CN1198738C - 轮胎平衡组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有改善的平衡特性的轮胎平衡组合物，该组合物包括粘塑凝胶和最小平均尺寸在0.5-5mm的固体颗粒。当用在一机动车轮胎轮胎内部时，该组合物允许该颗粒在凝胶中移动，并聚集在一个区域以抵消非平衡。本发明进一步涉及一轮胎平衡组合物试剂盒和一种平衡机动车车轮组件的方法。

Description

轮胎平衡组合物
发明领域
本发明涉及用于消除/减小因轮胎和轮辋缺陷而引起的的机动车车轮组件振动的平衡组合物，以及这种组合物的使用。
背景技术
在旋转的车轮组件(轮胎+轮辋)上的振动是由不同类型的轮胎缺陷造成的，主要是：
·不均匀的质量分布
·强度的变化
·几何形状的变化
·径向和横向的偏转
·偏心
同样，轮辋上的缺陷也会增加振动。
现在最常用的消除车轮组件产生振动的方法仍然是在轮辋上粘结铅锤。而且姑且不论由该配重脱落而导致的对环境铅污染的增加，这种方法只能补偿(或者说最多只能部分地)由该车轮组件中质量分布不均匀产生的振动，并且由于上述其它缺陷也是振动的重要来源，补偿铅锤对于补偿现代高质量轮胎是不理想的。
欧洲专利0557365描述了一种不同的降低因车轮组件缺陷产生的振动的方案，包括将粘塑性凝胶导入该轮胎腔体中。这种凝胶作用的原理是其能在由振动引起的压力下流动，并在滚动的轮胎中自动以此方式分布，即由轮胎缺陷产生的振动被减小，而不论缺陷类型如何。与铝锤相比，这种凝胶的平衡效果可通过测量在前轴的弹簧支柱垂直加速度的实验证明，该前轴的车轮绕一转鼓滚动。典型的结果显示了铅锤平衡实际上增加垂直加速度，在这种情况下清楚地表明其它振动源比不均匀的质量分布更重要。然而，这种平衡凝胶不能完全消除由车轮组件缺陷产生的振动，这是因为由局部加厚在该平衡凝胶中产生的离心力(这是由于减小振动而导致的)最终将象该缺陷产生的剩余振动力一样强，并由此形成一种均衡，在此保持了一确定水平的垂直加速度。
并且，凝胶组合物的一个缺点通常是，由于凝胶不能形成在铅锤方法中的定位的“结块”，而是形成一连续的和厚度逐渐变化的薄层来提供所需的平衡，在每个轮胎中必须充入大量的凝胶。
发明概述
本发明的目的在于消除或明显降低上述说保持的垂直加速度的水平，以及显著降低每个轮胎所需该组合物的数量。现已发现在一凝胶层中掺入或包埋一定量的固体或一定尺寸的颗粒，该尺寸至少大到能使该颗粒在不平衡产生的加速力下经过该凝胶层，但不能大到它们产生振动，明显增大和提高该组合物降震能力和平衡该车轮组件。
本发明由此涉及一种轮胎平衡组合物，一方面具有粘塑凝胶，另一方面具有最小平均尺寸在0.5-5mm的固体颗粒。
在上下文中，术语“固体”用于该颗粒意味着颗粒具有一连续和相当圆滑表面，但不一定没有缝隙或空腔。这样在本发明意义上的固体颗粒可以是中空的或多孔的，虽然一纯粹固体颗粒，即整体上具有连续材料并没有空腔或多孔是优选的。
本发明还涉及一种轮胎平衡组合物试剂盒，装在车轮组件内的本发明的轮胎平衡组合物，以及用于平衡机动车车轮组件的方法。
本发明提供的轮胎平衡组合物试剂盒包括
i)装有粘塑性凝胶的第一容器，及
ii)装有固体颗粒的第二容器，该颗粒的平均最小尺寸为0.5-5mm。
本发明提供的平衡机动车车轮组件的方法包括在该轮胎内表面上提供i)本发明上述的轮胎平衡组合物，或ii)本发明上述的轮胎平衡组合物试剂盒的成分，并将该轮胎安装在轮辋上，构成车轮组件；及
在机动车上安装该车轮组件并驱动该车辆行驶一段足够的距离，使该平衡组合物平衡该车轮组件，或
在一装置上安装该车轮组件，该装置允许该车轮组件在载荷状态下旋转，该状态类似于在实际道路上驱动并在该车轮组件发生共振的速度下，以及该车轮旋转一段足够的时间，以使振动降低到一个稳定的最小值。
在下文中将掺入了或包埋了固体颗粒而制成本发明组合物的凝胶称作DFC(动力补偿)凝胶。
发明的详细描述
包埋入凝胶中起运动体作用的颗粒可以是特定尺寸的任何类型的颗粒，能够独立分散在粘塑性凝胶中。在一优选的实施方案中，该颗粒其最小和最大尺寸之间的平均比率α≤2，因为具有大于这个范围的颗粒将只在纵向上容易移动，α优选≤1.5，特别是1左右。
由于随该颗粒与粘塑性凝胶之间分子相互作用(氢键作用、通过范德华力、静电相互作用，等)随固体尺寸减小而增加作用，该相互作用与该振动以及作用在该固体上的离心力相关，平均尺寸小于0.1mm的固体不会对该凝胶-颗粒组合物的平衡效果有好处。通常上述颗粒的最小尺寸在0.5-5mm，在一优选的实施方案中，该颗粒的平均最小尺寸在1-4mm，特别是3mm左右。
适合的能够使该包埋入的固体物质运动，补偿振动力到一较小或较大程度的粘塑性凝胶可以通过下列特征确定流变学(用Swenden，Lund，Rheologica AB的剪切流变计测量)：
储能模量3(G’)：22℃时为1000Pa-25000Pa
损耗模量3(G”)：小于该储能模量
临界屈服应力：22℃时超过3Pa。
在一优选的实施方案中，22℃时该储能模量在9000Pa左右，临界屈服应力优选在30Pa左右。
为了以适当的方式与该轮胎和该包埋入的固体颗粒相配合，本发明的组合物最好还具有对于该轮胎和该颗粒适合的粘附性(“粘性”)。这样，在该轮胎的内衬与该粘塑性凝胶之间以及该置入的物质与粘塑性凝胶之间的粘附可在下述的两个实验中测量：
步骤1：
一2mm厚、100×100mm2的被检测粘塑性凝胶涂于粘在一刚性支撑(金属板)上的氯丁基橡胶片(200×200mm)中间，以及一类似的丁基橡胶片中间。该两片被升到垂直位置，并在22℃和65％相对湿度下保持直立24小时。如果在两测试表面上该凝胶方块上边缘的位移小于3mm，该凝胶组合物对于该轮胎的内衬的粘性是令人满意的。
步骤2：
与步骤1相同的一2mm厚、100×100mm2的被检测粘塑性凝胶涂于粘在一刚性支撑(金属板)上的氯丁基橡胶片(200×200mm)中间，以及10HD的聚乙烯碟形片颗粒(比重0.9，碟的平均直径4.5mm，碟的平均高度3mm)随机地包埋入该凝胶中。该片被升到垂直位置，并在22℃和65％相对湿度下保持直立24小时。如果该颗粒平均位移小于2mm，该凝胶组合物对于该固体的粘性是令人满意的。
适合该步骤1和步骤2测试的粘塑性凝胶被认为具有适合的粘性。
除了上述的粘性和流变标准，适合用于本发明的粘塑性凝胶还应具有其它确定的物理和化学标准，保证在工作状态下的最佳功能和环保，例如：
·与轮胎的内衬的相容性，
·在离心力和振动剪切力共同作用下适合的反应和位移，
·在大的温度范围上的稳定性
·在使用多年后材料特性和反应的稳定性
·该凝胶组合物对该轮胎内衬的化学惰性
·在高加速应力和剪切应力下该凝胶组合物和特性的稳定性
·在正常工作状态下因老化该材料特性变化微小
包埋入固体形成本发明平衡组合物的该粘塑性凝胶，可以是任何能够提供所需粘塑性凝胶特性以及优选地上述的其它物理化学特征的化学组合物。这种粘塑性凝胶一方面由一种或多种具有适当低的粘度指数的有机基油构成，另一方面由凝胶形成剂(former)构成。该基底油的非限定例子是矿物油、合成或天然多元醇和脂肪酸衍生的脂肪酸的多元醇酯，合成烃油，例如聚丙烯油，聚α-烯烃，聚丁烯，聚二醇类，例如液态聚乙二醇或液态聚丙二醇，环氧乙烷/环氧丙烷共聚物，以及其混合物。凝胶形成剂的非限制性的例子有胶质硅石、聚丙烯酸、胶质粘土和金属皂。
一种适合类型的凝胶是在上述欧洲专利0557365(或在此参照的对应的美国专利5431726)所描述的。
该固体可以构成适当的形状，如长或扁的椭球、筒形、长方体或球体，或这些颗粒的混合。它们可以用任何已知方法制备，例如乳液聚合物、或切割到适当长度的矩形或筒形拉伸物。
为了该固体颗粒在离心力作用下不与该轮胎内侧不适当的相互作用，该固体的表观比重在500-3000Kg/m3，优选600-2000Kg/m3，最优选700-1000Kg/m3，特别是800-900Kg/m3。用于该固体的该术语“表观比重”是每个单独的固体的重量与其连续外表面包围的体积之间的比率。由此，如果该固体是具有空腔或多孔的中空或类似的，该表观比重可能低于制造该颗粒的材料的标准比重。
该固体颗粒优选用不与该粘塑性凝胶相互作用的材料制造，用于该固体颗粒适合的材料的非限定例子是多种聚合物，例如聚烯烃，即聚乙烯(高或低密度)或聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚酰胺，即尼龙，橡胶，例如丁基橡胶或橡胶浆，或玻璃。
在本发明的组合物中该固体的含量可限制在一很宽的范围中，因为该颗粒的作用是能够在该凝胶层中运动，形成起平衡作用的具有高密度固体颗粒的区域，该固体与该凝胶之间的重量比，优选从10∶1至1∶10，更优选从5∶1至1∶5，特别是从2∶1至3∶1，例如从1∶1至1∶2。
显然为了实现本发明，在该粘塑性凝胶中置入该固体颗粒形成本发明的组合物，不需要在轮胎外边进行。这样，在应用本发明的技术时，能够首先在轮胎内部分布适当数量的粘塑性凝胶，并随后在该凝胶层上分布适当数量的固体颗粒，由此形成本发明的组合物。
因此本发明进一步涉及轮胎平衡组合物试剂盒，包括
i)装有粘塑性凝胶的第一容器，及
ii)装有固体颗粒的第二容器，该颗粒具有在0.5-5mm范围内的平均最小尺寸。
该粘塑性凝胶和该固体优选分别由上面所列出的特性确定和/或具有上面所列出的特性。
在本发明平衡试剂盒的一个优选的实施方案中，在第一容器中的该粘塑性凝胶的数量与在该第二容器中的固体之间的重量比从10∶1至1∶10，优选从5∶1至1∶5，特别是从2∶1至3∶1，例如从1∶1至1∶2。
在本发明的一个特别优选的实施方案中，为了消除或减小在以正确数量使用其时的任何错误，该组合物试剂盒分别在第一和第二容器中的该粘塑性凝胶和该固体的数量适于用于单独的一个轮胎，不论是客车轮胎、卡车轮胎或类似的。这种数量对于客车轮胎的每个轮胎是400g，对于卡车轮胎的每个轮胎是300-1000g。
由于在装入轮胎前，能够不混合该粘塑性凝胶和固体颗粒，本发明进一步涉及一种根据上述确定的装在一机动车轮胎一空气腔内的轮胎平衡组合物。
最后，本发明涉及一种平衡机动车车轮组件的方法，该方法包括步骤
在该轮胎内表面上提供
i)如上述定义的轮胎平衡组合物，或
ii)如上述定义的轮胎平衡组合物试剂盒中的成分；
在轮辋上安装该轮胎，构成车轮组件；及
在一机动车上安装该车轮组件并驱动该车辆行驶一段足够的距离，使该平衡组合物平衡该车轮组件，或
在一装置上安装该车轮组件，该装置允许该车轮组件在载荷状态下旋转，该状态类似于在道路上驱动并在该车轮组件发生共振的速度下，以及该轮旋转一有效时间，以使振动降低到一个稳定的最小值。
装入该轮胎内的粘塑性凝胶的数量对于轮胎接触路面(胎冠)的部分相邻的轮胎内表面优选在.01-1克/cm2范围内，更优选在0.02-0.5克/cm2范围内，特别是0.02-0.1克/cm2范围内，装在轮胎内的本发明平衡试剂盒中的该固体的数量，对于小轿车轮胎优选在10和200g之间，对于卡车轮胎在50和300g之间，特别分别在20-80g和80-150g之间。
本发明将通过下面的非限定实施例进一步描述。
实施例1
-DFC凝胶(250g)含有1重量份的HD聚乙烯碟形物(比重0.9，碟的平均直径4.5mm，碟的平均高度3mm)，2重量份的根据欧洲专利0557365的粘塑性凝胶和具有环氧乙烷(EO)/氧化丙烷(PO)共聚物(Union Carbide的UCON50-HB-5100，理论分子量等于4000)，以及烟化硅石(Degussa的Aerosil 202)，被装入175/65/R14米奇林轮胎的空腔。该轮胎装在汽车上并驱动，直至所有振动消失。该车轮组件从该汽车上拆下，并在一只显示微小的剩余重量不平衡的旋转平衡机械检测。如果形成该平衡，检查该轮胎内壁显示预料的不均匀聚乙烯小球分布。
实施例2
根据欧洲专利0557365的粘塑性凝胶100g，并具有环氧乙烷/氧化丙烷共聚物(Lyondell Chemical Worldwide，Inc.的L1，EO与PO比率为1∶1，理论分子量(Mw)等于6500)(74％)，1号蓖麻油(18.5％)以及烟化硅石(Degussa的Aerosil A300)(7.5％)，被装入175/65/R14米奇林轮胎的空腔中并铺在该内周边上，然后，HD聚乙烯碟形物(比重0.9，碟的平均直径4.5mm，碟的平均高度3mm)撒在该凝胶层的表面上。该轮胎装在汽车上并驱动，直至所有振动消失。该车轮组件从该汽车上拆下，并在一只显示微小的剩余重量不平衡的旋转平衡机械检测。如果形成该平衡，检查该轮胎内壁显示有预期的聚乙烯小球分布。
实施例3
根据欧洲专利0557365的粘塑性凝胶250g，并具有93％的环氧乙烷/氧化丙烷共聚物(Lyondell Chemical Worldwide，Inc.的L1，EO与PO比率为1∶1，理论分子量(Mw)等于6500(4份)，和Lyondell Chemical Worldwide，Inc.的L1-二醇，EO与PO比率为1∶1，理论分子量(Mw)等于6500(1份))，以及7％烟化硅石(Cabot Corporation的Cab-O-Sil TS720)的混合物，被装入235/75/15米奇林轮胎的空腔中并铺在该内周边上，LD聚乙烯小球(比重0.85，小球平均直径4mm)撒在该凝胶层的表面上。该轮胎装在赛车车辆上并驱动，直至所有振动消失。该车轮组件从该汽车上拆下，并在一只显示微小的剩余重量不平衡的旋转平衡机械检测。如果形成该平衡，检查该轮胎内壁显示有预期的聚乙烯小球分布。

Claims (28)

1、一种轮胎平衡组合物，包括粘塑性凝胶和最小平均尺寸为0.5-5mm的固体颗粒。
2、根据权利要求1的轮胎平衡组合物，其中该颗粒其最小和最大尺寸之间的平均比率α≤2。
3、根据权利要求2的轮胎平衡组合物，其中该颗粒其最小和最大尺寸之间的平均比率α≤1.5。
4、根据权利要求2的轮胎平衡组合物，其中该颗粒其最小和最大尺寸之间的平均比率α是1。
5、根据权利要求1的轮胎平衡组合物，其中该颗粒的平均最小尺寸为1-4mm。
6、根据权利要求5的轮胎平衡组合物，其中该颗粒的平均最小尺寸是3mm。
7、根据权利要求1的轮胎平衡组合物，其中该粘塑性凝胶的储能模量G’在22℃时为1000Pa-25000Pa，损耗模量G”小于储能模量，以及临界屈服应力在22℃时大于3Pa。
8、根据权利要求7的轮胎平衡组合物，其中该粘塑性凝胶的储能模量G’在22℃为9000Pa。
9、根据权利要求7的轮胎平衡组合物，其中该粘塑性凝胶的临界屈服应力在22℃时为30Pa。
10、根据权利要求1的轮胎平衡组合物，其中该颗粒成型为长或扁的椭球、筒形、长方体或球体，或这些颗粒的混合。
11、根据权利要求1的轮胎平衡组合物，其中该颗粒的表观比重为500-3000Kg/m3。
12、根据权利要求11的轮胎平衡组合物，其中该颗粒的表观比重为600-2000Kg/m3。
13、根据权利要求11的轮胎平衡组合物，其中该颗粒的表观比重为700-1000Kg/m3。
14、根据权利要求11的轮胎平衡组合物，其中该颗粒的表观比重为800-900Kg/m3。
15、根据权利要求1的轮胎平衡组合物，其中该颗粒由聚烯烃、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、橡胶或玻璃制成。
16、根据权利要求1的轮胎平衡组合物，其中该颗粒与该凝胶之间的重量比从10∶1至1∶10。
17、根据权利要求16的轮胎平衡组合物，其中该颗粒与该凝胶之间的重量比从5∶1至1∶5。
18、根据权利要求16的轮胎平衡组合物，其中该颗粒与该凝胶之间的重量比从2∶1至3∶1。
19、根据权利要求16的轮胎平衡组合物，其中该颗粒与该凝胶之间的重量比从1∶1至1∶2。
20、一种根据权利要求1的轮胎平衡组合物，它被装在一机动车轮胎的空腔中。
21、一种轮胎平衡组合物试剂盒，其中该试剂盒包括
i)装有粘塑性凝胶的第一容器，及
ii)装有固体颗粒的第二容器，该颗粒的平均最小尺寸为0.5-5mm。
22、根据权利要求21的轮胎平衡组合物试剂盒，其中所述第一容器装有的是根据权利要求7的粘塑性凝胶。
23、根据权利要求21的轮胎平衡组合物试剂盒，其中所述第二容器装有的是根据权利要求2-6、10、11-15之一中所述的固体颗粒。
24、根据权利要求21的轮胎平衡组合物试剂盒，其中第一容器中的该粘塑性凝胶的数量与在该第二容器中的固体颗粒之间的重量比从10∶1至1∶10。
25、根据权利要求24的轮胎平衡组合物试剂盒，其中第一容器中的该粘塑性凝胶的数量与在该第二容器中的固体颗粒之间的重量比从5∶1至1∶5。
26、根据权利要求24的轮胎平衡组合物试剂盒，其中第一容器中的该粘塑性凝胶的数量与在该第二容器中的固体颗粒之间的重量比从2∶1至3∶1。
27、根据权利要求24的轮胎平衡组合物试剂盒，其中第一容器中的该粘塑性凝胶的数量与在该第二容器中的固体颗粒之间的重量比从1∶1至1∶2。
28、一种平衡机动车车轮组件的方法，包括在该轮胎内表面上提供i)根据权利要求1-19之一的轮胎平衡组合物，或ii)根据权利要求21-27之一的轮胎平衡组合物试剂盒的成分，并将该轮胎安装在轮辋上，构成车轮组件；及
在机动车上安装该车轮组件并驱动该车辆行驶一段足够的距离，使该平衡组合物平衡该车轮组件，或
在一装置上安装该车轮组件，该装置允许该车轮组件在载荷状态下旋转，该状态类似于在实际道路上驱动并在该车轮组件发生共振的速度下，以及该车轮旋转一段足够的时间，以使振动降低到一个稳定的最小值。
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