РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ БОРТОВОЙ ЛЕНТЫ Российский патент 2010 года по МПК C08L9/00 

Настоящее изобретение относится к резиновой смеси для бортовой ленты.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Высокую долговечность рассматривают как особенно важную характеристику шины для большой нагрузки для грузового автомобиля, автобуса и т.д., и среди частей шины необходимо повысить долговечность брекерного пояса (брекерной части), составляющего шину, и бортовой части, находящейся в контакте с ободом. Так как для бортовой части особенно требуется достаточная долговечность, между ободом и бортовой частью размещают бортовую ленту в качестве участка твердой резины с целью подавления деформации бортовой части.

Известно, что для повышения твердости бортовой ленты в состав резиновой смеси для бортовой ленты вводили технический углерод в качестве армирующего наполнителя, однако не смогли получить достаточные значения твердости и удлинения при разрыве, требуемые для бортовой ленты.

В JP-A-2004-106796 описана резиновая смесь для шины, в состав которой входит бутадиеновый каучук, в котором диспергирован синдиотактический 1,2-полибутадиен. Однако, поскольку синдиотактический 1,2-полибутадиен в бутадиеновом каучуке имеет большой средний диаметр первичной частицы и не диспергирован в достаточной степени, твердость и удлинение при разрыве резиновой смеси не достаточны.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является получение резиновой смеси для бортовой ленты, предоставляющей возможность подавлять образование трещин в бортовой ленте при монтаже на обод или снятии с обода, а также повышающей долговечность бортовой части вследствие достаточного повышения твердости и удлинения при разрыве.

Настоящее изобретение относится к резиновой смеси для бортовой ленты, которая включает каучуковый компонент, содержащий бутадиеновый каучук, в котором диспергирован синдиотактический 1,2-полибутадиен, имеющий средний диаметр первичной частицы не более 100 нм; при этом твердость указанной резиновой смеси, определенная по японскому промышленному стандарту JIS-A, составляет от 75 до 85 единиц, а удлинение при разрыве, измеренное в испытании на растяжение, составляет не менее 180%.

Предпочтительно, чтобы резиновая смесь для бортовой ленты включала не менее 30 мас.% натурального каучука в каучуковом компоненте.

Настоящее изобретение также относится к шине, имеющей бортовую ленту, которая включает описанную выше резиновую смесь для бортовой ленты.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Резиновая смесь для бортовой ленты по настоящему изобретению включает каучуковый компонент, а данный каучуковый компонент содержит бутадиеновый каучук (БК, содержащий СПБ), в котором диспергирован синдиотактический 1,2-полибутадиен.

Резиновая смесь для бортовой ленты по настоящему изобретению содержит БК, содержащий СПБ, имеющий средний диаметр первичной частицы не более 100 нм, в качестве каучукового компонента, таким образом, предоставляя возможность сохранения значения удлинения при разрыве резины, наряду с дополнительным повышением высокой твердости, требуемой для бортовой ленты.

Что касается БК, содержащего СПБ, то синдиотактический 1,2-полибутадиен (СПБ) достаточно тонко диспергирован в БК, который представляет собой матрицу, а средний диаметр первичной частицы СПБ, содержащегося в БК, крайне мал.

В БК, содержащем СПБ, средний диаметр первичной частицы СПБ, содержащегося в БК, составляет не более 100 нм, предпочтительно не более 80 нм, более предпочтительно не более 50 нм. Когда средний диаметр первичной частицы СПБ превышает 100 нм, СПБ не диспергирован в матрице в достаточной мере, и твердость бортовой ленты, включающей резиновую смесь по настоящему изобретению, не достигает достаточного значения, таким образом, снижается долговечность борта. Средний диаметр первичной частицы СПБ, содержащегося в БК, определяли как среднее значение абсолютного максимума длины, полученного анализом изображения на фотографиях, сделанных с помощью просвечивающего электронного микроскопа.

Так как резиновую смесь по настоящему изобретению применяют в бортовой ленте, она характеризуется крайне высоким содержанием БК по сравнению с другими частями шины.

Содержание СПБ в БК, содержащем СПБ, составляет не менее 8 мас.%, предпочтительно не менее 10 мас.%. Когда указанное содержание составляет менее 8 мас.%, трудно получить значение твердости, определенное по японскому промышленному стандарту JIS-А, не менее 75 единиц и невозможно достигнуть достаточной долговечности борта. Содержание СПБ в БК, содержащем СПБ, составляет не более 20 мас.%, предпочтительно не более 16 мас.%. Когда указанное содержание составляет более 20 мас.%, трудно получить значение удлинения при разрыве не менее 180% и при монтаже шины на обод или снятии шины с обода легко происходит растрескивание края бортовой ленты в бортовой части. Содержание СПБ в БК, содержащем СПБ, указывают через количество вещества, нерастворимого в кипящем н-гексане.

СПБ в БК, содержащем СПБ, представляет собой предпочтительно кристаллическое вещество, для того чтобы поддержать высокое значение твердости в интервале температур, в котором эксплуатируется шина.

Способ изготовления БК, содержащего СПБ, удовлетворяющий описанным выше условиям, не ограничен особым образом, и БК, содержащий СПБ, может быть изготовлен способом, описанным в JP-A-2005-247899.

В резиновой смеси для бортовой ленты содержание БК, содержащего СПБ, в каучуковом компоненте составляет предпочтительно не менее 40 мас.%, более предпочтительно не менее 50 мас.%. Когда указанное содержание составляет менее 40 мас.%, трудно получить значение твердости, определенное по японскому промышленному стандарту JIS-A, не менее 75 единиц и невозможно достигнуть достаточной долговечности борта. Содержание БК, содержащего СПБ, в каучуковом компоненте составляет предпочтительно не более 70 мас.%, более предпочтительно, не более 65 мас.%. Когда указанное содержание составляет более 70 мас.%, трудно получить значение удлинения при разрыве не менее 180% и при монтаже шины на обод или снятии шины с обода легко происходит растрескивание края бортовой ленты в бортовой части.

Предпочтительно, чтобы резиновая смесь для бортовой ленты дополнительно включала натуральный каучук (НК) в качестве каучукового компонента,

В резиновой смеси для бортовой ленты содержание НК в каучуковом компоненте предпочтительно составляет не менее 30 мас.%, более предпочтительно не менее 35 мас.%. Когда указанное содержание составляет менее 30 мас.%, трудно получить значение удлинения при разрыве не менее 180%, и при монтаже шины на обод или снятии шины с обода легко происходит растрескивание края бортовой ленты в бортовой части. Содержание НК составляет предпочтительно не более 60 мас.%, более предпочтительно не более 50 мас.%. Когда указанное содержание составляет более 60 мас.%, трудно получить значение твердости, определенное по японскому промышленному стандарту JIS-A, не менее 75 единиц, и невозможно достигнуть достаточной долговечности борта.

В добавление к описанным выше НК и диеновому каучуку, содержащему синдиотактический 1,2-полибутадиен, в качестве каучукового компонента в состав смеси может совместно входить бутадиен-стирольный каучук (БСК).

Предпочтительно, чтобы резиновая смесь для бортовой ленты содержала технический углерод в качестве армирующего наполнителя совместно с каучуковым компонентом.

Площадь удельной поверхности технического углерода по адсорбции азота (N₂УП) предпочтительно составляет от 70 до 150 м²/г. Когда значение N₂УП составляет менее 70 м²/г, трудно получить значение твердости, определенное по японскому промышленному стандарту JIS-A, не менее 75 единиц и невозможно достигнуть достаточной долговечности борта. Когда значение N₂УП составляет более 150 м²/г, трудно получить значение твердости, определенное по японскому промышленному стандарту JIS-A, не более 85 единиц и появляется тенденция к снижению удлинения при разрыве. Примерами технического углерода, удовлетворяющего такому интервалу значений N₂УП, являются N330 и подобные ему.

Содержание технического углерода составляет предпочтительно от 50 до 70 мас. частей в расчете на 100 мас. частей каучукового компонента. Когда указанное содержание составляет менее 50 мас. частей, появляется тенденция к снижению твердости резиновой смеси. Когда указанное содержание составляет более 70 мас. частей, появляется тенденция к снижению удлинения при разрыве резиновой смеси.

В добавление к описанным выше каучуковому компоненту и техническому углероду в резиновую смесь для бортовой ленты можно вводить широко применяемые в резиновой промышленности вещества, такие как диоксид кремния, стеариновая кислота, антиоксидант, воск, оксид цинка, вулканизатор, такой как сера, и ускоритель вулканизации.

Содержание вулканизатора составляет предпочтительно не менее 1 мас. части, содержание ускорителя вулканизации составляет предпочтительно не менее 1 мас. части. Общее содержание вулканизатора и ускорителя вулканизации составляет предпочтительно от 2,5 до 4,5 мас. частей. Когда общее содержание вулканизатора и ускорителя вулканизации составляет менее 2,5 мас. частей, появляется тенденция к увеличению тепловыделения. Когда указанное содержание составляет более 4,5 мас. частей, трудно получить значение удлинения при разрыве не менее 180%.

Что касается содержания каждого компонента, для решения задачи настоящего изобретения наиболее предпочтительно, чтобы содержание БК, содержащего СПБ, в каучуковом компоненте составляло от 40 до 70 мас.%, содержание технического углерода составляло от 50 до 70 мас. частей в расчете на 100 мас. частей каучукового компонента, содержание вулканизатора составляло не менее 1 мас. части, содержание ускорителя вулканизации составляло не менее 1 мас. части, а общее содержание вулканизатора и ускорителя вулканизации составляло от 2,5 до 4,5 мас. частей.

Температура вулканизации при изготовлении резиновой смеси для бортовой ленты составляет предпочтительно от 145 до 155°С. Когда температура вулканизации составляет менее 145°С, время вулканизации становится чрезмерно длительным и появляется тенденция к снижению производительности. Когда температура вулканизации составляет более 155°С, трудно получить значение удлинения при разрыве не менее 180% и при монтаже шины на обод или снятии шины с обода легко происходит растрескивание края бортовой ленты в бортовой части.

Твердость резиновой смеси для бортовой ленты по настоящему изобретению, определенная по японскому промышленному стандарту JIS-A, составляет не менее 75 единиц, предпочтительно не менее 78 единиц. Когда твердость резиновой смеси, определенная по японскому промышленному стандарту JIS-A, составляет менее 75 единиц, невозможно достигнуть достаточной долговечности борта. Твердость резиновой смеси для бортовой ленты по настоящему изобретению, определенная по японскому промышленному стандарту JIS-A, составляет не более 85 единиц, предпочтительно не более 83 единиц. Когда твердость резиновой смеси, определенная по японскому промышленному стандарту JIS-A, составляет более 85 единиц, снижается удлинение резиновой смеси. Твердость измеряли при температуре 23°С твердомером согласно японскому промышленному стандарту JIS K6253.

Удлинение при разрыве резиновой смеси для бортовой ленты по настоящему изобретению в испытании на растяжение составляет не менее 180%, предпочтительно не менее 220%, более предпочтительно не менее 250%. Когда удлинение при разрыве составляет менее 180%, при монтаже шины на обод или снятии шины с обода легко происходит растрескивание края бортовой ленты в бортовой части. Удлинение при разрыве резиновой смеси для бортовой ленты по настоящему изобретению составляет предпочтительно не более 350%, более предпочтительно не более 300%. Когда удлинение при разрыве составляет более 350%, трудно получить значение твердости. определенное по японскому промышленному стандарту JIS-A, не менее 75 единиц, и невозможно достигнуть достаточной долговечности борта. Измерение удлинения при разрыве проводили согласно японскому промышленному стандарту JIS K6251 для испытания на растяжение, температура при измерении составляла 23°С.

Резиновую смесь для бортовой ленты по настоящему изобретению предпочтительно применять для бортовой ленты шины. Особенно предпочтительно применять ее для шины для большой нагрузки для грузового автомобиля, автобуса и т.д.

ПРИМЕРЫ

Настоящее изобретение более точно объясняют примеры, но настоящее изобретение не ограничивается только ими.

Различные вещества, входящие в состав смеси, применяемые в настоящем изобретении, перечислены ниже.

HK: TSR20

БК1 (VCR412): VCR412 (БК, включающий диспергированный кристаллический синдиотактический 1,2-полибутадиен, содержание синдиотактического 1,2-полибутадиена 12 мас.%, средний диаметр первичной частицы кристаллического синдиотактического 1,2-полибутадиена 250 нм) имеется в наличии у компании Ube Industries, Ltd.

БК2 (прототип): прототип (БК, включающий диспергированный кристаллический синдиотактический 1,2-полибутадиен, содержание синдиотактического 1,2-полибутадиена 12 мас.%, средний диаметр первичной частицы кристаллического синдиотактического 1,2-полибутадиена 43 нм) имеется в наличии у компании Ube Industries, Ltd.

БК3 (прототип): прототип (БК, включающий диспергированный кристаллический синдиотактический 1,2-полибутадиен, содержание синдиотактического 1,2-полибутадиена 12 мас.%, средний диаметр первичной частицы кристаллического синдиотактического 1,2-полибутадиена 90 нм) имеется в наличии у компании Ube Industries, Ltd.

Технический углерод 1: N330 (N₂УП: 82 м²/г) имеется в наличии у компании Mitsubishi Chemical Corporation.

Технический углерод 2: N550 (N₂УП: 42 м²/г) имеется в наличии у компании Tokai Carbon Co., Ltd.

Оксид цинка: имеется в наличии у компании Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.

Стеариновая кислота: имеется в наличии у компании NOF Corporation.

Антиоксидант: 6С имеется в наличии у компании Flexsys Co.

Воск: воск OZOACE имеется в наличии у компании NIPPON SEIRO Co., Ltd.

Порошок серы: имеется в наличии у компании Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.

Ускоритель вулканизации: TBBS имеется в наличии у компании Seiko Chemical Co., Ltd.

Средние диаметры первичной частицы VCR412 и прототипов VCR определяли как средние значения абсолютных максимумов длин, полученных анализом изображения на фотографиях, сделанных с помощью просвечивающего электронного микроскопа.

Площадь удельной поверхности по адсорбции азота (N₂УП) технического углерода N330 и технического углерода N550 измеряли согласно способу определения площади удельной поверхности методом адсорбции азота по японскому промышленному стандарту JIS K 6217-2.

Способ получения БК2

В сосуд из нержавеющей стали объемом 2 л, оборудованный мешалкой, при температуре, поддерживаемой равной 20°С, со скоростью 12,5 л/ч подавали смесь, включающую 32 мас.% бутадиена-1,3 и 68 мас.% дистиллята углеводородов, содержащих 4 атома углерода, содержащего в качестве основного компонента цис-бутен-2, растворенную в определенном количестве воды (содержание воды 2,09 ммоль/л) и содержащую 20 мг/л сероуглерода; одновременно подавали диэтилалюминийхлорид (10 мас.% раствор в н-гексане, 3,13 ммоль/л), так чтобы молярное отношение диэтилалюминийхлорид/вода в растворе в реакционном сосуде составляло 1,5. Полученный выдержанный раствор подавали в сосуд для цис-полимеризации из нержавеющей стали объемом 5 л, оборудованный мешалкой, при температуре, поддерживаемой равной 40°С. В данный сосуд для цис-полимеризации подавали октоат кобальта (0,0117 ммоль/л октоата кобальта, раствор в н-гексане) и бутадиен-1,2 (8,2 ммоль/л бутадиена-1,2, 1,535 моль/л раствор в н-гексане) в качестве регулятора молекулярной массы. Полученный в результате цис-полимеризации раствор подавали в сосуд для 1,2-полимеризации из нержавеющей стали объемом 5 л, оборудованный спирально-лопастной мешалкой, и подвергали его непрерывной полимеризации при 35°С в течение 10 ч. В данный сосуд для 1,2-полимеризации непрерывно подавали триэтилалюминий (10 мас.% раствор в н-гексане, 4,09 ммоль/л). Полученный в результате полимеризации раствор подавали в смеситель, оборудованный мешалкой, в который добавляли 2,6-ди-трет-бутил-п-крезол в количестве 1 мас. часть на 100 мас. частей каучука, а затем добавляли небольшое количество метанола. Затем, после завершения полимеризации, непрореагировавшие бутадиен-1,3 и дистиллят углеводородов, содержащих 4 атома углерода, удаляли перегонкой, после которой проводили вакуумную сушку при нормальной температуре и получали 8,3 кг БК2.

Способ получения БК3

БКЗ получали способом, аналогичным способу получения БК2, за исключением того, что содержание дистиллята углеводородов, содержащих 4 атома углерода, в смеси составляло 58 мас.%, а содержание циклогексана было изменено на 10 мас.%.

ПРИМЕРЫ 1-4 И СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ 1-9

Способ изготовления шины для испытаний

Перечисленные выше вещества, входящие в состав смеси, за исключением оксида цинка, серы и ускорителя вулканизации, смешивали в резиносмесителе типа Бенбери при температуре смешивания от 100 до 150°С и времени смешивания от 5 до 10 мин; содержание компонентов смеси приведено в таблице.

Затем добавляли оксид цинка, серу и ускоритель вулканизации и смесь смешивали с применением открытого вальца при температуре смешивания от 60 до 100°С и времени смешивания от 5 до 10 мин. Смешанный продукт экструдировали для получения листа резиновой смеси с применением экструдера.

Полученный лист резиновой смеси штамповали в форме бортовой ленты, ламинировали с другими частями шины и вулканизировали в течение 40 мин при 151°С, таким образом были изготовлены шины для испытаний из примеров 1-3 и сравнительных примеров 1-9 (размер шины 11R22,5), которые использовали для следующих измерительных испытаний.

Измерение твердости бортовой ленты

Измеряли твердость части бортовой ленты шины для испытаний, которая была изогнута к внутренней стороне шины на участке соединения с ободом. Твердомер соответствовал японскому промышленному стандарту JIS K6253, температура при измерении составляла 23°С.

Удлинение при разрыве бортовой ленты

Испытание на растяжение проводили с применением испытательных образцов резины, полученных из бортовой ленты шины для испытаний; измеряли удлинение при разрыве. Испытание на растяжение проводили согласно японскому промышленному стандарту JIS K6251, температура при измерении составляла 23°С.

Испытание долговечности борта

После того как протекторная часть шины для испытаний, находящаяся в контакте с поверхностью дороги, была подвергнута шлифованию до достижения глубины канавки в протекторе 4 мм, шину для испытаний соединяли с ободом размером 8,25 и проводили испытания в пробеге в течение 96 ч в режиме: внутреннее давление 800 кПа, скорость 20 км/ч, нагрузка 58 кН, а затем проводили другие испытания в пробеге в течение 96 ч в режиме: внутреннее давление 950 кПа, скорость 20 км/ч, нагрузка 68 кН. После этого измеряли время до образования дефекта на борте в режиме: внутреннее давление 1000 кПа, скорость 20 км/ч, нагрузка 77 кН. Если время до образования дефекта на борте составляло не менее 500 ч, вместо 450 ч в сравнительном примере 1, то данное время оценивали, для того чтобы продемонстрировать улучшающее воздействие. Испытание проводили при температуре 25°С.

Результаты описанных выше измерительных испытаний показаны в таблице.

  Примеры Сравнительные примеры 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Количество,                           мас. частей                           НК (мас.% от 40 30 60 40 40 30 61 29 40 40 40 30 60 массы каучукового (40) (30) (60) (40) (40) (30) (61) (29) (40) (40) (40) (30) (60) компонента)                           БК1 (VCR412) - - - - 60 70 - - - - - - - (мас.% от массы         (60) (70)               каучукового                           компонента)                           БК 2 (прототип) 60 70 40 - - - 39 71 60 60 60 70 40 (мас.% от массы (60) (70) (40)       (39) (71) (60) (60) (60) (70) (40) каучукового компонента)                           БК 3 (прототип) - - - 60 - - - - - - - - - (мас.% от массы       (60)                   каучукового                           компонента)                           Технический углерод 1 70 65 70 70 70 70 70 50 49 71 - 70 68 Технический углерод 2   - - - - - - - - - 50 - - Стеариновая кислота 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Антиоксидант 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Воск 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Оксид цинка 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Порошок серы 1,5 1,5 1,5 1.5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Ускоритель вулканизации 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Результаты оценок                           Твердость резины 80 85 75 77 74 78 74 77 73 81 75 86 74 бортовой ленты                           Удлинение                           при разрыве бортовой ленты, % 200 180 270 180 210 170 250 160 240 170 150 160 250 Время образования дефекта на борте, ч 530 580 500 520 450 510 460 540 450 540 500 600 460

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Согласно настоящему изобретению введение в состав резиновой смеси для бортовой ленты бутадиенового каучука, включающего синдиотактический 1,2-полибутадиен, имеющий малый средний диаметр первичной частицы, повышает твердость и удлинение при разрыве резиновой смеси, может подавить образование трещин в бортовой ленте при монтаже на обод или снятии с обода и повышает долговечность бортовой части.

Резиновая смесь для бортовых лент, которая содержит каучуковый компонент, включающий бутадиеновый каучук, содержащий диспергированный в нем синдиотактический поли(1,2-бутадиен), имеющий средний диаметр первичной частицы не более 100 нм. Эффектом изобретения является повышенная долговечность бортовой части и может быть замедлено расщепление бортовой ленты во время отделения от обода. 1 табл.

Шина, имеющая бортовую ленту, которая включает резиновую смесь для бортовой ленты, причем указанная резиновая смесь включает каучуковый компонент, включающий бутадиеновый каучук, в котором диспергирован синдиотактический 1,2-полибутадиен, имеющий средний диаметр первичной частицы не более 100 нм, и имеет твердость, определенную по японскому промышленному стандарту JIS-A, от 75 до 85 единиц и удлинение при разрыве в испытании на растяжение не менее 180%,
причем указанный каучуковый компонент включает от 40 до 70 мас.%, бутадиенового каучука, содержащего синдиотактический 1,2-полибутадиен, и от 30 до 60 мас.% натурального каучука;
резиновая смесь включает от 50 до 70 мас.ч. технического углерода на 100 мас.ч. каучукового компонента и общее содержание вулканизатора и ускорителя вулканизации от 2,5 до 4,5 мас.ч. на 100 мас.ч. каучукового компонента, и содержание синдиотактического 1,2-полибутадиена в бутадиеновом каучуке составляет от 8 до 20 мас.%.