CN1367198A - 橡胶组合物和充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种橡胶组合物,包括丁二烯橡胶与苯乙烯－丁二烯共聚物橡胶的共混物并包含炭黑与二氧化硅的混合填料,其中树脂的掺混量低于4重量份,按100重量份含不低于40%重量的丁二烯橡胶和苯乙烯－丁二烯共聚物橡胶的橡胶组分计。此外,一种充气轮胎胎面由上述橡胶组合物制备,由此同时改进湿性能和耐磨性能。

Description

橡胶组合物和充气轮胎
技术领域
本发明涉及包括丁二烯橡胶与苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的共混物并含有作为填料的炭黑与二氧化硅混合物的橡胶组合物，和在胎面部分使用该橡胶组合物以同时改进湿性能和耐磨性能的充气轮胎。
背景技术
作为用于橡胶制品如软管、传送带、轮胎等的橡胶组合物，为开发满足橡胶制品所需性能的组合物已进行了大量研究。
特别地，适合充气轮胎的胎面的组合物，考虑到安全性和耐久性，要求同时满足高水平的湿性能和耐磨性能。
包括丁二烯橡胶与苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的共混物作为橡胶组分的橡胶组合物，通常被用于客车的胎面中。然而，在该橡胶组合物中，难以同时建立湿性能和耐磨性能，原因是这些性能相互矛盾。换言之，若为改进湿性能而提高苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的比例，则耐磨性降低，另一方面，若为改进耐磨性能而提高丁二烯橡胶的比例，则湿性能降低。
此外，据信苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶对这些性能的影响，主要受共聚物橡胶中结合的苯乙烯含量的影响。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过调节苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶中的丁二烯橡胶与结合的苯乙烯含量的掺混比，同时改进丁二烯橡胶与苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的共混物的橡胶组合物的湿性能和耐磨性能，同时考虑对伴随的其它性能的影响。
根据本发明，提供一种包含炭黑与二氧化硅混合填料的橡胶组合物，其特征在于树脂的掺混量低于4重量份，按100重量份含不低于40％重量的丁二烯橡胶和苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的橡胶组分计。
在第一方面的一个优选实施方案中，橡胶组分中的丁二烯橡胶的量不高于60％重量。
在第一方面的另一优选实施方案中，苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶具有的结合苯乙烯的量不高于40％重量。
在第一方面的另一优选实施方案中，橡胶组分中的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的量为40至60％重量。
在第一方面的另一优选实施方案中，树脂的量不大于10重量份，按100重量份橡胶组分计。
在第一方面的另一优选实施方案中，混合填料中炭黑与二氧化硅的掺混比为45/20至30/35。
在第一方面的另一优选实施方案中，进一步掺混按100重量份橡胶组分计不低于0.5重量份的基于秋兰姆的硫化促进剂。
在第一方面的另一优选实施方案中，进一步掺混按100重量份橡胶组分计不高于3.0重量份的基于秋兰姆的硫化促进剂。
根据本发明第二方面，提供一种包括由本发明第一方面定义的橡胶组合物制备的胎面的充气轮胎。
具体实施方式
在根据本发明的橡胶组合物中，橡胶组分中掺混的丁二烯橡胶的量不低于40％重量，因为当该量低于40％重量时，不能获得本发明针对的耐磨性。此外，丁二烯橡胶的量合适地不超过60％重量，若该量超过60％重量，则可加工性，特别是在捏合和挤出橡胶组合物期间的加工性降低。丁二烯的量优选为40至50％重量。对于丁二烯橡胶，考虑到耐磨性，具有较高顺式键含量的聚丁二烯是合适的。
在苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶中，不特别限制结合苯乙烯的含量。随着结合的苯乙烯含量变得更高可改进硫化橡胶的破裂性能，当将含具有较高结合苯乙烯含量的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的橡胶组合物用于充气轮胎胎面时可改进轮胎的抓紧性能。然而，当结合苯乙烯含量变得太大时，耐磨性被损害，因此在本发明中需要优良的耐磨性时结合的苯乙烯含量不超过40％是有利的。
在本发明中，按100重量份橡胶组计掺混不低于4重量份的起到软化剂作用的树脂，因为当掺混量低于4重量份时，不能获得有效的掺混效果。此外，树脂的掺混量合适地不超过10重量份。当掺混量很大时，橡胶组合物趋于牢固粘附到捏合机如辊、班伯里混炼机等上，因此将降低可加工性。
将树脂掺混入橡胶组分中的原因如下。这就是，当在含丁二烯橡胶与苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的共混物的橡胶组分中增加丁二烯橡胶掺混比，同时使橡胶组分中的苯乙烯含量保持恒定时，所得橡胶组合物的可加工性降低。为此，迄今已通过提高掺混入橡胶组合物中的油量进行加工性的改进。然而，在此情况下，在低应变区的硬度降低，因此当将该橡胶组合物用于轮胎胎面时，在胎面上形成的块的刚性降低，同时耐磨性降低。因此，在本发明中，用掺混树脂取代增加油量，如此避免加工性降低，同时使低应变区域的硬度保持在给定水平。
对于用于本发明的树脂，可提及二环戊二烯树脂、C5石油树脂等。
在本发明中，除了树脂外可掺混芳烃油，如此可获得改进湿性能和可加工性的效果。在此情况下，掺混的芳烃油合适地不超过8重量份，按100重量份橡胶组分计。
在本发明的橡胶组合物中，填料同时包含炭黑和二氧化硅，原因在于考虑到改进湿性能，使用二氧化硅作为填料是合适的，但随着二氧化硅量变得更大，在高荷载区域的耐磨性降低。因此，炭黑与二氧化硅的掺混比有利地为45/20至30/35。
在本发明的橡胶组合物中，对填料的掺混量无特殊限制，但考虑到硫化橡胶的性能和轮胎的性能，填料量优选为45至80重量份，按100重量份橡胶组分计。
此外，用于本发明的填料部分可用如下通式(I)表示：
      mM·xSiOy·zH2O    …………  (I)其中M为选自铝、镁、钛和锆的金属，该金属的氧化物或氢氧化物或其水合物，m为1至5的整数，x为0至10的整数，y为2至5的整数，z为0至10的整数。此外，通式(I)可含有金属如钠、铁、镁或其类似物，元素如氟或其类似物，和基团如NH4或其类似物。
具体地，填料包括氧化铝(Al2O3)如γ-氧化铝、α-氧化铝或其类似物；一水合氧化铝(Al2O3·H2O)如勃姆石、一水硬铝石或其类似物；二水合氧化铝(Al2O3·2H2O)、氢氧化铝[Al(OH)3]如三水铝石、三羟铝石或其类似物；氢氧化镁[Mg(OH)2]、氧化镁(MgO)、滑石(3MgO·4SiO2·H2O)、硅镁石(5MgO·8SiO2·9H2O)、钛白(TiO2)、钛黑(TiO2n-1)、氧化钙(CaO)、氢氧化钙[Ca(OH)2]、铝镁氧化物(MgO·Al2O3)、粘土(Al2O3·SiO2)、高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、寿山石(Al2O3·4SiO2·H2O)、膨润土(Al2O3·4SiO2·2H2O)、硅酸铝(Al2SiO5、Al4-3SiO4·5H2O或其类似物)、硅酸镁(Mg2SiO4、MgSiO3或其类似物)、硅酸钙(Ca2SiO4或其类似物)、硅酸铝钙(Al2O3·CaO·2SiO2或其类似物)、硅酸镁钙(CaMgSiO4)、和含用于校正电荷的氢或碱金属或碱土金属的结晶铝硅酸盐；feldspan、云母、蒙脱石等。在此情况下，无机填料可单独使用或以其两种或多种的混合物使用。
在上述无机填料中，优选通式Al2O3·nH2O(其中n为0至3)表示的氧化铝。这些粘土包括粘土、高岭土、寿山石、膨润土、蒙脱石等。
此外，本发明包括掺混基于秋兰姆的硫化促进剂作为硫化促进剂的橡胶组合物，以避免因橡胶制品长时间使用而降低湿性能。例如，当长时间使用轮胎时，因橡胶的固化作用导致滞后损失，并且伴随湿性能降低。为此，掺混基于秋兰姆的硫化促进剂，以防止湿性能降低并保持同时建立湿性能和耐磨性能的效果。基于秋兰姆的硫化促进剂的掺混量有利地为不低于0.5重量份，按100重量份橡胶组分计。当掺混量低于0.5重量份时，不能充分获得掺混效果。此外，掺混量合适地为不超过3.0重量份，以在跑动期间充分控制出现龟裂，这被认为是因交联形式的单硫化物增加的结果。
在基于秋兰姆的硫化促进剂中，优选硫化四烷基秋兰姆，其包括二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)、二硫化四乙基秋兰姆(TETD)、二硫化四丁基秋兰姆(TBTD)、单硫化四甲基秋兰姆(TMTM)、硫化四辛基秋兰姆(TOT)等。其中，特别优选硫化四辛基秋兰姆。
除了上述组分外，本发明的橡胶组合物可合适地掺混通常用于橡胶工业的各种添加剂。
本发明的橡胶适合用于客车或小型卡车的胎面部分，特别适合在较高荷载下在内压4.0至5.5kgf/cm2下使用。
给出下面的实施例说明本发明，但本发明不受这些实施例限制。
按照表1中给出的掺混配方制备各种橡胶组合物。然后，将它们在150℃下硫化30分钟。此外通过将这些橡胶组合物每一种施于轮胎胎面上制造具有轮胎尺寸195/70 R14的充气轮胎。测量这些橡胶组合物每一种在硫化前后的性能，获得如表1中给出的结果。此外，性能测量通过如下方法进行。
(1)加工性
它通过按照JIS K6300-1994的测试方法在130℃下测量的门尼粘度表示。数值越小，加工性越小。
(2)湿性能
将要测试的轮胎安装到车辆上，并且实际在湿路面(具有水深度1.0至2.0毫米)上开行，同时在速度60千米/小时急刹车，以测量刹车后的开行距离。湿性能通过基于比较例1的开行距离为100的指数表示。指数值越大，湿性能越好。
(3)耐磨性能
当要测试的轮胎实际开行距离超过20,000千米后，测量胎面中留下的凹槽深度，并通过基于比较例1的测量值设定为100的指数值表示。指数值越大，湿性能越好。
(4)低应变时的硬度
低应变时的硬度由按照JIS K 7198-1991的测试方法测量的动态储能模量E′表示。指数值越大，湿性能越好。
(5)开行后的湿性能
该湿性能在开行距离超过20,000千米后按与上述(2)相同的方式进行。表1
掺混配方   比较例1   比较例2   比较例3   比较例4   实施例1   实施例2
SBR1 JSR 0120*1     0     19.3(14)     38.5(28)     38.5(28)     38.5(28)     38.5(28)
SBR2#1 500*2     74     53     32     32     32     32
BR UBEPOL 150L*3     26     33     40     40     40     40
炭黑N220     45     45     45     45     45     45
二氧化硅Nipsil AQ*2     24     24     24     24     24     24
芳烃油     18.5     13.5     8     12     8     8
树脂ESCOREZ1102*5     0     0     0     0     4     4
硬脂酸     2     2     2     2     2     2
锌白     2.5     2.5     2.5     2.5     2.5     2.5
抗氧剂1*6     1.5     1.5     1.5     1.5     1.5     1.5
抗氧剂2*7     0.95     0.95     0.95     0.95     0.95     0.95
抗氧剂3*8     0.22     0.22     0.22     0.22     0.22     0.22
硫化促进剂1*9     0.6     0.6     0.6     0.6     0.6     0.6
硫化促进剂2*10     1     1     1     1     1     1
硫化促进剂3*11     1     1     1     1     1     1
硫化促进剂4*12     0     0     0     0     0     0.5
硫     1.8     1.8     1.8     1.8     1.8     1.8
总油含量*13     18.5     18.8     18.5     22.5     22.5     22.5
总结合苯乙烯含量(重量％)*14     17.39     17.37     17.32     17.32     17.32     17.32
加工性(ML 1+4)     58     62     67     61     61     61
湿性能(指数)     100     100     102     102     102     102
耐水性(指数)     100     107     115     114     114     114
在低应变时的硬度(E′)(30℃)     20     21     21     18     20     20
在开行后的湿性能(指数)     87     97
*1用37.5份油增量(按100份橡胶组分计)并具有结合苯乙烯含量35％重量的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的商标，它由JSR公司制造。此外，不包括油的橡胶量在括号中给出。
*2不用油增量并具有结合苯乙烯含量23.5％重量的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的商标，它由JSR公司制造。
*3具有顺式键97％的丁二烯橡胶的商标，由Ube Industries，Ltd.制造。
*4商标，由Nippon Silica Industrial Co.，Ltd.制造
*5商标，由Tonex Co.，Ltd制造。
*6 Santite A，商标，由Seiko Kagaku Co.，Ltd.制造。
*7 Noclac 6c，商标，由Ohuchi Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.制造。
*8 Noclac 224，商标，由Ohuchi Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.制造。
*9二苯基胍。
*10 N-环己基-2-苯并噻唑基亚磺酰胺。
*11二苯并噻唑基二硫化物。
*12硫化四辛基秋兰姆。
*13它为包括在SBR1中的油的总量，油作为掺混油和芳烃油。
*14橡胶组分中的结合苯乙烯含量与橡胶组分总量的比例(重量％)。
从比较例1与2的对比可以看出，耐磨性通过增加丁二烯橡胶的共混量提高，但改进性能的程度低，原因是增加的共混量很小。
从比较例2与3的对比可以看出，耐湿和耐磨性能通过增加SBR1的共混量由此提高伴随的结合苯乙烯含量并进一步增加丁二烯橡胶的共混量而改进。然而，丁二烯的量按与总油含量相同的水平增加，因此加工性降低。
从比较例3与4的对比可以看出，加工性通过增加作为软化剂的油的量改进，但在低应变区域的硬度降低。
从比较例4与实施例1的对比可以看出，在低应变区域的硬度通过用树脂取代部分软化剂改进。
从实施例1与2的对比可以看出，在开行后湿性能降低可通过掺混硫化秋兰姆而变得非常温和。
根据本发明，在包括丁二烯橡胶与苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的共混物的橡胶组合物中，合适地调节丁二烯橡胶的掺混量和苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶中的结合苯乙烯含量，由此可同时改进耐磨性和湿性能，而不会损害加工性和低应变区域的硬度。此外，可通过掺混基于秋兰姆的硫化促进剂控制长时间使用后的湿性能降低。

Claims (9)

1.一种包含炭黑与二氧化硅的混合填料的橡胶组合物，其特征在于：树脂的掺混量为低于4重量份，按100重量份含不低于40％重量的丁二烯橡胶和苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的橡胶组分计。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：其中橡胶组分中的丁二烯橡胶的量不高于60％重量。
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：其中苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶具有的结合苯乙烯含量不高于40％重量。
4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：其中橡胶组分中的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的量为40至60％重量。
5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：其中树脂的量不大于10重量份，按100重量份橡胶组分计。
6.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：其中混合填料中炭黑与二氧化硅的掺混比为45/20至30/35。
7.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：其中进一步掺混按100重量份橡胶组分计不低于0.5重量份的基于秋兰姆的硫化促进剂。
8.根据权利要求7所述的橡胶组合物，其特征在于：其中进一步掺混不高于3.0重量份的基于秋兰姆的硫化促进剂。
9.一种充气轮胎，包括由权利要求1至8中任何一项所述的橡胶组合物制备的胎面。
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