含复合增强填料的车轮用轮胎制造技术

技术编号:24895617 阅读:21 留言:0更新日期:2020-07-14 18:20
本发明专利技术涉及用于车轮的轮胎(100),其包括至少一种结构元件,所述结构元件包括通过使可硫化弹性体组合物硫化而获得的硫化弹性体材料,所述可硫化弹性体组合物包括至少一种可硫化二烯烃弹性体聚合物和至少一种复合增强填料,含该复合增强填料的轮胎(100)的生产方法,含该复合增强填料的母炼胶及其生产方法,以及生产复合增强填料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含复合增强填料的车轮用轮胎专利
本专利技术涉及用于车轮的新型轮胎,其包括来自可再生复合资源的增强填料,其特征在于良好的机械和滚动阻力性能,较大的效率和较低的重量。特别地,本专利技术涉及用于车轮的轮胎,其包括至少一种结构元件,所述结构元件包含通过硫化可硫化的弹性体组合物获得的含硫化弹性体材料,所述弹性体组合物包括至少一种可硫化的二烯烃弹性体聚合物和至少一种复合增强填料。本专利技术进一步涉及生产含复合增强填料的轮胎的方法,含复合增强填料的母炼胶(masterbatch)及其生产方法,以及生产该复合增强填料的方法。现有技术在橡胶工业中,和更具体地在轮胎工业中,已知添加增强填料到弹性体组合物中以便改进由它们通过硫化获得的弹性体材料的机械性能和耐磨性。得益于它的高增强能力,炭黑是最广泛使用的填料。然而,炭黑赋予所制造的制品突出的滞后,即,在动态条件下它增加耗散的热量。在轮胎中,这导致滚动阻力非所需的增加,并总体导致较大的燃料消耗和产生更多的污染排放。目前大多数车辆制造者愈加要求其供应商开发具有低滚动阻力的轮胎,以减少燃料消耗。在这意义上的改进通过使用所谓的“白色”增强填料,例如石膏,滑石,高岭土,膨润土,二氧化钛,和尤其二氧化硅,在弹性体材料中可部分或完全替代炭黑并赋予它们较少的滞后同时维持充足的增强作用的填料来实现。然而,使用二氧化硅作为弹性体组合物用增强填料具有各种局限性。最明显的缺点之一是含二氧化硅的非交联组合物的加工性差,这主要由过大的粘度引起的。此外,当精细地分散在弹性体聚合物基础成分内时,二氧化硅颗粒具有强烈的倾向聚集并形成聚集体。因此,为了获得二氧化硅在弹性体聚合物基础成分内良好的分散,需要组合物的强力且长期的热机械-加工。除此以外,相对于普通弹性体的平均密度(约1g/cm3)二氧化硅-基增强填料具有显著较高的密度值(约2g/cm3),和因此其使用导致它们在其内使用的组合物的密度增加。使用高密度弹性体组合物导致制造较重的轮胎,和这可对其效率具有负面影响。最近,为了部分或完全替代二氧化硅-基填料,已提出使用还表面改性的源自于基于纤维素纤维,尤其纳米结晶纤维素纤维的可再生资源的增强填料。例如,S.H.Xu等人,eXPRESSPolymerLetters,第6卷第1期(2012)14-25描述了用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性的纳米结晶纤维素。借助凝聚在天然橡胶复合材料中将该改性结晶纤维素作为二氧化硅的部分替代物测试。制备了天然橡胶/改性结晶纤维素/二氧化硅和天然橡胶/结晶纤维素/二氧化硅的纳米复合材料。专利技术概述申请人观察到现有技术提出的在弹性体组合物中使用基于纳米结晶纤维素纤维的增强填料的解决方案具有一些技术和功能局限。特别地,申请人观察到纳米结晶纤维素纤维的高亲水性使得甚至使用偶联剂,例如含硫的硅烷-基偶联剂(例如双(3-乙氧基甲硅烷基-丙基四硫化物或TESPT),它在弹性体基质中的分散成为问题。因此,为了获得纤维素纤维在弹性体聚合物基础成分中的均匀分散,组合物本身的强力和长期热机械加工在任何情况下是必须的,所述热机械加工可能会劣化弹性体的性能。申请人进一步观察到基于纳米结晶纤维素纤维的填料可以显示出总体上低于二氧化硅基增强填料的增强效果,即使进行官能化反应或甚至即使通过偶联剂辅助。申请人因此解决了确定用于弹性体组合物的一类新型增强填料的问题,该填料减少和/或克服前述缺点。更特别地,申请人解决了确定增强填料的问题,该增强填料衍生自可再生来源的原材料,它制造和使用简单,且通过减少轮胎重量和低的生产成本,能够赋予车轮用轮胎较大的功效以及良好的机械、滚动阻力性能。根据本专利技术,申请人令人惊奇地发现,可在生产车轮用轮胎的结构元件的可硫化弹性体组合物中使用包含芯和至少部分涂层的复合增强填料,并借助新方法(其使得可以围绕包含结晶纤维素的芯产生包含二氧化硅的至少部分涂层)制造所述复合增强填料,从而实现这些所需的特征,其中所述芯包含纳米结晶纤维素和所述至少部分涂层包含二氧化硅。因此,在本专利技术的第一方面中,本专利技术涉及车轮用轮胎,其包括含通过使可硫化弹性体组合物硫化而获得的硫化弹性体材料的至少一种结构元件,所述可硫化弹性体组合物包括:(a)至少一种可硫化的二烯烃弹性体聚合物;(b)包含芯和至少部分涂层的至少一种复合增强填料,所述芯包含纳米结晶纤维素,所述至少部分涂层包含二氧化硅。申请人已发现得益于使用按照这一方式构造的复合增强填料,因此可获得相对于现有技术,显示出一系列良好的有利技术效果的轮胎,所述技术效果包括:-借助复合增强填料的增强效果获得的良好机械和滚动阻力性能。特别地,申请人发现,根据本专利技术的复合增强填料赋予它在其内使用的轮胎弹性体材料预料不到的性能,相对于常规的二氧化硅-基填料以总体上更好的方式增强所述材料。这允许使用较低用量增强填料来实现与使用二氧化硅-基填料可获得的那些相类似的性能;-相对于使用二氧化硅-基增强填料获得的类似轮胎的较低重量。特别地,申请人已发现得益于根据本专利技术的复合增强填料相对于二氧化硅的较低密度,该复合增强填料允许制造密度较低的弹性体材料并进而获得较轻的轮胎,从而赋予后者较大的功效;-根据本专利技术的复合增强填料的较大增强效果,该增强效果大于通过二氧化硅-基填料实现的那些,所述增强效果允许使用更有限量的增强填料来实现良好的机械和滚动阻力性能;-根据本专利技术的轮胎的制造工艺与现有技术的轮胎生产工艺相容。根据本专利技术的复合增强填料事实上证明相对于纳米结晶纤维素纤维填料,比较容易在弹性体组合物中分散,使得可以有利地实现将它掺入到待增强的弹性体材料内,且没有要求过长和强力的热-机械加工和/或采用复杂的额外加工步骤;-相对于含二氧化硅-基填料的组合物,得益于包含本专利技术的复合增强填料的组合物的较高硫化动力学导致轮胎生产工艺的较大生产率。较高的硫化动力学事实上对于在制造硫化弹性体材料的工艺中获得高的生产率来说是有利的,进而减少了轮胎的生产成本;-制造具有良好机械和滚动阻力性能的包含源自于可再生资源的增强填料的轮胎的可能性,其满足使用不牺牲下一代天然资源的原材料的要求。由于以上概述的技术效果,因此根据本专利技术的轮胎被赋予良好的机械和滚动阻力性能,较低的重量和较大的功效以及较低的生产成本。在本专利技术说明书和随后的权利要求的框架内,使用措辞“纳米结晶纤维素”表示具有尺寸范围典型地为直径5至30nm和长度100至1000nm具有针状形貌的纤维形式的高度结晶纤维素。典型地借助本领域技术人员已知的纤维素纤维的酸水解处理获得纳米结晶纤维素,所述处理旨在去除纤维素中的无定形部分,从而另一方面留下基本上不变的结晶部分,因此在所述处理的最后,所述结晶部分相对于起始纤维素以更大的数量存在。优选地,纳米结晶纤维素的结晶度大于40%,更优选大于50%,甚至更优选大于60%,和仍然更优选范围为70%至95%。对于本专利技术的目的来说,可有利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于车轮的轮胎(100),其包含至少一种结构元件,所述结构元件包含通过使可硫化弹性体组合物硫化而获得的硫化弹性体材料,所述可硫化弹性体组合物包含:/n(a)至少一种可硫化二烯烃弹性体聚合物;/n(b)包含芯和至少部分涂层的至少一种复合增强填料,所述芯包含纳米结晶纤维素,所述至少部分涂层包含二氧化硅。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170913 IT 1020170001022741.用于车轮的轮胎(100),其包含至少一种结构元件,所述结构元件包含通过使可硫化弹性体组合物硫化而获得的硫化弹性体材料,所述可硫化弹性体组合物包含:
(a)至少一种可硫化二烯烃弹性体聚合物;
(b)包含芯和至少部分涂层的至少一种复合增强填料,所述芯包含纳米结晶纤维素,所述至少部分涂层包含二氧化硅。


2.权利要求1的轮胎(100),其中复合增强填料(b)具有芯-壳结构,所述芯-壳结构包含芯和壳,所述芯包含纳米结晶纤维素,所述壳包含二氧化硅。


3.权利要求1或2的轮胎(100),其中复合增强填料(b)的直径范围为10nm至60nm,和长度范围为100nm至1000nm。


4.权利要求1-3任何一项的轮胎(100),其中复合增强填料(b)的结晶度范围为10%至80%。


5.权利要求1-4任何一项的轮胎(100),其中复合增强填料(b)的密度范围为1.5至1.9。


6.权利要求1-5任何一项的轮胎(100),其中复合增强填料(b)的BET总表面积范围为20至400m2/g。


7.权利要求1-6任何一项的轮胎(100),其中相对于复合增强填料(b)的总重量,复合增强填料(b)包括20至80wt%二氧化硅。


8.权利要求1-7任何一项的轮胎(100),其中相对于100phr可硫化二烯烃弹性体聚合物(a),可硫化弹性体组合物包括0.1至40phr复合增强填料(b)。


9.权利要求1-8任何一项的轮胎(100)、其中结构元件选自胎冠(109)、胎体结构、带束结构(106)、底层(111)、耐磨包布(105)、胎侧(108)、胎侧插件、微型-胎侧(110)、钢丝圈外包布(120)、胎圈包布(121)、底衬、橡胶层、填充胶条(104)和橡胶片。


10.用于车轮的轮胎(100)的生产方法,其中该方法包括:
-提供可硫化弹性体组合物,所述可硫化弹性体组合物包含:
(a)至少一种可硫化二烯烃弹性体聚合物;
(b)包含芯和至少部分涂层的至少一种复合增强填料,所述芯包含纳米结晶纤维素,所述至少部分涂层包含二氧化硅;
-提供包含可硫化弹性体组合物的轮胎结构元件;
-将该轮胎结构元件组装成生胎;
-硫化该生胎。


11.权利要求10的方法,其中提供可硫化弹性体组合物包括:
-将至少下述组分进料到含至少一个不连续混合器和/或至少一个连续混合器的至少一个混合装置中;
o可硫化二烯烃弹性体聚合物(a),
o复合增强填料(b);
-混合并分散所述组分,以便获得所述可硫化弹性体组合物;
-从所述混合装置中排放所述可硫化弹性体组合物。


12.权利要求11的方法,其中将复合增强填料(b)以母炼胶形式进料到所述至少一个不连续混合器和/或所述至少一个连续混合器中,所述母炼胶包括:
-至少一种可硫化二烯烃弹性体聚合物(a);
-复合增强填料(b)。


13.一种母炼胶,其包括:
(a)至少一种可硫化二烯烃弹性体聚合物;
(b)包含芯和至少部分涂层的至少一种复合增强填料,所述芯包含纳米结晶纤维素,所述至少部分涂层包含二氧化硅。


14.权利要求13的母炼胶,其中复合增强填料(b)如权利要求2至7任何一项中定义。


15.权利要求13或14的母炼胶,相对于100phr可硫化二烯烃弹性体聚合物(a),其包括5至120phr复合增强填料(b)。


16.一种生产母炼胶的方法,所述母炼胶包括:
(a)至少一种可硫化二烯烃弹性体聚合物;
(b)包含芯和至少部分涂层的至少一种复合增强填料,所述芯包含纳米结晶纤维素,所述至少部分涂层包含二氧化硅;
其中该方法包括:
I.提...

【专利技术属性】
技术研发人员:L·喀斯特拉尼L·祖亚S·D·阿里M·奥兰迪T·汉尼尔
申请(专利权)人:倍耐力轮胎股份公司
类型:发明
国别省市:意大利;IT

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