專利名稱：輪胎用橡膠組合物及含有該橡膠組合物的充氣輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪胎用橡膠組合物，并且特別涉及一種冰上摩擦性能出色的輪胎用橡膠組合物，以及含有該橡膠組合物的充氣輪胎。
背景技術(shù)：
雖然對于積雪和結(jié)冰路面行駛可以使用釘面輪胎并且安裝鏈條，但會造成環(huán)境問題例如形成灰塵；因此，開發(fā)了無釘防滑輪胎作為用于在積雪和結(jié)冰路面行駛的輪胎以代替這些釘面輪胎。
由于積雪和結(jié)冰路面與普通路面相比，摩擦系數(shù)顯著降低并且較滑，所以對無釘防滑輪胎進(jìn)行了材料方面的發(fā)明和設(shè)計(jì)。例如，開發(fā)了加入二烯橡膠并且在較低溫度下性能出色的橡膠組合物。此外，通過改變輪胎表面上的不平坦?fàn)顟B(tài)以增加表面邊緣組分，或通過混入具有刮擦效果的無機(jī)填料(JP-A-8-217918)及類似物，以獲得對于積雪和結(jié)冰路面上的冰的刮擦效果，因此，對無釘防滑輪胎進(jìn)行了設(shè)計(jì)從而提高冰上摩擦性能。
然而，與釘面輪胎相比，即便使用了上述無釘防滑輪胎，積雪和結(jié)冰路面上的摩擦性能仍然不足，從而需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種改善冰上摩擦性能的輪胎用橡膠組合物，以及含有該橡膠組合物的充氣輪胎。
本發(fā)明涉及一種輪胎用橡膠組合物，以所含的二烯橡膠100重量份為基準(zhǔn)，還含有0.5～20重量份平均纖維直徑為1～100μm并且平均纖維長度為0.1～5mm的非金屬纖維，以及0.5～30重量份具有至少2個突起并且平均突起長度至少為10μm的填料。
此外，在該輪胎用橡膠組合物中，當(dāng)將非金屬纖維和填料的含量分別用X和Y表示時(shí)，優(yōu)選滿足公式2X+Y≤30。
此外，本發(fā)明的充氣輪胎含有本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物。


圖1所示為本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物中非金屬纖維和具有至少2個突起的填料的狀態(tài)的示意圖；圖2所示為用于本發(fā)明的具有至少2個突起的填料中連接突起邊緣和填料中心(拐點(diǎn))的線的夾角X的示意圖；以及圖3所示為用于本發(fā)明的具有至少2個突起的填料中突起的長度L的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物含有橡膠組分、非金屬纖維以及具有至少2個突起并且平均突起長度至少為10μm的填料。
本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物含有二烯橡膠作為橡膠組分。
而二烯橡膠可以使用任何二烯橡膠。二烯橡膠的例子有天然橡膠(NR)、聚異戊二烯橡膠(IR)、多種聚丁二烯橡膠(BR)、多種苯乙烯-丁二烯共聚橡膠(SBR)、丙烯腈-丁二烯共聚橡膠(NBR)、丁基橡膠(IIR)、鹵化丁基橡膠以及氯丁橡膠(CR)，并且可以將其單獨(dú)或以任意比率混合使用。然而，從低溫性能、加工性能、耐久度及類似物的出色的平衡考慮，優(yōu)選使用NR和BR作為橡膠組分。
本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物含有非金屬纖維。通過加入非金屬纖維能夠表現(xiàn)出對于積雪和結(jié)冰路面上的冰的微刮擦效果。
由于由壓延輥軋機(jī)擠出的橡膠中的非金屬纖維通常都朝向擠出方向，為了有效地表現(xiàn)出纖維與冰面的刮擦效果，通常需要使用一種與擠出方向垂直切割板材的方法，以及使纖維朝向垂直于擠出方向的特定的方法(設(shè)備)，其制備過程為通過使擠壓頭為管狀，與擠出方向平行地切割板材，將切割的板材各自旋轉(zhuǎn)90度并再次層疊，從而會朝向胎面厚度等的方向。然而，如果向橡膠中同時(shí)加入非金屬纖維和填料，從而擾亂了纖維朝向橡膠擠出的方向，使得填料和纖維能夠排列為如圖1所示，并且因此能夠充分獲得與冰面的刮擦效果，而不用在制造輪胎的過程中使用特定的方法(設(shè)備)。
非金屬纖維不會損壞路面，與橡膠的摩擦速率的差異較小，并且適用于確保輪胎與積雪和結(jié)冰路面之間的地面接觸。非金屬纖維中，優(yōu)選使用非金屬無機(jī)纖維。此外，由于在捏合橡膠的過程中會以適當(dāng)?shù)拈L度斷裂而縮短，從而易于分散和定向，并且易于獲得具有合適的復(fù)合彈性模數(shù)的橡膠，優(yōu)選使用玻璃纖維或碳化纖維。
非金屬纖維的平均纖維直徑至少為1μm，并且優(yōu)選至少為3μm。當(dāng)平均纖維直徑小于1μm時(shí)，由于纖維的截面積較小，在厚度方向排列的纖維無法充分形成具有高接地壓力的部分。此外，平均纖維直徑至多為100μm，優(yōu)選至多為50μm，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為40μm。當(dāng)平均纖維直徑大于100μm時(shí)，由于沖破在積雪和結(jié)冰路面與輪胎之間產(chǎn)生的水膜的作用變差，粘附和粘附摩擦無法充分作用。
非金屬纖維的平均纖維長度至少為0.1mm。當(dāng)平均纖維長度小于0.1mm時(shí)，行駛時(shí)纖維易于從橡膠表面脫落，并且沖破水膜的效果變差。此外，平均纖維長度至多為5mm，并且優(yōu)選至多為3mm。當(dāng)平均纖維長度大于5mm時(shí)，纖維難以分散和定向，并且橡膠的加工性能下降。
以100重量份的二烯橡膠為基準(zhǔn)，非金屬纖維的含量至少為0.5重量份，并且優(yōu)選至少為1重量份。當(dāng)非金屬纖維的含量小于0.5重量份時(shí)，在橡膠表面形成接地壓力的纖維的量變少，并且無法充分獲得沖破水膜以及刮擦冰面的效果。此外，非金屬纖維的含量至多為20重量份，優(yōu)選為18重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為14重量份。當(dāng)非金屬纖維的含量超過20重量份時(shí)，剛度過大，并且橡膠表面無法貼合積雪和結(jié)冰路面，因此粘附摩擦下降。
本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物優(yōu)選含有具有至少2個突起并且平均突起長度至少為10μm的填料。通過加入具有至少2個突起的填料，至少2個突起顯示出錨定效果，能夠防止由行駛和磨損的刺激造成脫落，并且由橡膠表面產(chǎn)生微突從而表現(xiàn)出沖破在積雪和結(jié)冰路面與輪胎之間產(chǎn)生的水膜的效果以及刮擦的效果。此外，在本發(fā)明中，當(dāng)向橡膠組分中加入填料時(shí)，在摩擦性能、耐熱性、以及熱傳導(dǎo)性等方面顯示了出色的效果。
上述填料的突起的數(shù)量至少為2，并且優(yōu)選至少為3。不具有突起的填料或只具有一個突起的填料不能表現(xiàn)出錨定效果，并且填料易于由輪胎行駛等的刺激和摩擦造成脫落。
這里，突起的數(shù)量至少為2的定義為如圖2所示的連接突起邊緣和填料中心(拐點(diǎn))的線的夾角X為小于180度。對于只具有一個突起的填料，夾角X為180度，線性填料例如纖維即是這種填料。
此外，填料的突起的平均長度至少為10μm，優(yōu)選至少為50μm，進(jìn)一步優(yōu)選至少為75μm，并且更進(jìn)一步優(yōu)選至少為100μm。當(dāng)填料的突起的平均長度小于10μm時(shí)，無法充分獲得與積雪和結(jié)冰路面上冰的刮擦效果。這里，突起的長度定義為圖3中的L。
填料的例子為氧化鋅須晶(例如，PANA-TETRA(四腳型氧化鋅單晶)，購自Matsushita電氣工業(yè)有限公司)以及Okinawa Prefecture制造的星沙(star sands)。其中，優(yōu)選使用氧化鋅須晶，因?yàn)槠洳牧媳缺膊⑶冶葹r青軟。
以100重量份的二烯橡膠為基準(zhǔn)，填料的含量優(yōu)選至少為0.5重量份，進(jìn)一步優(yōu)選至少為1重量份，并且更進(jìn)一步優(yōu)選至少為5重量份。當(dāng)填料的含量小于0.5重量份時(shí)，無法改善在積雪和結(jié)冰路面上的冰上摩擦性能。此外，填料的含量優(yōu)選至多為30重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為20重量份。當(dāng)填料的含量超過30重量份時(shí)，耐磨性下降。
此外，為了提高填料與二烯橡膠之間的粘附力，可以用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚亞安酯(PU)、聚乙烯醇(PVA)、硅烷偶聯(lián)劑、甲硅烷基化劑及類似物處理填料的表面。
當(dāng)將非金屬纖維和填料的含量分別設(shè)為X和Y時(shí)，優(yōu)選使其滿足下式。
2X+Y≤30這樣，通過指定含量，能夠使冰上摩擦性能和耐磨性兼容。當(dāng)(2X+Y)超過30時(shí)，耐磨性會有變差的趨勢。(2X+Y)優(yōu)選至多為25。
在本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物中，除了二烯橡膠、填料和非金屬纖維以外，還可以加入用于加入輪胎或普通橡膠組合物的各種復(fù)合劑和添加劑例如其他增強(qiáng)劑(填料)、硫化劑(交聯(lián)劑)、硫化促進(jìn)劑、多種操作油、抗氧化劑、軟化劑、塑化劑以及偶聯(lián)劑。此外，這些復(fù)合劑和添加劑的含量可以是常規(guī)的量。
增強(qiáng)劑的例子為二氧化硅和/或如通式(1)所述的無機(jī)填料mM·xSiOy·zH2O(1)(其中M為金屬鋁、鎂、鈦、鈣和鋯、這些金屬的氧化物和氫氧化物及其水合物、以及這些金屬的碳酸鹽中的至少一種，并且m、x、y和z為常數(shù)。)以100重量份的二烯橡膠為基準(zhǔn)，無機(jī)填料的含量優(yōu)選至多為150重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為100重量份。當(dāng)無機(jī)填料的含量超過150重量份時(shí)，加工性能有變差的趨勢。此外，無機(jī)填料的含量優(yōu)選至少為5重量份。
當(dāng)加入了二氧化硅時(shí)，優(yōu)選結(jié)合使用硅烷偶聯(lián)劑。以100重量份的二氧化硅為基準(zhǔn)，硅烷偶聯(lián)劑的含量優(yōu)選至少為1重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至少為2重量份。當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑的含量小于1重量份時(shí)，未硫化橡膠組合物的粘彈性有變大的趨勢。此外，以100重量份的二氧化硅為基準(zhǔn)，硅烷偶聯(lián)劑的含量優(yōu)選至多為20重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為15重量份。當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑的含量超過20重量份時(shí)，相對于加入量，加入硅烷偶聯(lián)劑的效果較小，并且成本較高。
此外，增強(qiáng)劑的一個例子為炭黑。以100重量份的二烯橡膠為基準(zhǔn)，炭黑的含量優(yōu)選至少為5重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至少為10重量份。當(dāng)炭黑的含量小于5重量份時(shí)，無法獲得充分的增強(qiáng)效果，并且耐磨性有變差的趨勢。炭黑的含量優(yōu)選至多為150重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為100重量份。當(dāng)炭黑的含量超過150重量份時(shí)，加工性能變差并且硬度變大；因此，冰上摩擦性能有變差的趨勢。
當(dāng)加入油時(shí)，以100重量份的二烯橡膠為基準(zhǔn)，油的含量優(yōu)選至少為5重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至少為10重量份。當(dāng)油的含量小于5重量份時(shí)，硬度無法降低，并且冰上摩擦性能有變差的趨勢。此外，油的含量優(yōu)選至多為150重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為100重量份。當(dāng)油的含量超過150重量份時(shí)，耐磨性有下降的趨勢。
硫化劑的一個例子為硫。以100重量份的二烯橡膠為基準(zhǔn)，硫的含量優(yōu)選至少為0.2重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至少為0.5重量份。當(dāng)硫的含量小于0.2重量份時(shí)，交聯(lián)密度較低，并且強(qiáng)度有無法獲得的趨勢。此外，硫的含量優(yōu)選至多為10重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為4重量份。當(dāng)硫的含量超過10重量份時(shí)，隨著交聯(lián)密度上升硬度增大，因此冰上摩擦性能有下降的趨勢。
當(dāng)加入硫化促進(jìn)劑時(shí)，以100重量份的二烯橡膠為基準(zhǔn)，硫化促進(jìn)劑的含量優(yōu)選至少為0.1重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至少為1重量份。當(dāng)硫化促進(jìn)劑的含量小于0.1重量份時(shí)，硫化速度較慢，并且傳導(dǎo)性有下降的趨勢。此外，硫化促進(jìn)劑的含量優(yōu)選至多為10重量份，并且進(jìn)一步優(yōu)選至多為5重量份。當(dāng)硫化促進(jìn)劑的含量超過10重量份時(shí)，會造成橡膠焦化，并且物理性質(zhì)有變差的趨勢。
由于加入了填料和非金屬纖維，通過刮擦效果和沖破水膜的效果，改善了在積雪和結(jié)冰路面上的摩擦系數(shù)，本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物優(yōu)選特別用于充氣輪胎的橡膠胎面。
而形成胎面的過程，可以使用通常的壓延輥軋機(jī)的擠出過程，但如JP-A-2001-39104中所述，優(yōu)選通過使非金屬纖維朝向胎面厚度方向排列，從而使分散了纖維的橡膠組合物由壓延輥軋機(jī)輥軋加工，并且制得折疊的橡膠板材。
本發(fā)明的充氣輪胎是使用本發(fā)明的橡膠組合物通過普通過程制備的。即，通過將在未硫化狀態(tài)下其中必要時(shí)加入了上述添加劑的本發(fā)明的輪胎用橡膠組合物擠出加工，調(diào)整為各個輪胎部件的形狀，并且在輪胎塑模機(jī)上將其塑模，從而形成未硫化輪胎。通過在硫化機(jī)中將未硫化輪胎加熱加壓制得充氣輪胎。
本發(fā)明的充氣輪胎特別優(yōu)選為無釘防滑輪胎。
實(shí)施例本發(fā)明將基于實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但并不限與此。
在實(shí)施例和對照例中使用的原料如下所示。
天然橡膠RSS#3，購自Tech Bee Tech Hung有限公司聚丁二烯橡膠UBEPOL-BR150B，購自Ube工業(yè)有限公司炭黑SHOWA BLACK N220，購自Showa Cabot K.K.
二氧化硅ULTRASIL VN3，購自Degussa日本公司硅烷偶聯(lián)劑Si69(二(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物)，購自Degussa日本公司抗氧化劑NOCRAC 6C(N-1，3-二甲基丁基-N’-苯基-對苯二胺)，購自O(shè)uchi Shinko化學(xué)工業(yè)有限公司蠟SUNNOC WAX，購自O(shè)uchi Shinko化學(xué)工業(yè)有限公司油DIANAPROCESS OIL PS323，購自Idemitsu Kosan有限公司硬脂酸STEARIC ACID，購自NOF公司鋅華ZINC FLOWER No.1，購自Mitsui礦業(yè)冶煉有限公司玻璃纖維Micro Chopped Strand(平均纖維直徑11μm，切割長度(平均纖維長度)3mm)，購自NSG VETROTEX有限公司氧化鋅須晶1PANA-TETRAA(突出數(shù)量4，突出平均長度10μm)，購自Matsushita電氣工業(yè)有限公司氧化鋅須晶2PANA-TETRA B(突出數(shù)量4，突出平均長度100μm)，購自Matsushita電氣工業(yè)有限公司硫硫粉末，購自Tsurumi化學(xué)工業(yè)有限公司硫化促進(jìn)劑NOCCELER CZ(N-環(huán)己基-2-苯并噻唑亞磺酰胺)，購自O(shè)uchi Shinko化學(xué)工業(yè)有限公司實(shí)施例1～3和對照例1～5使用容量為1.7升的封閉型班伯里混合器，將除了硫和硫化促進(jìn)劑以外的如表1所示的加入組分捏合3～5分鐘，并且當(dāng)溫度達(dá)到150℃時(shí)，取出混合橡膠，從而制得基礎(chǔ)捏合橡膠。通過使用開放式輥壓機(jī)捏合基礎(chǔ)捏合橡膠、硫和硫化促進(jìn)劑，并且硫化混合物，從而制得橡膠組合物。
由通常使用的步驟，使用壓延輥軋機(jī)將制得的橡膠組合物擠出為胎面的形狀，從而形成胎面，并且制得尺寸為195/65R15的輪胎。對制得的輪胎進(jìn)行下列測試。結(jié)果如表1所示。
<冰上摩擦性能>
將輪胎安裝于排量2,000cc的國產(chǎn)FR汽車，并且測定30km/hr的速度下在冰面上的剎車距離。以對照例1的剎車距離的倒數(shù)為100作基準(zhǔn)，將其他倒數(shù)分別以系數(shù)的方式表示為冰上摩擦性能。冰上摩擦系數(shù)越大，表示冰上摩擦性能越出色。
(冰上摩擦系數(shù))＝(對照例1的輪胎剎車距離)/(各個輪胎剎車停止距離)×100<耐磨性>
從上述輪胎上切下厚度為3mm的橡膠測試片，并且使用Iwamoto Seisakusyo K.，K.生產(chǎn)的Lambourn磨損測試儀，在表面轉(zhuǎn)速為50m/min、負(fù)載3.0kg、滑率為20％、并且落沙量為15g/min的條件下測試磨損量。以對照例1的磨損量的倒數(shù)為100作基準(zhǔn)，將磨損量以系數(shù)的方式表示。系數(shù)越大，表示耐磨性越出色。
表1

根據(jù)本發(fā)明，通過與二烯橡膠同時(shí)加入具有特定纖維直徑和纖維長度的非金屬纖維以及具有至少2個突起并且平均突起長度至少為10μm的填料，通過沖破在輪胎與積雪和結(jié)冰路面之間產(chǎn)生的水膜的效果以及在積雪和結(jié)冰路面上的刮擦效果，能夠獲得具有出色冰上摩擦性能的無釘防滑輪胎。
符號說明1具有至少2個突起的填料；2非金屬纖維；X連接填料突起邊緣和填料中心(拐點(diǎn))的線的夾角；L突起的長度。
權(quán)利要求
1.一種輪胎用橡膠組合物，以含有的二烯橡膠100重量份為基準(zhǔn)，還含有0.5～20重量份平均纖維直徑為1～100μm并且平均纖維長度為0.1～5mm的非金屬纖維，以及0.5～30重量份的具有至少2個突起并且平均突起長度至少為10μm的填料。
2.如權(quán)利要求1所述的輪胎用橡膠組合物，其特征在于，分別用X和Y表示的所述非金屬纖維和填料的含量滿足公式2X+Y≤30。
3.一種充氣輪胎，含有如權(quán)利要求1和2所述的輪胎用橡膠組合物。
全文摘要
提供了一種改善冰上摩擦性能的輪胎用橡膠組合物，以及含有該橡膠組合物的充氣輪胎。一種輪胎用橡膠組合物，以100重量份的二烯橡膠為基準(zhǔn)，還含有0.5～20重量份平均纖維直徑為1～100μm并且平均纖維長度為0.1～5mm的非金屬纖維，以及0.5～30重量份的具有至少2個突起并且平均突起長度至少為10μm的填料，以及一種含有該橡膠組合物的充氣輪胎。
文檔編號B60C1/00GK1896131SQ200610100128
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者皆越亮, 谷村浩 申請人:住友橡膠工業(yè)株式會社, 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社