轮胎用橡胶组合物及充气轮胎的制作方法_2

文档序号:9421910阅读:来源:国知局
70质 量%以下。如果其量低于30质量%,则低温抓地性(冰上的性能,湿抓地性)会较差。如 果其量超过90质量%,则干抓地性和(滚动)加工性会较差。
[0042] 基于100质量%的橡胶组分,冬胎用橡胶组合物中包含的异戊二烯类橡胶的量优 选为10质量%以上,更优选为20质量%以上,更加优选为30质量%以上。其量也优选为 80质量%以下,更优选为70质量%以下,更加优选为60质量%以下。如果其量低于10质 量%,则干抓地性和(辊)加工性会恶化。如果其量超过80质量%,则低温下的抓地性(冰 上的性能,湿抓地性)会较差。
[0043] 本发明的橡胶组合物中包含的无机补强剂具有特定的平均粒径和确定的氮吸附 比表面积,其由下式所表示:
[0044] kMx ?xSiOy ?zH20
[0045] 其中吣代表选自于由Al、Mg、Ti、Ca和Zr构成的组中的至少一种金属,或该金属 的氧化物或氢氧化物;k代表整数1至5 ;x代表整数0至10 ;y代表整数2至5 ;z代表整数 0 至 10〇
[0046] 无机补强剂的例子包括氧化铝、氧化铝水合物、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化镁、滑 石、钛白、钛黑、氧化钙、氢氧化钙、氧化镁铝、粘土、叶蜡石、膨润土、硅酸铝、硅酸镁、硅酸 钙、硅酸钙铝、硅酸镁、锆、和氧化锆。这些无机化合物可以单独使用,或两种以上组合使用。 特别地,优选其中1为A1或Zr的无机补强剂,更优选氢氧化铝或氧化锆,这是因为与空气 接触时形成的氧化层产生刮擦效果,从而提高湿抓地性,以及还提供良好的耐磨性。氢氧化 铝是特别优选的,这是因为它进一步提供了良好的捏合生产率和良好的辊加工性。
[0047] 无机补强剂的平均粒径为0. 69ym以下,优选为0. 20至0. 65ym,更优选为0. 25 至0. 60ym。当其平均粒径超过0. 69ym时,耐磨性和湿抓地性会降低。无机补强剂的平均 粒径为使用透射电子显微镜测定的数均粒径。
[0048] 无机补强剂的氮吸附比表面积(N2SA)为10至50m2/g。这种无机补强剂会产生刮 擦效果以及还会抑制因磨损产生的脱离;因而,能够获得出色的湿抓地性和出色的耐磨性。 其最小N2SA优选为12m2/g以上,更优选为14m2/g以上,而其最大N2SA优选为45m2/g以下, 更优选为40m2/g以下,更加优选为29m2/g以下,特别优选为19m2/g以下。N2SA低于10m2/ g的无机补强剂能够较容易地被分离,耐磨性趋于降低。如果其N2SA超过50m2/g,则在与路 面接触时,刮擦位点会被埋入橡胶混合物中,以致几乎不能发挥刮擦效果。另外,由于无机 补强剂颗粒的团聚(二次团聚),耐磨性趋于降低。无机补强剂的队5六根据ASTMD3037-81 通过BET方法测定。
[0049] 为了确保用于轮胎的耐磨性和湿抓地性并且降低班伯里密炼机或挤出机中的金 属磨损,无机补强剂的莫氏硬度优选为如二氧化硅的7,或低于7,更优选为2至5。作为材料 的机械性能之一的莫氏硬度,通常在矿物相关领域用作年龄的一种量度。莫氏硬度通过使 用对照材料来刮擦用于硬度分析的材料(例如,氢氧化铝),并测定刮痕是否存在来测定。
[0050] 特别地,优选使用莫氏硬度低于7且其热分解产物的莫氏硬度为8以上的无机补 强剂。例如,莫氏硬度约为3的氢氧化铝防止了班伯里密炼机或辊的磨耗(磨损)。另外, 上表面层中的氢氧化铝因行驶期间的振动或生热以及部分地因捏合而经历脱水反应(转 变),从而转化为莫氏硬度约为9的氧化铝,其硬度与路面上的石子的硬度相当或更硬。因 而,能够获得出色的耐磨性和出色的湿抓地性。应该注意内部的氢氧化铝不需要完全地转 化,其部分地转化能够提供刮擦路面的效果。此外,氢氧化铝和氧化铝对于水、碱、酸是稳定 的,其既不抑制硫化反应也不促进氧化降解。在转变之后,无机补强剂的莫氏硬度更优选在 7以上,其上限没有限定。金刚石具有最高的硬度10。
[0051] 无机补强剂的热分解开始温度(DSC吸热开始温度)优选为160至500°C,更优选 为170至400°C。如果其温度低于160°C,则在捏合中,热分解或再团聚会过度地进行,以及 捏合机转子叶片的金属、容器壁等会过度地磨损。无机补强剂的热分解开始温度通过差示 扫描量热法(DSC)测定。此外,热分解包括脱水反应。
[0052] 无机补强剂在25°C下的纯水中的溶解度优选为5mg/100cm2以下,以在全天候的环 境中提供恒定的性能。如果无机材料被洗脱或吸收水分,则橡胶混合物无法实现它的功能。 本文中使用的溶解度是指在25°C下的100g纯水中可溶解的质量(g),其能够较容易地被测 定。
[0053] 所述无机补强剂可以是具有上述平均粒径和N2SA性能的市售产品,也可以是,例 如,已经被加工例如研磨成具有上述性能的颗粒的无机补强剂。研磨可以通过常规方法进 行,例如可以使用如喷射磨机、喷气磨机、反式喷气磨机、逆向研磨机(contraplexmill)等 的湿研磨或干研磨。
[0054] 如果需要,可以使用医疗领域和生物领域中广泛应用的膜过滤方法,通过分馏制 备具有特定平均粒径和确定的N2SA的颗粒,然后用作橡胶用配合剂。
[0055] 相对于每100质量份的橡胶组分,无机补强剂的量为1质量份以上,优选为2质量 份以上,更优选为3质量份以上。如果其量低于1质量份,无法获得充分的湿抓地性。另外, 其量为60质量份以下,优选为55质量份以下,更优选为50质量份以下。如果其量超过60 质量份,耐磨性会恶化到无法通过控制其它的配合剂来补偿的程度,拉伸强度等也会恶化。
[0056] 除无机补强剂之外,本发明的橡胶组合物可以包含炭黑和/或二氧化硅。特别地, 从湿抓地性和耐磨性之间的平衡的角度考虑,橡胶组合物优选包含二氧化硅。二氧化硅的 例子包括但不限于,干二氧化硅(无水硅酸)和湿二氧化硅(含水硅酸)。优选为湿二氧化 硅,因为其具有大量的硅烷醇基。
[0057] 二氧化娃的N2SA优选为40m2/g以上,更优选为80m2/g以上,更加优选为110m2/g 以上。另外,其N2SA优选为350m2/g以下,更优选为250m2/g以下。当其N2SA落入上述范围 内时,本发明的效果能够充分地被实现。二氧化硅的N2SA根据上述用于无机补强剂的方法 测定。
[0058] 相对于每100质量份的橡胶组分,二氧化硅的量优选为20质量份以上,更优选为 30质量份以上,更加优选为40质量份以上。如果其量低于20质量份,无法获得充分的耐磨 性和充分的湿抓地性。其量也优选为130质量份以下,更优选为125质量份以下,更加优选 为120质量份以下。如果其量超过130质量份,燃料经济性会降低。
[0059] 特别地,在夏胎用橡胶组合物的情况中,相对于每100质量份的橡胶组分,二氧化 硅的量优选为30至130质量份,更优选为35至125质量份。另一方面,在无钉防滑冬胎用 橡胶组合物中,相对于每100质量份的橡胶组分,二氧化硅的量优选为20至100质量份,更 优选为25至95质量份。
[0060] 炭黑的N2SA优选为40m2/g以上,更优选为60m2/g以上,更加优选为100m2/g以上。 另外,该N2SA优选为250m2/g以下,更优选为200m2/g以下。当N2SA落入上述范围内时,本 发明的效果能够充分地被实现。
[0061] 当加入炭黑和/或二氧化硅时,可以根据胎面所需的性能如湿抓地性或耐磨性, 适当地设定它们的量。相对于每100质量份的橡胶组分,这些材料的总量优选为30至180 质量份,更优选为45至135质量份。特别地,在夏胎用橡胶组合物的情况中,相对于每100 质量份的橡胶组分,这些材料的总量优选为50至160质量份,更优选为65至130质量份。 另一方面,在用于无钉防滑冬胎的情况中,相对于每100质量份的橡胶组分,二氧化硅的量 优选为35至140质量份,更优选为50至110质量份。
[0062] 本发明的夏胎用橡胶组合物(含SBR的组合物)可以包含树脂作为软化剂来改善 湿抓地性。树脂的例子包括C5石油树脂、C9石油树脂、萜烯类树脂、香豆酮茚树脂,以及芳 香族乙烯基聚合物。上述这些中,合适的为萜烯类树脂、香豆酮茚树脂、芳香族乙烯基聚合 物等。无钉防滑冬胎用橡胶组合物(含有异戊二烯类橡胶的组合物)优选包含萜烯类树脂。 萜烯类树脂的例子包括萜烯树脂、芳香族萜烯树脂,以及萜烯酚醛树脂。上述中,优选溶解 度参数(SP值)在8. 6以下并且软化点在106°C至160°C、更优选在106°C至124°C的那些 树脂。
[0063] 芳香族乙烯基聚合物中的芳香族乙烯基单体(单元)可以是苯乙稀和/或a-甲 基苯乙烯,芳香族乙烯基聚合物可以是每种单体的均聚物,或者两种单体的共聚物。芳香族 乙烯基聚合物优选为a-甲基苯乙烯或苯乙烯的均聚物,或者a-甲基苯乙烯和苯乙烯的 共聚物,更优选为甲基苯乙烯和苯乙烯的共聚物或苯乙烯的均聚物,这是因为它们是 经济的、容易加工,以及在湿滑性能方面出色。
[0064] 芳香族乙烯基聚合物的软化点优选为100°C以下,更优选为92°C以下,更加优选 为88°C以下,但是优选为30°C以上,更优选为60°C以上,更加优选为75°C以上。当芳香族 乙烯基聚合物的软化点落入上述范围时,能够获得良好的湿抓地性,从而实现上述性能的 改善平衡。本文中使用的软化点,根据JISK6220使用环球式软化点测定装置测定,将球 落下时的温度定义为软化点。
[0065] 芳香族乙烯基聚合物的重均分子量(Mw)优选为400以上,更优选为500以上,更 加优选为800以上,但是优选为10000以下,更优选为3000以下,更加优选为2000以下。当 芳香族乙烯基聚合物的重均分子量Mw落入上述范围内时,能够较好地实现本发明的效果。 本文中使用的重均分子量使用凝胶渗透色谱(GPC)测定,并用聚苯乙烯标准校准。
[0066] 相对于每10质量份的橡胶组分,树脂的量优选为2质量份以上,更优选为5质量 份以上。如果其量低于2质量份,这种添加的有效性不足。其量也优选为50质量份以下, 更优选为25质量份以下。如果其量超过50质量份,耐磨性趋于恶化。
[0067] 本发明的橡胶组合物优选包含加工助剂。这可以增强填料(尤
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