轮胎组合物的制作方法

1.本公开涉及一种具有高导电性、优异耐磨性及吸收特性的轮胎胎面(tread)化合物及其制造方法。具体而言，本公开涉及用作非充气轮胎(non-pneumatic tire)的轮胎化合物的制造，上述轮胎可以用作能够检测由从靠近路面的埋没在地下的导体(电线、管道等)或地上的结构物(建筑物、桥梁等)泄漏的杂散电流(stray current)引起的地电位上升位置的轮胎形式的移动电极。


背景技术：

2.如果不及早发现地下电缆或输气管道的缺陷并进行修复，则电压或气体从缺陷部位泄漏，可能对环境构成威胁。此外，缺陷可能会导致人或动物触电或灼伤，并可能完全损坏掩埋的工业设备。
3.并且，由于这种泄漏是浪费的，因此会产生经济损失。此类缺陷的原因包括由开挖导致的意外损坏、地下埋设物的电解/腐蚀造成的损坏、树木深根造成的损坏以及电缆或管道老化造成的损坏等。
4.由于这种缺陷而从导体表面的绝缘缺陷位置流出到大地并使地电位升高的电流被称为杂散电流(stray current)。
5.通过检测从地下电缆等泄漏的杂散电流的检测缺陷所采用的技术多种多样，且可能需要很长时间。然而，仅使用一种以上的方法可能不足以检测泄漏的缺陷。可以用电测试笔或电场检测仪检测泄漏源。电测试笔是一种可检测用户手与被测物体之间的电位差的便携式设备。上述设备由于用户和测试器之间的电位差干扰而在运行过程中受到限制。
6.美国农业部出版的sda手册第696页中介绍的红外检测方法存在如下问题，即，适用温度记录分析来检测漏电的方法需要能够进行测量温度记录分析的相当专业的专家。
7.作为相对较新的技术的美国专利第5352984号中描述的时域反射计(time domain reflectometry，tdr)是一种能够跟踪并检测地下漏电的技术，但存在如下缺点，即，使用困难、需要大量时间、测量结果不准确。此外，高压雷达技术(high-voltage radar techniques)被广泛用于跟踪并检测地下电压泄漏，但这些技术需要很长时间、不准确、需要特定技能。
8.在作为现有技术的ep 3073279 a1中，本发明人采用了一种独特且有效的方法来检测地下泄漏电压源。在此，上述设计包括通过金属环和疏水性碳织物材料加强的移动车胎的使用，该金属环连接到电压感应电磁传感器。在操作过程中，对覆盖金属电极的织物供应水，以降低接地面和泄漏源之间的界面电阻，以方便电压检测。上述设计由于以下问题不理想：为了减少由于金属环电极、织物及地面之间的摩擦引起的界面电阻和高磨损损失而织物表面润湿，不能保留水膜。并且，金属环在地面上移动时会产生不平衡，移动速度被限制在约1.5mph到2.5mph的低速，因此对泄漏部位的即时检测可能会较少。
9.在韩国专利公开第10-2019-0082519号中公开了如下的轮胎制造方法，即，为了制造具有亲水性和导电性的轮胎，使用羧基-丙烯腈-丁二烯橡胶(xnbr)作为主要材料制成条
状，以包围具有非导电性的气压管的外面，然后在外面形成导电胎面，从而制造具有亲水导电性能的轮胎的方法。
10.但是，当使用20重量份至30重量份(基于100重量份的总橡胶成分)的如聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone；以下简称pvp)等的遇水膨胀材料来将水膨胀率过度维持在20％以上时，磨损率高，在移动到测量区域时，轮胎在承受车辆重量的状态下也会因与路面之间的摩擦等而产生不必要的磨损，当导电胎面磨损加剧时，作为绝缘体的气压管的表面与地面接触，导致测量缺陷。
11.本公开的目的在于，基于运行使用现有技术制造的轮胎电极的结果，为了使用车轮电极提高用于快速检测信号的现有技术并确保长期耐久性，以基于具有耐久性的导电亲水弹性胎面的电极代替导电金属电极。为了上述目的，该轮胎电极可以通过传感阵列连接，为了快速检测泄漏可能性，不是连接到行驶用轮胎，而是连接到在较小重量作用下的移动拖车等，从而可以只在必要的位置与地面接触使用。
12.另外，基于运行结果，当遇水膨胀指数保持在20％以上时，磨损严重，因此，不是通过降低遇水膨胀材料的比重来提高耐磨性，而是制造具有更低的导电性和适量的亲水性的轮胎电极。
13.为此，已经对聚合物进行了广泛的研究，包括最适合本公开目的的。一般而言，弹性体(橡胶)是用于构成具有胎冠和包含花纹沟的胎面的轮胎的最先进材料。在该技术中，天然橡胶(nr)已被广泛用于制备胎面化合物，这是因为其对于最终轮胎产品赋予高生胶强度和弹性。正如聚合物手册中所披露的，nr的一个众所周知的固有缺点是由于nr骨架中双键(c＝c)的氧化攻击而导致的降解。在美国专利第6326424号中，作为轮胎胎面用橡胶使用玻璃化转变温度高的异戊二烯-丁二烯橡胶(ibr)共聚物，其优点在于，无需如苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)之类的用于进行乳化等的第二基质，即可与二氧化硅混合使用。并且，美国专利第2821232号公开了仅用超级耐磨炉(super abrasion furnace，saf)碳黑或sap和二氧化硅的组合增强的轮胎胎面用nr。然而，如本领域所熟知，当仅存在一种橡胶基质时，造成能量损失的磨损、牵引力及滚动阻力变得更差，因此上述公开的轮胎胎面用橡胶并不适合。
14.因此，已经进行了通过引入nr与其他合成弹性聚合体的共混物，例如顺式1,4-聚丁二烯橡胶(br)、顺式1,4-聚异戊二烯橡胶(ir)、苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)、丙烯腈橡胶(nbr)及乙烯-丙烯共聚物(epdm)等并包括增强剂来保持轮胎的物理性能的均衡的尝试。为了保持耐磨性、牵引力及滚动阻力性能之间的均衡，在固化之前将固化剂包含在未固化的基础橡胶/共混化合物是优先事项。
15.例如，作为增强剂的类型，迄今为止已知将如炭黑、纳米管、石墨烯等的单或混合碳基填料与硅烷化-二氧化硅组合使用是最有效的。尽管大部分成分可以从极性到非极性等多种多样，但是常规轮胎胎面组合物整体上是疏水性的，因此不适合本发明人寻求的导电亲水轮胎。
16.一般而言，本领域技术人员理解，使用亲水性和/或遇水膨胀材料来制备用于轮胎胎面的橡胶化合物。此类材料可包括如交联聚乙烯醇、交联聚丙烯酸酯、交联淀粉-丙烯酸酯共聚物、交联羧甲基纤维素或遇水膨胀聚氨酯树脂等的遇水膨胀/吸水材料的极性弹性体/聚合物。


技术实现要素：

17.技术问题
18.本公开旨在改进现有技术的问题，本公开涉及一种具有高导电性、优异耐磨性及吸收特性的的轮胎胎面(tread)化合物及其制造方法。
19.具体而言，本公开涉及一种用于整个表面具有导电性的非充气轮胎(non-pneumatic tire)的轮胎化合物的制造，其可以用作如下的移动电极，即，为了提高耐磨性而减少遇水膨胀材料的含量，并且，为了减轻轮胎重量负担以减少在移动时发生不必要的磨损，可以附接于拖车上而不是车身上，或者可以仅在测量时接触地面的具有供水工具的移动电极。
20.因此，本公开的目的在于提供一种导电亲水轮胎组合物。
21.本公开的另一目的在于提供一种通过检测由于从埋没物等流出的杂散电流等而地电位升高的位置来实时确定缺陷位置的装置。
22.本公开的再一目的在于提供一种通过检测由于从埋没物等流出的杂散电流等而地电位升高的位置来实时确定缺陷位置的方法。
23.解决问题的方案
24.本公开涉及一种具有高导电性、优异耐磨性及吸收特性的轮胎胎面(tread)化合物及其制造方法。具体而言，本公开涉及用作非充气轮胎(non-pneumatic tire)的轮胎化合物的制造，上述轮胎可以用作用于检测地电位升高位置的具有供水工具的移动电极。
25.下面，对本公开进行更详细说明。
26.本公开的目的在于提供一种具有机械耐久性(耐磨性)、亲水性和导电性的橡胶组合物。
27.在本公开中，基于100重量份的总橡胶成分，上述轮胎组合物可以包括10重量份至100重量份的极性橡胶。
28.在本公开中，上述极性橡胶可以为选自由天然橡胶(natural rubber)、聚丁二烯橡胶(polybutadiene rubber)及环氧氯丙烷聚氧化乙烯烯丙基环氧丙基醚(epichlorohydrin polyethylene oxide allyl glycidyl ether)组成的组中的一种以上。
29.在本公开中，基于100重量份的总橡胶成分，上述天然橡胶的含量可以为60重量份至80重量份、60重量份至75重量份、70重量份至80重量份，例如，可以为70重量份至75重量份，优选地，可以为73重量份。
30.在本公开中，基于100重量份的总橡胶成分，上述聚丁二烯橡胶的含量可以为10重量份至15重量份、11重量份至15重量份、12重量份至15重量份、13重量份至15重量份、14重量份至15重量份，优选地，可以为15重量份。
31.在本公开中，基于100重量份的总橡胶成分，上述环氧氯丙烷聚氧化乙烯烯丙基环氧丙基醚的含量可以为5重量份至10重量份、6重量份至10重量份、7重量份至10重量份、8重量份至10重量份、9重量份至10重量份，优选地，可以为10重量份。
32.在本公开中，上述轮胎组合物可以通过机械混合工艺将优选量的吸水性和水溶性聚合物均匀分散在组合物中而成，以获得亲水特性。
33.在本公开中，上述聚合物可以是遇水膨胀材料，例如，可以是聚合物材料。
34.在本公开中，上述聚合物材料可以为选自由聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、交联聚乙烯醇、交联聚丙烯酸酯、交联淀粉-丙烯酸酯共聚物、交联羧甲基纤维素、聚丙烯腈(polyacrylonitrile，pan)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol，pva)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone，pvp)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，pvdf)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，pmma)、聚丙烯酸(polyacrylic acid)及聚氨酯(polyurethane)组成的组中的一种以上，但本发明不限于此，而均包括本领域已知的遇水膨胀材料。
35.在本公开中，基于100重量份的总橡胶成分，上述遇水膨胀材料的含量可以为1重量份至10重量份、1重量份至9重量份、1重量份至8重量份、1重量份至7重量份、1重量份至6重量份、1重量份至5重量份、1重量份至4重量份，例如，可以为1重量份至3重量份，优选地，可以为2重量份，但本发明不限于此，而其水溶性和溶胀度可以考虑水解度、厚度等进行调整。
36.在本公开的一具体实施方式中，当上述遇水膨胀材料为聚环氧乙烷时，基于100重量份的总橡胶成分，上述聚环氧乙烷的含量可以为1重量份至10重量份、1重量份至9重量份、1重量份至8重量份、1重量份至7重量份、1重量份至6重量份、1重量份至5重量份、1重量份至4重量份，例如，可以为1重量份至3重量份，优选地，可以为2重量份。
37.本公开的轮胎组合物可以进一步包括增强剂。
38.如果橡胶共混物不含增强剂，则物理机械性能较差，因此难以用于轮胎。因此，为了增加生胶强度，在一些情况下，为了增加热和/或电特性，可以进一步包括增强剂。
39.本公开的轮胎组合物基于100重量份的总成分可以包括约5重量份至30重量份的增强剂。
40.在本公开中，上述增强剂可以是硅烷化-二氧化硅和碳基填料，例如，可以为选自碳黑、碳纳米管、二氧化硅及偶联剂组成的组中的一种以上，当包含两种以上的上述成分时，这些成分可彼此具有协同效应，但本发明不限于此。
41.在本公开中，为了增加上述组合物的强度和导电特性，基于100重量份的总橡胶成分，上述组合物可以进一步包含约5重量份至30重量份的碳黑(cb)。
42.在本公开中，上述碳黑可以为导电级碳黑，例如，可以为第一碳黑、第二碳黑和/或第三碳黑，但本发明不限于此。
43.在本公开中，当使用氮气测量brunner-emmett-teller表面积(以下简称“bet表面积”)时，第一碳黑(ec600jd)的bet表面积可以为约1270m2/g，基于100重量份的总橡胶成分，第一碳黑(ec600jd)的含量可以为5重量份至30重量份，优选地，可以为20重量份至30重量份。上述第一碳黑的dbp(表示增强填料结构(structure)的值)为480ml/100g至510ml/100g，优选为498ml/100g。
44.在本公开中，第二碳黑(n550)的bet表面积可以为约35m2/g至45m2/g，优选地，可以为35m2/g至40m2/g，基于100重量份的总橡胶成分，第二碳黑(n550)的含量可以为5重量份至15重量份，优选地，可以为5重量份至10重量份。当根据astm d1510测量时，上述第二碳黑的i2吸附量(表示增强剂的表面积(surface area)的碘吸附量)为约37g/kg至47g/kg，优选为42.5g/kg。当根据astm d6556测量时，上述第二碳黑的ph为6至10，优选为7.3，上述第二碳黑的统计吸附层厚度表面积(stsa)为38.7m2/g。上述dbp值和i2吸附量为确定碳黑的物理
性质和化学性质的主要因素，因此若碳黑的dbp值和i2吸附量和添加量超出上述范围，则难以期待提高导电性的效果。
45.在本公开中，第三碳黑(n220)的bet表面积为100m2/g至121m2/g。当根据astm d1510测量时，上述第三碳黑的i2吸附量为约116g/kg至126g/kg，优选为123.3g/kg。上述第三碳黑的ph为约6至10，优选为约8。当上述组合物包括第三碳黑时，基于100重量份的总橡胶成分，第一碳黑的含量可以为20重量份至25重量份，第二碳黑和第三碳黑含量之和可以为约5重量份至10重量份。
46.并且，在本公开中，上述组合物可以包括第三碳黑以代替第二碳黑。若碳黑的总量低于上述规定范围，则难以期待提高导电性的效果，因此不优选，若碳黑的总量超过上述规定范围，则轮胎胎面的补强性能降低，因此不优选。
47.在本公开中，当上述轮胎组合物包括二氧化硅时，基于100重量份的总橡胶成分，二氧化硅的含量可以为2.0重量份至10.0重量份、2.0重量份至9.0重量份、2.0重量份至8.0重量份、2.0重量份至7.0重量份、2.0重量份至6.0重量份、2.0重量份至5.0重量份，例如，可以为2.0重量份至4.0重量份。当二氧化硅的含量低于上述范围时，作为二氧化硅的添加目的的旋转阻力减少效果甚微，当二氧化硅的含量超过上述范围时，通过在本公开中使用的碳黑的导电性改善效果受到阻碍，因此不优选。
48.在本公开中，上述二氧化硅的基于氮吸收的bet表面积可以为150m2/g至200m2/g、150m2/g至190m2/g、150m2/g至180m2/g、150m2/g至170m2/g、160m2/g至200m2/g、160m2/g至190m2/g、160m2/g至180m2/g、160m2/g至170m2/g，例如，可以为164m2/g。
49.在本公开中，术语“bet表面积”是指包括上述增强剂的孔隙率(porosity)的总表面积。
50.在本公开中，上述二氧化硅的ph可以为0至13、1至13、2至13、3至13、4至13、5至13、6至13、7至13、8至13、9至13、10至13、11至13、0至12、1至12、2至12、3至12、4至12、5至12、6至12、7至12、8至12、9至12、10至12、11至12，例如，可以为11.2，但本发明不限于此。
51.在本公开中，上述bet值等是决定二氧化硅的特性的主要因素，若二氧化硅的bet值超出上述范围，则工艺性变差，因此不优选。
52.在本公开中，上述轮胎组合物还可包含偶联剂以改善二氧化硅的分散。偶联剂有助于二氧化硅颗粒均匀分散在橡胶上，同时保持橡胶和二氧化硅之间的牢固结合。由于二氧化硅的分子量很小，可以与聚合物颗粒形成化学键，因此它们必须包含使填料和基质反应的官能团。
53.在本公开中，上述偶联剂可以是硅烷偶联剂，但本发明不限于此，并且可以根据所使用的材料和工艺条件而变化。
54.在本公开中，基于100重量份的总组合物，上述偶联剂的含量可以为0.5重量份至2.0重量份、0.5重量份至1.9重量份、0.5重量份至1.8重量份、0.5重量份至1.7重量份、0.5重量份至1.6重量份，例如，可以为0.5重量份至1.5重量份。
55.根据本公开的轮胎组合物可以进一步包括橡胶/轮胎领域中已知的常规添加剂。
56.在本公开中，上述添加剂可以是硫化剂(sulfur vulcanizing agent)、促进剂(accelerator)、活化剂(activator)、抗氧化剂、蜡、加工油等，但本发明不限于此。
57.在本公开中，上述添加剂以橡胶/轮胎工业中公认的优选范围被包含，这是已知
的。
58.在本公开的一具体实施方式中，上述轮胎组合物可以进一步包含增塑剂，以降低粘度，从而通过易加工性降低工艺所需的能量。
59.在本公开中，上述增塑剂的实例包括矿物油，上述油由作为芳族、萘烷和石蜡结构的混合物的烃组成。
60.在本公开中，作为上述增塑剂，根据所使用的碳聚合物的极性，可以使用极性到非极性的增塑剂类型。
61.在本公开中，上述非极性油可以选自中等萃取溶剂(mild extracted solvent(mes))、残留芳香萃取溶剂(residual aromatic extracted solvent(rae))及经处理芳烃油(treated distillate aromatic extracted solvent(tdae))。
62.在本公开中，上述极性油可以是美国专利第6248929号、美国专利第6399697号及美国专利第6410816号中记载的合成油、或邻苯二甲酸、己二酸或癸二酸的衍生物，但本发明不限于此。
63.在本公开的一具体实施方式中，上述增塑剂可以为经处理芳烃油(treated distillate aromatic extract)。
64.在本公开中，基于100重量份的总橡胶成分，上述增塑剂的含量可以为5重量份至40重量份、5重量份至38重量份、5重量份至36重量份、5重量份至34重量份、5重量份至32重量份，例如，可以为5重量份至30重量份。
65.在本公开的一具体实施方式中，通常使用的经处理芳烃油可以是根据astm d4052标准的在15℃下密度为0.9530且根据astm d445标准的在100℃下密度为19.29的芳族类型，例如，可以为plasthall p-900。
66.本公开的轮胎组合物的焦烧时间(t s2
)可以为0.6至1.1，例如，可以为0.6至1.0。
67.本公开的轮胎组合物的净化时间(t90)为2.0至14.5、2.0至13.5、2.0至12.5、2.0至11.5、2.0至10.5、2.0至9.5、2.0至8.5、2.0至7.5、2.0至6.5、2.0至5.5，例如，可以为2.0至5.0。
68.本公开的轮胎组合物的m
l
(dnm)可以为13.9至20.0、14.0至20.0、14.5至20.0、15.0至20.0、15.5至20.0，例如，可以为16.0至20.0。
69.本公开的轮胎组合物的mh(dnm)可以为28至77、28至70、28至65、28至60、28至55、30至77、30至70、30至65、30至60、30至55，例如，可以为30至50。
70.本公开的轮胎组合物的抗拉强度(mpa)可以为5至20、6至20、7至20，例如，可以为8至20。
71.本公开的轮胎组合物的100％模量(mpa)可以为1.0至8.0、1.1至8.0、1.2至8.0、1.3至8.0、1.4至8.0，例如，可以为1.5至8.0。
72.本公开的轮胎组合物的200％模量(mpa)可以为4至15、5至15、6至15、7至15，例如，可以为8至14。
73.本公开的轮胎组合物的断裂拉伸率(％)可以为150至700、200至700、250至700、150至600、200至600、250至600、150至500、200至500、250至500、150至400、200至400，例如，可以为250至400。
74.本公开的轮胎组合物在25℃下的回弹量可以为20至70、20至65、20至60、20至55、
20至50、25至70、25至65、25至60、25至55，例如，可以为25至50。
75.本公开的轮胎组合物的硬度(肖氏a)可以为20至80、30至80、40至80、50至80、20至75、30至75、40至75，例如，可以为50至75。
76.本公开的轮胎组合物的磨损损失(mm3)可以为150至200、155至200、160至200、150至195、155至195，例如，可以为160至195。
77.本公开的轮胎组合物的接触角(
°
)可以为10至90、20至90、30至90、40至90、50至90、60至90、70至90、80至90、10至88、20至88、30至88、40至88、50至88、60至88、70至88、80至880，例如，可以为80至88。
78.本公开的轮胎组合物的水膨胀率(％)可以为0至100、0至90、0至80、0至70、0至60、0至50、0至40、0至30、0至20、0至10、0至5、0.5至100、0.5至90、0.5至80,0.5至70,0.5至60、0.5至50、0.5至40、0.5至30、0.5至20、0.5至10、0.5至5，例如，可以为0.5至3。
79.本公开的轮胎组合物的电阻率(ω.cm)可以为5至200、5至150、5至100、5至50、10至200、10至150、10至100、10至50、15至200、15至150、15至100，例如，可以为15至50。
80.为了制备根据本公开的轮胎组合物，首先将除促进剂、活化剂及固化剂的橡胶共混物和增强剂混合(第一混合步骤)，然后混合促进剂、活化剂及/或固化剂(第二混合步骤)。
81.在本公开中，第一混合步骤可以在约90℃下执行5分钟，但本发明不限于此。
82.在本公开中，第二混合步骤可以在约50℃下执行2分钟，但本发明不限于此。
83.在本公开中，制备轮胎组合物的方法可包括将橡胶成分和其他成分置于两辊磨机(two-roll mill)受控的时间的步骤，以达到最佳物理机械性能并获得均匀混合物。
84.在本公开中，置于上述两辊磨机的步骤可以进行5分钟至20分钟、5分钟至15分钟、10分钟至20分钟，例如，可以进行10分钟至15分钟。
85.在本公开中，两辊磨机的步骤的温度可以为25℃至120℃、25℃至110℃、25℃至100℃、25℃至90℃、25℃至80℃、25℃至70℃、25℃至60℃，例如，可以为25℃至50℃，但本发明不限于此，而可以取决于所需的组合物的性质。
86.本公开的另一例子涉及使用导电亲水轮胎组合物制造的轮胎电极。
87.上述导电亲水轮胎组合物的内容如上所述。
88.在本公开中，上述轮胎电极可以在固化操作之前通过在未固化混合物的条带之间嵌入电线而在固化之后连接到测量装置，但本发明不限于此。
89.在本公开中，上述轮胎电极可以具有在与轮胎电极的外周面垂直的方向上形成凹槽以在移动时形成水膜，但本发明不限于此。
90.在本公开中，上述轮胎电极可以附接于牵引式装置。通过将轮胎电极附接于牵引式装置来减少重量负担，以能够改善磨损率。为此，代替车身，上述轮胎电极可以附接于轻型附加车辆，例如拖车(牵引辅助车辆等)。
91.或者，在本公开中，上述轮胎电极可以与单独的行驶用轮胎一起设置。例如，上述轮胎电极可以以通过具有单独的行驶轮胎来分担重量以减轻负担的辅助轮胎的形式附接。
92.或者，在本公开中，上述轮胎电极可以与上下调节装置一起设置，以具有仅在必要时接触地面的结构。
93.本公开的再一例子涉及包括上述轮胎电极的移动式缺陷位置检测装置。
94.在本公开中，上述装置可以使用轮胎电极，通过接触地面测量地电位，在通过车辆移动的同时检测由于杂散电流上升地电位的地点，从而检测缺陷位置。
95.在本公开中，上述轮胎电极的内容如上所述。
96.本公开的再一例子涉及检测杂散电流产生位置的方法。
97.在本公开中，上述方法可以使用轮胎电极来执行。
98.在本公开中，上述轮胎电极的内容如上所述。
99.在本公开中，上述轮胎电极可以附接于车辆或拖车。
100.在本公开中，上述方法可以包括通过与地面接触的表面测量地电位的步骤。
101.在本公开中，上述方法可以是通过检测杂散电流产生位置来检测埋在地下的导体或包含在地上结构物中的导体的缺陷。
102.在本公开的一具体实施方式中，上述方法可以是如下的方法，即，为了检测埋在地下的导体或包含在地上结构物中的导体的缺陷，将轮胎电极附接于车辆或拖车，在移动的过程中通过与地面接触的表面测量地电位，以检测由于缺陷引起的杂散电流产生位置。
103.本公开的术语“或”并非为排他性的“或”，而是指内含性的“或”。即未另外特别限定或在文章中未明确表示的情况下，“x利用a或b”是指自然的内含性的置换之一。即当x利用a；或x利用b；或x全部利用a及b时，“x利用a或b”可适用于这些情形的某一种。另外，在本说明书中使用的术语“及/或”，应理解为指示和包括所列举的相关项目中一个以上项目的所有可能的组合。
104.本公开的术语“包括”和/或“包含”表示存在有关性质和/或组件，但是并不排除存在或添加其它性质、组件和/或其组合。另外，本说明书和权利要求中，介词“一个”一般应当被理解为表示“一个或多个”，除非另外指定，或者从上下文中清楚看出针对单数形式。
105.发明的效果
106.本公开涉及用于制造具有高导电性、优异耐磨性及吸收性能的轮胎的胎面(tread)化合物及其制造方法。具体而言，本公开涉及一种用作非充气轮胎(non-pneumatic tire)的轮胎化合物的制造，以天然橡胶作为极性橡胶的主要原料，而不是降低遇水膨胀吸附剂，以提高耐磨性并保持优良的导电性，并且，为了减少在行驶过程中不必要的磨损附接于拖车等而非车身的轮胎电极可用作通过传感器连接以与地面接触检测杂散电流并检测地下漏电位的具有供水工具的移动电极。
附图说明
107.图1为示意性示出为了获得具有永久内装的引线的非充气固化轮胎而可采用的模具设计和接近法的特性的图。
108.图2为示出根据本公开的一实施例制造之后的最终产品的特性的图。
109.图3为比较本公开和现有技术的侧视图。
110.图4为示出根据本公开的一实施例的用于检测漏电电位差的识别电路的图。
111.图5为示意性示出根据本公开的一实施例实时测量地下漏电状态和漏电源的方法的图。
112.图6为根据本公开的一个实施例为了在行驶过程中减少轮胎电极的磨损而配备有单独的行驶用轮胎且设置有辅助轮胎电极的拖车的侧视图。
113.图7为根据本公开的一个实施例为了在行驶过程中减少轮胎电极的磨损而配备有单独的行驶用轮胎且设置有辅助轮胎电极的拖车的后视图。
具体实施方式
114.用于实施发明的最佳实施方式
115.以下，将参照附图，公开多种实施例及/或实施方式。在下述说明中，以说明为目的，为了帮助对一个以上实施方式的全面理解，公开了多个具体的详细事项。但是，本公开所属技术领域的技术人员可认识到，即使没有这些具体的详细事项，这些实施方式也能够实施。以下的记载及附带的附图将详细记述一个以上实施方式的特定示例性实施方式。但是，这些实施方式仅是示例性的，可以利用多种实施方式的原理中的多种方法的一部分，且记述的说明意在全部包括这些实施方式及其均等物。
116.术语说明
117.s-sbr：高功能性合成橡胶(溶聚丁苯橡胶，solution polymerized styrene-butadiene rubber)
118.nr：天然橡胶(natural rubber)
119.enr：环氧天然橡胶(epoxide natural rubber)
120.xnbr：羧基丁腈橡胶(carboxylated acrylonitrile butadiene rubber)
121.br：聚丁二烯橡胶(polybutadiene rubber)
122.geco：环氧氯丙烷聚氧化乙烯烯丙基环氧丙基醚(epichlorohydrin polyethylene oxide allyl glycidyl ether)
123.ec600jd、n550、n220：具有前述规格的不同类型的碳黑
124.tdae：经处理芳烃油(treated distillate aromatic extract)
125.s/t：硬脂酸(stearic acid)
126.tmq：2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline polymer)
127.6ppd：1,3-二甲基丁基-n'-苯基-p-对苯二胺(1,3-dimethylbutyl)-n'-phenyl-p-phenylenediamine)
128.cz：n-环己基-2-苯并噻唑磺酰胺(n-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfonamide)
129.tmtd：四甲基秋兰姆二硫化物(tetramethyl thiuram disulfide)
130.e-80：缓凝剂(retarder)
131.pva：聚乙烯醇(polyvinylalcohol)
132.pvp：聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)
133.csp：交联聚丙烯酸钠(crosslinked sodium polyacrylate)
134.cf：纤维素纤维(cellulose fibers)
135.制备例.轮胎组合物的制备
136.使用下表1至4中所示的材料和组成比制备轮胎组合物。具体而言，将不含促进剂、活化剂和硬化剂的橡胶共混物与增强剂混合(第一混合步骤)。然后混合促进剂、活化剂和/或固化剂(第二混合步骤)。第一混合步骤在约90℃下进行5分钟，第二混合步骤在约50℃下
进行2分钟。为了获得最佳的物理机械性能并获得均匀的混合物，优选使橡胶成分和其他成分经过两辊磨机(two-roll mill)一段受控的时间。
137.表1
[0138][0139][0140]
表2
[0141][0142][0143]
表3
[0144][0145][0146]
表4
[0147][0148][0149]
实验例.物理性能评价
[0150]
测量上述实施例的轮胎组合物和市售标准轮胎组合物的物理性能。为了评价物理性能，在将每个制造的轮胎样品切割成合适的尺寸后，进行水膨胀实验、抗拉强度实验、电阻测量和耐磨性测量。具体而言，为了制备样品，将在制备例中制备的组合物压片并在移动模具流变仪(rheometer)中在100℃至190℃，优选120℃至160℃下硫化。作为最佳硫化特性，所制备的样品可以变形成具有优选的标准特性。最终，在热压机中施加2.5mpa至5.0mpa，优选施加5.0mpa，并进行物理性能测试的标准程序。
[0151]
实验例1.水膨胀实验
[0152]
将样品切成约3cm
×
3cm、2mm厚后，称初始重量，吸水后称重。使用下述计算式计算膨胀度，结果如下表5所示。
[0153]
[计算式]
[0154][0155]
v：样品的初始重量、u：样品的最终重量。
[0156]
实验例2.抗拉强度实验
[0157]
根据astm d412标准，使用qm100s机器(韩国qmesystem公司)以500mm/分钟的十字头速度在25℃温度下进行固化的样品(10cm
×
2mm
×
2.5cm)的抗拉强度(ts)测量。在距离样品两端2.5cm处锁定拉紧机，并间隔约5mm。在操作时，固定端部拉伸样品，因此在剩余的5mm距离施加应力，直到应力释放(最高拉伸强度)。在机械输入厚度和应力施加区域后，绘制并记录伸长率(mm/mm)或应变(100％)的抗拉强度图表，至少重复三个样品并记录平均值。结果示于下表5中。
[0158]
实验例3.电阻测量
[0159]
用携带式高电阻计测量固化的矩形样品(5cm
×
1.5cm
×
2mm)的表面电阻。注意确保样品表面与传导测试仪的电极接触良好。测试器的导电电极之间的距离保持恒定在约2cm。使用下述计算式将测量的电阻转换为体积电阻率ρv，结果示于下表5中。
[0160]
[计算式]
[0161]
体积电阻(ρv)＝(w t r)/(l)
[0162]
w：宽度、t：厚度、l：电极间距离
[0163]
实验例4.耐磨性的测量
[0164]
使用din磨损仪(qmesys co.ltd.)测量耐磨性。具体而言，制作圆柱形橡胶试验片(约6mm厚)，并对安装在旋转圆柱形滚筒上的抛光表面进行抛光。测量由于磨损而从样品减少的橡胶量。对至少三个样品进行测试，取得一种组合物的平均值。通过对初始和最终样品称重，以克(g)或毫克(mg)为单位确定磨损部分。考虑到样品的密度(常数：1.0g/m3)，使用相对于密度的质量变化率计算磨损体积。使用下述计算式计算磨损量，结果示于下表5中。
[0165]
[计算式]
[0166]
磨损量＝(m1-m2)/密度
[0167]
表5
[0168][0169][0170]
如上表5所示，在高电导率下，在接触角测量不良的状态下在s2中确认到相对低的水溶胀特性。这表明为了确保填料在共混物中的有效混合和适当分散，需要更高的tdae含量。因此，确认s2是满足本公开的核心目的的合适条件。为了使用如此制备的组合物制造具有非气动导电性和亲水性的轮胎胎面(电极)，图1示出对将以如表1至表4所示的材料和组成比使用二辊磨机(two-roll mill)进行混合来制备的混合物使用热压机(hot press)进行热塑性固化过程。也就是说，将固化前的上述混合物制成条状，在堆叠状态下，将外部连接用电线埋入条带之间，在100度至190度下进行加热，施加5mpa压力，经过一定时间后，结束固化操作。
[0171]
图2示出经过图1的固化过程之后已经商业化的导电亲水轮胎。首先，插入在条带之间的几条连接电线相连接，这些电线连接到外部测量设备。此外，在轮胎电极的表面向与轮胎外周面垂直的方向具有凹槽，从而可以储存水分，而水分不会沿轮胎电极的表面流下。如上储存在凹槽中的水分在旋转过程中会在轮胎电极的外面形成一层较薄的水膜，以在与地面接触时提高导电性。如上所述，图3中以与现有技术比较的方式说明制造成在轮胎电极旋转时在外面形成一层水膜，即使遇水膨胀材料的比例与现有技术相比减少，使用本技术技术制造的轮胎电极与地面更好地电接触，保持低电阻，提高效率。
[0172]
图4示出轮胎电极的构成。即，以参考电极为轮胎电极t，测量三个地电位值v1、v2、
v3的构成进行说明。此外，金属驱动轴(shaft)在电极之间进行绝缘处理，使各个轮胎电极的测量值保持不受影响。
[0173]
图5示出为了减少本公开所追求的轮胎电极的磨损率，通过将轮胎电极附接到拖车而不是车身，以降低由于重量负担引起的移动期间的摩擦引起的磨损的方法。
[0174]
图6示出在与轮胎电极独立地附接承载拖车载荷的行驶用轮的情况下，通过仅在设置上下调节装置以进行测量的地处使轮胎电极与地面接触，以减少磨损并延长使用寿命的装置的侧面。
[0175]
图7示出图6的背面。
[0176]
提供对于所揭示的实施例的说明，以使本发明所属技术领域的普通技术人员可以利用或实施本发明。对于这种实施例的多种变形对本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的，在此定义的一般原理在不超出本发明的范围的情况下可适用于其他实施例。因此，本发明并不局限于在此揭示的实施例，可以在与在此揭示的原理及新特征一贯的最广的范围中解释。
[0177]
用于实施发明的实施方式
[0178]
如上所述，已经在用于实施本发明的最佳方式中描述了相关内容。
[0179]
工业上实用性
[0180]
本公开涉及一种具有高导电性、优异耐磨性及吸收特性的轮胎胎面(tread)化合物及其制造方法。