CN113748027A - 具有改进的滚动阻力和磨损的轮胎胎面 - Google Patents
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Abstract
橡胶组合物和由此类橡胶组合物制成的胎面,所述橡胶组合物基于可交联橡胶组合物,所述可交联橡胶组合物具有15phr到45phr的改性丁苯橡胶、55phr到85phr的聚异戊二烯橡胶和不超过5phr的第三种二烯橡胶组分。此类橡胶组合物可进一步包含35phr到60phr的二氧化硅补强填料和硫固化体系。可用于本文中所公开的橡胶组合物的改性丁苯橡胶具有不超过‑70℃的玻璃化转变温度,并且用与二氧化硅相互作用的活性部分改性。
Description
技术领域
本发明总体上涉及重型车辆的轮胎,且更具体地说,涉及用于制造重型车辆的胎面的橡胶组合物。
背景技术
轮胎磨损是必须购买轮胎的人关注的问题,因为轮胎磨损越大,由于更换磨损轮胎的费用,运营车辆的成本就越高。对于那些经营大型车队(如卡车车队或公交线路)的人来说,这更值得关注。
改善轮胎磨损通常必须与轮胎的另一个有价值的物理性质例如滚动阻力进行折衷。轮胎的滚动阻力越大,燃油消耗可能越高,运营成本也越高。
橡胶组合物领域的技术人员知道,在制造工厂中混炼橡胶组合物并从中形成有用制品是有限制的。如果橡胶组合物不能在制造设施中有效加工,那么橡胶组合物的价值很小。
在行业中众所周知的是,轮胎设计者必须常常在其设计的轮胎的某些特性上折衷。改变轮胎设计来改善轮胎的一个特性常常将导致折衷;即,另一个轮胎特性的抵消衰退。这样一个折衷存在于轮胎磨损、滚动阻力和可加工性之间。轮胎设计者和从事轮胎行业研究的人员寻找能够打破这些折衷的材料和轮胎结构。
发明内容
本发明的特定实施例包含橡胶组合物以及它们至少部分地在轮胎和轮胎胎面中的使用。轮胎胎面特别适用于重型车辆,特别地长途公路重型卡车。特定实施例包含包括橡胶组合物的轮胎胎面,所述橡胶组合物基于可交联橡胶组合物,所述可交联橡胶组合物包括15phr到45phr的改性丁苯橡胶、55phr到85phr的聚异戊二烯橡胶和不超过5phr的第三种二烯橡胶组分。此类橡胶组合物可进一步包含35phr到60phr的二氧化硅补强填料和硫固化体系。
可用于本文中所公开的橡胶组合物的改性丁苯橡胶具有不超过-70℃的玻璃化转变温度,并且用与二氧化硅相互作用的活性部分改性。在特定实施例中,聚异戊二烯橡胶可限于天然橡胶。
从以下对本发明的特定实施例进行的更详细描述中将显而易见本发明的前述内容和其它目的、特点和优点。
具体实施方式
本发明的特定实施例包含轮胎胎面和具有此类胎面的轮胎,包含适用于翻新工艺的轮胎胎面,以及至少部分地用本文中所公开的橡胶组合物制造的其它有用制品。已经发现,当胎面由此类橡胶组合物制成时,生胶(未固化橡胶)的滚动阻力、磨损和可加工性之间的折衷可能会被打破。正是构成所公开的橡胶组合物的材料的独特组合出乎意料地提供了已知折衷的这种突破。
此类橡胶组合物的特定实施例包含少量低玻璃化转变温度(Tg)丁苯橡胶组分,其与作为主要橡胶组分且用二氧化硅填料补强的天然橡胶(或者与合成聚异戊二烯)混炼。由于这些公开的橡胶组合物改进了磨损、滚动阻力和可加工性,所以它们特别适用于制造重型卡车轮胎以及中型车辆的胎面。
联邦公路管理局(FHWA)为车辆提供了分级体系。公交是4级。具有两个车轴、六个轮胎或三个车轴的中型卡车分别是5级和6级。这些级别的最大重量限制通常分别为16,000至19,500磅或19,500至26,000磅。重型卡车之间的重量限制通常为7-13级,并且包含最大重量负载在26,000到33,000磅之间且为单一式单元的7级,即不是牵引拖车装备。8级和更高级别是多单元卡车,例如五轴牵引拖车组合,也称为半挂车或18轮车,是重量限制大于33,000磅的8级卡车。由本文中所公开的橡胶组合物制成的轮胎胎面特别适用于5级及以上或7级及以上,但它们也可用于其它类型的胎面。轮胎胎面特别适用于长途公路货运服务,其中低滚动阻力轮胎的价值在于降低燃油成本,尤其适用于7、8和9级或7级及以上的车辆。此类长途车辆不包含例如自卸车、水泥车、垃圾车和可在公路上和公路外使用的类似卡车。
如本领域众所周知的,在翻新过程中,轮胎胎面可安装在轮胎上,其中轮胎上的旧胎面被磨掉,新胎面带粘合到轮胎上,从而为旧轮胎胎体提供新的胎面寿命。此类胎面带可在粘合到轮胎之前固化,也可在安装到轮胎上后固化。
众所周知,胎面可以形成为胎面带,然后制成轮胎的一部分,或者通过例如挤压直接形成在轮胎胎体上,然后在模具中固化。
如本文所使用的,“phr”是“每一百重量份橡胶的份数”,并且是本领域中的常见量度,其中橡胶组合物的组分是相对于组合物中橡胶的总重量测量的,即,按每100重量份组合物中一个或多个总橡胶的组分的重量计。
如本文所使用的,弹性体和橡胶为同义术语。
如本文所使用的,“基于”是承认本发明的实施例是由在组装时未固化的硫化橡胶组合物或固化橡胶组合物制成的术语。因此,固化橡胶组合物“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。
现在将详细地参考本发明的实施例。以阐释本发明的方式提供每个实例。例如,被说明或描述为一个实施例的部分的特征可以与另一实施方式一起使用以得到仍一个第三实施方式。本发明旨在包括这些和其它修改和变化。
众所周知,轮胎胎面是沿轮胎周向延伸的车辆轮胎的接触道路部分。其设计成提供车辆所需的操纵特征;例如牵引、干道制动、湿道制动、转弯等,全部都优选地考虑到产生最少量的噪声并且处于低滚动阻力下。
本文中所公开类型的胎面包括作为接触地面的胎面的结构特征的胎面要素。这类结构特征可具有任何类型或形状,其实例包括胎面花纹块和胎面花纹条。胎面花纹块具有由在胎面中形成分离结构的一个或多个凹槽界定的周边,而花纹条实质上在纵向(周向)方向上运转并且不被在实质上横向方向上运转的任何凹槽或向其中倾斜的任何其它凹槽中断。
如本领域技术人员所知,胎面可由超过一种橡胶组合物制造。应认识到,在本发明的特定实施例中,整个胎面和/或整个底胎面(径向低于胎面凹槽底部的胎面部分)可由本文中所公开的橡胶组合物构成,而在其它实施例中,仅部分胎面和/或部分底胎面可由橡胶组合物或其组合构成。
例如,在特定实施例中,胎面上仅一些胎面花纹块/花纹条可以由所公开的橡胶组合物制成,而在其它实施例中,各个胎面花纹块/花纹条仅有部分可以由所公开的橡胶组合物制成。胎面的胎面花纹块/花纹条可具有所述组合物,和/或在其它实施例中,仅胎面基底可以由所述组合物制成。底胎面(径向低于凹槽底部的胎面部分)可具有所公开的组合物,或在其它实施例中,不具有所公开的组合物。在本文中所公开的胎面的特定实施例中,胎面包括按体积计至少80%的本文中所公开的橡胶组合物,或者至少90%或100%的此类橡胶组合物。
如上文所提到,本文中所公开的尤其可用于轮胎胎面的橡胶组合物的特定实施例包含Tg不超过-70℃的官能化丁苯橡胶(SBR)和聚异戊二烯橡胶。特定实施例可以不包含其它橡胶组分,或者包含不超过5phr的另一橡胶组分。
SBR是苯乙烯和丁二烯的共聚物,并且是最常用的橡胶之一。SBR的微观结构典型地就聚合物的结合苯乙烯的量和丁二烯部分的形态方面来描述。常常适合用于轮胎中的典型SBR为约25wt.%的结合苯乙烯。但是,因为SBR的Tg随着苯乙烯含量的增加而增加,所以可用于本文中所公开的橡胶组合物的SBR限于小于20wt.%的结合苯乙烯或者小于10wt%或不超过5wt%的结合苯乙烯。就范围下限而言,结合苯乙烯含量可为至少1wt%或至少2wt%。特定实施例可具有1wt%到20wt%或者1wt%到10wt%、0.5wt%到5wt%、0.5wt%到3wt%、1wt%到3wt%、2wt%到10wt%或2wt%到5wt%的结合苯乙烯含量。SBR的苯乙烯含量通过近红外光谱(NIR)确定。
由于SBR的丁二烯部分中存在双键,所以丁二烯部分由以下三种形式组成:顺式-1,4、反式-1,4和乙烯基-1,2。通常,在SBR的乙烯基含量增加时,材料的Tg也增加。适合用作低Tg SBR的SBR材料可以被描述为具有4mol.%到30mol.%或者4mol.%到25mol.%或4mol.%到20mol.%的乙烯基-1,2键含量。SBR的微观结构(顺式-1,4、反式-1,4和乙烯基-1,2单元的相对分布)通过近红外光谱(NIR)确定。
为了提供在磨损、滚动阻力和可加工性之间的折衷具有改进性能的轮胎胎面,可用丁苯橡胶的玻璃化转变温度不超过-70℃,或者不超过-75℃或不超过-80℃。在特定实施例中,SBR的玻璃化转变温度可在-105℃和-70℃之间,或者-100℃和-75℃之间、-100℃和-80℃之间、-95℃和-75℃之间、-95℃和-80℃之间,或-90℃和-80℃之间。低Tg SBR的玻璃化转变温度根据ASTM E1356通过差示扫描量热法(DSC)确定。
在特定实施例中,低Tg SBR进行改性或官能化,即,附加有行业中众所周知的活性部分。弹性体的主链或分支端部可通过将这些活性部分连接到链的端部或中间或聚合物的主链来官能化。已知官能团与例如二氧化硅的补强填料相互作用或反应,从而改善橡胶组合物的物理特性。官能化弹性体的实例包含硅烷醇或聚硅氧烷端基官能化弹性体,其实例可参见2000年1月11日发布的第6,013,718号美国专利,所述专利在此以引用的方式全部并入。更具体地说,2019年3月14日公布且以引用的方式全部并入本文中的美国专利公开案2019/0077887描述了Tg在-100℃和-80℃之间的SBR,其中链用烷氧基硅烷基官能化,所述烷氧基硅烷基的部分能够与胺、羧酸盐等二氧化硅填料相互作用。官能化弹性体的其它实例包含如US 6,013,718中所描述的在链端部处具有硅烷醇基或如US 6,815,473中所描述的具有羧基的那些。
除了低Tg SBR组分之外,本文中所公开的橡胶组合物还包含大量聚异戊二烯橡胶以及且任选地少量第三种二烯橡胶组分。二烯橡胶应理解为至少部分由二烯单体产生的那些橡胶,即,均聚物或共聚物,所述二烯单体为具有两个碳-碳双键的单体,无论共轭与否。这些二烯橡胶可以分类为“基本上不饱和的”二烯橡胶或“基本上饱和的”二烯橡胶。如本文所用,基本上不饱和的二烯橡胶是至少部分由共轭二烯单体产生的二烯橡胶,基本上不饱和的二烯橡胶的二烯源的此类成员或单元(共轭二烯)的含量为至少15mol.%。在基本上不饱和的二烯橡胶的类别内的是高度不饱和二烯橡胶,所述高度不饱和二烯橡胶的二烯源的单元(共轭二烯)的含量大于50mol.%。天然橡胶是高度不饱和二烯橡胶。
因此,不属于基本上不饱和定义的那些二烯橡胶就是基本上饱和的二烯橡胶。此类橡胶包括例如丁基橡胶和二烯与EPDM型α-烯烃的共聚物。这些二烯橡胶具有较低或极低的二烯源的单元(共轭二烯)含量,此类含量小于15mol.%。本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例可限于仅为高度不饱和的二烯橡胶的橡胶组合物。
具体来说,合适的共轭二烯的示例包括1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二(C1-C5烷基)-1,3-丁二烯(如2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2,3-二乙基-1,3-丁二烯)、2-甲基-3-乙基-1,3-丁二烯、2-甲基-3-异丙基-1,3-丁二烯、芳基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯以及2,4-己二烯。乙烯基芳香族化合物的示例包括苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯和对甲基苯乙烯、市售混合物“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、二乙烯基苯以及乙烯基萘。
适合作为本发明的特定实施例的任选橡胶组分的二烯橡胶包含高度不饱和的二烯橡胶,例如聚丁二烯(BR)、合成聚异戊二烯(IR)、天然橡胶(NR)、丁二烯共聚物、异戊二烯共聚物及这些橡胶的混合物。此类共聚物包括例如丁二烯/苯乙烯共聚物(SBR)、异戊二烯/丁二烯共聚物(BIR)、异戊二烯/苯乙烯共聚物(SIR)和异戊二烯/丁二烯/苯乙烯共聚物(SBIR)。
在特定实施例中,橡胶组合物的聚异戊二烯部分全部为天然橡胶,或者至少90wt%的聚异戊二烯部分是天然橡胶,其余部分是合成聚异戊二烯。
如上文所提到,本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例必须包含低Tg SBR和聚异戊二烯橡胶。其它实施例可以任选地包含一种或多种额外的高度不饱和二烯弹性体,但数量仅为所有此类任选橡胶的总量的0phr到5phr,或者0phr到3phr,或者为0phr。
橡胶组合物可包含15phr到45phr的丁苯橡胶组分,或者15phr到40phr、15phr到30phr或20phr到30phr的丁苯橡胶组分。此类橡胶组合物进一步包含55phr到85phr的聚异戊二烯橡胶,其可以仅限于天然橡胶(或总聚异戊二烯部分的至少90wt%是NR),或者60phr到85phr、70phr到80phr或70phr到80phr的此类橡胶。
除了上文公开的橡胶组分之外,橡胶组合物的特定实施例进一步包含二氧化硅补强填料。将补强填料添加到橡胶组合物中,以尤其改进它们的拉伸强度和耐磨性。
本领域中已知的适用二氧化硅补强填料包括烟雾状、沉淀和/或高度可分散的二氧化硅(称为“HD”二氧化硅)。高度可分散的二氧化硅的实例包含Evonik的Ultrasil 7000和Ultrasil7005、Solvay的二氧化硅Zeosil 1165MP、1135MP和1115MP、PPG的二氧化硅Hi-Sil EZ150G和Huber的二氧化硅Zeopol 8715、8745和8755。在特定实施例中,二氧化硅可具有例如介于100m2/g和250m2/g之间或者介于100m2/g和230m2/g之间、100m2/g和200m2/g之间或150m2/g和190m2/g之间的BET表面积。特定实施例可具有根据ISO 5794确定的介于110m2/g和200m2/g之间或者介于130m2/g和190m2/g之间或140m2/g和180m2/g之间的CTAB。
橡胶组合物的特定实施例可包含35phr到60phr的二氧化硅填料,或者40phr到60phr、40phr到55phr或45phr到55phr的二氧化硅填料。小于此范围的数量无法提供所需的固化组合物刚性,而大于此范围的数量所提供的未固化橡胶组合物的滞后不可接受,会对滚动阻力产生不利影响。较大数量还会影响具有较高门尼粘度的未固化橡胶组合物的可加工性。
除了上文所描述的橡胶组分和二氧化硅补强填料之外,橡胶组合物的特定实施例还可包含少量炭黑。炭黑也是一种补强填料,但可以添加到橡胶组合物中,使得轮胎具有预期的黑色颜色。例如类型HAF、ISAF和SAF的合适炭黑通常用于轮胎胎面。炭黑的非限制性实例包括例如N115、N134、N234、N299、N326、N330、N339、N343、N347、N375以及600系列的炭黑,所述600系列包括但不限于N630、N650和N660炭黑。
包含在本文中所公开的橡胶组合物中的炭黑的量范围可为0phr到10phr或者0phr到5phr、1phr到6phr或1phr到4phr的炭黑。一些实施例可以不包含炭黑。
除了上文所描述的橡胶组分、二氧化硅和炭黑补强填料之外,橡胶组合物的特定实施例还包含二氧化硅偶联剂。在向橡胶组合物添加二氧化硅时,还向橡胶组合物添加成比例的量的偶联剂。合适的偶联剂是能够在无机填料与二烯弹性体之间建立足够化学和/或物理键合的偶联剂;其至少是双官能的,具有例如简化通式“Y-T-X”,其中:Y表示能够以物理方式和/或以化学方式与无机填料键合的官能团(“Y”官能团),此类键合能够例如在偶联剂的硅原子与无机填料的表面羟基(OH)(例如在二氧化硅的情况下是表面硅醇)之间建立;X表示能够以物理方式和/或以化学方式与二烯弹性体键合的官能团(“X”官能团),例如借助于硫原子;T表示使得可能连接Y和X的二价有机基团。
硅烷偶联剂是众所周知的,并且是含硫有机硅化合物,其在混炼期间和二氧化硅的硅烷醇基反应,并且在硫化期间和弹性体反应,使得固化橡胶组合物的性质改进。本领域普通技术人员已知的任何含硫的有机硅化合物都适用于实施本发明的实施例。硅烷分子中具有两个硅原子的合适的硅烷偶联剂的实例包括3,3′-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物和3,3′-双(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物(称为Si69)。这些偶联剂可分别以X75-S和X50-S形式从Evonik购得,不过并非以纯净形式。Evonik报告X50-S的分子量为532g/mol,X75-S为486g/mol。这两种市售产品包括以50-50重量与N330炭黑混合的活性组分。
硅烷分子中具有两个硅原子的合适的硅烷偶联剂的其它实例包括2,2'-双(三乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物、3,3'-双(三叔丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物和3,3'-双(二叔丁基甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物。在硅烷分子中仅具有一个硅原子的硅烷偶联剂的实例包括例如3,3′(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物和3,3′(三乙氧基-甲硅烷基丙基)四硫化物。硅烷偶联剂的量可以在本领域普通技术人员已知的合适范围内变化。通常,添加的量在添加到橡胶组合物中的二氧化硅总重量的7wt.%至和15wt.%之间或替代地在8wt.%和12wt.%之间或在9wt.%和11wt.%之间。
本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例不包含加工油或液体增塑剂。油和其它液体增塑剂可用于提高橡胶组合物的可加工性,但是这样做通常会妨碍磨损的降低。出人意料的是,本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例不需要此类加工助剂。
油和液体增塑剂为所属领域的技术人员所熟知。实例包含从石油、植物油和低分子量聚合物中提取的油。从石油中提取的油可以分类为石蜡、芳烃或环烷类加工油,且包含MES和TDAE油。为植物油的那些油包含例如菜籽油和葵花籽油。
橡胶组合物的一些实施例可包含弹性体,例如合成聚异戊二烯,它已经充有一种或多种此类加工油,但是此类油在橡胶组合物中限于不超过橡胶组合物的总弹性体含量的10phr,或者不超过8phr、不超过6phr或不超过4phr。其它实施例不包含此类充油弹性体。
尽管本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例不包含液体增塑剂,但是其它实施例可包含不超过10phr的液体增塑剂,或者不超过5phr或不超过2phr的液体增塑剂。
本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例不包含塑化树脂。塑化树脂尤其可用于提高橡胶组合物的可加工性,但是这样做通常会妨碍磨损的降低。出人意料的是,本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例不需要此类加工助剂。
塑化树脂为所属领域的技术人员所熟知,并且一般是烃基的,通常基于石油或基于植物。可用塑化树脂通常是高Tg的(玻璃化转变温度大于25℃),但可以使用具有较低Tg的其它树脂。可用树脂的实例包含亚利桑那化学公司以SYLVARES出售的具有不同软化点(SP)、玻璃化转变温度(Tg)羟基数(HN)、数均分子量(Mn)和多分散性指数(Ip)的萜烯酚醛树脂,其实例包含:SYLVARES TP105(SP:105℃;Tg:55℃;HN:40;Mn:540;Ip:1.5);SYLVARESTP115(SP:115℃;Tg:55℃;HN:50;Mn:530;Ip:1.3);以及SYLVARES TP2040(SP:125℃;Tg:80℃;HN:135-150;Mn:600;Ip:1.3)。
其它树脂的实例包含:可购自ExxonMobil的OPPERA树脂,这些树脂是改性的脂族烃树脂;和SYLVARES 600树脂(Mn为850g/mol;Ip为1.4;Tg为47℃;HN为31mg KOH/g),其为苯乙烯和α甲基苯乙烯的经辛基苯酚改性的共聚物;以及香豆酮-茚树脂。
可注意到塑化树脂的玻璃化转变温度可以根据ASTM D3418(1999)由差示扫描热量法(DCS)来测量。
尽管本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例不包含此类塑化树脂,但其它实施例可包含不超过5phr的树脂,或者不超过3phr或不超过1phr的塑化树脂。
本文中所公开的橡胶组合物可以用任何适合的硫固化体系固化。特定实施例用硫固化体系固化,所述硫固化体系包含游离硫,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。硬脂酸和氧化锌是硫固化体系中众所周知的硫化活化剂。适合游离硫包含例如粉碎的硫、橡胶制造商的硫、商用硫以及不溶性硫。橡胶组合物中所包括的游离硫的量不受限制,并且范围可以在例如0.5phr与10phr之间,或替代地在0.5phr与5phr之间或在0.5phr与3phr之间。特定实施例可以不包括添加在固化体系中的游离硫,而代替地包括硫供体。
促进剂用于控制硫化所需的时间和/或温度并且用于改进固化的橡胶组合物的性质。本发明的特定实施例包括一种或多种促进剂。可用于本发明的适合的主要促进剂的一个实例是亚磺酰胺。适合的亚磺酰胺促进剂的实例包括n-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-氧二乙基-2-苯并噻唑亚磺酰胺(MBS)和N'-二环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺(DCBS)。促进剂的组合常常可用于改进固化橡胶组合物的性质,且特定实施例包括添加次要促进剂。
特定实施例可包括使用如二苯基胍(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)的中等快速的促进剂作为次要促进剂。此类促进剂可以至多4phr、0.5phr与3phr之间、0.5phr与2.5phr之间或1phr与2phr之间的量添加。特定实施例可以不包括使用快速促进剂和/或超快速促进剂,如例如快速促进剂:二硫化物和苯并噻唑;以及超促进剂:秋兰姆、黄原酸酯、二硫代氨基甲酸酯以及二硫代磷酸酯。
如本领域已知的,其它添加剂可添加至本文所公开的橡胶组合物中。此类添加剂可包含例如以下中的一些或全部:抗降解剂、抗氧化剂、脂肪酸、蜡。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0.5phr到6phr或者1.0phr到4phr的量添加。蜡可以以例如1phr与5phr之间的量添加。硬脂酸可以例如1phr到6phr或者1.5phr到4phr的量添加。
如前所述,本文中所公开的橡胶组合物打破了滞后和磨损性质的折衷,而不会对刚性和可加工性产生显著影响。本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例提供低滞后特性,其与较低滚动阻力对应,其中tanδ最大值在0.075和0.013之间,或者在0.08和0.12之间、0.08和0.11之间或0.08和0.10之间。tanδ最大值根据ASTM D5992-96在60℃下测量,如下文所描述。
本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例提供更高的剪切模量。本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例的剪切模量G*(50%应变)为至少1.0MPa,或者为至少1.3MPa或在1.0MPa和2.5MPa之间,或者在1.1MPa和2.3MPa之间或1.2MPa和2.0MPa之间。剪切模量G*(50%应变)根据ASTM D5992-96在60℃下测量,如下文所描述。
本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例提供良好的可加工性,如它们的门尼粘度所展示。特定实施例的门尼粘度不大于130MU,或者不大于125MU,或在70MU和130MU之间、70MU和125MU之间,或80MU和110MU之间,或80MU和100MU之间。门尼粘度根据ASTM D 1646-1999在100℃下测量,如下文所描述。
本文中所公开的橡胶组合物的特定实施例另外可以被描述为具有上文提供的三个特性tanδ、G*(50%应变)和门尼粘度中的至少两个的定义测量值中的至少一个。其它实施例还可具有所有这三个特性。特定实施例可具有在0.075和0.013之间的tanδ最大值和至少为1.0MPa的G*(50%应变)。其它实施例至少具有上文提供的最大tanδ和G*(50%应变)的测量值。
本发明的实施例的橡胶组合物可以在合适的例如密炼机的混炼机中以所属领域的技术人员已知的方式制造。通常存在两个连续制备阶段,第一阶段是高温下的热机械工作,后面的第二阶段是在较低温度下的机械工作。
第一阶段热机械工作(有时称为“非生产”阶段)旨在通过捏合来彻底混合组合物的各种成分,但硫化体系除外。其在适合的捏合装置(如密炼机或挤压机)中进行,直到在施加于混合物上的机械操作和高剪切力的作用下达到一般在120℃与190℃之间、更严格来讲在130℃与170℃之间的最大温度为止。通常DPG在第一阶段中混炼以提供二氧化硅的覆盖物。
在混合物冷却之后,在较低温度下实施机械工作的第二阶段。此精加工阶段有时被称为“生产”阶段,它包括通过在例如开炼机的适合装置中混炼硫化(或交联)体系(硫、促进剂、活化剂)来进行掺入,但是一些或全部促进剂和活化剂可在非生产阶段混炼。它在低于混合物的硫化温度的足够低温度下执行适当时间(通常是1至30分钟,例如2至10分钟),以防发生过早硫化。
橡胶组合物可形成为可用的制品,包括在车辆轮胎上使用的胎面。胎面可形成为胎面带且随后制成轮胎的一部分,或其通过例如挤压直接形成在轮胎胎体上且接着在模具中固化。因此,胎面带可在安置于轮胎胎体上之前固化,或其可在安置于轮胎胎体上之后固化。通常,轮胎胎面在模具中以已知方式固化,所述模具将胎面元件模制到胎面中,包含例如将沟槽模制成胎面花纹块或花纹条。
本发明由以下实施例进一步说明,所述实施例仅被视为说明而不以任何方式界定本发明。实例中所公开的组合物的性质如下文所描述来进行评估,并且这些所利用的方法适合于测量本发明所要求保护的性质。
根据1999年的标准ASTM D 1646测量在100℃下的门尼粘度ML(1+4)。
根据ASTM D5992-96,在60℃下在Metravib VA400型粘弹分析仪测试系统上测量橡胶组合物的最大tanδ和复数剪切模量G*动态性质。硫化材料的样品(双剪切力几何结构,其中两个10mm直径圆柱形样品均为2mm厚)的响应在所述样品在60℃的控制温度下以10Hz的频率经受交替的单一正弦剪切应力时进行记录。在0.1到100%峰间值的变形幅度下实现扫描。在向外循环期间确定损耗角正切tanδ的最大值(max tanδ)。在向外循环期间,在50%应变下确定峰间复数剪切模量G*。
抗撕裂性指数在100℃下测量。断裂负载(FRD)的厚度单位为N/mm,且以百分比为单位的断裂伸长率(ARD)在尺寸为10x 142x 2.5mm的带缺口试件上测量,此试件具有各自为3mm深的3个缺口。然后,抗撕裂性指数(TR)提供为:TR=(FRD*ARD)/100。
磨损性能指数在磨损装置上测量,在所述磨损装置上,橡胶样品块与旋转研磨盘接触达50米的滑动长度。在测试前和测试后称量橡胶样品块的重量。测试期间的质量损失越大,橡胶对磨损性能的作用越小。本发明调配物的指数是用参考调配物的质量损失除以本发明调配物的质量损失并使结果乘以100计算出的。指数越高,与参考调配物相比的质量损失就越少。
实例1
使用表1中所示的组分制备橡胶组合物。构成橡胶组合物的每种组分的量按每一百重量份橡胶的份数(phr)提供。BR是Tg为-108℃的高顺式(>95)聚丁二烯。官能化SBR具有2.5wt%的苯乙烯,其中链用氨基烷氧基硅烷部分官能化,并且具有-88℃的Tg。二氧化硅是Evonik的ZEOSIL 1165MP,CTAB为160m2/g。固化体系包含硬脂酸、氧化锌、CBS、DPG和硫。
表1-调配物
除了硫和非DPG促进剂以外的橡胶组分在班伯里混炼机中混炼,直到达到150℃到170℃的温度为止。在第二阶段期间,在磨机上添加硫和促进剂。橡胶调配物在介于140℃和150℃之间的温度下固化。然后测试调配物以测量其性质,其结果显示于表2中。
从结果可以看出,本发明调配物F1和F2展示了改进的磨损性能指数和滞后性质的显著改进,同时剪切模量刚性没有显著损失。磨损性能指数是比较样品与具有值100的W1的结果。
表2-物理性质
W1 | W2 | W3 | F1 | F2 | |
门尼(1+4),MU | 70 | 84 | 89 | 87 | 105 |
剪切模量G*50%@60℃,MPa | 1.4 | 1.7 | 1.9 | 1.5 | 1.7 |
最大tanδ@60℃ | 0.116 | 0.120 | 0.121 | 0.103 | 0.100 |
抗撕裂性指数 | 357 | 213 | 88 | 84 | 51 |
磨损性能指数 | 100 | 134 | 183 | 132 | 184 |
实例2
此实例2以与实例1相同的方式并利用相同的材料执行。唯一的区别在于调配物中所包含的二氧化硅的量。使用表3中示出的组分制备橡胶组合物。橡胶调配物就像在实例1中那样固化,然后进行测试以测量它们的性质,测量结果在表4中示出。
表3-调配物
调配物 | W4 | W5 | W6 | F3 | F4 | W7 | F5 |
BR | 20 | 40 | 40 | ||||
NR | 100 | 80 | 60 | 80 | 60 | 60 | 60 |
f-SBR | 20 | 40 | 40 | ||||
N234 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
二氧化硅 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 60 | 60 |
液态Si69 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 6 | 6 |
抗降解剂 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
固化体系 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
表4-物理性质
调配物 | W4 | W5 | W6 | F3 | F4 | W7 | F5 |
门尼(1+4),MU | 60 | 70 | 79 | 76 | 94 | 103 | 123 |
剪切G*50%,MPa | 1.0 | 1.3 | 1.5 | 1.1 | 1.3 | 2.4 | 2.4 |
最大tanδ | 0.08 | 0.09 | 0.10 | 0.08 | 0.09 | 0.13 | 0.12 |
抗撕裂性指数 | 297 | 172 | 104 | 82 | 43 | 117 | 25 |
磨损性能指数 | 67 | 98 | 130 | 92 | 130 | 223 | 231 |
在实例2中获得了与实例1中所获得的类似的结果。本发明调配物F3、F4和F5展示了改进的磨损性能指数和滞后性质的显著改进,同时剪切模量刚性没有显著损失。
如本文中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组。如本文中的权利要求书和说明书中所使用的术语“基本上由……组成”应被视为指示可以包含未指定的其它要素的部分开放组,只要那些其它要素不会实质上更改所要求保护的发明的基本和新颖特性即可。术语“一”、“一个(种)”和单数形式的词语应理解为包含复数形式的相同词语,使得该术语意味着提供某事物中的一者或多者。术语“至少一个(种)”和“一个(种)或多个(种)”可互换地使用。术语“一个(种)”或“单一”将用于指示打算使用某事物中的一者且仅一者。类似地,当打算使用特定数目的事物时,使用如“两个”的其它特定整数值。术语“优选地”、“优选的”、“优选”、“任选地”、“可能”和类似术语用于指示所提及的条项、条件或步骤是本发明的任选(非必需)特征。描述为“a与b之间”的范围包括“a”和“b”的值。
从前述描述中应理解,可以在不脱离本发明真实精神的情况下对本发明的实施方式进行各种修改和改变。仅出于说明的目的提供前述描述,且不应以限制意义对其加以解释。仅由所附权利要求书的语言限制本发明的范围。
Claims (17)
1.一种轮胎胎面,其包括橡胶组合物,所述橡胶组合物基于可交联橡胶组合物,所述可交联橡胶组合物包括:
15phr到45phr的改性丁苯橡胶、55phr到85phr的聚异戊二烯橡胶和不超过5phr的第三种二烯橡胶组分;
35phr到60phr的二氧化硅补强填料;以及
硫固化体系,其中所述改性丁苯橡胶具有不超过-70℃的玻璃化转变温度,并且用与所述二氧化硅补强填料相互作用的活性部分改性。
2.根据权利要求1所述的轮胎胎面,其中所述改性丁苯橡胶的苯乙烯含量不超过5wt%。
3.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述改性丁苯橡胶的Tg不超过-80℃。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述聚异戊二烯橡胶的至少90wt%是天然橡胶。
5.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述第三种橡胶组分是高度不饱和的二烯橡胶。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述可交联橡胶组合物包括0phr的所述第三种二烯橡胶组分。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述聚异戊二烯橡胶是天然橡胶。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述可交联橡胶组合物包括40phr到55phr的所述二氧化硅补强填料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述可交联橡胶组合物仅包含所述聚异戊二烯、所述改性苯乙烯丁二烯以及任选地所述第三种二烯橡胶组分作为橡胶组分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述可交联橡胶组合物不包含所述第三种二烯橡胶组分。
11.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述可交联橡胶组合物包括15phr到30phr的所述改性丁苯橡胶。
12.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述可交联橡胶组合物包括20phr到30phr的所述改性丁苯橡胶。
13.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述可交联橡胶组合物不包括塑化液体和塑化树脂。
14.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述轮胎胎面粘合到重型车辆轮胎,其中所述重型车辆用于7级或更高级的车辆。
15.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述橡胶组合物的最大tanδ介于0.075和0.013之间,且G*(50%应变)为至少1.0MPa。
16.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎胎面,其中所述轮胎胎面是用于在翻新过程中粘合到轮胎上的胎面条。
17.一种轮胎,其包括根据权利要求1至15中任一项所述的胎面。
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