Каучуковая композиция для шины
Изобретение относится к каучуковой композиции для шин. Каучуковая композиция для шин содержит на 100 частей по массе диенового каучука от 5 до 120 частей по массе углеродной сажи, имеющей удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA не более 90 м2/г и абсорбцию дибутилфталата-ДБФ сжатого образца (24M4) от 95 до 120 мл/100 г, отношение ΔDst/Dst полуширины ΔDst (нм) модального диаметра Dst к модальному диаметру Dst (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов углеродной сажи, составляющее по меньшей мере 0,65, при этом N2SA, (24M4) и Dst удовлетворяют следующей формуле: (24M4)/Dst < 0,0093 × N2SA - 0,06. При этом Dst составляет по меньшей мере 160 нм. Изобретение позволяет обеспечить каучуковую композицию для шин, которая сохраняет или улучшает механические свойства, в то время как разогрев уменьшается за счет примешивания углеродной сажи, имеющей особые коллоидные характеристики. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 табл.
Область техники
[0001]
Настоящее изобретение относится к каучуковой композиции для шин, которая сохраняет или улучшает механические свойства, в то время как разогрев уменьшается за счет примешивания углеродной сажи, имеющей особые коллоидные характеристики.
Предпосылки создания изобретения
[0002]
Характеристики, необходимые для пневматических шин, включают пониженное сопротивление качению и повышенную износостойкость, а также превосходную стабильность управления. Для уменьшения сопротивления качению сформированной шины был подавлен разогрев каучуковой композиции, из которой образована пневматическая шина. В качестве индикатора разогрева в каучуковой композиции, как правило, используется tg δ при 60 °C, определяемый посредством измерения динамической вязкоупругости, при этом меньшее значение tg δ (60 °C) каучуковой композиции указывает на меньший разогрев.
[0003]
Примеры способов уменьшения tg δ (60 °C) каучуковой композиции включают уменьшение количества углеродной сажи в смеси, увеличение размера частиц углеродной сажи и примешивание кремнезема вместо углеродной сажи. Однако такие способы представляют трудность в том отношении, что происходит ухудшение механических свойств, таких как прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве и твердость каучука, и снижение стабильности управления, износостойкости и долговечности сформированной шины.
[0004]
Кроме того, в последнее время потребовалось улучшение характеристик углеродной сажи и кремнезема для улучшения износостойкости при дальнейшем уменьшении сопротивления качению.
[0005]
Например, в патентном документе 1 предлагается уменьшение разогрева в каучуковой композиции, главным образом путем примешивания углеродной сажи, имеющей отрегулированные удельную площадь поверхности (удельную площадь поверхности по методу БЭТ, удельную площадь поверхности по ЦТАБ и йодный индекс адсорбции IA), показатель строения ДБФ (дибутилфталата), диаметр по Стоксу Dst и т. п. Однако эта каучуковая композиция необязательно обладает эффектом, достаточным для обеспечения механической прочности и износостойкости, и, таким образом, существует потребность в дальнейших улучшениях.
[0006]
С другой стороны, транспортные средства строительного назначения, такие как крупноразмерные грузовики-самосвалы, применяемые на карьерах и/или крупных строительных площадках, работают в течение длительного времени, перевозя тяжелые грузы. Большие шины для высоконагруженных машин, устанавливаемые на такие транспортные средства строительного назначения, должны не только иметь превосходную устойчивость к разрезанию, но и предотвращать отказ шины, подавляя перегрев шины, что достигается за счет подавления разогрева (сопротивление разогреву). Устойчивость к разрезанию является свойством, затрудняющим повреждение шины при ее контакте или соударении с барьером или внешним объектом. Разогрев является свойством, уменьшающим воздействие за счет преобразования энергии, приложенной к шине вследствие такого механического воздействия, в тепло, разогревающее каучук. Таким образом, для достижения превосходной устойчивости шины к разрезанию, требуется сильный разогрев каучука. С другой стороны, чтобы избежать перегрева шины и ее отказа вследствие перегрева, разогрев каучука должен быть небольшим. Таким образом, устойчивость к разрезанию и низкий разогрев находятся в компромиссном соотношении.
[0007]
Способ уменьшения разогрева каучуковой композиции может включать, например, уменьшение количества углеродной сажи в смеси и увеличение размера частиц углеродной сажи. Однако такие способы представляют трудность в том отношении, что происходит ухудшение механических характеристик, таких как прочность при разрыве и твердость каучука, и уменьшение устойчивости к разрезанию и/или износостойкости сформированной шины.
[0008]
В патентном документе 2 предлагается смешивание кремнезема, углеродной сажи, силанового связывающего агента, серы и сульфенамидного ускорителя в конкретных пропорциях с натуральным каучуком для уменьшения разогрева шин для крупных транспортных средств. Однако эта каучуковая композиция необязательно обладает эффектом, достаточным для улучшения устойчивости к разрезанию. Следовательно, требуется дальнейшее улучшение как сопротивления разогреву, так и устойчивости к разрезанию.
Список библиографических ссылок
Патентная литература
[0009]
Патентный документ 1: JP 2004-519552 A
Патентный документ 2: WO 2010/077232
Изложение сущности изобретения
Техническая проблема
[0010]
Целью настоящего изобретения является обеспечение каучуковой композиции для шин, которая сохраняет или улучшает механические свойства и устойчивость к разрезанию при уменьшении разогрева за счет смешивания углеродной сажи, имеющей особые коллоидные характеристики.
Решение проблемы
[0011]
Каучуковая композиция для шин первого варианта осуществления настоящего изобретения, достигающая описанной выше цели, содержит: на 100 частей по массе диенового каучука от 5 до 120 частей по массе углеродной сажи, имеющей удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA 90 м2/г или менее и абсорбцию ДБФ сжатого образца (24M4) от 95 до 120 мл/100 г, отношение ΔDst/Dst полуширины ΔDst (нм) модального диаметра Dst к модальному диаметру Dst (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов углеродной сажи, составляющее 0,65 или более, при этом N2SA, (24M4) и Dst удовлетворяют приведенной ниже формуле (1).
(24M4)/Dst < 0,0093 × N2SA - 0,06 (1),
где Dst - модальный диаметр (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов, N2SA - удельная площадь поверхности по адсорбции азота (м2/г), а (24M4) - абсорбция ДБФ сжатого образца (мл/100 г).
[0012]
Каучуковая композиция для шин для транспортных средств строительного назначения второго варианта осуществления настоящего изобретения содержит: на 100 частей по массе диенового каучука, содержащего 60% мас. или более натурального каучука, от 30 до 80 частей по массе неорганического наполнителя, содержащего углеродную сажу, имеющую удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA 90 м2/г или менее и абсорбцию ДБФ сжатого образца (24M4) от 95 до 120 мл/100 г, отношение ΔDst/Dst полуширины ΔDst (нм) модального диаметра Dst к модальному диаметру Dst (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов углеродной сажи, составляющее 0,65 или более, и при этом N2SA, (24M4) и Dst удовлетворяют приведенной ниже формуле (1).
(24M4)/Dst < 0,0093 × N2SA - 0,06 (1),
где Dst - модальный диаметр (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов, N2SA - удельная площадь поверхности по адсорбции азота (м2/г), а (24M4) - абсорбция ДБФ сжатого образца (мл/100 г).
Полезные эффекты изобретения
[0013]
Каучуковая композиция для шин первого варианта осуществления настоящего изобретения содержит: на 100 частей по массе диенового каучука от 5 до 120 частей по массе углеродной сажи, имеющей удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA 90 м2/г или менее и абсорбцию ДБФ сжатого образца (24M4) от 95 до 120 мл/100 г, отношение ΔDst/Dst на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов углеродной сажи, составляющее 0,65 или более, удовлетворяющее соотношению по приведенной выше формуле (1), тем самым сохраняя или улучшая механические свойства, такие как прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве и твердость каучука при одновременном уменьшении tg δ (60 °C) каучуковой композиции.
[0014]
Dst углеродной сажи предпочтительно составляет 160 нм или более. Более того, N2SA углеродной сажи предпочтительно составляет 50 м2/г или более.
[0015]
Пневматическая шина, в которой применяется каучуковая композиция для шин первого варианта осуществления настоящего изобретения, может сохранять или улучшать стабильность управления, износостойкость и долговечность, сравнимые с традиционными уровнями или превосходящие эти уровни, при этом уменьшается сопротивление качению и улучшаются характеристики топливной экономичности.
[0016]
Каучуковая композиция для шин для транспортных средств строительного назначения второго варианта осуществления настоящего изобретения содержит от 30 до 80 частей по массе неорганического наполнителя, содержащего углеродную сажу, имеющую удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA 90 м2/г или менее, абсорбцию ДБФ сжатого образца (24M4) от 95 до 120 мл/100 г и отношение ΔDst/Dst на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов углеродной сажи, составляющее 0,65 или более, удовлетворяющее соотношению по приведенной выше формуле (1) на 100 частей по массе диенового каучука, содержащего 60% мас. или более натурального каучука, тем самым сохраняя или улучшая устойчивость к разрезанию при одновременном уменьшении разогрева каучуковой композиции.
[0017]
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения Dst углеродной сажи предпочтительно составляет 160 нм или более. Более того, N2SA углеродной сажи предпочтительно составляет 50 м2/г или более.
[0018]
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения от 5 до 25 частей по массе кремнезема предпочтительно содержатся в качестве неорганического наполнителя, а предпочтительно содержание составляет более 30 частей по массе углеродной сажи.
[0019]
Пневматическая шина для транспортных средств строительного назначения, в которой применяется каучуковая композиция для шин для транспортных средств строительного назначения второго варианта осуществления настоящего изобретения на участке протектора, может улучшать устойчивость к разрезанию до уровней, сравнимых с традиционными или превосходящих эти уровни, при уменьшении разогрева, тем самым подавляя перегрев шины при продолжительном передвижении.
Краткое описание рисунков
[0020]
На ФИГ. 1 представлен график, показывающий соотношение между N2SA и (24M4)/Dst для типов углеродной сажи, соответствующих стандартам ASTM.
На ФИГ. 2 представлен график, показывающий соотношение между N2SA и (24M4)/Dst для типов углеродной сажи, применяемых в каучуковой композиции для шин настоящего изобретения.
На ФИГ. 3 представлен график, показывающий соотношение между N2SA и (24M4)/Dst для типов углеродной сажи, применяемых в примерах и сравнительных примерах настоящего описания.
На ФИГ. 4 представлен вид в поперечном сечении шины в меридиональном направлении, иллюстрирующий пример варианта осуществления пневматической шины.
На ФИГ. 5 представлен вид в поперечном сечении шины в меридиональном направлении, иллюстрирующей пример варианта осуществления пневматической шины для транспортного средства строительного назначения.
Описание вариантов осуществления
[0021]
Поскольку каучуковая композиция для шин первого варианта осуществления настоящего изобретения и каучуковая композиция для шин для транспортных средств строительного назначения второго варианта осуществления настоящего изобретения содержат новую углеродную сажу с конкретными удельной площадью поверхности по адсорбции азота N2SA и абсорбцией ДБФ сжатого образца (24M4), характерным отношением ΔDst/Dst полуширины ΔDst (нм) модального диаметра Dst к модальному диаметру Dst на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов и характерным соотношением между Dst/(24M4) и N2SA, не происходит ухудшения механических свойств, таких как прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве, твердость каучука, износоустойчивость и устойчивость к разрезанию, при этом tg δ (60 °C) каучуковой композиции уменьшается при использовании углеродной сажи, имеющей большой размер частиц.
[0022]
Углеродная сажа, применяемая в настоящем изобретении, имеет удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA 90 м2/г или менее. Когда N2SA превышает 90 м2/г, tg δ (60 °C) становится больше. N2SA составляет предпочтительно 87 м2/г или менее, более предпочтительно 86 м2/г или менее, а еще более предпочтительно 85 м2/г или менее. N2SA составляет предпочтительно 50 м2/г или более, более предпочтительно 53 м2/г или более, а еще более предпочтительно 55 м2/г или более. N2SA составляет предпочтительно от 50 до 90 м2/г, а более предпочтительно от 55 до 85 м2/г. В настоящем описании N2SA углеродной сажи измеряется в соответствии с JIS K6217-7.
[0023]
Более того, абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) углеродной сажи составляет от 95 до 120 мл/100 г и предпочтительно от 100 до 115 мл/100 г. Когда абсорбция ДБФ сжатого образца составляет менее 95 мл/100 г, tg δ (60 °C) возрастает, а износостойкость уменьшается. Кроме того, снижается технологичность формования каучуковой композиции, и происходит уменьшение диспергируемости углеродной сажи, поэтому характеристики армирования углеродной сажи невозможно достигнуть в достаточной степени. При абсорбции ДБФ сжатого образца более 120 мл/100 г, происходит уменьшение прочности при разрыве и ухудшение относительного удлинения при разрыве и устойчивости к разрезанию. Более того, технологичность ухудшается вследствие увеличения вязкости. Абсорбцию ДБФ сжатого образца измеряют с использованием сжатого образца в соответствии с Приложением A к стандарту JIS K6217-4.
[0024]
Углеродная сажа, применяемая в настоящем изобретении, имеет описанные выше удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA и абсорбцию ДБФ сжатого образца (24M4), а также следующее соотношение диаметра Dst моды на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов и ее полуширины ΔDst.
[0025]
В настоящем изобретении отношение ΔDst/Dst полуширины ΔDst (нм) кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов углеродной сажи к модальному диаметру Dst (нм) на кривой массового распределения составляет 0,65 или более, а предпочтительно 0,70 или более. Задавая отношение ΔDst/Dst на уровне 0,65 или более, можно уменьшить разогрев. В настоящем описании термин «модальный диаметр Dst на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов» относится к наиболее часто встречающемуся модальному диаметру на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов, полученному путем оптического измерения во время осаждения углеродной сажи центрифугированием. Более того, полуширина ΔDst относится к ширине распределения, при которой частота составляет половину высоты максимальной точки на кривой массового распределения агрегатов. В настоящем изобретении Dst и ΔDst измеряют в соответствии с определением посредством фотоседиментометрии с использованием тарельчатой центрифуги по стандарту JIS K6217-6.
[0026]
В каучуковой композиции для шин настоящего изобретения удельная площадь поверхности по адсорбции азота N2SA, абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) и Dst удовлетворяют приведенной ниже формуле (1).
(24M4)/Dst < 0,0093 × N2SA - 0,06 (1),
где Dst - модальный диаметр (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов, N2SA - удельная площадь поверхности по адсорбции азота (м2/г), а (24M4) - абсорбция ДБФ сжатого образца (мл/100 г).
[0027]
Поскольку углеродная сажа имеет N2SA, абсорбцию ДБФ сжатого образца и отношение ΔDst/Dst, которые находятся в пределах конкретных диапазонов, а (24M4)/Dst и N2SA удовлетворяют вышеприведенной формуле (1), механические свойства, такие как прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве, твердость каучука, износоустойчивость и устойчивость к разрезанию, могут сохраняться или улучшаться, при этом происходит уменьшение tg δ (60 °C) каучуковой композиции. Отрезок, отсекаемый на оси согласно правой части приведенной выше формулы (1), составляет предпочтительно -0,10, а более предпочтительно -0,12.
[0028]
На ФИГ. 1 представлен график, показывающий соотношение между (24M4)/Dst и N2SA для типов углеродной сажи, соответствующих стандартам ASTM, которые представляют собой типичные варианты углеродной сажи, имеющие номер стандарта ASTM. Горизонтальная ось на ФИГ. 1 представляет N2SA (м2/г), а вертикальная ось представляет (24M4)/Dst (мл/100 г/нм). Как показано на ФИГ. 1, отношение (24M4)/Dst к N2SA для традиционных стандартизованных типов углеродной сажи представлено по существу прямой линией (пунктирная линия на ФИГ. 1), угловой коэффициент которой составляет приблизительно 0,0093, а отрезок, отсекаемый на оси, составляет 0,0133.
[0029]
С другой стороны, у углеродной сажи, применяемой в настоящем изобретении, верхний предел отношения свойств агрегатов (24M4)/Dst к N2SA ограничен приведенной выше формулой (1). Эта граница (прямая линия, полученная путем замены знака неравенства в приведенной выше формуле (1) знаком равенства) показана сплошной линией на ФИГ. 2. Более того, типы углеродной сажи, используемые в примерах описания настоящей заявки, нанесены на график с помощью символа ○. Следует отметить, что пунктирная линия на ФИГ. 2 представляет собой прямую линию, определяемую по типам углеродной сажи, соответствующим стандартам ASTM. Поскольку отношение свойств агрегатов (24M4)/Dst и N2SA удовлетворяет этому соотношению, можно достичь превосходных значений прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве.
[0030]
В настоящем изобретении, когда углеродная сажа, характеризуемая приведенной выше формулой (1), имеет N2SA, абсорбцию ДБФ сжатого образца (24M4) и отношение ΔDst/Dst, которые находятся в пределах описанных выше диапазонов, механические свойства, такие как прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве, твердость каучука и износоустойчивость, могут сохраняться или улучшаться, в то время как происходит уменьшение tg δ (60 °C) каучуковой композиции. Более того, шина может обладать превосходной устойчивостью к разрезанию.
[0031]
Dst углеродной сажи, применяемой в настоящем изобретении, не ограничен конкретным значением, но предпочтительно составляет 160 нм или более, более предпочтительно 165 нм или более, а еще более предпочтительно 170 нм или более. При Dst менее 160 нм разогрев имеет тенденцию к ухудшению.
[0032]
Углеродную сажу, обладающую описанными выше свойствами, можно получить путем регулирования производственных условий, таких как условия введения сырьевого масла в печь для производства углеродной сажи, общее количество подаваемого воздуха, количество вводимого топливного масла и сырьевого масла и длительность реакции (время удерживания газа сгорания относительно конечного положения ввода сырьевого масла до остановки реакции).
[0033]
В настоящем изобретении в качестве углеродной сажи можно совместно использовать углеродную сажу, обладающую описанными выше свойствами, и другой тип углеродной сажи, при условии что доля углеродной сажи, имеющей особые коллоидные свойства, составляет более 50% мас. При смешивании с другим типом углеродной сажи можно регулировать баланс между tg δ и механическими свойствами каучуковой композиции.
[0034]
На ФИГ. 4 представлен вариант осуществления пневматической шины с использованием каучуковой композиции для шин первого варианта осуществления настоящего изобретения. Пневматическая шина содержит участок 1 протектора, участок 2 боковины и бортовой участок 3. Каркасный слой 4 монтируется между левым и правым бортовыми участками 3 и 3, и при этом каждый конец каркасного слоя 4 загибается от внутренней стороны к наружной стороне шины вокруг сердечника 5 борта. Слой 6 брекера расположен с наружной стороны в радиальном направлении шины каркасного слоя 4 на участке 1 протектора, а резина 7 протектора расположена с наружной стороны этого слоя брекера 6. Следует отметить, что, хотя пневматическая шина, изображенная на ФИГ. 4, представляет собой пример пневматических шин, применяемых в пассажирских транспортных средствах, легких грузовиках и т. п., каучуковая композиция для шин настоящего изобретения может также подходить для использования в пневматических шинах для высоконагруженных машин, устанавливаемых на грузовиках, автобусах и т. п., в дополнение к этому варианту осуществления.
[0035]
Каучуковая композиция для шин первого варианта осуществления настоящего изобретения может подходить для использования в резинах, из которых образованы участки бегового слоя протектора, участки подпротектора, участки боковины и участки бортового наполнителя пневматических шин, в резиновых покрытиях для кордов, таких как каркасные слои, слои брекера и слои покрытия брекера, боковых армирующих слоях резины, имеющих серповидное поперечное сечение в самонесущих шинах, резинах, которые образуют участки подушечных слоев обода, и т. п. Каучуковая композиция для шин первого варианта осуществления настоящего изобретения может подходить для использования в резине 7 протектора и участке 2 боковины. В частности, предпочтительным является использование в резине 7 протектора. Пневматическая шина, в которой каучуковая композиция настоящего изобретения используется для этих элементов, отличается небольшим разогревом во время передвижения, что позволяет уменьшить сопротивление качению и улучшить характеристику топливной экономичности. В то же время вследствие улучшения механических свойств каучуковой композиции стабильность управления, износостойкость и долговечность можно сохранять или повышать до уровней, сравнимых с традиционными или превышающих эти уровни.
[0036]
В каучуковой композиции для шин первого варианта осуществления настоящего изобретения примеры диенового каучука включают натуральный каучук, изопреновый каучук, бутадиеновый каучук, бутадиенстирольный каучук и бутадиенакрилонитрильный каучук, которые обычно используются в каучуковой композиции для шин, и т. п. Среди них предпочтительным являются натуральный каучук, изопреновый каучук, бутадиеновый каучук и бутадиенстирольный каучук. Эти диеновые каучуки можно использовать по отдельности или в виде желаемой смеси.
[0037]
Количество углеродной сажи в каучуковой композиции для шин составляет от 5 до 120 частей по массе, а предпочтительно от 20 до 100 частей по массе на 100 частей по массе диенового каучука. Когда количество углеродной сажи в смеси составляет менее 5 частей по массе, происходит уменьшение прочности при разрыве и ухудшение твердости каучука и износостойкости. Более того, когда количество углеродной сажи в смеси составляет более 120 частей по массе, происходит уменьшение относительного удлинения при разрыве, при этом tg δ (60 °C) возрастает. Более того, несколько ухудшается износостойкость. Кроме того, общее количество углеродной сажи составляет от 5 до 120 частей по массе на 100 частей по массе диенового каучука при совместном использовании углеродной сажи, имеющей описанные выше свойства, и другого типа углеродной сажи. Как описано выше, при смешивании с другим типом углеродной сажи можно регулировать баланс между tg δ и механическими свойствами каучуковой композиции.
[0038]
Каучуковая композиция для шины может также содержать различные типы добавок, которые обычно используются в каучуковых композициях, применяемых в шинах, таких как вулканизирующие и сшивающие реагенты, ускорители вулканизации, различные типы неорганических наполнителей, различные типы масел, реагенты, предотвращающие старение, и пластификаторы. Эти добавки могут замешиваться в соответствии с любым известным способом для образования каучуковой композиции и могут использоваться при вулканизации или сшивании. Количество данных добавок в смеси может соответствовать любому стандартному количеству, при условии что можно достичь цели настоящего изобретения. Каучуковую композицию для шины в соответствии с настоящим изобретением можно получить путем смешивания каждого из описанных выше компонентов при помощи широко известной месильной машины, такой как смеситель Бенбери, меситель и валковый смеситель.
[0039]
На ФИГ. 5 представлена пояснительная схема, иллюстрирующая вариант осуществления пневматической шины для транспортных средств строительного назначения второго варианта осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что в настоящем описании пневматическая шина для транспортных средств строительного назначения представляет собой пневматическую шину для крупноразмерных высоконагруженных машин, используемую для транспортных средств строительного назначения, таких как крупногабаритные грузовики-самосвалы, применяемые на карьерах и/или крупных строительных площадках. Более того, пневматическая шина для транспортных средств строительного назначения представляет собой большую шину, устанавливаемую на крупногабаритном транспортном средстве, к которому прикладывается нагрузка от 2 тонн до 100 тонн на одну шину.
[0040]
На ФИГ. 5 пневматическая шина для установки на транспортное средство строительного назначения содержит участок 11 протектора, участок 12 боковины и бортовой участок 13. Каркасный слой 14, включающий множество армирующих кордов, проходящих в радиальном направлении шины, монтируется между парой из левого и правого бортовых участков 13, 13. Концы каркасного слоя 14 завернуты вокруг сердечников 15 борта от внутренней стороны шины к наружной стороне шины.
[0041]
Множество слоев 16 брекера размещено с наружной продольной стороны каркасного слоя 14 в участке 11 протектора. Слои 16 брекера включают множество армирующих кордов, которые расположены под углом относительно направления вдоль окружности шины, и при этом направления армирующих кордов различных слоев пересекают друг друга. Более того, с наружной продольной стороны слоев 16 брекера встроено множество слоев защитных слоев 17 брекера. В то время как слои 16 брекера армируют участок 11 протектора, защитные слои 17 брекера размещены для защиты слоев 16 брекера. Эти защитные слои 17 брекера включают множество армирующих кордов, которые расположены под углом относительно направления вдоль окружности шины, и при этом направления армирующих кордов различных слоев пересекают друг друга.
[0042]
С наружной продольной стороны защитных слоев 17 брекера на участке 11 протектора расположен подпротектор 19. Более того, участок протектора образован путем нанесения бегового слоя 18 с наружной стороны слоя подпротектора 19. Каучуковая композиция для шин для транспортных средств строительного назначения второго варианта осуществления настоящего изобретения может подходить для использования в резине, образующей участки бегового слоя, участки подпротектора и участки подушечного слоя для шин для транспортных средств строительного назначения. Особенно предпочтительно, что каучуковая композиция может подходить для использования на участке 11 протектора, таком как беговой слой 18 и подпротектор 19 пневматической шины для транспортного средства строительного назначения. Поскольку пневматическая шина для транспортного средства строительного назначения, в которой используется каучуковая композиция для шин для транспортных средств строительного назначения настоящего изобретения на участке 11 протектора, уменьшает разогрев во время передвижения, подавляется перегрев и увеличивается долговечность шины. В то же время улучшение устойчивости к разрезанию и твердость каучука каучуковой композиции позволяют сохранять или улучшать износостойкость и долговечность пневматической шины до уровней, сравнимых с традиционными или превосходящих эти уровни.
[0043]
В каучуковой композиции для шин для транспортных средств строительного назначения второго варианта осуществления настоящего изобретения диеновый каучук должен содержать натуральный каучук. Содержание натурального каучука составляет 60% мас. или более, а предпочтительно от 65 до 100% мас. на 100% мас. диенового каучука. Когда содержание натурального каучука составляет менее 60% мас., невозможно обеспечить устойчивость к разрезанию. Более того, эффект уменьшения разогрева не может достигаться в достаточной степени.
[0044]
В каучуковой композиции для шин для транспортных средств строительного назначения второго варианта осуществления настоящего изобретения в качестве диенового каучука можно примешивать другие виды диенового каучука, за исключением натурального каучука. Примерами такого другого диенового каучука являются изопреновые каучуки, бутадиеновые каучуки, бутадиенстирольные каучуки, бутадиенакрилонитрильные каучуки, бутилкаучуки, галогенированные бутилкаучуки и т. п. Среди них предпочтительным являются изопреновые каучуки, бутадиеновые каучуки, бутадиенстирольные каучуки и галогенированные бутилкаучуки. Эти диеновые каучуки можно использовать по отдельности или в виде желаемой смеси. Содержание такого другого диенового каучука составляет 40% мас. или менее, а предпочтительно от 0 до 35% мас. на 100% мас. диенового каучука.
[0045]
В каучуковой композиции второго варианта осуществления настоящего изобретения неорганический наполнитель, содержащий углеродную сажу, содержится в количестве от 30 до 80 частей по массе, а предпочтительно от 38 до 78 частей по массе на 100 частей по массе диенового каучука. Когда количество неорганического наполнителя в смеси составляет менее 30 частей по массе, устойчивость к разрезанию становится недостаточной. Кроме того, когда количество неорганического наполнителя в смеси составляет более 80 частей по массе, разогрев становится чрезмерно большим, и при продолжительном передвижении может возникнуть перегрев.
[0046]
Количество углеродной сажи в смеси предпочтительно составляет более 30 частей по массе, а более предпочтительно более 30 частей по массе, но 75 частей по массе или менее на 100 частей по массе диенового каучука. Когда количество углеродной сажи в смеси составляет менее 30 частей по массе, прочность при разрыве, твердость каучука и устойчивость к разрезанию каучуковой композиции могут ухудшаться. Когда количество углеродной сажи в смеси составляет более 75 частей по массе, разогрев может стать большим.
[0047]
В качестве углеродной сажи можно совместно использовать углеродную сажу с описанными выше свойствами и другой тип углеродной сажи, при условии что доля углеродной сажи, имеющей особые коллоидные свойства, составляет более 50% мас., а общее количество углеродной сажи составляет предпочтительно более 30 частей по массе, но 75 частей по массе или менее на 100 частей по массе диенового каучука. Как описано выше, баланс между разогревом, устойчивостью к разрезанию и твердостью каучука каучуковой композиции можно регулировать путем смешивания с другим типом углеродной сажи.
[0048]
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения кремнезем, глина, тальк, слюда, карбонат кальция и т. п. могут примешиваться в качестве неорганического наполнителя в дополнение к углеродной саже. В частности, разогрев можно уменьшить благодаря примешиванию кремнезема.
[0049]
Количество кремнезема в смеси составляет от 5 до 25 частей по массе, а предпочтительно от 8 до 23 частей по массе на 100 частей по массе диенового каучука. Задавая количество кремнезема в смеси в описанном выше диапазоне, можно достичь как низкого разогрева, так и устойчивости к разрезанию каучуковой композиции. Когда количество кремнезема в смеси составляет менее 5 частей по массе, разогрев невозможно уменьшить в достаточной степени. Когда количество кремнезема в смеси составляет более 25 частей по массе, ухудшается износостойкость. Следует отметить, что в настоящем изобретении кремнезем является необязательным компонентом. Если неорганический наполнитель состоит только из углеродной сажи или из неорганического (-их) наполнителя (-ей), за исключением кремнезема, возможно увеличение твердости каучука каучуковой композиции для шин для транспортных средств строительного назначения. Такая каучуковая композиция подходит для формирования участка подпротектора.
[0050]
Удельная площадь поверхности кремнезема по адсорбции азота составляет предпочтительно от 150 до 250 м2/г. Когда удельная площадь поверхности кремнезема по адсорбции азота составляет менее 150 м2/г, способность армирования каучуковой композиции становится недостаточной, при этом устойчивость к разрезанию также становится недостаточной. Более того, когда удельная площадь поверхности кремнезема по адсорбции азота составляет более 250 м2/г, величина разогрева становится большой. Следует отметить, что удельную площадь поверхности кремнезема по адсорбции азота определяют в соответствии с ISO 9277.
[0051]
Кремнезем, применяемый в настоящем изобретении, может представлять собой кремнезем, имеющий описанные выше свойства, и его можно выбирать надлежащим образом из коммерчески доступных продуктов или производить обычным способом так, чтобы обеспечить описанные выше свойства. Типы кремнезема, который можно использовать, включают кремнезем, полученный мокрым способом, кремнезем, полученный сухим способом, кремнезем с обработанной поверхностью и т. п.
[0052]
В каучуковой композиции настоящего изобретения силановый связывающий агент предпочтительно вводят в смесь вместе с кремнеземом, и это позволяет улучшить диспергируемость кремнезема и еще более повышает армирующие свойства каучукового компонента. Количество силанового связывающего агента в смеси составляет предпочтительно от 3 до 20% мас., а более предпочтительно от 5 до 15% мас. относительно количества кремнезема в смеси. Когда количества силанового связывающего агента в смеси составляет менее 3% мас. от массы кремнезема, эффекта улучшения диспергируемости кремнезема невозможно достигнуть в достаточной степени. Кроме того, когда количество силанового связывающего агента в смеси составляет более 20% мас., силановые связывающие агенты конденсируются, при этом невозможно достигнуть требуемых эффектов.
[0053]
Силановый связывающий агент не имеет конкретных ограничений, но предпочтительно представляет собой содержащий серу силановый связывающий агент. Его примеры включают бис-(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфид, бис-(3-триэтоксисилилпропил)дисульфид, 3-триметоксисилилпропилбензотиазолтетрасульфид, γ-меркаптопропилтриэтоксилан, 3-октаноилтиопропилтриэтоксисилан и т. п.
[0054]
Каучуковая композиция для шин для транспортных средств строительного назначения может также содержать различные типы добавок, которые обычно используются в каучуковых композициях для шин, таких как вулканизирующие и сшивающие реагенты, ускорители вулканизации, различные типы неорганических наполнителей, различные типы масел, реагенты, предотвращающие старение, и пластификаторы. Эти добавки могут замешиваться в соответствии с любым известным способом для образования каучуковой композиции и могут использоваться при вулканизации или сшивании. Количество данных добавок в смеси может соответствовать любому стандартному количеству, при условии что можно достичь цели настоящего изобретения. Каучуковую композицию для шин для транспортных средств строительного назначения настоящего изобретения можно получить путем смешивания каждого из описанных выше компонентов при помощи широко известной месильной машины, такой как смеситель Бенбери, меситель и валковый смеситель.
[0055]
Настоящее изобретение дополнительно описано ниже с помощью примеров. Однако объем настоящего изобретения не ограничен данными примерами.
Примеры
[0056]
Примеры 1-4
Одиннадцать типов каучуковых композиций (примеры 1-4, стандартный пример 1 и сравнительные примеры 1-6) были получены с использованием 11 типов углеродной сажи (CB-1-CB-11). Среди них три типа углеродной сажи (CB-1-CB-3) представляли собой продукты промышленного назначения, а восемь типов (CB-4-CB-11) - экспериментальные продукты. Коллоидные свойства каждого из продуктов показаны в таблице 1. Кроме того, на ФИГ. 3 графически представлено соотношение между (24M4)/Dst и N2SA каждого из типов углеродной сажи CB-1-CB-11 и приведены ссылочные номера для соответствующих типов углеродной сажи. Следует отметить, что на ФИГ. 3 сплошная линия представляет собой прямую линию, полученную путем замены знака неравенства знаком равенства, а пунктирная линия представляет собой прямую линию для типов углеродной сажи, эквивалентных типам углеродной сажи по стандартам ASTM.
[0057]
[Таблица 1]
| Тип углеродной сажи | CB-1 | CB-2 | CB-3 | CB-4 | CB-5 | CB-6 | CB-7 | CB-8 | CB-9 | CB-10 | CB-11 | |
| N2SA | м2/г | 91 | 86 | 44 | 74 | 77 | 84 | 75 | 52 | 57 | 99 | 113 |
| 24M4 | мл/100 г | 102 | 75 | 82 | 100 | 96 | 105 | 111 | 100 | 94 | 104 | 107 |
| Dst | нм | 98 | 100 | 165 | 148 | 177 | 212 | 187 | 251 | 189 | 110 | 125 |
| ΔDst | нм | 61 | 74 | 116 | 125 | 159 | 172 | 136 | 202 | 124 | 92 | 116 |
| ΔDst/Dst | - | 0,62 | 0,74 | 0,70 | 0,84 | 0,90 | 0,81 | 0,73 | 0,80 | 0,66 | 0,84 | 0,93 |
| Левая часть формулы (1) 24M4/Dst | - | 1,04 | 0,75 | 0,50 | 0,67 | 0,54 | 0,50 | 0,59 | 0,40 | 0,50 | 0,95 | 0,86 |
| Правая часть формулы (1) 0,0093 × N2SA - 0,06 | - | 0,79 | 0,74 | 0,35 | 0,63 | 0,66 | 0,72 | 0,64 | 0,42 | 0,47 | 0,86 | 0,99 |
| Удовлетворяет/ не удовлетворяет формуле (1) |
Удовлетворяет/не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Удовлетворяет |
[0058]
В таблице 1 каждая аббревиатура представляет каждое из следующих коллоидных свойств:
• N2SA: удельная площадь поверхности по адсорбции азота, измеренная на основе стандарта JIS K6217-7;
• 24M4: абсорбция ДБФ сжатого образца, измеренная на основе стандарта JIS K6217-4 (сжатый образец);
• Dst: модальный диаметр, представляющий максимальное значение на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов в соответствии с определением посредством фотоседиментометрии с использованием тарельчатой центрифуги, измеренное на основе стандарта JIS K6217-6;
• ΔDst: ширина (полуширина) распределения, при которой массовая частота составляет половину высоты максимальной точки на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов в соответствии с определением посредством фотоседиментометрии с использованием тарельчатой центрифуги, измеренная на основе стандарта JIS K6217-6;
• ΔDst/Dst: значение отношения ΔDst/Dst;
• левая часть формулы (1) расчетное значение 24M4/Dst;
• правая часть формулы (1) расчетное значение 0,0093 × N2SA - 0,06;
• удовлетворяет/не удовлетворяет формуле (1): «удовлетворяет» представляет случай, когда удовлетворяется условие «левая сторона < правой стороны», а «не удовлетворяет» представляет случай, когда не удовлетворяется условие «левая сторона < правой стороны».
[0059]
Более того, в таблице 1 под типами углеродной сажи CB1-CB3 представлены следующие торговые марки:
• CB1: Niteron #200IS, производство NSCC Carbon Co., Ltd., N339;
• CB2: SEAST 300, производство Tokai Carbon Co., Ltd., N326;
• CB3: Niteron #10N, производство NSCC Carbon Co., Ltd., N550.
[0060]
Производство типов углеродной сажи CB4-CB11
Типы углеродной сажи CB4-CB11 были получены с использованием цилиндрической реакционной печи при изменении общего количества подаваемого воздуха, количества вводимого топливного масла, количества вводимого сырьевого масла и длительности реакции, как показано в таблице 2.
[0061]
[Таблица 2]
| Производственные условия | CB-4 | CB-5 | CB-6 | CB-7 | CB-8 | CB-9 | CB-10 | CB-11 | |
| Общее количество подаваемого воздуха | нм3/ч | 1300 | 1325 | 1375 | 1325 | 1050 | 1100 | 1450 | 1550 |
| Количество вводимого топливного масла | нм3/ч | 65 | 62 | 55 | 60 | 60 | 70 | 75 | 72 |
| Количество вводимого сырьевого масла | нм3/ч | 320 | 315 | 295 | 310 | 305 | 315 | 320 | 335 |
| Длительность реакции | мс | 230 | 245 | 250 | 250 | 260 | 240 | 200 | 205 |
[0062]
Получение и оценка каучуковых композиций для шин
При получении 11 типов каучуковых композиций (примеры 1-4, стандартный пример 1 и сравнительные примеры 1-6), приведенных в таблице 3, к которым одни и те же компаундирующие агенты, показанные в таблице 4, добавляли с использованием описанных выше 11 типов углеродной сажи (CB-1-CB-11), компоненты, за исключением серы и ускорителя вулканизации, взвешивали и замешивали в течение 15 минут в месителе объемом 55 л. После этого полученную маточную смесь выпускали для охлаждения при комнатной температуре. Маточную смесь подавали в меситель объемом 55 л, в который добавляли серу и ускоритель вулканизации, и смешивали с целью получения каучуковой композиции для шины. Следует отметить, что количества компаундирующих агентов, показанные в таблице 4, приведены в единицах «часть по массе» на 100 частей по массе SBR, показанных в таблице 3.
[0063]
Полученные 11 типов каучуковых композиций вулканизировали в соответствующих формах с заданной геометрией при 160°C в течение 20 минут для получения опытных образцов. Твердость каучука, характеристики прочности при разрыве и tg δ при 60°C оценивали в соответствии с описанными ниже способами.
[0064]
Твердость каучука
Твердость каучука измеряли с использованием полученного опытного образца в соответствии со стандартом JIS K6253 при помощи дюрометра типа A при температуре 20 °C. Полученные результаты показаны в строке «Твердость каучука» в таблице 3 в качестве индексных значений со значением в стандартном примере 1, выраженном в виде индекса 100. Большее индексное значение указывает на меньшую твердость каучука и лучшую стабильность управления сформированной шины.
[0065]
Характеристики прочности при разрыве
В соответствии со стандартом JIS K6251 из полученных опытных образцов вырезали гантелевидные опытные образцы толщиной 2 мм (JIS № 3). Испытание проводили при температуре 20°C при скорости испытания на растяжение 500 мм/мин, при этом измеряли прочность при разрыве и относительное удлинение при разрыве. Полученные результаты приведены в строках «Прочность при разрыве» и «Относительное удлинение при разрыве» в таблице 3 в качестве индексных значений с соответствующими значениями в стандартном примере 1, выраженными в виде индексных значений 100. Большие индексные значения указывают на большую прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве и лучшие механические свойства.
[0066]
tg δ при 60 °C
При помощи вязкоупругого спектрометра производства компании Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd. значения тангенса угла потерь tg δ при температуре 60°C полученного опытного образца измеряли в соответствии со стандартом JIS K6394 в условиях обратной деформации 10%, амплитуды ±2% и частоты 20 Гц. Полученные результаты для tg δ приведены в строке «tg δ (60 °C)» в таблице 3 в качестве индексных значений со значением в стандартном примере 1, выраженном в виде индекса 100. Меньшее индексное значение tg δ (60 °C) указывает на меньший разогрев и меньшее сопротивление качению сформированной шины, тем самым указывая на лучшую характеристику топливной экономичности.
[0067]
[Таблица 3]
| Стандартный пример | Сравнительный пример 1 | Сравнительный пример 2 | Сравнительный пример 3 | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Сравнительный пример 4 | Сравнительный пример 5 | Сравнительный пример 6 | ||
| SBR | Часть по массе | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Углеродная сажа | Часть по массе | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| Тип | CB-1 | CB-2 | CB-3 | CB-4 | CB-5 | CB-6 | CB-7 | CB-8 | CB-9 | CB-10 | CB-11 | |
| N2SA | м2/г | 91 | 86 | 44 | 74 | 77 | 84 | 75 | 52 | 57 | 99 | 113 |
| 24M4 | мл/100 г | 102 | 75 | 82 | 100 | 96 | 105 | 111 | 100 | 94 | 104 | 107 |
| ΔDst/Dst | - | 0,62 | 0,74 | 0,70 | 0,84 | 0,90 | 0,81 | 0,73 | 0,80 | 0,66 | 0,84 | 0,93 |
| Dst | нм | 98 | 100 | 165 | 148 | 177 | 212 | 187 | 251 | 189 | 110 | 125 |
| Удовлетворяет/не удовлетворяет формуле (1) | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Удовлетворяет | |
| Твердость (при 20 °C) | Индексное значение | 100 | 93 | 94 | 101 | 101 | 100 | 103 | 110 | 99 | 101 | 101 |
| Прочность при разрыве | Индексное значение | 100 | 100 | 88 | 94 | 103 | 104 | 106 | 100 | 97 | 101 | 118 |
| Относительное удлинение при разрыве | Индексное значение | 100 | 118 | 98 | 92 | 106 | 121 | 105 | 100 | 96 | 92 | 120 |
| tg δ (60 °C) | Индексное значение | 100 | 94 | 75 | 86 | 79 | 80 | 72 | 86 | 75 | 91 | 103 |
[0068]
Ниже описаны типы исходных материалов, представленных в таблице 3:
• SBR: бутадиенстирольный каучук; Nipol 1502, производство Zeon Corporation;
• CB1-CB11: типы углеродной сажи, приведенные выше в таблице 1.
[0069]
[Таблица 4]
| Типичный состав каучуковой композиции для шины | ||
| Стеариновая кислота | 5,0 | части по массе |
| Оксид цинка | 3,0 | части по массе |
| Масло | 6,0 | части по массе |
| Ускоритель вулканизации | 0,8 | части по массе |
| Сера | 2,2 | части по массе |
[0070]
Ниже описаны типы исходных материалов, представленных в таблице 4:
• стеариновая кислота: торговое наименование Beads Stearic Acid, производство компании NOF Corporation;
• оксид цинка: оксид цинка № 3, производство компании Seido Chemical Co., Ltd.;
• масло: торговое наименование Extract № 4S, производство компании Showa Shell Sekiyu K.K.;
• ускоритель вулканизации: NOCCELER NS-P, производство Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.;
• сера: промасленная сера, производство компании Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.
[0071]
Как видно из таблицы 3, было подтверждено, что каучуковые композиции для шин из примеров 1-4 сохраняли или улучшали твердость каучука, прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве и tg δ (60 °C) до уровней, сравнимых с традиционными или превосходящих эти уровни.
[0072]
Как видно из таблицы 3, каучуковая композиция сравнительного примера 1 показала плохую твердость каучука, поскольку абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) углеродной сажи CB-2 составляла менее 95 мл/100 г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0073]
Каучуковая композиция сравнительного примера 2 показала плохую твердость каучука, плохую прочность при разрыве и плохое относительное удлинение при разрыве, поскольку абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) углеродной сажи CB-3 составляла менее 95 мл/100 г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0074]
Каучуковая композиция сравнительного примера 3 показала плохую прочность при разрыве и плохое относительное удлинение при разрыве, поскольку углеродная сажа CB-4 не удовлетворяла формуле (1).
[0075]
Каучуковая композиция сравнительного примера 4 показала плохую прочность при разрыве и плохое относительное удлинение при разрыве, поскольку абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) углеродной сажи CB-9 составляла менее 95 мл/100 г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0076]
Каучуковая композиция сравнительного примера 5 показала плохое относительное удлинение при разрыве, поскольку удельная площадь поверхности по адсорбции азота N2SA углеродной сажи CB-10 составляла более 90 м2/г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0077]
Поскольку каучуковая композиция сравнительного примера 6 имела удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA углеродной сажи CB-11 более 90 м2/г, tg δ (60 °C) увеличился.
[0078]
Примеры 5-12
Двадцать три типа каучуковых композиций (примеры 5-12, стандартные примеры 2 и 3 и сравнительные примеры 7-19) были получены с использованием 11 типов углеродной сажи (CB-1-CB-11). Среди них три типа углеродной сажи (CB-1-CB-3) представляли собой продукты промышленного назначения, а восемь типов (CB-4-CB-11) - экспериментальные продукты. Коллоидные свойства каждого из продуктов показаны в таблице 1. Коллоидные характеристики, торговые марки и способы производства в таблице 1 совпадают с описанными выше, поэтому их объяснения опущены.
[0079]
Получение и оценка каучуковых композиций для шин
При получении 23 типов каучуковых композиций (примеры 5-12, стандартные примеры 2 и 3 и сравнительные примеры 7-19), приведенных в таблицах 5, 6 и 7, одни и те же компаундирующие агенты, показанные в таблице 8, добавляли с использованием описанных выше 11 типов углеродной сажи (CB-1-CB-11). Компоненты, за исключением серы и ускорителя вулканизации, взвешивали и замешивали в течение 15 минут в месителе объемом 55 л. После этого полученную маточную смесь выпускали для охлаждения при комнатной температуре. Маточную смесь подавали в меситель объемом 55 л, в который добавляли серу и ускоритель вулканизации, и смешивали для получения каучуковой композиции для шины для транспортного средства строительного назначения. Следует отметить, что количества компаундирующих агентов, показанные в таблице 8, приведены в единицах «часть по массе» на 100 частей по массе диенового каучука, показанных в таблицах 5-7.
[0080]
Пневматические шины для транспортных средств строительного назначения, имеющих размер шины 2700R49, были получены с использованием 15 типов каучуковых композиций для шин для транспортных средств строительного назначения (примеры 5-9, стандартный пример 2 и сравнительные примеры 7-15), из числа описанных выше каучуковых композиций, на беговом слое. Разогрев и устойчивость к разрезанию испытывали описанным ниже способом с использованием 15 типов полученных пневматических шин для транспортных средств строительного назначения.
[0081]
Разогрев
Полученные пневматические шины для транспортных средств строительного назначения монтировали на крупноразмерном грузовике-самосвале, а затем внутреннюю температуру протектора (5 мм от защитного покрытия) измеряли после передвижения в течение фиксированного периода времени и выражали в индексных значениях. Полученные результаты приведены в строках «Сопротивление разогреву» в таблицах 5 и 6 в качестве индексных значений со значением в стандартном примере 2, выраженном в виде индексного значения 100. Меньшее индексное значение сопротивления разогреву указывает на способность к подавлению роста температуры в пневматической шине для транспортного средства строительного назначения. Следует отметить, что предел допуска индексного значения сопротивления разогреву составляет 101 или менее, а предпочтительно 98 или менее.
[0082]
Устойчивость к разрезанию
Полученные пневматические шины для транспортных средств строительного назначения монтировали на крупноразмерном грузовике-самосвале, при этом степень и число порезов и царапин визуально определяли после передвижения во внедорожных условиях в течение 1500 часов. Полученные результаты приведены в строках «Устойчивость к разрезанию» в таблицах 5 и 6 в качестве индексных значений со значением в стандартном примере 2, выраженном в виде индексного значения 100. Большее индексное значение устойчивости к разрезанию указывает на лучшую устойчивость к разрезанию и большую долговечность шины. Следует отметить, что предел допуска индексного значения устойчивости к разрезанию составляет 99 или более, а предпочтительно 102 или более.
[0083]
[Таблица 5]
| Стандартный пример 2 | Сравнительный пример 7 | Сравнительный пример 8 | Сравнительный пример 9 | Пример 5 | Пример 6 | Пример 7 | Образец 8 | ||
| NR | Часть по массе | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| BR | Часть по массе | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Кремнезем | Часть по массе | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Связывающий агент | Часть по массе | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| Углеродная сажа | Часть по массе | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| Тип углеродной сажи | CB-2 | CB-1 | CB-3 | CB-4 | CB-5 | CB-6 | CB-7 | CB-8 | |
| N2SA | м2/г | 86 | 91 | 44 | 74 | 77 | 84 | 75 | 52 |
| 24M4 | мл/100 г | 75 | 102 | 82 | 100 | 96 | 105 | 111 | 100 |
| ΔDst/Dst | - | 0,74 | 0,62 | 0,70 | 0,84 | 0,90 | 0,81 | 0,73 | 0,80 |
| Dst | нм | 100 | 98 | 165 | 148 | 177 | 212 | 187 | 251 |
| Удовлетворяет/не удовлетворяет формуле (1) | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | |
| Устойчивость к разрезанию | Индексное значение | 100 | 102 | 75 | 93 | 116 | 117 | 115 | 108 |
| Сопротивление разогреву | Индексное значение | 100 | 110 | 80 | 105 | 90 | 85 | 80 | 78 |
[0084]
[Таблица 6]
| Сравнительный пример 10 | Сравнительный пример 11 | Сравнительный пример 12 | Сравнительный пример 13 | Сравнительный пример 14 | Сравнительный пример 15 | Пример 9 | ||
| NR | Часть по массе | 100 | 100 | 100 | 50 | 100 | 100 | 100 |
| BR | Часть по массе | - | - | - | 50 | - | - | - |
| Кремнезем | Часть по массе | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 5 |
| Связывающий агент | Часть по массе | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,4 |
| Углеродная сажа | Часть по массе | 50 | 50 | 50 | 50 | 90 | 10 | 55 |
| Тип углеродной сажи | CB-9 | CB-10 | CB-11 | CB-7 | CB-7 | CB-7 | CB-7 | |
| N2SA | м2/г | 57 | 99 | 113 | 75 | 75 | 75 | 75 |
| 24M4 | мл/100 г | 94 | 104 | 107 | 111 | 111 | 111 | 111 |
| ΔDst/Dst | - | 0,66 | 0,84 | 0,93 | 0,73 | 0,73 | 0,73 | 0,73 |
| Dst | нм | 189 | 110 | 125 | 187 | 187 | 187 | 187 |
| Удовлетворяет/не удовлетворяет формуле (1) | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | |
| Устойчивость к разрезанию | Индексное значение | 95 | 117 | 120 | 85 | 120 | 70 | 117 |
| Сопротивление разогреву | Индексное значение | 78 | 110 | 112 | 98 | 105 | 80 | 83 |
[0085]
Ниже описаны типы исходных материалов, представленных в таблицах 5 и 6:
• NR: натуральный каучук, STR 20;
• BR: полибутадиен; Nipol BR 1220, производство Zeon Corporation;
• кремнезем: Zeosil 1165MP, производство Solvay; удельная площадь поверхности по адсорбции азота: 165 м2/г;
• связывающий агент: содержащий серу силановый связывающий агент; бис-(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфид; Si 69, производство Degussa;
• CB1-CB11: типы углеродной сажи, приведенные выше в таблице 1.
[0086]
Как видно из таблиц 5 и 6, было подтверждено, что каучуковые композиции для шин для транспортных средств строительного назначения примеров 5-9 сохраняли или улучшали устойчивость к разрезанию и сопротивление разогреву до уровней, сравнимых с традиционными или превосходящих эти уровни.
[0087]
Как видно из таблицы 5, каучуковая композиция из сравнительного примера 7 показала плохое сопротивление разогреву, поскольку удельная площадь поверхности по адсорбции азота N2SA углеродной сажи CB-1 составляла более 90 м2/г, абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) составляла менее 95 мл/100 г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0088]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 8 показала плохую устойчивость к разрезанию, поскольку абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) углеродной сажи CB-3 составляла менее 95 мл/100 г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0089]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 9 показала плохое сопротивление разогреву и плохую устойчивость к разрезанию, поскольку углеродная сажа CB-4 не удовлетворяла формуле (1).
[0090]
Как видно из таблицы 6, каучуковая композиция из сравнительного примера 10 показала плохую устойчивость к разрезанию, поскольку абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) углеродной сажи CB-9 составляла менее 95 мл/100 г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0091]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 11 показала плохое сопротивление разогреву, поскольку удельная площадь поверхности по адсорбции азота N2SA углеродной сажи CB-10 составляла более 90 м2/г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0092]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 12 показала плохое сопротивление разогреву, поскольку удельная площадь поверхности по адсорбции азота N2SA углеродной сажи CB-11 составляла более 90 м2/г.
[0093]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 13 показала плохую устойчивость к разрезанию, поскольку содержание натурального каучука составляло менее 60% мас.
[0094]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 14 показала плохое сопротивление разогреву, поскольку количество углеродной сажи в смеси составляло более 80 частей по массе.
[0095]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 15 показала плохую устойчивость к разрезанию, поскольку количество неорганического наполнителя в смеси, включая углеродную сажу, составляло менее 30 частей по массе.
[0096]
Из описанных выше полученных каучуковых композиций восемь типов каучуковых композиций для шин для транспортных средств строительного назначения (примеры 10-12, стандартный пример 3 и сравнительные примеры 16-19) вулканизировали в форме с заданной геометрией при 160°C в течение 20 минут для получения опытного образца, а твердость каучука, tg δ при 60°C и прочность при разрыве оценивали описанными ниже способами.
[0097]
Твердость каучука
Твердость каучука полученного опытного образца измеряли в соответствии со стандартом JIS K6253 при помощи дюрометра типа A при температуре 20 °C. Полученные результаты показаны в строке «Твердость каучука» таблицы 7 в качестве индексных значений со значением в стандартном примере 3, выраженном в виде индекса 100. Большее индексное значение указывает на большую твердость каучука и лучшую стабильность управления сформированной шины.
[0098]
tg δ при 60 °C
При помощи вязкоупругого спектрометра производства компании Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd. значения тангенса угла потерь tg δ при температуре 60°C полученного опытного образца измеряли в соответствии со стандартом JIS K6394 в условиях обратной деформации 10%, амплитуды ±2% и частоты 20 Гц. Полученные результаты для tg δ приведены в строке «Сопротивление разогреву» в таблице 7 в качестве индексных значений со значением в стандартном примере 3, выраженном в виде индексного значения 100. Меньшее индексное значение сопротивления разогреву указывает на меньшую величину разогрева, тем самым подавляя перегрев шины для транспортного средства строительного назначения.
[0099]
Прочность при разрыве
В соответствии со стандартом JIS K6251 из полученных опытных образцов были изготовлены гантелевидные опытные образцы (JIS № 3). Испытание на растяжение проводили при комнатной температуре (20 °C) при скорости испытания на растяжение 500 мм/мин, при этом измеряли прочность при разрыве. Полученные результаты приведены в строке «Устойчивость к разрезанию» в таблице 7 в качестве индексных значений со значением в стандартном примере 3, выраженном в виде индексного значения 100. Большее индексное значение указывает на более высокую прочность при разрыве и лучшую устойчивость к разрезанию.
[0100]
[Таблица 7]
| Стандартный пример 3 | Сравнительный пример 16 | Сравнительный пример 17 | Сравнительный пример 18 | Сравнительный пример 19 | Пример 10 | Пример 11 | Пример 12 | ||
| NR | Часть по массе | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Углеродная сажа | Часть по массе | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 |
| Тип углеродной сажи | CB-2 | CB-1 | CB-3 | CB-4 | CB-11 | CB-6 | CB-7 | CB-8 | |
| N2SA | м2/г | 86 | 91 | 44 | 74 | 113 | 84 | 75 | 52 |
| 24M4 | мл/100 г | 75 | 102 | 82 | 100 | 107 | 105 | 111 | 100 |
| ΔDst/Dst | - | 0,74 | 0,62 | 0,70 | 0,84 | 0,93 | 0,81 | 0,73 | 0,80 |
| Dst | нм | 100 | 98 | 165 | 148 | 125 | 212 | 187 | 251 |
| Удовлетворяет/не удовлетворяет формуле (1) | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Не удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | Удовлетворяет | |
| Твердость каучука | Индексное значение | 100 | 105 | 70 | 94 | 118 | 115 | 113 | 106 |
| Сопротивление разогреву | Индексное значение | 100 | 108 | 82 | 103 | 110 | 87 | 87 | 86 |
| Устойчивость к разрезанию | Индексное значение | 100 | 105 | 68 | 95 | 117 | 113 | 115 | 105 |
[0101]
[Таблица 8]
| Типичный состав каучуковой композиции для шины | |
| Стеариновая кислота | 1,5 части по массе |
| Оксид цинка | 3,0 части по массе |
| Ускоритель вулканизации | 1,5 части по массе |
| Сера | 2,5 части по массе |
[0102]
Ниже описаны типы исходных материалов, представленных в таблице 8:
• стеариновая кислота: торговое наименование Beads Stearic Acid, производство компании NOF Corporation;
• оксид цинка: оксид цинка № 3, производство компании Seido Chemical Co., Ltd.;
• ускоритель вулканизации: Santocure CBS, производство FLEXSYS;
• сера: промасленная сера в порошке Golden Flower (содержание серы: 95,24% масс.), производство Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.
[0103]
Как видно из таблицы 7, было подтверждено, что каучуковые композиции для шин для транспортных средств строительного назначения примеров 10-12 сохраняли или улучшали твердость каучука, устойчивость к разрезанию и сопротивление разогреву до уровней, сравнимых с традиционными или превосходящих эти уровни. Эти каучуковые композиции подходят для образования участков подпротектора шин для транспортных средств строительного назначения.
[0104]
Как видно из таблицы 7, каучуковая композиция из сравнительного примера 16 показала плохое сопротивление разогреву, поскольку удельная площадь поверхности по адсорбции азота N2SA углеродной сажи CB-1 составляла более 90 м2/г, абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) составляла менее 95 мл/100 г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0105]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 17 показала плохую устойчивость к разрезанию, поскольку абсорбция ДБФ сжатого образца (24M4) углеродной сажи CB-3 составляла менее 95 мл/100 г и не было удовлетворено условие, выраженное формулой (1).
[0106]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 18 показала плохое сопротивление разогреву и плохую устойчивость к разрезанию, поскольку углеродная сажа CB-4 не удовлетворяла формуле (1).
[0107]
Каучуковая композиция из сравнительного примера 19 показала плохое сопротивление разогреву, поскольку удельная площадь поверхности по адсорбции азота N2SA углеродной сажи CB-11 составляла более 90 м2/г.
Перечень позиционных обозначений
[0108]
1 - участок протектора
2 - участок боковины
3 - бортовой участок
4 - каркасный слой
5 - сердечник борта
6 - слой брекера
7 - резина протектора
11 - участок протектора
12 - участок боковины
13 - бортовой участок
14 - каркасный слой
15 - сердечник борта
16 - слой брекера
17 - защитный слой брекера
18 - беговой слой
19 - подпротектор
1. Каучуковая композиция для шины, содержащая на 100 частей по массе диенового каучука от 5 до 120 частей по массе углеродной сажи, имеющей удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA не более 90 м2/г и абсорбцию (24M4) дибутилфталата (ДБФ) сжатого образца от 95 до 120 мл/100 г, отношение ΔDst/Dst полуширины ΔDst (нм) модального диаметра Dst к модальному диаметру Dst (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов углеродной сажи, составляющее по меньшей мере 0,65, при этом N2SA, (24M4) и Dst удовлетворяют приведенному ниже условию (1)
(24M4)/Dst < 0,0093 × N2SA - 0,06 (1),
где Dst - модальный диаметр (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов, N2SA - удельная площадь поверхности по адсорбции азота (м2/г), а (24M4) - абсорбция ДБФ сжатого образца (мл/100 г), при этом Dst составляет по меньшей мере 160 нм.
2. Каучуковая композиция для шины по п. 1, в которой N2SA составляет по меньшей мере 50 м2/г.
3. Пневматическая шина, в которой использована каучуковая композиция для шины по любому из пп. 1, 2.
4. Каучуковая композиция для шины транспортного средства строительного назначения, содержащая на 100 частей по массе диенового каучука, содержащего по меньшей мере 60 мас.% натурального каучука, от 30 до 80 частей по массе неорганического наполнителя, содержащего углеродную сажу, имеющую удельную площадь поверхности по адсорбции азота N2SA не более 90 м2/г и абсорбцию ДБФ сжатого образца (24M4) от 95 до 120 мл/100 г, отношение ΔDst/Dst полуширины ΔDst (нм) модального диаметра Dst к модальному диаметру Dst (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов углеродной сажи, составляющее по меньшей мере 0,65, при этом N2SA, (24M4) и Dst удовлетворяют приведенному ниже условию (1)
(24M4)/Dst < 0,0093 × N2SA - 0,06 (1),
где Dst - модальный диаметр (нм) на кривой массового распределения диаметров по Стоксу агрегатов, N2SA - удельная площадь поверхности по адсорбции азота (м2/г), а (24M4) - абсорбция ДБФ сжатого образца (мл/100 г), при этом Dst составляет по меньшей мере 160 нм.
5. Каучуковая композиция для шины транспортного средства строительного назначения по п. 4, в которой N2SA составляет по меньшей мере 50 м2/г.
6. Каучуковая композиция для шины транспортного средства строительного назначения по любому из пп.4 или 5, в которой от 5 до 25 частей по массе кремнезема введены в смесь в качестве неорганического наполнителя.
7. Каучуковая композиция для шины транспортного средства строительного назначения по любому из пп. 4-6, в которой в смесь введено более 30 частей по массе углеродной сажи.
8. Пневматическая шина транспортного средства строительного назначения, содержащая протекторную часть, образованную с использованием каучуковой композиции для шины по любому из пп. 4-7.
