CN116529093A - Tbr充气轮胎 - Google Patents

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V·里西奥
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Abstract

一种TBR充气轮胎，其包括胎体、胎面和至少一条“高伸长率带束”，所述“高伸长率带束”由铺设角θ为0.03°和0.1°之间的单根帘线形成，并且包括轴向延伸CW，其中轴向延伸CW与所述胎面的轴向延伸的比率(TW/CW)在1.1和1.4之间。胎面由橡胶配混物制成，所述橡胶配混物包括包含至少50重量％的天然橡胶(NR)的可交联的不饱和链聚合物基料、填料混合物，所述填料混合物包括(a)表面积在99至170m2/g之间且结构大于120cc/100g的炭黑，(b)表面积小于100m2/g的第一二氧化硅，和(c)表面积大于190m2/g的第二二氧化硅。

Description

TBR充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种TBR充气轮胎。缩写“TBR”是英文用词“卡车和公共汽车子午线轮胎”的首字母缩写。
背景技术
一段时间以来，同样在TBR充气轮胎领域，已将研究部分地针对改善其滚动阻力方面的性能。最近，这种要求也由许多国际法规规定，这些法规强制要求显著减少燃料消耗和由此产生的CO2向环境中的排放。
如本领域技术人员所已知的，改善充气轮胎胎面的滚动阻力的解决方案涉及增加相关橡胶配混物中二氧化硅的量。
尽管在滚动阻力方面获得了改进，但是配混物中二氧化硅量的增加必然导致耐磨耗性的降低。
如可以立即看到的，对于TBR充气轮胎，耐磨耗性是其效率的主要要求之一。对于TBR充气轮胎，由于滚动阻力的改善，耐磨耗性方面的任何劣化都是不可接受的。
在TBR充气轮胎中磨损现象最多出现的胎面部分是胎肩。
这种类型的磨损既来自胎面中心和胎肩之间的不同刚性，也来自充气轮胎在滚动期间受到的横向力(lateral force)。在充气轮胎工业中，这种横向力被英语表达为“帘布层转向(ply steer)”，且由充气轮胎胎体内存在的不对称性产生。
胎肩的磨损，除了引起噪音问题之外，还可能导致更换充气轮胎，尽管胎面的中心部分仍然基本上完好无损。
因此，需要一种能够实现TBR充气轮胎生产的解决方案，该解决方案将呈现改进的滚动阻力，而不会因此导致胎面磨损的劣化。
本发明的发明人已经实施了通过对带束层(belt pack)和胎面的组成进行干预能够满足上述要求的解决方案。
很早已知，可以使用标有用词“高伸长率带束”的带来代替标有用词“波纹状带(wavy belt)”的传统带。
表述“高伸长率带束”是指以作为变形的函数而变化的刚性模量为特征的带。特别是，对于最小的力，刚性模量低，且对于较大的力，刚性模量高。这允许帘线在硫化过程期间膨胀，并确保操作期间的高刚性模量。
为了更清楚，“高伸长率带束”是包含刚性模量从大约3,000MPa(低模量，从0到大约2％的变形或伸长率)变化到125,000MPa(高模量，对于大于大约2％的变形)的帘线的带。
目前，多种已知类型的“高伸长率带束”是可获得的。
与传统(“波纹状带”)构造相比，“高伸长率带束”的应用提供了重要的优势。
在这方面，应该记住，那些被定义为“波纹状带”的带被应用为多根压延帘线(优选九根帘线)的条带(strip)。
这种条带的应用必然预期显著的“铺设角(laying angle)”或“胎面带束层角度(tread belt angle)”，θ，其为帘线和纵向对称平面L之间的角度。此外，众所周知，这种条带的边缘必须通过另一条带束带(belt strip)的重叠来保护。如本领域技术人员所知，角度θ越大和附加保护的带束带越大，充气轮胎的不对称性就越大，因此，充气轮胎承受的“帘布层转向”就越大。
相反，只要“高伸长率带束”作为单根帘线应用，就可以以极小的角度θ设置它，而且，不需要添加涂层来保护条带的自由边缘。所有这些都转变为更低的带束层不对称性，且因此，转变为更少的“帘布层转向”。
与“波纹状带”相比、使用“高伸长率带束”的另一个优点在于其几乎轴向延伸到胎肩部的可能性。相反，如果“波纹状带”延伸到胎肩部，它将受到疲劳载荷，这将损害其有效性。
总之，使用铺设角θ接近于零且延伸至胎肩部的“高伸长率带束”，给予充气轮胎以改善的耐磨耗性。
发明内容
本发明的发明人已经意外地发现，将“高伸长率带束”与特定胎面组合物结合使用，除了确保耐磨耗性方面的预期改善之外，还导致滚动阻力方面的显著改善。
如下所述，在“高伸长率带束”的存在和特定胎面组合物之间证实了意想不到的协同效应。
本发明的目的是一种TBR充气轮胎，其包括胎体、胎面和至少一条“高伸长率带束”，所述“高伸长率带束”由铺设角θ为0.03°和0.1°之间的单根帘线形成，并且包括轴向延伸CW，其中轴向延伸CW与所述胎面的轴向延伸的比率(TW/CW)在1.1和1.4之间；所述胎面由橡胶配混物制造，所述橡胶配混物包括包含至少50重量％的天然橡胶(NR)的可交联的不饱和链聚合物基料、包含二氧化硅和炭黑的填料混合物和硫化体系；所述充气轮胎的特征在于，所述填料混合物包括(a)表面积为99至170m2/g且结构大于120cc/100g的炭黑，(b)表面积小于100m2/g的第一二氧化硅，和(c)表面积大于190m2/g的第二二氧化硅。
在这里和下文中，术语“可交联的不饱和链聚合物基料”是指任何天然或合成的非交联聚合物，其能够在通过交联剂(例如硫磺)交联(硫化)时呈现弹性体通常呈现的所有化学-物理和机械特性。
在这里和下文中，术语硫化体系是指包含至少一种交联剂(例如硫磺)和促进化合物(accelerating compounds)的成分的复合体(complex)，在配混物的制备中，这些化合物在最终混合步骤期间加入，且其目的是促进聚合物基料的硫化。
优选地，填料混合物包含(a)15-40重量％的所述炭黑，(b)10-35重量％的所述第一二氧化硅和(c)40-80重量％的表面积大于190m2/g的第二二氧化硅。
优选地，填料混合物包含(a)25-35重量％的所述炭黑，(b)15-25重量％的所述第一二氧化硅，和(c)50-60重量％的所述第二二氧化硅。
优选地，所述炭黑具有120至150m2/g之间的表面积，并且具有120至170cc/100g之间的结构，(b)所述第一二氧化硅具有70至100m2/g之间的表面积，以及(c)所述第二二氧化硅具有190至250m2/g之间的表面积。
优选地，“高伸长率带束”(5)由RT(常规拉伸)钢或HT(高拉伸)钢或SHT(超高拉伸)钢或UHT(极高拉伸)钢制造。
具体实施方式
以下是借助于附图示出的纯说明性和非限制性示例性实施方案，附图以剖视图示出了根据本发明的充气轮胎的一部分。
实施例
根据本发明的充气轮胎在图中以其整体用1表示。充气轮胎1包括胎体2、胎面3和多条带束4。
胎面包括中心部3a和一对肩部3b。
带束4包括至少一条如上所述的“高伸长率带束”类型的带束5。如图所示，带束5具有满足权利要求中限定的要求的轴向延伸。
特别地，充气轮胎1包括四条带束，其中从胎体2开始的第二条是“高伸长率带束”5。
使得三种胎面配混物(A-C)用于制造试验充气轮胎，其中将研究与滚动阻力、耐磨耗性和不均匀磨损相关的性质。
配混物A包含不满足本发明组成的填料混合物，而B和C配混物包含满足本发明组成的填料混合物。
下面给出了制备实施例中所述配混物的过程。该过程不代表对本发明的限制。
术语“啮合型混合器”是指如在US5368383中描述和要求保护的用于混合橡胶的机器。
术语“非生产性混合步骤”是指在其期间添加除硫化体系之外的配混物成分并与可交联的不饱和链聚合物基料混合的混合步骤；而术语“生产性混合步骤”是指在其期间添加硫化体系并与制备中的混合物混合的混合步骤。
-配混物的制备-
(第一非生产性混合步骤)
在混合之前，在5升“啮合型混合器”的第一混合室装载表I和表II中列出的除了硫磺、硬脂酸和促进剂以外的成分，填充系数为60-70％。
该第一混合步骤在保持140℃的温度60秒的同时进行。
(第二非生产性混合步骤)
将第一步骤的混合物排放到“啮合型”混合器的第二个5升室中，达到35-41％的填充系数。
该第二混合步骤在保持155℃的温度210秒的同时进行。
(生产性混合步骤)
将从第二非生产性混合步骤获得的混合物排放到2升切向转子混合器中，并向其中加入硫磺、硬脂酸和促进剂，达到等于70％的填充系数。
混合器以20-40rpm的速度运行，并且在达到100-110℃的温度时卸载所得混合物。
表I显示了实施例的配混物的以phr计的组成。
表I
A B C
NR 70 70 70
SBR 30 30 30
炭黑 37 15 18
第一二氧化硅(VLSA) -- 20 10
第二二氧化硅(HSA) 10 23 30
硫磺 1.2 1.2 1.2
硬脂酸 3.5 3.5 3.5
促进剂 2.15 2.15 2.15
NR是天然来源的1,4-顺式-聚异戊二烯橡胶。
S-SBR是通过溶液聚合方法获得的聚合物基料，其平均分子量分别在800-1500×103之间和500-900×103之间，苯乙烯含量在10-45％之间，和乙烯基含量在20-70％之间。
炭黑的表面积为138m2/g。
第一二氧化硅(VLSA)的表面积为80m2/g。
第二二氧化硅(HSA)的表面积为200m2/g。
采用的硫化促进剂是N-叔丁基-2-苯并噻唑基亚磺酰胺(TBBS)。
表I中报告的配混物用于构造五种充气轮胎(I-V)。特别地，充气轮胎I-IV是比较例，而充气轮胎V代表根据本发明的充气轮胎。
特别地，充气轮胎I不包括“高伸长率带束”，并且包括使用配混物制成的胎面，其中其填料混合物包括炭黑和仅有高表面积的二氧化硅(配混物A)；充气轮胎II不包括“高伸长率带束”，并且包括使用配混物制成的胎面，其中其填料混合物包括根据本发明的炭黑、高表面积的二氧化硅和低表面积的二氧化硅，其比例不同于根据本发明的比例(配混物B)；充气轮胎III不包括“高伸长率带束”，并且包括使用配混物制成的胎面，其中其填料混合物包括根据本发明的比例的炭黑、高表面积的二氧化硅和低表面积的二氧化硅(配混物C)；充气轮胎IV包括根据本发明特性的“高伸长率带束”，并包括使用配混物制成的胎面，其中其填料混合物包括炭黑和仅有高表面积的二氧化硅(配混物A)；充气轮胎V包括根据本发明特性的“高伸长率带束”，并包括使用配混物制成的胎面，其中其填料混合物包括根据本发明比例的炭黑、高表面积的二氧化硅和低表面积的二氧化硅(配混物C)。
对于充气轮胎IV和V，“高伸长率带束”是以铺设角θ为0.042施加帘线时制成的。
对于充气轮胎IV和V，TW/CW比为1.25。
对于充气轮胎I-III，TW/CW比(在这些情况下，CW是最宽带束的延伸)为1.5。
对I-V充气轮胎进行了一系列测试，以评价与滚动阻力、耐磨耗性和不均匀磨损相关的性质。
根据R 117标准测量滚动阻力。
使用下述过程评价耐磨耗性：
充气轮胎安装在可比较的拖拉机和拖车上，并经受相同的操作条件(例如，行驶的道路类型、行驶的公里数和载荷)。
在此过程期间，记录充气轮胎胎面主要凹槽的深度，以及胎面是否出现不均匀磨损的迹象，如杯状(cupping)、肋部凹陷(depression of the ribs)、翼部的交替磨损或肩部的磨损。
耐磨耗性的记录数据如下：
WTD＝OTD-RTD
KPM＝(覆盖KM)/WTD
OTD＝原始胎面花纹深度
RTD＝剩余胎面花纹深度
KPM是在本说明书中对磨损进行分类的参数。
在表II中，基于与充气轮胎I相关的结果，以指数形式表示了与滚动阻力和耐磨耗性相关的结果。报告的值越大，滚动阻力和耐磨耗性越好。
使用根据新胎面的形状成形的刚性轮廓(rigid profile)来评价不均匀磨损。在使用充气轮胎之后，将刚性轮廓贴靠在胎面上，并且评价胎面是否仍然粘附在刚性轮廓上。如果在使用充气轮胎后，胎面均匀磨损，那么与胎面的肩部相关的部分仍将粘附到刚性轮廓上。相反，如果胎面以不规则的方式磨损，那么与胎肩部相关的那些部分将不再粘附到刚性轮廓上。
在表II中，不规则磨损值以粘附在刚性轮廓上的橡胶的缺失体积相对于在用作参考的充气轮胎I中粘附在刚性轮廓上的橡胶的缺失体积的％给出。
表II
I II III IV V
滚动阻力 100 105 107 101 110
耐磨耗性 100 60 80 145 145
不均匀磨损 100 60 70 50 50
从表II中报告的数据可以明显看出，根据本发明获得的充气轮胎通过组合使用特定的填料混合物和“高伸长率带束”确保了滚动阻力、耐磨耗性和不均匀磨损方面的显著改善。
在这方面，应该注意的是，在滚动阻力方面存在意想不到的协同效应。事实上，尽管都使用了相同的配混物(配混物C)，但本发明的充气轮胎(充气轮胎V)给出了比充气轮胎III的滚动阻力更好的滚动阻力结果。
换句话说，“高伸长率带束”的使用确保了耐磨耗性方面和不均匀磨损方面的改善，并且令人意外地在滚动阻力方面与胎面配混物填料的特定组合产生了协同效应。
以这种方式，将可以制造具有改进的滚动阻力的充气轮胎，而不会因此导致耐磨耗性的任何劣化。

Claims (9)

1.一种TBR充气轮胎，其包括胎体、胎面和至少一条“高伸长率带束”，该“高伸长率带束”由铺设角θ为0.03°至0.1°的单根帘线形成并且包括轴向延伸CW，其中轴向延伸CW与所述胎面的轴向延伸的比率(TW/CW)为1.1至1.4；所述胎面由橡胶配混物制造，所述橡胶配混物包括包含至少50重量％的天然橡胶(NR)的可交联的不饱和链聚合物基料、包含二氧化硅和炭黑的填料混合物和硫化体系；所述充气轮胎的特征在于，所述填料混合物包含(a)表面积为99至170m2/g且结构大于120cc/100g的炭黑，(b)表面积小于100m2/g的第一二氧化硅，和(c)表面积大于190m2/g的第二二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述填料混合物包含(a)15-40重量％的所述炭黑，(b)10-35重量％的所述第一二氧化硅，和(c)40-80重量％的所述第二二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的TBR充气轮胎，其特征在于，所述填料混合物包含(a)25-35重量％的所述炭黑，(b)15-25重量％的所述第一二氧化硅，和(c)50-60重量％的所述第二二氧化硅。
4.根据前述权利要求之一所述的TBR充气轮胎，其特征在于，所述炭黑的表面积为120至150m2/g，且结构为120至170cc/100g。
5.根据前述权利要求之一所述的TBR充气轮胎，其特征在于，所述第一二氧化硅的表面积为70至100m2/g。
6.根据前述权利要求之一所述的TBR充气轮胎，其特征在于，所述第二二氧化硅的表面积为190至250m2/g。
7.根据前述权利要求之一所述的TBR充气轮胎，其特征在于，其包括四条带束(4)，其中从胎体(2)开始的第二条(5)是“高伸长率带束”。
8.根据前述权利要求之一所述的TBR充气轮胎，其特征在于，所述“高伸长率带束”(5)具有0.042的铺设角θ和使得TW/CW比为1.25的延伸。
9.根据前述权利要求之一所述的TBR充气轮胎，其特征在于，所述高伸长率带束(5)由RT(常规拉伸)钢或HT(高拉伸)钢或SHT(超高拉伸)钢或UHT(极高拉伸)钢制造。
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