Резиновая смесь для шины
Изобретение относится к резиновой смеси для шины и к пневматической шине. Резиновая смесь для шины включает, мас.ч. на 100 мас.ч. диенового каучука: 1-20 неметаллического волокна со средним диаметром 15-100 мкм и 1-30 наполнителя. Наполнитель имеет два или более выступов длиной 0,5-3,1 среднего диаметра неметаллического волокна и открытый угол θ между соседними выступами наполнителя составляет 90-130 градусов. Протектор пневматической шины выполнен из резиновой смеси по изобретению. Изобретение позволяет улучшить характеристики трения на заснеженном и обледенелом дорожном покрытии. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл., 4 пр.
Область техники
Настоящее изобретение относится к резиновой смеси для шины и к пневматической шине, выполненной с применением этой смеси.
Уровень техники
Хотя используют шипованные шины и прикрепляют цепи к шинам для движения по заснеженному и обледенелому дорожному покрытию, возникают экологические проблемы, такие как пыление, поэтому вместо них разрабатывают нешипованные шины в качестве шин для движения по заснеженному и обледенелому дорожному покрытию.
Так как заснеженное и обледенелое дорожное покрытие имеет заметно меньший коэффициент трения, по сравнению с обычным дорожным покрытием, и шины легко скользят, разрабатывают технические решения с точки зрения материалов и с точки зрения конструкций. Например, разрабатывают резиновую смесь, включающую диеновый каучук, имеющую улучшенные низкотемпературные свойства. Далее, опробованы технические решения, где краевой компонент поверхности увеличен путем обеспечения неравномерной формы поверхности шины, и характеристику трения на льду улучшают путем введения неорганических волокон, обладающих царапающим действием (см. японскую нерассмотренную патентную заявку No. 8-217918), для получения эффекта царапанья по льду на заснеженном и обледенелом дорожном покрытии.
Однако, характеристика трения на заснеженном и обледенелом дорожном покрытии даже для вышеупомянутых нешипованных шин не является удовлетворительной по сравнению с шипованными шинами, и требуется дополнительное усовершенствование.
Описание изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает резиновую смесь для шины, улучшающую характеристику трения на льду, и пневматическую шину, выполненную с применением этой смеси.
Настоящее изобретение относится к резиновой смеси для шины, содержащей от 1 до 20 массовых частей неметаллического волокна со средним диаметром от 15 до 100 мкм и от 1 до 30 массовых частей наполнителя, имеющего по меньшей мере два выступа, где длина выступа составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра неметаллического волокна, на 100 массовых частей диенового каучука.
Количество выступов наполнителя предпочтительно составляет 4.
Наполнитель предпочтительно представляет собой нитевидные кристаллы оксида цинка.
Средний диаметр неметаллического волокна предпочтительно составляет от 15 до 40 мкм.
Неметаллическое волокно предпочтительно представляет собой стекловолокно.
Дополнительно, настоящее изобретение относится к пневматической шине, включающей резиновую смесь для шины.
Пневматическая шина предпочтительно удовлетворяет требованию, что отношение комплексного модуля упругости Е1 в направлении толщины протектора образца резины, вырезанного из протектора, к комплексному модулю упругости Е2 в окружном направлении шины представлено формулой:
1,1≤Е1/Е2.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематический вид снизу наполнителя, имеющего 2 выступа, включенного в настоящее изобретение.
Фиг.2 представляет собой схематический вид снизу наполнителя, имеющего 4 выступа, включенного в настоящее изобретение.
Наилучший способ осуществления изобретения
Резиновая смесь для шины по настоящему изобретению включает диеновый каучук, неметаллическое волокно и наполнитель, имеющий по меньшей мере 2 выступа.
Так как неметаллические волокна, экструдированные в резину посредством каландрового вала, ориентированы в направлении экструзии, при изготовлении протектора было необходимо использовать способ резания листов перпендикулярно направлению экструзии и установки их в вертикальном положении и специальную процедуру (оборудование) ориентирования волокон в направлении, перпендикулярном направлению экструзии, путем выбора экструзионной головки трубчатого типа, отрезания листов параллельно направлению экструзии и ориентирования их в направлении толщины протектора путем соответствующего поворота на 90 градусов и повторения этой операции, чтобы обеспечить эффективное проявление эффекта царапанья по льду волокон, для ориентации в направлении экструзии. Однако, в настоящем изобретении, так как ориентацию волокон в направлении экструзии резины нарушают путем включения в резину наполнителей определенного размера, имеющих выступы, совместно с неметаллическими волокнами определенного размера, эффект царапанья по льду неметаллических волокон можно надлежащим образом получить без применения специальной процедуры (оборудования) при производстве шины.
Кроме того, при включении наполнителей, имеющих по меньшей мере 2 выступа, выступы проявляют анкерный эффект, предотвращают выпадение, вызванное возбуждением и истиранием при движении, и микровыступы проявляются на поверхности резины; пленка воды, образующаяся между заснеженным и обледенелым дорожным покрытием и шиной, удаляется посредством их водоотталкивающего действия, и характеристика трения на льду может быть улучшена.
В качестве диенового каучука, используемого для резиновой смеси по настоящему изобретению, применяют произвольно выбранный диеновый каучук. Например, диеновые каучуки, такие как натуральный каучук (НК), изопреновый каучук (ИК), различные виды полибутадиеновых каучуков (БК), различные виды бутадиен-стирольных сополимерных каучуков (БСК) и акрилонитрил-бутадиеновый сополимерный каучук (НБК), бутиловый каучук (ИИК), галогенированный бутиловый каучук и полихлоропрен (ХК) можно применять по отдельности или смешивая их в произвольном соотношении. Среди них в качестве каучукового компонента предпочтительно применяют НК и БК, так как их они обладают хорошими низкотемпературными свойствами и улучшенной сбалансированностью низкотемпературных свойств с обрабатываемостью и износоустойчивостью.
Неметаллические волокна, используемые в резиновой смеси по настоящему изобретению, никак не повреждают дорожное покрытие и подходят для сохранения контакта протектора с заснеженным и обледенелым дорожным покрытием, так как разность между скоростью истирания резины и скоростью истирания волокон невелика. Среди неметаллических волокон, стекловолокон или углеродных волокон, которые подвергают изгибу на надлежащую длину в процессе смешивания резины, более короткие являются предпочтительными, так как легко обеспечить их распределение и ориентацию и легко получить резину с надлежащим отношением комплексного модуля упругости.
Средний диаметр неметаллического волокна составляет по меньшей мере 15 мкм, предпочтительно, по меньшей мере 20 мкм, более предпочтительно, по меньшей мере 25 мкм и, еще более предпочтительно, по меньшей мере 30 мкм. Когда средний диаметр волокна составляет менее 15 мкм, волокна, ориентированные в направлении толщины протектора, не могут удовлетворительно обеспечивать участок, имеющий высокое контактное давление на грунт, получаемый на поверхности протектора, так как площадь сечения волокон мала. Кроме того, средний диаметр неметаллического волокна составляет не более 100 мкм, предпочтительно, не более 50 мкм, более предпочтительно, не более 40 мкм и, еще более предпочтительно, не более 35 мкм. Когда средний диаметр неметаллического волокна превышает 100 мкм, недостаточно действует сцепление и адгезионное трение, так как ухудшается действие по отталкиванию пленки воды, которая образуется между заснеженным и обледенелым дорожным покрытием и шиной.
Средняя длина неметаллического волокна предпочтительно составляет по меньшей мере 0,1 мм, более предпочтительно, по меньшей мере 0,2 мм и, еще более предпочтительно, по меньшей мере 0,4 мм. Когда средняя длина неметаллического волокна составляет менее 0,1 мм, волокна легко выпадают из поверхности протектора при движении, и эффект отталкивания пленки воды может снижаться. Кроме того, средняя длина неметаллического волокна предпочтительно составляет не более 5 мм, более предпочтительно, не более 3 мм и, еще более предпочтительно, не более 2 мм. Когда средняя длина неметаллического волокна превышает 5 мм, волокна трудно распределить и ориентировать, и обрабатываемость резины может ухудшаться.
Вводимое количество неметаллического волокна составляет по меньшей мере 1 массовую часть, предпочтительно, по меньшей мере 1,5 массовых частей и, более предпочтительно, по меньшей мере 2 массовые части на 100 массовых частей диенового каучука. Когда вводимое количество неметаллического волокна составляет менее 1 массовой части, количество волокон, образующих контактное давление на грунт на поверхности протектора, уменьшается, и эффект удаления водяной пленки и царапанья льда является недостаточным. Кроме того, вводимое количество неметаллического волокна составляет не более 20 массовых частей, предпочтительно, не более 18 массовых частей и, более предпочтительно, не более 15 массовых частей на 100 массовых частей диенового каучука. Когда вводимое количество неметаллических волокон превышает 20 массовых частей, твердость блока протектора является слишком высокой и поверхность резины протектора не может следовать поверхности заснеженного и обледенелого дорожного покрытия, поэтому сцепление и адгезионное трение понижаются.
Наполнители, имеющие по меньшей мере 2 выступа, которые используют в резиновой смеси по настоящему изобретению, проявляют улучшенные свойства сопротивления абразивному износу, термостойкости и теплопроводности, когда их вводят в диеновый каучук.
Наполнители имеют по меньшей мере 2 выступа, предпочтительно, по меньшей мере 3 выступа и, более предпочтительно, по меньшей мере 4 выступа. В случае наполнителей, не имеющих выступов (сферическая форма) или имеющих один выступ (линейная форма), наполнители не могут проявлять анкерный эффект и выпадают при возбуждении и истирании при движении шины.
Наполнители, имеющие по меньшей мере 2 выступа, включают нитевидные кристаллы оксида цинка и песок звездообразной формы, получаемый в Окинаве. Среди этих наполнителей предпочтительно используют нитевидные кристаллы оксида цинка, поскольку он представляет собой материал, который тверже льда и мягче асфальта.
Здесь, количество выступов, равное 2, означает, что открытый угол между соседними выступами, а именно угол θ между прямой линией, которая соединяет край первого выступа с центром (точка перегиба) наполнителя, и прямой линией, которая соединяет край соседнего выступа с центром (точкой перегиба) наполнителя, составляет менее 180 градусов, как показано на Фиг.1, которая представляет собой схематический вид снизу наполнителя, имеющего 2 выступа. Открытый угол θ между соседними выступами составляет 180 градусов для наполнителя, имеющего только один выступ, и линейного наполнителя, к которому относится волокно. Открытый угол θ между соседними выступами наполнителей, имеющих 2 выступа, предпочтительно составляет по меньшей мере 90 градусов и, более предпочтительно, по меньшей мере 100 градусов. Когда открытый угол θ между соседними выступами составляет менее 90 градусов, трудно получить эффект нарушения ориентации неметаллических волокон.
Открытый угол θ между соседними выступами наполнителей, имеющих по меньшей мере 2 выступа, предпочтительно составляет по меньшей мере 90 градусов и, более предпочтительно, по меньшей мере 100 градусов, с точки зрения удовлетворительного получения эффекта нарушения ориентации неметаллических волокон. Кроме того, открытый угол θ между соседними выступами наполнителей, имеющих по меньшей мере 2 выступа, предпочтительно составляет менее 180 градусов, с точки зрения того, что когда он составляет 180 градусов, количество выступов равно 1, и предпочтительно, не более 130 градусов, сточки зрения нарушения ориентации неметаллических волокон.
На Фиг.2 показан схематический вид снизу наполнителей, имеющих 4 выступа. Открытый угол θ между соседними выступами предпочтительно составляет от 90 до 130 градусов для наполнителей, имеющих по меньшей мере 4 выступа. Предпочтительно открытый угол θ между всеми выступами составляет 109,5 градусов, и соответствующие выступы представляют собой вершины тетраэдра. Когда открытый угол θ между соседними выступами составляет менее 90 градусов в наполнителях, имеющих 4 выступа, неметаллические волокна не могут спутываться между выступами наполнителя, и трудно получить эффект нарушения ориентации неметаллического волокна.
Здесь открытый угол θ между соседними выступами наполнителя означает угол, наблюдаемый на фотографии, полученной с помощью микроскопа.
Длина выступов наполнителя представляет собой длину от центра (точки перегиба) наполнителя до края выступа и обозначена L на Фиг.2, представляющей собой схематический вид снизу наполнителя, имеющего 4 выступа. Длину выступов наполнителя получают путем наблюдения наполнителей, имеющих по меньшей мере 2 выступа, и измерения произвольно выбранных 50 наполнителей. И среднюю длину выступов на один наполнитель с измеренной длиной выступов относят к так называемой длине выступов.
Длина выступов наполнителя предпочтительно составляет по меньшей мере 7,5 мкм, более предпочтительно, по меньшей мере 10 мкм и, еще более предпочтительно, по меньшей мере 12,5 мкм. Когда длина выступов наполнителя составляет менее 7,5 мкм, можно не достичь улучшения фрикционной характеристики на снегу и льду. Длина выступов наполнителя предпочтительно составляет не более 300 мкм, более предпочтительно, не более 150 мкм и, еще более предпочтительно, не более 120 мкм. Когда длина выступов наполнителя превышает 300 мкм, может заметно снижаться сопротивление абразивному износу.
Длина выступов наполнителя составляет по меньшей мере 0,5 среднего диаметра неметаллического волокна и, предпочтительно, по меньшей мере 0,6 этой величины. Когда длина выступов наполнителя составляет менее 0,5 среднего диаметра неметаллического волокна, трудно получить эффект нарушения ориентации неметаллических волокон. Кроме того, длина выступов наполнителя составляет не более 3,1 среднего диаметра неметаллического волокна, предпочтительно, не более 3,0, более предпочтительно, не более 2,5, еще более предпочтительно, не более 2, и в особенности предпочтительно, не более 1,5 средней длины неметаллического волокна. Когда длина выступов наполнителя превышает 3,1 среднего диаметра неметаллического волокна, выступы наполнителя иногда отламываются.
В настоящем изобретении определение, что длина выступов наполнителя составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра неметаллического волокна, означает, что длина самых коротких выступов из множества выступов наполнителей составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра неметаллического волокна.
Примешиваемое количество наполнителей составляет не менее 1 масс. части, предпочтительно не менее 1,5 масс. части и более предпочтительно не менее 2 масс. частей по отношению к 100 масс. частям компонента диенового каучука. Когда примешиваемое количество наполнителей составляет менее 1 масс. части, характеристику трения по льду трудно улучшить на снежной и ледяной дорожной поверхности. Далее, примешиваемое количество наполнителей составляет не более 30 масс. частей, предпочтительно не более 25 масс. частей и более предпочтительно не более 10 масс. частей по отношению к 100 масс. частям диенового каучука. Когда примешиваемое количество наполнителей превышает 30 масс. частей, понижается износоустойчивость.
Далее, поверхность наполнителей можно обработать полипропиленом (ПП), полиэтиленом (ПЭ), полистиролом (ПС), полиуретаном (ПУ), поливиниловым спиртом (ПВС), кремнийорганическим аппретом и силилирующим агентом для того, чтобы улучшить силу прилипания наполнителей и диенового каучука.
Далее, резиновая смесь для шины настоящего изобретения дополнительно включает усиливающие агенты, помимо наполнителей, имеющих по меньшей мере 2 выступа. В качестве усиливающих агентов упоминают сажу, диоксид кремния и/или неорганические наполнители, представленные общей формулой (1).
(М является по меньшей мере одним видом, выбранным из металла, выбранного из группы, включающей алюминий, магний, титан, кальций и цирконий, оксида и гидроксида этих металлов и их гидрата и карбоната этих металлов, и m, x, y и z являются численными константами).
Примешиваемое количество сажи составляет предпочтительно не менее 5 масс. частей, более предпочтительно не менее 10 масс. частей и еще более предпочтительно не менее 15 масс. частей по отношению к 100 масс. частям диенового каучука. Когда примешиваемое количество сажи составляет менее 5 масс. частей, не получают надлежащего усиливающего свойства и износоустойчивость ухудшается. Примешиваемое количество сажи составляет предпочтительно не более 150 масс. частей, более предпочтительно не более 100 масс. частей и еще более предпочтительно не более 70 масс. частей по отношению к 100 масс. частям диенового каучука. Когда примешиваемое количество сажи превышает 150 масс. частей, понижается обрабатываемость и характеристика трения по льду понижается, так как повышается твердость.
Примешиваемое количество неорганического наполнителя составляет предпочтительно не менее 5 масс. частей, более предпочтительно не менее 10 масс. частей и еще более предпочтительно не менее 15 масс. частей по отношению к 100 масс. частям диенового каучука. Когда примешиваемое количество неорганического наполнителя составляет менее 5 масс. частей, не получают надлежащего усиливающего свойства и износоустойчивость ухудшается. Далее, примешиваемое количество неорганического наполнителя составляет предпочтительно не более 150 масс. частей, более предпочтительно не более 100 масс. частей и еще более предпочтительно не более 70 масс. частей по отношению к 100 масс. частям диенового каучука. Когда содержание неорганического наполнителя превышает 150 масс. частей, понижается обрабатываемость.
Когда примешивают диоксид кремния, в сочетании с ним предпочтительно используют силановый связующий агент. Примешиваемое количество силанового связующего агента предпочтительно составляет не менее 1 масс. части, более предпочтительно не менее 2 масс. частей и еще более предпочтительно не менее 4 масс. частей по отношению к 100 масс. частям диоксида кремния. Когда примешиваемое количество силанового связующего агента составляет менее 1 масс. части, вязкость композиции невулканизированного каучука становится высокой. Далее, примешиваемое количество силанового связующего агента предпочтительно составляет не более 20 масс. частей, более предпочтительно не более 15 масс. частей и еще более предпочтительно не более 10 масс. частей по отношению к 100 масс. частям диоксида кремния. Когда примешиваемое количество силанового связующего агента превышает 20 масс. частей, эффект примешивания силанового связующего агента к примешиваемому количеству невелик и приводит к дополнительному повышению стоимости.
В резиновой смеси для шины настоящего изобретения различные примешиваемые агенты, такие как вулканизирующий агент (сшивающий агент), ускоритель вулканизации (ускоритель сшивания), различные масла, антиоксидант и пластификатор, и добавки, которые примешивают к шине или общей резиновой смеси, можно примешать при необходимости в дополнение к диеновому каучуку, неметаллическим волокнам и наполнителям, усиливающему агенту (уплотняющему агенту) и связующему агенту. Далее, примешиваемые количества этих примешиваемых агентов и добавок могут быть также обычными количествами.
Пневматическую шину настоящего изобретения получают обычным способом, используя резиновую смесь настоящего изобретения. А именно, резиновую смесь настоящего изобретения, в которую, если это необходимо, экструдируют введенные добавки, обрабатывают с приданием формы соответствующих частей шины в невулканизированном состоянии, и невулканизированную шину формуют прессованием смеси в устройстве для прессования шин обычным способом. Пневматическую шину получают нагреванием и прессованием невулканизированной шины в вулканизаторе. Пневматическую шину предпочтительно используют для нешипованной резины, так для нее можно особенно показать поведение на снежной и ледяной поверхности дороги.
Резиновую смесь для шины настоящего изобретения предпочтительно применяют для коронной зоны протектора, так как пневматическая шина настоящего изобретения обладает превосходной характеристикой трения по льду. В качестве способа образования протектора из резиновой смеси для шины настоящего изобретения можно использовать экструзионную обработку посредством обычного каландра, однако, как описано в японской нерассмотренной патентной заявке 2001-39104, предпочтительно ориентировать неметаллические волокна в направлении толщины протектора способом выполнения вращательной обработки резиновой смеси, в котором волокна распределяются и получают складывание резинового листа.
Особенно, отношение комплексного модуля упругости Е1 в направлении толщины протектора образца резины, вырезанного из протектора, к комплексному модулю упругости Е2 в окружном направлении, удовлетворяет формуле:
1,1≤Е1/Е2.
Е1/Е2 предпочтительно составляет по меньшей мере 1,1 и более предпочтительно по меньшей мере 1,2. Когда Е1/Е2 менее 1,1, нельзя надлежащим образом сформировать часть с высоким давлением на грунт по отношению к поверхности. В результате эффект удаления водяной пленки, образующейся между шиной и заснеженной и обледенелой поверхностью дороги невелик и сцепление и адгезионное трение, царапание и трение зарывания не улучшаются. Далее, Е1/Е2 предпочтительно составляет не более 4 и более предпочтительно не более 3,5. Когда Е1/Е2 превышает 4, твердость блока протектора является слишком высокой, поэтому поверхность резины протектора не может следовать поверхности заснеженного и обледенелого дорожного покрытия, поэтому сцепление и адгезионное трение понижаются.
Примеры
Настоящее изобретение в частности проиллюстрировано на основе примеров, однако настоящее изобретение не ограничено только ими.
Исходные материалы, применяемые в примерах, кратко показаны ниже.
Натуральный каучук: RSS#3, производитель Techbiehang Co.
Полибутадиеновый каучук: UBEPOL-BR150B, производитель Ube Industries, Ltd.
Сажа: SHOWBLACK N220, поставляемая CABOT JAPAN K.K.
Диоксид кремния: ULTRASIL VN3, поставляемый Degussa Corporation.
Силановый связующий агент: Si69 (бис(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфид), поставляемый Degussa Corporation.
Масло: DIANA PROCESS OIL PS32, поставляемое Idemitsu Kosan Co., Ltd. Воск: SUNNOC WAX, производимый OUCHISHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.
Антиоксидант: NORAC 6C (N-1,3-диметилбутил-N'-фенил-п-фенилендиамин), поставляемый OUCHISHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.
Стеариновая кислота: Стеариновая кислота, поставляемая Nihon Oil & Fats Co., Ltd.
Оксид цинка: ZINC OXIDE NO.1, поставляемый Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd.
Нитевидные кристаллы оксида цинка (1): опытный продукт PANATETRA (оксид цинка в форме тетрапода, число выступов: 4, средняя длина выступов (средняя длина игловидного волокна): 30,3 мкм, открытый угол θ между соседними выступами: 109,5 градусов), поставляемый АМТЕС Co., Ltd.
Нитевидные кристаллы оксида цинка (2): PANATETRA WZ-0501 (оксид цинка в форме тетрапода, число выступов: 4, средняя длина выступов (средняя длина игловидного волокна): 10,9 мкм, открытый угол θ между соседними выступами: 109,5 градусов), поставляемый АМТЕС Co., Ltd.
Нитевидные кристаллы оксида цинка (3): опытный продукт PANATETRA (оксид цинка в форме тетрапода, число выступов: 4, средняя длина выступов (средняя длина игловидного волокна): 16 мкм, открытый угол θ между соседними выступами: 109,5 градусов), поставляемый АМТЕС Co., Ltd.
Нитевидные кристаллы оксида цинка (4): опытный продукт PANATETRA (оксид цинка в форме тетрапода, число выступов: 4, средняя длина выступов (средняя длина игловидного волокна): 16,5 мкм, открытый угол θ между соседними выступами: 109,5 градусов), поставляемый АМТЕС Co., Ltd.
Нитевидные кристаллы оксида цинка (5): опытный продукт PANATETRA (оксид цинка в форме тетрапода, число выступов: 4, средняя длина выступов (средняя длина игловидного волокна): 20 мкм, открытый угол θ между соседними выступами: 109,5 градусов), поставляемый АМТЕС Co., Ltd.
Нитевидные кристаллы оксида цинка (6): опытный продукт PANATETRA (оксид цинка в форме тетрапода, число выступов: 4, средняя длина выступов (средняя длина игловидного волокна): 33 мкм, открытый угол θ между соседними выступами: 109,5 градусов), поставляемый АМТЕС Co., Ltd.
Нитевидные кристаллы оксида цинка (7): опытный продукт PANATETRA (оксид цинка в форме тетрапода, число выступов: 4, средняя длина выступов (средняя длина игловидного волокна): 50 мкм, открытый угол θ между соседними выступами: 109,5 градусов), поставляемый АМТЕС Co., Ltd.
Нитевидные кристаллы оксида цинка (8): PANATETRA опытный продукт (оксид цинка в форме тетрапода, число выступов: 4, средняя длина выступов (средняя длина игловидного волокна): 100 мкм, открытый угол θ между соседними выступами: 109,5 градусов), поставляемый АМТЕС Co., Ltd.
Стекловолокно (1): Мелко рубленное стекловолокно (средний диаметр волокна: 33 мкм, длина отреза (средняя длина волокна): 3 мм), производитель NSG VETROTEX K.K.
Стекловолокно (2): Мелко рубленное стекловолокно (средний диаметр волокна: 11 мкм, длина отреза (средняя длина волокна): 3 мм), производимое NSG VETROTEX K.K.
Стекловолокно (3): Опытный продукт (средний диаметр волокна: 101 мкм, длина отреза (средняя длина волокна): 3 мм), производитель NSG VETROTEX K.K.
Стекловолокно (4): Опытный продукт (средний диаметр волокна: 50 мкм, длина отреза (средняя длина волокна): 3 мм), производитель NSG VETROTEX K.K.
Сера: Порошок серы, поставляемый Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.
Ускоритель вулканизации: NOCCELER CZ (N-циклогексил-2-бензотиазолилсульфенамид), производимый OUCHISHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.
Примеры 1-1÷3-4
Серу и компоненты смеси, за исключением ускорителя вулканизации, указанные в таблице 1, а также стекловолокно и нитевидные кристаллы оксида цинка, указанные в таблицах 2-4, смешивали в течение от 3 до 5 минут, применяя смеситель Бенбери закрытого типа объемом 1,7 л, достигали температуры по меньшей мере 150°C, и затем приготовленную смесь резины выгружали с получением основной перемешанной резины. Резиновую смесь получали путем смешивания основной перемешанной резины, серы и ускорителя вулканизации на открытых валках и вулканизации смеси.
Протекторы формировали путем экструзии в форму протектора полученных резиновых смесей с помощью каландрового вала обычно используемым способом, и получали шины размером 195/65R15. Для полученных шин выполняли приведенные ниже испытания.
| Таблица 1 | |
| Количество в смеси, массовых частей | |
| НК | 60 |
| БК | 40 |
| Сажа | 30 |
| Диоксид кремния | 20 |
| Силановый связующий агент | 2 |
| Нафтеновое масло | 30 |
| Антиоксидант | 2 |
| Воск | 2 |
| Стеариновая кислота | 2 |
| Оксид цинка | 3 |
| Сера | 1,5 |
| Ускоритель вулканизации CZ | 1 |
Комплексный модуль упругости
Куски резины толщиной 1,0 мм, шириной 4 мм и длиной 5 мм вырезали из протекторов шины для получения образцов для измерения. Комплексные модули упругости (Е1 и Е2) в направлении толщины протектора и в окружном направлении измеряли при заданных условиях измерения (температура 25°C, частота измерения 10 Гц, начальная деформация 10% и динамическая деформация 1%), применяя спектрометр для измерения вязкоупругих свойств, производитель Iwamoto Seisakusyo K.K.
Характеристика трения на льду
Пневматические шины по примерам 1-3 устанавливали на испытательное транспортное средство (отечественный FR с объемом двигателя 2000 см3), измеряли тормозные пути на обледенелом настиле при скорости 30 км/ч, и вычисляли характеристику трения на льду по приведенной ниже формуле, исходя из пневматической шины примера 1-1.
(Показатель торможения на льду) = (Тормозной путь примера 1-1)/(Тормозной путь для каждой из смесей)×100
Чем больше показатель, тем лучше характеристика трения на льду. Далее, обкатку поверхности шины соответственно проводили на расстояние 100 км до выполнения испытания.
Сопротивление абразивному износу
Сопротивление абразивному износу резин оценивали при условиях окружной скорости испытываемых образцов 40 м/мин, уровне скольжения 20%, добавочной нагрузке 15 Н и количестве падающего песка 20 г/мин в соответствие с JIS K6264-2, используя усовершенствованный прибор для испытания на истирание по Ламборну, изготовленный Iwamoto Seisakusyo K.K. Показатели сопротивления износу вычисляли посредством показателей, основанных на степени истирания испытательного образца примера 1-1. Чем больше показатель, тем лучше сопротивление абразивному износу.
(Показатель сопротивления абразивному износу) = (Степень истирания резины каждого состава)/(Степень истирания резины примера 1-1)×100
Результат оценки показан в таблицах 2-4.
| Таблица 2 | ||||||||
| Пример 1 | ||||||||
| 1-1 | 1-2 | 1-3 | 1-4 | 1-5 | 1-6 | 1-7 | 1-8 | |
| Количество в смеси, массовых частей | ||||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (1) | - | - | - | 10 | 1 | 30 | 10 | 10 |
| (Длина выступа 30,3 мкм) | ||||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (2) | 10 | - | - | - | - | - | - | - |
| (Длина выступа 10,9 мкм) | ||||||||
| Стекловолокно (1) | 5 | - | 5 | 5 | 5 | 5 | 1 | 20 |
| (Средний диаметр волокна 33 мкм) | ||||||||
| Длина выступа/Средний диаметр неметаллического волокна | 0,33 | - | - | 0,92 | 0,92 | 0,92 | 0,92 | 0,92 |
| Е1/Е2 | 1,18 | 0,96 | 1,20 | 1,12 | 1,19 | 1,10 | 1,00 | 1,25 |
| Результат оценки | ||||||||
| Характеристика трения на льду | 100 | 93 | 98 | 115 | 105 | 107 | 101 | 100 |
| Сопротивление абразивному износу | 100 | 105 | 100 | 100 | 100 | 99 | 104 | 91 |
Пример 1-1 включает нитевидные кристаллы оксида цинка и стекловолокно, но он является сравнительным примером настоящего изобретения, в котором длина выступов наполнителя, имеющих по меньшей мере 2 выступа меньше чем 0,5 диаметра неметаллических волокон, и представляет собой пневматическую шину, которая является основой для оценки характеристики трения на льду и сопротивления. Пневматические шины по примерам 1-4÷1-8, которые являются примерами настоящего изобретения, в которые вводят определенные количества нитевидных кристаллов оксида цинка и стекловолокна, и длина выступов нитевидных кристаллов оксида цинка составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра стекловолокна, обладают улучшенной характеристикой трения на льду в сравнении с пневматическими шинами примера 1-2, который не включает нитевидные кристаллы оксида цинка и стекловолокно, и примера 1-3, который включает только стекловолокно.
| Таблица 3 | |||||||
| Пр.1 | Пример 2 | ||||||
| 1-1 | 2-1 | 2-2 | 2-3 | 2-4 | 2-5 | 2-6 | |
| Количество в смеси, массовых частей | |||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (2) | 10 | - | - | - | - | - | - |
| Длина выступа 10,9 мкм | |||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (3) | - | 10 | - | - | - | - | - |
| Длина выступа 16 мкм | |||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (4) | - | - | 10 | - | - | - | - |
| Длина выступа 16,5 мкм | |||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (5) | - | - | - | 10 | - | - | - |
| Длина выступа 20 мкм | |||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (6) | - | - | - | - | 10 | - | - |
| Длина выступа 33 мкм | |||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (7) | - | - | - | - | - | 10 | - |
| Длина выступа 50 мкм | |||||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (8) | - | - | - | - | ~ | - | 10 |
| Длина выступа 100 мкм | |||||||
| Стекловолокно (1) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Длина выступа 33 мкм | |||||||
| Длина выступа/Средний диаметр неметаллического волокна | 0,33 | 0,48 | 0,5 | 0,6 | 1,00 | 1,52 | 3,03 |
| Е1/Е2 | 1,18 | 1,19 | 1,17 | 1,12 | 1,12 | 1,14 | 1,15 |
| Результат оценки | |||||||
| Характеристика трения на льду | 100 | 105 | 110 | 116 | 115 | 112 | 107 |
| Сопротивление абразивному износу | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Примеры по настоящему изобретению, в которых длина выступов нитевидных кристаллов оксида цинка составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра стекловолокна, имели улучшенную характеристику на льду по сравнению с пневматическими шинами примера 1-1, который является основой оценки, и примера 2-1, который является сравнительным примером настоящего изобретения, в котором длина выступов нитевидных кристаллов оксида цинка меньше чем 0,5 среднего диаметра стекловолокна.
| Таблица 4 | |||||
| Прим.1 | Пример 3 | ||||
| 1-4 | 3-1 | 3-2 | 3-3 | 3-4 | |
| Вводимое количество (масс. частей) | |||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (1) | 10 | - | 10 | 10 | 10 |
| Длина выступа 30,3 мкм | |||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (2) | - | 10 | - | - | - |
| Длина выступа 10,9 мкм | |||||
| Нитевидные кристаллы оксида цинка (7) | - | - | - | - | - |
| Длина выступа 50 мкм | |||||
| Стекловолокно (1) | 5 | - | - | - | - |
| Средний диаметр волокна 33 мкм | |||||
| Стекловолокно (2) | - | 5 | 5 | - | - |
| Средний диаметр волокна 11 мкм | |||||
| Стекловолокно (3) | - | - | - | 5 | - |
| Средний диаметр волокна 101 мкм | |||||
| Стекловолокно (4) | - | - | - | - | 5 |
| Средний диаметр волокна 50 мкм | |||||
| Длина выступа/Средний диаметр неметаллического волокна | 0,92 | 0,99 | 2,75 | 0,30 | 0,61 |
| Е1/Е2 | 1,12 | 1,15 | 1,15 | 1,10 | 1,13 |
| Результат оценки | |||||
| Характеристика трения по льду | 115 | 107 | 112 | 95 | 104 |
| Износоустойчивость | 100 | 98 | 98 | 100 | 98 |
В примерах 3-1÷3-2, которые являются сравнительными примерами настоящего изобретения, в которых длина выступов нитевидных кристаллов оксида цинка составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра стекловолокна, однако средний диаметр стекловолокна меньше, чем нижний предел настоящего изобретения, характеристика трения на льду улучшена, однако сопротивление абразивному износу понижено. Также, в примере 3-3, который является сравнительным примером настоящего изобретения, в котором длина выступов нитевидных кристаллов оксида цинка составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра стекловолокна, однако средний диаметр стекловолокна превышает верхний предел настоящего изобретения, поддерживают сопротивление абразивному износу, но характеристика трения на льду понижена.
Обозначения
1 - наполнитель, имеющий по меньшей мере 2 выступа
2 - выступы
θ - открытый угол между соседними выступами
L - длина выступа
Промышленная применимость
Согласно настоящему изобретению эффект царапанья по обледенелому и заснеженному дорожному покрытию неметаллического волокна и наполнителя, имеющего по меньшей мере 2 выступа, получают введением определенных неметаллических волокон и наполнителей, имеющих по меньшей мере 2 выступа, в которых длина выступов составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра неметаллических волокон, без использования специальной процедуры (оборудования) для производства шины. Кроме того, коэффициент трения можно повысить путем эффекта отталкивания воды микровыступами, выступающими из поверхности резины, дополнительно к эффекту царапанья по обледенелому и заснеженному дорожному покрытию, поэтому можно получить нешипованную шину с улучшенной характеристикой трения. Кроме того, сопротивление абразивному износу сильно не понижается.
1. Резиновая смесь для шины, включающая от 1 до 20 массовых частей неметаллического волокна со средним диаметром от 15 до 100 мкм и от 1 до 30 массовых частей наполнителя на 100 массовых частей диенового каучука, причем наполнитель имеет по меньшей мере два выступа, где длина выступа составляет от 0,5 до 3,1 среднего диаметра неметаллического волокна, и открытый угол и между соседними выступами составляет по меньшей мере 90°, но не более 130°.
2. Резиновая смесь для шины по п.1, где наполнитель имеет 4 выступа.
3. Резиновая смесь для шины по п.1, где наполнитель представляет собой нитевидные кристаллы оксида цинка.
4. Резиновая смесь для шины по п.1, где средний диаметр неметаллического волокна составляет от 15 до 40 мкм.
5. Резиновая смесь для шины по любому из пп.1-4, где неметаллическое волокно представляет собой стекловолокно.
6. Пневматическая шина, протектор которой выполнен из резиновой смеси для шины по любому из пп.1-5.
7. Пневматическая шина по п.6, где отношение комплексного модуля упругости Е1 в направлении толщины протектора образца резины, вырезанного из протектора, к комплексному модулю упругости Е2 в окружном направлении шины удовлетворяет формуле:
1,1≤Е1/Е2≤4.
