Шипованная шина
Изобретение относится к автомобильной промышленности. Шипованная шина изобретения содержит шиповые шпильки (шипы противоскольжения) (20), устанавливаемые в поверхность участка (1) протектора, контактирующую с дорожным покрытием. Участок (1) протектора образован из каучуковой композиции, содержащей диеновый каучук, который содержит по меньшей мере один каучук, который выбирают из натурального каучука, бутадиен-стирольного каучука и бутадиенового каучука, от 5 до 50 весовых частей углеродной сажи и от 5 до 70 весовых частей кремнезема на 100 весовых частей диенового каучука. Температура стеклования диенового каучука не превышает -60 °C. Удельная площадь поверхности по адсорбции азота углеродной сажи составляет от 50 до 120 м2/г. Удельная площадь поверхности по ЦТАБ кремнезема составляет от 80 до 190 м2/г. Твердость каучука для каучуковой композиции не превышает 60. Произведение (S × A) напряжения S (МПа) в момент 400% удлинения и площади нижней поверхности A (мм2), расположенной внизу фланцевой части (23) шиповой шпильки (20), составляет не менее 400 и не более 850. Технический результат – повышение надежности закрепления шипа в шине, а также улучшение характеристик протектора на снегу, льду и мокром покрытии. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.
Область техники
[0001]
Изобретение относится к шипованной шине, содержащей шиповую шпильку, установленную в участок протектора, и, в частности, к шипованной шине с улучшенной способностью к удержанию шиповой шпильки.
Предпосылки создания изобретения
[0002]
В регионах с суровой зимой, таких как Северная Америка и Россия, в качестве зимних шин, как правило, применяют шипованные шины. Обычно в участке протектора шипованной шины предусмотрено множество установочных отверстий для установки шиповых шпилек, и шиповые шпильки устанавливают в эти установочные отверстия. Как правило, установочные отверстия имеют цилиндрическую форму. С другой стороны, применяют шиповые шпильки однофланцевого типа, содержащие фланцевую часть внизу цилиндрической корпусной части, выполненную таким образом, что фланцевая часть выступает в большей степени, чем корпусная часть, и шиповые шпильки двухфланцевого типа, имеющие фланцевые части на участке поверхности, контактирующей с дорожным покрытием, и внизу цилиндрической корпусной части, выполненные таким образом, что фланцевые части выступают в большей степени, чем корпусная часть, но в последние годы на рынке стали доминировать шиповые шпильки двухфланцевого типа (например, см. патентный документ 1). Эффективность шипованных шин проявляется при наличии установленных в участок протектора шиповых шпилек, но при выпадении этих шиповых шпилек происходит ощутимое снижение эффективности шипованных шин на снегу и льду, поэтому важным вопросом становится определение мер противодействия выпадению шипов.
[0003]
В последние годы повышение информированности на рынке в вопросах безопасности привело к повышению требований к эффективности шипованных шин на снегу и льду, а также на мокром покрытии. Таким образом, существует необходимость в обеспечении способа предотвращения выпадения шиповых шпилек, т.е. улучшения обычной способности к удержанию шиповой шпильки.
Список цитированной литературы
Патентная литература
[0004]
Патентный документ 1: нерассмотренная опубликованная заявка на патент Японии № 2010-70052A
Изложение сущности изобретения
Техническая проблема
[0005]
Цель изобретения заключается в том, чтобы предложить шипованную шину с улучшенной способностью к удержанию шиповой шпильки и улучшенными характеристиками на снегу и льду, а также на мокром покрытии по сравнению с обычно достигаемыми характеристиками.
Решение проблемы
[0006]
Шипованная шина изобретения, позволяющая достичь этой цели, представляет собой шипованную шину, содержащую шиповые шпильки, установленные в поверхность участка протектора, контактирующую с дорожным покрытием, которая образована из каучуковой композиции; причем каучуковая композиция содержит диеновый каучук, содержащий по меньшей мере один каучук, который выбирают из натурального каучука, бутадиен-стирольного каучука и бутадиенового каучука, от 5 до 50 весовых частей углеродной сажи и от 5 до 70 весовых частей кремнезема на 100 весовых частей диенового каучука; при этом температура стеклования диенового каучука не превышает -60 °C; удельная площадь поверхности по адсорбции азота углеродной сажи составляет от 50 до 120 м2/г; удельная площадь поверхности по ЦТАБ кремнезема составляет от 80 до 190 м2/г; твердость каучука для каучуковой композиции не превышает 60; а произведение (S × A) напряжения S (МПа) в момент 400% удлинения и площади нижней поверхности A (мм2), расположенной внизу фланцевой части шиповой шпильки составляет не менее 400 и не более 850.
Преимущественные эффекты изобретения
[0007]
В качестве каучуковой композиции, из которой образуют участок протектора шипованной шины изобретения, определенную углеродную сажу и кремнезем смешивают с диеновым каучуком, имеющим температуру стеклования не выше -60 °C, который выбирают из натурального каучука, бутадиен-стирольного каучука и бутадиенового каучука, причем твердость каучука каучуковой композиции не превышает 60, а произведение (S × A) напряжения S (МПа) в момент 400% удлинения и площади нижней поверхности A (мм2), расположенной внизу фланцевой части шиповой шпильки, составляет не менее 400 и не более 850. Таким образом, можно изготовить шипованную шину с дополнительно улучшенной способностью к удержанию шиповой шпильки и с такими же или улучшенными характеристиками шипованной шины на снегу и льду, а также на мокром покрытии по сравнению с обычно достигаемыми характеристиками.
[0008]
Усилие вырывания, необходимое для вырывания шиповых шпилек этой шипованной шины из участка протектора, должно составлять не менее 170 Н, это позволяет дополнительно снизить вероятность выпадения шиповой шпильки.
[0009]
Каучуковая композиция, из которой состоит участок протектора, должна дополнительно содержать от 0,1 до 10 весовых частей термически расширяемых микрокапсул на 100 весовых частей диенового каучука. Это позволяет дополнительно улучшить характеристики шипованной шины на снегу и льду, а также на мокром покрытии.
Краткое описание чертежей
[0010]
На фиг. 1 представлен развернутый вид, на котором показан рисунок протектора шины (перед забиванием шиповых шпилек) в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 2 представлен развернутый вид, на котором показан рисунок протектора шины (после забивания шиповых шпилек) в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 3 представлен вид сбоку, на котором показан пример шиповой шпильки, которая входит в состав шипованной шины изобретения.
На фиг. 4 представлен вид в поперечном сечении, на котором показан пример установочного отверстия, образованного в участке протектора шипованной шины.
На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении, на котором показано положение, в котором находится шиповая шпилька, показанная на фиг. 3, при установке в установочное отверстие, изображенное на фиг. 4.
Описание вариантов осуществления
[0011]
На фиг. 1 представлен рисунок протектора перед забиванием шиповых шпилек в соответствии с вариантом осуществления шипованной шины изобретения, а на фиг. 2 показан пример рисунка протектора после забивания шиповых шпилек в шину, изображенную на фиг. 1.
[0012]
Как показано на фиг. 1 и 2, в участке 1 протектора сформировано множество вертикальных канавок 2, проходящих зигзагообразно в направлении вдоль окружности шины, и множество горизонтальных канавок 3, проходящих в поперечном направлении шины. Ряды блоков 40 в центральной зоне протектора, содержащие множество блоков 4, и ряды блоков 50 в плечевой зоне, содержащие множество блоков 5, разделены этими вертикальными канавками 2 и горизонтальными канавками 3.
[0013]
В каждом из блоков 4 рядов блоков 40 в центральной зоне протектора и в каждом из блоков 5 рядов блоков 50 в плечевой зоне сформировано множество прорезей 6, проходящих зигзагообразно в поперечном направлении шины. Кроме того, установочные отверстия 10 для шиповых шпилек сформированы вместе с множеством прорезей 6 в блоках 5 ряда блоков 50 в плечевой зоне. В местах расположения установочных отверстий 10 отсутствуют прорези 6. На фиг. 2 показано, что в каждое установочное отверстие 10 установлена шиповая шпилька 20. Шиповые шпильки 20 устанавливают путем вставки шиповых шпилек 20 в установочные отверстия 10, когда установочные отверстия 10 находятся в расширенном состоянии, а затем установочные отверстия 10 возвращают в обычное состояние.
[0014]
На фиг. 3 представлен вид сбоку, на котором показана шиповая шпилька 20, входящая в состав изобретения. На фиг. 4 представлен вид в поперечном сечении, на котором показано установочное отверстие 10, сформированное в участке протектора. На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении, на котором показано положение, в котором находится шиповая шпилька, показанная на фиг. 3, при установке в установочное отверстие, изображенное на фиг. 4. В показанных примерах шиповые шпильки двухфланцевого типа описаны как шиповые шпильки, но для шипованной шины изобретения можно также использовать шиповые шпильки однофланцевого типа.
[0015]
Как показано на фиг. 3, шиповая шпилька 20 содержит цилиндрическую корпусную часть 21, фланцевую часть 22, расположенную на участке поверхности, контактирующей с дорожным покрытием, расположенную внизу фланцевую часть 23 и верхушечный участок 24. Фланцевую часть 22, расположенную на участке поверхности, контактирующей с дорожным покрытием, формируют на участке поверхности, контактирующей с дорожным покрытием (наружная сторона в радиальном направлении шины), корпусной части 21 таким образом, что диаметр фланцевой части 22, расположенной на участке поверхности, контактирующей с дорожным покрытием, превышает диаметр корпусной части 21. Верхушечный участок 24 образован из материала, который тверже материала других составных элементов, таким образом, что он выступает в направлении оси шипа от фланцевой части 22, расположенной на участке поверхности, контактирующей с дорожным покрытием. Расположенную внизу фланцевую часть 23 формируют в нижней части (внутренняя сторона в радиальном направлении шины) корпусной части 21 таким образом, что диаметр расположенной внизу фланцевой части 23 превышает диаметр корпусной части 21.
[0016]
С другой стороны, как показано на фиг. 4, установочное отверстие 10 содержит цилиндрическую часть 11, расположенную вверху и в месте, соответствующем фланцевой части 22, расположенной на участке поверхности, контактирующей с дорожным покрытием, шиповой шпильки 20, цилиндрическую часть 12, расположенную внизу и в месте, соответствующем корпусной части 21 шиповой шпильки 20, и нижнюю часть 13, расположенную смежно с расположенной внизу цилиндрической частью 12. При этом внутренние диаметры расположенной вверху цилиндрической части 11 и нижней части 13 соответственно превышают внутренний диаметр расположенной внизу цилиндрической части 12.
[0017]
При применении шиповой шпильки однофланцевого типа диаметр фланцевой части 22, расположенной на участке поверхности, контактирующей с дорожным покрытием, может быть таким же, что и диаметр цилиндрической корпусной части 21. Кроме того, для установочного отверстия, соответствующего однофланцевому типу, точно также внутренний диаметр расположенной вверху цилиндрической части 11 может быть равен внутреннему диаметру расположенной внизу цилиндрической части 12.
[0018]
Для шиповых шпилек как однофланцевого, так и двухфланцевого типа диаметр расположенной внизу фланцевой части 23 выполняют таким образом, чтобы он было больше диаметра цилиндрической корпусной части 21. Внутренний диаметр нижней цилиндрической части 12 выполняют таким образом, чтобы он был меньше внутреннего диаметра нижней части 13 установочного отверстия.
[0019]
Как показано на фиг. 5, когда шиповую шпильку 20 устанавливают в установочное отверстие 10, предусмотренное в участке протектора, суженная цилиндрическая часть 12 установочного отверстия 10, расположенная внизу, сжимает шиповую шпильку 20 таким образом, что шиповую шпильку 20 трудно извлечь. Поскольку расположенную внизу фланцевую часть 23 шиповой шпильки 20 выполняют таким образом, чтобы ее диаметр был больше внутреннего диаметра расположенной внизу цилиндрической части 12, шиповую шпильку 20 еще труднее извлечь.
[0020]
Соотношение (D/d) диаметра D расположенной внизу фланцевой части 23 шиповой шпильки 20 и внутреннего диаметра d расположенной внизу цилиндрической части 12 установочного отверстия 10 не имеет конкретных ограничений, но оно предпочтительно составляет от 2,5 до 5,5, более предпочтительно от 3,0 до 4,0. Настройка этого соотношения (D/d) в пределах указанного диапазона позволяет предотвратить выпадение шиповой шпильки.
[0021]
Участок протектора шипованной шины изобретения формируют из определенной каучуковой композиции. Эта каучуковая композиция (также называемая в данном документе «каучуковой композицией для протектора шины») содержит по меньшей мере один каучук, который выбирают из натурального каучука, бутадиен-стирольного каучука и бутадиенового каучука, которые представляют собой основные компоненты этой композиции. Содержание этих каучуков в качестве основных компонентов означает, что каучуковая композиция содержит в общей сложности не менее 50% масс. натурального каучука и/или бутадиен-стирольного каучука и/или бутадиенового каучука по отношению к 100% масс. диенового каучука. При применении этих каучуков в качестве основных компонентов можно улучшить характеристики каучуковой композиции на снегу и льду, а также на мокром покрытии. Общее содержание натурального каучука, бутадиен-стирольного каучука и бутадиенового каучука предпочтительно составляет от 50 до 100% масс., а более предпочтительно от 70 до 100% масс.
[0022]
В соответствии с изобретением каучуковая композиция может содержать диеновый каучук, отличный от натурального каучука, бутадиен-стирольного каучука и бутадиенового каучука. Примеры других диеновых каучуков включают в себя изопреновый каучук, бутадиенакрилонитрильный каучук, бутилкаучук, этилен-альфа-олефиновый каучук и хлоропреновый каучук. Содержание другого диенового каучука предпочтительно составляет от 0 до 50% масс., а более предпочтительно от 0 до 30% масс. в 100% масс. диенового каучука.
[0023]
В соответствии с изобретением температуру стеклования (Tg) диенового каучука, содержащего натуральный каучук, бутадиен-стирольный каучук и бутадиеновый каучук, устанавливают не выше -60 °С, предпочтительно от -100 °С до -60 °C, более предпочтительно от -90 °C до -70 °C. Установка температуры стеклования (Tg) диенового каучука на уровне не выше -60 °С позволяет обеспечить эластичность участка протектора шипованной шины в условиях низких температур и улучшить характеристики на снегу и льду, а также на мокром покрытии.
[0024]
В данном описании температуру стеклования (Tg) диенового каучука в целом (средневзвешенное значение температуры стеклования) определяют умножением температуры стеклования составляющих диеновых каучуков на весовой коэффициент каждого диенового каучука. Суммарный весовой коэффициент всех диеновых каучуков устанавливают равным 1. Кроме того, температура стеклования (Tg) каждого диенового каучука представляет собой температуру стеклования диенового каучука в состоянии, в котором отсутствует маслонаполненный компонент (масло). Для определения температуры стеклования (Tg) диенового каучука выполняют дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК) при скорости роста температуры 20 °C/мин с получением термограммы, а температуру в срединной точке переходной области рассматривают в качестве температуры стеклования.
[0025]
Каучуковая композиция, входящая в состав участка протектора, содержит от 5 до 50 весовых частей углеродной сажи, имеющей удельную площадь поверхности по адсорбции азота от 50 до 120 м2/г, и от 5 до 70 весовых частей кремнезема, имеющего удельную площадь поверхности по адсорбции ЦТАБ от 80 до 190 м2/г, в расчете на 100 весовых частей описанного выше диенового каучука.
[0026]
Удельная площадь поверхности по адсорбции азота углеродной сажи составляет от 50 до 120 м2/г и предпочтительно от 70 до 110 м2/г. Если удельная площадь поверхности по адсорбции азота углеродной сажи составляет менее 50 м2/г, происходит снижение износостойкости каучуковой композиции. Если удельная площадь поверхности по адсорбции азота углеродной сажи превышает 120 м2/г, происходит ухудшение тепловыделения каучука. В данном описании удельную площадь поверхности по адсорбции азота углеродной сажи измеряют на основании стандарта JIS K6217-2.
[0027]
Количество углеродной сажи в смеси составляет от 5 до 50 весовых частей, а предпочтительно от 20 до 50 весовых частей на 100 весовых частей диенового каучука. Если количество углеродной сажи в смеси составляет менее 5 весовых частей, достижение требуемого черного цвета каучуковой композиции не представляется возможным. Если количество углеродной сажи в смеси превышает 50 весовых частей, ухудшается тепловыделение каучуковой композиции.
[0028]
Удельная площадь поверхности по адсорбции ЦТАБ кремнезема составляет от 80 до 190 м2/г, предпочтительно от 100 до 180 м2/г. Если удельная площадь поверхности по адсорбции ЦТАБ кремнезема составляет менее 80 м2/г, происходит снижение износостойкости. Если удельная площадь поверхности по адсорбции ЦТАБ кремнезема превышает 190 м2/г, ухудшается тепловыделение каучуковой композиции. В данном описании удельную площадь поверхности по адсорбции ЦТАБ кремнезема измеряют на основании стандарта JIS K6217-3.
[0029]
Количество кремнезема в смеси составляет от 5 до 70 весовых частей, а предпочтительно от 10 до 50 весовых частей на 100 весовых частей диенового каучука. Если количество кремнезема в смеси составляет менее 5 весовых частей, ухудшается тепловыделение. Если количество кремнезема в смеси превышает 70 весовых частей, ухудшается экструдируемость каучуковой композиции.
[0030]
Каучуковая композиция для протектора шины может содержать силановый связывающий агент. За счет смешивания силанового связывающего агента можно улучшить диспергируемость кремнезема в диеновом каучуке и улучшить армирование каучука.
[0031]
Количество вещества в силановом связывающем агенте составляет предпочтительно от 3 до 15% масс., более предпочтительно от 5 до 10% масс. относительно общего количества кремнезема в смеси. Если количество силанового связывающего агента в смеси составляет менее 3% масс., повысить дисперсию кремнезема в достаточной степени не представляется возможным. Если количество силанового связывающего агента в смеси превышает 15% масс. от общего количества кремнезема в смеси, достижение необходимой твердости, прочности или износостойкости не представляется возможным.
[0032]
Тип силанового связывающего агента не имеет конкретных ограничений при условии, что силановый связывающий агент может быть использован в каучуковой композиции, в которой смешивают кремнезем, и его примеры включают в себя серосодержащие связывающие агенты, такие как бис-(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфид, бис-(3-триэтоксисилилпропил)дисульфид, 3-триметоксисилилпропилбензотиазолтетрасульфид, γ-меркаптопропилтриэтоксисилан и 3-октаноилтиопропилтриэтоксисилан.
[0033]
Каучуковая композиция для протектора шины также может содержать и другие наполнители, отличные от углеродной сажи и кремнезема, при условии, что они не препятствуют достижению цели изобретения. Примеры других наполнителей включают в себя глину, слюду, тальк, карбонат кальция, гидроксид алюминия, оксид алюминия и оксид титана.
[0034]
Каучуковая композиция, входящая в состав участка протектора шипованной шины, может содержать термически расширяемые микрокапсулы в количестве предпочтительно от 0,1 до 10 весовых частей, а более предпочтительно от 0,5 до 7 весовых частей на 100 весовых частей диенового каучука. Если количество термически расширяемых микрокапсул в смеси составляет менее 0,1 весовой части, объем полых частиц (оболочек микрокапсул), в котором термически расширяемые микрокапсулы расширяются во время вулканизации, является недостаточным, из-за чего достаточное улучшение фрикционных характеристик на льду может быть невозможным. Если количество термически расширяемых микрокапсул в смеси превышает 10 весовых частей, происходит снижение износостойкости каучука протектора.
[0035]
Термически расширяемые микрокапсулы имеют структуру, в которой термически расширяемое вещество заключено в материал-оболочку, образованную из термопластичного каучука. Следовательно, когда термически расширяемые микрокапсулы, диспергированные в каучуковой композиции, нагревают во время вулканизации формованной невулканизированной шины, термически расширяемое вещество, заключенное в материал-оболочку, расширяется таким образом, что размер частиц материала-оболочки увеличивается с формированием в каучуке протектора множества полых частиц. В результате эффективно поглощается и удаляется водяная пленка, которая образуется на поверхности льда, и обеспечивается микрокраевой эффект, вследствие чего улучшаются характеристики на льду. Материал-оболочка микрокапсул тверже каучука протектора и, следовательно, может повысить износостойкость участка протектора. Материал-оболочка термически расширяемых микрокапсул может представлять собой полимер на основе нитрила.
[0036]
Термически расширяемое вещество, заключенное в материал-оболочку микрокапсул, обладает способностью испаряться или расширяться под воздействием тепла, и одним из его примеров является по меньшей мере один тип, который выбирают из группы, состоящей из углеводородов, таких как изоалканы и нормальные алканы. Примеры изоалканов включают в себя изобутан, изопентан, 2-метилпентан, 2-метилгексан и 2,2,4-триметилпентан, а примеры нормальных алканов включают в себя н-бутан, н-пропан, н-гексан, н-гептан и н-октан. Эти углеводороды можно использовать по отдельности или множество этих углеводородов можно использовать в комбинации. В качестве предпочтительной формы термически расширяемого вещества может применяться вещество, состоящее из углеводорода, являющегося газом при комнатной температуре, который растворяют в углеводороде, являющемся жидкостью при комнатной температуре. В случае применения смеси таких углеводородов можно достичь достаточной степени расширения от области низких температур до области высоких температур в пределах диапазона температур вулканизации под давлением (от 150 до 190 °С) невулканизированной шины.
[0037]
Каучуковая композиция, предназначенная для применения в протекторе шины, также может содержать различные компаундирующие агенты, которые обычно применяют в каучуковых композициях для протектора шины. Их примеры включают в себя агенты вулканизации или сшивающие агенты, ускорители вулканизации, реагенты, предотвращающие старение, пластификаторы, технологические добавки, жидкие полимеры и термоотверждающиеся смолы. Эти компаундирующие агенты могут замешивать обычным способом, чтобы получить каучуковую композицию, которую затем можно использовать для вулканизации или образования поперечных связей в соединении. Эти компаундирующие агенты можно смешивать в типовых обычно применяемых количествах при условии, что это не будет препятствовать достижению цели изобретения. Каучуковую композицию для протектора шины можно получить путем смешивания вышеупомянутых компонентов с помощью широко известной машины для перемешивания каучука, такой как смеситель Бенбери, месильная машина, валковая машина или т. п. Полученную каучуковую композицию можно использовать в участке протектора шипованной шины и отформовать с вулканизацией обычным способом.
[0038]
Твердость каучука для каучуковой композиции отформованного с вулканизацией участка протектора не превышает 60, предпочтительно составляет от 40 до 60, более предпочтительно от 45 до 55. При установке твердости каучука для каучуковой композиции не выше 60 происходит улучшение характеристик на льду каучуковой композиции. Твердость каучука, применяемая в данном документе, относится к твердости каучука, измеряемой в соответствии со стандартом JIS K6253 с применением дюрометра типа А при температуре 25 °С.
[0039]
В шипованной шине изобретения произведение (S × A) напряжения S (МПа) в момент 400% удлинения каучуковой композиции и площади нижней поверхности A (мм2), расположенной внизу фланцевой части 23 шиповой шпильки 20, составляет не менее 400 и не более 850 и предпочтительно составляет от 450 до 700. Если произведение (S × А) составляет менее 400, достаточное снижение вероятности выпадения шиповых шпилек не представляется возможным. Если произведение (S × А) превышает 850, жесткость каучуковой композиции после вулканизации становится слишком высокой. При этом напряжение в момент 400% удлинения каучуковой композиции обозначает значение, определяемое путем измерения напряжения (МПа) в момент 400% удлинения на основании стандарта JIS K6251.
[0040]
Площадь нижней поверхности A (мм2), расположенной внизу фланцевой части 23 шиповой шпильки 20, не имеет конкретных ограничений при условии, что она удовлетворяет вышеупомянутому соотношению, но площадь нижней поверхности A предпочтительно составляет от 40 до 80 мм2, более предпочтительно - от 50 до 70 мм2. Площадь нижней поверхности A (мм2), расположенной внизу фланцевой части 23, представляет собой максимальную площадь поперечного сечения среди площадей поперечных сечений, перпендикулярных направлению оси шипа расположенной внизу фланцевой части 23.
[0041]
Шипованную шину изобретения получают путем формования шины с вулканизацией, при котором не забивают шиповые шпильки, шиповые шпильки 20 устанавливают позже в установочные отверстия 10, образованные в участке протектора полученной шины. Усилие вырывания, необходимое для вырывания установленных шиповых шпилек из участка протектора, предпочтительно составляет не менее 170 Н, более предпочтительно от 170 до 600 Н, еще более предпочтительно от 200 до 500 Н. Если установить, что усилие вырывания шиповой шпильки должно составлять не менее 170 Н, то во время фактического использования шипованной шины извлечь шиповые шпильки будет еще труднее.
[0042]
Изобретение дополнительно описано ниже с помощью примеров. Однако объем изобретения не ограничен данными примерами.
Примеры
[0043]
Применяя компаундирующие агенты, представленные в таблице 2, в качестве общих компонентов, восемь типов каучуковых композиций, представленных в таблице 1 (рабочие примеры 1-4 и сравнительные примеры 1-4), получали путем смешивания компонентов, за исключением серы, ускорителя вулканизации и термически расширяемых микрокапсул, в герметизированном смесителе объемом 1,8 л в течение 5 мин, выгружали и охлаждали смесь, к смеси добавляли серу, ускоритель вулканизации и термически расширяемые микрокапсулы и смешивали компоненты с помощью открытого валка. В таблице 1 бутадиен-стирольный каучук (SBR) содержит 37,5 весовой части маслонаполненного компонента, поэтому чистое количество каучука в смеси SBR показано в скобках рядом с количеством в смеси, содержащим маслонаполненный компонент. Кроме того, количество компаундирующих агентов в смеси, показанное в таблице 2, выражено в виде весовых частей на 100 весовых частей диеновых каучуков, показанных в таблице 1.
[0044]
Восемь типов полученных каучуковых композиций вулканизировали под давлением в специальной пресс-форме при температуре 170 °С в течение 10 мин для изготовления опытных образцов из каучуковых композиций для протектора. Твердость каучука, напряжение (S (МПа)) в момент 400% удлинения, tan δ при 0 °С и фрикционные характеристики на льду (испытание на льду внутри вращающегося барабана: μ - коэффициент сцепления) полученных опытных образцов измеряли в соответствии с описанными ниже способами.
[0045]
Твердость каучука
Твердость каучука опытного образца измеряли в соответствии со стандартом JIS K6253 с помощью дюрометра типа A при температуре 25 °С. Полученные результаты показаны в строке «Твердость каучука» таблицы 1.
[0046]
Напряжение в момент 400% удлинения
В соответствии со стандартом JIS K6251 из полученных опытных образцов вырезали гантелевидный опытный образец (JIS № 3). Напряжение в момент 400% деформации измеряли в соответствии со стандартом JIS K6251. Полученные результаты приведены в строке «M400 (S)» таблицы 1.
[0047]
Tan δ при 0 °C
Динамическую вязкоупругость полученного опытного образца измеряли с помощью вязкоупругого спектрометра, изготовленного Toyo Seiki Seisakusho, Ltd., при начальной деформации 10%, амплитуде ± 2% и частоте 20 Гц и рассчитывали значение tan δ при температуре 0 °С. Полученные результаты приведены в виде индексов в строке «Tan δ (0 °C)» таблицы 1, причем значение для сравнительного примера 1 составляет 100. Больший индекс указывает на лучшие характеристики на мокром покрытии.
[0048]
Фрикционные характеристики на льду (испытание на льду внутри вращающегося барабана: μ - коэффициент сцепления)
Полученный опытный образец прикрепляли к каучуковой подложке в форме колонны с плоским основанием и измеряли коэффициент трения на льду с помощью устройства для испытания трения на льду на внутренней поверхности барабана при температуре измерения -1,5 °C, нагрузке 5,5 кг/см2 и скорости вращения барабана 25 км/ч. Полученные результаты приведены в виде индексов в строке «Характеристики на льду и снегу» таблицы 1, причем значение для сравнительного примера 1 составляет 100. Более высокое значение индекса указывает на лучшие характеристики на снегу и льду.
[0049]
Восемь типов полученных каучуковых композиций вулканизировали под давлением в пресс-форме, имеющей специальную форму с установочными отверстиями, при температуре 170 °С в течение 10 мин для изготовления опытных образцов с установочными отверстиями из каучуковых композиций для протектора. Для изготовления опытных образцов с шиповыми шпильками в полученные опытные образцы с установочными отверстиями устанавливали шиповые шпильки, у которых площадь расположенной внизу фланцевой части составляет 48 мм2 (A=48 мм2). Полученные опытные образцы с шиповыми шпильками применяли для измерения усилия вырывания шиповых шпилек с помощью следующего способа.
[0050]
Усилие вырывания шиповых шпилек
После удаления верхушечной части шиповой шпильки в ее верхней части было образовано резьбовое отверстие, и в отверстие был установлен винт с хвостовиком-держателем. Подготовленные таким способом шиповые шпильки устанавливали в опытные образцы со сформированными ранее установочными отверстиями, и после установки всех необходимых параметров опытные образцы помещали в измеритель натяжения для измерения усилия вырывания шиповых шпилек. Полученные результаты представлены в строке «Усилие вырывания» таблицы 1.
[0051]
[Таблица 1]
| Сравнительный пример 1 | Сравнительный пример 2 | Сравнительный пример 3 | Сравнительный пример 4 | Рабочий пример 1 | Рабочий пример 2 | Рабочий пример 3 | Рабочий пример 4 | ||
| NR | Весовая часть | 50 | 50 | 20 | 50 | 50 | 50 | 50 | 40 |
| BR | Весовая часть | 50 | 50 | 30 | 50 | 50 | 50 | 50 | 45 |
| SBR | Весовая часть | 68,75 (50) | 20,63 (15) | ||||||
| Углеродная сажа | Весовая часть | 60 | 30 | 30 | 30 | 30 | 5 | 30 | 30 |
| Кремнезем 1 | Весовая часть | 30 | 40 | 30 | 60 | 30 | 30 | ||
| Кремнезем 2 | Весовая часть | 30 | |||||||
| Силановый связывающий агент | Весовая часть | 3 | 3 | 3 | 3 | 6 | 3 | 3 | |
| Микрокапсулы | Весовая часть | 5 | |||||||
| Масло | Весовая часть | 30 | 30 | 16 | 17 | 30 | 30 | 30 | 25,9 |
| Температура стеклования (Tg) диенового каучука | °C | -87,5 | -87,5 | -56,0 | -87,5 | -87,5 | -87,5 | -87,5 | -78,5 |
| Твердость каучука | - | 52 | 50 | 53 | 61 | 50 | 48 | 51 | 51 |
| M400 (S) | МПа | 8,1 | 7,3 | 9,1 | 11,2 | 8,2 | 7,2 | 7,8 | 8 |
| Площадь нижней поверхности шиповой шпильки (A) | мм2 | 48 | 48 | 48 | 48 | 61 | 61 | 61 | 61 |
| Произведение (S × A) | МПа⋅мм2 | 389 | 350 | 437 | 538 | 500 | 439 | 476 | 488 |
| Tan δ при 0 °C | Индексное значение | 100 | 103 | 132 | 97 | 102 | 101 | 101 | 109 |
| Характеристики на льду и снегу | Индексное значение | 100 | 102 | 84 | 76 | 106 | 111 | 122 | 104 |
| Усилие вырывания шиповых шпилек | Н | 146 | 102 | 177 | 220 | 191 | 184 | 202 | 208 |
[0052]
Типы применяемых исходных материалов, представленных в таблице 1, описаны ниже.
• NR: натуральный каучук, STR20 (производитель: BON BUNDIT), температура стеклования: -65 °C.
• BR: бутадиеновый каучук; Nipol BR1220 (производитель: Zeon Corporation), температура стеклования: -110 °C.
• SBR: бутадиен-стирольный каучук, BUNA VSL 5025-2 (производитель: LANXESS Corporation) (маслонаполненный продукт, в котором 37,5 весовой части масла смешивают со 100 весовыми частями каучука), температура стеклования: -20 °C.
• Углеродная сажа: Show Black N339 (производитель: Cabot Japan), удельная площадь поверхности по адсорбции ЦТАБ: 142 м2/г.
• Кремнезем 1: кремнезем, ULTRASIL 5000 GR (производитель: Evonic Degussa Corporation), удельная площадь поверхности по ЦТАБ: 125 м2/г.
• Кремнезем 2: кремнезем, 200MP (производитель: Rhodia), удельная площадь поверхности по ЦТАБ: 200 м2/г.
• Связывающий агент: силановый связывающий агент, Si69 (производитель Evonik Degussa).
• Микрокапсулы: термически расширяемые микрокапсулы, Microsphere F100 (производитель: Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.).
• Масло: экстракт №. 4S (производитель: Showa K.K.).
[0053]
[Таблица 2]
| Общие компоненты каучуковых композиций | ||
| Оксид цинка | 4,0 | Весовая часть |
| Стеариновая кислота | 2,0 | Весовая часть |
| Реагент, предотвращающий старение | 2,0 | Весовая часть |
| Воск | 2,0 | Весовая часть |
| Сера | 1,5 | Весовая часть |
| Ускоритель 1 вулканизации | 1,5 | Весовая часть |
| Ускоритель 2 вулканизации | 0,2 | Весовая часть |
[0054]
Типы применяемых исходных материалов, представленных в таблице 2, приведены ниже.
• Оксид цинка: Zinc Oxide №3 (производитель Seido Chemical Co., Ltd.).
• Стеариновая кислота: Beads Stearic Acid YR (производитель: NOF Corp.).
• Реагент, предотвращающий старение: 6PPD (производитель: Flexsys).
• Воск: парафиновый воск (производитель Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.).
• Сера: промасленная сера (производитель Hosoi Chemical Industry Co., Ltd.).
• Ускоритель 1 вулканизации: Sanceler CM-G (производитель: Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.).
• Ускоритель 2 вулканизации: Soxinol D-G (производитель: Sumitomo Chemical Co., Ltd.).
[0055]
Данные, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что шипованные шины из рабочих примеров 1-4 имеют хорошие характеристики на мокром покрытии (tan δ при 0 °C) и хорошие характеристики на снегу и льду.
[0056]
Как видно из таблицы 1, каучуковая композиция шипованной шины из сравнительного примера 2 содержит кремнезем 2, имеющий удельную площадь поверхности по ЦТАБ более 190 м2/г и произведение (S × A) напряжения S и площади нижней поверхности A менее 400, что обуславливает неудовлетворительное усилие вырывания шиповой шпильки. Эффект улучшения характеристик на снегу и льду также является небольшим.
[0057]
Температура стеклования диенового каучука каучуковой композиции шипованной шины из сравнительного примера 3 выше -60 °C, что обуславливает неудовлетворительные характеристики на снегу и льду.
[0058]
Твердость каучука каучуковой композиции шипованной шины из сравнительного примера 4 превышает 60, что обуславливает неудовлетворительные характеристики на снегу и льду, а также на мокром покрытии.
[0059]
Как показано в таблице 3, были изготовлены опытные образцы с шиповыми шпильками, в которых сочетаются каучуковые композиции, приведенные в таблице 1 (рабочие примеры 1 и 2 и сравнительные примеры 2 и 3), и шесть типов композиций с различными площадями расположенной внизу фланцевой части (рабочие примеры 5 и 6 и сравнительные примеры 5-8). Полученные опытные образцы с шиповыми шпильками применяли для измерения усилия вырывания шиповых шпилек с помощью описанного выше способа.
[0060]
[Таблица 3]
| Сравнительный пример 5 | Сравнительный пример 6 | Сравнительный пример 7 | Сравнительный пример 8 | Рабочий пример 5 | Рабочий пример 6 | ||
| Тип каучуковой композиции, входящей в состав участка протектора | Тот же, что и в сравнительном примере 2 | Тот же, что и в сравнительном примере 2 | Тот же, что и в сравнительном примере 3 | Тот же, что и в сравнительном примере 3 | Тот же, что и в рабочем примере 1 | Тот же, что и в рабочем примере 2 | |
| Температура стеклования (Tg) диенового каучука | °C | -87,5 | -87,5 | -56,0 | -56,0 | -87,5 | -87,5 |
| Твердость каучука | - | 50 | 50 | 53 | 53 | 50 | 48 |
| M400 (S) | МПа | 7,3 | 7,3 | 9,1 | 9,1 | 8,2 | 7,2 |
| Площадь нижней поверхности шиповой шпильки (A) | мм2 | 50 | 61 | 61 | 70 | 50 | 70 |
| Произведение (S × A) | МПа⋅мм2 | 365 | 445 | 555 | 637 | 410 | 504 |
| Tan δ при 0 °C | Индексное значение | 103 | 103 | 132 | 132 | 102 | 101 |
| Характеристики на льду и снегу | Индексное значение | 102 | 102 | 84 | 84 | 106 | 111 |
| Усилие вырывания шиповых шпилек | Н | 127 | 185 | 246 | 280 | 173 | 197 |
[0061]
Данные таблицы 3 свидетельствуют о том, что шипованные шины из рабочих примеров 5 и 6 имеют хорошие характеристики на мокром покрытии (tan δ при 0 °C) и характеристики на снегу и льду.
[0062]
В шипованной шине из сравнительного примера 5 каучуковая композиция из сравнительного примера 2 содержит кремнезем 2, имеющий удельную площадь поверхности по ЦТАБ более 190 м2/г и произведение (S × A) напряжения S и площади нижней поверхности A менее 400, что обуславливает неудовлетворительное усилие вырывания шиповой шпильки. Эффект улучшения характеристик на снегу и льду также является небольшим.
[0063]
В шипованной шине из сравнительного примера 6 каучуковая композиция из сравнительного примера 2 содержит кремнезем 2, имеющий удельную площадь поверхности по ЦТАБ более 190 м2/г, поэтому эффект улучшения характеристик на снегу и льду невелик.
[0064]
В шипованных шинах из сравнительных примеров 7 и 8 температура стеклования диенового каучука каучуковой композиции шипованной шины из сравнительного примера 3 выше -60 °C, что обуславливает неудовлетворительные характеристики на снегу и льду.
1. Шипованная шина, содержащая шиповые шпильки, которые устанавливают в поверхность участка протектора, контактирующую с дорожным покрытием, которая образована из каучуковой композиции; причем каучуковая композиция содержит:
диеновый каучук, содержащий по меньшей мере один каучук, который выбирают из натурального каучука, бутадиен-стирольного каучука и бутадиенового каучука;
от 5 до 50 весовых частей углеродной сажи; и
от 5 до 70 весовых частей кремнезема на 100 весовых частей диенового каучука;
причем температура стеклования диенового каучука не превышает -60 °C; удельная площадь поверхности по адсорбции азота углеродной сажи составляет от 50 до 120 м2/г;
удельная площадь поверхности по ЦТАБ кремнезема составляет от 80 до 190 м2/г; твердость каучука для каучуковой композиции не превышает 60; а
произведение (S × A) напряжения S (МПа) в момент 400% удлинения и площади нижней поверхности A (мм2), расположенной внизу фланцевой части шиповой шпильки, составляет не менее 400 и не более 850.
2. Шипованная шина по п. 1, в которой усилие вырывания, необходимое для вырывания шиповых шпилек из участка протектора, составляет не менее 170 Н.
3. Шипованная шина по п. 1 или 2, в которой каучуковая композиция дополнительно содержит от 0,1 до 10 весовых частей термически расширяемых микрокапсул на 100 весовых частей диенового каучука.
