专利名称：充气轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有胎冠/胎基叠层结构的胎面的充气橡胶轮胎，其中所述轮胎包含具有跑合面的作为胎冠层的第一组件和至少两个附加轮胎橡胶组件，其中所述轮胎组件由橡胶组合物组成，该橡胶组合物包含最大50phr的增强填料，所述增强填料由最大30phr的橡胶增强炭黑组成。一方面，这种最大30phr的橡胶增强炭黑用于所述多个轮胎组件的目的是经由这种组件促进所述轮胎内的相对较低的迟滞性能，由此促进包含这种组件的充气轮胎的相对较低的滚动阻力。在实践中，这种附加轮胎组件可以是例如外侧橡胶层、三角胶、胎圈包布、带帘布层和胎体层组件。
背景技术：
通常希望提供一种具有相对较低滚动阻力的轮胎，以提高相关车辆的燃料经济性。
历史上，充气轮胎由多个可以消极地和共同地对轮胎的滚动阻力起作用的橡胶组件构成。对于本发明，希望提高通过限制用于胎冠层和至少两个附加轮胎组件的增强炭黑含量，促进减少轮胎滚动阻力。
实际上，据信公知的是轮胎胎面组件，特别是其包含轮胎跑合面的外部胎冠层对充气轮胎的滚动阻力起主要作用。但是，据信进一步公知的是其它轮胎组件同样对充气轮胎的滚动阻力起作用，尽管通常稍逊一筹。因此对于本发明，从某种意义上研究除外部胎冠层组件之外的多个轮胎组件，对减少充气轮胎的滚动阻力进行认真的研究。
对于减少轮胎滚动阻力，理想的是为了这种目的通常处理胎面胶组合物以减少其迟滞性，从某种意义上增加橡胶组合物的回弹率物理性能。
但是，正如所述，其它重要的轮胎组件对于轮胎滚动阻力一般同样起消极作用，尽管比轮胎胎面稍逊一筹。例如，胎侧组件对轮胎滚动阻力一般同样起消极作用，尽管比轮胎胎面稍逊一筹。
但是，在此理想的是除轮胎外部胎面层之外提供多个轮胎组件，以减少其相应橡胶组合物的迟滞性，从某种意义上增加它们的独特物理回弹率性能，以便共同和协同促进减少相应轮胎本身的滚动阻力。为了这种目的，此类轮胎组件由橡胶组合物组成，该橡胶组合物包含最大50phr的橡胶增强填料，所述橡胶增强填料由最大30phr的橡胶增强炭黑组成。
实际上，在此研究的轮胎组件的橡胶组合物迟滞性的这种减少通过其回弹率性能(例如100℃回弹率性能)的增加加以证明，并且也可以通过其tanδ(例如100℃)物理性能的减少加以表明。
为了这种目的，在此希望这种多个轮胎组件具有最大回弹值(100℃)为85和最低回弹值(100℃)为65的橡胶组合物，因此回弹值(100℃)在65到85内。这种回弹值可以称为Zwick回弹值，正如将由本领域技术人员理解的。
为了这种目的，也可以希望这种多个轮胎组件具有最低tanδ值(100℃，10％应变，11赫兹)为0.03和最大tanδ值(100℃，10％应变，11赫兹)为0.10的橡胶组合物，因此根据得自Alpha Technologies的RPA 2000TM仪器的tanδ(100℃，10％应变，11赫兹)在0.03到0.10内，正如将由本领域技术人员理解的。这种tanδ性能在此可以仅表示为“tanδ(100℃)”。
特别地，在动态应用过程中，高迟滞固化的橡胶组合物易于产生内热，其伴随有橡胶组合物的相对高速率的内部温度升高。高迟滞固化的橡胶组合物通常由相对较低的回弹率和相对较高的tanδ物理性能证明，并且与具有较高回弹值和较低tanδ性能的较低迟滞性橡胶组合物相比，其在应用过程中更大程度地吸收动态能量。
由较高迟滞性橡胶组成的轮胎组件中内部产生的内部温度增加速率较高促进更强烈运转轮胎，以消极的方式对轮胎组件的滚动阻力起更显著的作用，并且由此促进相关车辆的燃料经济性下降。因此，如上所述，属于固化的橡胶组合物的相对迟滞性表征的物理性能为回弹值，其可以在例如23℃或100℃，优选在100℃，接近轮胎行驶温度下测定，并且是本领域技术人员公知的物理性能。较高迟滞性橡胶组合物通常显示较低的回弹率性能。固化的橡胶组合物的较高回弹值(其中橡胶组合物试样“回弹”较高并且因此不吸收同样多的能量)表现出更加理想的较低的迟滞性能，其中充气轮胎滚动阻力的减少是本领域技术人员了解的所需现象。
实际上，在此研究的显著影响轮胎滚动阻力的轮胎组件通常包括上述胎冠/胎基的轮胎胎面的胎面外部橡胶冠层、外部可见橡胶侧壁层、内部轮胎组件，例如紧挨着胎圈组件设置的三角胶、轮胎胎圈包布、一层或多层内部帘线补强橡胶胎体层和位于所述轮胎胎面之下的内部帘线增强圆周胶带，所有这些都是本领域技术人员公知的。
实际上，通常可以例如通过减少橡胶补强颗粒填料含量(例如减少橡胶增强炭黑含量)和/或改进选择橡胶增强炭黑本身，来减少(例如增加回弹率性能)橡胶组合物的迟滞，因为一些橡胶增强炭黑具有较高或较低的结构并且因此更易于或更不易于增加或减少橡胶组合物的回弹率性能。同样，使用沉淀二氧化硅增强填料代替橡胶增强炭黑可以进一步减少橡胶组合物的迟滞。用于轮胎组件的橡胶组合物的这种减少迟滞(增加回弹率性能)能力是本领域技术人员公知的。
历史上，已经提出包含炭黑含量减少的侧壁以及炭黑含量同样减少的胎面的轮胎。例如，参见US专利申请号2005/0103412-A1和2005/0087275-A1。
但是，在此研究的将不同于惯例，在组合物中提供降低的增强填料含量，也即降低增强炭黑含量，用于外部胎冠层外加至少两个附加轮胎组件的组合，从某种意义上提供包含最大50phr的增强填料的橡胶组合物，该增强填料由最大30phr的橡胶增强炭黑(例如零到30phr)以及如果存在，余量为沉淀二氧化硅，或者可选地增强填料的大多数乃至全部为沉淀二氧化硅。
在本发明的说明书中，除非另有说明，术语“phr”表示每100重量份橡胶的成分重量份。
除非另有说明，术语“橡胶”和“弹性体”可互换使用。除非另有说明，术语“硫化的”和“固化的”可互换使用。除非指明，术语“胶料”和“橡胶组合物”可互换使用。除非另有说明，术语“炭黑”用于表示橡胶增强炭黑。示例性橡胶增强炭黑可以参见例如Vanderbilt Rubber Handbook(1987年)，414至417页。
发明内容
根据本发明，充气橡胶轮胎(例如具有开口环形形状的轮胎)由多个轮胎组件构成，所述轮胎组件包括(A)胎冠/胎基叠层结构的圆周橡胶胎面组件，包括(1)具有胎面跑合面的外部胎冠橡胶层组件，和(2)下层胎基橡胶层组件(位于所述胎冠橡胶层之下)，(B)圆周带帘布层组件，包括在其中包埋有多个增强钢帘线的帘布层橡胶组合物，所述带帘布层位于所述胎基橡胶层之下，并且所述橡胶组合物在此称为带帘布层橡胶组合物；(C)从所述轮胎胎面组件延伸到所述轮胎胎圈部分(如本领域技术人员公知的，所述胎圈部分适合于组装轮胎的刚性车轮轮辋)的外(例如可见的)侧橡胶层组件，其中所述外侧层组件不包括在帘线加强层内；(D)三角胶；(E)邻近所述轮胎胎圈部分设置的胎圈包布橡胶组件，其中所述胎圈包布橡胶组件任选包含帘线加强层(如本领域技术人员公知的，所述胎圈包布橡胶组件在所述胎圈部分和刚性车轮轮辋之间提供接合面)；(F)包括多个帘线的至少一个橡胶胎体帘布层轮胎组件，所述帘线由包含在橡胶组合物中的至少一个长丝组成(所述橡胶组合物有时称为胎体帘布层橡胶组合物，并且如将由本领域技术人员理解的，其中所述橡胶胎体帘布层组件通常经由轮胎的胎冠部分从胎圈延伸到胎圈)；其中(1)所述外部胎冠橡胶层和(2)所述附加轮胎组件的至少两个，优选至少三个由橡胶组合物组成，所述橡胶组合物包含约20到最大50phr的橡胶增强填料，所述橡胶增强填料包括零到最大30phr的橡胶增强炭黑和零到最大约50phr的沉淀二氧化硅(在其表面包含羟基的合成无定形二氧化硅)。
具体实施例方式
在实践中，所述胎冠组件和所述附加轮胎组件的橡胶组合物可以包含约20到约50phr，可选地约25到约45phr的增强填料，和约零到30phr，可选地约5到约25phr的橡胶增强炭黑含量，以及零到约50phr，可选地约10到约40phr的沉淀二氧化硅。希望将沉淀二氧化硅和二氧化硅的偶联剂一起提供，以增强其对弹性体的增强效果，一种本领域技术人员公知的特征。
一方面，基于促进所述迟滞减少极大化或最佳化的观点，所述增强填料可以是所述沉淀二氧化硅(以及如果有，最小量的炭黑，并且因此基本上不含橡胶增强炭黑)。
另一方面，所述附加轮胎组件可以由三种、四种、五种或六种所述附加组件组成。
因此，例如，所述附加轮胎组件可以是至少三种所述组件，其中所述增强填料是沉淀二氧化硅。
在本发明的另一方面，所述充气轮胎含有包括纳米复合材料组合物的轮胎内衬组件，所述纳米复合材料组合物包括丁基橡胶(异丁烯和例如异戊二烯的共轭二烯的共聚物，约0.5到约5wt％单元衍生自所述共轭二烯，可以任选是卤化丁基橡胶，例如溴丁基和/或氯丁基橡胶)和其中的剥离粘土片晶的分散体。
如上所述，优选具有零到最大30phr橡胶增强炭黑的所述轮胎组件的橡胶组合物具有最小65，以及优选约65到约85的回弹率值(100℃)。
如上所述，优选具有零到最大30phr橡胶增强发黑的所述轮胎组件的橡胶组合物具有最大0.1，以及约0.03到约0.1的tanδ值(100℃)。
在本发明的一个方面，具有包含零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加轮胎组件为所述带帘布层和所述胎体帘布层组件。
在本发明的另一个方面，包括含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加轮胎组件为所述带帘布层和所述外侧层组件。
在本发明的又一方面，包括含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加轮胎组件为所述胎体帘布层和所述外侧层组件。
在本发明的又一方面，包括含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加轮胎组件为所述外侧层和所述轮胎三角胶组件。
在本发明的另一个方面，包括含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加轮胎组件为所述轮胎三角胶和所述胎圈包布组件。
在本发明的另一个方面，包括含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加轮胎组件为所述带帘布层、所述胎体帘布层和所述外侧层组件。
在本发明的又一方面，包括含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加轮胎组件为所述胎体帘布层、所述三角胶和所述外侧层组件。
在本发明的又一方面，包括含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加胎圈包布组件为所述外侧层、所述三角胶和所述胎圈包布组件。
在本发明的另一个方面，包括含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物的所述附加胎圈包布组件为所述胎体帘布层、所述带帘布层、所述外侧层、所述三角胶和所述胎圈包布组件。
炭黑性能，例如DBP值和氮气表面积(NSA)值是本领域技术人员公知的。
例如，通常认为炭黑的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)值是其结构或聚集尺寸的量度，每100克炭黑立方厘米表示。DBP吸附数越高，表明聚集越大，进而表明炭黑的结构越大。
例如，通常认为炭黑的氮气表面积(NSA)值和碘值是其表面积的量度，用平方米/克(m2/g)的单位表示。NSA值越高，表明粒度越小，进而表明炭黑的表面积越大以及用于弹性体的增强炭黑越多。
如Vanderbilt Rubber Handbook，1978年417页中描述的橡胶增强炭黑的代表性实例为例如根据其ASTM编号。
在实践中，如较早所述的，上述橡胶增强炭黑通常用于轮胎胎壁橡胶组合物，并且因此本发明的所述外部橡胶侧壁层通常比传统用于轮胎胎面橡胶胎冠层组合物的炭黑具有稍大的粒度。用于增强轮胎侧壁橡胶组合物的这种炭黑例如ASTM编号为N550、N326和N330的那些。含有这些类型胎体级橡胶增强炭黑的橡胶组合物通常需要相应橡胶组合物中炭黑的含量为至少50phr，以使导电性适当。
在实践中，用于所述外部胎冠橡胶层组件和所述至少两个附加轮胎组件的这种橡胶增强炭黑理想地具有约50到约200cc/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)值(ASTM D2414)和约30到约150ml/100g的碘值(ASTM D1510)；实际上，在所述外部可见侧壁橡胶层组件含有零到最大30phr的橡胶增强炭黑并因此具有相对较低的导电性(相对较高的电阻率)的情况下，所述外侧橡胶层任选含有穿过所述外侧橡胶层的径向宽度延伸的至少一个橡胶条，其中所述橡胶条具有相对较高的导电性(相对于所述外侧橡胶层)，其中所述橡胶条不包括在所述侧壁橡胶层的外部可见表面内，其中橡胶条提供穿过所述侧壁橡胶层径向宽度的最小电阻路径，并且其中所述橡胶条的橡胶组合物含有最少50phr的橡胶增强炭黑(因此在此认为是相对导电的)。
实际上，与含有最少50phr橡胶增强填料的上述轮胎组件相比，在此认为含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的轮胎组件是电学上相对不导电的，或者至少是较不导电的。
如果希望，可以穿过或围绕含有零到最大30phr的橡胶增强炭黑的橡胶组合物的至少一个所述外部胎冠橡胶层和所述至少两个轮胎组件由含有至少50phr的橡胶增强炭黑的橡胶组合物提供最小电阻的路径，以便为轮胎胎冠层的跑合面提供穿过或围绕所述轮胎组件的所述最小电阻路径。例如，参见US专利申请2005/0103412-A1和2005/0087275-A1。
实际上，所述外部胎冠橡胶层和所述至少两个附加轮胎组件的橡胶组合物由二烯烃基弹性体(橡胶)组成。代表性的所述二烯烃基弹性体为异戊二烯和1，3-丁二烯的至少一种的聚合物和共聚物，和苯乙烯与异戊二烯和1，3-丁二烯的至少一种的共聚物，优选只要所述回弹率和tanδ性能参数优选满足橡胶组合物的要求。代表性的这种二烯烃基弹性体为例如顺式1，4-聚异戊二烯、顺式1，4-聚丁二烯、苯乙烯/丁二烯共聚物、异戊二烯/丁二烯共聚物、具有约30到约90％乙烯基1，2含量的高乙烯基聚丁二烯以及苯乙烯/异戊二烯/丁二烯三聚物和其共混物。
这种弹性体通常与常规量的各种配混成分共混，所述配混成分例如上述增强填料、氧化锌、硬脂酸、硫、促进剂、抗氧剂、抗臭氧剂等，优选只要优选满足所述回弹率和tanδ物理性能参数。
各种偶联剂可以组合并与沉淀二氧化硅一起使用。如果希望，这种偶联剂可以不含，并且因此不包括在炭黑载体内，优选只要所述回弹率和tanδ物理性能参数优选满足橡胶组合物。
例如，适合的偶联剂可以为在其多硫桥键中具有平均2到4个硫原子，可选地2到约2.6或平均约3.2到约3.8个硫原子的二(3-三烷氧基甲硅烷基烷基)多硫化物，其中示例性的为二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)多硫化物。其它偶联剂可以为例如有机烷氧基巯基硅烷，例如巯基丙基三甲氧基硅烷和巯基丙基三乙氧基硅烷，其中巯基部分被封闭直到与橡胶组合物混合之后，优选只要回弹率和tanδ物理性能参数优选满足橡胶组合物。
偶联剂的实例为例如得自Degussa的液态无炭黑Si266TM，在其多硫桥键中具有平均约2.2个连接硫原子的双-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)多硫化物。
尽管为了说明本发明的目的已经给出了某些代表性实施方案和细节，但是对于本领域中的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明精神或范围的情况下，可以进行各种变化和改进。
权利要求
1.一种充气橡胶轮胎，包括多个轮胎组件，其特征在于包括(A)胎冠/胎基叠层结构的圆周橡胶胎面组件，包括(1)具有胎面跑合面的外部胎冠橡胶层组件，和(2)下层胎基橡胶层组件，(B)圆周带帘布层组件，包括在其中包埋有多个增强钢帘线的帘布层橡胶组合物，所述带帘布层位于所述胎基橡胶层之下，并且所述橡胶组合物在此称为带帘布层橡胶组合物；(C)从所述轮胎胎面组件延伸到所述轮胎胎圈部分的外侧橡胶层组件，其中所述外侧层组件不包括在帘线加强层内；(D)三角胶；(E)邻近所述轮胎胎圈部分设置的胎圈包布橡胶组件，其中所述胎圈包布橡胶组件任选包含帘线加强层，所述胎圈包布橡胶组件在所述胎圈部分和刚性车轮轮辋之间提供接合面；(F)包括多个帘线的至少一个橡胶胎体帘布层轮胎组件，所述帘线由包含在橡胶组合物中的至少一个长丝组成，其中所述橡胶胎体帘布层组件通常经由轮胎的胎冠部分从胎圈延伸到胎圈；其中(1)所述外部胎冠橡胶层和(2)所述附加轮胎组件的至少两个由橡胶组合物组成，所述橡胶组合物包含20到最大50phr的橡胶增强填料，所述橡胶增强填料包括零到最大30phr的橡胶增强炭黑和零到最大约50phr的沉淀二氧化硅，即在其表面包含羟基的合成无定形二氧化硅。
2.权利要求1的轮胎，其特征在于所述充气轮胎含有包括纳米复合材料组合物的轮胎内衬组件，所述纳米复合材料组合物包括丁基橡胶和其中的剥离粘土片晶分散体。
3.权利要求1的轮胎，其特征在于所述外部胎冠橡胶层组件和所述至少两个附加轮胎组件的橡胶组合物含有25到45phr的增强填料，以及5到25phr的橡胶增强炭黑含量和10到40phr的沉淀二氧化硅。
4.权利要求1的轮胎，其特征在于所述外部胎冠橡胶层和具有零到最大30phr橡胶增强炭黑的所述至少两个附加组件具有在100℃最低65且在65到85范围内的回弹率值。
5.权利要求1的轮胎，其特征在于所述外部胎冠橡胶层和具有零到最大30phr橡胶增强炭黑的所述至少两个轮胎组件具有在100℃最大0.1且在0.03到0.1范围内的tanδ值。
6.在前权利要求1和2的任何一个的轮胎，其特征在于由含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物组成的所述附加轮胎组件为(A)所述带帘布层和所述胎体帘布层组件，(B)所述带帘布层和所述外侧层组件，(C)所述胎体帘布层和所述外侧层组件，(D)所述外侧层和所述三角胶组件，(E)所述三角胶和所述胎圈包布组件，(F)所述带帘布层、所述胎体帘布层和所述外侧层组件，(G)所述胎体帘布层、所述三角胶和所述外侧层组件，(H)所述外侧层、所述三角胶和所述胎圈包布组件，或(I)所述胎体帘布层、所述带帘布层、所述外侧层、所述三角胶和所述胎圈包布组件。
7.在前权利要求1和2的任何一个的轮胎，其特征在于所述至少三个所述附加轮胎组件由橡胶组合物组成，该橡胶组合物含有20到最大50phr的橡胶增强填料，所述橡胶增强填料包括零到最大30phr的橡胶增强炭黑和零到最大50phr的沉淀二氧化硅。
8.在前权利要求1和2的任何一个的轮胎，其特征在于所述附加轮胎组件由五种所述附加轮胎组件组成。
9.在前权利要求1和2的任何一个的轮胎，其特征在于所述侧壁橡胶层组件由含有零到最大30phr橡胶增强炭黑的橡胶组合物组成并含有穿过所述外侧橡胶层的径向宽度延伸的至少一个橡胶条，其中所述橡胶条不包括在所述侧壁橡胶层的外部可见表面内，其中橡胶条提供穿过所述侧壁橡胶层的径向宽度的最小电阻路径，并且其中所述橡胶条的橡胶组合物含有最少50phr的橡胶增强炭黑。
10.在前权利要求1和2的任何一个的轮胎，其特征在于穿过或围绕含有零到最大30phr的橡胶增强炭黑的橡胶组合物的至少一个所述外部胎冠橡胶层和至少两个所述轮胎组件由含有至少50phr的橡胶增强炭黑的橡胶组合物提供最小电阻路径，以便为轮胎胎面胎冠层的跑合面提供穿过或围绕所述轮胎组件的所述最小电阻路径。
全文摘要
本发明涉及一种具有胎冠/胎基叠层结构的胎面的充气橡胶轮胎，其中所述轮胎包含具有跑合面的作为胎冠层的第一组件和至少两个附加轮胎橡胶组件，其中所述轮胎组件由橡胶组合物组成，该橡胶组合物包含最大50phr的增强填料，所述增强填料由最大30phr的橡胶增强炭黑组成。一方面，这种最大30phr的橡胶增强炭黑用于所述多个轮胎组件的目的是经由这种组件促进所述轮胎内的相对较低的迟滞性能，由此促进包含这种组件的充气轮胎的相对较低的滚动阻力。在实践中，这种附加轮胎组件可以是例如外侧橡胶层、三角胶、胎圈包布、带帘布层和胎体层组件。
文档编号B60C9/18GK1986254SQ20061016867
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月22日 优先权日2005年12月22日
发明者D·J·赞滋格, J·L·赖巴, A·S·普哈拉, B·D·霍登, P·H·桑德斯特罗姆, M·J·克劳福德 申请人:固特异轮胎和橡胶公司