專利名稱：輪胎用橡膠組合物及具有使用該橡膠組合物的胎面的輪胎的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種輪胎用橡膠組合物，以及具有使用該橡膠組合物的胎面的輪胎。
背景技術：
近些年，汽車輪胎對性能的要求變化很多，除了要求低燃料消耗率以外，還包括濕防滑性、耐磨性和操控穩定性，并且為了提高這些性能，進行了各種各樣的設計。
例如，為了提高如在高速行駛時的濕防滑性和操控穩定性等各種性質，已知的有在含有大量苯乙烯的苯乙烯-丁二烯橡膠(高苯乙烯SBR)中混入二氧化硅的橡膠組合物。然而，該橡膠組合物存在著當反復行駛后，由于橡膠剛性的下降防滑性顯著下降的問題。同時，由于二氧化硅在它的表面有硅醇基，二氧化硅粒子有互相凝聚的趨勢，所以也存在由于二氧化硅粒子在橡膠中分散不充分而導致該混合物的加工性能如擠出性能不足的問題。此外，已知的還有將無機化合物粉末與炭黑或二氧化硅一起混入二烯橡膠中的橡膠組合物。然而，無機化合物粉末與二氧化硅相似，也存在難以在橡膠中分散的問題，尤其當與二氧化硅一起使用時，橡膠組合物會有濕防滑性無法充分提高的問題。
同時，改善橡膠組合物的低燃料消耗率的方法的例子有降低作為增強劑的填料的用量的方法，然而橡膠的硬度會降低，由此會導致操控穩定性和濕防滑性惡化的問題。
JP-A-2005-213353公開了一種橡膠組合物，通過特定工藝制備該橡膠組合物，可以改善加工性能、低燃料消耗率和濕防滑性，同時公開了一種具有使用該橡膠組合物制備的胎面的充氣輪胎。然而，它對這些性能的改善效果并不足，并且沒有公開具有出色操控穩定性的橡膠組合物。
發明內容
本發明的目的在于提供一種輪胎用橡膠組合物，其低燃料消耗率、濕防滑性、耐磨性和操控穩定性能夠以較好的平衡的方式得到改善，以及一種具有使用該橡膠組合物制備的胎面的輪胎。
本發明涉及一種輪胎用橡膠組合物，以100重量份的橡膠組分為基準，還包含30～150重量份的二氧化硅，該二氧化硅的氮吸附比表面積為20～200m2/g，并且當該二氧化硅分散在水中形成5％的水溶液時，其pH值為7.0～12.0。
該輪胎用橡膠組合物優選包含1～30重量份的滿足下列通式的有機硫化劑-(R-Sx)n-(其中R代表(CH2-CH2-O)m-CH2-CH2，x為3～6的整數，n為10～400的整數，并且m為2～5的整數)。
本發明進一步涉及一種輪胎，具有使用該輪胎用橡膠組合物制備的胎面。
具體實施例方式
本發明的橡膠組合物包含橡膠組分和二氧化硅。
橡膠組分的例子有天然橡膠(NR)、異戊二烯橡膠(IR)、丁二烯橡膠(BR)、丁苯橡膠(SBR)、丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、丁基橡膠(IIR)和苯乙烯異戊二烯丁二烯橡膠(SIBR)，并且這些橡膠可以單獨使用或至少兩種組合使用。在這些橡膠中，從以較好的平衡的方式改善低燃料消耗率和濕防滑性的角度考慮，優選為SBR。
當橡膠組分中含有SBR時，SBR的量優選至少為30wt％，并且進一步優選至少為40wt％。當SBR的量少于30wt％時，濕防滑性有下降的趨勢。SBR的量進一步特別優選為100重量份。
本發明中使用的二氧化硅并無特別限制，例子有干法二氧化硅(脫水二氧化硅)或濕法二氧化硅(脫水二氧化硅)，然而，由于在其表面具有大量的硅醇基并且具有很多可與硅烷偶聯劑的反應點，因此優選為濕法二氧化硅。
二氧化硅的氮吸附比表面積(N2SA)至少為20m2/g，優選至少為30m2/g，并且進一步優選至少為40m2/g。當二氧化硅的N2SA小于20m2/g時，耐磨性會下降。同時，二氧化硅的N2SA至多為200m2/g，優選至多為150m2/g，并且進一步優選至多為120m2/g。當二氧化硅的N2SA超過200m2/g時，濕防滑性會下降。
當二氧化硅分散在水中形成5％的水溶液時的pH值(5％pH)至少為7.0，優選至少為7.5，并且進一步優選至少為8.0。當二氧化硅的5％pH小于7.0時，不能加速與硅烷偶聯劑的偶聯反應，所以無法改善低燃料消耗率和濕防滑性。同時，二氧化硅5％pH至多為12.0，優選至多為11.5，并且進一步優選至多為11.0。當二氧化硅的5％pH超過12.0時，由于橡膠的焦化時間變短導致加工性能惡化。
以100重量份的橡膠組分為基準，二氧化硅的量至少為30重量份，并且優選至少為45重量份。當二氧化硅的量少于30重量份時，無法充分獲得由于混入二氧化硅而產生的改善效果。同時，二氧化硅的量至多為150重量份，并且優選至多為120重量份。當二氧化硅的量超過150重量份時，由于二氧化硅顆粒難以在橡膠中分散而導致橡膠組合物加工性能的惡化。
在本發明中，由于通過混入了具有上述性質的二氧化硅，使得與硅烷偶聯劑的偶聯反應能夠有效地進行，因此與混入傳統的二氧化硅相比，低燃料消耗率得到了改善。
本發明中的橡膠組合物中優選將硅烷偶聯劑與二氧化硅一起使用。本發明中優選使用的硅烷偶聯劑可以是傳統與二氧化硅一起使用的任意一種硅烷偶聯劑，例子有雙(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)多硫化物、雙(2-三乙氧基甲硅烷基乙基)多硫化物、雙(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)多硫化物、雙(2-三甲氧基甲硅烷基乙基)多硫化物、雙(4-三乙氧基甲硅烷基丁基)多硫化物和雙(4-三甲氧基甲硅烷基丁基)多硫化物。這些硅烷偶聯劑可以單獨使用或至少兩種組合使用，并且優選為雙(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)多硫化物。
當硅烷偶聯劑與二氧化硅一起使用時，以100重量份的二氧化硅為基準，偶聯劑的量優選至少為2重量份，并且進一步優選至少為5重量份。當硅烷偶聯劑的量小于2重量份時，二氧化硅的分散度有惡化的趨勢。同時，硅烷偶聯劑的量優選至多為20重量份，并且進一步優選至多為15重量份。當硅烷偶聯劑的量超過20重量份時，會有造成滲出的趨勢。
本發明橡膠組合物優選進一步含有有機硫化劑。
該有機硫化劑為由下列通式所示的硫化劑-(R-Sx)n-(其中R代表(CH2-CH2-O)m-CH2-CH2，x為3～6的整數，n為10～400的整數，并且m為2～5的整數)。
在上述通式中，x為3～6的整數，并且優選為3～5的整數。當x小于3時，硫化反應會延遲。當x超過6時，難以制備橡膠組合物。
在上述通式中，n為10～400的整數，并且優選為10～300的整數。當n小于10時，硫化劑易于蒸發并且難以處理。另一方面，當n超過400時，硫化劑與橡膠的相容性惡化。
在上述通式中，m為2～5的整數，優選為2～4的整數，并且進一步優選為2～3的整數。當m小于2時，耐屈撓性下降。此外，當m超過5時，橡膠組合物會變得硬度不足。
有機硫化劑的量優選至少為1重量份，并且進一步優選至少為2重量份。如果硫化劑的量小于1重量份，耐磨性有惡化的趨勢。同時，有機硫化劑的量優選至多為30重量份，并且進一步優選至多為25重量份。當硫化劑的量超過30重量份時，硬度過度增大，并且防滑性有無法提高的趨勢。
在本發明中，與僅混入具有上述性質的二氧化硅相比，通過在橡膠組分中混入具有上述性質的二氧化硅，并且進一步混入有機硫化劑，不僅可以提高耐磨性和操控穩定性，而且還可以保持出色的低燃料消耗率，這是由于聚合物分子之間的偶聯形式不同，其S-C鍵具有比S-S鍵更大的鍵能，并且鍵鏈更長，由于出色的彈性使得橡膠組分具有熱穩定性。
除了橡膠組分、二氧化硅和必要時的有機硫化劑以外，本發明橡膠組合物可以含有各種通常用于制備橡膠組合物的填料如炭黑和粘土、各種抗氧劑、各種軟化劑、硬脂酸、氧化鋅和硫化劑如硫，并且必要時還可以含有各種硫化促進劑。
本發明橡膠組合物可以通過已知的方法進行制備，例如使用橡膠捏合設備如班伯里混合器和開放式輥軋機將上述組分捏合，然后通過硫化得到橡膠組合物。
本發明輪胎優選為使用上述橡膠組合物制備的輪胎，并且尤其優選為具有使用上述橡膠組合物制備的胎面的輪胎。胎面的制備可以通過例如將制成片狀的橡膠組合物層壓為特定形狀的方法，或者通過將橡膠組合物加入到至少有兩根螺桿的擠出機中并在擠出機的模口處形成兩層的方法。
實施例本發明將基于實施例進行具體描述，但是本發明并不局限于此。
丁苯橡膠(SBR)E15，購自Asahi化學工業有限公司二氧化硅1Ultrasil 360(濕法二氧化硅，氮吸附比表面積50m2/g，5％水溶液的pH值9.0)，購自Degussa公司二氧化硅2Ultrasil VN3(濕法二氧化硅，氮吸附比表面積175m2/g，5％水溶液的pH值6.2)，購自Degussa公司硅烷偶聯劑Si-75(雙(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物)，購自Degussa公司芳族油Diana Process Oil AH-24，購自Edemitu Kosan有限公司氧化鋅購自Mitsui Mining & Smelting有限公司硬脂酸硬脂酸“Tsubaki”，購自NOF公司抗氧劑Antigene 6C(N-(1，3-二甲基丁基)-N’-苯基-對苯二胺)，購自Sumitomo化學有限公司蠟SUNNOC N，購自Ouchi Shinko化學工業有限公司有機硫化劑2OS4聚合物(m＝2，x＝4，n＝200)，購自Kawaguchi化學工業有限公司
硫購自Karuizawa Iou有限公司硫化促進劑CZNOCCELER CZ(N-環己基-2-苯并噻唑亞磺酰胺)，購自Ouchi Shinko化學工業有限公司硫化促進劑DPGNOCCELER D(二苯胍)，購自Ouchi Sinko化學工業有限公司實施例1～4和對照例1～6依據表1和表2中所示的組合物配方，使用班伯里混合器將除了有機硫化劑、硫和硫化促進劑以外的化學品在150℃的條件下捏合3分鐘，然后將有機硫化劑、硫和硫化促進劑加入制得的捏合產物中，并且使用輥軋機在80℃的條件下捏合3分鐘，從而制得未硫化的橡膠組合物。然后，將制得的未硫化橡膠組合物制成胎面的形狀，并且與其它輪胎部件層壓在一起，并且在160℃的條件下加壓硫化20分鐘，從而制得了實施例1～4和對照例1～6的輪胎(輪胎尺寸195/65R15)。此外，在上述各項測試中，在對照例1～3中，基準組合物為對照例1，并且在實施例3和4和對照例4～6中，對照例4為基準組合物。
(滾動阻力性能)使用滾動阻力測試儀，測試安裝于15×6JJ的輪輞上的各個輪胎在內部壓力為230kPa、載重為3.43kN、并且速度為80km/s的條件下行駛時的滾動阻力，并且通過下面的公式將各個組合物的滾動阻力以系數的方式表示，假設基準組合物的滾動阻力系數為100。滾動阻力系數越大，表示滾動阻力越小，低燃料消耗率越出色。
(滾動阻力系數)＝(基準組合物的滾動阻力)/(各個組合物的滾動阻力)×100(濕防滑性)將制備的測試輪胎安裝在上述測試汽車上(具有2000cc引擎的國產FF汽車)，并且在具有濕瀝青路面的測試跑道上進行實際行駛。在實際行駛時，汽車以100km/h的初始速度行駛，并且測量從剎車到停止的制動距離，并且通過下列公式把各個組合物的濕防滑性以系數的方式表示，假設基準組合物的濕防滑性系數為100。濕防滑性系數越大，表示濕防滑性能越出色。
(濕防滑系數)＝(基準組合物的制動距離)/(各個組合物的制動距離)×100(耐磨性)
將制備的測試輪胎裝在上述測試汽車上，并且汽車在具有濕瀝青路面的測試跑道上以80km/h的速度行駛，并且在行駛了3000km后，測量殘留凹槽值。然后，通過下面的公式將各個組合物的耐磨系數以系數的方式表示，假設基準組合物的耐磨系數為100。耐磨系數越大，表示耐磨性越優異。此外，行駛后的殘留凹槽值是指在測試輪胎上的胎面凹槽深度。
(耐磨系數)＝(各個組合物的殘留凹槽值)/(基準組合物的殘留凹槽值)×100(操控穩定性)將制備的測試輪胎裝在上述測試汽車上，并且在具有濕瀝青路面的測試跑道上進行實際行駛。在實際行駛時由測試司機對操控穩定性進行感觀評估，滿分為10分。假設對照例4的操控穩定性為6分。操控穩定性系數越大，表示操控穩定性越好。
上述評估結果如表1和表2所示。
表1
表2
根據本發明，提供了一種輪胎用橡膠組合物，通過在橡膠組分中混入預定量的特定的二氧化硅，在保持濕防滑性和操控穩定性的同時，還改善了低燃料消耗率，并且提供了一種具有使用該橡膠組合物制備的胎面的輪胎。特別地，通過混入預定量的特定的有機硫化劑作為硫化劑，在保持出色的低燃料消耗率的同時，能夠以較好的平衡的方式改善濕防滑性、耐磨性和操控穩定性。
權利要求
1.一種輪胎用橡膠組合物，以100重量份的橡膠組分為基準，還包含30～150重量份氮吸附比表面積為20～200m2/g的二氧化硅，當所述二氧化硅分散在水中形成5％的水溶液時，其pH值為7.0～12.0。
2.如權利要求1所述的輪胎用橡膠組合物，其特征在于，還包含1～30重量份滿足下列通式的有機硫化劑-(R-Sx)n-其中R代表(CH2-CH2-O)m-CH2-CH2，x為3～6的整數，n為10～400的整數，m為2～5的整數。
3.一種輪胎，其具有使用如權利要求1所述的橡膠組合物制備的胎面。
全文摘要
一種輪胎用橡膠組合物，其具有以較好的平衡的方式改善的低燃料消耗率、濕防滑性、耐磨性和操控穩定性，以及一種具有使用該輪胎用橡膠組合物制備的胎面的輪胎。一種輪胎用橡膠組合物，以100重量份的橡膠組分為基準，包含30～150重量份的二氧化硅，該二氧化硅的氮吸附比表面積為20～200m
文檔編號B60C1/00GK1974647SQ20061014958
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月21日 優先權日2005年12月1日
發明者上坂憲市, 保地和郎 申請人:住友橡膠工業株式會社