富含天然橡胶的组合物和具有其胎面的轮胎制造技术

本发明专利技术涉及富含天然橡胶的橡胶组合物和具有其胎面的轮胎。所述轮胎胎面橡胶组合物由特定的反１，４－苯乙烯／丁二烯橡胶和顺１，４－聚异戊二烯天然橡胶以及任选地至少一种其他的基于二烯烃的弹性体的共混物组成，其中所述天然橡胶在胎面橡胶组合物中是弹性体的主要部分。所述特定的反１，４－苯乙烯／丁二烯橡胶具有的结合苯乙烯含量为１５到３５％，并且聚丁二烯部分的微观结构由５０到８０％反１，４－异构单元、１０到２０％顺１，４－异构单元和２到１０％乙烯基１，２－异构单元组成；优选在１００℃下的门尼（ＭＬ１＋４）粘度值为５０到１００，或者５０到８５，并且优选玻璃化转变温度（Ｔｇ）为－６０℃到－９０℃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及富含天然橡胶的橡胶组合物和具有其胎面的轮胎。通过包含特定的反1，4-苯乙烯/丁二烯共聚物橡胶，完成了在富含天然橡胶的轮胎胎面中部分替代天然橡胶，所述反1，4-苯乙烯/丁二烯共聚物橡胶的特征在于具有结合苯乙烯含量和微观结构限制条件的综合特征。所述轮胎胎面橡胶组合物由特定的反1，4-苯乙烯/丁二烯橡胶和顺1，4-聚异戊二烯天然橡胶以及任选地至少一种其他的基于二烯烃的弹性体的共混物组成，其中所述天然橡胶在胎面橡胶组合物中是弹性体的主要部分。本专利技术的一个重要的方面是在胎面橡胶组合物中部分替代天然的顺1，4-聚异戊二烯橡胶。所述特定的反1，4-苯乙烯/丁二烯橡胶具有的结合苯乙烯含量为大约15到大约35％，其聚丁二烯部分的微观结构由大约50到大约80％的反1，4-异构单元、大约10到大约20％的顺1，4-异构单元和大约2到大约10％的乙烯基1，2-异构单元组成；优选在100℃下的门尼(ML1+4)粘度值为大约50到大约100、或者大约50到大约85，并且优选玻璃化转变温度(Tg)为大约-60℃到大约-90℃。
技术介绍
在富含天然橡胶的轮胎胎面橡胶组合物中，用合成聚合物，或者弹性体，替代一部分天然的顺1，4-聚异戊二烯橡胶，获得具有类似物理性能的橡胶组合物是一种挑战。这种挑战的动机是希望用合成橡胶形式的天然橡胶替代物，至少部分替代物，来克服天然橡胶的相对可得性和/或成本问题。因此，人们一直针对这种挑战作出努力，评价在轮胎胎面中(对于包含大量天然橡胶的橡胶胎面，例如重载轮胎的胎面)用合成橡胶替代一部分天然橡胶的可行性。当用合成弹性体替代一部分天然橡胶，希望仍然获得具有与未替代的富含天然橡胶的橡胶组合物相似的物理性能的橡胶组合物时，在此并不认为将一部分包含在富含天然橡胶的轮胎胎面橡胶组合物(其包含较大量的天然橡胶)中的天然橡胶简单地部分替换为合成弹性体的作法是一种正常可行的方案。在此认为，将合成弹性体用作用于部分替代轮胎胎面的富含天然橡胶的橡胶组合物中的天然橡胶的选择物的重要考虑是所得到的在此考虑的橡胶组合物的撕裂强度性能应该优选是富含天然橡胶的橡胶组合物本身的撕裂强度的至少90％，并且更优选在大约10％范围内。在此认为，对于将高反1，4-苯乙烯/丁二烯共聚物弹性体作为用于这种部分替代的选择物，所获得的这种可比的橡胶组合物的撕裂强度性能优选地是第一物理性能。因此，在本专利技术优选的实施方案中，如果用高反1，4-苯乙烯/丁二烯共聚物弹性体进行的部分替代能在23℃和在95℃两种温度下提供适合的撕裂强度性能，则可以考虑所得到的橡胶组合物的其他重要物理性能，尤其是与内热积累相关的滞后性能，例如回弹值。因此，对于本专利技术，在此认为，如果用高反1，4-苯乙烯/丁二烯共聚物弹性体部分替代富含天然橡胶的胎面橡胶组合物中的天然橡胶不能导致在23℃和95℃两者下的这种可比的撕裂强度性能，则对于预定或者设计成在工作条件(在与车辆一起使用期间)下经受大负荷的相对大的轮胎，其预期将导致大的内热积累，在此认为大量替代轮胎胎面中的天然橡胶是不适合的，无论其其他物理性能是否是适合的。在实践中，为了有利于或者提高轮胎胎面的抗碎落性(chip-chunkresistance)，常常希望橡胶组合物在23℃或者95℃下具有适合的撕裂强度性能。在实践中，充气橡胶轮胎通常具有橡胶胎面，其包括与地面接触的轮胎的跑合面。在使用条件下，这种轮胎胎面经受相当大的动态变形和挠曲，由于磨损而造成的磨耗，疲劳开裂和老化，例如大气老化。轮胎，尤其是大的轮胎，例如大的越野卡车、农用拖拉机以及飞机轮胎，其预定经受大的负荷并且具有固有的内热积累趋势和经受相关的高温操作，通常包含大量的天然的顺1，4-聚异戊二烯橡胶，这是因为，例如，与通常的基于二烯烃的合成弹性体相比，天然橡胶具有众所周知的耐热性。这种轮胎可以具有富含天然橡胶的橡胶组合物的胎面，即该富含天然橡胶的橡胶组合物包含多于50phr的天然橡胶。对于富含天然橡胶的轮胎胎面橡胶组合物而言，重要的物理性能在此被认为是回弹性(在100℃下)和tanδ(在100℃下)，该tanδ(在100℃下)与轮胎的滚动阻力有关，因此与相关车辆的燃料经济性有关，希望回弹性性能具有较高的值，而tanδ性能具有较低的值。在此考虑的其他希望的物理性能是与上述回弹性和tanδ性能相结合的较高的低应变劲度性能，其由Shore A硬度值和在10％应变下、在100℃下的G′指示，以提高转弯力系数和轮胎的操纵性以及对胎面磨损的抗性。因此，容易看到，当希望基本上保持或者改进富含天然橡胶的胎面橡胶组合物本身的代表性物理性能的适当平衡时，在富含天然橡胶的胎面橡胶组合物中用合成橡胶部分替代一部分的天然橡胶并不是一件简单的事情，并且要求超过常规试验的技术。通常，这种轮胎胎面橡胶组合物还可以包含各种量的其他合成的基于二烯烃的弹性体。这类其他合成的基于二烯烃的弹性体可以包括，例如，顺1，4-聚丁二烯橡胶，以提高例如抗磨性和相关的对胎面磨损的抗性，以及苯乙烯/丁二烯共聚物弹性体，以提高例如胎面牵引力。例如，借助于特定的催化剂体系制备和使用反1，4-苯乙烯/丁二烯已经描述于美国专利6,627,715。在美国专利5,844,044中建议了用异戊二烯和1，3-丁二烯的顺式共聚物部分替代天然橡胶。然而，对于本专利技术，具有跑合面的轮胎胎面由橡胶组合物制造，该橡胶组合物由富含天然橡胶的橡胶组合物组成，其中其橡胶组成部分的主要的橡胶部分是天然顺1，4-聚异戊二烯橡胶，并且次要的橡胶部分是特定的反1，4-苯乙烯/丁二烯橡胶。特定的反1，4-苯乙烯/丁二烯橡胶具有的结合苯乙烯含量为大约15到大约35，并且其聚丁二烯部分的微观结构由大约50到大约80％反1，4-异构单元组成。在实施本专利技术中，已经观察到，特定的反1，4-苯乙烯/丁二烯橡胶能够在相对大的轮胎(其被设计成能在工作条件下经受相对大的负荷，具有相关的内热生成)的富含天然橡胶的胎面组合物中部分替代天然的顺1，4-聚异戊二烯橡胶。弹性体或者可硫黄硫化的聚合物、尤其是特定的反1，4-苯乙烯/聚丁二烯聚合物的玻璃化转变温度，或者Tg，表示相应的弹性体或者可硫黄硫化的聚合物在其未硫化的状态下的玻璃化转变温度。Tg可以适合地借助于差示扫描量热计(DSC)，在10℃/分钟的升温速率下测定，(ASTM 3418)，该过程是本领域技术人员众所周知的。可硫黄硫化的聚合物、尤其是特定的反1，4-聚丁二烯聚合物的熔点，或者Tm，表示在其未硫化的状态下的熔点温度，其使用与Tg测定相同的或者类似的程序，使用10℃/分钟的升温速率进行测定，该过程是本领域技术人员众所周知的。弹性体或者可硫黄硫化的聚合物、尤其是特定的反1，4-苯乙烯/丁二烯聚合物的分子量，例如重均分子量(Mw)，或者数均分子量(Mn)，表示相应的弹性体或者可硫黄硫化的聚合物在其未硫化的状态下的相应的分子量。分子量可以适合地借助于GPC(胶凝渗透色谱仪)分析进行测定，这是本领域技术人员众所周知的常规分子量测定过程。弹性体或者可硫黄硫化的聚合物、尤其是特定的反1，4-聚丁二烯聚合物的门尼(ML1+4)粘度，表示相应的弹性体或者可硫黄硫化的聚合物在其未硫化的状态下的粘度。在100℃下的门尼(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮胎，其具有富含天然橡胶的橡胶组合物的胎面，其特征在于，该富含天然橡胶的橡胶组合物由以下成分组成：基于１００重量份橡胶，（Ａ）２到４５ｐｈｒ的特定的反１，４－苯乙烯／丁二烯共聚物弹性体，其结合苯乙烯含量为１５到３５％，并且聚丁二 烯部分的微观结构由５０到８０％反１，４－异构单元、１０到２０％顺１，４－异构单元和２到１０％乙烯基１，２－异构单元组成；（Ｂ）９８到５５ｐｈｒ的天然顺１，４－聚异戊二烯橡胶；（Ｃ）０到２０ｐｈｒ的至少一种附加的合成的基于二烯 烃的弹性体，只要所述橡胶组合物的所述天然橡胶含量为至少５５ｐｈｒ，所述附加的合成的基于二烯烃的弹性体选自异戊二烯和／或１，３－丁二烯的聚合物（除所述特定的反１，４－苯乙烯／丁二烯共聚物之外）和苯乙烯与异戊二烯和／或１，３－丁二烯的共聚物；和（Ｄ）３０到１２０ｐｈｒ的颗粒的增强填料，其由以下组成：（１）５到１２０ｐｈｒ的橡胶增强炭黑，和（２）０到６０ｐｈｒ的无定形的合成沉淀硅石。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PH桑德斯特伦，AF哈拉萨，WL苏，JJA韦尔特，CA贾休纳斯，
申请(专利权)人：固特异轮胎和橡胶公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]