CN1990532A - 橡胶组合物及使用该橡胶组合物的轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种橡胶组合物,其可以在不降低湿抓地性能的同时减少滚动阻力,以及一种使用该橡胶组合物的轮胎。一种橡胶组合物,以100重量份橡胶组分为基准,含有不少于15wt%的丁苯橡胶(1)和不少于10wt%的丁苯橡胶(2),还含有15~150重量份、氮吸附比表面积为20~500m2/g的二氧化硅,丁苯橡胶(1)的苯乙烯的含量不少于33wt%且乙烯基的含量不少于30wt%,丁苯橡胶(2)的苯乙烯含量不多于15wt%且乙烯基含量不多于60wt%,其中丁苯橡胶(1)和丁苯橡胶(2)的总含量为不少于60wt%。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶组合物及一种使用该橡胶组合物的轮胎。
背景技术
近些年,作为轮胎的必需性质,要求改善胎面的抓地性能和滚动阻力性质。抓地性能和滚动阻力性质都涉及橡胶的滞后损耗。通常,如果滞后损耗大,则抓地力大,并且刹车性能得到改善,因此,抓地性能出色,但是由于滚动阻力变大会引起滚动阻力性质恶化。如上所述,因为抓地性能和滚动阻力性质是对偶关系,所以提出的各种轮胎用橡胶组合物要同时满足两种性质。
为了同时改善抓地性能和滚动阻力性质,人们已熟知,在橡胶组合物中混入二氧化硅作为增强剂,可以使抓地性能和滚动阻力性质以很好的平衡方式得到改善。然而,橡胶组合物存在抓地性能和滚动阻力性质都得不到足够的改善效果的问题。
进一步降低滚动阻力的方法已知还有混入二氧化硅和硅烷偶联剂。由于混入了硅烷偶联剂,通过硅烷偶联剂将橡胶和二氧化硅化学键合使得滚动阻力得到降低。然而,当捏合二氧化硅和硅烷偶联剂时,需要在高温下充分反应,并且在加工过程比如捏合中,与橡胶反应的硅烷偶联剂的官能团会引发反应,将会引起名为凝胶化的橡胶焦烧现象的问题。
日本专利申请JP-A-2001-172434公开了一种胎面用橡胶组合物,该橡胶组合物在高温下表现出出色的湿抓地性能,并且包含特定量的橡胶组分,该橡胶成分含有特定量的指定溶液聚合丁苯橡胶、二氧化硅和特定的芳族油,然而,在该胎面用橡胶组合物中滚动阻力没有得到降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种橡胶组合物,使其滚动阻力得到减小同时没有降低湿抓地性能,以及提供使用该橡胶组合物的轮胎。
本发明涉及一种橡胶组合物,以100重量份橡胶组分为基准,还含有15~150重量份、氮吸附比表面积为20~500m2/g的二氧化硅,所述橡胶组分含有不少于15wt%的丁苯橡胶(1)和不少于10wt%的丁苯橡胶(2),丁苯橡胶(1)的苯乙烯含量不少于33wt%且乙烯基的含量不少于30wt%,而丁苯橡胶(2)的苯乙烯含量不多于15wt%且乙烯基的含量不多于60wt%,其中丁苯橡胶(1)和丁苯橡胶(2)的总含量为不少于60wt%。
优选当二氧化硅分散在水中形成5%水性分散系时,该二氧化硅水分散系的pH值为7~12。
本发明还涉及含有该橡胶组合物的轮胎。
具体实施方式
本发明的橡胶组合物包含橡胶组分和二氧化硅。
橡胶组分包含丁苯橡胶(1)(SBR(1))和丁苯橡胶(2)(SBR(2))。
在SBR(1)中苯乙烯的含量为不少于33wt%,并且优选为不少于35wt%。当SBR(1)中苯乙烯的含量为少于33wt%时,抓地性能得不到足够改善。在SBR(1)中苯乙烯的含量优选为不多于50wt%,且进一步优选为不多于38wt%。当SBR(1)中苯乙烯的含量多于50wt%,会有产生较大热量的趋势。
在SBR(1)中乙烯基的含量为不少于30wt%且优选为不少于32wt%。当SBR(1)中乙烯基的含量少于30wt%时,抓地性能得不到足够的改善。在SBR(1)中乙烯基的含量优选为不多于65wt%,且进一步优选为不多于60wt%。当SBR(1)中乙烯基的含量多于65wt%时,会有耐磨性降低的趋势。
只要苯乙烯的含量和乙烯基的含量在上述范围内,SBR(1)可以单独使用或至少两种混合使用。
在橡胶组分中SBR(1)的量为不少于15wt%,并且优选为不少于30wt%。当SBR(1)的量少于15wt%质量份时,抓地性能不能得到充分提高。在SBR(1)的量为不多于90wt%,并且进一步优选为不多于60wt%。当SBR(1)的量多于90wt%时,会有产生较大热量的趋势。
在SBR(2)中苯乙烯的含量优选为不少于5wt%,并且进一步优选为不少于8wt%。当SBR(2)中苯乙烯的含量少于5wt%时,会有抓地性能不足的趋势。在SBR(2)中苯乙烯的含量为不多于15wt%,且优选为不多于12wt%。当SBR(2)中苯乙烯的含量多于15wt%时,不仅滚动阻力上升,在雪面和冰面上的性能和低温下的抗裂性能也会降低。
在SBR(2)中乙烯基的含量优选为不少于20wt%,且进一步优选为不少于40wt%,且更进一步优选为不少于40wt%。当SBR(2)中乙烯基的含量少于20wt%时,会有抓地性能不足的趋势。在SBR(2)中乙烯基的含量为不多于60wt%,且优选为不多于50wt%。当SBR(2)中乙烯基的含量多于60wt%,滚动阻力会上升。
只要苯乙烯的含量和乙烯基的含量在上述范围内,SBR(2)可以单独使用或至少两种混合使用。
在橡胶组合物中SBR(2)的量为不少于10wt%,且优选为不少于15wt%。当SBR(2)的量少于10wt%时,滚动阻力上升。SBR(2)的量优选为不多于85wt%,且进一步优选为不多于50wt%。当SBR(2)的量多于85wt%时,会有抓地性能不足的趋势。
在橡胶组合物中SBR(1)和SBR(2)的总量为不少于60wt%,并且优选为不少于70wt%。当SBR(1)和SBR(2)的总量少于60wt%时,滚动阻力性质和抓地性能不能以很好的平衡方式得到改善。SBR(1)和SBR(2)的总量为优选不多于100wt%,进一步优选为不多于80wt%。
除了SBR(1)和SBR(2)以外,还可以使用其它橡胶:其例子有除了SBR(1)和SBR(2)之外的SBR、天然橡胶(NR)、丁二烯橡胶(BR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁腈橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、丁基橡胶(IIR)和苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶(SIBR),并且在这些除了SBR(1)和SBR(2)以外橡胶中,从拉伸强度出色的角度考虑,优选NR。
二氧化硅并无具体限制,湿法(硅酸酐)或干法(硅酸酐)制备的二氧化硅均可使用,从含有大量硅烷醇基团的角度考虑,优选湿法制备的二氧化硅。
二氧化硅的氮吸附比表面积(N2SA)为不少于20m2/g,优选为不少于40m2/g,进一步优选为不少于80m2/g,并且更进一步优选为不少于120m2/g,特别优选为不少于200m2/g。当二氧化硅的N2SA少于20m2/g,耐磨性降低。二氧化硅的N2SA为不多于500m2/g,优选为不多于480m2/g,并且进一步优选为不多于450m2/g。当二氧化硅的N2SA多于500m2/g时,不仅产生的热量会变大,橡胶在捏合过程中的加工性能也会降低。
当二氧化硅分散在水中得到5%水分散系时,得到的二氧化硅水分散系的pH值(5%pH)优选为不小于7,并且进一步优选为不小于7.2。当二氧化硅的5%pH小于7时,与硅烷偶联剂的反应速度变慢,因此,会有捏合时间增加的趋势。二氧化硅的5%pH优选为不大于12,并且进一步优选为不大于10。制备具有5%pH大于12的二氧化硅有很困难的趋势。
二氧化硅的含量为不少于15重量份,且优选为不少于40重量份。当二氧化硅的量为少于15重量份时,不能得到混入二氧化硅所应有的足够的效果。二氧化硅的量为不多于150重量份,并且优选为不多于120重量份。当二氧化硅的量多于150重量份时,二氧化硅在橡胶中的分散变得困难,因此,橡胶的加工性能恶化。
在本发明中,通过包含含有指定量的SBR(1)和SBR(2)的橡胶组分和指定量的二氧化硅,可以在不降低湿抓地性能的同时减少滚动阻力。
在本发明中,将硅烷偶联剂与二氧化硅一起使用。
本发明中优选使用的硅烷偶联剂可以是传统上与二氧化硅一起使用的任意一种硅烷偶联剂,其例子有二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)多硫化物、二(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)多硫化物、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)多硫化物、二(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)多硫化物、二(4-三乙氧基甲硅烷基丁基)多硫化物和二(4-三甲氧基甲硅烷基丁基)多硫化物。这些硅烷偶联剂可以单独使用或至少两种组合使用。
当硅烷偶联剂与二氧化硅一起使用时,以100重量份的二氧化硅为基准,硅烷偶联剂的量优选为不少于2重量份,并且进一步优选为不少于8重量份。当硅烷偶联剂的量少于2重量份时,对耐磨性的改善效果会有不足的趋势。硅烷偶联剂的量优选为不多于20重量份,并且进一步优选为不多于16重量份。当硅烷偶联剂的量多于20重量份时,对物理性质的改善效果会有降低的趋势。
在本发明的橡胶组合物中,除了上述的橡胶组分,根据需要可以适当混合二氧化硅、硅烷偶联剂、通常用于橡胶工业中的配合剂如炭黑、填料如粘土、各种抗氧剂、加工油(process oil)、硫化剂如硫、硬脂酸、蜡和氧化锌。
从滚动阻力性质和抓地性能能够以较好的平衡方式得到改善的角度考虑,本发明的橡胶组合物优选用作胎面用橡胶组合物。
本发明的轮胎是用本发明的橡胶组合物通过通常的方法制备的。即,在未硫化步骤中,通过调整成每一个轮胎部件的形状,根据需要将混合了上述各种化学品的本发明的橡胶组合物进行挤出成型,并且在轮胎塑模机上进行塑模成一个未硫化轮胎。将该未硫化的轮胎在硫化器中加热加压获得本发明的轮胎。
实施例
本发明将基于实施例进行具体描述,但是本发明并不局限于此。
实施例以及对照例中所用的化学品集中描述如下:
丁苯橡胶1(SBR1):Tufdene 3335(苯乙烯含量为35%重量份,乙烯基含量为33%重量份,油含量以100重量份的橡胶固体含量为基准:37.5重量份),购自Asahi Kasei化学公司;
丁苯橡胶2(SBR2):使用烷基锂引发剂在烷烃溶剂中聚合苯乙烯和1,3-丁二烯所得产品(苯乙烯含量:10%重量份,乙烯基含量:45%重量份);
丁苯橡胶3(SBR3):Tufdene 3330(苯乙烯含量为31%重量份,乙烯基含量为33%重量份,油含量以100重量份的橡胶固体含量为基准:37.5重量份),购自Asahi Kasei化学公司;
丁苯橡胶4(SBR4):NS112R(苯乙烯含量:15%重量份,乙烯基含量:30%重量份),购自ZEON公司;
天然橡胶(NR);
二氧化硅:Carplex#67(N2SA:429m2/g,5%pH值:7.4),购自Degussa公司;
硅烷偶联剂:Si75(二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物),购自Degussa公司;
芳香油:DIANAPROCESS AH-24,购自Idemitsu Kosan有限公司;
氧化锌:购自Mitsui矿业和冶炼有限公司;
硬脂酸:硬脂酸“Tsubaki”,购自NOF公司;
抗氧剂:ANTIGENE 6C(N-(1,3-二甲基丁基-N’-苯基-对亚苯二胺)),购自Sumitomo化学有限公司;
蜡:SANOC N,购自Ouchi Shinko化学工业有限公司;
硫:硫粉,购自Karuizawa Iou有限公司;
硫化促进剂CZ:NOCCELER CZ(N-环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺),购自Ouchi Shinko化学工业有限公司;
硫化促进剂DPG:NOCCELER D(1,3-二苯胍),购自Ouchi Sinko化学工业有限公司。
实施例1~3和对照例1~4
根据表1的混合配方,将除了硫和硫化促进剂以外的其它化学品在班伯里混合器中在150℃下捏合4分钟,得到捏合产品。然后将上述硫和硫化促进剂加入到所获得的捏合产品中,并且用开放式辊轧机在80℃下捏合3分钟,得到生胶组合物。将得到的生胶组合物塑模成轮胎胎面形状,与轮胎的其它部分层压制备未硫化的轮胎,并且加压硫化制备实施例1~3和对照例1~4的测试用轮胎。
(滚动阻力)
通过使用滚动阻力测试仪,在轮缘为15×6JJ,内部压力为230kPa,载荷为49N,速度为80km/h测试条件下,转动测试轮胎进行滚动阻力测试,将每种组合物的滚动阻力以指数的形式表示,假设对照例1的滚动阻力指数为100。滚动阻力指数越大,滚动阻力越低,表示性能越出色。
(滚动阻力指数)=(对照例1的滚动阻力)÷(每种组合物的滚动阻力)×100(湿抓地性能)
将制备好的测试用轮胎安装到车辆的所有车轮上(国产车辆FF2000cc),在湿的沥青路面的测试跑道上行驶,在行使测试中,车辆的速度为100km/h,并且测量从刹车到停车间的刹车距离。每种组合物的湿抓地性能根据下面公式表示成指数的形式,假设对照例1的湿抓地性能指数是100。结果表明,湿抓地性能指数越大,湿抓地性能越优异。
(湿抓地性能指数)=(每种组合物的刹车距离)÷(对照例1的刹车距离)×100
上述测试结果列于表1。
表1
实施例 | 对照例 | ||||||
1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
含量(重量份)SBR 1SBR 2SBR 3SBR 4NR二氧化硅硅烷偶联剂芳族油氧化锌硬脂酸抗氧剂蜡硫硫化促进剂CZ硫化促进剂DPG | 68.7520--3080818.75322221.82 | 5530--3080822.5322221.82 | 55--303080822.5322221.82 | 96.25---3080811.25322221.82 | -70--3080837.5322221.82 | 75.625-61.875--808-322221.82 | -5561.875--80820.625322221.82 |
评估结果滚动阻力指数湿抓地性能指数 | 10499 | 10797 | 10697 | 100100 | 11181 | 10595 | 10890 |
根据本发明专利,所提供的橡胶组合物包含指定量的二氧化硅和分别含有指定量的两种或两种以上具有不同苯乙烯含量和不同乙烯基含量的丁苯橡胶的橡胶组分,并且能够在不降低湿抓地性能的同时减小滚动阻力。
Claims (3)
1.一种橡胶组合物,以100重量份橡胶组分为基准,还含有15~150重量份、氮吸附比表面积为20~500m2/g的二氧化硅,所述橡胶组分含有:
不少于15wt%的丁苯橡胶(1),丁苯橡胶(1)中苯乙烯的含量不少于33wt%且乙烯基含量不少于30wt%,和
不少于10wt%的丁苯橡胶(2),丁苯橡胶(2)中苯乙烯的含量不多于15wt%且乙烯基的含量不多于60wt%,
其中,所述橡胶组分中丁苯橡胶(1)和丁苯橡胶(2)的总含量为不少于60wt%。
2.如权利要求1所述的橡胶组合物,其特征在于,当所述二氧化硅分散于水中形成5%的水分散系时,所述二氧化硅水分散系的pH值为7~12。
3.一种轮胎,其含有如权利要求1所述的橡胶组合物。
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