CN110958951A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明解决的问题是提供了一种表现出在低损耗性和操纵稳定性之间优异平衡的充气轮胎。解决该问题的手段是具有包含胎圈填料(7)的胎圈部(1)的充气轮胎,所述充气轮胎的特征在于,所述胎圈填料(7)由杨氏模量为50~300MPa的热固性树脂或热固性弹性体构成。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎。
背景技术
胎圈芯通常嵌入充气轮胎的胎圈部中。此外,在胎圈芯的轮胎径向外侧设置有胎圈填料。就确保胎圈部的令人满意的刚性而言,胎圈填料需要具有高的刚性。就此而言,在现有技术中,通常将其中包含诸如炭黑之类的增强填料的橡胶组合物用于胎圈填料,以确保胎圈填料本身的高刚性。
另一方面,作为具有由除上述橡胶组合物以外的材料构成的胎圈填料的轮胎,以下提到的专利文献1公开了一种具有由热塑性树脂或热塑性弹性体组合物构成的胎圈填料的轮胎。专利文献1教导了:通过由热塑性树脂或热塑性弹性体组合物构成胎圈填料,能够使胎圈填料的刚性在其整个圆周上均匀而不会在极低的频带内恶化道路噪声,即使在填料密实且重量轻时。
引用文献列表
专利文献
专利文献1:JP H09-300924 A
发明内容
技术问题
如上所述,胎圈填料通常采用其中包含诸如炭黑的增强填料的橡胶组合物来确保胎圈填料本身的高刚性。然而,由上述橡胶组合物构成的胎圈填料由于其中包含增强填料而表现出大的滞后损失。胎圈填料的大滞后损失使轮胎的低燃料消耗性变差。因此,胎圈填料优选滞后损失小(或在“低滞后损失性”方面优异)。
此外,作为本公开的发明人的敏锐研究的结果,已经发现:由专利文献1的热塑性树脂或热塑性弹性体组合物构成的胎圈填料由以某种方式获得其高刚性,但不能保持令人满意的弹性模量,并且表现出在高温下轮胎的操纵稳定性变差。
有鉴于此,本公开的目的是解决上述现有技术的问题并且提供一种表现出在令人满意的低滞后损失性和良好的操纵稳定性之间优异平衡的充气轮胎。
解决技术问题的方案
本公开用于解决上述现有技术问题的主要结构如下。
本发明的充气轮胎在其胎圈部中具有胎圈填料,其中,所述胎圈填料由杨氏模量为50MPa~300MPa的热固性树脂或热固性弹性体构成。
本发明如上所述的充气轮胎表现出在低滞后损失性和操纵稳定性之间优异的平衡。
在本公开中,通过以下实施例中描述的方法来测量杨氏模量。
在本发明的充气轮胎的优选实例中,热固性树脂或热固性弹性体是热固性聚氨酯树脂或热固性聚氨酯弹性体。在这种情况下,可以在低温下容易地制造胎圈填料。
在这方面,热固性聚氨酯树脂或热固性聚氨酯弹性体是通过使含有反式异构体含量为80mol%或以上的1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷的多异氰酸酯成分与活性氢化合物成分反应而获得的热固性聚氨酯树脂或热固性聚氨酯弹性体。在这种情况下,可以进一步抑制弹性模量在高温下变差,从而进一步提高轮胎的操纵稳定性。
在本公开中,基于通过13C-NMR测量的反式/顺式比来确定1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷中反式异构体的比例。
(有益效果)
根据本公开,可以提供一种表现出在低滞后损失性和操纵稳定性之间优异的平衡的充气轮胎。
附图说明
在附图中:
图1是本公开的充气轮胎的实施方式的截面图。
具体实施方式
在下文中,本发明的充气轮胎将基于其实施方式进行详细的说明性描述。
图1是本公开的充气轮胎的实施方式的截面图。图1所示的轮胎具有一对胎圈部1、一对胎侧壁部2、胎面部3、胎体5(其被设置成沿着分别嵌入胎圈部1中的胎圈芯4以环形的方式延伸)、带束6(其由两个带束层构成并且被设置在胎体5的胎冠部的轮胎径向外侧)和胎圈填料7(其被设置在每个胎圈芯4的轮胎径向外侧)。
在附图中明确示出的轮胎中,胎体5由单层胎体帘布层构成并且包括:主体部,其沿着分别嵌入胎圈部1中的一对胎圈芯4以环形的方式延伸;以及,翻折部,其分别围绕对应的胎圈芯4从轮胎宽度方向的内侧到外侧向着径向外侧翻折。然而,本公开的充气轮胎的胎体5的帘布层的数量和结构不限于图中所示的。每个胎圈填料7被设置在对应的胎圈芯4的轮胎径向外侧的胎体的主体部和翻折部之间。
在附图中明确示出的轮胎中,带束6由两个带束层构成。每个带束层通常是相对于轮胎的赤道面倾斜地延伸的帘线(优选为钢丝帘线)的橡胶涂覆层。两个带束层设置成层叠的方式,使得一个带束层的帘线与另一个带束层的帘线相对于轮胎赤道面交叉,从而共同构成带束6。然而,构成本发明的充气轮胎的带束6的带束层的数量不限于图中所示的两个。本发明的充气轮胎还可包括带束加强层,该带束加强层是基本上平行于轮胎周向对齐并且设置在带束6的轮胎径向外侧的帘线的橡胶涂覆层。
本发明的充气轮胎的特征在于,设置在胎圈部1中的胎圈填料7由杨氏模量为50Mpa~300MPa的热固性树脂或热固性弹性体构成。
通过由杨氏模量在50Mpa~300MPa的范围内的热固性树脂或热固性弹性体构成胎圈填料7,可以确保胎圈填料7的令人满意的高刚性并且降低胎圈填料7的滞后损失,即,提高低滞后损失性。此外,由热固性树脂或热固性弹性体构成的胎圈填料7在高温下不软化,因此可以在高温下保持令人满意的弹性模量。也就是说,具有令人满意的高刚性的胎圈填料7可以很好地避免其弹性模量在高温下降低,由此本发明的具有胎圈填料7的充气轮胎的操纵稳定性优异。
因此,本发明的充气轮胎表现出在低滞后损失性和操纵稳定性之间优异的平衡。
胎圈填料7由杨氏模量为50Mpa~300MPa的热固性树脂或热固性弹性体构成。热固性树脂和热固性弹性体是可通过加热而固化的高分子化合物。如上所述的这种热固性高分子化合物中具有橡胶状弹性的高分子化合物被称为“热固性弹性体”,而热固性高分子化合物中不具有橡胶状弹性的高分子化合物被称为本发明的“热固性树脂”。
胎圈填料7可以还包含通常添加到树脂和弹性体中的添加剂,如耐热改进剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、防老剂、抗静电剂、润滑剂、成核剂、增粘剂、防雾剂、脱模剂、填充剂、颜料、染料、香料、阻燃剂等。胎圈填料7中的添加剂的含量优选为10质量%或更低。换句话说,胎圈填料7中的热固性树脂和热固性弹性体的总含量优选为90质量%或更高。
构成胎圈填料7的热固性树脂/热固性弹性体具有在50Mpa~300MPa的范围内的杨氏模量,优选在70Mpa~250MPa的范围内的杨氏模量,更优选在85Mpa~150MPa的范围内的杨氏模量。当热固性树脂/热固性弹性体的杨氏模量小于50MPa时,胎圈填料7的刚性可能不是令人满意地高。当热固性树脂/热固性弹性体的杨氏模量超300MPa时,最终轮胎的乘坐舒适性可能变差。
热固性树脂的实例包括聚氨酯树脂、酚树脂、甲酚树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂等。在这些实例中,优选聚氨酯树脂。热固性弹性体的实例包括热固性聚氨酯弹性体、硅橡胶、氟橡胶等。这些实例中,优选热固性聚氨酯弹性体。当胎圈填料7由热固性聚氨酯树脂或热固性聚氨酯弹性体形成时,由于聚氨酯树脂和聚氨酯弹性体可以在低温下注塑,因此可以在相对较低的温度下容易地制造胎圈填料。
上述的热固性聚氨酯树脂和热固性聚氨酯弹性体的实例包括:通过使多异氰酸酯成分与活性氢化合物成分反应而获得的热固性聚氨酯树脂和热固性聚氨酯弹性体;通过首先由多异氰酸酯成分和活性氢化合物成分合成氨基甲酸乙酯预聚物并然后使氨基甲酸乙酯预聚物与扩链剂反应而获得的热固性聚氨酯树脂和热固性聚氨酯弹性体;等等。
通过使包含反式异构体含量为80mol%或更高的1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷的多异氰酸酯成分与活性氢化合物成分反应而获得的热固性聚氨酯树脂和热固性聚氨酯弹性体优选作为上述的热固性聚氨酯树脂和热固性聚氨酯弹性体。在这种情况下,可以进一步抑制胎圈填料7的弹性模量在高温下劣化,从而进一步提高轮胎的操纵稳定性。就此而言,1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷的反式异构体的含量优选为85mol%或更高。
上述的1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷可以通过JP H07-309827A中描述的利用光气的方法、JP 2004-244349A中描述的不利用光气的方法等使用反式异构体含量为80mol%或更高的1,4-双(氨基甲基)环己烷作为原料来制造。
热固性聚氨酯树脂和热固性聚氨酯弹性体的多异氰酸酯成分可以包含除了反式异构体含量为80mol%或更高的上述1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷以外的多异氰酸酯。除了1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷以外的多异氰酸酯的实例包括:异佛尔酮二异氰酸酯、4,4’-亚甲基双(环己基异氰酸酯)、1,4-环已烷二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸甲酯基)环己烷、2,5(2,6)-双(异氰酸甲酯基)降冰片烷(NBDI)、1,5-五亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯等。在多异氰酸酯成分中反式异构体含量为80mol%或更高的1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷的含量优选为50质量%或更高,更优选为70质量%或更高,进一步更优选为90质量%或更高,并且可以为100质量%。
活性氢化合物成分的实例包括:多元醇(具有至少两个羟基的化合物)、多硫醇(具有至少两个巯基(硫醇)的化合物)、多胺(具有至少两个氨基的化合物)等。在这些实例中,优选多元醇。
多元醇的实例包括:数均分子量小于400的低分子量多元醇,如乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,2-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、烷烃(C7-22)二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、烷烃-1,2-二醇(C17-20)、1,3(1,4)-环己烷二甲醇及其混合物、1,4-环己二醇、氢化双酚A、1,4-二羟基-2-丁烯、2,6-二甲基-1-辛烯-3,8-二醇、双酚A、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、双甘油、木糖醇、山梨糖醇、甘露醇、蒜糖醇、艾杜糖醇、卫矛醇、阿卓糖醇(altritol)、肌醇、二季戊四醇、鳄梨糖醇、蔗糖等;数均分子量等于或大于400的高分子量多元醇,如聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚氨酯多元醇、环氧多元醇、植物油基多元醇、聚烯烃多元醇、丙烯酰基多元醇、乙烯基单体改性的多元醇等。在这些实例中,优选聚醚多元醇和聚酯多元醇。聚醚多元醇可以例如通过将环氧烷(如环氧乙烷、环氧丙烷)添加到多元醇(如乙二醇、丙二醇、甘油等)中而获得。聚酯多元醇可以例如通过使多元醇(如乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、丙二醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷等)与多元羧酸(如己二酸、戊二酸、琥珀酸、癸二酸、庚二酸、辛二酸等)反应而获得。
扩链剂的实例包括聚胺等,以及上述的低分子量多元醇。多胺的实例包括:脂环族多胺,如异佛尔酮二胺、4,4’-二环己基甲烷二胺、2,5(2,6)-双(氨甲基)双环[2.2.1]庚烷、1,4-环己二胺、1-氨基-3-氨甲基-3,5,5-三甲基环己烷、双(4-氨基环己基)甲烷、二氨基环己烷、3,9-双(3-氨丙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷、1,3-双(氨甲基)环己烷、1,4-双(氨甲基)环己烷等;脂肪族多胺,如、乙二胺、丙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-六亚甲基二胺、肼、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、1,2-二氨基乙烷、1,2-二氨基丙烷、1,3-二氨基戊烷等。
氨基甲酸乙酯化催化剂可以用于多异氰酸酯成分与活性氢化合物成分之间的反应以及氨基甲酸乙酯预聚物与上述扩链剂之间的反应。氨基甲酸乙酯化催化剂的实例包括:有机锡化合物、有机铅化合物、有机镍化合物、有机铜化合物、有机铋化合物、胺等。相对于100质量份的活性氢化合物成分或扩链剂,氨基甲酸乙酯化催化剂的添加量优选为0.1~1.5质量份,更优选为0.3~1.0质量份。
用于制造胎圈填料7的方法没有特别限制。胎圈填料7例如可以通过使用多异氰酸酯成分和活性氢化合物成分或者使用氨基甲酸乙酯预聚物和扩链剂并进行注射成型来制造。
根据所需轮胎的类型,本公开的充气轮胎可以例如通过以下方式制造:i)将使用未硫化的橡胶组合物和胎圈填料7通过模制工艺而获得的生胎硫化;或者ii)将使用胎圈填料7和由预硫化预先制备的半硫化橡胶通过模制工艺而获得的生轮胎进行初级硫化。
本发明的充气轮胎的除胎圈填料7以外的结构构件的类型没有特别限制,并且可以采用任何已知的合适构件。
对本发明的充气轮胎进行充气的气体的实例包括:惰性气体,如氮气、氩气、氦气等;以及环境空气和已调节氧分压的空气。
实施例
在下文中,将通过实施例对本公开进行更详细的描述。本发明不以任何方式受限于这些实施例。
(比较例1-2和实施例1)
根据常规方法制备橡胶组合物,并且使用比较例1的橡胶组合物制备样品胎圈填料。对于比较例2和实施例1,通过注射成型使用表1中所示的材料制备样品胎圈填料。
通过以下方法测量由此制备的每种样品胎圈填料的杨氏模量、弹性模量(G’)和损耗角正切(tanδ)的值。
(1)杨氏模量
根据JIS K7161,测定样品胎圈填料在23℃(室温)下的杨氏模量(拉伸弹性模量)。
(2)弹性模量(G’)和损耗角正切(tanδ)
在应变为1%且频率为15Hz的条件下,通过使用TA Instruments制造的“ARES”分别测量样品胎圈填料在23℃(室温)和100℃下的弹性模量(G’)和损耗角正切(tanδ)的值。
首先将在各个温度下如此测量的损耗角正切(tanδ)值转换为倒数(inversenumber),然后将其分别表示为相对于比较例1(在23℃和100℃下)的相应倒数值的指数值,比较例1的指数值表示为“100”。指数值越大表示损耗角正切(tanδ)越小,即,低滞后损失性能越好。
首先将在各个温度下如此测量的弹性模量(G’)值转换为对数或“Log(弹性模量)”,然后将其分别表示为相对于比较例1(在23℃和100℃下)的相应Log(弹性模量)值的指数值,比较例1的指数值表示为“100”。指数值越大表示弹性模量(G’)越大。
此外,弹性模量保持率(%)由下式计算:
弹性模量保持率=[100℃下的弹性模量(G’)]/[23℃下的弹性模量(G’)]×100
首先通过使用如上所述获得的样品胎圈填料来模制生胎,然后使生胎进行硫化来制备样品充气轮胎(尺寸:245/45R18),其均具有图1所示的结构。样品充气轮胎使用相同类型的结构构件,除了施用于样品胎圈填料的材料之间不同。
与样品胎圈填料相邻的胎体的涂覆橡胶使用通过共混以下物质而获得的橡胶组合物:80质量份的天然橡胶(TSR20);20质量份的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(苯乙烯含量:25质量%,由JSR公司制造);40质量份的HAF级炭黑;1质量份的硬脂酸;1质量份的防老剂6C(N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺,由大内新光化学工业株式会社制造,商品名“Nocrac 6C”);4质量份的锌白;1质量份的硫化促进剂DM(二硫化二苯并噻唑,由大内新光化学工业株式会社制造,商品名“Nocceler DM”);和2.5质量份的硫。
此外,在制备样品充气轮胎时,预先用间苯二酚甲醛乳胶(RFL)粘合剂预先涂覆各样品胎圈填料的表面,从而确保了样品胎圈填料与作为相邻构件的胎体之间良好的粘接性。就此而言,评价了样品胎圈填料相对于相邻构件(胎体)的粘接性。
在表1中,“良好”表示样品胎圈填料相对于相邻构件(胎体)的粘接性令人满意,而“不良”表示样品胎圈填料相对于相邻构件(胎体)的粘接性不令人满意。
由此制备的每个样品充气轮胎被安装在实际车辆上。然后,测量样品充气轮胎的纵向刚性/刚度和横向刚性/刚度以评价其操纵稳定性,并且还通过以下方法评价其低燃料消耗性。对于比较例2,样品胎圈填料与相邻构件(胎体)之间的粘接性不良,以至于不能制备其样品轮胎,从而没有在其中进行使用实际车辆的测试。
(3)纵向刚性和横向刚性
各充气样品轮胎的纵向刚性值通过以下方式获得:在230kPa的空气压力下对轮胎充气;当将5.1kN的纵向载荷施加到设置为水平的中心轴的轮胎时,测量轮胎的中心轴的位移量;计算由此测得的位移量的倒数,并将该倒数转换为相对于比较例1的相应倒数的指数,比较例1的指数为“100”;并且将该指数视为纵向刚性值。类似地,样品充气轮胎的横向刚性值通过以下方式获得:在230kPa的空气压力下对中心轴设置为水平的轮胎充气;当在5.1kN的纵向载荷下将5.1kN的轴向载荷施加到轮胎时,测量轮胎的中心轴的位移量;计算由此测得的位移量的倒数,并将该倒数转换为相对于比较例1的相应倒数的指数,比较例1的指数为“100”;并且将该指数视为横向刚性值。指数值越大表示位移量越小(即,刚性越高),因此操纵稳定性越好。
(4)低燃料消耗性
低燃料消耗性的值通过以下方式获得:将各样本轮胎与轮辋组装在一起,并在250kPa的内压下对轮胎充气;通过鼓测试仪以80km/h的速度旋转轮胎来测量轮胎的滚动阻力;计算由此测得的滚动阻力的倒数,并将该倒数转换为相对于比较例1的相应倒数的指数,比较例1的指数为“100”;并且将该指数视为低燃料消耗性的值。指数值越大表示滚动阻力越小,因此低燃料消耗性越好。
[表1]
Figure BDA0002378125030000091
*1通过共混以下物质而获得的橡胶组合物:80质量份的天然橡胶(TSR20);20质量份的异戊二烯橡胶(由JSR公司制造,商品名“IR2200”);70质量份的炭黑(由旭碳株式会社制造,商品名“旭#70”);20质量份的酚树脂(由住友电木株式会社制造,商品名“SUMILITERESIN PR50235”);2质量份的硬脂酸;1质量份的防老剂6C(N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺,由大内新光化学工业株式会社制造,商品名“Nocrac 6C”);4质量份的锌白;2.5质量份的硫化促进剂DM(二硫化二苯并噻唑,由大内新光化学工业株式会社制造,商品名“Nocceler DM”);和4质量份的硫。
*2热塑性聚氨酯弹性体:由BASF SE制造,商品名“Elastollan ET870-11V”,JIS硬度为71A
*3热固性聚氨酯弹性体:具有JIS硬度60D的并且通过使由三井化学株式会社制造的商品名“FORTIMO”作为反式异构体含量为80mol%的1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷(多异氰酸酯成分)与在分子末端处的伯羟基含量为≥40mol%的多元醇(活性氢化合物成分)反应而获得的热固性聚氨酯弹性体。
从表1可以看出,根据本发明的实施例的轮胎表现出在低滞后损失性和操纵稳定性之间优异的平衡。
附图标记列表
1胎圈部;2胎侧壁部;3胎面部;4胎圈芯;5胎体;6带束;7胎圈填料。

Claims (3)

1.一种充气轮胎,在该充气轮胎的胎圈部中具有胎圈填料,其中,
所述胎圈填料由杨氏模量为50MPa~300MPa的热固性树脂或热固性弹性体构成。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎,其中,所述热固性树脂或所述热固性弹性体是热固性聚氨酯树脂或热固性聚氨酯弹性体。
3.根据权利要求2所述的充气轮胎,其中,所述热固性聚氨酯树脂或所述热固性聚氨酯弹性体是通过使含有反式异构体含量为80mol%或以上的1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷的多异氰酸酯成分与活性氢化合物成分反应而获得的热固性聚氨酯树脂或热固性聚氨酯弹性体。
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