專利名稱：具有胎圈包布的輪胎的制作方法
技術領域：
本發明涉及充氣輪胎，其具有一對間隔開的胎圈組件，在所述胎圈組件之間的連接胎體，和置于環繞在每個所述胎圈組件至少一部分上且意在接觸剛性輪輞的橡膠胎圈包布，其中所述胎圈包布包括意在與剛性輪輞接觸的外皮層和在皮層內部放射狀放置的內芯層。
圖1顯示了現有技術的輪胎。
圖2顯示了根據本發明的輪胎。[ooog] 圖3顯示了滾動阻力等級圖。
具體實施例方式
本發明涉及充氣輪胎，其具有一對間隔開的胎圈組件，在所述胎圈組件之間的連
接胎體，和置于環繞在每個所述胎圈組件至一少部分上且意在接觸剛性輪輞的橡膠胎圈包布，其中所述胎圈包布包括意在與剛性輪輞接觸的外皮層和在皮層內部放射狀放置的內芯層。為舉例說明本發明的一個實施方案，參考圖l，其中描繪了帶束子午線輪胎l的剖視圖。
在圖1中，現有技術輪胎1的組件如下顯示為胎面2、側壁5、橋接胎面2和側壁 5的胎肩區域4，具有三角膠芯8的間隔"束狀"鋼絲胎圈6和支撐織物增強胎體3。
輪胎的胎圈包布組件9置于其輪圈區域6中，基本上在胎圈6和安裝輪胎的剛性 輪輞之間。 圖2描述了本發明的輪胎。和圖1中現有技術的輪胎相反，胎圈包布9包括外皮 IO和如圖所示從外皮IO內部放射排列的內芯II。外皮10用于與輪輞(未顯示)接觸，并 且由高耐磨性橡膠組合物構建以提供保護輪輞免受磨損。相反內芯11不與輪輞接觸，并且 由低滾動阻力橡膠組合物構建以減少輪胎的總滾動阻力。 外皮10的厚度足以提供在輪輞賦予的壓力下足夠的抗撕裂性。在一個實施方案 中，外皮厚度在lmm到3mm的范圍內。內芯11不太受限制；內芯的尺寸由胎圈區域的整體 設計決定。在一個實施方案中，外皮厚度與外皮和內芯的總厚度的比可以在0. 1到0. 5的 范圍內。在一個實施方案中，外皮厚度與外皮和內芯的總厚度的比可以在0. 15到0. 25的 范圍內。 正如所指出的，外皮由高耐磨橡膠組合物構建。這種高耐磨橡膠組合物可使用對 本領域技術人員來說顯而易見的技術來配混。在一個實施方案中，該高耐磨橡膠組合物如 US 5， 885， 389所公開的，其中該耐磨橡膠組合物包括聚丁二烯、天然或合成聚異戊二烯和 苯乙烯_ 丁二烯橡膠的共混物以及50到75phr增強炭黑。 如進一步所指出的，內芯由低滾動阻力橡膠組合物構建。這種低滾動阻力橡膠組 合物可使用對本領域技術人員來說顯而易見的技術來配混。在一個實施方案中，該低滾動 阻力橡膠組合物包括聚丁二烯、天然或合成聚異戊二烯和苯乙烯_ 丁二烯橡膠的共混物、 30-65phr的增強炭黑、或者30到40phr的增強碳黑以及5到20phr的超高分子量聚乙烯。 碳黑的量還可以部分地用10到35phr的二氧化硅取代。增強炭黑量的減少或二氧化硅的 使用用于降低橡膠膠料的滯后性，但是其犧牲了撕裂性能，以及超高分子量的聚乙烯用來 保持勁度。 在多個實施方案中，橡膠組合物可以包含具有烯烴不飽和性的橡膠。術語"具有烯 烴不飽和性的橡膠或彈性體"意為既包括天然橡膠及其多種原料和再生物形式，也包括多 種合成橡膠。在本發明的說明書中，術語"橡膠"和"彈性體"可以相互交換使用，除非另有 說明。術語"橡膠組合物"、"配混的橡膠"和"橡膠膠料"可相互交換使用，其指的是已與多 種成分和材料共混或混合的橡膠，并且這些術語是橡膠混合或橡膠配混領域的本領域技術 人員公知的。代表性的合成聚合物是丁二烯及其同系物和衍生物，例如甲基丁二烯、二甲基 丁二烯和戊二烯的均聚產物；以及例如那些由丁二烯或其同系物或衍生物與其它不飽和單 體形成的共聚物。在后者中有乙炔，例如乙烯基乙炔；烯烴，例如異丁烯，其與異戊二烯共聚 形成丁基橡膠；乙烯基化合物，例如丙烯酸、丙烯腈(其與丁二烯聚合形成NBR)、甲基丙烯 酸和苯乙烯，后者化合物與丁二烯聚合形成SBR，以及乙烯基酯和多種不飽和醛、酮和醚，例 如丙烯醛、甲基異丙烯基酮和乙烯基乙基醚。合成橡膠的具體例子包括氯丁橡膠(聚氯丁 二烯)、聚丁二烯(包括順式l，4-聚丁二烯)、聚異戊二烯(包括順式l，4-聚異戊二烯)、 丁基橡膠、鹵丁基橡膠如氯丁橡膠或溴丁基橡膠、苯乙烯/異戊二烯/ 丁二烯橡膠、1， 3- 丁 二烯或異戊二烯與單體如苯乙烯、丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。可以使用的橡膠的 其它例子包括羧基橡膠、硅偶聯橡膠和錫偶聯星形支化聚合物。在一個實施方案中橡膠或
4彈性體為聚丁二烯、SBR和合成與天然聚異戊二烯。 在一個實施方案中，橡膠可以是至少兩種二烯基橡膠的共混物。在一個實施方案中，可以使用兩種或更多種橡膠的共混物，如順式1，4-聚異戊二烯橡膠(天然的或合成的)、乳液和溶液聚合制備的苯乙烯丁二烯橡膠以及順式1 ， 4-聚丁二烯橡膠。
乳液聚合制備的E-SBR是指苯乙烯和1，3-丁二烯作為水性乳液共聚。這些是本領域技術人員公知的。結合苯乙烯含量范圍可以變化，例如從約5到約50%。在一個方面，E-SBR還可以包括丙烯腈以形成三元共聚物橡膠，作為E-SBAR，以例如約2到約30重量％結合丙烯腈的量存在于三元共聚物中。 溶液聚合制備的SBR(S-SBR)通常具有范圍在約5到約50%，或者約9_約36 %的結合苯乙烯含量。S-SBR可以用傳統方式制備，例如，通過在有機烴溶劑存在下的有機鋰催化反應。 順式1，4_聚丁二烯橡膠(BR)被認為對增強輪胎磨損性的目的是有益的。這種BR可以例如通過1，3-丁二烯的有機溶液聚合制備。BR通常的特征可以在于例如具有至少90%的順式1，4-含量。 這里使用的術語"phr"，根據常規實踐，是指"每100重量份橡膠或彈性體相應材料的重量份"。 此外，還可以存在常規的填料。這種常規填料的量可以在10到250phr范圍內。在一個實施方案中，填料存在的量在20到100phr范圍內。 可用在橡膠膠料中的常用含硅顏料包括傳統的火成的或沉淀的含硅顏料(二氧
化硅)。在一個實施方案中采用了沉淀二氧化硅。可用于本發明的常規含硅顏料在一個實
施方案中是沉淀二氧化硅，例如由可溶性硅酸鹽例如硅酸鈉酸化得到的那些。 這種常規二氧化硅的特征可以在于例如具有用氮氣測量的BET表面積，在一個實
施方案中其在約40到600，以及在另一個實施方案中其在約50到約300m7g的范圍內。測量
表面積的BET方法在Journal of the American ChemicalSociety，第60巻，304頁(1930)
中有述。 常規二氧化硅的典型特征還可以在于具有在約100到約400范圍內，且更常用為約150到約300的鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值。 可以期望常規二氧化硅具有平均的極限粒度，例如通過電子顯微鏡測定其在0. 01到0. 05微米的范圍內，然而二氧化硅粒子的尺寸可以更小，或者可能更大些。
可以使用多種可商購獲得的二氧化硅，如，這里僅作為例子而非限制性的，以Hi-Sil商標和牌號210、243等可商購自PPG Industries的二氧化硅；以例如牌號Z1165MP和Z165GR可商購自Rhone-Poulenc的二氧化硅；以及以例如牌號VN2和VN3等可商購自Degessa AG的二氧化硅。 常用的炭黑可用作常規填料。最終炭黑的代表性例子包括N110、N115、N121、N134、N220 、 N231 、 N234 、 N242 、 N293 、 N299 、 N315 、 N326 、 N330 、 N332 、 N339 、 N343 、 N347 、 N351 、 N358 、N375、N539、N550、N582、N630、N642、N650、N660、N683、N754、N762、N765、N774、N787、N907、N908、N990和N991。這些炭黑具有在9到170g/kg范圍內的碘吸收值，以及在34到150cm3/g范圍內的DBP。 在一個實施方案中，用于輪胎組件的橡膠組合物可以另外包括含硫的有機硅化合物。合適的含流有機硅化合物的例子具有下式
Z—Alk-Sn-Alk-Z
其中Z選自
一Si — R1—Si — R2 一si — R2
R2 , R2 禾n r2 其中R1為1到4個碳原子的烷基基團、環己基或苯基；R2為1到8個碳原子的烷 氧基，或5到8個碳原子的環烷氧基；Alk為1到18個碳原子的二價烴基，以及n為2至IJ 8 的整數。 根據本發明，可以使用的含硫有機硅化合物的具體例子包括3，3'-雙(三甲氧基 甲硅烷基丙基)二硫化物、3，3'-雙(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3，3'-雙(三乙氧 基甲硅烷基丙基)四硫化物、3，3'-雙(三乙氧基甲硅烷基丙基)八硫化物、3，3'-雙(三 甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、2，2'-雙(三乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物、3，3'-雙 (三甲氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、3，3'-雙(三乙氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、3， 3'-雙(三丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3，3'-雙(三甲氧基甲硅烷基丙基)六硫化 物、3，3'-雙(三甲氧基甲硅烷基丙基)八硫化物、3，3'-雙(三辛氧基甲硅烷基丙基)四 硫化物、3，3'-雙(三己氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3，3'-雙(三-2"-乙基己氧基甲 硅烷基丙基)三硫化物、3，3'-雙(三異辛氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、3，3'-雙(三叔 丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、2，2'-雙(甲氧基二乙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物、2， 2' _雙(三丙氧基甲硅烷基乙基)五硫化物、3，3'-雙(三環己氧基甲硅烷基丙基)四硫 化物、3，3'-雙(三環戊氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、2，2'-雙(三-2"-甲基環己氧基 甲硅烷基乙基)四硫化物、雙(三甲氧基甲硅烷基甲基)四硫化物、3-甲氧基乙氧基丙氧基 甲硅烷基3' -二乙氧基丁氧基甲硅烷基丙基四硫化物、2，2'-雙(二甲基甲氧基甲硅烷基 乙基)二硫化物、2，2'-雙(二甲基仲丁氧基甲硅烷基乙基)三硫化物、3，3'-雙(甲基丁 基乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、3，3'-雙(二叔丁基甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、 2，2'-雙(苯基甲基甲氧基甲硅烷基乙基)三硫化物、3，3'-雙(二苯基異丙氧基甲硅烷 基丙基)四硫化物、3，3'-雙(二苯基環己氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3，3'-雙(二甲 基乙基巰基甲硅烷基丙基)四硫化物、2，2'-雙(甲基二甲氧基甲硅烷基乙基)三硫化物、 2，2'-雙(甲基乙氧基丙氧基甲硅烷基乙基)四硫化物、3，3'-雙(二乙基甲氧基甲硅烷 基丙基)四硫化物、3，3'-雙(乙基二仲丁氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3，3'-雙(丙基 二乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物、3，3'-雙(丁基二甲氧基甲硅烷基丙基)三硫化物、3， 3'-雙(苯基二甲氧基甲硅烷基丙基)四硫化物、3-苯基乙氧基丁氧基甲硅烷基烷3'-三 甲氧基甲硅烷基丙基四硫化物、4，4'-雙(三甲氧基甲硅烷基丁基)四硫化物、6，6'-雙 (三乙氧基甲硅烷基己基)四硫化物、12，12'-雙(三異丙氧基甲硅烷基十二烷基)二硫 化物、18，18'-雙(三甲氧基甲硅烷基十八烷基)四硫化物、18，18'-雙(三丙氧基甲硅烷 基十八烯基)四硫化物、4，4'-雙(三甲氧基甲硅烷基-丁烯-2-基)四硫化物、4，4'-雙 (三甲氧基甲硅烷基亞環己基)四硫化物、5，5'-雙(二甲氧基甲基甲硅烷基戊基)三硫化
6物、3，3'-雙(三甲氧基甲硅烷基_2-甲基丙基)四硫化物、3，3'-雙(二甲氧基苯基甲硅 烷基-2-甲基丙基)二硫化物。 在一個實施方案中含硫有機硅化合物為3，3'-雙(三甲氧基或三乙氧基甲硅烷基 丙基)硫化物。在一個實施方案中該化合物為3，3'-雙(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化 物和3，3'-雙(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物。因此，如上式I所示，在一個實施方案 中Z為
一 Si — R2 R2 其中R2為2到4個碳原子的烷氧基，其中在一個實施方案中采用2個碳原子；alk 為2到4個碳原子的二價烴基，其中在一個實施方案中采用3個碳原子；以及n為2到5的 整數，其中在一個實施方案中采用2和4。 上式的含硫有機硅化合物在橡膠組合物中的量根據使用的其它添加劑的水平而 變化。 一般來說，上式化合物的量在0. 5到20phr的范圍內。在一個實施方案中，該量在1 到10phr范圍內。 本領域技術人員易于理解，橡膠組合物可以通過橡膠配混領域已知的方法配混， 如將多種可用硫硫化的組分橡膠與多種常用添加材料混合，例如給硫體，固化助劑，如活性 劑和延遲劑以及加工添加劑，如油，樹脂包括增粘樹脂和增塑劑、填料、顏料、脂肪酸、氧化 鋅、蠟、抗氧劑和抗臭氧劑以及塑解劑。如本領域技術人員所知，取決于可硫硫化或已用硫 硫化的材料(橡膠)的預期用途，選擇上述添加劑并通常以常規的量使用。給硫體的代表 性例子包括元素硫(游離硫)、二硫化胺、聚合的聚硫化物和硫烯烴加合物。在一個實施方 案中，硫硫化劑是元素硫。硫硫化劑的使用量可以在0. 5到8phr的范圍內，在一個實施方 案中其在1. 5到6phr的范圍內。如果使用，增粘樹脂的典型量為約0. 5到約10phr，通常為 約1到約5phr。加工助劑的典型量為約1到約50phr。這種加工助劑可以包括例如芳族、環 烷烴和/或石蠟加工油。抗氧劑的典型量為約l到約5phr。代表性的抗氧劑可以是例如二 苯基_對_苯二胺及其它，例如些在The VanderbiltRubber Handbook (1978) ， 344-346頁 中公開的那些。抗臭氧劑的典型量為約1到5phr。如果使用，脂肪酸(可以包括硬脂酸) 的典型量為約0. 5到約3phr。氧化鋅的典型量為約2到約5phr。蠟的典型量為約1到約 5phr。經常使用微晶蠟。塑解劑的典型量為約O. l到約lphr。典型的塑解劑可以是例如五 氯硫酚和二苯甲酰氨基二苯基二硫化物。 促進劑用來控制硫化所需時間和/或溫度，并改進硫化性能。在一個實施方案中， 可以使用單一促進劑體系，即第一促進劑。第一促進劑可以約0. 5到約4phr范圍內的總量 使用，在另一個實施方案中為約O. 8到約1. 5phr。在另一個實施方案中，可以使用第一促進 劑和第二促進劑的組合，其中第二促進劑以較小的量使用，如從約0. 05到約3phr，以活化 并促進硫化的性能。可以預期這些促進劑的組合對最終性能產生協同作用，并在一定程度 上好于那些單獨使用任一種促進劑所產生的性能。此外，可以使用滯后作用促進劑，其不受 通常的加工溫度影響而在普通硫化溫度下發生滿意的固化。還可以使用硫化延遲劑。本發明可以使用的合適類型的促進劑為胺、二硫化物、胍、硫脲、噻唑、秋蘭姆、亞磺酰胺、二硫代 氨基甲酸酯和黃原酸酯。在一個實施方案中，第一促進劑為亞磺酰胺。如果使用第二促進 劑，則在一個實施方案中第二促進劑為胍、二硫代氨基甲酸酯或秋蘭姆化合物。
橡膠組合物的混合可以通過橡膠混合領域技術人員已知的方法進行。例如成分通 常在至少兩個階段中混合，即至少一個非生產性階段、接著是生產性混合階段。包括硫硫化 劑的最終固化物通常在最終階段內混合，通常稱其為"生產性"混合階段，在其中混合通常 發生在低于之前非生產性混合階段的溫度的溫度或最終溫度下。橡膠和膠料在一個或多個 非生產性混合階段混合。術語"非生產性"和"生產性"混合階段是橡膠混合領域技術人員 熟知的。如果橡膠組合物包括含硫有機硅化合物，則可向橡膠組合物施加熱機械混合步驟。 熱機械混合步驟通常包括在混合器或擠出機中在14(TC和19(TC之間的溫度下一段適合制 備橡膠的時間段內的機械作用。合適的熱機械作用持續時間隨著操作條件和體積以及組分 的性質而變化。例如，熱機械作用可以是1到20分鐘。 胎圈包布可以是多種類型充氣輪胎的組件，包括但不限于客車輪胎、貨車輪胎、 飛機輪胎和越野車輪胎。胎圈包布應用于這些輪胎中的例子在US4， 898， 223、5， 885， 389、 6， 442， 280、6， 648， 041和6， 719， 029中公開。 在一個實施方案中，胎圈包布可用于漏氣保用客車輪胎。這種漏氣保用輪胎，不同 于上述飛機和越野車工業的高壓和高扭矩輪胎，可以與傳統客車輪胎相似地運行，除了這 些輪胎一般具有加強側壁，以當輪胎在幾乎沒氣或沒氣下運行時，必須承受車輛的重量。在 這種情況下，高的變形和負荷可以傳遞給輪胎的胎圈區域。迅速地，這些未充氣的輪胎可能 積累大量的熱，其能阻止輪胎的漏氣保用能力。在這些情況下，漏氣保用客車輪胎會變得壓 力過大和過負荷，與較大型飛機和越野車輪胎的高壓、高負荷和高扭矩應用的情況類似。因 此，漏氣保用輪胎的設計也可以裝備有胎圈包布以適應這些情況。 胎圈包布可以通過任何本領域已知的多種橡膠加工方法構造，包括但不限于壓延 和擠出。具有胎圈包布的輪胎可以用本領域已知的方法構造。 輪胎的硫化一般在通常從約10(TC到20(TC范圍內的溫度下進行。在一個實施方
案中，硫化在從約ll(TC到18(TC范圍內的溫度下進行。可以使用任何常用的硫化過程如在
壓機或模具中加熱，采用過熱蒸汽或熱空氣加熱。 本發明通過下面的非限制性實施例進一步舉例說明。 實施例1 在本實施例中，舉例說明了現有技術胎圈包布的輪胎和根據本發明的胎圈包布的 輪胎對總滾動阻力的貢獻。多種輪胎組件對輪胎總滾動阻力的貢獻的有限元分析(FEA)預 測在圖3中示出。如圖3所示，與現有技術的輪胎相比，根據本發明的胎圈包布對具有本發 明胎圈包布的輪胎來說得到了 2.3%的總滾動阻力的減少。因此，在一個實施方案中，輪胎 的滾動阻力可以比具有單一橡膠膠料的胎圈包布的其它方面相同的輪胎低1到5%。
雖然為了舉例說明本發明的目的，已經示出了一些代表性的實施方案和細節，但 對本領域技術人員來說顯而易見的是，在不背離本發明的主旨或范圍的情況下可以對此作 出各種變化和修改。
權利要求
充氣輪胎，其具有一對間隔開的胎圈組件，在所述胎圈組件之間的連接胎體，和置于環繞在每個所述胎圈組件至少一部分上且意在與剛性輪輞接觸的橡膠胎圈包布，其特征在于所述胎圈包布包括意在與剛性輪輞接觸的外皮層和在皮層內部放射狀放置的內芯層。
2. 權利要求1的充氣輪胎，其特征在于所述外皮層具有在1到3mm范圍內的厚度。
3. 權利要求1的充氣輪胎，其特征在于所述外皮層具有為外皮層和內芯層總厚度0. 1 到0.5倍的厚度。
4. 權利要求l的充氣輪胎，其特征在于所述外皮層具有為外皮層和內芯層總厚度O. 15 到O. 25倍的厚度。
5. 權利要求l的充氣輪胎，其特征在于輪胎的滾動阻力比具有單一橡膠膠料的胎圈包 布的其它方面相同的輪胎的滾動阻力低1到5%。
6. 權利要求l的充氣輪胎，其特征在于所述外皮層含有包括50到75phr增強炭黑的耐 磨橡膠膠料。
7. 權利要求6的充氣輪胎，其特征在于所述內芯層含有包括30到65phr增強炭黑和5 到20phr超高分子量聚乙烯的低滾動阻力橡膠膠料。
全文摘要
本發明涉及具有胎圈包布的輪胎，即一種充氣輪胎，其具有一對間隔開的胎圈組件，在所述胎圈組件之間的連接胎體，和置于環繞在每個所述胎圈組件至少部分上且意在與剛性輪輞接觸的橡膠胎圈包布，其中所述胎圈包布包括意在與剛性輪輞接觸的外皮層和在皮層內部放射狀放置的內芯層。
文檔編號B60C15/06GK101746228SQ20091025843
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月16日 優先權日2008年12月16日
發明者F·G·科瓦塞, I·L·L·M·蘭珀特, M·D·G·魯索, M·潘格納, P·B·R·布羅歇特 申請人:固特異輪胎和橡膠公司