CN115768622A - 具有改良的粘结层的用于弹性元件的修复补片 - Google Patents

Abstract

一种用于弹性元件，特别是用于车辆轮胎的修复补片、其用途以及用于将修复补片粘结至弹性元件的方法。所述修复补片(1)包括：顶部层(10)、用于覆盖所述弹性元件(40)的壁(80)的粘结层(30)以及至少一个布置在所述粘结层(30)与所述顶部层(10)之间的中间层(20)，其中在与所述弹性元件(40)一起硫化之前，所述粘结层(30)具有第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分，其中所述第一天然橡胶组分具有比所述第二天然橡胶组分低的分子量Mw，由此使所述第一天然橡胶组分与所述第二天然橡胶组分的混合物具有双峰分子量分布。

Description

具有改良的粘结层的用于弹性元件的修复补片

技术领域

本发明涉及一种用于弹性元件，特别是用于车辆轮胎的修复补片；所述修复补片用于修复受损车辆轮胎的用途；以及用于将所述修复补片粘结至弹性元件的方法。具体点说，在硫化之前，所述修复补片包括粘结层，所述粘结层具有第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的混合物，其中所述混合物具有双峰分子量分布。

背景技术

一般来说，在车辆轮胎的表面区域上出现微小穿孔的情况下，受损车辆轮胎的修复是借助于所谓的联合修复体(combo repair body)进行的。另一方面，在周向或侧壁区域出现较大损伤的情况下，修复受损区域并用生橡胶填充由这一程序产生的所谓的漏斗(funnel)。接着，借助于修复补片覆盖受损区域中破裂的加强部件，所述修复补片又含有相应的加强部件。由于车辆轮胎与修复补片的加强部件中的动力流必须通过两者之间的橡胶层传递，故在与车辆轮胎的牢固和持久粘结方面，特别地对于车辆轮胎与修复补片之间的粘结层提出了很高的要求。

在已知的用于将修复补片粘结于车辆轮胎上的方法中，需要两个元件在修复补片与车辆轮胎之间产生持久粘结，即，粘合剂和以上提到的修复补片的粘结层。

粘合剂通常由溶解于溶剂中的天然橡胶、树脂以及反应(尤其是硫化反应)所需的加速剂组成。

在已知的车辆轮胎修复方法中，在施加修复补片之前，通常对修复补片进行清洁并使其变粗糙以产生具有高结构的作用表面。下一步是将粘合剂施加至修复区域上。接着，必须使粘合剂的溶剂蒸发。然后，将修复补片放在修复区域上并按压至修复区域上。取决于所选择的方法，接着，在室温且无压力的情况下，或者通过使用适合设备(例如在高压釜中或在热压机中)施加压力和温度来进行硫化。这一方法的主要缺点是溶剂蒸发所需的时间。

一般来说，已知的粘合剂是基于有机溶剂的，这会对环境和用户的健康带来风险。在各个国家中，这些溶剂中有一些可能因此而不再被用于修复橡胶组分。

此外，由于修复补片的粘合很大程度上取决于蒸发的程度，故对溶剂的蒸发有很高要求。如果粘合剂干燥的时间太长，则无法实现足够粘合(过度干燥)。另一方面，如果干燥或蒸发的时间太短，则修复区域上仍存在太多的溶剂，使得甚至无法保证修复补片的粘合，因为修复区域中残留的溶剂会导致气泡的形成，尤其是在温度硫化的情况下更是如此。当使用易燃溶剂时，需要额外的措施来防止着火，例如借助于真空抽吸和通风。

修复补片的粘结层通常由塑炼的天然橡胶和树脂制成，并且不含加速剂。常规粘结层的特性对于标准应用通常是足够的。然而，弹性元件领域，尤其是车辆轮胎领域的发展当然也会影响未来会施加于修复补片的要求。例如，在修复期间，外胎或甚至是受损区域的粗糙结构会取决于制造商或施加区域而明显不同。

因此，本发明的任务是提供一种修复补片以及用于将所述修复补片粘结至弹性元件的方法，这些使得根据应用可变地调整粘结层的特性，特别是粘合强度和负载强度成为可能。

发明内容

所述问题是根据独立权利要求1和15的特征来解决。附属权利要求项涉及本发明的特定实施例。

根据本发明，用于弹性元件，特别是用于车辆轮胎的修复补片包括顶部层、用于覆盖弹性元件的壁的粘结层以及至少一个安置在粘结层与顶部层之间的中间层。

根据本发明，在与弹性元件一起硫化之前，粘结层具有第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分，其中所述第一天然橡胶组分具有比所述第二天然橡胶组分低的分子量Mw，由此使所述第一天然橡胶组分与所述第二天然橡胶组分的混合物具有双峰分子量分布。因此，粘结层的粘合强度可有利地借助于第一天然橡胶组分调整，而粘结层的负载强度可通过第二天然橡胶组分调整。

在此情形中，双峰意谓具有两种模式或两个最大值的分布。双峰分布可以是对称和不对称的。根据本发明，双峰分子量分布(摩尔质量分布)是由第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的两个对应的单峰(一种模式、一个最大值)分子量分布按比例叠加产生。因此，第一天然橡胶组分的单峰分子量分布的最大值是在比第二天然橡胶组分的单峰分子量分布最大值低的分子量处。换句话说，根据本发明，第一天然橡胶组分具有在比第二天然橡胶组分的单峰分子量分布最大值低的分子量处的单峰分子量分布最大值。

本文中给出的值是指所谓的质量平均Mw。因此，双峰分子量分布是通过取决于分子量的重量比例分布相应地描述。

根据本发明，在粘结层中使用天然橡胶。在结构上，天然橡胶是顺-1,4-聚异戊二烯，它是由异戊二烯单体聚合形成：

天然橡胶属于所谓的弹性体家族。弹性体是展现橡胶弹性行为的宽网孔聚合物。弹性体可直接在聚合期间交联或稍后通过硫化交联。

在一个优选实施例中，第一天然橡胶组分具有Mw＝1×10⁶g/mol的分子量。在另一个优选实施例中，第二天然橡胶组分具有Mw＝2×10⁶g/mol的分子量。在两个实施例中，分子量均可通过扩散-沉降和/或渗透确定。具体点说，根据本发明，可使用具有相应分子量的市售产品。例如，可使用具有恒定低粘度的市售天然橡胶作为第一天然橡胶组分，该天然橡胶一般是通过从树上切割橡胶树液形成胶乳，用酸使其沉淀以形成橡胶粹屑并压制形成橡胶包(bales)。例如，具有恒定较高粘度之天然橡胶，如RSS1型或RSS3型橡胶，可用作第二天然橡胶组分。

由于作为天然产物的天然橡胶含有不溶性凝胶组分，故天然橡胶的分子量通常很难确定。替代地或另外，可以使用所谓的门尼粘度(Mooney viscosity)进行表征。在此情况下，门尼粘度明显不同的相同类型的两种聚合物也可以通过分子量明确地区分。在一个优选实施例中，第一天然橡胶组分与第二天然橡胶组分的门尼粘度可因此相差至少2倍。在一个特别优选的实施例中，第一天然橡胶组分的门尼粘度ML＝1+4/100℃可以是35-40MU。在另一个优选实施例中，第二天然橡胶组分的门尼粘度ML＝1+4/100℃可以是70-90MU。门尼粘度可例如根据DIN 53523确定。

根据本发明，第一天然橡胶组分和/或第二天然橡胶组分是单一天然橡胶还是天然橡胶的混合物并不具有任何意义，其中在每种情况下，分子量Mw分别在低或高范围内。然而，在一个优选实施例中，第一天然橡胶组分和/或第二天然橡胶组分可包括天然橡胶的混合物。在另一个优选实施例中，第一天然橡胶组分和/或第二天然橡胶组分可包括单一天然橡胶。

根据本发明，混合物中第一天然橡胶组分与第二天然橡胶组分的比例不受限制。在一个优选实施例中，基于第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的总质量，第一天然橡胶组分的比例可以是25-50重量％，并且基于第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的总质量，第二天然橡胶组分的比例可以是50-75重量％。特别优选的是，第一天然橡胶组分的比例可以是35-45重量％，并且第二天然橡胶组分的比例可以是55-65重量％。甚至更优选的是，第一天然橡胶组分的比例可以是44重量％，并且第二天然橡胶组分的比例可以是56重量％。因此，可有利地同时确保良好的粘合强度和改良的负载强度。

此外，在一个优选实施例中，粘结层可另外包括含5-15％的沉淀二氧化硅、20-30％的二氧化硅和着色剂的填充剂系统。此外，在另一个优选实施例中，粘结层可包括至少2％的硫。在每种情况下，比例都对应于基于粘结层的总质量的重量百分比。在硫化期间，硫可例如使第一天然橡胶组分与第二天然橡胶组分交联：

在另一个优选实施例中，也可提供可移除式保护膜以保护粘结层在使用之前免受污染。

在另一个优选实施例中，中间层可包括以大体上结构化的方式布置的多个纤维插入件。

根据本发明，上述修复补片可用于修复受损的车辆轮胎。

根据本发明，用于将上述修复补片粘结至弹性元件的方法包括以下步骤：制备粘结层，该粘结层包括第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分，其中第一天然橡胶组分具有比第二天然橡胶组分低的分子量Mw，由此使得第一天然橡胶组分与第二天然橡胶组分的混合物具有双峰分子量分布。根据本发明，粘结层是通过以下方式制备：(a)在密闭式混合机中将第二天然橡胶组分均质化；(b)对第二天然橡胶组分进行反萃取；并且(c)将第一天然橡胶组分与均质化的第二天然橡胶组分混合。根据本发明的方法还包括提供弹性元件的步骤；将修复补片经粘结层施加至弹性元件，特别是修复区域处的步骤；以及将修复补片硫化到弹性元件的步骤。

在一个优选实施例中，在制造粘结层的步骤c)中，可将第一天然橡胶组分和均质化的第二天然橡胶组分另外与至少2％的硫和填充剂系统混合，所述填充剂系统包括5-15％的沉淀二氧化硅、20-30％的二氧化硅和着色剂。

附图说明

图1示意性示出根据一个实施例的用于车辆轮胎的修复补片的截面图。

图2示意性示出由第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的两个单峰分子量分布叠加产生的双峰分子量分布。

图3示出根据一个实施例的用于将修复补片粘结至弹性元件的方法的一部分的框图。

图4示出具有呈单峰和双峰分子量分布的天然橡胶的粘结层的不同粘合强度的条形图。

图5示出与具有呈单峰和双峰分子量分布的天然橡胶的粘结层的结构抗力相关的条形图。

具体实施方式

以下参照附图示意性描述本发明的实例或实施例。然而，应注意，本发明决不限于或受限于以下描述的实施例的实例及其特征，而且另外涵盖实施例的实例的修改，特别是由所描述实例的特征的修改或在权利要求的保护范围内所描述的实例的个别或多个特征的组合所涵盖的那些。

参看图1，示意性示出根据本发明的用于车辆轮胎的修复补片1。顶部层10形成于修复补片1的上表面上，在修复之前和之后均不具有现成的粘着性(tack)。邻近于顶部层10形成中间层20。在一个优选实施例中，中间层20可包括多个纤维插入件70。这些插入件70可在中间层20的厚度内分一层或多层布置，并且每一个别层可具有纤维插入件70的结构布置。中间层20中各个层的取向可彼此不同。具体点说，在胎面或侧壁区域严重损伤的情况下，这些插入件70可用来桥接损伤区域中破裂的加强部件。

粘结层30形成于修复补片1的下方，在修复期间和之后与车辆轮胎的壁80接触。此外，在车辆轮胎硫化之前和之后，粘结层30还与生橡胶组合物50接触。粘结层30和其具体特性将在下文参照图2详细描述。

作为受损车辆轮胎修复的一部分，使车辆轮胎的受损区域变粗糙以去除粉尘和污物并暴露出车辆轮胎内所含组分的未受损层，由此形成车辆轮胎中修复区域60的大体上呈圆锥形的形状。接着，用生橡胶组合物50填充修复区域60，随后进行粘结层30的硫化。

接着，将修复补片1放在修复区域60上，该修复补片的尺寸选择使得修复区域60完全被其覆盖。此外，修复补片1的尺寸选择还应使得轮胎壁80被粘结层30充分覆盖以进行稳定粘结。修复补片1可例如被预加热至适当的接合温度。

在将修复补片1施加至轮胎之后，借助于适合装置或在高压釜中，在压力和温度下对修复区域60和修复补片1进行硫化。

在一个优选实施例中，也可提供可移除式保护膜以保护粘结层30在使用之前免受污染。

车辆轮胎的结构是以载重子午线轮胎(radial truck tire)的侧壁区为例显示，因此车辆轮胎的壁80是由内衬层90形成，胎体100邻接内衬层并具有呈插入件形式的帘线(cord)120。车辆轮胎的侧壁橡胶110邻近胎体100。

参看图2，示意性显示了由第一天然橡胶组分(虚线)和第二天然橡胶组分(虚线)对应的两个单峰分子量分布叠加产生的双峰分子量分布(实线)。如图2所示，如由最大值的位置所指示，第一天然橡胶组分具有比第二天然橡胶组分低的分子量Mw。第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分均具有单峰分子量分布。这源于天然橡胶一般总是具有某一分子量分布的事实，其中曲线的宽度可以指示天然橡胶的纯度或质量。

如果现将第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分混合在一起，则双峰分子量分布是由对应于混合比例的两个单峰分子量分布叠加产生。双峰分子量分布中两个最大值的位置也是由单峰分子量分布的最大值的差异确定。如果例如，两个单峰分子量分布的最大值彼此接近，即，如果第一天然橡胶组分与第二天然橡胶组分具有彼此接近的分子量，则这也反映在双峰分布中。这在相反情况下同样适用。根据本发明，双峰分子量分布因此是双峰的，只要可以鉴别出两个最大值即可。然而，在一个优选实施例中，第一天然橡胶组分可具有Mw＝1×10⁶g/mol的分子量。在另一个优选实施例中，第二天然橡胶组分可具有Mw＝2×10⁶g/mol的分子量。在两个实施例中，分子量均可通过扩散沉降和/或渗透确定。

由于作为天然产物的天然橡胶含有不溶性凝胶组分，故天然橡胶的分子量通常很难确定。替代地或另外，可以因此使用所谓的门尼粘度进行表征。在一个优选实施例中，第一天然橡胶组分与第二天然橡胶组分的门尼粘度可因此相差至少2倍。在一个特别优选的实施例中，第一天然橡胶组分的门尼粘度ML＝1+4/100℃可以是35至40MU。在另一个优选实施例中，第二天然橡胶组分的门尼粘度ML＝1+4/100℃可以是70至90MU。例如，门尼粘度可根据DIN 53523确定。

同样如图2中所示，粘结层的粘合强度可通过第一天然橡胶组分的比例调整，而负载强度可通过第二天然橡胶组分调整。根据本发明，混合物中第一天然橡胶组分与第二天然橡胶组分的比例不受限制。然而，在一个优选实施例中，基于第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的总质量，第一天然橡胶组分的比例可以是25至50重量％，并且基于第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的总质量，第二天然橡胶组分的比例可以是50至75重量％。特别优选的是，第一天然橡胶组分的比例可以是35至45重量％，并且第二天然橡胶组分的比例可以是55至65重量％。甚至更特别优选的是，第一天然橡胶组分的比例可以是44重量％，并且第二天然橡胶组分的比例可以是56重量％。然而，有利的是，要更为重视粘合强度，因此，第一天然橡胶组分的比例的选择应使得甚至在负载强度改良的情况下，粘合强度也较高。

根据本发明，第一天然橡胶组分和/或第二天然橡胶组分是单一天然橡胶还是天然橡胶的混合物并不具有任何意义。如上文所提到的，被视为单一组分的天然橡胶一般总是具有某一分子量分布。然而，两种或更多种个别天然橡胶的混合物的情形同样如此，所述个别天然橡胶可被制备成具有相应的单峰分子量分布。因此，在一个优选实施例中，第一天然橡胶组分和/或第二天然橡胶组分可包括天然橡胶的混合物。在另一个优选实施例中，第一天然橡胶组分和/或第二天然橡胶组分可包括单一天然橡胶。

此外，在一个优选实施例中，粘结层30除包括第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分外，可另外包括含5至15％的沉淀二氧化硅、20至30％的二氧化硅和着色剂的填充剂系统。

此外，在另一个优选实施例中，粘结层可含有至少2％的硫。在硫化期间，第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分可由此通过硫桥交联。

参看图3，以下描述根据一个实施例的用于将修复补片粘结至弹性元件的方法的一部分。如图3所示，为了制造包括第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的粘结层，其中第一天然橡胶组分具有比第二天然橡胶组分低的分子量Mw，由此使第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分的混合物具有双峰分子量分布，在步骤S101中，先在密闭式混合机中将第二天然橡胶组分均质化。均质化之后，在步骤S102中，将第二天然橡胶组分从密闭式混合机取出。接着，将现均质化的第二天然橡胶组分与第一天然橡胶组分混合。根据图3中所示的实施例，在步骤S103中，可将均质化的第二天然橡胶组分与第一天然橡胶组分、以上描述的填充剂系统和至少2％的硫混合。

参照图3描述的步骤是根据本发明的方法的一部分，该方法还包括以下步骤：提供弹性元件；将修复补片经粘结层施加至弹性元件，特别是修复区域处；以及将修复补片硫化到弹性元件。

现将参照图4和5说明本发明的优点。具体点说，本文所描述的修复补片和方法允许基于两种天然橡胶组分的双峰分子量分布，根据修复补片与不同外胎或受损区域的不同粗糙结构的相容性，定制粘结层的特性。从图4和5可以看出，具有双峰分子量分布的第一天然橡胶组分与第二天然橡胶组分的混合物不仅展现出相较于天然橡胶组分的对应单峰分布改良的粘合强度，而且同时展现出改良的结构抗力。换句话说，通过混合第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分而具有双峰分子量分布的粘结层因低分子量天然橡胶的比例而显示出改良的与粗糙表面粘结的能力，而由于高分子量天然橡胶的比例，可实现粘结层的结构抗力增加，由此引起耐久性的改良。

参考标记列表

1 修复补片

10 顶部层

20 中间层

30 粘结层

40 弹性元件

50 生橡胶组合物

60 修复区域

70 纤维插入件

80 壁

90 内衬层

100 胎体

110 车辆轮胎的侧壁橡胶

120 帘线。

Claims (16)

1.一种用于弹性元件(40)，特别是用于车辆轮胎的修复补片(1)，所述修复补片包括：

顶部层(10)，

用于覆盖所述弹性元件(40)的壁(80)的粘结层(30)，以及

至少一个安置在所述粘结层(30)与所述顶部层(10)之间的中间层(20)，其中

在与所述弹性元件(40)一起硫化之前，所述粘结层(30)具有第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分，其中所述第一天然橡胶组分具有比所述第二天然橡胶组分低的分子量Mw，由此使所述第一天然橡胶组分与所述第二天然橡胶组分的混合物具有双峰分子量分布。

2.根据权利要求1所述的修复补片(1)，其中

所述第一天然橡胶组分和所述第二天然橡胶组分的门尼粘度相差至少2倍。

3.根据权利要求2所述的修复补片(1)，其中

所述第一天然橡胶组分的门尼粘度ML＝1+4/100℃是35至40MU。

4.根据权利要求2或3所述的修复补片(1)，其中

所述第二天然橡胶组分的门尼粘度ML＝1+4/100℃是70至90MU。

5.根据权利要求1至4中至少一项所述的修复补片(1)，其中

所述第一天然橡胶组分和/或所述第二天然橡胶组分由天然橡胶的混合物组成。

6.根据权利要求1至5中至少一项所述的修复补片(1)，其中

所述第一天然橡胶组分和/或所述第二天然橡胶组分由单一天然橡胶组成。

7.根据权利要求1至6中至少一项所述的修复补片(1)，其中

所述第一天然橡胶组分具有Mw＝1×10⁶g/mol的分子量，并且其中所述分子量是通过扩散-沉降和/或渗透确定的。

8.根据权利要求1至7中至少一项所述的修复补片(1)，其中

所述第二天然橡胶组分具有Mw＝2×10⁶g/mol的分子量，并且其中所述分子量是通过扩散-沉降和/或渗透确定的。

9.根据权利要求1至8中至少一项所述的修复补片(1)，其中

基于所述第一天然橡胶组分和所述第二天然橡胶组分的总质量，所述第一天然橡胶组分的比例是25至50重量％，并且基于所述第一天然橡胶组分和所述第二天然橡胶组分的总质量，所述第二天然橡胶组分的比例是50至75重量％。

10.根据权利要求1至9中至少一项所述的修复补片(1)，其中

所述粘结层(30)另外包括含5至15％的沉淀二氧化硅、20至30％的二氧化硅和着色剂的填充剂系统。

11.根据权利要求1至10中至少一项所述的修复补片(1)，其中

所述粘结层(30)包括至少2％的硫。

12.根据权利要求1至11中至少一项所述的修复补片(1)，其中

提供可移除式保护膜，所述可移除式保护膜保护所述粘结层(30)在使用之前免受污染。

13.根据权利要求1至12中至少一项所述的修复补片(1)，其中

所述中间层(20)包括以大体上结构化的方式布置的多个纤维插入件(70)。

14.一种根据权利要求1至13中至少一项所述的修复补片(1)用于修复受损车辆轮胎的用途。

15.一种用于将根据权利要求1至13中至少一项所述的修复补片(1)粘结至弹性元件(40)的方法，所述方法包括以下步骤：

通过以下方式制备粘结层(30)，所述粘结层包括第一天然橡胶组分和第二天然橡胶组分，其中所述第一天然橡胶组分具有比所述第二天然橡胶组分低的分子量Mw，由此使所述第一天然橡胶组分与所述第二天然橡胶组分的混合物具有双峰分子量分布：

(a)在密闭式混合机中将所述第二天然橡胶组分均质化(S101)；

(b)对所述第二天然橡胶组分进行反萃取(S102)；并且

(c)将所述第一天然橡胶组分与均质化的第二天然橡胶组分混合(S103)；

提供所述弹性元件(40)；

将所述修复补片(1)经所述粘结层(30)施加至所述弹性元件(40)上，特别是修复区域(60)处；并且

将所述修复补片(1)硫化到所述弹性元件(40)。

16.根据权利要求15所述的方法，其中

在制造所述粘结层的步骤c)中，将所述第一天然橡胶组分和所述均质化的第二天然橡胶组分另外与至少2％的硫和填充剂系统混合，所述填充剂系统包括5至15％的沉淀二氧化硅、20至30％的二氧化硅和着色剂。

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