CN111655510A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够一边维持耐久性一边提高耐磨耗性、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性的充气轮胎。在胎面部(1)具备主槽(21)的充气轮胎中，使主槽(21)的槽深为7mm～11mm，作为构成胎面部(1)的胎面用橡胶组合物，使用如下的胎面用橡胶组合物：包括天然橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶及丁二烯橡胶作为橡胶成分，该橡胶成分的平均玻璃化转变温度Tg为‑50℃以下，相对于橡胶成分100质量份配合二氧化硅50质量份～100质量份，二氧化硅的配合量为炭黑及二氧化硅的合计量的80质量％以上，相对于二氧化硅量配合40质量％以下的芳香油。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及在胎面部的表面具备沿轮胎周向延伸的主槽的充气轮胎。
背景技术
近年来，关于构成充气轮胎的橡胶组合物，提出了用于能够实现耐磨耗性、低燃耗性(低滚动性能)、湿路面上的操纵稳定性能(湿路性能)的提高及轮胎重量的减轻、并高维度地兼顾这些性能的各种对策(例如，参照专利文献1)。一般而言，关于这些性能中的耐磨耗性，例如，已知能够通过在构成充气轮胎的胎面部的胎面用橡胶组合物中大量配合炭黑来提高。然而，在这样的配合中，担心滚动特性的恶化。因此，也提出了配合二氧化硅代替炭黑来实现滚动特性的提高的方案，但当二氧化硅的配合比率高时，耐磨耗性、耐久性有可能降低，存在难以兼顾这些性能这样的问题。因此，要求用于使胎面用橡胶组合物的配合最佳化、一边维持耐久性(差路(不良道路，日文：悪路)行驶时的耐外伤性)一边提高耐磨耗性、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性的对策。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-151244号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供一种能够一边维持耐久性(差路行驶时的耐外伤性)一边提高耐磨耗性、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性的充气轮胎。
用于解决课题的技术方案
达成上述目的的本发明的充气轮胎具备沿轮胎周向延伸而呈环状的胎面部、和配置于该胎面部的两侧的一对胎侧部，在所述胎面部的表面具备沿轮胎周向延伸的主槽，所述充气轮胎的特征在于，所述主槽的槽深为7mm～11mm，构成所述胎面部的胎面用橡胶组合物包括天然橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶及丁二烯橡胶作为橡胶成分，该橡胶成分的平均玻璃化转变温度Tg为-50℃以下，相对于所述橡胶成分100质量份配合二氧化硅50质量份～100质量份，所述二氧化硅的配合量为炭黑及二氧化硅的合计量的80质量％以上，相对于所述二氧化硅量配合40质量％以下的芳香油。
发明的效果
本发明的充气轮胎由于胎面用橡胶组合物为上述的配合，因此能够一边维持耐久性(差路行驶时的耐外伤性)一边提高耐磨耗性、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性。特别是，由于在主槽的槽深为上述的范围的胎面部采用该胎面用橡胶组合物，因此能够有效地发挥上述的性能。
在本发明中，优选的是，二氧化硅的CTAB吸附比表面积为140m2/g～220m2/g。由此，胎面用橡胶组合物的物性变得更加良好，有利于一边维持耐久性一边提高耐磨耗性、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性。
在本发明中，优选的是，相对于接地面积的所述主槽的面积比率为20％～25％。通过这样设定主槽的面积比率，能够通过与上述的配合的胎面用橡胶组合物的协作，更有效地发挥一边维持耐久性一边提高耐磨耗性、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性的效果。
在本发明中，优选的是，胎面用橡胶组合物的断裂强度TB(MPa)、断裂伸长率EB(％)及储能模量E’(MPa)满足8≤(TB×EB)/(E’×100)的关系。由此，胎面用橡胶组合物的物性的平衡变得更加良好，有利于一边维持耐久性一边提高耐磨耗性、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性。此外，断裂强度TB是依据JIS K6251在室温(23℃)下测定的值(单位：MPa)。断裂伸长率EB是依据JIS K6251在室温(23℃)下测定的值(单位：％)。另外，储能模量E’是依据JIS-K6394使用粘弹性分光仪在频率20Hz、初始应变10％、动态应变±2％的条件下在室温(23℃)下测定的值(单位：MPa)。
在本发明中，“接地面积”是指在将轮胎轮辋组装于正规轮辋并填充了正规内压的状态下在平面上垂直地放置并施加了正规载荷时的轮胎轴向的两端部(接地端)之间的接地区域的面积。“正规轮辋”是指在包括轮胎所基于的标准的标准体系中、该标准按每个轮胎而定的轮辋，例如，如果是JATMA则设为标准轮辋(日文：標準リム)，如果是TRA则设为“Design Rim(设计轮辋)”，或者如果是ETRTO则设为“Measuring Rim(测量轮辋)”。“正规内压”是指在包括轮胎所基于的标准的标准体系中、各标准按每个轮胎而定的气压，如果是JATMA则是最高气压，如果是TRA则是表“TIRE ROAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATIONPRESSURES(各种冷充气压力下的轮胎负荷极限)”所记载的最大值，如果是ETRTO则是“INFLATION PRESSURE(充气压力)”，但在轮胎为乘用车用的情况下设为180kPa。“正规载荷”是在包括轮胎所基于的标准的标准体系中、各标准按每个轮胎而定的载荷，如果是JATMA则是最大负荷能力，如果是TRA则是表“TIRE ROAD LIMITS AT VARIOUS COLDINFLATION PRESSURES(各种冷充气压力下的轮胎负荷极限)”所记载的最大值，如果是ETRTO则是“LOAD CAPACITY(负荷能力)”，但在轮胎为乘用车用的情况下设为相当于所述载荷的88％的载荷。
附图说明
图1是由本发明的实施方式构成的充气轮胎的子午线剖视图。
图2是示意性地示出本发明的充气轮胎的胎面部的一例的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的结构进行详细说明。
如图1所示，本发明的充气轮胎具备沿轮胎周向延伸而呈环状的胎面部1、配置于该胎面部1的两侧的一对胎侧部2、及配置于胎侧部2的轮胎径向内侧的一对胎圈部3。此外，在图1中，附图标记CL表示轮胎赤道，附图标记E表示接地端。
在左右一对胎圈部3之间架设有胎体层4。该胎体层4包括沿轮胎径向延伸的多根加强帘线，绕配置于各胎圈部3的胎圈芯5从车辆内侧向外侧折回。另外，在胎圈芯5的外周上配置有胎圈填胶6，该胎圈填胶6被胎体层4的主体部和折回部包入。另一方面，在胎面部1处的胎体层4的外周侧埋设有多层(在图1中为2层)带束层7。各带束层7包括相对于轮胎周向倾斜的多根加强帘线，并且在层间以加强帘线相互交叉的方式配置。在这些带束层7中，加强帘线相对于轮胎周向的倾斜角度例如设定在10°～40°的范围。而且，在带束层7的外周侧设置有带束加强层8。带束加强层8包括在轮胎周向上取向的有机纤维帘线。在带束加强层8中，有机纤维帘线相对于轮胎周向的角度例如设定为0°～5°。
在胎面部1处的胎体层4的外周侧配置有胎面橡胶层11，在胎侧部2处的胎体层4的外周侧(轮胎宽度方向外侧)配置有胎侧橡胶层12，在胎圈部3处的胎体层4的外周侧(轮胎宽度方向外侧)配置有轮辋缓冲橡胶层13。胎面橡胶层11可以是在轮胎径向上层叠物性不同的2种橡胶层(顶胎面橡胶层及底胎面橡胶层)而成的构造。
本发明适用于这样的一般的充气轮胎，但其基本构造并不限定于上述的构造。
在本发明的充气轮胎的胎面部1的外表面必然设置有沿轮胎周向延伸的多条主槽21。此外，在本发明中，“主槽”是指沿轮胎周向延伸的槽宽为10mm～20mm的槽，即使是沿轮胎周向延伸的槽，也不包括槽宽小于10mm的细槽(例如，图2的周向细槽24)。该主槽21的槽深设定为7mm～11mm，优选设定为8mm～10mm。另外，以相对于接地面积的主槽21的面积比率为20％～25％、优选为23％～25％的方式设定主槽21的条数和槽宽。例如，在图2所示的例子中，设置有3条主槽21，各主槽21的槽宽例如设定为6mm～10mm。通过这样将主槽21的槽深、面积比率设定在适度的范围，能够平衡良好地兼顾耐磨耗性能和湿路性能。另外，由于主槽21是通过音的要因之一，因此通过上述的槽深、面积比率也能够减低通过音。当主槽21的槽深小于7mm时，湿路性能降低。当主槽21的槽深大于11mm时，耐磨耗性能降低。当主槽21的槽面积比率小于20％时，湿路性能降低。当主槽21的槽面积比率大于25％时，耐磨耗性能降低。
在本发明中，主槽21以外的槽的构造没有特别限定。例如，也能够在由主槽21划分出的各陆部设置沿轮胎宽度方向延伸的横槽或刀槽花纹、沿轮胎周向延伸的细槽或刀槽花纹等。这些主槽21以外的槽能够根据所期望的轮胎性能适当设置。例如，在图2的例子中，在图2的例子中，由3条主槽21划分出4列陆部22。另外，沿轮胎宽度方向延伸且一端与主槽21连通并且另一端在陆部22内终止的多条横槽23在轮胎周向上隔开间隔地设置于各主槽21的轮胎宽度方向的一方侧。而且，在轮胎宽度方向的一方侧的胎肩陆部(轮胎宽度方向最外侧的陆部)，设置有沿轮胎周向延伸的周向细槽24、在该周向细槽24的轮胎宽度方向外侧沿轮胎宽度方向延伸的多条胎肩横槽25、及与周向细槽24连通并朝向轮胎赤道CL侧沿轮胎宽度方向延伸并在陆部22内终止的横槽26。另外，在轮胎宽度方向的另一方侧的胎肩陆部，设置有不与主槽21连通而在轮胎宽度方向上超过接地端E地延伸的胎肩横槽27。图2的胎面花纹通过与本发明组合而发挥更优异的轮胎性能。
在构成本发明的胎面橡胶层11的橡胶组合物(以下，称为“胎面用橡胶组合物”)中，橡胶成分为二烯系橡胶，具体而言，由天然橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶及丁二烯橡胶这3种构成。作为二烯系橡胶，通过使用天然橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶及丁二烯橡胶这3种，能够使橡胶组合物的耐磨耗性良好。作为天然橡胶、丁二烯橡胶，可以使用充气轮胎的胎面用橡胶组合物中通常使用的橡胶。作为苯乙烯丁二烯橡胶，能够使用乳液聚合苯乙烯丁二烯橡胶、溶液聚合苯乙烯丁二烯橡胶，可以单独含有它们或作为多种共混物而含有。
在使用这3种橡胶时，使这些橡胶的平均玻璃化转变温度为-50℃以下，优选为-55℃～-65℃。通过这样将玻璃化转变温度设定得低，能够使耐磨耗性良好。当这些橡胶的平均玻璃化转变温度超过-50℃时，滚动阻力恶化。此外，平均玻璃化转变温度是基于各橡胶的玻璃化转变温度和各橡胶的配合量的加权平均值。
天然橡胶的配合量相对于二烯系橡胶100质量％优选为5质量％～20质量％，更优选为10质量％～15质量％。苯乙烯丁二烯橡胶的配合量相对于二烯系橡胶100质量％优选为30质量％～60质量％，更优选为40质量％～50质量％。丁二烯橡胶的配合量相对于二烯系橡胶100质量％优选为20质量％～40质量％，更优选为25质量％～35质量％。
本发明的胎面用橡胶组合物必须配合二氧化硅。通过配合二氧化硅，能够提高胎面用橡胶组合物的强度。相对于上述的二烯系橡胶100质量份，二氧化硅的配合量为50质量份～100质量份，优选为60质量份～80质量份。当二氧化硅的配合量小于50质量份时，耐磨耗性能恶化。当二氧化硅的配合量超过100质量份时，低滚动性能恶化。
二氧化硅的CTAB吸附比表面积没有特别限定，但优选为140m2/g～220m2/g，更优选为150m2/g～170m2/g。当二氧化硅的CTAB吸附比表面积小于140m2/g时，耐久性、耐磨耗性、湿路性能恶化。当二氧化硅的CTAB吸附比表面积超过220m2/g时，加工性恶化。
作为二氧化硅，能够使用轮胎用橡胶组合物中通常使用的二氧化硅，例如湿式法二氧化硅、干式法二氧化硅或表面处理二氧化硅等。二氧化硅能够从市售的二氧化硅中适当选择来使用。另外，能够使用通过通常的制造方法得到的二氧化硅。
在本发明的胎面用橡胶组合物中能够配合炭黑。通过配合炭黑，能够提高橡胶组合物的强度而提高耐磨耗性。作为炭黑，优选使用根据ASTM D1765而分类的等级例如为ISAF级的炭黑。炭黑的配合量相对于二烯系橡胶100质量份优选为3质量份～30质量份，更优选为5质量份～20质量份。
在配合炭黑的情况下，前述的二氧化硅的配合量可以为炭黑及二氧化硅的合计量的80质量％以上，优选为85质量％以上。通过这样充分地增多二氧化硅在填充剂中所占的比例，能够使滚动特性和耐久性良好。当二氧化硅的比例小于80质量％时，滚动特性恶化。此外，作为填充剂，也能够仅配合二氧化硅(使二氧化硅的比例为100质量％)。
在本发明的胎面用橡胶组合物中，为了提高二氧化硅的分散性并进一步提高与二烯系橡胶的增强性，可以与二氧化硅一起配合硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的配合量相对于二氧化硅的配合量优选为5质量％～15质量％，更优选为7质量％～12质量％。当硅烷偶联剂的配合量小于二氧化硅的配合量的5质量％时，无法充分得到提高二氧化硅的分散性的效果。另外，当硅烷偶联剂超过15质量％时，硅烷偶联剂彼此聚合，无法得到所期望的效果。
在本发明的胎面用橡胶组合物中，相对于前述的二氧化硅量，配合40质量％以下、优选为20质量％～35质量％的芳香油。通过这样配合适度的量的芳香油，能够使耐久性良好。当芳香油的配合量超过40质量％时会恶化。
在本发明的胎面用橡胶组合物中，能够添加上述以外的其他配合剂。作为其他的配合剂，能够例示二氧化硅以外的填充材料、硫化促进剂、防老化剂、液态聚合物、热固性树脂、热塑性树脂等通常在充气轮胎用橡胶组合物中使用的各种配合剂。这些配合剂的配合量只要不违反本发明的目的，就可以为以往的一般的配合量。另外，作为混炼机，能够使用通常的橡胶用混炼机械，例如班伯里混炼机、捏合机、辊等。
在以上述的配合构成的本发明的胎面用橡胶组合物中，进一步使断裂强度TB(MPa)、断裂伸长率EB(％)及储能模量E’(MPa)优选满足8≤(TB×EB)/(E’×100)的关系，更优选满足8≤(TB×EB)/(E’×100)≤18的关系。通过具有这样的物性，能够有效地提高对外伤的耐久性。当断裂强度TB(MPa)、断裂伸长率EB(％)及储能模量E(MPa)不满足上述的关系而为8＞(TB×EB)/(E’×100)的关系时，提高耐外伤性的效果受限。此外，这些断裂强度TB(MPa)、断裂伸长率EB(％)、储能模量E’(MPa)各自的值没有特别限定，关于断裂强度TB(MPa)例如能够设定为18MPa～24MPa，关于断裂伸长率EB(％)例如能够设定为400％～600％，关于储能模量E’(MPa)能够设定为6.0MPa～12.0MPa。
本发明的胎面用橡胶组合物通过上述的配合，能够一边维持耐久性(差路行驶时的耐外伤性)一边提高耐磨耗性、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性。因此，通过用于主槽21的槽深和面积比率设定在上述的范围的胎面部1，能够更有效地发挥上述的性能，能够高维度且平衡良好地兼顾这些性能。
以下，通过实施例进一步说明本发明，但本发明的范围并不限定于这些实施例。
实施例
对由表1～3所示的配合构成的23种胎面用橡胶组合物(标准例1、比较例1～7、实施例1～15)分别称量除了硫化促进剂及硫的配合成分，用1.7L的密闭式班伯里混炼机混炼5分钟，在温度150℃下放出母料并进行室温冷却。然后，将该母料供给于相同的1.7L的密闭式班伯里混炼机，加入硫化促进剂及硫，混合2分钟，制备胎面用橡胶组合物。
此外，在表1～3中，SBR1～3的配合量记载了除去充油品的油分后的实质的橡胶成分的配合量。另外，在芳香油一栏中记载了包含胎面用橡胶组合物中所配合的芳香油和SBR中的充油用的油的合计量。
在表1～3中也一并记载了基于各胎面用橡胶组合物的断裂强度TB(MPa)、断裂伸长率EB(％)、弹性模量E’(MPa)计算出的式(TB×EB)/(E’×100)的值。
而且，制作了将各胎面用橡胶组合物用于胎面部、轮胎尺寸为235/65R16、具有图1所示的基本构造且以图2所示的胎面花纹为基调并如表1～3那样设定主槽的槽深和主槽的槽面积比率的充气轮胎，通过下述所示的方法，进行了耐磨耗性能、低滚动性能、湿路面上的操纵稳定性能(湿路性能)、差路行驶时的耐外伤性能(耐久性)的评价。
耐磨耗性能
将各试验轮胎组装于轮辋尺寸为16×7J的车轮，将气压设为350kPa并安装于试验车辆，在铺装路面上行驶10,000km，测定行驶后的磨耗量。评价结果使用测定值的倒数，以将标准例1的值设为100的指数来表示。该指数值越大，意味着磨耗量越小，耐磨耗性越优异。
低滚动性能
将各试验轮胎组装于轮辋尺寸为16×7J的车轮，将气压设为350kPa，使用室内转鼓试验机(转鼓直径：1707mm)，在负荷了相当于JATMA年鉴2009年版记载的该气压下的最大负荷载荷的85％的载荷并按压于转鼓的状态下，测定以速度80km/h行驶了时的滚动阻力。评价结果使用测定值的倒数，以将标准例1的值设为100的指数来表示。该指数值越大，意味着滚动阻力越小，低滚动性能越优异。
湿路性能
将各试验轮胎组装于轮辋尺寸为16×7J的车轮，将气压设为350kPa并安装于试验车辆，在湿路面上进行基于测试驾驶员的操纵稳定性能的感官评价。评价结果用将标准例1作为基准(3分)的5分法来表示。该评价分数越大，意味着湿路性能(湿路面上的操纵稳定性)越优异。
耐久性
将各试验轮胎组装于轮辋尺寸为16×7J的车轮，将气压设为350kPa并安装于试验车辆，在未铺装路上行驶1，000km后，目视观察轮胎，计测外伤的数量。评价结果用以下的五个等级表示。如果该评价分数为“4”，则意味着维持以往水平的良好的耐久性，如果评价分数为“5”，则意味着发挥了特别优异的耐久性。
1：外伤数为20以上，2：外伤数为11～20，3：外伤数为6～10，4：外伤数为2～5，5：外伤数为0～1
[表1]
Figure BDA0002602643170000101
[表2]
Figure BDA0002602643170000111
[表3]
Figure BDA0002602643170000121
在表1～3中使用的原材料的种类如下所示。
·NR：天然橡胶、SIR20(玻璃化转变温度：-65℃)
·SBR-1：苯乙烯丁二烯橡胶、旭化成公司制(日文：旭化成社製)TUFDENE E581(玻璃化转变温度：-36℃)
·SBR-2：苯乙烯丁二烯橡胶、日本泽恩公司制(日文：日本ゼオン社製)NIPOL1739(玻璃化转变温度：-41℃)
·BR：丁二烯橡胶、宇部兴产公司制(日文：宇部興産社製)UBEPOL BR150(玻璃化转变温度：-106℃)
·二氧化硅1：SOLVAY公司制ZEOSIL1165MP(CTAB吸附比表面积：160m2/g)
·二氧化硅2：SOLVAY公司制ZEOSIL Premium200MP(CTAB吸附比表面积：200m2/g)
·二氧化硅3：SOLVAY公司制ZEOSIL1115MP(CTAB吸附比表面积：115m2/g)
·CB：炭黑、新日化碳公司制(日文：新日化カーボン社製)ニテロン#300IH
·硅烷偶联剂：EVONIK公司制Si69
·芳香油：昭和壳牌石油公司制萃取物4号S(日文：昭和シェル石油社製エキストラクト4号S)
·锌白：正同化学公司制氧化锌3种
·硫：细井化学公司制油处理硫
·硫化促进剂：大内新兴化学公司制NOCCELER CZ-G
由表1～3可知，实施例1～15的充气轮胎相对于标准例1的充气轮胎，一边良好地维持耐久性，一边提高耐磨耗性能、低滚动性能、湿路性能，并且平衡良好地兼顾了这些性能。
另一方面，在比较例1的充气轮胎中，由于胎面用橡胶组合物不含丁二烯橡胶，因此湿路性能及耐久性恶化。在比较例2的充气轮胎中，由于胎面用橡胶组合物不含天然橡胶，因此湿路性能及耐久性恶化。在比较例3的充气轮胎中，由于胎面用橡胶组合物中的芳香油的配合量过多，因此耐磨耗性能、湿路性能及耐久性恶化。在比较例4的充气轮胎中，由于二氧化硅的配合量过少，因此湿路性能恶化。在比较例5的充气轮胎中，由于二氧化硅的配合量过多，因此耐磨耗性恶化。在比较例6的充气轮胎中，由于主槽的槽深过小，因此湿路性能恶化。在比较例7的充气轮胎中，由于主槽的槽深过大，因此耐磨耗性能及耐久性恶化。
附图标记说明
1 胎面部
2 胎侧部
3 胎圈部
4 胎体层
5 胎圈芯
6 胎圈填胶
7 带束层
8 带束加强层
11 胎面橡胶层
12 胎侧橡胶层
13 轮辋缓冲橡胶层
21 主槽
22 陆部
23、25、26、27 横槽
24 周向细槽
CL 轮胎赤道
E 接地端

Claims (4)

1.一种充气轮胎，所述充气轮胎具备沿轮胎周向延伸而呈环状的胎面部、和配置于该胎面部的两侧的一对胎侧部，在所述胎面部的表面具备沿轮胎周向延伸的主槽，所述充气轮胎的特征在于，
所述主槽的槽深为7mm～11mm，
构成所述胎面部的胎面用橡胶组合物包括天然橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶及丁二烯橡胶作为橡胶成分，该橡胶成分的平均玻璃化转变温度Tg为-50℃以下，相对于所述橡胶成分100质量份配合二氧化硅50质量份～100质量份，所述二氧化硅的配合量为炭黑及二氧化硅的合计量的80质量％以上，相对于所述二氧化硅量配合40质量％以下的芳香油。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，
所述二氧化硅的CTAB吸附比表面积为140m2/g～220m2/g。
3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，
相对于接地面积的所述主槽的面积比率为20％～25％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，
所述胎面用橡胶组合物的断裂强度TB、断裂伸长率EB及储能模量E’满足8≤(TB×EB)/(E’×100)的关系，所述胎面用橡胶组合物的断裂强度TB的单位是MPa，所述胎面用橡胶组合物的断裂伸长率EB的单位是％，所述胎面用橡胶组合物的储能模量E’的单位是MPa。
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