專(zhuān)利名稱(chēng)：具有含短纖維元件的輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充氣輪胎，更具體地涉及具有含短纖維元件的充氣輪胎。
背景技術(shù)：
輪胎是一種若干元件的復(fù)合物，每個(gè)元件起特定和唯一的作用，但 是全部協(xié)同地起作用產(chǎn)生所需性能。 一個(gè)重要的元件是胎體簾布層
(carcass ply)。胎體簾布層是從胎圈延伸到胎圏并起輪胎增強(qiáng)部件作用的 涂膠平行簾線(xiàn)(cord)的連續(xù)層。簾布層是圍繞胎圖反包的(turned-up)，由 此將胎圈鎖進(jìn)入組合體或胎體中。在緊鄰胎體簾布層中，反包為三角膠 芯(apex)。三角膠芯包括位于高于胎圈的下胎側(cè)區(qū)域中的橡膠楔形件 (wedge),并由胎體簾布層接合和包覆。三角膠芯還包括位于下胎側(cè)橡膠 和胎體簾布層反包的軸向外側(cè)之間的區(qū)域。在胎圈和三角膠芯之間，可
以包括鋼絲圖外包布(flipper)，以及在胎體簾布層和胎圖包布之間，可
以包括胎跟加強(qiáng)層(chipper)。三角膠芯用來(lái)使靠近下胎側(cè)中的胎圈的區(qū)
域增強(qiáng)。鋼絲圈外包布用作胎圈和胎體簾布層之間的界面，防止胎體簾
布層和/或胎圈由于界面應(yīng)力而發(fā)生腐蝕。胎跟加強(qiáng)層用作胎體簾布層和
接觸輪輞的橡膠胎圈包布之間的界面。
當(dāng)用具有特定取向的短纖維增強(qiáng)時(shí)，三角膠芯、鋼絲圖外包布和胎
跟加強(qiáng)層性能可以改善。例如，具有徑向取向的纖維的三角膠芯可以改
善輪胎下胎側(cè)的抗撓剛度。在彈性體材料中使增強(qiáng)短纖維取向的已知技
術(shù)是以與加工設(shè)備中材料流向 一致和平行的方向在復(fù)合物中使纖維取
向的一般方法。但是，在實(shí)踐中經(jīng)常難以實(shí)現(xiàn)這種纖維取向，因?yàn)槔w維
對(duì)橡膠的分散和/或粘合性差。因此，需要一種具有取向的短纖維的三角
膠芯、鋼絲圈外包布或胎跟加強(qiáng)層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及充氣輪胎，包括三角膠芯、鋼絲圈外包布或胎跟加強(qiáng)層 的至少一種，三角膠芯、鋼絲圏外包布和胎跟加強(qiáng)層的至少一種包括橡 膠組合物，該橡膠組合物包括二烯基彈性體和每100重量份彈性體，5 至40重量份的長(zhǎng)度為0.5至20mm和厚度為2至30微米的短纖維，所
3迷纖維在其至少部分表面上配置有組合物，該組合物包括脂肪族脂脈酸
或合成微晶蠟；Bunte鹽；包括部分-[S]n或-[S]。-Zn-[S]p的多硫化物，其 中o和p各自為l-5， o + p = n，和n-2-6;和硫或石危給體。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的輪胎的一部分的剖面圖。 圖2為對(duì)兩個(gè)試樣測(cè)定的應(yīng)力比對(duì)應(yīng)變的曲線(xiàn)。 圖3為對(duì)三個(gè)試樣測(cè)定的應(yīng)力比對(duì)應(yīng)變的曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
公開(kāi)一種充氣輪胎，包括三角膠芯、鋼絲圏外包布和胎跟加強(qiáng)層的 至少一種，三角膠芯和鋼絲圏外包布的至少一種包括橡膠組合物，該橡 膠組合物包括二烯基彈性體和每100重量份彈性體，5至40重量份長(zhǎng)度 為1至10 mm和厚度為5至15微米的短芳族聚酰胺纖維，所述纖維在 其至少部分表面上配置有組合物，該組合物包括脂肪族脂肪酸或合成微 晶蠟；Bunte鹽；包括部分-[S]n或-[S]。-Zn-[S]p的多疏化物，其中o和p 各自為1-5, o + p = n，和n-2-6;和石危或石危給體。
橡膠組合物包括長(zhǎng)度為0.5至20 mm和厚度為2至30微米的短芳 族聚酰胺纖維，所述芳族聚酰胺纖維在其至少部分表面上配置有組合 物，該組合物包括脂肪族脂肪酸或合成微晶蠟；Bunte鹽；包括部分-[S]n 或-[S]。-Zn-[S]p的多硫化物，其中o和p各自為l-5,o + p-n,和n-2-6; 和硫或疏給體。在一個(gè)實(shí)施方案中，所迷合適的短芳族聚酰胺纖維如 WO2007/042229和WO2006/087161中教導(dǎo)的，在此將兩者的教導(dǎo)全部 地引入作為參考。
在一個(gè)實(shí)施方案中，短芳族聚酰胺纖維具有1至10 mm的長(zhǎng)度。在 一個(gè)實(shí)施方案中，短芳族聚酰胺纖維具有5至15微米的厚度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，脂肪族脂肪酸或合成微晶蠟以10至90wt。/o的 量存在，基于纖維、脂肪酸或蠟、Bunte鹽和多硫化物的重量。在一個(gè) 實(shí)施方案中，脂肪族脂肪酸或合成微晶蠟為脂肪族脂肪酸。在一個(gè)實(shí)施 方案中，脂肪族脂肪酸為硬脂酸。在一個(gè)實(shí)施方案中，合成微晶蠟為聚 乙烯蠟。
在一個(gè)實(shí)施方案中，Bunte鹽具有式(H)m'-(R'-S-S(VM+)M'xH20, 其中m為1或2, m'為0或1， m + m' = 2; x為0-3， M選自Na、 K、 Li、 ！4Ca、 '/2Mg和'/3Al， R1選自C1-C12亞烷基、C1-C12亞烷氧基和
4C7-C12亞芳烷基。在一個(gè)實(shí)施方案中，Bunte鹽具有m-2， m'-0， R1 為Cl至C12亞烷基。在一個(gè)實(shí)施方案中，Bunte鹽為雙硫代硫酸-1,6-己二醇酯二鈉鹽二水合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，Bunte鹽的量為0.25至25 wt%，基于純纖維 (plain fiber)的重量。在一個(gè)實(shí)施方案中，Bunte鹽的量為2至10 wt%， 基于純纖維的重量。
在一個(gè)實(shí)施方案中，多硫化物選自四硫化二亞環(huán)戊基秋蘭姆、雙-3-三乙氧基甲硅烷基丙基四硫化物、烷基酚多硫化物、巰基苯并噻唑鋅和 2-巰基苯并p塞唑基二硫化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，多硫化物為2-巰基苯 并噻唑基二-危化物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，多硫化物的量為0.01至15 wt%,基于純纖維 的重量。在一個(gè)實(shí)施方案中，多硫化物的量為0.1至3 wt%,基于純纖 維的重量。
在一個(gè)實(shí)施方案中，石充可以為粉狀石危、沉淀石危和不溶性石充。在一個(gè) 實(shí)施方案中，硫給體可以為二疏化四甲基秋蘭姆、二硫化四乙基秋蘭姆、 二硫化四丁基秋蘭姆、六硫化二亞戊基秋蘭姆、四疏化二亞戊基秋蘭姆、 二硫代二嗎啉及其混合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，硫或硫給體的量為0.001至10wt%,基于純纖 維的重量。在一個(gè)實(shí)施方案中，硫或硫給體的量為0.01至2.5 wt%,基 于純纖維的重量。
在一個(gè)實(shí)施方案中，Bunte鹽、多疏化物和硫或硫給體的組合以0.5 至30wt。/。的量存在，基于純纖維的重量。在一個(gè)實(shí)施方案中，Bunte鹽、 多疏化物和硫或硫給體的組合以1至20wt。/。的量存在，基于純纖維的重 量。在一個(gè)實(shí)施方案中，Bunte鹽、多硫化物和硫或硫給體的組合以2 至8wt。/o的量存在，基于純纖維的重量。
在一個(gè)實(shí)施方案中，短芳族聚酰胺纖維具有1至10 mm的長(zhǎng)度和5 至15微米的厚度，所迷纖維在其至少部分表面上配置有組合物，該組 合物包括脂肪族脂肪酸；Bunte鹽；包括部分-[S]n或-[S]o-Zn-[S]p的多 石克化物，其中o和p各自為l-5， o + p = n，和n-2-6;和石危或石危給體， 所迷短芳族聚酰胺纖維以每100重量份二烯基彈性體，l至40重量份(phr) 的含量存在于橡膠組合物中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，短纖維以每100重 量份二烯基彈性體，5至50重量份(phr)的含量存在于橡膠組合物中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，短纖維以每100重量份二烯基彈性體，10至30重 量份(phr)的含量存在于橡膠組合物中。
橡膠組合物可以和含有烯屬不飽和基的橡膠或彈性體一起使用。短 語(yǔ)"含烯屬不飽和基的橡膠或彈性體"或"二烯基彈性體"擬包括天然橡膠 和其各種未加工和再生形式以及各種合成橡膠。在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中， 除非另有規(guī)定，術(shù)語(yǔ)"橡膠"和"彈性體"可以互換使用。術(shù)語(yǔ)"橡膠組合 物"、"混煉膠，，和"橡膠膠料"可互換使用，表示已經(jīng)與各種組分和材料共 混或混合的橡膠，并且這種術(shù)語(yǔ)是橡膠混合或橡膠混煉領(lǐng)域中技術(shù)人員 公知的。代表性的合成聚合物為丁二烯及其同系物和衍生物，例如曱基 丁二烯、二甲基丁二烯和戊二烯的均聚產(chǎn)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。其中后者為乙炔， 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 各種不飽和趁、酮和醚，例如丙烯醛、甲基異丙烯基酮和乙烯基乙基醚。 合成橡膠的具體實(shí)例包括氯丁橡膠(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、 鹵代丁基橡膠，例如氯丁基橡膠或溴丁基橡膠，苯乙烯/異戊二烯/丁二 烯橡膠、1,3-丁二烯或異戊二烯與例如苯乙烯、丙烯腈和甲基丙烯酸甲 酯的單體的共聚物，以及乙烯/丙烯三元共聚物，亦稱(chēng)乙烯/丙烯/二烯單 體(EPDM)，以及具體是乙烯/丙烯/二環(huán)戊二烯三元共聚物?？梢允褂玫?橡膠的另外的實(shí)例包括烷氧基-甲硅烷基端基官能化溶液聚合的聚合物 (SBR、 PBR、 IBR和SIBR)、硅偶聯(lián)和錫偶聯(lián)星形支化聚合物。優(yōu)選的 橡膠或彈性體為聚異戊二烯(天然的或合成的)、聚丁二烯和SBR。
在一個(gè)方面，橡膠優(yōu)選具有至少兩種二烯基橡膠。例如，兩種或多 種橡膠的組合是優(yōu)選的，例如順式1,4-聚異戊二烯橡膠(天然的或合成 的，但是優(yōu)選天然的)、3,4-聚異戊二烯橡膠、苯乙烯/異戊二烯/丁二烯 橡膠、乳液和溶液聚合衍生的苯乙烯/丁二烯橡膠、順式l,4-聚丁二烯橡 膠和乳液聚合制備的丁二烯/丙烯腈共聚物。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，可以使用具有約20至約28%結(jié)合苯乙烯的 相對(duì)常規(guī)苯乙烯含量的乳液聚合衍生的苯乙烯/丁二烯(E-SBR)，或者對(duì) 于一些應(yīng)用，可以使用具有中等至相對(duì)高結(jié)合苯乙烯含量，即約30至約45。/。結(jié)合苯乙烯含量的E-SBR。
對(duì)于乳液聚合制備的E-SBR，其表示苯乙烯和1，3-丁二烯以水乳液 的形式共聚合。這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。結(jié)合苯乙烯含量可以例如 從約5至約50%變化。在一個(gè)方面，E-SBR也可以含有丙烯騎以形成三 元共聚物橡膠，如E-SBAR,在三元共聚物中結(jié)合丙烯腈的量例如為約 2至約30 wt°/。。
在共聚物中含有約2至約40 wt。/。結(jié)合丙烯腈的乳液聚合制備的笨 乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物橡膠也考慮作為二烯基橡膠用于本發(fā)明。
溶液聚合制備的SBR(S-SBR)通常具有約5至約50,優(yōu)選約9至約 36%的結(jié)合苯乙烯含量。該S-SBR可以例如通過(guò)在有機(jī)烴熔劑存在下的 有機(jī)鋰催化方便地制備。
在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用順式1,4-聚丁二烯橡膠(BR)。這種BR 可以例如通過(guò)1,3-丁二烯的有機(jī)溶液聚合制備。這種BR可以例如通過(guò) 具有至少90%的順式1，4-含量加以方便地表征。
順式1，4-聚異戊二蹄和順式1,4-聚異戊二烯天然橡膠是橡膠領(lǐng)域技 術(shù)人員公知的。
如在此使用的和根椐常規(guī)實(shí)踐，術(shù)語(yǔ)"phr，，表示"每100重量份橡膠 或彈性體，相應(yīng)材料的重量份"。
橡膠組合物也可以包括至多70phr的加工油。加工油可以以通常用 于增量彈性體的增量油的形式包括在橡膠組合物中。加工油也可以通過(guò) 在橡膠配混過(guò)程中直接添加油而包括在橡膠組合物中。使用的加工油可 以包括存在于彈性體中的增量油和配混過(guò)程中添加的加工油。適合的加 工油包括本領(lǐng)域已知的各種油類(lèi)，包括芳族、石蠟族、脂環(huán)烴、植物油， 以及低PCA油，例如MES、 TDAE、 SRAE和重質(zhì)脂環(huán)烴油。合適的低 PCA油包括如由IP346法測(cè)定的多環(huán)芳族烴含量小于3 wt。/。的那些。 IP346法的步驟可以在由Institute of Petroleum ， United Kingdom出版的 Standard Methods for Analysis & Testing of Petroleum and Related Products和British Standard 2000 Parts, 2003，第62版中找到。
橡膠組合物可以包括約10至約150phr的二氧化硅。在另一個(gè)實(shí)施 方案中，可以使用20至80phr的二氧化硅。
硅質(zhì)顏料(二氧化，硅)。在一個(gè)實(shí)施方案中,、;k用沉淀二氧'^硅。用于本發(fā)明的常規(guī)硅質(zhì)顏料為沉淀二氧化硅，例如通過(guò)可溶性硅酸鹽，例如硅 酸鈉酸化得到的那些。
這種常規(guī)二氧化硅可以例如用如使用氮?dú)鉁y(cè)定的BET表面積加以 表征。在一個(gè)實(shí)施方案中，BET表面積可以為約40至約600米2/克。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，BET表面積可以為約80至約300米2/克。測(cè)量 表面積的BET法^己載于Journal of the American Chemical Society,巻60, 304頁(yè)(1930年)。
常規(guī)二氧化硅也可以特征為具有約100至約400，可選地為約150 至約300的鄰苯二曱酸二丁酯(DBP)吸收值。
常規(guī)二氧化硅可以預(yù)期具有如用電子顯微鏡測(cè)定的例如0.01至 0.05微米的平均最大粒度，但是二氧化硅顆粒的尺寸可以甚至更小或可 能更大。
可以使用各種可商購(gòu)二氧化硅，在此僅用于舉例而非限制，例如可 從PPG Industries以Hi-Sil商標(biāo)以及牌號(hào)210、 243等商購(gòu)的二氣化硅； 購(gòu)自Rhodia，例如牌號(hào)為Z1165MP和Z165GR的二氧化硅，以及購(gòu)自 Degussa AG，例如牌號(hào)為VN2和VN3的二氧化硅等。
通常使用的炭黑可以以10至150phr的量用作常規(guī)填料。在另一個(gè) 實(shí)施方案中，可以使用20至80 phr的炭黑。這種炭黑的代表性實(shí)例包 括NUO、 N121、 N134、 N220、 N231、 N234、 N242、 N293、 N299、 N315、 N326、 N330、 N332、 N339、 N343、 N347、節(jié)l、 N358、 N375、 N539、 N550、 N582、 N630、 N642、 N650、 N683、 N754、 N762、 N765、 N774、 N787、 N907、 N908、 N990和N991。這些炭黑的碘吸收為9至145 g/kg， DBP數(shù)為34至150 cm3/100 g。
其它填料可以用于橡膠組合物，包括但不限于顆粒填料，包括超高 分子量聚乙烯(UHMWPE)、交聯(lián)顆粒聚合物凝膠，包括但不限于US 6,242，534; 6,207,757; 6,133,364; 6,372,857; 5,395,891或6,127,488中 公開(kāi)的那些，和增塑淀粉復(fù)合填料，包括但不限于US 5,672,639中公開(kāi) 的那些。這種其它填料可以以1至30phr的量使用。
在一個(gè)實(shí)施方案中，橡膠組合物可以含有常規(guī)的含硫有機(jī)硅化合 物。適合的含硫有機(jī)硅化合物的實(shí)例具有下式
Z — Alk — Sn — Alk — Z III
其中Z選自
8<formula>formula see original document page 9</formula>
其中W為1至4個(gè)碳原子的烷基，環(huán)己基或苯基；112為1至8個(gè)碳原 子的烷氧基或5至8個(gè)碳原子的環(huán)烷氧基；Alk為1至18個(gè)碳原子的二 價(jià)烴，以及n為2至8的整數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，含硫有機(jī)硅化合物為3，3'-二(三甲氧基或三乙氧 基甲硅烷基丙基)多疏化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，含硫有機(jī)硅化合物為 3,3'-二(三乙氧基曱硅烷基丙基)二硫化物和/或3,3'-二(三乙氣基甲硅烷 基丙基)四硫化物。因此關(guān)于式III， Z可以為
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中W為2至4個(gè)碳原子，可選地2個(gè)碳原子的烷氧基；alk為2至4 個(gè)碳原子，可選地3個(gè)碳原子的二價(jià)烴；n為2至5，可選地2或4的整數(shù)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，適合的含硫有機(jī)硅化合物包括US 6,608，125 中公開(kāi)的化合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，含硫有機(jī)硅化合物包括3-(辛酰 基硫代)-l-丙基三乙氧基硅烷，CH3(CH2)6C(=0)-S-CH2CH2CH2Si-(OCH2CH3)3，其可以NXT"購(gòu)自Momentive Performance Materials。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，適合的含硫有機(jī)硅化合物包括US 2003/0130535中公開(kāi)的那些。在一個(gè)實(shí)施方案中，含疏有機(jī)硅化合物為 購(gòu)自Degussa的Si-363。
橡膠組合物中含硫有機(jī)硅化合物的量將根據(jù)使用的其它添加劑的 水平變化。 一般而言，化合物的量將從0.5至20phr變化。在一個(gè)實(shí)施 方案中，該量為1至10phr。
本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，該橡膠組合物將由橡膠配混領(lǐng)域中通常
已知的方法配混，例如將各種硫可^E充化組分橡膠與各種通常使用的添加 劑材料混合，所述添加劑材料例如硫給體、固化助劑，例如活化劑、遲 延劑和加工添加劑，例如油，樹(shù)脂，包括增粘樹(shù)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膠溶劑。如本領(lǐng)域技 術(shù)人員已知的，根據(jù)硫可硫化和硫己硫化的材料(橡膠)的預(yù)期用途，選 擇并以常規(guī)量一般使用上述添加劑。硫給體的代表性實(shí)例包括元素硫(單 體疏)、胺二疏化物、聚合多疏化物和硫烯烴加合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，
該疏-硫化劑為元素硫。疏-硫化劑可以以0.5至8 phr的量使用，可選地 為1.5至6phr的范圍使用。如果使用，增粘劑樹(shù)脂的典型量為約0.5至 約10phr，通常為約1至約5phr。加工助劑的典型量為約1至約50 phr。 抗氧劑的典型量為約1至約5 phr。代表性抗氧劑可以為例如二苯基對(duì)苯 二胺和其它，例如公開(kāi)于The Vanderbilt Rubber Handbook (1978年)，344 至346頁(yè)中的那些?？钩粞鮿┑牡湫土繛榧s1至5phr。如果使用，脂肪 酸的典型量為約0.5至約3 phr,所述脂肪酸可以包括硬脂酸。氧化鋅的 典型量為約2至約5 phr。蠟的典型量為約1至約5 phr。通常使用微晶 蠟。膠溶劑的典型量為約0.1至約1 phr。典型膠溶劑可以為例如五氯噻 吩和二苯曱酰氨基二苯基二硫化物。
促進(jìn)劑用來(lái)控制硫化所需的時(shí)間和/或溫度，以及改善硫化產(chǎn)品的性 能。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用單一促進(jìn)劑體系，即主要促進(jìn)劑。主 要促進(jìn)劑可以以約0.5至約4phr,可選地為約0.8至約1.5phr的總量使 用。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用主要和次要促進(jìn)劑的組合，其中次 要促進(jìn)劑以例如約0.05至約3 phr的較少量使用，以便活化和改善疏化 產(chǎn)品的性能。這些促進(jìn)劑的組合可以預(yù)期對(duì)最終性能產(chǎn)生協(xié)同作用，并 且略微比單獨(dú)使用任一種促進(jìn)劑產(chǎn)生的那些效果更好。另外，可以使用 不受普通加工溫度影響，但在普通硫化溫度下產(chǎn)生滿(mǎn)意固化的延遲作用 促進(jìn)劑。也可以使用硫化延遲劑?？梢杂糜诒景l(fā)明的合適類(lèi)型的促進(jìn)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(gè)實(shí)施方案中，主要促進(jìn)劑為亞磺酰胺。如果使 用次要促進(jìn)劑，則該次要促進(jìn)劑可以為胍、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用橡膠混合領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法完成。 例如，各組分通常在至少兩個(gè)階段中混合，即至少一個(gè)非生產(chǎn)階段，接 著是生產(chǎn)混合階段。包括硫-硫化劑的最終固化劑通常在傳統(tǒng)稱(chēng)為"生產(chǎn)" 混合階段的最后階段混入，其中混合通常在低于先前非生產(chǎn)混合階段的 混合溫度的溫度或最終溫度下發(fā)生。術(shù)語(yǔ)"非生產(chǎn)"和"生產(chǎn)"混合階段是
10橡膠混合領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。橡膠組合物可以進(jìn)行熱機(jī)械混合步驟。 熱機(jī)械混合步驟通常包括在混合器或擠出機(jī)中機(jī)械加工 一段適當(dāng)?shù)臅r(shí)
間，以便產(chǎn)生M0。C至190。C的橡膠溫度。熱機(jī)械運(yùn)行的適當(dāng)持續(xù)時(shí)間 作為操作條件及各組分的體積和性質(zhì)的函數(shù)變化。例如，熱機(jī)械可以運(yùn) 行1至20分鐘。
將橡膠組合物碾壓、壓延或擠出以形成三角膠芯、鋼絲團(tuán)外包布或 胎跟加強(qiáng)層。形成的元件將具有在加工方向取向的短纖維，也即纖維的 相當(dāng)大的部分通常將在與加工設(shè)備中的材料流動(dòng)方向一致和平行的方 向取向。橡膠組合物將具有各向異性度，也即在與加工方向一致的方向 測(cè)定的模量大于在與加工方向垂直的方向測(cè)定的模量。
橡膠組合物被摻入三角膠芯、鋼絲圏外包布或胎跟加強(qiáng)層中。
現(xiàn)在參考圖1，本發(fā)明的輪胎含有胎體簾布層10，胎體簾布層10 具有反包部分12和終端M。三角膠芯16與胎體簾布層反包14緊鄰， 包括高于胎圏18的區(qū)域并由胎體簾布層IO和胎體簾布層反包12或胎 側(cè)膠料20包覆。三角膠芯也包括位于下胎側(cè)20和簾布層反包12軸向 外側(cè)之間的區(qū)域22。胎圈8和胎體簾布層IO之間的界面為鋼絲圈外包 布24。設(shè)置在胎體簾布層10外部并以基本上與胎體簾布層10平行的關(guān) 系延伸的是胎跟加強(qiáng)層26。圍繞胎圈18外部設(shè)置的是胎圈包布28，用 來(lái)保護(hù)來(lái)自輪輞(未示出)的胎體簾布層12,在輪輞之上分布撓曲，和密 封輪胎。三角膠芯16、鋼絲圈外包布24或胎跟加強(qiáng)層26的至少一種構(gòu) 成在此所述的橡膠組合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，元件為鋼絲圈外包布。在現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用中，鋼 絲圈外包布通常包括織物簾線(xiàn)。在這種鋼絲圈外包布應(yīng)用中，簾線(xiàn)不能 在與輪胎徑向零度徑向的方向取向，因?yàn)樵谳喬ブ圃爝^(guò)程中胎圈處經(jīng)歷 半徑升高。于是典型地，簾線(xiàn)相對(duì)于輪胎徑向以45度角布置，允許輪 胎制造過(guò)程中半徑升高和鋼絲圈外包布變形；參見(jiàn)例如US 6,659,148。 相反，對(duì)于本發(fā)明的短纖維組合物，可以構(gòu)成鋼絲圖外包布使得短纖維 可以相對(duì)于輪胎徑向在零度取向。這理想地在胎團(tuán)處提供額外支持，抵 消胎圈處受到的方向性應(yīng)力。因此，本發(fā)明的鋼絲圈外包布不受零度取 向的限制，而是可以在一個(gè)實(shí)施方案中存在相對(duì)于輪胎徑向，基本上以 0至90度角取向的短纖維?；救∠虮硎静贾娩摻z圈外包布膠料，使得 關(guān)于對(duì)應(yīng)于與鋼絲圈外包布制造工藝(即壓延或擠出)傳播方向平行的鋼絲圏外包布的方向，方向可以以相對(duì)于輪胎徑向，0至90度的角度取向。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以布置鋼絲圈外包布，以相對(duì)于輪胎徑向O至 45度的角度使纖維取向。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以布置鋼絲圈外包布， 以相對(duì)于輪胎徑向0至20度的角度使纖維取向。在另一個(gè)實(shí)施方案中， 可以布置鋼絲圏外包布，以相對(duì)于輪胎徑向0至10度的角度使纖維取 向。
本發(fā)明的充氣輪胎可以為賽車(chē)輪胎、轎車(chē)輪胎、飛機(jī)輪胎、農(nóng)用輪 胎、推土機(jī)輪胎、越野輪胎、卡車(chē)輪胎等。在一個(gè)實(shí)施方案中，輪胎為 轎車(chē)輪胎或卡車(chē)輪胎 輪胎也可以為子午胎或斜交胎。
本發(fā)明的充氣輪胎的硫化通常在約IOO'C至200。C的常規(guī)溫度下進(jìn) 行。在一個(gè)實(shí)施方案中，石?；诩sIIO'C至180。C的溫度下進(jìn)行?？梢?使用任何常用疏化工藝，例如在壓機(jī)或模具中加熱、用過(guò)熱蒸汽或熱空 氣加熱。這種輪胎可以用已知的和對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是立即顯而易 見(jiàn)的各種方法制造、成型、模塑和固化。
本發(fā)明通過(guò)以下非限制性實(shí)施例來(lái)進(jìn)一 步舉例說(shuō)明。
實(shí)施例1
在該實(shí)施例中，舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明向鋼絲圈外包布橡膠組合物中 添加短纖維的效果。按照如表1所示的配方制備含有二烯基彈性體、填 料、加工助劑、抗降解劑和固化劑的橡膠組合物，所有量以每100重量 份基礎(chǔ)彈性體中的重量份(phr)給出。試樣1不含短纖維并用作對(duì)照物。 試樣2包括Sulfron 3000短纖維并代表本發(fā)明。
將橡膠試樣碾壓成片材并切成拉伸試樣。將拉伸試樣在兩個(gè)取向方 向切割， 一個(gè)為與試樣碾壓方向平行的測(cè)試牽引方向， 一個(gè)為與試樣碾 壓方向垂直的測(cè)試牽引方向。以這種方式，測(cè)量纖維取向(通常在碾壓方 向)的作用和因此橡膠組合物的各向異性。然后測(cè)量拉伸試樣在各種應(yīng)變 下的應(yīng)力。然后對(duì)各個(gè)應(yīng)變計(jì)算應(yīng)力比，其定義為(與碾壓方向平行的方 向測(cè)定的應(yīng)力)/(與碾壓方向垂直的方向測(cè)定的應(yīng)力)。圖2中示出應(yīng)力比 對(duì)應(yīng)變的結(jié)果。
12表1
非生產(chǎn)混合階段
試樣號(hào)12
天然橡膠100100
炭黑15750
樹(shù)脂23.53.5
抗氧劑34,254.25
石蠟油20
氧化鋅88
硬脂酸20
二氧化硅48.68.6
短纖維5015
生產(chǎn)混合階段
HMMM644
促進(jìn)劑71.051.05
不溶性矽u55
延遲劑80.20.2
1 HAF型
2苯酚-甲醛型
3對(duì)苯二胺和唾啉型
4表面積125 m2/g
5 Sulfron 3000, 57.4%芳族聚酰胺短纖維(長(zhǎng)度3 mm，直徑12微 米)以及36.8%硬脂酸和5.8%處理的共混物
6 二氧化硅栽體上的六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM) 7亞碌酰胺型
8鄰苯二甲酰亞胺型
如圖2所示，含有短纖維的試樣2的應(yīng)力比在約40至50%應(yīng)變下 顯示最大值，表示纖維在試樣中強(qiáng)烈的各向異性增強(qiáng)作用。這種各向異 性對(duì)于例如三角膠芯、鋼絲圖外包布和胎跟加強(qiáng)層的應(yīng)用是重要的，其 中由于這些輪胎元件在低應(yīng)變下受到的方向性應(yīng)力，各向異性增強(qiáng)是有利的。比較而言，沒(méi)有纖維的對(duì)照試樣1不顯示這種各向異性。
實(shí)施例2
在該實(shí)施例中，舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明向鋼絲團(tuán)外包布橡膠組合物中 添加短纖維的效果。按照如表1所示的配方制備含有二烯基彈性體、填 料、加工助劑、抗降解劑和固化劑的橡膠組合物，所有量以每100重量 份基礎(chǔ)彈性體中的重量份(phr)給出。試樣3不含短纖維并用作對(duì)照物。 試樣4包括Sulfron 3000短纖維并代表本發(fā)明。試樣5包括用尼龍?zhí)幚?的短芳族聚酰胺纖維并且為對(duì)比試樣。
將橡膠試樣碾壓成片材并切成拉伸試樣。將拉伸試樣在兩個(gè)取向方 向切割， 一個(gè)為與試樣碾壓方向平行的測(cè)試牽引方向， 一個(gè)為與試樣碾 壓方向垂直的測(cè)試牽引方向。以這種方式，測(cè)量纖維取向(通常在碾壓方 向)的作用和因此橡膠組合物的各向異性。然后測(cè)量拉伸試樣在各種應(yīng)變 下的應(yīng)力。然后對(duì)各個(gè)應(yīng)變計(jì)算應(yīng)力比，其定義為(與碾壓方向平行的方 向測(cè)定的應(yīng)力)/(與碾壓方向垂直的方向測(cè)定的應(yīng)力)。圖3中示出應(yīng)力比 對(duì)應(yīng)變的結(jié)果。
表2
非生產(chǎn)混合階段
試樣號(hào)34
天然橡膠100100100
炭黑1402532.5
抗氧劑2111
加工油3222
氧化鋅
硬脂酸0.50.50.5
短纖維4020.20
短纖維50010
生產(chǎn)混合階段
抗氧劑62.52.52.5
不溶性硫1.751.751.75
促進(jìn)劑71.351.351.35
ASTM N-3472全啉型
3低級(jí)多環(huán)芳族(PCA)型
4Sulfron 3000, 57.4%芳族聚酰胺短纖維(長(zhǎng)度3 mm，直徑12微米) 以及36.8%硬脂酸和5.8%處理的共混物。 5尼龍涂布的芳族聚酰胺短纖維 6對(duì)苯二胺型 7亞-黃酰胺型
如圖3所示，含有短纖維的試樣4和5的應(yīng)力比在低應(yīng)變下顯示最 大值，表示纖維在這些試樣中強(qiáng)烈的各向異性增強(qiáng)作用。但是，與其中 在較低應(yīng)變下觀察到明顯屈服的試樣4相比，含有根椐本發(fā)明處理的芳 族聚酰胺短纖維的試樣5在更高應(yīng)變下顯示一個(gè)峰以及寬得多的屈服。 這種行為表明本發(fā)明的試樣5顯示短纖維對(duì)橡膠基質(zhì)的優(yōu)越的粘合性， 如由較高應(yīng)變下的寬屈服峰說(shuō)明的。相反，試樣4的較低應(yīng)變下的明顯 屈服表明試樣4中纖維的粘合性差得多。由試樣5顯示的這種各向異性 對(duì)例如三角膠芯、鋼絲圏外包布和胎跟加強(qiáng)層的應(yīng)用重要，其中由于這 些輪胎元件在低應(yīng)變下經(jīng)受的方向性應(yīng)力，各向異性增強(qiáng)與良好的纖維 粘合性一起是有利的。與試樣4相比，本發(fā)明試樣5的優(yōu)越的粘合性和 低應(yīng)變下的寬屈服是令人驚訝的和預(yù)料不到的。典型地，短纖維顯示試 樣4顯示的性能以及低應(yīng)變下的明顯屈服，表明粘合性差和隨之而來(lái)的 不能在通常在三角膠芯、鋼絲圈外包布和胎跟加強(qiáng)層應(yīng)用中所見(jiàn)的應(yīng)變 下在膠料中運(yùn)用任何各向異性。相反，根椐本發(fā)明的試樣5顯示優(yōu)越得 多的粘合性和在較高應(yīng)變下的寬屈服，表明膠料試樣將在三角膠芯、鋼 絲圏外包布或胎跟加強(qiáng)層應(yīng)用中表現(xiàn)更好。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)比，沒(méi)有纖維 的對(duì)照試樣3不顯示這種各向異性。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的橡膠組合物在30至50%應(yīng)變下具有 大于1.5的應(yīng)力比。在一個(gè)實(shí)施方案中，橡膠組合物在30至50%應(yīng)變下 具有大于2的應(yīng)力比。
實(shí)施例3
該實(shí)施例舉例說(shuō)明使用包括本發(fā)明橡膠組合物的鋼絲圈外包布的 效果。制造具有相同質(zhì)量的三個(gè)輪胎，每個(gè)具有不同的鋼絲圈外包布結(jié) 構(gòu)。輪胎1制成具有一個(gè)具有常規(guī)增強(qiáng)簾線(xiàn)的鋼絲圈外包布。輪胎2制
15成具有一個(gè)具有橡膠膠料的鋼絲團(tuán)外包布，所述橡膠膠料具有本發(fā)明的
短取向纖維。輪胎3制成具有一個(gè)具有橡膠膠料的鋼絲團(tuán)外包布，所迷 橡膠膠料沒(méi)有纖維或簾線(xiàn)。測(cè)量輪胎在額定輪胎負(fù)荷下的切線(xiàn)剛度，在 492kg負(fù)荷下測(cè)量20mm偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在表3中示出。
輪胎號(hào) 鋼絲圏外包布增強(qiáng)物垂直剛度(N/mm2
1 簾線(xiàn) 278
2 短纖維 271
3 無(wú) 264
如表3所示，用本發(fā)明鋼絲圏外包布制造的輪胎在簾線(xiàn)增強(qiáng)的鋼絲 圈外包布和未增強(qiáng)的鋼絲圖外包布之間顯示良好的垂直剛度。
盡管為了舉例說(shuō)明本發(fā)明的目的已經(jīng)給出了某些代表性實(shí)施方案 和細(xì)節(jié)，但是對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在不脫離本 發(fā)明精神或范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1. 充氣輪胎，其特征在于至少一種選自三角膠芯、鋼絲圈外包布和胎跟加強(qiáng)層的元件，該至少一種元件包括橡膠組合物，該橡膠組合物包括二烯基彈性體和每100重量份彈性體，5至40重量份長(zhǎng)度為0.5至20mm和厚度為2至30微米的短芳族聚酰胺纖維，所述纖維在其至少部分表面上配置有組合物，該組合物包括脂肪族脂肪酸或合成微晶蠟；Bunte鹽；包括部分-[S]n或-[S]o-Zn-[S]p的多硫化物，其中o和p各自為1-5，o+p＝n，n＝2-6；和硫或硫給體。
2. 權(quán)利要求1的充氣輪胎，其特征在于脂肪族脂肪酸或合成微晶 蠟為硬脂酸。
3. 權(quán)利要求2的充氣輪胎，其特征在于硬脂酸構(gòu)成全部纖維、硬脂 酸、Bunte鹽、多疏化物和硫或硫給體的10至90wt0/0。
4. 權(quán)利要求1的充氣輪胎，其特征在于Bume鹽為雙硫代硫酸-l,6-己二醇酯二鈉鹽二水合物， 多疏化物為2-二巰基苯并p羞唑基二硫化物。
5. 權(quán)利要求l的充氣輪胎，其特征在于Bunte鹽的量為0.25至25 wt%,基于纖維重量，多疏化物的量為0.01至15 wt%，基于纖維重量， 以及疏或硫給體的量為0.001至10wt%,基于纖維重量。
6. 權(quán)利要求l的充氣輪胎，其特征在于所述元件為鋼絲圈外包布。
7. 權(quán)利要求6的充氣輪胎，其特征在于鋼絲圈外包布布置為相對(duì)于 輪胎徑向，短纖維基本上以0至45度角取向。
8. 權(quán)利要求6的充氣輪胎，其特征在于鋼絲圏外包布布置為相對(duì)于 輪胎徑向，短纖維基本上以0至0度角取向。
9. 權(quán)利要求l的充氣輪胎，其特征在于在30至50%應(yīng)變下本發(fā)明 的橡膠組合物具有大于1.5的應(yīng)力比。
10. 權(quán)利要求1的充氣輪胎，其特征在于短芳族聚酰胺纖維具有1 至10毫米的長(zhǎng)度和5至15微米的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有含短纖維元件的輪胎，這種充氣輪胎包括三角膠芯、鋼絲圈外包布或胎跟加強(qiáng)層的至少一種，三角膠芯、鋼絲圈外包布和胎跟加強(qiáng)層的至少一種包括橡膠組合物，該橡膠組合物包括二烯基彈性體和每100重量份彈性體，5至40重量份的長(zhǎng)度為0.5至20mm和厚度為2至30微米的短纖維，所述纖維在其至少部分表面上配置有組合物，該組合物包括脂肪族脂肪酸或合成微晶蠟；Bunte鹽；包括部分-[S]_n或-[S]_o-Zn-[S]_p的多硫化物，其中o和p各自為1-5，o+p＝n，和n＝2-6；和硫或硫給體。
文檔編號(hào)B60C9/04GK101462467SQ20081018598
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者A·萊希滕貝默, D·G·維措雷克 申請(qǐng)人:固特異輪胎和橡膠公司