Каучуковая композиция для использования в протекторе шины
Изобретение относится к каучуковой композиции для использования в протекторе шины. Каучуковая композиция содержит: на 100 мас.ч. диенового каучука, содержащего 40% мас. или более бутадиенового каучука и бутадиен-стирольного каучука, от 80 до 150 мас.ч. кремнезема, имеющего удельную площадь поверхности по ЦТАБ от 150 до 250 м2/г, силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу, в количестве от 1 до 10% мас. от количества кремнезема. Стирольный компонент в диеновом каучуке составляет от 15 до 20% мас., а винильный компонент в диеновом каучуке составляет от 18 до 28% мас. Средняя температура стеклования диенового каучука составляет -55°C или ниже. Изобретение позволяет улучшить характеристики на льду, характеристики на мокром покрытии и износостойкость до или сверх традиционных уровней. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Область техники
[0001]
Настоящее изобретение относится к каучуковой композиции для использования в протекторе шины, которая улучшает характеристики на льду, характеристики на мокром покрытии и износостойкость.
Предпосылки создания изобретения
[0002]
Для достижения высокой степени равновесия между характеристиками на льду, характеристиками на мокром покрытии и износостойкостью требуются пневматические шины для использования на обледеневших и заснеженных дорогах (нешипованные шины) и всесезонные шины.
[0003]
Для улучшения характеристик на льду улучшают характеристики сцепления посредством увеличения силы сцепления с обледеневшими и заснеженными дорожными покрытиями при помощи пластичного поддержания твердости протекторной резины даже при низких температурах. Для обеспечения пластичности в условиях низких температур применяются каучуковые компоненты, имеющие низкую температуру стеклования (Tg).
[0004]
В то же время для улучшения ходовых характеристик на мокрых дорожных покрытиях, не покрытых снегом или льдом, требуются высокие характеристики сцепления на мокром покрытии. Поэтому, как правило, применяется смешивание бутадиен-стирольного каучука, имеющего высокую Tg, и/или кремнезема. Однако при введении в смесь бутадиен-стирольного каучука, имеющего высокую Tg, температура стеклования всей каучуковой композиции возрастает, что приводит к проблеме, связанной с негативным воздействием на силу сцепления с обледеневшими и заснеженными дорожными покрытиями вследствие увеличения твердости резины при низких температурах. Кроме того, кремнезем вызывает проблему, состоящую в невозможности получения достаточной износостойкости, поскольку характеристики жесткости у каучука хуже, чем у углеродной сажи.
[0005]
В патентном документе 1 предлагается улучшить характеристики сцепления на обледеневших и заснеженных дорожных покрытиях и на мокрых дорожных покрытиях посредством введения в смесь кремнезема, имеющего удельную площадь поверхности по ЦТАБ от 80 до 170 м2/г, и модифицированной ароматическими группами терпеновой смолы, исключая терпенфенолоформальдегидные смолы в диеновом каучуке, содержащем бутадиен-стирольный каучук, модифицированный концевыми группами, и бутадиеновый каучук, причем Tg бутадиенового каучука составляет от -55 до -70 °C.
[0006]
Однако для того, чтобы удовлетворить запросы потребителей, требующих обеспечить характеристики на льду, характеристики на мокром покрытии и износостойкость на еще более высоком уровне, необходимо дополнительное улучшение.
Список цитированной литературы
Патентная литература
[0007]
Патентный документ 1: патент Японии № 4883172B
Изложение сущности изобретения
Техническая проблема
[0008]
Целью настоящего изобретения является обеспечение каучуковой композиции для использования в протекторе шины, которая улучшает характеристики на льду, характеристики на мокром покрытии и износостойкость до или сверх традиционных уровней.
Решение проблемы
[0009]
Каучуковая композиция для использования в протекторе шины настоящего изобретения, которая достигает описанной выше цели, содержащая: на 100 частей по массе диенового каучука, содержащего 40% мас. или более бутадиенового каучука и бутадиен-стирольного каучука, от 80 до 150 частей по массе кремнезема, имеющего удельную площадь поверхности по ЦТАБ от 150 до 250 м2/г, и силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу, в количестве от 1 до 10% мас. от количества кремнезема; причем стирольный компонент в диеновом каучуке составляет от 15 до 20% мас., а винильный компонент в диеновом каучуке составляет от 18 до 28% мас.; и причем средняя температура стеклования диенового каучука составляет -55°C или ниже.
Преимущественные эффекты изобретения
[0010]
Каучуковая композиция для использования в протекторе шины настоящего изобретения позволяет улучшить характеристики на льду, характеристики на мокром покрытии и износостойкость до или сверх традиционных уровней, поскольку в каучуковой композиции, в которой кремнезем и силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу, смешаны в составе диенового каучука, содержащего бутадиеновый каучук и бутадиен-стирольный каучук, количества стирольного компонента и винильного компонента в диеновом каучуке заданы равными заранее установленным количествам, а средняя температура стеклования задана равной заранее установленной температуре.
[0011]
По меньшей мере часть бутадиенового каучука представляет собой предпочтительно предварительно смешанный бутадиеновый каучук, в котором от 60 до 80% мас. высокомолекулярного полибутадиена, имеющего средневесовую молекулярную массу от 500 000 до 1 000 000, и от 20 до 40% мас. низкомолекулярного полибутадиена, имеющего средневесовую молекулярную массу от 6000 до 60 000, смешивают в растворителе, тем самым дополнительно улучшая износостойкость.
[0012]
Кроме того, характеристики на мокром покрытии дополнительно улучшаются тем, что на 100 частей по массе диенового каучука предпочтительно содержится от 3 до 20 частей по массе модифицированной ароматическими группами терпеновой смолы, исключая терпенфенолоформальдегидную смолу.
[0013]
Кроме того, силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу, представляет собой предпочтительно алкилтриэтоксисилан, имеющий алкильную группу, содержащую от 7 до 20 атомов углерода. Диеновый каучук может дополнительно содержать натуральный каучук. Удельная площадь поверхности по ЦТАБ кремнезема более предпочтительно задана равной от 180 до 250 м2/г.
Краткое описание рисунков
[0014]
На ФИГ. 1 представлен вид в частичном поперечном разрезе в меридиональном направлении шины, изображающий пример варианта осуществления пневматической шины, в котором применяется каучуковая композиция для использования в протекторе шины настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления
[0015]
На ФИГ. 1 изображен пример варианта осуществления пневматической шины, в котором применяется каучуковая композиция для использования в протекторе шины. Пневматическая шина включает в себя участок 1 протектора, участки 2 боковой стенки и участки 3 борта шины.
[0016]
На ФИГ. 1 в пневматической шине два слоя каркасного слоя 4, образованного посредством размещения армирующих кордов, которые проходят в радиальном направлении шины, в направлении вдоль окружности шины с заданным шагом, и встраивания армирующих кордов в резиновый слой, расположены проходящими между левым и правым участками 3 борта шины. Оба конца каркасного слоя 4 выполнены так, чтобы создать прослойку из вкладыша 6 борта вокруг сердечника 5 борта, который встроен в участки 3 борта шины, и отогнуты назад в осевом направлении шины изнутри наружу. Гермослой 7 расположен внутри каркасного слоя 4. Два слоя брекерного слоя 8, образованного посредством размещения армирующих кордов, которые проходят наклонно в направлении вдоль окружности шины, в осевом направлении шины с заданным шагом, и встраивания этих армирующих кордов в резиновый слой, расположены на внешней продольной стороне каркасного слоя 4 участка 1 протектора. Армирующие корды двух слоев брекерного слоя 8 пересекаются с образованием межслойного перехода, так что направления наклона относительно направления вдоль окружности шины противоположны друг другу. Защитный слой 9 брекера расположен на внешней продольной стороне брекерного слоя 8. Участок 1 протектора образован из резинового слоя 12 протектора на внешней продольной стороне защитного слоя 9 брекера. Резиновый слой 12 протектора предпочтительно состоит из каучуковой композиции для использования в протекторе шины настоящего изобретения. Боковой резиновый слой 13 расположен снаружи от каркасного слоя 4 в каждом участке 2 боковой стенки, а резиновый слой 14 бортовой ленты обеспечен снаружи от участка каркасного слоя 4, который отогнут назад вокруг каждого из участков 3 борта шины. Следует отметить, что нешипованная шина не ограничивается вариантом осуществления пневматической шины, изображенной на ФИГ. 1 в качестве примера.
[0017]
Каучуковая композиция для использования в протекторе шины настоящего изобретения имеет каучуковый компонент, образованный диеновым каучуком. Кроме того, диеновый каучук содержит в качестве основных компонентов бутадиеновый каучук и бутадиен-стирольный каучук. Иначе говоря, общее количество бутадиенового каучука и бутадиен-стирольного каучука составляет 50% мас. или более, предпочтительно от 50 до 100% мас. и более предпочтительно от 90 до 100% мас. на 100% мас. диенового каучука. Благодаря использованию бутадиенового каучука и бутадиен-стирольного каучука в качестве основных компонентов можно дополнительно улучшить характеристики на льду и характеристики на мокром покрытии.
[0018]
Содержание бутадиенового каучука составляет 40% мас. или более, предпочтительно от 40 до 60% мас. и более предпочтительно от 40 до 50% мас. на 100% мас. диенового каучука. Благодаря тому, что содержание бутадиенового каучука задается равным 40% мас. или более, можно дополнительно улучшить характеристики на льду и износостойкость.
[0019]
Тип бутадиенового каучука не имеет конкретных ограничений, и можно применять бутадиеновые каучуки, которые, как правило, применяются в каучуковых композициях для использования в шинах. Примером подходящего бутадиенового каучука является предварительно смешанный бутадиеновый каучук, и по меньшей мере часть бутадиенового каучука предпочтительно является предварительно смешанным бутадиеновым каучуком. Предварительно смешанный бутадиеновый каучук представляет собой бутадиеновый каучук, в котором от 60 до 80% мас. высокомолекулярного полибутадиена, имеющего средневесовую молекулярную массу от 500 000 до 1 000 000, и от 20 до 40% мас. низкомолекулярного полибутадиена, имеющего средневесовую молекулярную массу от 6000 до 60 000, смешивают в растворителе. Посредством введения в смесь предварительно смешанного бутадиенового каучука может быть улучшена диспергируемость кремнезема в каучуковой композиции и могут быть улучшены характеристики на мокром покрытии и износостойкость. Необходимо отметить, что растворитель не имеет конкретных ограничений при условии, что растворитель способен растворять высокомолекулярный полибутадиен. Его предпочтительным примером является циклогексан. Кроме того, средневесовую молекулярную массу полибутадиена измеряют при помощи гель-проникающей хроматографии (ГПХ) на основе калибровки с использованием полистирольных стандартов.
[0020]
Содержание бутадиен-стирольного каучука составляет 60% мас. или менее, предпочтительно от 40 до 60% мас. и более предпочтительно от 50 до 60% мас. на 100% мас. диенового каучука. Благодаря тому, что содержание бутадиен-стирольного каучука задается равным 60% мас. или менее, можно дополнительно улучшить характеристики на льду и износостойкость.
[0021]
Тип бутадиен-стирольного каучука не имеет конкретных ограничений, и могут применяться бутадиен-стирольные каучуки, получаемые полимеризацией в растворе, бутадиен-стирольные каучуки, получаемые полимеризацией в эмульсии, и модифицированные бутадиен-стирольные каучуки, образованные посредством введения функциональной группы в эти бутадиен-стирольные каучуки, которые, как правило, применяются в каучуковых композициях для использования в шинах. Кроме того, доступны различные бутадиен-стирольные каучуковые продукты, имеющие разное содержание стирола и винила. Бутадиен-стирольный каучук может быть выбран из них надлежащим образом, чтобы количества стирольного компонента и винильного компонента в диеновом каучуке были отрегулированы описанным ниже способом.
[0022]
В настоящем изобретении в смесь может быть введен другой диеновый каучук помимо бутадиенового каучука и бутадиен-стирольного каучука. Примеры другого диенового каучука включают в себя натуральные каучуки, изопреновые каучуки, различные бутилкаучуки и этиленпропилендиеновые каучуки. Среди них предпочтительным является натуральный каучук. Посредством введения в смесь натурального каучука в качестве другого диенового каучука можно поддерживать долговечность и износостойкость. Содержание другого диенового каучука составляет предпочтительно от 0 до 20% мас. и более предпочтительно от 0 до 15% мас. на 100% мас. диенового каучука.
[0023]
В каучуковой композиции для использования в протекторе шины настоящего изобретения диеновый каучук образован из бутадиенового каучука и бутадиен-стирольного каучука и, необязательно, из другого диенового каучука, и необходимо задать количество стирольного компонента в диапазоне от 15 до 20% мас., а количество винильного компонента в диапазоне от 18 до 28% мас. на 100% мас. диенового каучука.
[0024]
Количество стирольного компонента в диеновом каучуке составляет от 15 до 20% мас. и предпочтительно от 17 до 20% мас. При количестве стирольного компонента менее чем 15% мас. характеристики на мокром покрытии имеют тенденцию к ухудшению. Кроме того, при количестве стирольного компонента более чем 20% мас. характеристики на снегу и на льду имеют тенденцию к ухудшению. Стирольный компонент в диеновом каучуке получают из стирольных сегментов бутадиен-стирольного каучука.
[0025]
Количество винильного компонента в диеновом каучуке составляет от 18 до 28% мас. и предпочтительно от 24 до 28% мас. При количестве винильного компонента менее чем 18% мас. характеристики на снегу и на льду имеют тенденцию к ухудшению. Кроме того, при количестве винильного компонента более чем 28% мас. характеристики на мокром покрытии имеют тенденцию к ухудшению. Винильный компонент в диеновом каучуке получают из винильных фрагментов бутадиен-стирольного каучука, винильных фрагментов бутадиенового каучука и винильных фрагментов другого диенового каучука, который необязательно вводят в смесь, и количество винильного компонента в диеновом каучуке представляет собой общее количество этих винильных фрагментов.
[0026]
В настоящем изобретении средняя температура стеклования диенового каучука, образованного из бутадиенового каучука, бутадиен-стирольного каучука и необязательного другого диенового каучука, составляет от -55°C или ниже и предпочтительно от -65°C до -55°C. Благодаря тому, что средняя температура стеклования диенового каучука задана равной -55°C или ниже, можно достичь превосходных характеристик на льду посредством поддержания пластичности и/или гибкости каучукового соединения в условиях низких температур для повышения силы сцепления с обледеневшими поверхностями. Необходимо отметить, что для температуры стеклования (Tg) диенового каучука посредством дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) получена термогравиметрическая кривая при скорости роста температуры 20°C/минуту, и температура в средней точке переходной области определена в качестве температуры стеклования. При диеновом каучуке, представляющем собой маслонаполненный продукт, температура стеклования представляет собой температуру стеклования диенового каучука, не содержащего компонента маслонаполнения (масла). Кроме того, средняя температура стеклования может быть определена посредством умножения массовых долей диеновых каучуков на соответствующие температуры стеклования диеновых каучуков и последующего суммирования полученных значений (взвешенное среднее значение температур стеклования). Необходимо отметить, что общее число массовых долей диеновых каучуков составляет 1.
[0027]
Каучуковая композиция для использования в протекторе шины настоящего изобретения содержит от 80 до 150 частей по массе кремнезема, имеющего удельную площадь поверхности по ЦТАБ от 150 до 250 м2/г на 100 частей по массе диенового каучука, описанного выше. Благодаря введению в смесь кремнезема можно дополнительно улучшить характеристики на льду и характеристики на мокром покрытии.
[0028]
Удельная площадь поверхности по ЦТАБ кремнезема составляет от 150 до 250 м2/г, предпочтительно от 180 до 250 м2/г и более предпочтительно от 190 до 230 м2/г. При удельной площади поверхности по ЦТАБ менее чем 150 м2/г достаточные характеристики на мокром покрытии не могут быть достигнуты и износостойкость ухудшается. Кроме того, при удельной площади поверхности по ЦТАБ более чем 250 м2/г ухудшается смешиваемость/пригодность для переработки кремнезема. Удельная площадь поверхности по ЦТАБ кремнезема представляет собой значение, измеренное в соответствии со стандартом ISO 5794.
[0029]
В настоящем изобретении введенное в смесь количество кремнезема составляет от 80 до 150 частей по массе, предпочтительно от 90 до 130 частей по массе и более предпочтительно от 100 до 120 частей по массе на 100 частей по массе диенового каучука. При введенном в смесь количестве кремнезема менее чем 80 частей по массе достаточный эффект улучшения характеристик на льду и характеристик на мокром покрытии не может быть достигнут и теплообразование возрастает. Кроме того, при введенном в смесь количестве кремнезема более чем 150 частей по массе характеристики на льду и износостойкость ухудшаются, тогда как теплообразование возрастает.
[0030]
В настоящем изобретении силановый связывающий агент предпочтительно вводят в смесь вместе с кремнеземом. Благодаря введению в смесь силанового связывающего агента диспергируемость кремнезема в диеновом каучуке улучшается, тем самым обеспечивая дополнительные эффекты улучшения характеристик на льду и характеристик на мокром покрытии.
[0031]
Тип силанового связывающего агента не имеет конкретных ограничений при условии, что это силановый связывающий агент, который может использоваться в каучуковых композициях, содержащих кремнезем. Его примеры включают в себя серосодержащие силановые связывающие агенты, такие как бис(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфид, бис(3-триэтоксисилилпропил)дисульфид, 3-триметоксисилилпропил бензотиазол тетрасульфид, γ-меркаптопропил триэтоксисилан и 3-октаноилтиопропил триэтоксисилан.
[0032]
Введенное в смесь количество силанового связывающего агента составляет предпочтительно от 3 до 15% мас. и более предпочтительно от 5 до 10% мас. относительно массы кремнезема. При количестве введенного в смесь силанового связывающего агента менее чем 3% мас. от количества введенного в смесь кремнезема диспергируемость кремнезема не может быть в достаточной степени улучшена. При количестве введенного в смесь силанового связывающего агента более чем 15% мас. от количества введенного в смесь кремнезема силановый связывающий агент конденсируется самостоятельно и требуемая твердость и/или прочность каучуковой композиции не может быть достигнута.
[0033]
Благодаря введению в смесь силанового соединения, содержащего длинноцепочечную алкильную группу, каучуковая композиция для использования в протекторе шины настоящего изобретения подавляет агрегацию кремнезема и возрастание вязкости каучуковой композиции, тем самым дополнительно улучшая характеристики на льду, характеристики на мокром покрытии и износостойкость.
[0034]
Силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу, представляет собой предпочтительно алкилтриэтоксисилан, имеющий алкильную группу, содержащую от 7 до 20 атомов углерода. Примеры алкильной группы, содержащей от 7 до 20 атомов углерода, включают в себя гептильную группу, октильную группу, нонильную группу, децильную группу, ундецильную группу, додецильную группу, тридецильную группу, тетрадецильную группу, пентадецильную группу, гексадецильную группу, гептадецильную группу, октадецильную группу, нонадецильную группу и икозильную группу. Среди них, с точки зрения смешиваемости с диеновым каучуком, предпочтительной является алкильная группа, содержащая от 8 до 10 атомов углерода, а октильная группа или нонильная группа еще более предпочтительны.
[0035]
Силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу, содержится в количестве от 1 до 10% мас. и более предпочтительно от 3 до 8% мас. относительно массы кремнезема. При введенном в смесь количестве силанового соединения, содержащего длинноцепочечную алкильную группу, менее чем 1% мас. характеристики на льду и износостойкость ухудшаются, тогда как теплообразование возрастает. Кроме того, при введенном в смесь количестве силанового соединения, содержащего длинноцепочечную алкильную группу, более чем 10% мас. характеристики на мокром покрытии и износостойкость ухудшаются.
[0036]
Каучуковая композиция для использования в протекторе шины настоящего изобретения может содержать модифицированную ароматическими группами терпеновую смолу, исключая терпенфенолоформальдегидную смолу, на 100 частей по массе диенового каучука. Благодаря введению в смесь модифицированной ароматическими группами терпеновой смолы можно улучшить характеристики на мокром покрытии и износостойкость. Однако при введении в смесь только терпенфенолоформальдегидной смолы характеристики на льду ухудшаются, поскольку гибкость в условиях низких температур снижается. Модифицированную ароматическими группами терпеновую смолу получают посредством полимеризации терпена и ароматического соединения, которое не включает в себя фенол. Примеры терпена включают в себя α-пинен, β-пинен, дипентен и лимонен. Примеры ароматического соединения включают в себя стирол, α-метилстирол, винилтоуол и инден. Такие модифицированные ароматическими группами терпеновые смолы улучшают характеристики на мокром покрытии вследствие превосходной смешиваемости с диеновым каучуком.
[0037]
Введенное в смесь количество модифицированной ароматическими группами терпеновой смолы составляет от 3 до 20 частей по массе и предпочтительно от 5 до 20 частей по массе на 100 частей по массе диенового каучука. При введенном в смесь количестве модифицированной ароматическими группами терпеновой смолы менее чем 3 части по массе характеристики на мокром покрытии не могут быть в достаточной степени улучшены. Кроме того, при введенном в смесь количестве модифицированной ароматическими группами терпеновой смолы более чем 20 частей по массе характеристики на мокром покрытии могут быть улучшены, но характеристики на льду и на снегу ухудшаются, что не является предпочтительным.
[0038]
Каучуковая композиция для использования в протекторе шины может также содержать другой армирующий наполнитель, отличный от кремнезема. Примеры другого армирующего наполнителя включают в себя углеродную сажу, глину, слюду, тальк, карбонат кальция, гидроокись алюминия, окись алюминия и окись титана. Среди них предпочтительной является углеродная сажа.
[0039]
Благодаря введению в смесь углеродной сажи можно улучшить твердость, прочность и износостойкость каучуковой композиции. Введенное в смесь количество углеродной сажи составляет предпочтительно от 5 до 40 частей по массе и более предпочтительно от 5 до 20 частей по массе на 100 частей по массе диенового каучука.
[0040]
Каучуковая композиция для использования в протекторе шины может также содержать различные компаундирующие агенты, которые обычно применяются в каучуковых композициях для использования в протекторах шин. Их примеры включают в себя вулканизирующие или сшивающие агенты, ускорители вулканизации, реагенты, предотвращающие старение, пластификаторы, технологические добавки, жидкие полимеры и термоотверждающиеся смолы. Эти компаундирующие агенты могут быть замешаны обычным способом для получения каучуковой композиции, которая может затем использоваться для вулканизации или сшивания. Эти компаундирующие агенты могут быть введены в смесь в традиционно используемых типичных количествах при условии, что это не препятствует целям настоящего изобретения. Каучуковая композиция для использования в протекторе шины может быть получена посредством замеса и смешивания описанных выше компонентов при помощи широко известной месильной машины, такой как смеситель Бенбери, меситель, валковый смеситель и т.п.
[0041]
Настоящее изобретение дополнительно описано ниже при помощи примеров. Однако объем настоящего изобретения не ограничивается этими примерами.
Примеры
[0042]
Шестнадцать типов каучуковых композиций для использования в протекторах шин (рабочие примеры 1-8 и сравнительные примеры 1-8) были подготовлены в соответствии с рецептурами, приведенными в таблицах 1 и 2, с компаундирующими агентами, приведенными в таблице 3 и используемыми в качестве общих компонентов. Компоненты, за исключением серы и ускорителей вулканизации, замешивались в закрытом смесителе Бенбери 1.7 L в течение 5 минут. После этого смесь экструдировали в качестве маточной смеси и охлаждали при комнатной температуре. Маточную смесь снова помещали в закрытый смеситель Бенбери 1.7 L, а серу и ускорители вулканизации после этого добавляли к маточной смеси и перемешивали для получения каучуковой композиции для использования в протекторе шины.
[0043]
Необходимо отметить, что в строках «Бутадиен-стирольный каучук (SBR)» в таблицах 1 и 2 чистое введенное в смесь количество SBR, за исключением количества компонента маслонаполнения, указано в скобках в дополнение к введенному в смесь количеству продукта. Кроме того, введенные в смесь количества компаундирующих агентов, приведенные в таблице 3, выражены в значениях частей по массе на 100 частей по массе диеновых каучуков в таблицах 1 и 2. Кроме того, количества (% мас.) стирольного компонента и винильного компонента на 100% мас. диенового каучука и средняя температура стеклования (Tg) диенового каучука приведены в таблицах 1 и 2.
[0044]
Полученные 16 типов каучуковых композиций были вулканизированы под прессом при 160°C в течение 20 минут в заданной пресс-форме для получения образцов для испытания, образованных из каучуковых композиций для использования в протекторах шин. Для полученных образцов для испытания tg δ при 0°C и tg δ при 60°C характеристики трения на льду (испытание в барабане на льду; μ-блокировка) и износостойкость оценивали описанным ниже способом.
[0045]
Tg δ (0 °C) и tg δ (60 °C)
При помощи вязкоупругого спектрометра производства Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd. значения tg δ при температурах окружающей среды 0°C и 60°C измеряли посредством измерения динамической вязкоупругости полученных образцов для испытания в условиях начальной деформации 10%, амплитуды±2% и частоты 20 Гц. Полученные результаты были выражены в виде индексов при значениях в сравнительном примере 1, выраженных в виде индексов 100. В таблицах 1 и 2 tg δ (0°C) представлен в строках «Характеристики на мокром покрытии», а tg δ (60°C) представлен в строках «Теплообразование». Большие значения характеристик на мокром покрытии указывают на более высокие характеристики на мокром покрытии. Меньшие значения теплообразования указывают на меньшее сопротивление качению и более высокие характеристики потребления топлива.
[0046]
Износостойкость
Величина износа полученного образца для испытания была измерена в соответствии со стандартом JIS K6264 с использованием машины Ламбурна для испытания на износ (производства Iwamoto Seisakusho Co., Ltd.) при следующих условиях: температура=20 °C, нагрузка=15 Н, коэффициент скольжения=50%, время=10 минут. Полученные результаты приведены в строках «Износостойкость» в таблицах 1 и 2 в качестве индексов на основе величины, обратной значению в сравнительном примере 1, выраженному в виде индекса 100. Большие значения индекса указывают на более высокую износостойкость.
[0047]
Характеристики трения на льду (испытание в барабане на льду; μ-блокировка)
Полученный образец для испытания закрепляли на каучуковой подложке в форме колонны с плоским основанием, и коэффициент трения на льду определяли с помощью устройства для испытания трения на льду в барабане при температуре испытаний -1,5 °C, нагрузке 5,5 кг/см2 и скорости вращения барабана 25 км/ч. Полученные результаты приведены в строках «Характеристики на льду» в таблицах 1 и 2 в качестве индексов со значением в сравнительном примере 1, выраженном в виде индекса 100. Большие значения индекса указывают на более высокие характеристики на снегу и на льду.
[0048]
[ТАБЛИЦА 1]
| Сравнительный пример 1 | Сравнитель ный пример 2 |
Сравнитель ный пример 3 |
Сравнитель ный пример 4 |
Сравнитель ный пример 5 |
Сравнитель ный пример 6 |
Сравнитель ный пример 7 |
Сравнитель ный пример 8 |
||
| SBR-1 | Часть по массе | 82,5 (60) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
48,13 (35) |
|
| SBR-2 | Часть по массе | 82,5 (60) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
48,13 (35) |
|
| BR-1 | Часть по массе | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 30 |
| Кремнезем-1 | Часть по массе | 100 | |||||||
| Кремнезем-2 | Часть по массе | 100 | 100 | 160 | 60 | 100 | 100 | 100 | |
| Углеродная сажа | Часть по массе | 5 | 5 | 5 | 5 | 40 | 5 | 5 | 5 |
| Связывающий агент | Часть по массе | 9 | 9 | 9 | 14 | 9 | 9 | 9 | |
| Алкилсилан | Часть по массе | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 12 | 12 | |
| Масло | Часть по массе | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Количество стирольного компонента в диеновом каучуке | % мас. | 24 | 15 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 23 |
| Количество винильного компонента в диеновом каучуке | % мас. | 15 | 30 | 22 | 22 | 22 | 22 | 22 | 26 |
| Tg диенового каучука | °C | -55 | -56 | -55 | -55 | -55 | -55 | -55 | -46 |
| Характеристики на мокром покрытии | Значение индекса | 100 | 96 | 97 | 125 | 89 | 100 | 95 | 107 |
| Теплообразо вание |
Значение индекса | 100 | 94 | 95 | 142 | 154 | 104 | 100 | 102 |
| Характеристики на льду | Значение индекса | 100 | 109 | 112 | 90 | 97 | 92 | 107 | 91 |
| Износостойкость | Значение индекса | 100 | 97 | 70 | 88 | 112 | 96 | 94 | 87 |
[0049]
[ТАБЛИЦА 2]
| Рабочий пример 1 | Рабочий пример 2 | Рабочий пример 3 | Рабочий пример 4 | Рабочий пример 5 | Рабочий пример 6 | Рабочий пример 7 | Рабочий пример 8 | ||
| SBR-1 | Часть по массе | 41,25 (30) |
34,38 (25) |
34,38 (25) |
34,38 (25) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
|
| SBR-2 | Часть по массе | 41,25 (30) |
41,25 (30) |
34,38 (25) |
34,38 (25) |
34,38 (25) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
41,25 (30) |
| SBR-3 | Часть по массе | 37,5 (30) |
|||||||
| SBR-4 | Часть по массе | 10 | |||||||
| BR-1 | Часть по массе | 40 | 40 | 40 | 40 | 50 | 40 | 40 | |
| BR-2 | Часть по массе | 40 | |||||||
| NR | Часть по массе | 10 | |||||||
| Кремнезем-2 | Часть по массе | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 120 | 120 | 100 |
| Углеродная сажа | Часть по массе | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Связывающий агент | Часть по массе | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 |
| Алкилсилан | Часть по массе | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Терпеновая смола | Часть по массе | 10 | |||||||
| Масло | Часть по массе | 30 | 33,75 | 30 | 30 | 30 | 30 | 19 | 20 |
| Количество стирольного компонента в диеновом каучуке | % мас. | 20 | 18 | 19 | 17 | 17 | 20 | 20 | 20 |
| Количество винильного компонента в диеновом каучуке | % мас. | 22 | 23 | 19 | 19 | 19 | 22 | 22 | 22 |
| Tg диенового каучука | °C | -55 | -58 | -59 | -60 | -65 | -55 | -55 | -55 |
| Характеристики на мокром покрытии | Значение индекса | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 127 | 100 | 116 |
| Теплообразование | Значение индекса | 97 | 88 | 92 | 90 | 88 | 100 | 97 | 99 |
| Характеристики на льду | Значение индекса | 104 | 105 | 108 | 111 | 115 | 100 | 104 | 100 |
| Износостойкость | Значение индекса | 100 | 100 | 103 | 108 | 100 | 100 | 110 | 102 |
[0050]
Типы сырья, используемого согласно таблицам 1 и 2, описаны ниже.
SBR-1: бутадиен-стирольный каучук, получаемый полимеризацией в растворе, торговое наименование JSR HP755B, производства JSR Corporation; маслонаполненный продукт, содержащий 41% мас. стирольного компонента и 24% мас. винильного компонента и содержащий 37,5 частей по массе компонента маслонаполнения на 100 частей по массе бутадиен-стирольного каучука.
SBR-2: бутадиен-стирольный каучук, получаемый полимеризацией в растворе, торговое наименование BUNA VSL 5025-2, производства LANXESS; маслонаполненный продукт, содержащий 25% мас. стирольного компонента и 50% мас. винильного компонента и содержащий 37,5 частей по массе компонента маслонаполнения на 100 частей по массе бутадиен-стирольного каучука.
SBR-3: бутадиен-стирольный каучук, получаемый полимеризацией в растворе, торговое наименование Tufdene F3420, производства Asahi Kasei Corporation; маслонаполненный продукт, содержащий 36% мас. стирольного компонента и 26% мас. винильного компонента, и содержащий 25 частей по массе компонента маслонаполнения на 100 частей по массе бутадиен-стирольного каучука.
SBR-4: бутадиен-стирольный каучук, получаемый полимеризацией в эмульсии, торговое наименование SBR Nipol 1502, производства Zeon Corporation; немаслонаполненный продукт, содержащий 23,5% мас. стирольного компонента и 11,5% мас. винильного компонента.
BR-1: бутадиеновый каучук, торговое наименование Nipol BR1220, производства Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.; содержащий 1% мас. винильного компонента.
BR-2: бутадиеновый каучук, торговое наименование Nipol BRX5000, производства Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.; предварительно смешанный бутадиеновый каучук, содержащий 1% мас. винильного компонента; предварительно смешанный продукт, в котором 71% мас. полибутадиена, имеющего средневесовую молекулярную массу 600 000, и 29% мас. полибутадиена, имеющего средневесовую молекулярную массу 50 000, смешивают в растворе циклогексана.
NR: натуральный каучук, торговое наименование SIR20.
Кремнезем-1: кремнезем, торговое наименование Zeosil 1115MP, производства Rhodia Operations; удельная площадь поверхности по ЦТАБ=110 м2/г.
Кремнезем-2: кремнезем, торговое наименование Zeosil Premium 200MP, производства Rhodia Operations; удельная площадь поверхности по ЦТАБ=210 м2/г.
Углеродная сажа: торговое наименование N339, производства Cabot Japan K.K.
Связывающий агент: силановый связывающий агент, торговое наименование Si69, производства Evonik.
Алкилсилан: октилтриэтоксисилан, торговое наименование KBE-3083, производства Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
Терпеновая смола: модифицированная ароматическими группами терпеновая смола; торговое наименование YS Resin TO125, производства Yasuhara Chemical Co., Ltd.
Масло: торговое наименование Extract № 4S, производства Showa Shell Sekiyu K.K.
[0051]
[ТАБЛИЦА 3]
| Общие компоненты каучуковых композиций | ||
| Оксид цинка | 4,0 | Частей по массе |
| Стеариновая кислота | 2,0 | Частей по массе |
| Реагент, предотвращающий старение | 2,0 | Частей по массе |
| Воск | 2,0 | Частей по массе |
| Сера | 1,5 | Частей по массе |
| Ускоритель вулканизации 1 | 1,5 | Частей по массе |
| Ускоритель вулканизации 2 | 0,3 | Частей по массе |
[0052]
Типы сырья, используемого согласно таблице 3, представлены ниже.
Оксид цинка: оксид цинка №3, производства Seido Chemical Co., Ltd.
Стеариновая кислота: торговое наименование Beads Stearic Acid YR, производства NOF Corp.
Реагент, предотвращающий старение: торговое наименование 6PPD, производства Flexsys.
Воск: парафиновый воск, производства Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
Сера: промасленная сера, производства Hosoi Chemical Industry Co., Ltd.
Ускоритель вулканизации 1: торговое наименование Sanceller CM-G, производства Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.
Ускоритель вулканизации 2: торговое наименование Perkacit DPG grs, производства Flexsys.
[0053]
Как видно из таблицы 2, было подтверждено, что каучуковые композиции для использования в протекторах шин из рабочих примеров 1-8 достигают превосходных характеристик на льду, характеристик на мокром покрытии и износостойкости. Было также подтверждено, что каучуковые композиции из рабочих примеров 1-8 демонстрируют низкое теплообразование и превосходное низкое сопротивление качению.
[0054]
Как видно из таблицы 1, каучуковая композиция из сравнительного примера 2 вызвала ухудшение характеристик на мокром покрытии, поскольку количество винильного компонента в диеновом каучуке было более чем 28% мас. из-за того, что в композиции содержался только SBR-2.
[0055]
В случае каучуковой композиции из сравнительного примера 3 характеристики на мокром покрытии и износостойкость были ухудшены, поскольку удельная площадь поверхности по ЦТАБ кремнезема-1 была менее чем 150 м2/г.
[0056]
В случае каучуковой композиции из сравнительного примера 4 характеристики на льду и износостойкость были ухудшены, поскольку введенное в смесь количество кремнезема было более чем 150 частей по массе. Кроме того, каучуковая композиция из сравнительного примера 4 продемонстрировала большее теплообразование и ухудшенное сопротивление качению.
[0057]
В случае каучуковой композиции из сравнительного примера 5 характеристики на мокром покрытии и характеристики на льду были ухудшены, поскольку введенное в смесь количество кремнезема было менее чем 80 частей по массе. Кроме того, каучуковая композиция из сравнительного примера 5 продемонстрировала большее теплообразование и ухудшенное сопротивление качению.
[0058]
В случае каучуковой композиции из сравнительного примера 6 характеристики на льду и износостойкость были ухудшены, поскольку алкилсилан (силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу) не содержался в композиции.
[0059]
В случае каучуковой композиции из сравнительного примера 7 характеристики на мокром покрытии и износостойкость были ухудшены, поскольку введенное в смесь количество алкилсилана (силанового соединения, содержащего длинноцепочечную алкильную группу) было более чем 10% мас. от количества кремнезема.
[0060]
В случае каучуковой композиции из сравнительного примера 8 характеристики на льду и износостойкость были ухудшены, поскольку введенное в смесь количество бутадиенового каучука было менее чем 40% мас., а стирольного компонента в диеновом каучуке было более чем 20% мас.
Перечень справочных обозначений
[0061]
1 - участок протектора
12 - резиновый слой протектора
1. Каучуковая композиция для использования в протекторе шины, содержащая:
на 100 частей по массе диенового каучука, содержащего 40% мас. или более бутадиенового каучука и бутадиен-стирольного каучука,
от 80 до 150 частей по массе кремнезема, имеющего удельную площадь поверхности по ЦТАБ от 150 до 250 м2/г, и
силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу, в количестве от 1 до 10% мас. от количества кремнезема;
причем силановое соединение, содержащее длинноцепочечную алкильную группу, представляет собой алкилтриэтоксисилан, имеющий алкильную группу, содержащую от 7 до 20 атомов углерода;
стирольный компонент в диеновом каучуке составляет от 15 до 20% мас., а винильный компонент в диеновом каучуке составляет от 18 до 28% мас.; и
средняя температура стеклования диенового каучука составляет -55°C или ниже.
2. Каучуковая композиция для использования в протекторе шины по п. 1, в которой по меньшей мере часть бутадиенового каучука представляет собой предварительно смешанный бутадиеновый каучук, в котором от 60 до 80% мас. высокомолекулярного полибутадиена, имеющего средневесовую молекулярную массу от 500000 до 1000000, и от 20 до 40% мас. низкомолекулярного полибутадиена, имеющего средневесовую молекулярную массу от 6000 до 60000, смешивают в растворителе.
3. Каучуковая композиция для использования в протекторе шины по п. 1 или 2, дополнительно содержащая от 3 до 20 частей по массе модифицированной ароматическими группами терпеновой смолы, исключая терпенфенолоформальдегидную смолу, на 100 частей по массе диенового каучука.
4. Каучуковая композиция для использования в протекторе шины по любому из пп. 1-3, в которой диеновый каучук дополнительно содержит натуральный каучук.
5. Каучуковая композиция для использования в протекторе шины по любому из пп. 1-4, в которой удельная площадь поверхности по ЦТАБ кремнезема составляет от 180 до 250 м2/г.
