專利名稱：輪胎胎面花紋塊組合物的制作方法
輪胎胎面花紋塊組合物
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及能降低輪胎噪聲的胎面花紋塊組合物。
2.
背景技術(shù)：
客車和卡車輪胎的性能需要不斷改進。關(guān)鍵性能屬性包括噪聲、操縱穩(wěn)定性、磨損、滾動阻力和行駛舒適性。因為輪胎公司致力于降低汽車和卡車輪胎產(chǎn)生的噪聲，所以降低輪胎噪聲正在成為業(yè)界關(guān)注的焦點。例如，歐盟正在就顯著降低輪胎產(chǎn)生的通過噪聲進行立法。某些纖維已用于高性能輪胎的生產(chǎn)。公布的美國專利申請2002/0069948教導了以很大程度上垂直于輪胎表面的角度使用短纖維。這些構(gòu)造的目的據(jù)稱是為了改進操縱穩(wěn)定性和/或提高加速度。公布的美國專利申請2007/0221303在構(gòu)造中使用了能增強胎面方向性剛度的短纖維。這些纖維據(jù)稱略微垂直于胎面的縱向、周向方向而排列。美國專利 4，871，004公開了芳族聚酰胺增強的彈性體，其中短的、不連續(xù)的原纖化芳族聚酰胺纖維分散在橡膠中。該專利中公開的排列方式據(jù)稱可以使橫向(軸向或周向)剛度和模量最大化。 然而，并未提出這些排列方式有利于降低噪聲。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種具有至少一個包含強化纖維的層的輪胎胎面花紋塊，所述強化纖維在胎面花紋塊內(nèi)以受控的取向角基本上彼此平行地排列，其中對取向進行選擇，使得其能降低輪胎胎面接觸路面運動時產(chǎn)生的噪聲。本發(fā)明還涉及一種降低由輪胎胎面產(chǎn)生的噪聲的方法，所述方法包括(a)識別產(chǎn)生噪聲的機構(gòu)，(b)提供輪胎胎面化合物，以及(c)根據(jù)在步驟(a)中識別的機構(gòu)向輪胎胎面化合物中引入具有適于降低輪胎胎面噪聲的取向的強化纖維。附圖簡述 圖IA示出了輪胎胎面花紋塊和坐標系。 圖IB示出了不同的胎面花紋塊實施方案。 圖2為輪胎胎面的一個實施方案的橫截面。 圖3示出了相同方向上的平面取向。 圖4示出了兩個方向上的平面取向。發(fā)明詳述車輛輪胎噪聲由多種原因引起。

圖1A、1B和2有助于說明這種噪聲是怎樣產(chǎn)生的。圖IA大致示出了具有胎面花紋塊20的輪胎10，以及與輪胎有關(guān)的主坐標軸。胎面花紋塊可以是如圖IA所示的矩形，也可以具有成角度的形狀(如圖IB所示)。周向為行進方向X。軸向示為Y，徑向示為Z。為了闡明空間關(guān)系，路面在XY平面中。輪胎還使用了稱為胎基28的組件，其為胎面花紋塊20提供支撐，如圖2中大致所示。胎基28位于胎面花紋塊與第一加強層之間，所述第一加強層為覆蓋物(冠帶層)、帶束層或隔層30。胎面花紋塊 20和胎基28形成腔27。產(chǎn)生噪聲的機構(gòu)之一稱為空氣抽吸。當胎面花紋塊在與路面接觸期間沿軸向或周向膨脹時會產(chǎn)生空氣抽吸，使周圍的空氣移動。主要途徑是在胎面花紋塊和胎基與路面接觸后擴張時抽出兩個相鄰的胎面花紋塊(并列或前后)、腔體頂部的胎基以及路面之間形成的腔體體積內(nèi)的空氣。另一種途徑是僅通過單個胎面花紋塊的橫向(軸向或周向)運動而抽吸空氣。當胎面花紋塊的特征在于圖IB所示的有角胎面圖案時，可以沿周向或軸向或偏軸向抽出空氣。第二個主要的噪聲來源稱為Helmholtz共振，其也發(fā)生在胎面花紋塊和路面接觸的區(qū)域中。通過增大然后釋放由相鄰(前后)胎面花紋塊形成的空氣腔中的壓力會產(chǎn)生Helmholtz共振。當腔的體積恰好在其相鄰的胎面花紋塊達到輪胎接地面積之前減小時，壓力會升高。當該高壓空氣恰好在胎面花紋塊關(guān)閉腔體之前通過小狹縫排出時，即產(chǎn)生Helmholtz噪聲。Helmholtz噪聲沿周向和軸向產(chǎn)生。因此，在行進過程中這兩類噪聲產(chǎn)生了如下所述的四種噪聲來源1.軸向空氣抽吸，2.周向空氣抽吸，3.軸向 Helmholtz 噪聲，4.周向 Helmholtz 噪聲。腔體中的聲管共振和喇叭口效應(yīng)會進一步加劇每種噪聲來源。通過審慎選擇胎面花紋塊或胎基中的纖維取向和層的平面布置方式，可以定制胎面花紋塊和胎基設(shè)計，以應(yīng)對特定的噪聲降低方面的挑戰(zhàn)。在一些輪胎構(gòu)造中，纖維在至少一個胎面花紋塊層中大致沿軸向排列。在某些輪胎中，纖維在至少一個胎面花紋塊層中沿大致周向彼此大體上排列。在某些輪胎中，纖維在至少一個胎面花紋塊層中沿大致徑向彼此大體上排列。所謂“大致”，是指層內(nèi)50%以上的短纖維都以一個方向取向。更優(yōu)選的是層內(nèi)70%以上的短纖維都以一個方向取向。最優(yōu)選的是層內(nèi)85%以上的短纖維都以一個方向取向。所謂“排列”或“取向”，是指將纖維排列為使得纖維的長尺寸沿排列方向取向。 這種纖維排列方式為固化的胎面花紋塊提供各向異性的機械剛度性質(zhì)。此外，胎基可包括以某種取向排列的纖維以與胎面花紋塊配合，進而進一步最小化噪聲的產(chǎn)生。這可能是有意義的，因為在一些情況下，胎基可與胎面花紋塊一樣，對噪聲的降低具有約三分之一的影響。進一步，胎面花紋塊或胎基可以包括在相鄰的層中具有不同纖維取向的多個層。 包含排列纖維的層還可以不同的平面排列方式取向。例如，圖3示出了層的XY平面取向。 這些層可以包含軸向⑴取向的纖維、周向⑴取向的纖維或在軸向⑴和周向⑴取向之間交替排列的纖維。對于具有不同平面取向的層而言，纖維的取向也可以不同，如圖4所示。例如，在)(Z平面內(nèi)，纖維可以是周向⑵或徑向(Z)的，而在XY平面內(nèi)，纖維可以是周向(X)或軸向(Y)的。在^平面中，纖維可以是軸向(Y)或徑向(Z)的。人們已認識到， 車輛上所用的實際輪胎產(chǎn)生噪聲可能具有胎面花紋塊和凹槽的多個構(gòu)造因素。然而，本發(fā)明的優(yōu)點可以用不太復雜的表述進行說明。當將胎面花紋塊和胎基一起視為降噪結(jié)構(gòu)時， 纖維取向具有多種可能的排列方式。例如，已確定的是，胎面花紋塊中軸向和周向取向的纖維以及胎基中徑向取向的纖維對降低噪聲非常有效。另一方面，在胎基和胎面花紋塊中均為周向取向的纖維可能最容易制備，但這種纖維在降噪方面的相對有益效果較小。在這兩種情況中，胎基/胎面花紋塊結(jié)構(gòu)中存在許多可能的纖維取向。例如，進一步參見圖4，胎基的)(Z平面中的纖維可以在周向⑴方向和徑向(Z)方向之間以某個角度取向。同樣，胎基的XY平面中的纖維可以在周向⑴方向和軸向⑴方向之間以某個角度取向。通過適當選擇包括擠出模頭在內(nèi)的加工和制造系統(tǒng)，在每個胎基的擠出輪廓中獲得所需的纖維取向。當胎面花紋塊在輪胎中以偏斜角布置(如圖IB所示)時，纖維排列方式可以保持最初的Χ、γ和Z方向，或者可以沿與胎面花紋塊相同的正交方向偏移。例如，如果胎面花紋塊相對于Y方向偏移某個角度‘a(chǎn)’(如圖IB所示)，那么強化纖維可以保持最初的X、Y、Z 坐標方向，或者可類似地相對于Y方向以角度‘a(chǎn)’取向。具有相應(yīng)纖維取向的胎面花紋塊可同樣適用于相對于X方向取向。進一步，胎面花紋塊也可同樣適用于相對于Z方向取向，尤其是當胎面包裹在輪胎側(cè)面上的胎冠/胎體界面周圍時。在一般情況下，沿X、Y和Z方向并以在輪胎表面上變化的多種其它角取向?qū)⑻ッ婊y塊模制到輪胎中。從制造方面考慮， 要求制備輪胎的橡膠化合物具有一致的取向，不受胎面花紋塊角取向的支配。因此，設(shè)計的增強材料要有效，而不管它們是與X、Y和Z方向排列，還是具有偏斜角。盡管XYJZ或)(Z平面中的層中的纖維取向優(yōu)選的為正交，但纖維也可以非正交地排列，與周向、軸向或徑向成介于5至85度之間的角度。更優(yōu)選的是，纖維以介于15和70 度之間的角度排列?？梢酝ㄟ^在兩個方向上壓延彈性體片而獲得此類偏角取向。本發(fā)明的另一個方面涉及制備本文所述的復合胎面花紋塊或胎基的方法，其中所述方法包括通過壓延或擠出彈性體和強化纖維的混合物而制備一個或多個層。在一些實施方案中，所述方法還包括將多個層壓實。本發(fā)明的彈性體中的纖維具有受控制的取向，因此本發(fā)明與炭黑或其它粒狀增強橡膠化合物不同，所述炭黑或其它粒狀增強橡膠化合物顯示無規(guī)或各向同性的增強性，并且當徑向剛度隨同橫向(軸向和/或周向)剛度一起增大時，會遭受有害的胎面花紋塊硬化?？梢杂枚汤w維、絮狀物或漿狀物增加軸向增強性。在一些實施方案中，短纖維或漿狀物的模量越高，獲得的性能越佳。因此，高模量纖維(諸如芳族聚酰胺纖維)和漿狀物可以有利地放入胎面花紋塊和胎基的平面中。然而，應(yīng)當指出的是，除芳族聚酰胺以外，任何能提高軸向胎面花紋塊剛度的短纖維或漿狀物都能起到一定程度的作用?？梢栽谂浠炖w維期間直接使用此類纖維，或者可以將其作為預混物或母料進行添加，其中將纖維預先混合到具有某些彈性體的濃縮液中。本發(fā)明的胎面花紋塊或胎基包含固化的彈性體，其中每100重量份彈性體中具有 0. 1至10份的短纖維、絮狀物或漿狀物。纖維具有至少6克/分特的韌度和至少200克/ 分特的模量。短纖維可以由連續(xù)纖維制備，形成絮狀物、漿狀物和其它短切纖維形式，除非本文另外指明，否則這些形式的任何一種都可以視為纖維。一些纖維具有5至10，000、更優(yōu)選10至5000的長度直徑比。如本文所述，與本發(fā)明相關(guān)的直徑小于15微米的短纖維包括漿狀物和稱為絮狀物的纖維。通過將連續(xù)纖維切割成約0. 1至8毫米、更優(yōu)選約0. 1至 6毫米的短長度來制備絮狀物。此類纖維的制造對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是熟知的。這些纖維中的某一些，包括涂有粘合促進劑的那些纖維都可以商購獲得。本發(fā)明中使用的一些纖維是漿狀物形式。漿狀物包含原纖化纖維，所述原纖化纖維在一些情況下是通過短切較長的纖維而制備。例如，可以通過精制芳族聚酰胺纖維來制備芳族聚酰胺漿狀物，在一些實施方案中，所述芳族聚酰胺漿狀物具有最大約8毫米、平均長度為約0. 1至4毫米的長度分布。可商購獲得的芳族聚酰胺漿狀物包括Kevlar· 漿狀物(得自 Ε. I.du Pontde Nemours and Company (Wilmington DE)) (DuPont)禾口 Teij in Twaron 漿狀物。漿狀物的另一種形式稱為微漿，可以根據(jù)美國專利申請2003/0114641進行制備。該漿狀物具有0. 01微米至100微米范圍內(nèi)的體積平均長度，和25至500平方米 /克范圍內(nèi)的平均表面積。如本文所用，體積平均長度是指Σ (給定長度的纖維的數(shù)量)X (每條纖維的長度)4/ Σ (給定長度的纖維的數(shù)量)X(每條纖維的長度)3纖維聚合物本文所用的纖維和漿狀物可以由任何制備高強度纖維的聚合物制成，包括(例如)芳族或脂族聚酰胺、芳族或脂族聚酯、聚丙烯腈、聚烯烴、纖維素、聚唑以及它們的混合物。當聚合物為聚酰胺時，在一些實施方案中，優(yōu)選芳族聚酰胺。術(shù)語“芳族聚酰胺” 是指其中至少85%的酰胺鍵(-C0NH-)直接連接到兩個芳族環(huán)的聚酰胺。合適的芳族聚酰胺纖維包括 Twaron 、Sulfron 、！"echnora (均得自 iTeijin Aramid)、Heracon (得自Kolon Industries Inc.)或Kevlar (得自Dupont)。芳族聚酰胺纖維描述于 Man-Made Fibres-Science and Technology, Volume 2, Section titled Fibre-Forming Aromatic Polyamides, page297, W.Black et al. , Interscience Publishers, 1968(Man-Made-Science and Technology,第 2 卷，名禾爾為"Fibre-Forming Aromatic Polyamides” 的章節(jié)中，第 297 頁，W. Black 等人，Interscience Publishers, 1968 年)。 芳族聚酰胺纖維和它們的制備還公開于美國專利3，767，756,4, 172，938、3，869，429、 3，869，430,3, 819，587,3, 673，143,3, 354，127 和 3，094，511 中。在一些實施方案中，優(yōu)選的芳族聚酰胺為對位芳族聚酰胺。一種優(yōu)選的對位芳族聚酰胺為聚對苯二甲酰對苯二胺，其被稱為PPD-T。所謂PPD-T是指由對苯二胺和對苯二甲酰氯的等摩爾比聚合反應(yīng)所得的均聚物，以及少量其它二胺與對苯二胺和少量其它二甲酰氯與對苯二甲酰氯的結(jié)合所得的共聚物。作為一般原則，其它二胺和其它二甲酰氯的使用量最多可為對苯二胺或?qū)Ρ蕉柞Ｂ鹊募s10摩爾％，或者可能略高，唯一的前提條件是其它二胺和二甲酰氯不含會干擾聚合反應(yīng)的活性基團。PPD-T也指其它芳族二胺和其它芳族二甲酰氯結(jié)合所得的共聚物，例如2，6-萘亞甲基酰氯或氯代對苯二甲酰氯或二氯對苯二甲酰氯或3，4’ - 二氨基二苯醚。添加劑可與芳族聚酰胺一起使用，并且已發(fā)現(xiàn)，按重量計至多達10%或更多的其它聚合材料可與芳族聚酰胺共混?？墒褂闷渲卸嘀?0%或更多的其它二胺取代了芳族聚酰胺的二胺或者其中多至10%或更多的其它二甲酰氯取代了芳族聚酰胺的二甲酰氯的共聚物。當聚合物為聚烯烴時，在一些實施方案中，優(yōu)選聚乙烯或聚丙烯。當配混纖維和彈性體、壓延或擠出化合物或固化輪胎組合件中的化合物所要求的加工溫度低于聚烯烴的熔點時，只可以使用聚烯烴纖維。術(shù)語“聚乙烯”是指分子量優(yōu)選地大于一百萬的占主導地位的線性聚乙烯材料，其可以包含微量的鏈分支或每100個主鏈碳原子中不超過5個改性單元的共聚單體，其還可以包含與其混合在一起的不超過約50重量％的一種或多種聚合物添加劑，如烯烴-ι-聚合物，具體地講是低密度聚乙烯、丙烯等，或低分子量添加劑，如通常摻入的抗氧化劑、潤滑劑、紫外線遮蔽劑、著色劑等。此類物質(zhì)通常被稱為伸展鏈聚乙烯(ECPE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。聚乙烯纖維的制備在美國專利4，478，083、 4，228，118,4, 276，348和4，344，908中有所討論。高分子量線性聚烯烴纖維可以商購獲得。 聚烯烴纖維的制備在U. S. 4，457，985中有所討論。在一些優(yōu)選的實施方案中，聚唑為聚芳烴吡咯，如聚苯并唑和聚吡啶并唑。合適的聚唑包括均聚物和共聚物。添加劑可與聚唑一起使用，并且最多多達10重量％的其它聚合材料可與聚唑共混。還可使用的共聚物具有多達10%或更多的用于替代聚唑單體的其它單體。合適的聚唑均聚物和共聚物可以用已知的工序制備，如描述于或源自美國專利 4，533，693,4, 703，103,5, 089，591,4, 772，678,4, 847，350 和 5，276，128 的那些工序。優(yōu)選的聚苯并唑包括聚苯并咪唑、聚苯并噻唑和聚苯并Ii惡唑，更優(yōu)選的是可以形成具有30克/分特(gpd)或更大的紗線韌度的纖維的此類聚合物。在一些實施方案中，如果聚苯并唑為聚苯并噻唑，則它優(yōu)選地為聚對亞苯基苯并二噻唑。在一些實施方案中，如果聚苯并唑為聚苯并聴唑，則它優(yōu)選地為聚對亞苯基苯并二 1 唑，更優(yōu)選地為被稱為PBO的聚(對亞苯基-2，6-苯并雙J惡唑)。優(yōu)選的聚吡啶并唑包括聚吡啶并咪唑、聚吡啶并噻唑、和聚吡啶并_唑，更優(yōu)選
地，此類聚合物為可以形成具有30克/分特或更大的紗線韌度的纖維的聚合物。在一些實施方案中，優(yōu)選的聚吡啶并唑為聚吡啶并二唑。一種優(yōu)選的聚(吡啶并二氧雜唑)為聚(1， 4- ，5-二羥基)亞苯基-2，6-吡啶并[2，3-d:5，6-d' ] 二咪唑，其被稱為PIPD。包括聚吡啶并二唑在內(nèi)的合適的聚吡啶并唑可以用已知的工序制備，如美國專利5，674，969中所述的那些工序。如本文所用，術(shù)語“聚酯”旨在包括其中至少85%的重復單元為二羧酸和二羥醇的縮合產(chǎn)物的聚合物，其中縮合產(chǎn)物具有通過酯單元的形成而生成的鍵。這包括芳族、脂族、 飽和的和不飽和的二酸和二醇。如本文所用，術(shù)語“聚酯”還包括共聚物(如嵌段、接枝、無規(guī)和間規(guī)共聚物)、共混物和它們的改性形式。在一些實施方案中，優(yōu)選的聚酯包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和液晶聚酯。聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)可包含多種共聚單體，包括二甘醇、環(huán)己烷二甲醇、聚乙二醇、戊二酸、壬二酸、癸二酸和間苯二甲酸等。除了這些共聚單體外，也可以使用支化劑，如均苯三甲酸、均苯四甲酸、三羥甲基丙烷和三羥甲基乙烷、以及季戊四醇。可以通過已知的聚合技術(shù)由對苯二甲酸或其低級烷基酯(如對苯二甲酸二甲酯)和乙二醇或它們的共混物或混合物獲得聚對苯二甲酸乙二醇酯。另一種可能有用的聚酯為聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。PEN可采用已知的聚合技術(shù)由 2，6_萘二羧酸和乙二醇獲得。本發(fā)明中也可以使用液晶聚酯。本文中所謂“液晶聚酯”(LCP)是指當使用TOT測試或其任何合理變型進行測試時具有各向異性的聚酯，如美國專利4，118，372中所述。液晶聚酯的一種優(yōu)選形式為“全芳族”；即，聚合物主鏈中的所有基團都是芳族(例如酯基等連接基團除外)，但可存在不是芳族的側(cè)基。E-玻璃是可商購獲得的低堿玻璃。一種典型的組合物由以下材料組成力4重量％的Si02、14重量％的Al203、22重量％的CaO/MgO、10重量％的B2O3和小于2重量％的Na2O/ K2O0還可以存在雜質(zhì)含量水平的一些其它材料。S-玻璃是可商購獲得的氧化鎂-氧化鋁-硅酸鹽玻璃。該組合物比E-玻璃更硬、 更堅固、也更貴，其通常用于聚合物基質(zhì)復合材料中。碳纖維是可商購獲得的，并且是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。在一些實施方案中， 這些纖維的直徑為約0. 005至0. OlOmm,并主要由碳原子構(gòu)成?？梢酝ㄟ^對纖維素酯(纖維素甲酸酯和纖維素乙酸酯)的液晶溶液進行紡絲、隨后進行皂化以生成再生纖維素纖維，來制備纖維素纖維。彈件體如本文所用，術(shù)語“橡膠”和“彈性體”可以互換使用，除非另有說明。術(shù)語“橡膠組合物”、“復合橡膠”和“橡膠化合物”可以互換使用，是指“與多種成分和材料共混或混合的橡膠”，此類術(shù)語是橡膠混合或橡膠配混領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。除非另外指明，否則術(shù)語“固化”和“硬化”可以互換使用在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“Phr”是指每100重量份橡膠或彈性體中的特定材料的份數(shù)。本發(fā)明的彈性體包括天然橡膠、合成天然橡膠和合成橡膠。合成橡膠化合物可溶解于常用有機溶劑中，并可以包括(除了許多別的以外)聚氯丁二烯和硫改性的氯丁二烯、 烴橡膠、丁二烯-丙烯腈共聚物、丁苯橡膠、氯磺化聚乙烯、含氟彈性體、聚丁二烯橡膠、聚異戊二烯橡膠、丁基和商化丁基橡膠等。天然橡膠、丁苯橡膠、聚異戊二烯橡膠和聚丁二烯橡膠是優(yōu)選的。還可以利用橡膠的混合物。輪胎塊層和輪胎的制備在某些方面，本發(fā)明涉及制備本文所述的復合胎面花紋塊和/或胎基的方法，其中所述方法包括通過壓延或擠出彈性體和強化纖維的混合物而制備一個或多個層。該方法還可以包括壓實多個所述層。不同的層可以具有、也可以不具有相同的纖維取向。對層進行壓延、擠出和壓實的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，如下文所述。胎基可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法形成。可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法在胎面花紋塊中形成胎面。在胎面中使用各種凹槽和圖案來提高抓地力，尤其是在濕的、被雪覆蓋的或被冰覆蓋的表面上的抓地力。還可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法將胎面花紋塊連接到輪胎上。可以用若干種熟知的方法實現(xiàn)纖維排列。一種方法涉及通過高剪切混合原材料 (聚合物、纖維和其它添加劑)來配混彈性體，然后進行輥軋和/或壓延。高剪切混合確保纖維和其它添加劑均勻分散在彈性體中。在該階段，彈性體內(nèi)的纖維是無規(guī)取向的。配混方法的第一階段涉及聚合物的粉碎或破碎?？梢杂瞄_放式輥磨機來破碎天然橡膠，但更常見的做法是使用具有反轉(zhuǎn)刀片的高剪切煉膠機，諸如班伯里密煉機或Siaw煉膠機。有時可以使用單獨的預先粉碎步驟。對于合成橡膠而言，只有在化合物包含聚合物的共混物時才有必要進行預先粉碎。隨后，當大部分成分摻入到橡膠中時，進行母料的制備。這確保各成分徹底并均勻地分散在橡膠中。在混合過程中，保持盡可能低的溫度非常重要。未包含在該步驟中的成分是構(gòu)成固化體系的成分。通常在最后一步中，并通常在較低的溫度下加入這些成分。以下是典型混合方法的實例。這是將Kevlar· 漿狀物分散在彈性體(Kevlar 工程彈性體(Kevlar· ΕΕ))中形成氯丁橡膠的二階段混合法。
第一階段在進行混合的同時，相繼加入一半氯丁橡膠、然后加入Kevlai^EE并最后加入剩余的氯丁橡膠以及氧化鎂。用力混合1至1.5分鐘。加入松散纖維(如果有的話)混合至少30秒加入填料、增塑劑、抗氧化劑和其它添加劑根據(jù)需要提高煉膠機速度，以達到所需的溫度，并繼續(xù)混合，直到纖維獲得良好的分散為止，在不超過105至110°C的傾倒溫度下倒出第一階段化合物，并讓其冷卻。第二階段相繼加入冷卻的第一階段化合物的一半、氧化鋅、固化劑和剩余的第一階段混合物。在100至105°C下倒入壓片機中。關(guān)于彈性體配混的其它信息可參見pages 496 to 507 of The Vanderbilt Rubber Handbook, Thirteenth Edition, published by R. T. Vanderbilt Company Inc., Norwalk, CT (由 R. Τ. Vanderbilt Company Inc. (Norwalk, CT)出片反的 The Vanderbilt Rubber Handbook,第 13 版，第 496 至 507 頁)以及美國專利 5，331，053,5, 391，623、 5，480，941 和 5，830，395。在某些情況下，還可以通過輥軋對各成分進行混合。在壓延和/或軋制過程中實現(xiàn)纖維排列，所述壓延和/或軋制過程是在熱和壓力下所進行的。壓延機是可將橡膠化合物擠壓成薄片的多個大直徑輥的組合。另一種方法是使用擠出方法，該方法通過單進程混合原材料并將其擠壓成片。擠出機由螺桿和料筒、螺桿傳動裝置、加熱器和模頭組成。擠出機對化合物施加熱和壓力。通過適當選擇擠出模頭的通道設(shè)計和幾何形狀，可以使擠出物中的纖維以對應(yīng)胎面中的周向、軸向和徑向的X、Y或Z方向排列。在逐漸會聚的模頭中，通道厚度朝模頭出口方向減小，使得纖維沿縱向(擠出片材的平面內(nèi)的周向)排列。在模頭組合件中插入擋板會導致纖維在擠出片材的平面內(nèi)沿橫向排列。通道開口的厚度朝模頭出口面方向增大的模頭設(shè)計可以獲得垂直于擠出片材的平面的纖維取向。對于輪胎胎面而言，模頭橫截面輪廓適于所需的胎面設(shè)計，并且胎面可以被完整無損地擠出。在此類胎面中，所有纖維都沿由所選擇模頭決定的方向排列。如果在整個胎面的不同部分或區(qū)域中需要不同的纖維取向，那么就需要多個模頭，并需要對每個模頭進行選擇來獲得適合于該區(qū)域的所需纖維取向。輪胎的制備包括三個主要階段，即組件組裝、壓制和固化。在組件組裝階段，以成型鼓或滾筒為工具，將各種組件鋪放到其上。在組裝過程中，可以用粘合劑接合或粘合各種組件。鋪放輪胎組件的典型順序是首先安置膠皮內(nèi)襯。此類內(nèi)襯中配混有添加劑，導致其具有低透氣性。這使其可以將空氣密封在輪胎中。第二組件是涂覆有橡膠和粘附促進劑的壓延的胎體簾布織物或簾線層。胎體簾布層在成型鼓邊緣處向下翻轉(zhuǎn)。施加鋼胎圈并上翻內(nèi)襯簾布層。胎圈是包封在橡膠化合物中的高拉伸強度鋼絲束，其提供強度以使輪胎與車輪機械配合。胎圈橡膠包含可使強度和韌性最大化的添加劑。然后安裝三角膠條。三角膠條是與胎圈相配的三角形擠出型材，其在剛性胎圈、柔性內(nèi)襯和胎體簾布層組合件之間提供緩沖。然后安裝一對墊帶和側(cè)壁。安裝這些組件是為了防止在輪胎安裝到車輛上時被輪輞擦傷。然后使成型鼓塌縮，準備將第一階段的組合件用于第二組件的組裝階段。第二階段的組裝是在安裝于鋼圈上的可充氣膽上進行。將第一階段的組合件裝配到鋼圈上，并用可充氣膽對組合件進行充氣，直到帶束層導向組合件為止。然后將提供耐刺穿性的鋼絲帶束層安裝到位。帶束層為由橡膠層、緊密排列的鋼簾線層和第二橡膠層組成的壓延片材。鋼簾線在徑向輪胎構(gòu)造中以徑向取向，在斜交輪胎構(gòu)造中以對角取向?？蛙囕喬ネǔＳ蓛蓚€或三個帶束層制成。然后安裝最后一個組件，即胎基和胎面花紋塊層的胎面橡膠型材。這些型材帶包含本發(fā)明的取向的纖維。輥壓胎面組合件，將其壓實在帶束層上，然后將精制的組合件(外胎坯)從成型機上分離。許多性能較高的輪胎在帶束層包與胎面之間包括任選的擠出襯墊組件，用于使胎面免受鋼絲帶束層的機械磨損。如果需要，可以將輪胎成型工藝自動化，使得沿多個組裝點單獨貼合每個組件。組裝好之后，向組合件施壓，以將所有組件壓實成非常接近輪胎最終尺寸的形態(tài)。在熱的模具中使彈性體固化或硬化成最終的輪胎形狀。模具上刻有輪胎胎面圖案。將胎坯組合件放置到胎圈座下模上，將橡膠球膽插入胎坯中，然后將模具閉合，同時球膽進行充氣至約25kgf/cm2的壓力。這可以使胎坯流入模具中，從而呈現(xiàn)胎面圖案。球膽中充滿再循環(huán)熱傳遞介質(zhì)，如蒸氣、熱水或惰性氣體。對于不同的輪胎類型和彈性體配方，固化溫度和固化時間有所不同，但典型的固化溫度為約150至180°C、固化時間為約12至25 分鐘。對于大型輪胎而言，固化時間可能長得多。固化結(jié)束時，釋放壓力，打開模具，然后將輪胎與模具分離?？梢詫⑤喬シ胖迷诤蠊袒錃鈾C上，該充氣機使輪胎在冷卻時保持充分膨脹。纖維與輪胎排列的代表件優(yōu)點本發(fā)明的另一個方面涉及制備本文所述的復合胎面花紋塊或胎基的方法，其中所述方法包括通過壓延彈性體和強化纖維的混合物而制備一個或多個層。在一些實施方案中，所述方法還包括將多個層壓實。使彈性體中的纖維排列的技術(shù)是在混合/配混步驟中提供剪切條件的方法。此類方法包括軋制、壓延、注塑和擠出。這些技術(shù)的實例可見于美國專利6，106，752 (注塑)、6，899，782 (擠出)和7，005，022 (擠出和針刺)中。
實施例本發(fā)明通過以下實際上被設(shè)計用于示例而非進行限制的實施例進行說明，其中所有份數(shù)、比例和百分比均按重量計，除非另外指明。實驗方法包括配制橡膠化合物，形成橡膠塊，切割代表胎面花紋塊或胎基的試塊， 進行試塊變形測試，測量變形，將測得的變形輸入有限元分析中以便用測得的數(shù)據(jù)推斷實際機械模量和泊松比性質(zhì)，進一步使用這些性質(zhì)來建立輪胎、胎面花紋塊和胎基變形的模型以便預測胎面花紋塊和胎基變形并最終預測由胎面花紋塊或胎基設(shè)計獲得的噪聲降低
Mo為了預測以下實施例中的噪聲降低量，使用了相同的測試樣品(組成和尺寸均相同)來代表胎面花紋塊和胎基。在常規(guī)的輪胎構(gòu)造中，胎基和胎面花紋塊可使用不同的組合物。
11
測試方法根據(jù)ASTM D 7269測定纖維強度，纖維強度是纖維的最大應(yīng)力或斷裂應(yīng)力，用每單位橫截面積上的力表示。用得自Instron Engineering Corp. (Canton, ΜΑ)的Instron型號1130測量韌度，并以克/旦尼爾(克/分特)為單位報告結(jié)果。根據(jù)ASTM D 7269測定纖維模量，纖維模量等于應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始直線部分的切線的斜率乘以100并除以不含粘合劑的旦尼爾。通常在小于2%應(yīng)變時記錄模量。根據(jù)在得自 Instron Engineering Corp. (Canton, Massachusetts)的 Instron Model 1130 上測得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線來計算模量，并以克/旦尼爾(克/分特)為單位報告結(jié)果。根據(jù)ASTM 575-91來測試橡膠塊變形。在以下實施例中，在復合橡膠中，每100份橡膠中存在的纖維量為O份、2份或6份 (phr)。將纖維作為23%芳族聚酰胺纖維和77% TSR20天然橡膠的預混物加入。預混物被認為是merge 1F722，下文可以稱為Kevlar, EE。使用以下材料來制備復合橡膠丁苯橡膠 1502 型，得自 ISP Elastomers LP (Port Nechas, TX)。天然橡膠SMR CV (60)型，得自 Akrochem Corporation (Akron, OH)。芳族聚酰胺纖維彈性體分散體merge 1F722，得自DuPont。炭黑N-299 型，得自 Columbian Chemicals Co. (Marietta, GA)。芳香油Sundex 油(等級 790)，得自 Sunoco (Philadelphia, PA)。氧化鋅，得自美國Zinc Corp. (Monica, PA)。硬脂酸，得自Crompton Corp (Greenwich, CT)。光穩(wěn)定劑Vanwax H Special，得自 R. T. Vanderbilt (Norwalk, CT)?？寡趸瘎〢ntozite 67P，得自 R. T. Vanderbilt (Norwalk, CT)。Vanox 02 抗氧化劑(Agerite 樹脂 D)，得自 R. T. Vanderbilt (Norwalk, CT)。固化促進劑 Amax,得自 R. T. Vanderbilt (Norwalk, CT)。輔助促進劑Vanax DPG,得自 R. T. Vanderbilt (Norwalk, CT)。硫，得自S. F. Sulfur Corp. (Valdosta, GA)。按照表1所列的配方制備復合橡膠樣品。表 權(quán)利要求
1.輪胎胎面花紋塊，其具有至少一個包含強化纖維的層，所述強化纖維在所述胎面花紋塊內(nèi)以受控的取向角基本上彼此平行地排列，其中所述取向被選擇成使得其能降低輪胎胎面噪聲。
2.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其中所述強化纖維的取向選自周向、軸向、徑向、以及它們的組合。
3.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，包含固化的彈性體和0.25至6份/100份彈性體的強化纖維，所述強化纖維具有至少6. 3克/分特的韌度和至少200克/分特的模量。
4.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其中所述纖維由選自芳族聚酰胺、脂族聚酰胺、聚酯、聚烯烴、聚唑、以及它們的混合物的聚合物制成。
5.權(quán)利要求4的輪胎胎面花紋塊，其中芳族聚酰胺為對位芳族聚酰胺。
6.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其中所述固化的彈性體選自天然橡膠、丁苯橡膠、丁二烯橡膠以及它們的混合物。
7.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其中在至少一個XY或XZ層中的所述強化纖維為周向取向。
8.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其中在至少一個XY或TL層中的所述強化纖維為軸向取向。
9.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其中在至少一個監(jiān)或^層中的所述強化纖維為徑向取向。
10.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其包括多個層，其中相鄰層中的所述纖維基本上彼此垂直取向。
11.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其中所述強化纖維在至少一個XYdZ或^層中排列使得所述纖維在所述層內(nèi)不是正交地排列。
12.權(quán)利要求1的輪胎胎面花紋塊，其連接有胎基，其中所述胎基包含在所述胎基內(nèi)以受控的取向角基本上彼此平行排列的強化纖維，其中所述取向被選擇成使得其能降低輪胎噪聲。
13.權(quán)利要求12的輪胎胎面花紋塊，其中所述胎基包含在至少一個XY或)(Z層中周向取向的強化纖維。
14.權(quán)利要求12的輪胎胎面花紋塊，其中所述胎基包含在至少一個乂￥或^層中軸向取向的強化纖維。
15.權(quán)利要求12的輪胎胎面花紋塊，其中所述胎基包含在至少一個監(jiān)或^層中徑向取向的強化纖維。
16.權(quán)利要求12的輪胎胎面花紋塊，其中所述胎基包含強化纖維，所述強化纖維在至少一個Ti、XZ或TL層中排列，使得所述纖維在所述層內(nèi)不是正交地排列。
17.降低由輪胎胎面花紋塊或胎基產(chǎn)生的噪聲的方法，包括以下步驟(a)識別產(chǎn)生所述噪聲的機構(gòu)，(b)提供輪胎胎面花紋塊或胎基化合物，(c)根據(jù)在步驟(a)中識別的所述機構(gòu)，向所述輪胎胎面花紋塊或胎基化合物中引入具有適于降低輪胎胎面花紋塊或胎基噪聲的取向的強化纖維。
18.制備輪胎的方法，所述輪胎包括復合材料輪胎胎面花紋塊或胎基，所述復合材料還包含固化的彈性體；和0. 1至10重量份/100重量份所述彈性體的纖維；所述纖維的特征為具有至少6克/分特的韌度和至少200克/分特的模量，其中所述纖維的大部分在一個或多個層中基本上取向在基本平行于或正交于所述路面接觸表面的平面內(nèi)；所述方法包括以下步驟(a)在高剪切煉膠機、輥磨機或擠出機中配混包含短纖維、彈性體和其它添加劑的未固化的彈性體，(b)壓延或擠出所述未固化彈性體，形成一個或多個具有輪胎胎面花紋塊胎基輪廓的層或片，其中所述纖維以所需的方向排列，(c)依次在成型鼓上組裝輪胎組合件的第一階段組件，(d)依次在球膽壓床上組裝輪胎組合件的第二階段組件，包括所述胎基和胎面花紋塊型材，以及(e)將所述輪胎組合件放入模具中，通過熱和壓力來固化彈性體化合物。
19.權(quán)利要求18的方法，包括壓實多個所述層。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有復合材料胎面花紋塊的輪胎，所述胎面花紋塊包含固化彈性體和0.1至10重量份/100重量份所述彈性體的纖維，所述纖維的特點是具有至少6克/分特的韌度和至少200克/分特的模量。所述纖維的大部分在一方向上取向，使得降低由接觸路面的輪胎胎面所產(chǎn)生的噪聲。
文檔編號B60C19/00GK102361762SQ201080012943
公開日2012年2月22日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者C·W·琴普里斯, G-S·金, M·A·拉蒙蒂亞 申請人:納幕爾杜邦公司