专利名称：胎圈用橡胶组合物和充气轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种胎圈用橡胶组合物和一种充气轮胎。
背景技术：
近年来，对轮胎在燃油效率和低发热性轮胎的要求日益强烈。
用来减少发热量的方法，有减少炭黑用量的方法和使用大尺寸颗粒炭黑的方法。然而，在这些方法中，橡胶硬度会下降，导致出现轮胎硬度下降的问题。
特别的，胎圈硬度与操控性能有关，并且极为重要。因此，相比轮胎的其他部分，有极高硬度的橡胶必须被用于胎圈。因此，上述的方法不适用于胎圈橡胶，会严重削弱操控性能。
另一方面，为了得到高硬度，停止使用操作油，但此时，混合物的粘性增加，在操作过程中成为负担。同样，高硬度可以由加入热固性树脂得到，但是会产生发热量增大的问题。
已知的方法(见JP-A-2004-27003)是在轮胎胎面橡胶组分中使用含有炭黑的橡胶和薄片状天然矿物例如绢云母以改善抗臭氧性及在冰面上的性能，以及在轮胎胎壁中使用以得到低透气性。然而，在胎圈中使用这种橡胶来以平衡的方式提高燃油效率和操控性能的方法还是未知的。
发明内容
本发明目的在于提供一种胎圈用橡胶组合物，其具有出色的加工性能，且能在保持橡胶硬度的同时降低发热量，以及一种以平衡的方式提高燃油效率和操控性能的充气轮胎。
本发明涉及一种轮胎胎圈用橡胶组合物，其以100重量份的橡胶组分(A)为基准，含有10～100重量份氮吸附比表面积为30～100m2/g、酞酸二丁酯吸收率为40～200ml/100g的炭黑(B)，和5～120重量份高宽比为3～30、平均颗粒尺寸为2～30μm的薄片状天然矿物(C)。
本发明还涉及一种含有由上述橡胶组合物构成的铆合三角胶或胎圈三角胶的充气轮胎。
具体实施例方式
本发明中的胎圈用橡胶组合物包含橡胶组分、炭黑和薄片状天然矿物。
橡胶组分的例子有二烯橡胶，例如天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、氯丁二烯橡胶(CR)、丁基橡胶(IIR)和苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶(SIBR)。这些二烯橡胶可单独使用，也可两种或两种以上组合使用。
在这些橡胶组分中，从获得低发热性能考虑，优选使用天然橡胶(NR)和/或异戊二烯橡胶(IR)。此外，橡胶组分中的NR和/或IR的总量优选至少为20wt％，进一步优选至少为30wt％，当总量低于20wt％时，断裂强度有变弱倾向。
炭黑的氮吸附比表面积(N2SA)至少为30m2/g，优选至少为40m2/g。当炭黑的N2SA小于30m2/g时，增强性和耐磨性不足。并且，炭黑的N2SA至多为100m2/g，优选至多为90m2/g。当炭黑的N2SA大于100m2/g时，分散性变差并且发热量增大。炭黑的例子有HAF和FEF，但没有特殊限制。
炭黑的酞酸二丁脂(DBP)吸收率至少为40ml/100g，优选至少为50ml/100g，进一步优选至少为80ml/100g。并且，DBP吸收率至多为200ml/100g，优选至多为180ml/100g，进一步优选至多为160ml/100g。当DBP吸收率在此范围内时，具有优异的机械性能和耐磨性。
以100重量份的橡胶组分为基准，炭黑的含量至少为10重量份，优选至少为20重量份，进一步优选至少为30重量份。当炭黑的含量低于10重量份时，增强性能不充分，并且橡胶的强度不充分。并且，炭黑的量至多为100重量份，优选至多为90重量份，进一步优选至多为85重量份。当炭黑的量大于100重量份时，发热性有增大趋势。
薄片状天然矿物优选云母例如高岭石、绢云母、金云母和白云母。这其中，从硬度和低发热性能的优异平衡性考虑，更优选绢云母。
薄片状天然矿物的高宽比(最大直径和厚度之比)至少为3，优选至少为5，进一步优选至少为10。当薄片状天然矿物的高宽比小于3时，难以获得足够的硬度。并且，薄片状天然矿物的高宽比至多为30，优选至多为20。当高宽比大于30时，橡胶中的分散性和断裂强度下降。高宽比是通过测量电子显微镜下任意50个薄片状天然矿物颗粒的长轴平均长度和短轴平均长度，由长轴平均长度a和短轴平均长度b计算a/b所得。
薄片状天然矿物的平均颗粒尺寸至少为2μm，优选至少为5μm，进一步优选至少为10μm。当平均颗粒尺寸小于2μm时，粉碎的成本太高，且难以获得足够的橡胶硬度。并且，薄片状天然矿物的平均颗粒尺寸至多为30μm，优选至多为20μm。当平均颗粒尺寸大于30μm时，薄片状天然矿物成为了破坏点，且抗挠曲疲劳性下降。这里，平均颗粒尺寸指的是薄片状天然矿物长轴的平均长度。
以100重量份的橡胶组分为基准，薄片状天然矿物的含量至少为5重量份，优选至少为10重量份，进一步优选至少为15重量份。当含量低于5重量份时，加入薄片状天然矿物的效果不能充分显现。并且，薄片状天然矿物的含量至多为120重量份，优选至多为80重量份，特别的优选至多为60重量份。当薄片状天然矿物的含量大于120重量份时，薄片状天然矿物在橡胶中的分散变得困难，且发热量变大。
此外，在必要时可以在本发明中的橡胶组合物中复合硅烷偶联剂。
硅烷偶联剂并无特别限定，可以使用硫化物型、巯基型、乙烯基型、氨基型、环氧丙氧型、硝基型和氯基型硅烷偶联剂。
特别的，硫化物型硅烷偶联剂的例子有二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，二(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物，二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，二(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)四硫化物，二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)三硫化物，二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)三硫化物，二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物，二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3-三甲氧基甲硅烷基丙基-N，N-二甲基硫代氨基甲酰四硫化物、3-三乙氧基甲硅烷基丙基-N，N-二甲基硫代氨基甲酰四硫化物、2-三乙氧基甲硅烷基乙基-N，N-二甲基硫代氨基甲酰四硫化物、2-三甲氧基甲硅烷基乙基-N，N-二甲基硫代氨基甲酰四硫化物、3-三甲氧基甲硅烷基丙基苯并噻唑四硫化物、3-三乙氧基甲硅烷基丙基苯并噻唑四硫化物、3-三乙氧基甲硅烷基丙基异丁烯酸酯一硫化物和3-三甲氧基甲硅烷基丙基异丁烯酸酯一硫化物。
巯基型硅烷偶联剂的例子有3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、2-巯基乙基三甲氧基硅烷和2-巯基乙基三乙氧基硅烷。
乙烯基型硅烷偶联剂的例子有乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷。
氨基型硅烷偶联剂的例子有3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(2-氨基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷和3-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷。
环氧丙氧型硅烷偶联剂的例子有γ-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，γ-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷和γ-环氧丙氧丙基甲基二甲氧基硅烷。
硝基型硅烷偶联剂的例子有3-硝基丙基三甲氧基硅烷和3-硝基丙基三乙氧基硅烷。
氯基型硅烷偶联剂的例子有3-氯基丙基三甲氧基硅烷、3-氯基丙基三乙氧基硅烷、2-氯基乙基三甲氧基硅烷和2-氯基乙基三乙氧基硅烷。
这些硅烷偶联剂可单独使用，也可两种或两种以上组合使用。
对于本发明中的轮胎胎圈用橡胶组合物，可以加入操作油例如芳族油、石蜡油、蓖麻油和大豆油。
此外，除了橡胶组分、炭黑、薄片状天然矿物、硅烷偶联剂和操作油，必要时也可在本发明的轮胎胎圈用橡胶组合物中加入一般量的轮胎用橡胶组合物制备中常用的添加剂如二氧化硅、硬脂酸、氧化锌、抗氧化剂、硫化剂例如硫、以及硫化促进剂。
作为本发明的轮胎胎圈用橡胶组合物的制备工艺，可采用已知方法，例如，使用橡胶揉合机如开放式辊压机或班伯里混合机，捏合上述组分的方法。
用上述方法制得的本发明的轮胎胎圈用橡胶组合物的复模量(E*)优选至少为8Mpa(硫化后在25℃下测量)，进一步优选至少为10MPa。当橡胶硬度低于8MPa时，操控稳定性有变差趋势。
本发明中的轮胎胎圈用橡胶组合物用于轮胎胎圈部分。这里，轮胎胎圈部分指的是铆合三角胶和胎圈三角胶。
铆合三角胶和胎圈三角胶可以通过以特定形状碾压橡胶组合物制得的片材的方法制备，或通过用挤压机挤压橡胶组合物的方法制备。
本发明中的充气轮胎是使用本发明的轮胎胎圈用橡胶组合物所制备的铆合三角胶或胎圈三角胶以传统方法制备的。
在下文中，将通过实施例对本发明进行详细介绍，但本发明并不限于此。
实施例1～2和对照例1～3原料NRRSS#3BRBR150B，购自Ube工业有限公司炭黑Seast NH(HAF级，N2SA74m2/g时，DBP吸收率127ml/100g)，购自Tokai Carbon有限公司绢云母KM-8(高宽比15，平均颗粒尺寸17μm)，购自Nippon Forum有限公司氧化锌氧化锌，购自Mitsui矿业及冶炼有限公司硬脂酸Tsubaki，购自NOF公司芳族油Diana Process AH24，购自Idemitsu Kosan有限公司抗氧化剂Antigen 6C(N-(1，3-二甲基丁基)-N’-苯基-对苯二胺)，购自Sumitomo化学有限公司蜡SUNNOC N，购自Ohuchi Shinko化学工业有限公司硫硫粉末，购自Karuizawa Seirensho K.K.
硫化促进剂Nocceler NS(TBBSN-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰胺)，购自Ouchi Shinko化学工业有限公司制备过程根据表1所示组合物，除了硫和硫化促进剂以外的原料在150℃下在班伯里混合机中捏合3分钟，在得到的组合物中加入硫和硫化促进剂，在80℃下使用辊轧机捏合4分钟，从而得到橡胶组合物。
使用铆合三角胶和胎圈三角胶用橡胶组合物浇铸一个生胎，经过硫化制成一个测试轮胎(尺寸195/65R15)。对所得轮胎进行以下测试。
测试方法门尼粘度根据JIS K6300标准，在130℃条件下进行测定未硫化组合物的门尼粘度。以对照例1的门尼粘度为100(标准)作基准，测定结果以系数的方式表示。系数越大，则可加工性能越好。
复模量(E*)E*(MPa)是使用Iwamoto公司制造的粘弹性分光计，在70℃、初始应变为10％、动态应变为2％以及频率为10Hz的条件下测定。
滚动阻力滚动阻力是样品轮胎在15×6JJ轮辋，230kPa内压，3.43kN载荷以及80km/h的速度的条件下，使用滚动阻力测试机测定的。以对照例1的测定结果为100(标准)作基准，将测定结果以系数的方式表示。系数越大，滚动阻力越低，并且燃油效率越好。
操控稳定性将样品轮胎安装在车辆(日本FF 2000cc)的车轮上，操控稳定性由驾驶员作出感官评价。以对照例1的评估值为6(标准)，将评估值的范围设定为1～10。等级越高，操控稳定性越好。
测定结果如表1所示。
表1
与对照例1相比，在增大了炭黑量的对照例2中，橡胶硬度增大，操控稳定性提高，但加工性能变差且油耗增加。在炭黑量减小了的对照例3中，加工性能提高且燃油效率出色，但操控稳定性随着橡胶硬度的下降而下降。
另一方面，在加入了绢云母的实施例1和2中，橡胶硬度增大，操控稳定性提高，并且加工性能和燃油效率出色。
根据本发明，可以得到一种充气轮胎，其具有出色的加工性能，并且在保持橡胶硬度的同时，燃油效率和操控稳定性能平衡的得到改善。
权利要求
1.一种轮胎胎圈用橡胶组合物，以100重量份橡胶组分为基准，含有10～100重量份的炭黑(B)，其氮吸附比表面积为30～100m2/g，酞酸二丁酯吸收率为40～200ml/100g，和5～120重量份的薄片状天然矿物(C)，其高宽比为3～30，平均颗粒尺寸为2～30μm。
2.一种含有由如权利要求1所述的橡胶组合物制得的铆合三角胶或胎圈三角胶的充气轮胎。
全文摘要
本发明提供了一种胎圈用橡胶组合物，其具有出色的加工性能，在保持橡胶硬度的同时减少发热量，以及一种充气轮胎，其能以平衡的方式提高燃油效率和操控性能。特别的，本发明提供了一种轮胎胎圈用橡胶组合物，其以100重量份的橡胶组分(A)为基准，含有10～100重量份的炭黑(B)，其氮吸附比表面积为30～100m
文档编号B60C1/00GK1673263SQ20051005394
公开日2005年9月28日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月24日
发明者保地和郎 申请人:住友橡胶工业株式会社