專利名稱：橡膠組合物和充氣輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括丁二烯橡膠與苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的共混物并含有作為填料的炭黑與二氧化硅混合物的橡膠組合物，和在胎面部分使用該橡膠組合物以同時改進濕性能和耐磨性能的充氣輪胎。
特別地，適合充氣輪胎的胎面的組合物，考慮到安全性和耐久性，要求同時滿足高水平的濕性能和耐磨性能。
包括丁二烯橡膠與苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的共混物作為橡膠組分的橡膠組合物，通常被用于客車的胎面中。然而，在該橡膠組合物中，難以同時建立濕性能和耐磨性能，原因是這些性能相互矛盾。換言之，若為改進濕性能而提高苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的比例，則耐磨性降低，另一方面，若為改進耐磨性能而提高丁二烯橡膠的比例，則濕性能降低。
此外，據(jù)信苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠對這些性能的影響，主要受共聚物橡膠中結(jié)合的苯乙烯含量的影響。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種包含炭黑與二氧化硅混合填料的橡膠組合物，其特征在于樹脂的摻混量低于4重量份，按100重量份含不低于40％重量的丁二烯橡膠和苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的橡膠組分計。
在第一方面的一個優(yōu)選實施方案中，橡膠組分中的丁二烯橡膠的量不高于60％重量。
在第一方面的另一優(yōu)選實施方案中，苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠具有的結(jié)合苯乙烯的量不高于40％重量。
在第一方面的另一優(yōu)選實施方案中，橡膠組分中的苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的量為40至60％重量。
在第一方面的另一優(yōu)選實施方案中，樹脂的量不大于10重量份，按100重量份橡膠組分計。
在第一方面的另一優(yōu)選實施方案中，混合填料中炭黑與二氧化硅的摻混比為45/20至30/35。
在第一方面的另一優(yōu)選實施方案中，進一步摻混按100重量份橡膠組分計不低于0.5重量份的基于秋蘭姆的硫化促進劑。
在第一方面的另一優(yōu)選實施方案中，進一步摻混按100重量份橡膠組分計不高于3.0重量份的基于秋蘭姆的硫化促進劑。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種包括由本發(fā)明第一方面定義的橡膠組合物制備的胎面的充氣輪胎。
在苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠中，不特別限制結(jié)合苯乙烯的含量。隨著結(jié)合的苯乙烯含量變得更高可改進硫化橡膠的破裂性能，當(dāng)將含具有較高結(jié)合苯乙烯含量的苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的橡膠組合物用于充氣輪胎胎面時可改進輪胎的抓緊性能。然而，當(dāng)結(jié)合苯乙烯含量變得太大時，耐磨性被損害，因此在本發(fā)明中需要優(yōu)良的耐磨性時結(jié)合的苯乙烯含量不超過40％是有利的。
在本發(fā)明中，按100重量份橡膠組計摻混不低于4重量份的起到軟化劑作用的樹脂，因為當(dāng)摻混量低于4重量份時，不能獲得有效的摻混效果。此外，樹脂的摻混量合適地不超過10重量份。當(dāng)摻混量很大時，橡膠組合物趨于牢固粘附到捏合機如輥、班伯里混煉機等上，因此將降低可加工性。
將樹脂摻混入橡膠組分中的原因如下。這就是，當(dāng)在含丁二烯橡膠與苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的共混物的橡膠組分中增加丁二烯橡膠摻混比，同時使橡膠組分中的苯乙烯含量保持恒定時，所得橡膠組合物的可加工性降低。為此，迄今已通過提高摻混入橡膠組合物中的油量進行加工性的改進。然而，在此情況下，在低應(yīng)變區(qū)的硬度降低，因此當(dāng)將該橡膠組合物用于輪胎胎面時，在胎面上形成的塊的剛性降低，同時耐磨性降低。因此，在本發(fā)明中，用摻混樹脂取代增加油量，如此避免加工性降低，同時使低應(yīng)變區(qū)域的硬度保持在給定水平。
對于用于本發(fā)明的樹脂，可提及二環(huán)戊二烯樹脂、C5石油樹脂等。
在本發(fā)明中，除了樹脂外可摻混芳烴油，如此可獲得改進濕性能和可加工性的效果。在此情況下，摻混的芳烴油合適地不超過8重量份，按100重量份橡膠組分計。
在本發(fā)明的橡膠組合物中，填料同時包含炭黑和二氧化硅，原因在于考慮到改進濕性能，使用二氧化硅作為填料是合適的，但隨著二氧化硅量變得更大，在高荷載區(qū)域的耐磨性降低。因此，炭黑與二氧化硅的摻混比有利地為45/20至30/35。
在本發(fā)明的橡膠組合物中，對填料的摻混量無特殊限制，但考慮到硫化橡膠的性能和輪胎的性能，填料量優(yōu)選為45至80重量份，按100重量份橡膠組分計。
此外，用于本發(fā)明的填料部分可用如下通式(I)表示mM·xSiOy·zH2O………… (I)其中M為選自鋁、鎂、鈦和鋯的金屬，該金屬的氧化物或氫氧化物或其水合物，m為1至5的整數(shù)，x為0至10的整數(shù)，y為2至5的整數(shù)，z為0至10的整數(shù)。此外，通式(I)可含有金屬如鈉、鐵、鎂或其類似物，元素如氟或其類似物，和基團如NH4或其類似物。
具體地，填料包括氧化鋁(Al2O3)如γ-氧化鋁、α-氧化鋁或其類似物；一水合氧化鋁(Al2O3·H2O)如勃姆石、一水硬鋁石或其類似物；二水合氧化鋁(Al2O3·2H2O)、氫氧化鋁[Al(OH)3]如三水鋁石、三羥鋁石或其類似物；氫氧化鎂[Mg(OH)2]、氧化鎂(MgO)、滑石(3MgO·4SiO2·H2O)、硅鎂石(5MgO·8SiO2·9H2O)、鈦白(TiO2)、鈦黑(TiO2n-1)、氧化鈣(CaO)、氫氧化鈣[Ca(OH)2]、鋁鎂氧化物(MgO·Al2O3)、粘土(Al2O3·SiO2)、高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、壽山石(Al2O3·4SiO2·H2O)、膨潤土(Al2O3·4SiO2·2H2O)、硅酸鋁(Al2SiO5、Al4-3SiO4·5H2O或其類似物)、硅酸鎂(Mg2SiO4、MgSiO3或其類似物)、硅酸鈣(Ca2SiO4或其類似物)、硅酸鋁鈣(Al2O3·CaO·2SiO2或其類似物)、硅酸鎂鈣(CaMgSiO4)、和含用于校正電荷的氫或堿金屬或堿土金屬的結(jié)晶鋁硅酸鹽；feldspan、云母、蒙脫石等。在此情況下，無機填料可單獨使用或以其兩種或多種的混合物使用。
在上述無機填料中，優(yōu)選通式Al2O3·nH2O(其中n為0至3)表示的氧化鋁。這些粘土包括粘土、高嶺土、壽山石、膨潤土、蒙脫石等。
此外，本發(fā)明包括摻混基于秋蘭姆的硫化促進劑作為硫化促進劑的橡膠組合物，以避免因橡膠制品長時間使用而降低濕性能。例如，當(dāng)長時間使用輪胎時，因橡膠的固化作用導(dǎo)致滯后損失，并且伴隨濕性能降低。為此，摻混基于秋蘭姆的硫化促進劑，以防止?jié)裥阅芙档筒⒈３滞瑫r建立濕性能和耐磨性能的效果?；谇锾m姆的硫化促進劑的摻混量有利地為不低于0.5重量份，按100重量份橡膠組分計。當(dāng)摻混量低于0.5重量份時，不能充分獲得摻混效果。此外，摻混量合適地為不超過3.0重量份，以在跑動期間充分控制出現(xiàn)龜裂，這被認(rèn)為是因交聯(lián)形式的單硫化物增加的結(jié)果。
在基于秋蘭姆的硫化促進劑中，優(yōu)選硫化四烷基秋蘭姆，其包括二硫化四甲基秋蘭姆(TMTD)、二硫化四乙基秋蘭姆(TETD)、二硫化四丁基秋蘭姆(TBTD)、單硫化四甲基秋蘭姆(TMTM)、硫化四辛基秋蘭姆(TOT)等。其中，特別優(yōu)選硫化四辛基秋蘭姆。
除了上述組分外，本發(fā)明的橡膠組合物可合適地摻混通常用于橡膠工業(yè)的各種添加劑。
本發(fā)明的橡膠適合用于客車或小型卡車的胎面部分，特別適合在較高荷載下在內(nèi)壓4.0至5.5kgf/cm2下使用。
給出下面的實施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實施例限制。
按照表1中給出的摻混配方制備各種橡膠組合物。然后，將它們在150℃下硫化30分鐘。此外通過將這些橡膠組合物每一種施于輪胎胎面上制造具有輪胎尺寸195/70 R14的充氣輪胎。測量這些橡膠組合物每一種在硫化前后的性能，獲得如表1中給出的結(jié)果。此外，性能測量通過如下方法進行。
(1)加工性它通過按照J(rèn)IS K6300-1994的測試方法在130℃下測量的門尼粘度表示。數(shù)值越小，加工性越小。
(2)濕性能將要測試的輪胎安裝到車輛上，并且實際在濕路面(具有水深度1.0至2.0毫米)上開行，同時在速度60千米/小時急剎車，以測量剎車后的開行距離。濕性能通過基于比較例1的開行距離為100的指數(shù)表示。指數(shù)值越大，濕性能越好。
(3)耐磨性能當(dāng)要測試的輪胎實際開行距離超過20,000千米后，測量胎面中留下的凹槽深度，并通過基于比較例1的測量值設(shè)定為100的指數(shù)值表示。指數(shù)值越大，濕性能越好。
(4)低應(yīng)變時的硬度低應(yīng)變時的硬度由按照J(rèn)IS K 7198-1991的測試方法測量的動態(tài)儲能模量E′表示。指數(shù)值越大，濕性能越好。
(5)開行后的濕性能該濕性能在開行距離超過20,000千米后按與上述(2)相同的方式進行。表1

*1用37.5份油增量(按100份橡膠組分計)并具有結(jié)合苯乙烯含量35％重量的苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的商標(biāo)，它由JSR公司制造。此外，不包括油的橡膠量在括號中給出。
*2不用油增量并具有結(jié)合苯乙烯含量23.5％重量的苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的商標(biāo)，它由JSR公司制造。
*3具有順式鍵97％的丁二烯橡膠的商標(biāo)，由Ube Industries，Ltd.制造。
*4商標(biāo)，由Nippon Silica Industrial Co.，Ltd.制造*5商標(biāo)，由Tonex Co.，Ltd制造。
*6 Santite A，商標(biāo)，由Seiko Kagaku Co.，Ltd.制造。
*7 Noclac 6c，商標(biāo)，由Ohuchi Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.制造。
*8 Noclac 224，商標(biāo)，由Ohuchi Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.制造。
*9二苯基胍。
*10 N-環(huán)己基-2-苯并噻唑基亞磺酰胺。
*11二苯并噻唑基二硫化物。
*12硫化四辛基秋蘭姆。
*13它為包括在SBR1中的油的總量，油作為摻混油和芳烴油。
*14橡膠組分中的結(jié)合苯乙烯含量與橡膠組分總量的比例(重量％)。
從比較例1與2的對比可以看出，耐磨性通過增加丁二烯橡膠的共混量提高，但改進性能的程度低，原因是增加的共混量很小。
從比較例2與3的對比可以看出，耐濕和耐磨性能通過增加SBR1的共混量由此提高伴隨的結(jié)合苯乙烯含量并進一步增加丁二烯橡膠的共混量而改進。然而，丁二烯的量按與總油含量相同的水平增加，因此加工性降低。
從比較例3與4的對比可以看出，加工性通過增加作為軟化劑的油的量改進，但在低應(yīng)變區(qū)域的硬度降低。
從比較例4與實施例1的對比可以看出，在低應(yīng)變區(qū)域的硬度通過用樹脂取代部分軟化劑改進。
從實施例1與2的對比可以看出，在開行后濕性能降低可通過摻混硫化秋蘭姆而變得非常溫和。
根據(jù)本發(fā)明，在包括丁二烯橡膠與苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的共混物的橡膠組合物中，合適地調(diào)節(jié)丁二烯橡膠的摻混量和苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠中的結(jié)合苯乙烯含量，由此可同時改進耐磨性和濕性能，而不會損害加工性和低應(yīng)變區(qū)域的硬度。此外，可通過摻混基于秋蘭姆的硫化促進劑控制長時間使用后的濕性能降低。
權(quán)利要求
1.一種包含炭黑與二氧化硅的混合填料的橡膠組合物，其特征在于樹脂的摻混量為低于4重量份，按100重量份含不低于40％重量的丁二烯橡膠和苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的橡膠組分計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征在于其中橡膠組分中的丁二烯橡膠的量不高于60％重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征在于其中苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠具有的結(jié)合苯乙烯含量不高于40％重量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征在于其中橡膠組分中的苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠的量為40至60％重量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征在于其中樹脂的量不大于10重量份，按100重量份橡膠組分計。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征在于其中混合填料中炭黑與二氧化硅的摻混比為45/20至30/35。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其特征在于其中進一步摻混按100重量份橡膠組分計不低于0.5重量份的基于秋蘭姆的硫化促進劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的橡膠組合物，其特征在于其中進一步摻混不高于3.0重量份的基于秋蘭姆的硫化促進劑。
9.一種充氣輪胎，包括由權(quán)利要求1至8中任何一項所述的橡膠組合物制備的胎面。
全文摘要
一種橡膠組合物,包括丁二烯橡膠與苯乙烯－丁二烯共聚物橡膠的共混物并包含炭黑與二氧化硅的混合填料,其中樹脂的摻混量低于4重量份,按100重量份含不低于40%重量的丁二烯橡膠和苯乙烯－丁二烯共聚物橡膠的橡膠組分計。此外,一種充氣輪胎胎面由上述橡膠組合物制備,由此同時改進濕性能和耐磨性能。
文檔編號C08L21/00GK1367198SQ0210175
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月17日
發(fā)明者平光昌彌 申請人:株式會社普利司通