡胶粘接层的层。
树脂粘接层通过使用树脂粘接组合物来形成。
用于形成树脂粘接层的树脂粘接组合物没有特别限制,只要树脂粘接层可以粘接于橡胶粘接层并且树脂粘接层的硬度可以调节至特定范围内即可。树脂粘接组合物的具体实例包括主要包含间苯二酚-福尔马林(甲醛)-胶乳(下文中也称为“RFL”)的粘接剂(下文中也称为“RFL系粘接剂”)以及公知的溶剂稀释型粘接剂。从对于树脂构件和橡胶粘接层二者的粘接性和耐热性的观点,树脂粘接组合物优选为RFL系粘接剂。优选地,树脂粘接层包含相对于整个树脂粘接层为60质量%以上的橡胶。用RFL系粘接剂形成的树脂粘接层还可以称为RFL层。
术语“树脂粘接层的厚度”是指在通过沿厚度方向切割借助层叠树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件形成的层叠结构获得的截面中在树脂粘接层的厚度方向上的高度。
树脂粘接层与其它层之间的界面可以通过借助例如SEM-EDX(能量色散型X射线分光-扫描电子显微镜)观察截面而发现。
RFL为由胶乳和通过甲阶酚醛形成反应(resol-formation reaction)形成的间苯二酚-甲醛缩合物组成的组合物的溶液。间苯二酚-甲醛缩合物为通过使选自由间苯二酚和具有相对低的分子量的间苯二酚-甲醛缩合物组成的组的至少一种与甲醛借助甲阶酚醛形成反应来进行间苯二酚-甲醛缩合而获得的产物。粘接剂包含源自甲醛的构成单元和源自间苯二酚的构成单元,并且维持其中源自甲醛的构成单元化学计量地不足的状态,由此间苯二酚-甲醛缩合物可以维持在低分子量和可溶性的。
胶乳的实例包括丙烯酸系橡胶胶乳、丙烯腈-丁二烯橡胶胶乳、异戊二烯橡胶胶乳、聚氨酯橡胶胶乳、乙烯-丙烯橡胶胶乳、丁基橡胶胶乳、氯丁橡胶胶乳、有机硅橡胶胶乳、苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳、天然橡胶胶乳、乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳、丁二烯橡胶胶乳、丁基橡胶胶乳、羧酸化的丁二烯-苯乙烯共聚物胶乳、氯磺化聚乙烯胶乳和丁腈橡胶胶乳。其中,从与橡胶粘接层的粘接性的观点,优选使用乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳。进而,在此情况下,更优选使用通过乙烯基吡啶、苯乙烯和丁二烯的两阶段聚合获得的具有双重结构(double structure)的共聚物橡胶胶乳。这些可以单独或作为其两种以上的混合物使用,或者可以使它们在反应之前共存于用于使间苯二酚和甲醛反应的反应体系中。
通过乙烯基吡啶、苯乙烯和丁二烯的两阶段聚合获得的具有双重结构的共聚物橡胶胶乳为乙烯基吡啶、苯乙烯和丁二烯的共聚物橡胶胶乳,其可以通过以下来获得:(i)使苯乙烯含量为10质量%~60质量%、丁二烯含量为小于60质量%且乙烯基吡啶含量为0.5质量%~15质量%的单体混合物聚合;然后,(ii)使苯乙烯含量为10质量%~40质量%、丁二烯含量为45质量%~75质量%且乙烯基吡啶含量为5质量%~20质量%的单体混合物以与用于(i)中的聚合的苯乙烯含量相比较低的苯乙烯含量来聚合。
<RFL系粘接剂的制备>
RFL系粘接剂具有其中胶乳和通过间苯二酚-甲醛缩合物的甲阶酚醛形成获得的聚合物充分地三维缠绕的结构。出于该原因,当制备RFL系粘接剂时,在其中分散了胶乳的溶液中进行甲阶酚醛形成反应。
作为在此情况下使用的溶液,可以使用酸性、中性或碱性的水,或例如丙酮或乙醇等的有机溶剂。胶乳在pH为中性的区域内具有低的水溶性,并且优选使用碱性或中性的水,以便充分地在熟化中进行间苯二酚-甲醛缩合反应(甲阶酚醛形成反应)。该甲阶酚醛形成反应通常优选地在pH 8.0以上,优选在pH 8.5~10.0下进行。
此处,碱性的水是指氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化铵、或例如单甲基胺或氨等有机胺在水中的溶液。胶乳也可以通过使用球磨机或砂磨机利用任意的阴离子系表面活性剂而分散于中性水中。在此情况下,为了有效地显现粘接力,表面活性剂的量需要降低至分散状态不劣化的程度上的小量。
在RFL液中的甲醛(F)与间苯二酚(R)的摩尔比(F/R)、或间苯二酚和甲醛的总质量(RF)与全部胶乳的固成分质量(L)的比例(RF/L)等可以根据目的适当地选择。从确保适当的粘接强度的观点,优选的是,甲醛(F)与间苯二酚(R)的摩尔比(F/R)在1/9~6/4的范围内。
使得通过甲阶酚醛形成获得的间苯二酚-甲醛缩合物在与胶乳的混合下反应的方法的实例包括:将间苯二酚-甲醛缩合物的原料(即,间苯二酚、相对低的分子量的间苯二酚-甲醛缩合物、和甲醛)和胶乳在碱性溶液中混合的方法;其中,在反应开始时,不添加胶乳,甲阶酚醛形成反应在碱性液体条件下使用间苯二酚-甲醛缩合物的原料开始,并且在反应的最早的可行阶段,低程度缩合的反应中间物与胶乳混合以使反应持续的方法。
在通过使用RFL系粘接剂形成的树脂粘接层(也称为RFL层)中,从满足与橡胶粘接层的粘接性和RFL层的硬度的条件的观点,适当地调节相对于整个RFL层的添加至RFL层的胶乳橡胶的含量。
树脂粘接层的硬度没有特别限制,只要其满足100MPa~600MPa。从减少树脂粘接层内部的破坏的观点,硬度优选为150MPa以上。从减少由追随被粘体(例如,树脂构件等)的变形导致的树脂粘接层的龟裂的观点,硬度优选为400MPa以下。
通过使用RFL系粘接剂形成的RFL层的硬度可以通过适当地调节例如RFL系粘接剂中的胶乳橡胶的种类等以及它们的混合比来控制。例如,考虑到橡胶构件、橡胶粘接层和树脂构件的硬度,可以适当地调节RFL系粘接剂中的胶乳橡胶的种类以及胶乳橡胶、间苯二酚-甲醛和其它添加剂等之间的混合比,然后,RFL层的形成方法可以用于获得满足所期望的条件的树脂粘接层。
树脂粘接层的厚度没有特别限制,只要其不损害本发明的效果即可,并且从轮胎的耐久性的观点,优选为0.5μm~30μm。树脂粘接层的厚度更优选为1μm~10μm,特别优选为1μm~5μm。
(各构件的粘接方法)
在层叠结构中,仅需要依序层叠树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件,并且树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的层叠方法没有特别限制。优选地,从轮胎的耐久性的观点,树脂粘接层和橡胶粘接层直接粘接。树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件可以以任意顺序层叠,但优选地,从轮胎的耐久性和轮胎制造中的作业性的观点,以树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的顺序粘接。
当树脂构件和橡胶粘接层通过使用RFL系粘接剂作为用于形成树脂粘接层的树脂粘接组合物来粘接时,粘接可以通过以下来实现:例如,将RFL系粘接剂施涂于树脂构件;施涂包含如水系粘剂等橡胶粘接组合物的未硫化的橡胶粘接组合物;贴附未硫化的橡胶构件;和按需要用热等处理层叠体。
优选地,在施涂RFL系粘接剂之前对于构件的预处理按需要且适当地选择。例如,粘接的对象的被粘面可以在施涂RFL系粘接剂之前预处理以强化粘接力。此类预处理方法的实例包括电子束、微波、电晕放电、等离子体放电和脱脂。预处理也可以仅使用抛光或锉削来进行。
此处,作为预处理,可以进行使用除了间苯二酚-福尔马林-胶乳系粘接剂以外的粘接剂的处理(底涂处理)。用于底涂处理的底涂处理剂没有特别限制,只要在将树脂构件更充分地通过RFL系粘接剂粘接于橡胶构件时使用即可,并且其实例包括:JP-A No.2009-191395中记载的包括含有环氧化合物和异氰酸酯化合物的水溶性高分子的底涂组合物、PCT国际公布No.02-094962的国内再公布中记载的包括烷基化双酚和丙烯酸(甲基丙烯酸)的共聚物的底涂组合物、和JP-A No.H11-001658中记载的包含氯乙烯增塑溶胶高分子(vinyl chloride plastisol polymer)的底涂组合物。底涂处理剂和间苯二酚-福尔马林-胶乳系粘接剂可以在施涂的过程中混合。
通过底涂处理剂形成的底涂层的层厚度优选为1μm~15μm。
通过将树脂构件的表面粗糙度等设定至特定范围,粘接后的粘接强度可以进一步提高。作为树脂构件的表面粗糙度,例如,算术平均粗糙度(Ra)优选为0.1μm以上。在其中表面粗糙度为0.1μm以上的情况下,与树脂粘接层(例如,RFL层)接触的树脂构件(例如,轮胎骨架体等)的粘接面增加,以致可以实现更充分的粘接。从进一步减少树脂粘接层(例如,RFL层)的滴落的观点,Ra优选为0.5μm以上,并且更优选为1μm以上。从抑制树脂构件中的龟裂的观点,Ra优选为10μm以下。
树脂粘接组合物和橡胶粘接组合物的施涂方法的实例包括空气喷涂法(即,雾化法)、浸渍法(即,溶液法)、辊涂法、和使用板刷或漆刷等的方法。使用空气喷涂法的施涂方法的实例包括空气雾化法、静电涂布法、和低压空气雾化法。溶液法的实例包括浸渍涂布机、喷淋涂布机和滚筒涂漆(tumbling)的方法。
当将树脂构件经由RFL系粘接剂和橡胶粘接组合物粘接于未硫化的橡胶构件时,优选地硫化层叠体。硫化使得在RFL层中的橡胶与橡胶粘接层中的橡胶之间以及在橡胶粘接层与橡胶构件之间形成交联,由此改善构件间或层间的粘接性,即耐剥离性。
在此情况下的硫化处理可以通过包括JP-A No.H11-048264、No.H11-029658和No.2003-238744中公开的那些的已知方法来进行。橡胶硫化可以通过以下来实现:例如,将如炭黑等增强材料、填料、硫化剂、硫化促进剂、脂肪酸或其盐、金属氧化物、操作油、和防老剂等适当地添加至未硫化的橡胶,使用班伯里混合机将它们混炼在一起,然后加热混合物。
(树脂构件)
树脂构件包含选自由聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体组成的组的至少一种树脂(下文中也称为特定树脂)。包含特定树脂的树脂构件具有高的与树脂粘接层(例如,RFL层)的粘接性,以致橡胶构件与树脂构件之间的粘接力可以借由橡胶粘接层而提高。
树脂构件可以为通过使用至少包含特定树脂的树脂材料形成的构件。需要树脂材料至少包含特定树脂,并且可以按需要包含例如,除了特定树脂以外的树脂、和/或后述的添加剂。
优选地,树脂构件是成形为环状的轮胎骨架体。当树脂构件为具有胎圈部、胎侧部和胎冠部的轮胎骨架体时,树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件优选地层叠于胎冠部上。
树脂构件不限于包含特定树脂的轮胎骨架体,并且可以为除了轮胎骨架体以外的构件,该构件包含特定树脂。除了轮胎骨架体以外的构件可以为形成于后述的轮胎骨架体的径向外周面上的构成增强帘线层的被覆帘线构件。被覆帘线构件为被覆有被覆树脂的增强帘线构件(下文中也简称为“增强帘线”)。当被覆树脂包含特定树脂时,被覆帘线构件为树脂构件。因而,当包括被覆帘线构件(包含增强帘线构件和特定树脂)的增强帘线层设置于轮胎骨架体的外周面上时,被覆帘线构件可以构成树脂构件的至少一部分。
当被覆帘线构件为树脂构件时(特别是当被覆帘线构件形成带状的增强帘线层时),轮胎骨架体可以为不具有特定树脂的那种。不具有特定树脂的轮胎骨架体的实例包括由包含除了特定树脂以外的树脂的树脂材料构成的轮胎骨架体和传统的橡胶制轮胎骨架体。当轮胎骨架体包含橡胶并且在橡胶上配置有被覆帘线构件时,构成轮胎骨架体的橡胶、橡胶粘接层、树脂粘接层和被覆帘线构件可以依序层叠而形成层叠结构。
树脂构件需要为由包含特定树脂的材料形成的构件,并且可以为单一构件或多个构件。单一构件可以为后述的第一实施方案中示出的胎身(即,轮胎骨架体)。多个构件可以为后述的第二实施方案中的被覆帘线构件和胎身(即,轮胎骨架体)的组合。
当树脂构件为轮胎骨架体时,并且当轮胎骨架体由包含特定树脂的树脂材料形成时,就可以获得作为轮胎本身的弹性模量和制造期间的成形性。
除了特定树脂以外,树脂构件还可以包含添加剂,例如填料、偶联剂、防老剂、润滑剂、表面处理剂、颜料、紫外线吸收剂、抗静电剂、分散剂、中和剂、和如玻璃纤维等无机中空填料。这些树脂和添加剂可以单独或以任意组合使用。当将例如添加剂等除了树脂以外的组分添加至特定树脂时,树脂构件中的特定树脂的含量相对于树脂构件的总量优选为50质量%以上,更优选为90质量%以上。
本发明中的树脂构件的硬度没有特别限制,只要其满足100MPa~600MPa即可。从操作稳定性的观点,硬度优选为125MPa以上,并且从乘坐舒适性(具体地,减少纵向回弹性)的观点,硬度优选为200MPa以下。
树脂构件的硬度可以通过适当地调节用于形成树脂构件的特定树脂、按需要使用的其它树脂和添加剂等的种类和它们间的混合比来控制。
树脂构件没有特别限制,并且可以使用用于轮胎的任意树脂构件。例如,后述的第一实施方案中的轮胎中的树脂构件为胎身(即,轮胎骨架体),而后述的第二实施方案中的轮胎中的树脂构件为胎身(即,轮胎骨架体)和构成被覆帘线构件的被覆树脂二者。在这些实施方案中,树脂构件可以为其它构件。
[聚酰胺系树脂]
包含于树脂构件中的聚酰胺系树脂可以根据构件的角色适当地选择。聚酰胺系树脂的实例包括通过ε-己内酰胺的开环缩聚获得的聚酰胺(酰胺6)、通过十一内酰胺的开环缩聚获得的聚酰胺(酰胺11)、通过月桂基内酰胺的开环缩聚获得的聚酰胺(酰胺12)、通过二胺与二元酸之间的缩聚获得的聚酰胺(酰胺66)、和包含间苯二甲胺(meta-xylylenediamine)作为结构单元的聚酰胺(酰胺MX)。
所使用的聚酰胺系树脂可以为市售品。
酰胺6可以为市售品,由Ube Industries,Ltd.生产的“UBE NYLON”1022B或1011FB。酰胺12可以为由Ube Industries,Ltd.生产的“UBE NYLON”3024U。酰胺66可以为“UBE NYLON 2020B”。酰胺MX可以为市售品,由Mitsubishi Gas Chemical Company,Inc.生产的MX NYLON(S6001、S6021或S6011)。
此处,术语"聚酰胺系热塑性弹性体"意指由以下共聚物构成的热塑性弹性体,所述共聚物包括:形成熔点高的结晶性的硬链段的聚合物;和形成玻璃化转变温度低的非结晶性的软链段的聚合物,其中形成硬链段的聚合物在其骨架中具有酰胺键(-CONH-)。
在热塑性弹性体中,连接硬链段和软链段的部分称为"结合部"。
聚酰胺系热塑性弹性体的实例包括其中至少聚酰胺形成熔点高的结晶性的硬链段并且其它聚合物(例如,聚酯或聚醚等)形成玻璃化转变温度低的非结晶性的软链段的材料。
-硬链段-
形成硬链段的聚酰胺的实例包括通过使用由以下的式(1)或式(2)表示的单体合成的聚酰胺。
式(1)
H2N-R1-COOH
在式(1)中,R1表示具有2~20个碳原子的脂肪族烃的分子链。例如,该分子链优选为具有2~20个碳原子的亚烷基。
式(2)
在式(2)中,R2表示具有3~20个碳原子的脂肪族烃的分子链。例如,该分子链优选为具有3~20个碳原子的亚烷基。
在式(1)中,R1优选为具有3~18个碳原子的脂肪族烃的分子链(例如,具有3~18个碳原子的亚烷基),更优选为具有4~15个碳原子的脂肪族烃的分子链(例如,具有4~15个碳原子的亚烷基),并且又更优选为具有10~15个碳原子的脂肪族烃的分子链(例如,具有10~15个碳原子的亚烷基)。在式(2)中,R2优选为具有3~18个碳原子的脂肪族烃的分子链(例如,具有3~18个碳原子的亚烷基),更优选为具有4~15个碳原子的脂肪族烃的分子链(例如,具有4~15个碳原子的亚烷基),并且又更优选为具有10~15个碳原子的脂肪族烃的分子链(例如,具有10~15个碳原子的亚烷基)。
由式(1)或式(2)表示的单体的实例包括ω-氨基羧酸和内酰胺。形成硬链段的聚酰胺的实例包括ω-氨基羧酸的缩聚物、内酰胺的缩聚物、以及二胺和二羧酸的共缩聚物。
ω-氨基羧酸的实例包括具有5~20个碳原子的脂肪族ω-氨基羧酸,如6-氨基己酸、7-氨基庚酸、8-氨基辛酸、10-氨基癸酸、11-氨基十一烷酸、或12-氨基十二烷酸。内酰胺的实例包括具有5~20个碳原子的脂肪族内酰胺,如月桂基内酰胺、ε-己内酰胺、十一内酰胺、ω-庚内酰胺(ω-enantholactam)或2-吡咯烷酮。
二胺的实例包括:包括具有2~20个碳原子的脂肪族二胺的二胺化合物,例如,乙二胺、三亚甲基二胺、四亚甲基二胺、六亚甲基二胺、七亚甲基二胺、八亚甲基二胺、九亚甲基二胺、十亚甲基二胺、十一亚甲基二胺、十二亚甲基二胺、2,2,4-三甲基六亚甲基二胺、2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、或3-甲基五亚甲基二胺。二羧酸可以由HOOC-(R3)m-COOH表示,其中R3表示具有3~20个碳原子的烃分子链,并且m表示0或1。二羧酸的实例包括具有2~22个碳原子的脂肪族二羧酸,如草酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸或十二烷二酸。
形成硬链段的聚酰胺的实例包括通过ε-己内酰胺的开环缩聚获得的聚酰胺(聚酰胺6)、通过十一内酰胺的开环缩聚获得的聚酰胺(聚酰胺11)、通过月桂基内酰胺的开环缩聚获得的聚酰胺(聚酰胺12)、通过12-氨基十二烷酸的缩聚获得的聚酰胺(聚酰胺12)、和二胺与二元酸的缩聚物聚酰胺(聚酰胺66)。
聚酰胺6可以由例如{CO-(CH2)5-NH}n表示,其中n表示可以自由设定的重复单元数。此处,n优选为2~100,并且更优选为3~50。
聚酰胺11可以由例如{CO-(CH2)10-NH}n表示,其中n表示可以自由设定的重复单元数。此处,n优选为2~100,并且更优选为3~50。
聚酰胺12可以由例如{CO-(CH2)11-NH}n表示,其中n表示可以自由设定的重复单元数。此处,n优选为2~100,并且更优选为3~50。
聚酰胺66可以由例如{CO(CH2)4CONH(CH2)6NH}n表示,其中n表示可以自由设定的重复单元数。此处,n优选为2~100,并且更优选为3~50。
聚酰胺系热塑性弹性体优选包括具有由-[CO-(CH2)11-NH]-表示的单元结构的聚酰胺(聚酰胺12)作为硬链段。如上所述,聚酰胺12可以通过月桂基内酰胺的开环缩聚或者12-氨基十二烷酸的缩聚来获得。
从熔融成形性的观点,形成硬链段的聚合物(聚酰胺)的数均分子量优选为300~15,000。
-软链段-
形成软链段的聚合物(即,形成软链段的高分子化合物)的实例包括聚酯和聚醚,例如聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇(PTMG)或ABA型三嵌段聚醚。聚合物可以单独或者以其两种以上的组合使用。
形成软链段的聚合物可以为具有引入至其末端的官能团的聚合物。官能团可以为可与要与形成软链段的聚合物反应的化合物(例如,形成硬链段的聚合物、扩链剂等)的末端基团反应的基团。例如,在要与形成软链段的聚合物反应的化合物的末端基团为羧基的情况下,前述官能团可以为氨基等。例如,在要与形成软链段的聚合物反应的化合物的末端基团为氨基的情况下,前述官能团可以为羧基等。
关于形成软链段的聚合物,具有引入至其末端的氨基的聚合物的实例包括通过使氨等与聚醚的末端反应而得到的聚醚二胺。其具体实例包括ABA型三嵌段聚醚二胺。同时,关于形成软链段的聚合物,具有引入至其末端的羧基的聚合物的实例包括通过使在聚醚的末端处的羟基借助氧化反应转换为羧基而得到的聚醚二羧酸。其具体实例包括ABA型三嵌段聚醚二羧酸。
"ABA型三嵌段聚醚"可以为由以下式(3)表示的聚醚。
式(3)
在式(3)中,x和z各自独立地表示1~20的整数,y表示4~50的整数。
在式(3)中,x和z各自优选1~18的整数,更优选1~16的整数,又更优选1~14的整数,并且甚至更优选1~12的整数。在式(3)中,y优选5~45的整数,更优选6~40的整数,又更优选7~35的整数,并且甚至更优选8~30的整数。
进一步,"ABA型三嵌段聚醚二胺"可以为由以下式(N)表示的聚醚二胺。
式(N)
在式(N)中,XN和ZN各自独立地表示1~20的整数,YN表示4~50的整数。
在式(N)中,XN和ZN各自优选1~18的整数,更优选1~16的整数,又更优选1~14的整数,并且甚至更优选1~12的整数。在式(N)中,YN优选5~45的整数,更优选6~40的整数,又更优选7~35的整数,并且甚至更优选8~30的整数。
作为单体单元,形成软链段的聚合物可以包括二胺,例如具有6~22个碳原子的支链状饱和二胺、具有6~16个碳原子的支链状脂环族二胺、或降冰片烷二胺。具有6~22个碳原子的支链状饱和二胺、具有6~16个碳原子的支链状脂环族二胺、和降冰片烷二胺可以单独或以其两种以上的组合使用。这些二胺优选以与上述的ABA型三嵌段聚醚或ABA型三嵌段聚醚二胺的组合使用。
具有6~22个碳原子的支链状饱和二胺的实例包括2,2,4-三甲基-1,6-己二胺、2,4,4-三甲基-1,6-己二胺、1,2-二氨基丙烷、1,3-二氨基戊烷、2-甲基-1,5-二氨基戊烷、和2-甲基-1,8-二氨基辛烷。
具有6~16个碳原子的支链状脂环族二胺的实例包括5-氨基-2,2,4-三甲基-1-环戊烷甲基胺和5-氨基-1,3,3-三甲基环己烷甲基胺。这些二胺各自可以是顺式或反式,或这些异构体的混合物。
降冰片烷二胺的实例包括2,5-降冰片烷二甲基胺、2,6-降冰片烷二甲基胺、和其混合物。
作为单体单元,形成软链段的聚合物可以包括除了上述那些以外的其它的二胺化合物。其它的二胺化合物的实例包括:脂肪族二胺,例如乙二胺、三亚甲基二胺、四亚甲基二胺、六亚甲基二胺、七亚甲基二胺、八亚甲基二胺、九亚甲基二胺、十亚甲基二胺、十一亚甲基二胺、十二亚甲基二胺、2,2,4-三甲基六亚甲基二胺、2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、或3-甲基戊烷亚甲基二胺;脂环族二胺,例如双(4-氨基环己基)甲烷、双(4-氨基环己基)丙烷、1,3-双(氨基甲基)环己烷、或1,4-双(氨基甲基)环己烷;和芳香族二胺,例如间苯二甲胺和对苯二甲胺。
这些二胺可以单独使用,或适当地以其两种以上的组合使用。
然而,从耐光性的观点,形成软链段的聚合物优选不包含芳香族环。
从高韧性和低温挠性的观点,形成软链段的聚合物的重均分子量优选为200~6,000,更优选为1,000~6,000,并且又更优选为3,000~6,000。
硬链段和软链段的组合为例如,硬链段的任意上述实例和软链段的任意上述实例的组合。其中,硬链段和软链段的组合优选为月桂基内酰胺的开环缩聚物和聚乙二醇的组合、月桂基内酰胺的开环缩聚物和聚丙二醇的组合、月桂基内酰胺的开环缩聚物和聚四亚甲基醚二醇的组合、月桂基内酰胺的开环缩聚物和ABA型三嵌段聚醚的组合、月桂基内酰胺的开环缩聚物和ABA型三嵌段聚醚二胺的组合、氨基十二烷酸的缩聚物和聚乙二醇的组合、氨基十二烷酸的缩聚物和聚丙二醇的组合、氨基十二烷酸的缩聚物和聚四亚甲基醚二醇的组合、氨基十二烷酸的缩聚物和ABA型三嵌段聚醚的组合、或氨基十二烷酸的缩聚物和ABA型三嵌段聚醚二胺的组合;并且更优选为月桂基内酰胺的开环缩聚物和ABA型三嵌段聚醚的组合、月桂基内酰胺的开环缩聚物和ABA型三嵌段聚醚二胺的组合、氨基十二烷酸的缩聚物和ABA型三嵌段聚醚的组合、或氨基十二烷酸的缩聚物和ABA型三嵌段聚醚二胺的组合。
-结合部-
聚酰胺系热塑性弹性体的结合部可以为例如,由包含芳香族环的扩链剂结合的部分。
包含芳香族环的扩链剂的实例包括芳香族二羧酸和其衍生物、芳香族二胺、芳香族二醇和芳香族二异氰酸酯。
芳香族二羧酸的具体实例包括邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、亚苯基二乙酸、萘二甲酸(例如,2,6-萘二甲酸、2,7-萘二甲酸、1,4-萘二甲酸或2,3-萘二甲酸等)、联苯二甲酸(例如,4,4-联苯二甲酸或2,2-联苯二甲酸等)、蒽二甲酸(例如,2,6-蒽二甲酸或2,7-蒽二甲酸等)、芘二甲酸(例如,4,8-芘二甲酸或1,6-芘二甲酸等)、三联苯二甲酸(triphenylenedicarboxylic acid)(例如,2,7-三联苯二甲酸或1,7-三联苯二甲酸等)、和卟啉二甲酸(例如,21H,23H-卟啉-2,12-二甲酸等)。
芳香族二胺的具体实例包括邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、间苯二甲胺、对苯二甲胺、1,4-萘二胺、1,5-萘二胺、2,6-萘二胺、2,7-萘二胺和蒽-9,10-二乙酸。
芳香族二醇的具体实例包括邻二羟基苯、间二羟基苯、对二羟基苯、1,4-萘二酚、1,5-萘二酚、2,6-萘二酚、2,7-萘二酚、双酚A、双酚A的氧化乙烯加合物、双酚A的氧化丙烯加合物、和9,10-二羟基甲基蒽。
芳香族二异氰酸酯的具体实例包括1,5-萘二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基二甲基甲烷二异氰酸酯、1,3-苯二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、四甲代苯二甲撑二异氰酸酯、2,6-二异丙基苯异氰酸酯、和1,3,5-三异丙基苯-2,4-二异氰酸酯。
-分子量-
聚酰胺系热塑性弹性体的重均分子量为例如,15,700~200,000。在聚酰胺系热塑性弹性体的重均分子量为小于15,700的情况下,会降低对轮辋的安装性。在聚酰胺系热塑性弹性体的重均分子量超过200,000的情况下,熔融粘度增加,这会要求增加的成形温度和模具温度,以便防止在轮胎骨架体的生产中的填充不足。在此情况下,周期变长并且生产性降低。
聚酰胺系热塑性弹性体的重均分子量优选为20,000~160,000。聚酰胺系热塑性弹性体的重均分子量可以通过凝胶渗透色谱(GPC)使用例如GPC(凝胶渗透色谱)系统如可购自TOSOH CORPORATION的"HLC-8320 GPC EcoSEC"来测量。这同样适用于如下所述的其它热塑性弹性体的重均分子量。
从成形性的观点,聚酰胺系热塑性弹性体中的硬链段(HS)与软链段(SS)的质量比(HS/SS)优选为30/70~90/10,并且从对轮辋的安装性和低损耗性的观点,更优选为54/46~88/12,并且又更优选为52/46~75/25。
相对于聚酰胺系热塑性弹性体的总量,聚酰胺系热塑性弹性体中的硬链段的含量优选为5质量%~95质量%,更优选为10质量%~90质量%,并且又更优选为15质量%~85质量%。
相对于聚酰胺系热塑性弹性体的总量,聚酰胺系热塑性弹性体中的软链段的含量优选为5质量%~95质量%,更优选为10质量%~90质量%,并且又更优选为15质量%~85质量%。
在使用扩链剂的情况下,其含量优选设定为使形成软链段的聚合物的末端基团(例如,羟基或氨基等)和扩链剂中的要结合至软链段的末端基团的基团(例如,羧基等)基本上等摩尔。
除了包含芳香族环的结合部以外,聚酰胺系热塑性弹性体可以还具有不包含芳香族环的结合部。相对于聚酰胺系热塑性弹性体中的结合部的总量,包含芳香族环的结合部的比例(质量比)为例如,1质量%~100质量%,并且优选为3质量%~100质量%。
-制造方法-
聚酰胺系热塑性弹性体可以通过借助已知方法使形成硬链段的聚合物和形成软链段的聚合物使用扩链剂聚合来合成。
例如,聚酰胺系热塑性弹性体可以通过以下来获得:使作为硬链段的构成的单体(例如,如12-氨基十二烷酸等ω-氨基羧酸和如月桂基内酰胺等内酰胺)和扩链剂(例如,己二酸或癸烷二甲酸)在容器中聚合,然后在添加形成软链段的聚合物(例如,聚丙二醇、ABA型三嵌段聚醚、和通过将末端改性为氨基而由其得到的二胺等)的情况下进一步聚合。
特别地,在ω-氨基羧酸用作形成硬链段的单体的情况下,可以通过进行常压下的熔融聚合、或常压下的熔融聚合接着减压下的熔融聚合来完成合成。在内酰胺用作形成硬链段的单体的情况下,聚合物可以通过如下方法来制造,所述方法包括:在适当量的水的共存下在0.1MPa~5MPa的压力下熔融聚合,接着在常压下熔融聚合和/或在减压下熔融聚合。这些合成反应可以以分批方式或以连续方式进行。对于上述合成反应,分批型反应槽、单槽型或多槽型连续反应设备、或管状连续反应设备等可以单独或适当地以其组合使用。
在制造聚酰胺系热塑性弹性体时,聚合温度优选为150℃~300℃,并且更优选为160℃~280℃。聚合时间可以鉴于要合成的聚酰胺系热塑性弹性体的平均分子量与其聚合温度之间的关系而适当地确定,并且优选为0.5小时~30小时,更优选为0.5小时~20小时。
在制造聚酰胺系热塑性弹性体时,按需要,为了调节分子量和稳定成形加工期间的熔融粘度,可以添加单胺或二胺,例如月桂胺、硬脂胺、六亚甲基二胺或间苯二甲胺;或者单羧酸或二羧酸,例如乙酸、苯甲酸、硬脂酸、己二酸、癸二酸、或十二烷二酸。这些化合物可以考虑例如要获得的聚酰胺系热塑性弹性体的分子量或粘度等性能而适当地选择,只要这些化合物没有不利地影响本发明的有利效果即可。
在制造聚酰胺系热塑性弹性体时,按需要,可以使用催化剂。催化剂的实例包括:含有选自由P、Ti、Ge、Zn、Fe、Sn、Mn、Co、Zr、V、Ir、La、Ce、Li、Ca和Hf组成的组的至少一种的化合物。
催化剂的实例包括无机磷化合物、有机钛化合物、有机锆化合物和有机锡化合物。
无机磷化合物的具体实例包括:含磷的酸,例如磷酸、焦磷酸、多磷酸、亚磷酸、或次膦酸;含磷的酸的碱金属盐;和含磷的酸的碱土金属盐。
有机钛化合物的实例包括烷氧基钛(例如,四丁氧基钛或四异丙氧基钛等)。
有机锆化合物的实例包括烷氧基锆,例如四丁氧基锆(也称为"Zr(OBu)4"或"Zr(OC4H8)4")等。
有机锡化合物的实例包括:二锡氧烷化合物(例如1-羟基-3-异硫氰酸基-1,1,3,3-四丁基二锡氧烷等)、乙酸锡、二月桂酸二丁基锡、和水合氧化氢氧化丁基锡(butyltinhydroxide oxide hydrate)等。
催化剂的添加量和其添加时机没有特别限制,只要在此类条件下可以迅速地获得目标产物即可。
聚酰胺系热塑性弹性体的实例包括其中硬链段具有聚酰胺结构,软链段具有聚醚结构并且结合部为源自芳香族二羧酸或芳香族二胺的结构单元的那种。
聚酰胺系热塑性弹性体优选为其中硬链段为源自使用由上述式(1)或式(2)表示的单体合成的聚酰胺的结构单元,软链段为源自在其末端具有羟基或氨基的聚醚的结构单元并且结合部为源自芳香族二羧酸的结构单元的那种;或者其中硬链段为源自使用由上述式(1)或式(2)表示的单体合成的聚酰胺的结构单元,软链段为源自在其末端具有羧基的聚醚的结构单元并且结合部为源自芳香族二胺的结构单元的那种。
具体地,聚酰胺系热塑性弹性体的优选实例包括月桂基内酰胺的开环缩聚物、聚乙二醇和对苯二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、聚丙二醇和对苯二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、聚四亚甲基醚二醇和对苯二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、ABA型三嵌段聚醚和对苯二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、ABA型三嵌段聚醚二胺和2,6-蒽二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、聚乙二醇和2,6-蒽二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、聚丙二醇和2,6-蒽二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、聚四亚甲基醚二醇和2,6-蒽二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、ABA型三嵌段聚醚和2,6-蒽二甲酸的组合;月桂基内酰胺的开环缩聚物、ABA型三嵌段聚醚二胺和2,6-蒽二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、聚乙二醇和对苯二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、聚丙二醇和对苯二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、聚四亚甲基醚二醇和对苯二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、ABA型三嵌段聚醚和对苯二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、ABA型三嵌段聚醚二胺和对苯二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、聚乙二醇和2,6-蒽二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、聚丙二醇和2,6-蒽二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、聚四亚甲基醚二醇和2,6-蒽二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、ABA型三嵌段聚醚和2,6-蒽二甲酸的组合;和氨基十二烷酸的缩聚物、ABA型三嵌段聚醚二胺和2,6-蒽二甲酸的组合。其更优选的实例包括月桂基内酰胺的开环缩聚物、ABA型三嵌段聚醚和对苯二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、ABA型三嵌段聚醚和对苯二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、ABA型三嵌段聚醚二胺和2,6-蒽二甲酸的组合;氨基十二烷酸的缩聚物、聚四亚甲基醚二醇和对苯二甲酸的组合;和氨基十二烷酸的缩聚物、聚四亚甲基醚二醇和2,6-蒽二甲酸的组合。
作为聚酰胺系热塑性弹性体,关于结构单元的组合、构成比、和分子量等,可以使用上述优选方面的组合。
[聚酯系树脂]
包含于树脂构件中的聚酯系树脂可以根据轮胎中的构件的角色适当地选择。聚酯系树脂可以为结晶性或非结晶性的,并且其实例包括脂肪族聚酯和芳香族聚酯。脂肪族聚酯可以为饱和脂肪族聚酯或不饱和脂肪族聚酯。
芳香族聚酯的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸苯乙烯酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、和聚萘二甲酸丁二醇酯。其中,聚对苯二甲酸丁二醇酯是优选的。
作为脂肪族聚酯,可以使用二羧酸和二醇的任意缩合物或羟基羧酸的任意缩合物。实例包括聚乳酸、聚3-羟基丁酸丁酯、聚3-羟基丁酸己酯、聚(ε-己内酯)、聚庚内酯、聚辛内酯、聚己二酸丁二醇酯和聚己二酸乙二醇酯。
聚酯系树脂的实例也包括市售品,例如来自Polyplastics Co.,Ltd.的“DURANEX”系列(例如,2000和2002等)、来自Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation的“NOVADURAN”系列(例如,5010R5和5010R3-2等)和来自Toray Industries,Inc.的“TORAYCON”系列(例如,1401X06和1401X31等)。
作为聚酯系热塑性树脂的市售品,例如,可以使用由Polyplastics Co.,Ltd.制造的"DURANEX"系列(例如,2000和2002等)、由Mitsubishi Engineering-PlasticsCorporation制造的"NOVADURAN"系列(例如,5010R5和5010R3-2等)、和由TorayIndustries,Inc.制造的"TORAYCON"系列(例如,1401X06和1401X31等)。
术语“聚酯系热塑性弹性体”是指弹性高分子化合物,其为包括形成熔点高的硬链段的结晶性聚合物和形成玻璃化转变温度低的软链段的非结晶性聚合物的共聚物的热塑性树脂。构成硬链段的聚合物可以包括聚酯系树脂。聚酯系热塑性弹性体的实例包括JISK6418(2007)中定义的酯系热塑性弹性体。
聚酯系热塑性弹性体可以具有酰胺键。
聚酯系热塑性弹性体的实例包括而不限于,形成熔点高的硬链段的结晶性聚酯和形成玻璃化转变温度低的软链段的非结晶性聚合物的共聚物。
形成硬链段的结晶性聚酯的实例包括芳香族聚酯。芳香族聚酯可以由例如芳香族二羧酸或其酯形成性衍生物与脂肪族二醇来生产。
形成硬链段的芳香族聚酯的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸苯乙烯酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、和聚萘二甲酸丁二醇酯。其中,聚对苯二甲酸丁二醇酯是优选的。
芳香族聚酯之一优选为源自1,4-丁二醇和选自由对苯二甲酸和对苯二甲酸二甲酯组成的组的至少一种的聚对苯二甲酸丁二醇酯。选择性地,芳香族聚酯可以为例如,源自二羧酸组分(例如,间苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘-2,6-二甲酸、萘-2,7-二甲酸、二苯基-4,4’-二甲酸、二苯氧基乙烷二甲酸、5-磺基间苯二甲酸或这些二羧酸的酯形成性衍生物等)和分子量为300以下的二醇(例如,脂肪族二醇如乙二醇、丙二醇、戊二醇、己二醇、新戊二醇或癸二醇等;脂环族二醇如1,4-环己烷二甲醇或三环癸烷二甲醇等;和芳香族二醇如苯二甲醇、双(对羟基)联苯、双(对羟基苯基)丙烷、2,2-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]丙烷、双[4-(2-羟基)苯基]砜、1,1-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]环己烷、4,4’-二羟基-对三联苯(4,4'-dihydroxy-p-terphenyl)或4,4’-二羟基-对四联苯(4,4'-dihydroxy-p-quaterphenyl)等)的聚酯,或通过使用两种以上的上述二羧酸组分和二醇组分获得的共聚聚酯。还可以在5摩尔%以下的范围内共聚例如,具有三个以上的官能团的多官能羧酸组分、多官能氧代酸组分、或多官能羟基组分。
形成软链段的聚合物的实例包括脂肪族聚酯和脂肪族聚醚。
脂肪族聚醚的实例包括聚(氧化乙烯)二醇、聚(氧化丙烯)二醇、聚(氧亚丁基)二醇、聚(氧亚己基)二醇、氧化乙烯和氧化丙烯的共聚物、聚(氧化丙烯)二醇的氧化乙烯加合聚合物、以及氧化乙烯和四氢呋喃的共聚物。
脂肪族聚酯的实例包括聚(ε-己内酯)、聚庚内酯、聚辛内酯、聚(己二酸丁二醇酯)和聚(己二酸乙二醇酯)。
脂肪族聚醚和脂肪族聚酯当中,作为形成软链段的聚合物,从所得的聚酯嵌段共聚物的弹性特性的观点,聚(氧亚丁基)二醇、聚(氧化丙烯)二醇的氧化乙烯加合物、聚(ε-己内酯)、聚(己二酸丁二醇酯)、和聚(己二酸乙二醇酯)等是优选的。
优选地,从韧性和低温挠性的观点,形成硬链段的聚合物(聚酯)的数均分子量为300~6,000。优选地,从韧性和低温挠性的观点,形成软链段的聚合物的数均分子量为300~6,000。从成形性的观点,硬链段(x)和软链段(y)的质量比(x:y)优选为99:1~20:80,更优选为98:2~30:70。
聚酯系热塑性弹性体可以通过借助公知方法来使形成硬链段的聚合物和形成软链段的聚合物共聚而合成。
作为聚酯系热塑性弹性体的市售品,例如,可以使用来自Du Pont-Toray Co.,Ltd.的"HYTREL"系列(例如,3046、5557、6347、4047和4767)和由Toyobo Co.,Ltd.生产的"PELPRENE"系列(例如,P30B、P40B、P40H、P55B、P70B、P150B、P280B、P450B、P150M、S1001、S2001、S5001、S6001和S9001等)。
当聚酰胺系热塑性弹性体和聚酯系热塑性弹性体的组合用作树脂时,聚酰胺系热塑性弹性体(x)与聚酯系热塑性弹性体(y)之间的质量比(x:y)优选为95:5~50:50。当弹性体间的质量比为95:5~50:50时,聚酰胺系热塑性弹性体和聚酯系热塑性弹性体的组合可以保持聚酰胺系热塑性弹性体的特性,同时被赋予有聚酯系热塑性弹性体的特性。这确保容易地控制轮胎的弹性模量同时借由聚酰胺系热塑性弹性体而维持增强帘线构件与轮胎骨架体之间的熔接性,导致轮胎具有进一步改善的轮胎耐久性并且较不易于由于温度变化而变形。更优选地,聚酰胺系热塑性弹性体(x)与聚酯系热塑性弹性体(y)之间的质量比(x:y)为90:10~50:50。
树脂构件可以按需要包含例如,作为各种添加剂的除了上述那些以外的树脂(包括热塑性弹性体)、橡胶、各种填料(例如,二氧化硅、碳酸钙和粘土)、防老剂、油、增塑剂、着色剂、耐候剂、和增强材料。整个树脂构件中的添加剂的总含量没有特别限制,并且可以在不损害本发明的效果的情况下适当地使用。
(增强帘线层)
轮胎可以在轮胎骨架体的径向外周面上具有增强帘线层。增强帘线层至少包括增强帘线构件,并且可以由增强帘线构件构成,或如上所述,包括作为被覆有被覆树脂的增强帘线构件的被覆帘线构件。优选地,增强帘线构件被覆有包含上述特定树脂的被覆树脂。包含特定树脂的被覆树脂当中,包含聚酰胺系热塑性树脂的被覆树脂是优选的,并且包含JISK 6418(2007)中定义的聚酰胺系热塑性弹性体(TPA)的被覆树脂是特别优选的。
当增强帘线层包含如上所述的特定树脂时,形成增强帘线层的被覆帘线构件与橡胶粘接层之间的经由RFL系粘接剂的粘接性可以增加。特别是当轮胎骨架体包含特定树脂时并且当增强帘线层包含特定树脂时,与其中将增强帘线用缓冲橡胶固定的情况相比,轮胎骨架体与增强帘线层之间的硬度差可以降低,以致增强帘线构件可以与轮胎骨架体紧密固定。
进一步,在增强帘线为钢丝帘线并且试图在处置轮胎时将增强帘线与缓冲橡胶分离的情况下,硫化橡胶难以仅通过加热而与增强帘线分离。相反地,在聚酰胺系热塑性树脂的情况下,增强帘线可以仅通过加热而分离。出于该原因,在聚酰胺系热塑性树脂的情况下在轮胎的回收性方面存在优势。聚酰胺系热塑性树脂通常具有低于硫化橡胶的损耗系数(Tanδ)。因此,当增强帘线层包含大量的树脂时,轮胎的滚动性可以改善。进一步,具有与硫化橡胶相比相对高的弹性模量的聚酰胺系热塑性树脂的优点在于:聚酰胺系热塑性树脂具有高的面内剪切刚性并且还提供在轮胎行驶时的优异的操纵稳定性和优异的耐摩耗性。
在轮胎骨架体由树脂材料形成的情况下,用于增强帘线层的被覆树脂的弹性模量(JIS K7113:1995中定义的拉伸弹性模量)优选设定在树脂材料的弹性模量的0.1倍~10倍的范围内。在被覆树脂的弹性模量为形成轮胎骨架体的树脂材料的弹性模量的10倍以下的情况下,胎冠部不变得太硬,有利于轮辋安装性。在被覆树脂的弹性模量为形成轮胎骨架体的树脂材料的弹性模量的0.1倍以上的情况下,构成增强帘线层的树脂不太软,带束部的面内剪切刚性高,并且转弯力改善。
在被覆树脂包括于增强帘线层中的情况下,从增加增强帘线的拉出性(即,难以拉出)的观点,增强帘线构件的表面优选以20%以上被覆有被覆树脂,并且更优选地,表面被覆50%以上。从提高增强帘线的提取性的观点,相对于构成不包括增强帘线的增强帘线层的材料的总量,增强帘线层中的被覆树脂的含量优选为20质量%以上,并且更优选为50质量%以上。
当轮胎骨架体由包含特定树脂的树脂材料形成时并且当增强帘线构件不被覆有被覆树脂时,例如,在沿着轮胎骨架体的轴向的截面图中,增强帘线构件的至少一部分可以埋设入轮胎骨架体的外周中。在此情况下,增强帘线层由增强帘线构件构成。
另一方面,当轮胎骨架体由树脂材料形成时并且当增强帘线构件被覆有被覆树脂时,与形成轮胎骨架体的树脂材料相同种类或不同种类的树脂材料可以为增强帘线的被覆树脂。优选地,相同种类的树脂材料为被覆树脂。相同种类的树脂材料意味着其中它们例如同时为酰胺系树脂材料,同时为聚氨酯系树脂材料,或同时为苯乙烯系树脂材料的情况。
<第一实施方案>
将会参考附图在以下描述根据第一实施方案的轮胎。在第一实施方案中,胎身为树脂构件,并且未被覆有被覆树脂的增强帘线构件部分地埋设入胎身的径向外周面中。
将会描述第一实施方案的轮胎10。图3A为根据一个实施方案的轮胎的一部分的截面的透视图。图3B为安装至轮辋上的胎圈部的截面图。如图3A中示出的,轮胎10具有与传统的常规橡胶制充气轮胎基本上相同的截面形状。
如图3A中示出的,轮胎10包括胎身17,所述胎身17包括:与图3B中示出的轮辋20的胎圈座21和轮辋凸缘22各自接触的一对胎圈部12;从胎圈部12向轮胎径向外侧延伸的胎侧部14;和连接一个胎侧部14的轮胎径向的外侧端和另一个胎侧部14的轮胎径向的外侧端的胎冠部16(外周部)。如图3A中示出的位于胎冠部16(外周部)与作为橡胶构件的胎面30之间的中间层(树脂粘接层和橡胶粘接层)沿着胎冠部16的外周在30A~30B的范围内形成。在第一实施方案中,层叠结构对应于图2A中示出的层结构。当橡胶构件进一步设置于胎侧部14的外周上时,中间层可以形成在橡胶构件与胎侧部14之间。中间层的厚度可根据部位而变化。例如,其厚度可以在其中存在增强帘线26的部位处是厚的;或者可以在胎侧部14附近的部位处是薄的;等等。
第一实施方案中的胎身17(树脂构件)由单一树脂、即聚酰胺系热塑性弹性体(UBESTA XPA 9055,由Ube Industries,Ltd.生产)形成。然而,本发明不限于该组成,并且与传统的常规橡胶制充气轮胎相似,可以采用具有不同特性的热塑性树脂来用于胎身17的各部位(胎侧部14、胎冠部16和胎圈部12等),只要热塑性树脂为包含特定树脂的材料即可。进一步,增强材料(例如,高分子材料或金属的纤维、帘线、无纺布或织物等)可以埋设入胎身17中(例如,胎圈部12、胎侧部14或胎冠部16中)以用增强材料增强胎身17。
根据第一实施方案的胎身17为通过将由树脂材料形成的一对胎身半体(halfpart)(胎身片)17A接合在一起而得到的部件。各胎身半体17A通过以下来形成:由一个胎圈部12、一个胎侧部14和半宽度部分的胎冠部16组成的集合体通过如注射成形等成形来生产。胎身17通过将具有相同的环状的成形的胎身半体17A彼此面对放置,并且将它们在轮胎赤道面处接合在一起而形成。胎身17不限于通过将两个部件接合在一起获得的那些,并且可以通过将三个以上的部件接合在一起来形成。
使用上述树脂材料形成的各胎身半体17A可以通过例如真空成形、加压成形、注射成形、或熔铸来赋形。因此,与在传统技术中胎身由橡胶成形的情况相比,硫化是不必要的,制造过程可以大幅地简化,并且可以节约成形时间。
在第一实施方案中,胎身半体17A具有两边对称的形状,即,一个胎身半体17A具有与另一个胎身半体17A相同的形状。因此,存在的优点还在于需要仅一种模具来给胎身半体17A赋形。
在第一实施方案中,如图3B中表明的,将与传统通常的充气轮胎中使用的那些相似的由钢丝帘线制成的环状胎圈芯18埋设入各胎圈部12中。然而,本发明不限于该构成,并且胎圈芯18可以省略,只要确保了胎圈部12具有刚性并且嵌合于轮辋20上可以成功地进行即可。胎圈芯18可以选择地使用例如,有机纤维帘线、树脂被覆的有机纤维帘线、或硬质树脂来代替钢丝帘线形成。
在第一实施方案中,由具有与形成胎身17的树脂材料相比更高的密封性的材料(例如,橡胶)形成的环状密封层24设置在胎圈部12的接触轮辋20的部分上或至少设置在胎圈部12的接触轮辋20的轮辋凸缘22的部分上。密封层24也可以设置在其中胎身17(胎圈部12)和胎圈座21彼此接触的部分中。作为具有与形成胎身17的树脂材料相比更高的密封性的材料,可以使用与形成胎身17的树脂材料相比更软的材料。作为可用于密封层24的橡胶,优选使用与在传统通常的橡胶制充气轮胎的胎圈部的外表面使用的橡胶相同种类的橡胶。可以使用具有与前述树脂材料相比更高的密封性的其它热塑性树脂(热塑性弹性体)。其它热塑性树脂的实例包括:聚氨酯系树脂、聚烯烃系树脂、聚苯乙烯系热塑性树脂、或聚酯系树脂,或者任意的这些树脂与橡胶或弹性体的共混物。也可以使用例如聚酯系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体、聚苯乙烯系热塑性弹性体、聚烯烃系热塑性弹性体等热塑性弹性体,或这些弹性体的两种以上的组合或任意的这些弹性体与橡胶的共混物。
如图3A中表明的,将具有与形成胎身17的聚酰胺系热塑性弹性体相比更高的刚性的增强帘线26沿着胎身17的圆周方向围绕胎冠部16卷绕。在沿着胎身17的轴向截取的截面图中,以其中增强帘线26的至少一部分埋设入胎冠部16中的状态,将增强帘线26螺旋地卷绕以形成增强帘线层28。由具有与形成胎身17的聚酰胺系热塑性弹性体相比更高的耐摩耗性的材料(例如,橡胶构件)形成的胎面30配置在增强帘线层28的轮胎径向的外周侧上。
以下参考图4描述由增强帘线26形成的增强帘线层28。图4为沿着轮胎旋转轴截取的截面图,其表明其中增强帘线26埋设入根据第一实施方案的轮胎的胎身的胎冠部16中的状态。胎面30隔着中间层(即,RFL层26C和橡胶粘接层26D)粘接于胎冠部16。如图4中表明的,在沿着胎身17的轴向截取的截面图中,以其中增强帘线26的至少一部分埋设入胎冠部16中的状态,将增强帘线26螺旋地卷绕;并且与胎身17的外周部的一部分一起形成由图4中的虚线指定的增强帘线层28。增强帘线26的埋设入胎冠部16中的部分与形成胎冠部16(胎身17)的聚酰胺系热塑性弹性体紧密接触。作为增强帘线26,可以使用金属纤维或有机纤维等的单丝(单线)或例如由捻合钢纤维构成的钢丝帘线等的其中这种纤维捻合的复丝(捻合线)。在第一实施方案中,钢丝帘线用作增强帘线26。
在图4中的埋设深度L表示沿着轮胎旋转轴方向在胎身17(胎冠部16)中的增强帘线26的埋设深度。在胎冠部16中的增强帘线26的埋设深度L优选为等于或大于增强帘线26的直径D的1/5,并且更优选为大于增强帘线26的直径D的1/2。更优选的是,整个增强帘线26埋设入胎冠部16中。在其中增强帘线26的埋设深度L大于增强帘线26的直径D的1/2的情况下,由于增强帘线26的尺寸,增强帘线26难以从埋设部掉出。在其中整个增强帘线26埋设入胎冠部16中的情况下,表面(外周面)变平,因此即使当构件放置在其中埋设了增强帘线26的胎冠部16上时,也可以减少空气进入增强帘线周边的区域。增强帘线层28对应于配置在传统橡胶制充气轮胎的胎体的外周面上的带束部。
如上所述,胎面30配置在增强帘线层28的轮胎径向的外周侧上。优选的是,与用于传统的橡胶制充气轮胎相同种类的橡胶用作用于胎面30的橡胶。在胎面30(橡胶构件)中,与传统的橡胶制充气轮胎相似,由多个沟槽组成的胎面花纹形成于与路面接触的接触面上。
以下描述根据第一实施方案的轮胎的制造方法。
胎身形成步骤
首先,如上所述,使用包含至少一种特定树脂的树脂材料来形成胎身半体。优选地,这些胎身通过注射成形来形成。由树脂材料形成的胎身的硬度满足100MPa~600MPa。
接下来,将由薄金属支承环支承的胎身半体彼此面对。随后,以与胎身半体的对接部的外周面接触的方式来设置接合模具(在附图中未示出)。接合模具构成为在预定的压力下加压在胎身半体17A的接合部(对接部)周边的区域。然后,在形成胎身的热塑性树脂的熔点以上的温度下加压在胎身半体的接合部周边的区域。在通过接合模具加热和加压时,胎身半体的接合部熔融,并且轮胎骨架体半体熔合,以致各构件一起形成胎身17。注意的是,虽然胎身半体的接合部在第一实施方案中使用接合模具来加热,但本发明不限于第一实施方案。例如,胎身半体可以通过以下来接合:通过使用单独提供的高频加热器等来加热接合部;或者通过借助热风或红外线等来使接合部软化或熔融,然后使用接合模具来加压接合部。
增强帘线构件卷绕步骤
接下来,参考图5在以下描述增强帘线卷绕步骤。图5为表明使用帘线加热装置和辊来使增强帘线埋设入胎身的胎冠部中的操作的说明图。在图5中,帘线供给设备56包括:其上卷绕了增强帘线26的卷轴58;在卷轴58的帘线供给方向的下游侧配置的帘线加热装置59;在增强帘线26供给方向的下游侧配置的第一辊60;用于沿其中第一辊接触并且远离轮胎的外周面的方向移动第一辊60的第一圆筒单元62;在第一辊60的增强帘线26供给方向的下游侧配置的第二辊64;和用于沿其中第二辊接触并且远离轮胎的外周面的方向移动第二辊64的第二圆筒单元66。第二辊64可以用作由金属形成的冷却辊。在第一实施方案中,鉴于抑制熔融的或软化的热塑性树脂的附着,第一辊60或第二辊64的表面涂布有氟树脂(TEFLON(注册商标),在第一实施方案的情况下)。虽然帘线供给设备56在第一实施方案中构成为具有第一辊60和第二辊64的两个辊,但本发明不限于该构成,并且帘线供给设备可以构成为具有这些辊中的仅一个(即,单一辊)。
帘线加热装置59包括产生热风的加热器70和风扇72。帘线加热装置59包括:其中供给了热风并且其中增强帘线26经过其内部空间的加热箱74、和排出加热的增强帘线26的排出口76。
在本步骤中,首先,帘线加热装置59的加热器70的温度增加,并且将由加热器70加热的加热器70周围的空气通过由风扇72的旋转产生的气流输送至加热箱74。然后,将从卷轴58抽出的增强帘线26供给至其内部空间由热风加热的加热箱74的内部,因此加热增强帘线26(例如,将增强帘线26的温度增加至约100℃~约200℃)。将加热的增强帘线26经过排出口76,并且在恒定张力下围绕沿图5中的箭头R的方向旋转的胎身17的胎冠部16的外周面螺旋地卷绕。此处,由于加热的增强帘线26与胎冠部16的外周面接触,接触部处的树脂材料熔融或软化,并且加热的增强帘线26的至少一部分埋设入胎冠部16的外周面中。在本步骤中,因为加热的增强帘线26埋设入熔融或软化的树脂材料中,树脂材料和增强帘线26进入其间不留空间的状态,即,紧密接触的状态。因此,抑制了空气进入其中埋设了增强帘线26的部分。通过将增强帘线26加热至高于形成胎身17的树脂材料的熔点或软化点的温度,有利于在接触增强帘线26的部分中的树脂材料的熔融或软化。通过采用该构成,促进了在胎冠部16的外周面中的增强帘线26的埋设,并且可以有效减少空气的进入。
增强帘线26的埋设深度L可以通过增强帘线26的加热温度、施加于增强帘线26的张力、或从第一辊60施加的压力等来调节。在第一实施方案中,增强帘线26的埋设深度L设定为等于或大于增强帘线26的直径D的1/5。增强帘线26的埋设深度L更优选为大于直径D的1/2,并且又更优选的是,埋设整个增强帘线26。
以此方式,将增强帘线层28通过以下形成在胎身17的胎冠部16的外周侧上:将加热的增强帘线26卷绕在胎冠部16的外周面上以致加热的增强帘线26埋设入胎冠部16的外周面中。
接下来,向胎身17的胎冠部16的与胎面30的胎冠部16接触的表面,依序施涂RFL系粘接剂和作为水系粘剂的橡胶粘接组合物。对于该施涂,可以使用空气喷涂法或浸渍法。
围绕被覆有上述的橡胶粘接组合物(水系粘剂)的胎身17的外周面,将作为未硫化的橡胶构件的带状的胎面30卷绕一周以使胎面30粘接至胎身17的外周面。作为胎面30,例如,可以使用用于翻新轮胎的传统已知的预固化胎面。该步骤以与将预固化的胎面粘接至翻新轮胎的胎面基部(base)的外周面的步骤相同方式进行。
硫化步骤
接下来,将贴附了胎面30的胎身17安置于硫化罐或模具中并且硫化。通过进行硫化,新形成RFL系粘接剂的胶乳橡胶与橡胶粘接层的橡胶之间的化学键以及橡胶粘接层的橡胶与胎面中的橡胶之间的化学键,结果,作为橡胶构件的胎面30与作为树脂构件的胎身17之间的结合变得更强。
轮胎10可以通过使用例如粘接剂来使由硫化橡胶形成的密封层24结合至胎身17的胎圈部12而完成。
在完成轮胎10之后,可以进一步进行用于加热轮胎10的退火处理。通过在完成轮胎之后进行退火处理,还可以调节包含于树脂材料中的聚酰胺系热塑性弹性体的硬链段的结晶度。退火处理中的加热温度优选为从玻璃化转变温度到140,并且更优选为50℃~140℃。优选在加热轮胎10之后逐渐冷却至室温(例如,25℃)。
作用
在第一实施方案中,轮胎10的胎身17包括一种特定树脂,另外,胎身17和胎面30(橡胶构件)隔着RFL系粘接剂和橡胶粘接组合物粘接,导致高的耐剥离性。此外,因为树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的硬度值全部满足100MPa~600MPa,所以轮胎在对于外力的抵抗性以及耐剥离性方面优异,因而具有改善的耐久性。进一步,因为不使用缓冲橡胶,轮胎结构可以简化,导致与传统轮胎相比较小的橡胶重量。因而,当第一实施方案中的轮胎10应用于机动车时,轮胎可以具有进一步改善的耐久性和减轻的重量,以致可以改善采用该轮胎的机动车的燃料效率。另外,第一实施方案中的轮胎10采用水系粘剂作为橡胶粘接组合物,改善了轮胎制造期间将胎面30贴附至胎身17的容易性。
进一步,聚酰胺系热塑性弹性体具有高的对增强帘线26的密合性,并且还展现优异的固定性能例如熔合强度。因此,可以特别地抑制其中增强帘线卷绕步骤中空气残留在增强帘线26的周围的现象(空气的进入)。在其中对增强帘线26的密合性和熔合性高并且抑制了空气进入增强帘线构件的周围的情况下,可以有效抑制例如由于行驶期间施加的力导致的增强帘线26的移动。结果,例如,即使在其中轮胎构成构件配置为覆盖轮胎骨架体的外周部中的整个增强帘线构件的情况下,也抑制增强帘线构件的移动。结果,这些构件(包括轮胎骨架体)的摩耗和损伤减少,导致改善轮胎10的耐久性。
在根据第一实施方案的轮胎10中,具有与聚酰胺系热塑性树脂相比更高的刚性的增强帘线26围绕由聚酰胺系热塑性树脂制成的胎身17的胎冠部16的外周面沿圆周方向螺旋地卷绕,因此改善耐刺穿性、耐切割性和轮胎10的圆周方向上的刚性。轮胎10的圆周方向上的刚性的改善防止由聚酰胺系热塑性树脂制成的胎身17的蠕变。
进一步,因为在沿着胎身17的轴向截取的截面图(图4中表明的截面)中增强帘线26的至少一部埋设入由聚酰胺系热塑性树脂形成的胎身17的胎冠部16的外周面中并且紧密粘接至周围的聚酰胺系热塑性树脂,所以减少在制造期间空气的进入,并且减少例如由于行驶期间施加的力导致的增强帘线26的移动。结果,例如,减少增强帘线26、胎身17和胎面30上产生的剥离,导致改善轮胎10的耐久性。
如图4中示出的,因为增强帘线26的埋设深度L为直径D的1/5以上,有效地减少在制造期间空气的进入,并且进一步减少由于在行驶期间输入的力而导致的增强帘线26的移动。
当增强帘线26以此方式埋设且固定在聚酰胺系热塑性树脂中时,与增强帘线26使用缓冲橡胶来固定的情况相比,增强帘线26可以更紧密地固定于胎身17。这可以有效防止上述的空气进入并且有效抑制增强帘线构件在行驶期间移动。
在其中增强帘线为钢丝帘线的情况下,增强帘线26可以在处置轮胎时通过加热与聚酰胺系热塑性树脂容易地分离并且回收,因此,从轮胎10的回收性的观点,存在优势。树脂材料通常具有与硫化橡胶相比较低的损耗系数(tanδ)。因此,当增强帘线层包括大量的树脂材料时,可以提高轮胎的滚动性。具有与硫化橡胶相比较高的弹性模量的树脂材料的优点在于:树脂材料具有高的面内剪切刚性并且还提供在轮胎行驶时的优异的操纵稳定性和优异的耐摩耗性。
因为与路面接触的胎面30由具有与聚酰胺系热塑性树脂相比更高的耐摩耗性的橡胶材料形成,所以轮胎10的耐摩耗性改善。
因为由金属材料形成的环状胎圈芯18埋设入胎圈部12中,与传统的橡胶制充气轮胎相似,胎身17牢固地固定至轮辋20,即,轮胎10牢固地固定至轮辋20。
因为由具有与聚酰胺系热塑性树脂相比更高的密封性的橡胶材料形成的密封层24配置于胎圈部12的接触轮辋20的区域中,所以轮胎10与轮辋20之间的密封性改善。因此,与其中轮胎仅使用轮辋20和聚酰胺系热塑性树脂来密封的情况相比,轮胎内的空气泄漏进一步减少。进一步,密封层24的安装也改善对轮辋的安装性。
虽然第一实施方案构成为将增强帘线26加热以使在接触加热的增强帘线26的部分中的聚酰胺系热塑性树脂熔融或软化,但本发明不限于该构成。可以采用以下实施方案:代替加热增强帘线26,热风产生设备用于加热其中要埋设增强帘线26的胎冠部16的外周面,然后增强帘线26埋设入胎冠部16中。
虽然第一实施方案构成为帘线加热装置59的热源包括加热器和风扇,但本发明不限于该构成。可以采用以下实施方案:增强帘线26直接由辐射热(例如,红外线)来加热。
虽然第一实施方案构成为将其中埋设有增强帘线26的聚酰胺系热塑性树脂熔融或软化的区域使用由金属形成的第二辊64来强制冷却。然而,本发明不限于该构成,并且可以采用以下实施方案:将其中聚酰胺系热塑性树脂熔融或软化的区域可通过直接施加冷风而强制冷却和固体化。
虽然第一实施方案构成为加热增强帘线26,但可以采用以下实施方案:将增强帘线26的外周例如使用与胎身17相同的聚酰胺系热塑性树脂来被覆。在此情况下当被覆的增强帘线围绕胎身17的胎冠部16卷绕时,将被覆的聚酰胺系热塑性树脂与增强帘线26一起加热,因此可以有效减少在将增强帘线埋设入胎冠部16中期间的空气的进入。
从制造上的容易性的观点,螺旋地卷绕增强帘线26。然而,增强帘线26可以以其中增强帘线26在轮胎的宽度方向上不连续的其它方法卷绕。
虽然根据第一实施方案的轮胎10为其中通过将胎圈部12安装至轮辋20上,气室在轮胎10与轮辋20之间形成的所谓的无内胎轮胎,但本发明不限于该构成,并且轮胎可以具有完整的内胎形状。
<第二实施方案>
接下来,参考附图将会描述轮胎的制造方法和轮胎的第二实施方案。在第二实施方案中,胎身和被覆帘线构件同时为树脂构件。
如上述第一实施方案中一样,第二实施方案中的轮胎具有与传统的常规橡胶制充气轮胎基本上相同的截面形状。因而,在以下附图中,与第一实施方案相同的组成由相同的附图标记表示,并且省略它们的说明。图6A为第二实施方案中的轮胎的沿着轮胎宽度方向的截面图。图6B为第二实施方案中的轮胎的嵌合于轮辋上的胎圈部的沿着轮胎宽度方向的截面的放大图。图7为根据第二实施方案的轮胎的增强帘线层的圆周沿着轮胎宽度方向的截面图。在图6A中,中间层(树脂粘接层和橡胶粘接层)位于胎冠部16与胎面30之间,并且沿着胎冠部16的外周在30E~30F的范围内形成。
与第一实施方案相似,根据第二实施方案的轮胎的胎身17由聚酰胺系热塑性弹性体(TPA)(“UBESTA XPA9055”,Ube Industries,Ltd.制造)形成。在根据第二实施方案的轮胎200中,如图6A和7中示出的,将其中被覆帘线构件26B沿圆周方向卷绕的增强帘线层28(由图7中的虚线表示)层叠在胎冠部16上。增强帘线层28构成胎身17的外周部,并且增强胎冠部16的圆周方向上的刚性。增强帘线层28的外周面隔着粘接于且层叠于RFL层26C上的橡胶粘接层26D、即中间层接触胎面30。
如图7中示出的,被覆帘线构件26B通过以下形成:将具有与形成胎身17的聚酰胺系热塑性弹性体相比更高的刚性的帘线构件26A用作为与形成胎身17的聚酰胺系热塑性弹性体不同的被覆用聚酰胺系热塑性树脂(下文中称为"被覆树脂材料")27被覆。在其中被覆帘线构件26B接触胎冠部16的区域中,被覆帘线构件26B和胎冠部16隔着由RFL系粘接剂形成的RFL层26C彼此结合。
被覆树脂材料27的弹性模量优选地设定在形成胎身17的树脂材料的弹性模量的0.1倍~10倍的范围内。在被覆树脂材料27的弹性模量为形成胎身17的聚酰胺系热塑性树脂的弹性模量的10倍以下的情况下,胎冠部不变得太硬,有利于轮辋安装性。在被覆树脂材料27的弹性模量为形成胎身17的聚酰胺系热塑性树脂的弹性模量的0.1倍以上的情况下,构成增强帘线层28的树脂不太软,带束部的面内剪切刚性高,并且转弯力改善。在第二实施方案中,与形成胎身17的聚酰胺系热塑性树脂相似的材料(“UBESTA XPA9055X1”,UbeIndustries,Ltd.制造)用作被覆树脂材料27。
如图7中示出的,被覆帘线构件26B具有大致梯形的截面形状。在以下说明中,被覆帘线构件26B的上表面(轮胎径向外侧的面)由附图标记26U表示,并且下表面(轮胎径向内侧的面)由附图标记26E表示。虽然第二实施方案构成为被覆帘线构件26B的截面形状为大致梯形,但本发明不限于该构成。被覆帘线构件26B的截面形状可以为除了其中宽度从下表面26E侧(轮胎径向内侧)向上表面26U侧(轮胎径向外侧)增加的形状以外的任意形状。
如图7中示出的,因为多个被覆帘线构件26B沿圆周方向以间隔配置,所以间隙28A形成在相邻的被覆帘线构件26B之间。因此,增强帘线层28的外周面具有凹凸,并且其外周部由增强帘线层28形成的胎身17的外周面17S也具有凹凸。
微细的粗糙的凹凸均匀地形成于胎身17的外周面17S(包括凹凸)上,并且隔着RFL层26C在其上结合橡胶粘接层26D。橡胶粘接层26D的径向内侧的橡胶部分流入粗糙的凹凸中。
由具有与形成胎身17的树脂材料相比更高的耐摩耗性的例如橡胶等的材料形成的胎面30接合至橡胶粘接层26D上(橡胶粘接层26D的外周面上)。
用于胎面30的橡胶(胎面橡胶30C)优选为与用于传统的橡胶制充气轮胎相似的橡胶。在胎面30中,与传统的橡胶制充气轮胎相似,由多个沟槽组成的胎面花纹(附图中未示出)形成于与路面接触的接触面上。
尽管仅出于说明的目的,已经参考实施方案在以上描述了用于实施本发明的模式,但是可以进行各种修改而不偏离本发明的主旨和范围。具体地,例如,在第一实施方案和第二实施方案中,虽然对于其中胎面30为橡胶构件的模式进行了说明,但本发明不限于这些模式,并且其它构件(例如,胎侧橡胶等)可以为橡胶构件。当其它构件为橡胶构件时,例如,代替胎面30,可以使用由与形成胎身17的树脂材料相比耐摩耗性更优异的其它种类的树脂材料形成的胎面。
要理解的是,本发明的权利范围不限于这些实施方案。
在以下,描述根据第二实施方案的轮胎的制造方法。
胎身形成步骤
首先,胎身半体17A以与第一实施方案中相同的方式形成,并且胎身半体使用接合模具来加热和加压,由此形成胎身17。
增强帘线构件卷绕步骤
第二实施方案中的轮胎的制造设备与上述第一实施方案中相同。通过将帘线构件26A用被覆树脂材料27(聚酰胺系热塑性材料)被覆获得的被覆帘线构件26B在截面图中具有大致梯形的形状,并且围绕卷轴58卷绕,在上述第一实施方案中的图5中示出的帘线供给设备56中使用。
首先,加热器70的温度增加,并且将由加热器70加热的加热器70周围的空气通过由风扇72的旋转产生的气流输送至加热箱74。然后,将从卷轴58抽出的被覆帘线构件26B供给至其内部空间由热风加热的加热箱74的内部,因此加热增强帘线构件(例如,将增强帘线构件26B的外周面的温度增加至等于或高于被覆树脂材料27的熔点)。此处,由于加热被覆帘线构件26B,被覆树脂材料27变得熔融或软化。
将被覆帘线构件26B经过排出口76,并且在恒定张力下围绕沿朝向附图底部的方向旋转的胎身17的胎冠部16的外周面螺旋地卷绕。此时,被覆帘线构件26B的下表面26E与胎冠部16的外周面接触。在接触部处的熔融或软化的被覆树脂材料27在胎冠部16的外周面上扩展,并且被覆帘线构件26B熔合至胎冠部16的外周面。因此,胎冠部16与被覆帘线构件26B之间的接合强度增加。
粗糙化处理步骤
随后,在附图中未示出的喷砂设备中,在使胎身17旋转的同时,将喷砂磨料以高速度喷射至胎身17的外周面17S。已经喷射的喷砂磨料与外周面17S碰撞,因而在外周面17S上形成算术平均粗糙度Ra为0.05mm以上的微细的粗糙的凹凸。
通过以此方式在胎身17的外周面17S上形成微细的粗糙的凹凸,使得外周面17S为亲水性的,并且改善树脂粘接组合物的润湿性。
层叠步骤
随后,将RFL系粘接剂施涂至已经进行粗糙化处理的胎身17的外周面17S,因而形成RFL层26C。
接下来,将未硫化的橡胶粘接组合物(水系粘剂)施涂至被覆有RFL系粘接剂的外周面17S以形成橡胶粘接层26D。随后,硫化或半硫化的胎面橡胶30C在橡胶粘接层26D上卷绕一周以实现生胎胎身的状态。
硫化步骤
然后,将生胎胎身安置于硫化罐或模具中并且硫化。一旦完成硫化,则化学交联结构形成在RFL层26C与橡胶粘接层26D之间以增加粘接强度。即,胎身17与胎面30之间和被覆帘线构件26B与胎面30之间的粘接强度由于RFL层26C和橡胶粘接层26D的存在而提高。
轮胎200通过借助使用粘接剂等来使由与树脂材料相比更软的软质材料形成的密封层24粘接至胎身17的胎圈部12而完成。
作用
在第二实施方案中的轮胎200中,因为将胎身17和被覆帘线构件26B粘接至RFL层26C和橡胶粘接层26D,所以胎身17和被覆帘线构件26B(即,上述树脂构件)与胎面30(即,上述橡胶构件)充分地粘接。这可以改善轮胎200的耐久性等。此外,因为胎面30贴付至粘合性的水系粘剂,所以实现良好的作业性。进一步,因为如在上述第一实施方案中一样不使用缓冲橡胶,当第二实施方案中的轮胎200应用于机动车时,轮胎可以具有进一步改善的耐久性和减轻的重量,以致可以改善采用该轮胎的机动车的燃料效率。
注意的是,尽管在第二实施方案中,胎身17的表面和被覆帘线构件26B的表面同时被覆有RFL层26C,但本发明不限于第二实施方案并且RFL层26C可以施涂至胎身17的表面和被覆帘线构件26B的表面中的仅一者。
其中胎身17由聚酰胺系热塑性弹性体形成的根据第二实施方案的轮胎200具有优异的耐热性、优异的拉伸弹性模量、优异的拉伸强度和优异的断裂应变。另外,根据第二实施方案的轮胎200的重量较轻,这是因为其具有与传统的橡胶制轮胎相比简单的结构。因此,根据第二实施方案的轮胎200具有高的耐摩耗性和高的耐久性。形成胎身17的聚酰胺系热塑性弹性体的熔点为162℃。因而,胎身半体17A可以在例如约250℃下充分地接合,因此,可以减少能量消耗,并且可以减少加热所需要的成本。
在其中增强帘线层28包含如上所述的被覆帘线构件26B的情况下,与其中帘线构件26A用缓冲橡胶简单地固定的情况相比,胎身17与增强帘线层28之间的硬度差可以减小,因此,被覆帘线构件26B可以进一步紧密地粘接和固定至胎身17。结果,可以有效减少如上所述的空气的进入,并且可以进一步抑制行驶期间的增强帘线构件的移动。
在其中帘线构件26A为钢丝帘线的情况下,帘线构件26A可以在处置轮胎时通过加热与被覆帘线构件26B容易地分离并且回收,因此,从轮胎200的回收性的观点,存在优势。进一步,因为聚酰胺系热塑性弹性体具有与硫化橡胶相比较低的损耗系数(tanδ)。因此,当增强帘线层28包含大量的聚酰胺系热塑性弹性体时,可以提高轮胎的滚动性。具有与硫化橡胶相比较高的面内剪切刚性的聚酰胺系热塑性弹性体的优点在于:聚酰胺系热塑性弹性体提供在轮胎行驶时的优异的操纵稳定性和优异的耐摩耗性。
在根据第二实施方案的轮胎的制造方法中,当胎身17和胎面橡胶30经由RFL层26C和橡胶粘接层26D一体化时,接合性(粘接性)通过锚固效应而改善,这是因为胎身17的外周面17S已经进行了粗糙化处理。进一步,因为形成胎身17的树脂材料由于喷砂磨料的碰撞而被挖槽(plough),改善了树脂粘接组合物的润湿性。因此,树脂粘接组合物以均匀的涂布状态保留在胎身17的外周面17S上,因此可以确保胎身17与橡胶粘接层26D之间的接合强度。
即使在其中胎身17的外周面17S具有凹凸的构成中,通过使得喷砂磨料与凹部(间隙28A)碰撞,凹部周围的区域(凹壁、凹底)进行粗糙化处理,因而可以确保胎身17与橡胶粘接层26D之间的接合强度。
橡胶粘接层26D层叠于胎身17的外周面17S的粗糙化区域上,因此可以借由RFL层26C而有效确保胎身17与橡胶粘接层26D之间的接合强度。
增强帘线层28构成胎身17的外周部,因此与其中除了增强帘线层28以外的构件构成外周部的情况相比,改善了耐刺穿性和耐切割性。
增强帘线层28通过卷绕被覆帘线构件26B来形成,因此改善轮胎200的圆周方向上的刚性。在其中改善了圆周方向上的刚性的情况下,抑制胎身17的蠕变(其中胎身17的塑性变形在恒定应力下随着时间的流逝而增加的现象),并且改善对于从轮胎径向内侧施加的空气压力的耐压性。
虽然第二实施方案构成为凹凸形成于胎身17的外周面17S上,但本发明不限于该构成。可以采用其中外周面17S形成为平的实施方案。
在胎身17中,增强帘线层可以通过以下形成:用被覆用聚酰胺系热塑性材料被覆已经卷绕在胎身的胎冠部上并接合的被覆帘线构件。在此情况下,被覆层可以通过将被覆用聚酰胺系热塑性材料以熔融或软化状态喷射至增强帘线层28上来形成。被覆层可以如下形成:不使用挤出机,通过将熔合片材加热为熔融或软化状态,并且将熔合片材贴付至增强帘线层28的表面(外周面)。
虽然第二实施方案构成为胎身分割体(胎身半体17A)接合在一起以形成胎身17,但本发明不限于该构成。胎身17可以使用例如模具一体地形成。
根据第二实施方案的轮胎200为其中通过将胎圈部12安装至轮辋20上,气室在轮胎200与轮辋20之间形成的所谓的无内胎轮胎。然而,本发明不限于该构成,并且轮胎200可以具有例如完整的内胎形状。
虽然第二实施方案构成为被覆帘线构件26B螺旋地卷绕在胎冠部16上,但本发明不限于该构成。可以采用其中被覆帘线构件26B不连续地(例如,环状)卷绕的实施方案。
在其中将胎身17和被覆帘线构件26B二者加热以进入熔融或软化状态的情况下,两种材料彼此良好地混合,因此增加了接合强度。形成胎身17的树脂材料和形成被覆帘线构件26B的被覆树脂材料27优选为相同种类的热塑性树脂材料,并且更优选为相同的热塑性材料。
已经进行了粗糙化处理的胎身17的外周面17S可以进行电晕处理或等离子体处理等以使外周面17S活性化并且提高亲水性,然后可以向其上施涂RFL系粘接剂。
<轮胎的制造方法>
轮胎的制造方法包括以下步骤:
(A)使用选自由聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体组成的组的至少一种树脂来形成树脂构件;
(B)通过在步骤(A)中形成的树脂构件上层叠以下来获得层叠体:
通过施加树脂粘接组合物配置的树脂粘接层;
橡胶粘接层,其通过将橡胶粘接组合物施加于所述树脂粘接层的与所述树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧而粘接和配置于所述树脂粘接层的表面;和
橡胶构件,其配置于所述橡胶粘接层的与所述橡胶粘接层上配置了树脂粘接层的一侧的相反侧;和
(C)在步骤(B)之后,将所述层叠体硫化,
并且
该方法用于生产其中步骤(C)中获得的橡胶粘接层的厚度为5μm~300μm并且其中步骤(C)中获得的所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd各自为100MPa~600MPa的轮胎。
在步骤(A)中,所述至少一种树脂没有特别限制,只要其包含至少一种特定树脂即可。步骤(A)中的形成树脂构件的具体方法包括例如,在关于第一实施方案和第二实施方案中的胎身形成步骤的部分中记载的方法。
在步骤(B)中,层叠体可以通过在步骤(A)中形成的树脂构件上层叠以下来获得:通过施加树脂粘接组合物配置的树脂粘接层;橡胶粘接层,其通过将橡胶粘接组合物施加于树脂粘接层的与树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧而配置并且粘接于树脂粘接层的表面;和橡胶构件,其配置于橡胶粘接层的与橡胶粘接层上配置了树脂粘接层的一侧的相反侧。考虑到硬度条件,树脂粘接组合物、橡胶粘接组合物和橡胶构件可以使用上述方法来制备。层叠体的各构件和各层可以以任意顺序形成,并且从轮胎的耐久性和轮胎制造期间的作业性的观点,优选地以树脂构件、树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件的顺序来配置。
从各构件或各层之间的粘接性和生产具有耐久性的轮胎的观点,RFL系粘接剂优选地用于树脂粘接组合物。如上所述,满足硬度条件的RFL层可以通过考虑例如RFL系粘接剂中的胶乳橡胶的种类并且适当地调节混合比来形成。
从轮胎的耐久性的观点,当施涂橡胶粘接组合物时,优选的是,将RFL系粘接剂施涂于树脂构件,然后在10℃~50℃下干燥60分钟~1,000分钟,之后向其施涂橡胶粘接组合物。
从轮胎的耐久性的观点,当橡胶粘接组合物包含水系粘剂时,优选的是,在施涂橡胶粘接组合物之后,在20℃~50℃下在30分钟~1,440分钟内贴付橡胶构件。
在步骤(B)中,满足硬度条件且厚度为5μm~300μm的橡胶粘接层需要形成于步骤(A)中获得的树脂粘接层的与树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧。此类橡胶粘接层可以例如通过使用上述施涂方法来形成。
关于步骤(B)中的橡胶构件,满足硬度条件的橡胶构件需要配置于橡胶粘接层上。作为此类橡胶构件,优选使用能够满足硬度条件的橡胶构件。
在步骤(C)中,步骤(B)中获得的层叠体可以仅进行硫化。硫化方法没有特别限制并且实例包括例如JP-A No.H11-048264、No.H11-029658和No.2003-238744中公开的那些。通过包括该步骤,改善中间层与橡胶构件之间的粘接力,结果,改善树脂构件与橡胶构件之间的粘接强度。
轮胎的制造方法可以在步骤(A)与步骤(B)之间进一步包括第一实施方案和第二实施方案中的增强帘线构件卷绕步骤。可以包括该步骤以获得例如,其中部分地埋设增强帘线构件的胎身,或者增强帘线构件作为树脂构件单独地配置于胎身上的胎身。随后,在以下的步骤(B)和步骤(C)中,可以生产具有其中树脂粘接层、橡胶粘接层和橡胶构件层叠在树脂构件上的层叠结构的轮胎。轮胎在其层叠结构中引入增强帘线构件,这导致充分改善整个轮胎的耐久性。
根据本公开的轮胎涵盖以下方面的轮胎。
<1>一种轮胎,其具有层叠结构,所述层叠结构包括:
树脂构件,其包含选自由聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体组成的组的至少一种树脂;
配置于所述树脂构件上的树脂粘接层;
橡胶粘接层,其粘接于所述树脂粘接层的与所述树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧且厚度为5μm~300μm;和
橡胶构件,其配置于所述橡胶粘接层的与所述橡胶粘接层上配置了树脂粘接层的一侧的相反侧,
其中所述轮胎是硫化的,并且
其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd各自为100MPa~600MPa。
<2>根据<1>的轮胎,其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd满足以下的式1或式2:
式1:Ha < Hb ≤ Hc < Hd
式2:Ha > Hb ≥ Hc > Hd。
<3>根据<1>或<2>的轮胎,其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd当中的最大值与最小值之间的差为350MPa以下。
<4>根据<1>~<3>任一项的轮胎,其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd当中的最大值与最小值之间的差为200MPa以下。
<5>根据<1>~<4>任一项的轮胎,其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd当中的最大值与最小值之间的差为100MPa以下。
<6>根据<1>~<5>任一项的轮胎,其中所述树脂粘接层包含间苯二酚-福尔马林-胶乳系粘接剂。
<7>根据<1>~<6>任一项的轮胎,其中所述树脂粘接层的厚度为0.5μm~30μm。
<8>一种轮胎的制造方法,其包括以下步骤:
(A)使用选自由聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体组成的组的至少一种树脂来形成树脂构件;
(B)通过在步骤(A)中形成的树脂构件上层叠以下来获得层叠体:
通过施加树脂粘接组合物配置的树脂粘接层;
橡胶粘接层,其通过将橡胶粘接组合物施加于所述树脂粘接层的与所述树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧而粘接和配置于所述树脂粘接层的表面;和
橡胶构件,其配置于所述橡胶粘接层的与所述橡胶粘接层上配置了树脂粘接层的一侧的相反侧;和
(C)在步骤(B)之后,将所述层叠体硫化,
其中步骤(C)中获得的橡胶粘接层的厚度为5μm~300μm,并且
其中步骤(C)中获得的所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd各自为100MPa~600MPa。
<9>根据<8>的轮胎的制造方法,其中所述树脂粘接层包含间苯二酚-福尔马林-胶乳系粘接剂。
实施例
下文中,通过参考实施例更具体地描述本发明。然而,应该注意的是,本发明不限于这些实施例。
<各构件等的制备>
作为树脂构件,制备了两种树脂构件,即树脂构件(1)和树脂构件(2)。
(树脂构件)
来自Ube Industries,Ltd.的聚酰胺系热塑性弹性体(XPA9048)用作用于形成树脂构件(1)的材料(表1中的“树脂构件A”),而除了用于形成树脂构件(1)的材料以外的聚酰胺系热塑性弹性体(Ube Industries,Ltd.,XPA9063)用作用于形成树脂构件(2)的材料(表1中的“树脂构件B”),因此制备了胎身。树脂构件的硬度Ha值通过上述方法来确定。结果在表1中(表1中的“硬度”)示出。
(橡胶构件)
用于制备橡胶构件的橡胶组合物为通过在班伯里混合机中将以下配混成分(1)混炼在一起获得的橡胶组合物(1)(表1中的“含NR的橡胶”),或者通过在班伯里混合机中将以下配混成分(2)混炼在一起然后将混合物进行如后所述的使用电子束的交联处理获得的橡胶组合物(2)(表1中的“电子束交联的橡胶”)。
<配混成分(1)>
<配混成分(2)>
如下所述进行使用电子束的交联处理。具体地,将片材状的橡胶组合物在加速电压为200kV~300kV且处理时间为2秒~10秒的条件下使用电子束交联设备扫描和处理。
将橡胶组合物(1)和橡胶组合物(2)硫化(在170℃下12分钟)以获得橡胶构件(橡胶构件(1)和橡胶构件(2))。橡胶构件的硬度Hd通过上述方法来确定。结果在表1中(表1中的“硬度”)示出。
(橡胶粘接层)
作为用于形成橡胶粘接层的材料,使用具有以下组成的橡胶粘接组合物。具体地,通过混合以下配混成分(3)获得的橡胶粘接组合物(1)(表1中的“橡胶粘接剂A”)、通过混合以下配混成分(4)获得的橡胶粘接组合物(2)(表1中的“橡胶粘接剂B”)、通过混合以下配混成分(5)获得的橡胶粘接组合物(3)(表1中的“橡胶粘接剂C”)和通过混合以下配混成分(6)获得的橡胶粘接组合物(4)(表1中的“橡胶粘接剂D”)分别用于形成橡胶粘接层(1)~(4)。
<配混成分(3)>
用于混合配混成分(3)的方法参考JP-A No.2011-241363来进行,获得了包含水系粘剂的橡胶粘接组合物(1)。
<配混成分(4)>
除了硫磺的添加量改变为1.5质量份以外,以与具有配混成分(3)的橡胶粘接组合物(1)相同的方式来获得橡胶粘接组合物(2)。
<配混成分(5)>
除了炭黑的添加量改变为90质量份以外,以与具有配混成分(4)的橡胶粘接组合物(2)相同的方式来获得橡胶粘接组合物(3)。
<配混成分(6)>
除了硫磺的添加量改变为2.5质量份以外,以与具有配混成分(5)的橡胶粘接组合物(3)相同的方式来获得橡胶粘接组合物(4)。
将橡胶粘接组合物(1)~(4)硫化(在170℃下12分钟)以获得橡胶粘接层(橡胶粘接层(1)~(4))。橡胶粘接层的硬度Hc通过上述方法来确定。结果在表1中(表1中的“硬度”)示出。
(树脂粘接层)
作为用于形成树脂粘接层的材料,使用下述的树脂粘接组合物(1)~(4)。具体地,树脂粘接组合物(1)(表1中的“组合物A”)、树脂粘接组合物(2)(表1中的“树脂粘接剂A”)、树脂粘接组合物(3)(表1中的“树脂粘接剂B”)和树脂粘接组合物(4)(表1中的“组合物B”)用于形成树脂粘接层(1)~(4)。
<树脂粘接组合物(1)>
如下所述制备RFL系粘接剂。将9g的间苯二酚、12g的甲醛(37质量%溶液,JapanFormalin Company,Inc.生产)和28g的4质量%NaOH(0.1mol/l)溶液添加至217g的软水并且混合。然后,将混合物与96g的苯乙烯-丁二烯(SBR)胶乳[JSR 2108,JSR Corporation生产(40质量%胶乳)]和93g的乙烯基吡啶(VP)胶乳[PYRATEX(41质量%胶乳)]的预混合物配混,并且搅拌1小时,以获得20质量%的间苯二酚-甲醛-胶乳溶液。这用作RFL系粘接剂(树脂粘接组合物(1))。
<树脂粘接组合物(2)>
作为树脂粘接组合物(2)(树脂粘接剂A),直接使用市售的粘接剂(CHEMLOK 6125,Lord Corporation生产)。
<树脂粘接组合物(3)>
作为树脂粘接组合物(3)(树脂粘接剂B),直接使用市售的粘接剂(METALOC F112,Toyokagaku Kenkyusho Co.,Ltd.生产)。
<树脂粘接组合物(4)>
作为树脂粘接组合物(4)(组合物B),使用通过将市售的交联剂添加至市售的粘接剂(METALOC F112,Toyokagaku Kenkyusho Co.,Ltd.生产)以致得到表1中记载的物性而获得的组合物。
将树脂粘接组合物(1)~(4)在23℃下干燥60分钟并且加热(在170℃下12分钟)以形成树脂粘接层(树脂粘接层(1)~(4))。树脂粘接层的硬度Hb通过上述方法来确定。结果在表1中(表1中的“硬度”)示出。
<实施例1>
根据第一实施方案,聚酰胺系热塑性弹性体(XPA9063,由Ube Industries,Ltd.生产)用作特定树脂以制备作为树脂构件(2)的胎身。然后,向所得的胎身的外侧,施涂树脂粘接组合物(3)并且在23℃下干燥60分钟以形成树脂粘接层。随后,向树脂粘接层的表面,进一步施涂橡胶粘接组合物(3)以形成橡胶粘接层。最后,贴附使用配混成分(2)制备的橡胶组合物(2)(胎面),并且将所得物使用硫化器硫化(在145℃下30分钟)以制备具有195/65R15的轮胎尺寸和图2A中示出的层叠结构的轮胎。轮胎中的树脂粘接层的厚度为5μm,而橡胶粘接层的厚度为10μm。
树脂构件的试验片、树脂粘接层的试验片、橡胶粘接层的试验片、和橡胶构件的试验片以与上述轮胎相同的涂布方法依序层叠以获得哑铃状试验片A(JIS,No.3),从而评价轮胎耐久性。
<实施例2~4和比较例1~4>
除了实施例1中的各构件和各层的种类如表1中所述改变以外,以与实施例1相同的方式来制备轮胎。
在比较例3中,不形成树脂粘接层,并且橡胶粘接层直接形成于树脂构件上。在比较例4中,不形成橡胶粘接层,并且橡胶构件直接配置于树脂粘接层上。
<评价>
(轮胎的耐久性)
将实施例和比较例中制备的轮胎(尺寸:165/45R16)调节为在25±2℃的室内具有3.0kg/cm2的内压,然后静置24小时。在再次调节空气压力之后,使得轮胎在环境25±2℃下在施加有JIS载荷的两倍大的载荷的同时在直径3m的转鼓上以速度60km/h行驶最多20,000km。测量轮胎故障之前行驶的距离,并且根据以下评价标准进行评价。行驶距离越长意味着轮胎的耐久性越好,并且A或B的分级在实际应用中是优选的。
A:行驶3,000km以上而没有任何裂纹。
B:行驶3,000km以上,但在3,000km时具有一些裂纹。
C:不行驶大于1,000km。
裂纹是否存在通过目视观察行驶之后的轮胎表面和沿胎面宽度方向的轮胎的截面来评价。
(轮胎制造中的作业性)
轮胎制造中的作业性根据以下评价标准通过在胎面贴付至胎身时的层间空气的残留量(硫化之后,相对于胎面橡胶与胎身之间的界面的总面积,胎面橡胶与胎身之间的界面中的气泡产生部的面积的比率(%))来评价。当轮胎制造中的作业性的评价分级为A或B时,轮胎评价为具有优异的制造性。
A:气泡产生部的面积的比率为0%~小于5%。
B:气泡产生部的面积的比率为5%~小于10%。
C:气泡产生部的面积的比率为10%~小于15%。
以上实施例和比较例中的层叠结构和它们的评价结果在表1中示出。
表1
如从结果可见,与比较例相比,在实施例中,改善了轮胎制造中的作业性、即胎面的贴付容易性,并且轮胎耐久性更好。特别是在其中最硬层与最软层之间的硬度差为100MPa的实施例2中,轮胎示出进一步改善的轮胎耐久性。然而,在比较例中,轮胎耐久性和轮胎制造中的作业性不能同时改善。
因而,实施例中的轮胎显示为在轮胎耐久性和轮胎制造中的作业性二者上都优异。
2017年4月12日提交的日本专利申请No.2017-079178的公开以其整体作为参考并入本文中。
本说明书中所描述的所有的文献,专利申请以及技术标准以与各个单独的文献,专利申请,和技术标准具体地和单独地表示作为参考而引入的相同程度作为参考并入本文中。
Claims (9)
1.一种轮胎,其具有层叠结构,所述层叠结构包括:
树脂构件,其包含选自由聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体组成的组的至少一种树脂;
配置于所述树脂构件上的树脂粘接层;
橡胶粘接层,其粘接于所述树脂粘接层的与所述树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧且厚度为5μm~300μm;和
橡胶构件,其配置于所述橡胶粘接层的与所述橡胶粘接层上配置了树脂粘接层的一侧的相反侧,
其中所述轮胎是硫化的,并且
其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd各自为100MPa~600MPa。
2.根据权利要求1所述的轮胎,其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd满足以下的式1或式2:
式1:Ha<Hb≤Hc<Hd
式2:Ha>Hb≥Hc>Hd。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎,其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd当中的最大值与最小值之间的差为350MPa以下。
4.根据权利要求1~3任一项所述的轮胎,其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd当中的最大值与最小值之间的差为200MPa以下。
5.根据权利要求1~4任一项所述的轮胎,其中所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd当中的最大值与最小值之间的差为100MPa以下。
6.根据权利要求1~5任一项所述的轮胎,其中所述树脂粘接层包含间苯二酚-福尔马林-胶乳系粘接剂。
7.根据权利要求1~6任一项所述的轮胎,其中所述树脂粘接层的厚度为0.5μm~30μm。
8.一种轮胎的制造方法,其包括以下步骤:
(A)使用选自由聚酰胺系树脂、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系树脂和聚酯系热塑性弹性体组成的组的至少一种树脂来形成树脂构件;
(B)通过在步骤(A)中形成的树脂构件上层叠以下来获得层叠体:
通过施加树脂粘接组合物配置的树脂粘接层;
橡胶粘接层,其通过将橡胶粘接组合物施加于所述树脂粘接层的与所述树脂粘接层上配置了树脂构件的一侧的相反侧而粘接和配置于所述树脂粘接层的表面;和
橡胶构件,其配置于所述橡胶粘接层的与所述橡胶粘接层上配置了树脂粘接层的一侧的相反侧;和
(C)在步骤(B)之后,将所述层叠体硫化,
其中步骤(C)中获得的橡胶粘接层的厚度为5μm~300μm,并且
其中步骤(C)中获得的所述树脂构件的硬度Ha、所述树脂粘接层的硬度Hb、所述橡胶粘接层的硬度Hc和所述橡胶构件的硬度Hd各自为100MPa~600MPa。
9.根据权利要求8所述的轮胎的制造方法,其中所述树脂粘接层包含间苯二酚-福尔马林-胶乳系粘接剂。
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