轮胎

申请号 CN201080023974.1 申请日 2010-04-30 公开(公告)号 CN102448739B 公开(公告)日 2014-11-26
申请人 株式会社普利司通; 发明人 松尾成晃; 山口正志;
摘要 本 发明 提供耐久性得到提高的轮胎,其通过有效的 散热 来实现胎侧部内的 温度 降低,可同时提高作为 橡胶 组合物的缺气保用行驶时的耐久性与通常行驶时的 滚动阻 力 性能。该轮胎是在胎侧部的轮胎表面上在轮胎圆周方向上隔着间隔设置从内周侧朝向外周侧延伸的紊流发生用突起的 充气轮胎 ,上述各紊流发生用突起在径向截面上看时具有棱边部,且空气流撞击的前壁面相对于轮胎表面的前壁 角 度为70度~110度的范围,并且构成所述胎侧部的胎侧补强橡胶使用相对于100 质量 份橡胶成分配混10~100质量份氮 吸附 比表面积 为20~90m2/g的 炭黑 而成的橡胶组合物,所述橡胶成分含有10质量%以上的改性共轭二烯系 聚合物 ,其是通过共轭二烯系聚合物的末端与具有伯 氨 基或可通过 水 解 生成伯氨基的前体的烷 氧 基 硅 烷化合物的改性反应,在该末端引入伯氨基或可通过水解生成伯氨基的前体,进而在该改性反应的途中和/或结束之后在该改性反应体系中添加缩合促进剂而获得的。
权利要求

1.一种轮胎,其特征在于,该轮胎是在轮胎胎侧部的轮胎表面上在轮胎圆周方向上隔着间隔设置从内周侧朝向外周侧延伸的紊流发生用突起的轮胎,所述各紊流发生用突起在径向截面上看时具有棱边部,且空气流撞击的前壁面相对于轮胎表面的前壁度为70度~110度的范围,并且构成所述轮胎胎侧部的胎侧补强橡胶使用相对于100质量份橡胶
2
成分配混10~100质量份氮吸附比表面积为20~90m/g的炭黑而成的橡胶组合物,所述橡胶成分含有10质量%以上的改性共轭二烯系聚合物,所述改性共轭二烯系聚合物是通过改性前的数均分子量(Mn)为120,000~300,000的共轭二烯系聚合物的末端与具有伯基或可通过解生成伯氨基的前体的烷烷化合物的改性反应,在该末端引入伯氨基或可通过水解生成伯氨基的前体,进而在该改性反应的途中和/或结束之后在该改性反应体系中添加缩合促进剂而获得的。
2.根据权利要求1所述的轮胎,其中,所述共轭二烯系聚合物是以金属化合物为引发剂,在有机溶剂中使共轭二烯化合物单独进行阴离子聚合或使共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物进行阴离子聚合而获得的聚合物。
3.根据权利要求1所述的轮胎,其中,所述具有可通过水解生成伯氨基的前体的烷氧基硅烷化合物是N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷、1-三甲基甲硅烷基-2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基三甲氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基三乙氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨乙基三甲氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨乙基三乙氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨乙基甲基二甲氧基硅烷或N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨乙基甲基二乙氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的轮胎,其中,所述缩合促进剂是含有选自、锆、铋、中的至少一种以上金属的醇盐、羧酸盐、三烷基硅氧烷或乙酰丙配盐。
5.根据权利要求1所述的轮胎,其中,所述改性共轭二烯系聚合物的用凝胶渗透色谱法测定的改性前的聚苯乙烯换算重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比(Mw)/(Mn)为
1.02~2.0。
6.根据权利要求5所述的轮胎,其中,所述改性共轭二烯系聚合物的用凝胶渗透色谱法测定的改性前的聚苯乙烯换算重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比(Mw)/(Mn)为
1.02~1.5。
7.根据权利要求1所述的轮胎,其中,所述橡胶组合物是在橡胶成分中含有52质量%以上的改性共轭二烯系聚合物而成的。
8.根据权利要求7所述的轮胎,其中,所述橡胶组合物是在橡胶成分中含有55质量%以上的改性共轭二烯系聚合物而成的。
9.根据权利要求1所述的轮胎,其中,所述橡胶组合物是相对于100质量份橡胶成分配混1~10质量份硫而成的。
10.根据权利要求1所述的轮胎,其特征在于,将所述紊流发生用突起的高度设为h、将间距设为p、将底边宽度设为w时,满足1.0≤p/h≤50.0且1.0≤(p-w)/w≤100.0的关系。
11.根据权利要求1或10所述的轮胎,其中,将所述紊流发生用突起的间距设为p、将高度设为h时的间距与高度之比p/h为2.0≤p/h≤24.0。
12.根据权利要求11所述的轮胎,其中,所述p/h为10.0≤p/h≤20.0。
13.根据权利要求10所述的轮胎,其中,所述(p-w)/w为4.0≤(p-w)/w≤39.0。
14.根据权利要求10所述的轮胎,其中,所述紊流发生用突起的突起高度h、底边宽度w为0.5mm≤h≤7mm且0.3mm≤w≤4mm的范围。
15.根据权利要求10所述的轮胎,其中,所述紊流发生用突起的方向与径向形成的角度是恒定或变化的。
16.根据权利要求10所述的轮胎,其中,所述紊流发生用突起至少在径向内侧具有顶部。
17.根据权利要求10所述的轮胎,其中,所述紊流发生用突起的延伸方向相对于径向是连续或不连续的。
18.根据权利要求10所述的轮胎,其中,所述紊流发生用突起以在轮胎圆周方向上不均一的间隔配置。
19.根据权利要求1所述的轮胎,其中,构成所述胎侧部的补强橡胶具有新月形状。
20.根据权利要求1所述的轮胎,其中,其是重载用轮胎。

说明书全文

轮胎

技术领域

[0001] 本发明涉及轮胎,尤其涉及可以实现具有容易发生劣化的胎侧补强层的胎侧部的温度降低、缺气保用性优异的轮胎。

背景技术

[0002] 充气轮胎的温度上升会促进材料物性变化等经时变化、构成高速行驶时胎面破损等的原因,从耐久性的观点来看是不优选的。尤其,在重载下使用的越野子午线(ORR,off-the-roadradial)轮胎、卡车和公共汽车子午线(TBR)轮胎或车胎爆裂行驶时(内压0kPa行驶时)的缺气保用轮胎中,为了提高耐久性,降低轮胎温度成为重大的课题。例如,在具有新月形补强橡胶的缺气保用轮胎中,轮胎爆裂行驶时径向变形集中在补强橡胶上,该部分会达到非常高的温度,对耐久性带来很大影响。
[0003] 作为降低充气轮胎的轮胎温度的手段,公开了一种设置降低·抑制充气轮胎的各构成部件(尤其位于胎侧部的胎体帘布层、胎圈部等)的应变的补强部件,极防止因轮胎的应变导致的温度上升的技术(例如参照专利文献1)。
[0004] 然而,在上述现有的充气轮胎中,由于设置补强部件,有时会发生轮胎重量增加、补强部件上的分离(剥离)等意想不到的新故障,存在使操纵稳定性、乘坐舒适性等通常行驶性能恶化的问题。尤其,在缺气保用轮胎中,通常内压行驶时的纵向刚度(轮胎纵向的弹力性)会增高,有使通常行驶性能恶化之虞,需要不损害该通常行驶性能的方法。
[0005] 作为降低充气轮胎的轮胎温度的其他手段,已知有在具有轮圈护圈的扁平充气轮胎的轮圈护圈上配置许多突起物的方 法。
[0006] 促进上述充气轮胎散热的技术是增加轮胎的表面积来促进散热。然而,由于充气轮胎的外周侧配置有热传导性低的橡胶材料,因此,仅仅增加轮胎表面积不能有效地散热。
[0007] 与此相对,从橡胶组合物的方面提出了在胎侧补强层和胎圈填胶中使用含有各种改性共轭二烯-芳香族乙烯基共聚物和耐热改进剂等的橡胶组合物的方案(参照专利文献2)。
[0008] 进而,提出了在胎侧补强层和胎圈填胶中使用含有特定的共轭二烯系聚合物和酚树脂的橡胶组合物的方案(参照专利文献3)。
[0009] 这些方案的目的均为提高在胎侧补强层和胎圈填胶二者中使用的橡胶组合物的弹性模量、并抑制高温时的弹性模量降低,虽然获得了缺气保用耐久性的大幅改善,但通常行驶时的滚动阻力性能显著恶化。
[0010] 可是,为了获得生热性低的橡胶组合物,迄今以石、炭黑为填料的橡胶组合物用的改性橡胶的技术开发逐渐增多。其中,尤其作为有效的方法提出了用含有与填料相互作用的官能团的烷基硅烷衍生物改性通过使用锂化合物的阴离子聚合获得的共轭二烯系聚合物的聚合活性末端的方法(例如参照专利文献4或5)。
[0011] 另外,公开了进行使氧基硅烷化合物与分子中具有有机金属型的活性部位的聚合物的活性部位反应的改性反应,在该反应的途中和/或结束之后在反应体系中添加缩合促进剂的改性聚合物的制造方法(参照专利文献6)。然而,在使用通过上述制造方法获得的改性聚合物的橡胶组合物中,虽然对于硅石系填料的低损耗效果大幅提高,但对于炭黑填料的低损耗效果说不上充分。
[0012] 因此,需要可同时提高缺气保用行驶时的耐久性与通常行驶时的滚动阻力性能的、适于胎侧补强层、胎圈填胶的、低生热性优异的橡胶组合物。
[0013] 现有技术文献
[0014] 专利文献
[0015] 专利文献1:日本特开2006-76431号公报
[0016] 专利文献2:WO02/02356号小册子
[0017] 专利文献3:日本特开2004-74960号公报
[0018] 专利文献4:日本特公平6-53763号公报
[0019] 专利文献5:日本特公平6-57767号公报
[0020] 专利文献6:WO03/087171号小册子

发明内容

[0021] 发明要解决的问题
[0022] 因此,本发明是为了解决上述课题而做出的,其目的在于,提供一种轮胎,通过效率良好的散热来实现胎侧部内的温度降低,能够提高可以使作为橡胶组合物的缺气保用行驶时的耐久性与通常行驶时的滚动阻力性能同时提高的轮胎耐久性。
[0023] 用于解决问题的方案
[0024] 本发明人等为了达成上述目的进行了反复深入的研究,结果发现,通过在轮胎胎侧部的轮胎表面上在轮胎圆周方向上隔着间隔设置从内周侧朝向外周侧延伸的特定的紊流发生用突起,并在轮胎中使用含有一种改性共轭二烯系聚合物的橡胶组合物,达成了本发明的目的,其中,该改性共轭二烯系聚合物是用特定的改性剂对在有机溶剂中聚合而获得的共轭二烯系聚合物的末端改性而成的、与具有特定的氮吸附比表面积的炭黑的相互作用优异的改性共轭二烯系聚合物。本发明是基于上述 认识完成的。
[0025] 即,本发明提供了一种轮胎,其特征在于,该轮胎是在胎侧部的轮胎表面上在轮胎圆周方向上隔着间隔设置从内周侧朝向外周侧延伸的紊流发生用突起的充气轮胎,所述各紊流发生用突起在径向截面上看时具有棱边部,且空气流撞击的前壁面相对于轮胎表面的前壁度为70度~110度的范围,并且构成所述胎侧部的胎侧补强橡胶使用相对于100质2
量份橡胶成分配混10~100质量份氮吸附比表面积为20~90m/g的炭黑而成的橡胶组合物,所述橡胶成分含有10质量%以上的改性共轭二烯系聚合物,其是通过共轭二烯系聚合物的末端与具有伯基或可通过解生成伯氨基的前体的烷氧基硅烷化合物的改性反应,在该末端引入伯氨基或可通过水解生成伯氨基的前体,进而在该改性反应的途中和/或该改性反应结束之后在该改性反应体系中添加缩合促进剂而获得的。
[0026] 发明的效果
[0027] 根据本发明,可以发挥如下效果。
[0028] (1)通过在胎侧表面上配设紊流发生用突起而效率良好地散热、可靠地实现了胎侧部内的温度降低,使耐久性得到提高。
[0029] (2)进而,可通过在胎侧补强橡胶中使用低滚动阻力性的橡胶组合物来抑制胎侧补强橡胶的生热并通过与上述紊流发生用突起组合进一步降低轮胎温度,由此可以提供同时提高缺气保用行驶时的耐久性与通常行驶时的低滚动阻力性能的轮胎。附图说明
[0030] 图1为本发明的实施方式的缺气保用轮胎的一部分缺口的立体图。
[0031] 图2为本发明的实施方式的缺气保用轮胎的主要部分剖面 图。
[0032] 图3为本发明的实施方式的缺气保用轮胎的局部侧视图。
[0033] 图4为说明由紊流发生用突部产生的紊流发生状态的立体图。
[0034] 图5为说明由紊流发生用突起产生的紊流发生状态的侧视图。
[0035] 图6为详细说明紊流的流动的侧视图。
[0036] 图7为第一变型例的紊流发生用突起的剖面图。
[0037] 图8为第二变型例的紊流发生用突起的剖面图。
[0038] 图9为第三变型例的紊流发生用突起的剖面图。
[0039] 图10为第四变型例的紊流发生用突起的剖面图。
[0040] 图11所示为设p/h=12时的h/R1/2的传热系数提升指数的图。
[0041] 附图标记说明
[0042] 1缺气保用轮胎(轮胎)
[0043] 3胎侧部
[0044] 3a外侧面(轮胎表面)
[0045] 8胎侧补强层
[0046] 10,10A~10D紊流发生用突起
[0047] 10a前壁面

具体实施方式

[0048] 以下根据附图来说明本发明的实施方式。图1~图6示出了本发明的一个实施方式,图1为缺气保用轮胎的一部分缺口的立体图,图2为缺气保用轮胎的主要部分剖面图,图3为缺气保用轮胎的局部侧视图,图4为说明由紊流发生用突部产生的紊流发生状态的立体图,图5为说明由紊流发生用突起产生的紊流发生状态的侧视图,图6为详细说明紊流的流动的侧视图。
[0049] [缺气保用轮胎的示意结构]
[0050] 如图1~图2所示,轮胎即缺气保用轮胎1包括与路面接触的胎面部2、轮胎两侧的胎侧部3、以及沿各个胎侧部3的开口缘设置的胎圈部4。
[0051] 胎圈部4包括以沿胎侧部3的开口部的缘部围绕的方式设置的胎圈芯6A和胎圈填胶6B。作为胎圈芯6A,具体使用有胎圈丝等。
[0052] 在胎面部2、一对胎侧部3以及一对胎圈部4的内侧设置有成为轮胎的骨架的胎体帘布层7。在位于胎侧部3的胎体帘布层7的内侧(轮胎宽度方向内侧)设置有用于补强胎侧部3的胎侧补强层8。该胎侧补强层8在轮胎宽度方向截面下由新月形状的橡胶组合物形成。通过在胎侧补强层8中使用对本发明的炭黑的相互作用优异、且低滚动性的含改性共轭二烯系聚合物的橡胶组合物能够使本发明的轮胎发挥上述作用效果。
[0053] 在胎面部2的内侧且在胎体层7的轮胎径向外侧设置有多层带束层(钢丝带束层补强层9A、9B、圆周方向补强层9C)。
[0054] 在各胎侧部3的轮胎表面即外侧面3a上,沿轮胎圆周方向等间隔地设置有从内周侧朝向外周侧延伸的紊流发生用突起10。
[0055] 在胎面部2的内侧且在胎体层7的轮胎径向外侧设置有多层带束层(钢丝带束层补强层9A、9B、圆周方向补强层9C)。在各胎侧部3的轮胎表面即外侧面3a上,沿轮胎圆周方向等间隔地设置有从内周侧朝向外周侧延伸的紊流发生用突起10。
[0056] 另外,关于紊流发生用突部的结构等,将在下述改性共轭二烯系聚合物的说明之后详细描述。
[0057] [改性共轭二烯系聚合物]
[0058] 在本发明的轮胎的胎侧补强层8中使用的橡胶组合物所配混的改性共轭二烯系聚合物的特征在于,其是通过共轭二烯系 聚合物的末端与具有伯氨基或可通过水解生成伯氨基的前体的烷氧基硅烷化合物的改性反应,在该末端引入伯氨基或可通过水解生成伯氨基的前体,进而在该改性反应的途中和/或结束之后在该改性反应体系中添加缩合促进剂而获得的。伯氨基是如下生成的:通过改性反应在该末端以可通过水解生成伯氨基的前体水解之前的状态(即受保护的状态)引入,通过改性反应结束之后的汽提等使用水蒸汽的脱溶剂处理或水处理等、或者有意地水解,从而作为伯氨基生成。然而,可通过水解生成伯氨基的前体即使没有水解而存在于改性共轭二烯系聚合物中,在该改性共轭二烯系聚合物的混炼时,保护伯氨基的保护基脱离,也会生成伯氨基,因此,可生成伯氨基的前体在混炼前的阶段中可以不水解。
[0059] 通过不具有伯氨基的烷氧基硅烷化合物改性的改性共轭二烯系聚合物与硅石的相互作用大,与炭黑的相互作用小,因此,炭黑的补强性低。另一方面,通过具有伯氨基的烷氧基硅烷化合物改性的改性共轭二烯系聚合物则由于伯氨基与炭黑的相互作用大,因此,炭黑的补强性高。
[0060] 另外,通过烷氧基硅烷化合物改性的改性共轭二烯系聚合物通常在聚合物之间发生反应而多聚化,提高了未硫化橡胶组合物的粘度、使加工性恶化。与此相对,本发明的共轭二烯系聚合物由于防止了过度的多聚化,因此不会提高未硫化橡胶组合物的粘度而使加工性恶化,所述共轭二烯系聚合物是通过具有伯氨基的烷氧基硅烷化合物改性的改性共轭二烯系聚合物,其是在改性反应的途中和/或结束之后在反应体系中添加缩合促进剂,在水蒸汽或水的存在下进行缩合反应而获得的。
[0061] 在本发明的上述橡胶组合物中,在100质量份橡胶成分中,需要含有10质量%以上上述改性共轭二烯系聚合物。如果100 质量份橡胶成分中的改性共轭二烯系聚合物的含量为10质量%以上,则橡胶组合物的低生热性得以发挥,缺气保用行驶时的耐久性和通常行驶时的滚动阻力性能提高。为了进一步提高橡胶组合物的低生热性,在100质量份橡胶成分中,改性共轭二烯系聚合物的含量进一步优选为52质量%以上,特别优选为55质量%以上。
[0062] 本发明的共轭二烯系聚合物是共轭二烯化合物单独或共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物共聚而获得的,对其制造方法没有特别限制,溶液聚合法、气相聚合法、本体聚合法均可使用,溶液聚合法是特别优选的。另外,聚合形式可以是间歇式和连续式中的任何一种,为了缩窄分子量分布,间歇式是理想的。
[0063] 另外,共轭二烯系聚合物的玻璃化转变温度优选为-30℃以下。
[0064] 作为上述共轭二烯化合物,例如可列举出1,3-丁二烯;异戊二烯;1,3-戊二烯;2,3-二甲基-1,3-丁二烯;2-苯基-1,3-丁二烯;1,3-己二烯等。它们可以单独使用,也可以将两种以上组合使用,在它们当中,1,3-丁二烯是特别优选的。
[0065] 另外,作为用于与共轭二烯化合物共聚的芳香族乙烯基化合物,例如可列举出苯乙烯;α-甲基苯乙烯;1-乙烯基;3-乙烯基甲苯、乙基乙烯基苯;二乙烯基苯;4-环己基苯乙烯;2,4,6-三甲基苯乙烯等。它们可以单独使用,也可以将两种以上组合使用,在它们当中,苯乙烯是特别优选的。
[0066] 接着,说明聚合反应体系。为了通过聚合反应未停止状态的活性共轭二烯系聚合物的末端(以下有时称为“活性末端”)与改性剂的反应引入伯氨基或可通过水解生成伯氨基的前体,优选的是,所使用的聚合物的至少10%的聚合物链具有活性或 假活性。作为这种具有活性的聚合反应,可列举出以金属化合物为引发剂,在有机溶剂中使共轭二烯化合物单独、或共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物进行阴离子聚合的反应,或者利用含有镧系稀土元素化合物的催化剂使共轭二烯化合物单独、或共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物发生配位阴离子聚合的反应。
[0067] 对于用作上述阴离子聚合的引发剂的有机碱金属化合物而言,锂化合物是优选的。对锂化合物没有特别限制,优选使用烃基锂和氨基锂化合物。在使用前者的烃基锂的情况下,可以获得在聚合开始端具有烃基且另一端为聚合活性部位的共轭二烯系聚合物。另外,在使用后者的氨基锂化合物的情况下,可以获得在聚合开始端具有含氮基团且另一端为聚合活性部位的共轭二烯系聚合物。
[0068] 作为上述烃基锂,具有原子数2~20的烃基的烃基锂是优选的,例如可列举出乙基锂、正丙基锂、异丙基锂、正丁基锂、仲丁基锂、叔辛基锂、正癸基锂、苯基锂、2-萘基锂、2-丁基苯基锂、4-苯基丁基锂、环己基锂、环戊基锂、二异丙烯基苯与丁基锂的反应产物等,在它们当中,特别优选正丁基锂。
[0069] 另一方面,作为氨基锂化合物,可列举出六亚甲基亚胺基锂、吡咯烷基锂、哌啶锂、七亚甲基亚胺基锂、十二亚甲基亚胺基锂、二甲基氨基锂、二乙基氨基锂、二丙基氨基锂、二丁基氨基锂、二己基氨基锂、二庚基氨基锂、二辛基氨基锂、二-2-乙基己基氨基锂、二癸基氨基锂、N-甲基哌嗪锂、乙基丙基氨基锂、乙基丁基氨基锂、甲基丁基氨基锂、乙基苄基氨基锂、甲基苯乙基氨基锂、N-锂代吗啉(Lithiomorpholine)、N-甲基-N’-锂代高哌嗪、N-乙基-N’-锂代高哌嗪、N-丁基-N’-锂代高哌嗪等,在它们当中,六亚甲基亚胺基锂、吡咯烷基锂、哌啶锂、 七亚甲基亚胺基锂、十二亚甲基亚胺基锂等环状氨基锂是优选的,六亚甲基亚胺基锂和吡咯烷基锂是特别优选的。
[0070] 作为优选的实施方式,如日本特开平06-206920号中所公开的,在可溶化成分(SOL)的存在下,或者如日本特开平06-199922号中所公开的,在没有可溶化成分的存在下,预先生成氨基锂化合物,然后可以作为聚合引发剂使用,也可以如日本特开平06-199921号中所公开的,不进行预备调整,在聚合体系中(原位、in situ)生成氨基锂化合物,并作为聚合引发剂使用。
[0071] 另外,该聚合引发剂的用量优先选择为每100g单体0.2~20毫摩尔的范围。
[0072] 对使用上述锂化合物作为聚合引发剂、通过阴离子聚合来制造共轭二烯系聚合物的方法没有特别限制,可以采用现有公知的方法。
[0073] 具体而言,在反应惰性有机溶剂例如脂肪族、脂环族、芳香族烃化合物等烃系溶剂中,以上述锂化合物为聚合引发剂,在根据需要使用的无规化剂(randomizer)的存在下,使共轭二烯化合物或共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物进行阴离子聚合,从而获得具有目的活性末端的共轭二烯系聚合物。
[0074] 另外,在使用锂化合物作为聚合引发剂的情况下,与使用上述包含镧系稀土元素化合物的催化剂的情况相比,不仅可以有效地获得具有活性末端的共轭二烯系聚合物,而且也可有效地获得具有活性末端的共轭二烯与芳香族乙烯基化合物的共聚物。
[0075] 作为上述烃系溶剂,碳原子数3~8的烃系溶剂是优选的,例如可以列举出丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、正己烷、环己烷、丙烯、1-丁烯、异丁烯、反式-2-丁烯、顺式-2- 丁烯、1-戊烯、2-戊烯、1-己烯、2-己烯、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、甲基环戊烷、甲基环己烷等。这些溶剂可以单独使用,也可以将两种以上混合使用。
[0076] 另外,溶剂中的单体浓度优选为5~50质量%,更优选为10~30质量%。另外,在使用共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物进行共聚时,投入的单体混合物中的芳香族乙烯基化合物的含量优选为55质量%以下的范围。
[0077] 另外,可根据需要使用的无规化剂是具有下列作用的化合物:控制共轭二烯系聚合物的微结构,例如增加丁二烯-苯乙烯共聚物中的丁二烯部分的1,2-键、异戊二烯聚合物中的3,4-键等;或者控制共轭二烯-芳香族乙烯基化合物共聚物中的单体单元的组成分布,例如丁二烯-苯乙烯共聚物中的丁二烯单元、苯乙烯单元的无规化等。对这种无规化剂没有特别限制,可以从通常作为现有的无规化剂使用的公知化合物中适当选择和使用任意化合物。具体而言,可列举出二甲氧基苯、四氢呋喃、二甲氧基乙烷、二乙二醇二丁基醚、二乙二醇二甲基醚、四氢呋喃丙烷低聚物类[特别是包括2,2-二(2-四氢呋喃基)-丙烷的物质等]、三乙胺、吡啶、N-甲基吗啉、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、1,2-二哌啶基乙烷(1,2-dipiperidinoethane)等醚类和叔胺类等。另外,还可以使用叔戊醇(tert-amylate)、叔丁醇钾等钾盐类、叔戊醇钠等钠盐类。
[0078] 这些无规化剂可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。另外,其用量优选在相对于1摩尔锂化合物为0.01~1000摩尔当量的范围内选择。
[0079] 该聚合反应的温度优选在0~150℃,更优选在20~130℃的范围内选择。聚合反应可以在发生压力下进行,通常理想的是在足以将单体基本上保持在液相中的压力下操作。即,压力取决 于聚合的各种物质、所使用的聚合介质和聚合温度,但如果需要可以使用更高压力,这种压力可以通过用对聚合反应呈惰性的气体对反应器加压等适当方法来获得。
[0080] 在本发明中,在这样获得的具有活性末端的聚合物中,以优选相对于该聚合物的活性末端的化学计算量或超过该化学计算量的过剩量添加下述改性剂,使之与该聚合物上键合的活性末端反应。
[0081] 作为在活性末端上有效引入伯氨基的改性剂,可以使用具有可通过水解生成伯氨基的前体的烷氧基硅烷化合物。
[0082] 例如可列举出N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷、1-三甲基甲硅烷基-2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基三甲氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基三乙氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨乙基三甲氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨乙基三乙氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨乙基甲基二甲氧基硅烷和N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨乙基甲基二乙氧基硅烷等,优选的是N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二乙氧基硅烷或1-三甲基甲硅烷基-2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷。
[0083] 这些改性剂可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。另外,该改性剂可以是部分缩合物。
[0084] 在这里,部分缩合物是指改性剂的SiOR的一部分(不是全部)通过缩合形成SiOSi键而得到的物质。
[0085] 在利用上述改性剂的改性反应中,该改性剂的用量优选为0.5~200mmol/kg·共轭二烯系聚合物。所述用量进一步优选为1~100mmol/kg·共轭二烯系聚合物,特别优选为2~50mmol/kg·共 轭二烯系聚合物。在这里,共轭二烯系聚合物是指在制备时或制备之后不含所添加的防老剂等添加剂的聚合物本身的质量。通过将改性剂的用量设定在上述范围内,填料的分散性变得优异、硫化后的耐破坏特性、低生热性得到改善。
[0086] 另外,对上述改性剂的添加方法没有特别限制,可列举出一次性添加的方法、分开添加的方法或者连续添加的方法等,一次性添加的方法是优选的。
[0087] 另外,改性剂除了可以键合于聚合开始端、聚合终止端以外,还可键合于聚合物主链、侧链的任意一个上,从可抑制能量由聚合物末端消失、改善低生热性的观点来看,优选改性剂被引入到聚合开始端或聚合终止端。
[0088] 本发明中,为了促进作为上述改性剂使用的、具有通过水解可产生伯氨基的前体的烷氧基硅烷化合物参与的缩合反应,优选使用特定的缩合促进剂。
[0089] 作为这种缩合促进剂,可以使用具有叔氨基的化合物、或含有一种以上的属于周期表(长周期型)的3族、4族、5族、12族、13族、14族和15族中的任何一族的元素的有机化合物。进而,作为缩合促进剂,优选的是,含有选自由(Ti)、锆(Zr)、铋(Bi)、(Al)和(Sn)组成的组中的至少一种以上的金属的醇盐、羧酸盐、三烷基硅氧烷或乙酰丙配盐。
[0090] 在这里使用的缩合促进剂可以在上述改性反应之前添加,但优选在改性反应途中和/或改性反应结束之后添加到改性反应体系中。在改性反应前添加时,有时会引起缩合促进剂与活性末端的直接反应,不能将具有可通过水解生成伯氨基的前体的烃氧基引入到活性末端。
[0091] 作为缩合促进剂的添加时期,通常是在改性反应开始5分钟~5小时之后,优选在改性反应开始15分钟~1小时之后。
[0092] 作为缩合促进剂,具体而言,可优选使用钛(Ti)的醇类、羧酸盐以及乙酰丙酮配盐。
[0093] 作为具体的缩合促进剂,可列举出四(2-乙基-1,3-己二醇)合钛、四(2-甲基-1,3-己二醇)合钛,四(2-丙基-1,3-己二醇)合钛、四(2-丁基-1,3-己二醇)合钛、四(1,
3-己二醇)合钛、四(1,3-戊二醇)合钛、四(2-甲基-1,3-戊二醇)合钛、四(2-乙基-1,
3-戊二醇)合钛、四(2-丙基-1,3-戊二醇)合钛、四(2-丁基-1,3-戊二醇)合钛、四(1,3-庚二醇)合钛、四(2-甲基-1,3-庚二醇)合钛、四(2-乙基-1,3-庚二醇)合钛、四(2-丙基-1,3-庚二醇)合钛、四(2-丁基-1,3-庚二醇)合钛、四(2-乙基己氧基)合钛、四甲氧基钛、四乙氧基钛、四正丙氧基钛、四异丙氧基钛、四正丁氧基钛、四正丁氧基钛低聚物、四异丁氧基钛、四仲丁氧基钛、四叔丁氧基钛、双(油酸)双(2-乙基己酸)钛、双(三乙醇胺)二丙氧基钛、双(三乙醇胺)二丁氧基钛、硬脂酸三丁氧基钛、硬脂酸三丙氧基钛、乙酰丙酮三丙氧基钛、双(乙酰丙酮)二丙氧基钛、(乙基乙酰乙酸)三丙氧基钛、乙酰丙酮双(乙基乙酰乙酸)丙氧基钛、乙酰丙酮三丁氧基钛、双(乙酰丙酮)二丁氧基钛、乙基乙酰乙酸三丁氧基钛、乙酰丙酮双(乙基乙酰乙酸)丁氧基钛、四(乙酰丙酮)钛、二乙酰丙酮双(乙基乙酰乙酸)钛、双(2-乙基己酸)氧化钛、双(月桂酸)氧化钛、双(环烷酸)氧化钛、双(硬脂酸)氧化钛、双(油酸)氧化钛、双(亚油酸)氧化钛、四(2-乙基己酸)钛、四(月桂酸)钛、四(环烷酸)钛、四(硬脂酸)钛、四(油酸)钛、四(亚油酸)钛、(双-2,4-戊二酮)二正丁氧基钛、双(硬脂酸)氧化钛、双(四甲基庚二酮)氧化钛、双(戊二酮)氧化钛、四(乳酸)钛等。其中,四(2-乙基-1,3-己二醇)合钛、四(2-乙基己氧基)合钛、(双-2,4-戊二酮)二正丁氧基钛是优选的。
[0094] 另外,作为缩合促进剂,例如可列举出三(2-乙基己酸)铋、三(月桂酸)铋、三(环烷酸)铋、三(硬脂酸)铋、三(油酸)铋、三(亚油酸)铋、四乙氧基锆、四正丙氧基锆、四异丙氧基锆、四正丁氧基锆、四仲丁氧基锆、四叔丁氧基锆、四(2-乙基己基)锆、硬脂酸三丁氧基锆、乙酰丙酮三丁氧基锆、双(乙酰丙酮)二丁氧基锆、乙基乙酰乙酸三丁氧基锆、乙酰丙酮双(乙基乙酰乙酸)丁氧基锆、四(乙酰丙酮)锆、二乙酰丙酮双(乙基乙酰乙酸)锆、双(2-乙基己酸)氧化锆、双(月桂酸)氧化锆、双(环烷酸)氧化锆、双(硬脂酸)氧化锆、双(油酸)氧化锆、双(亚油酸)氧化锆、四(2-乙基己酸)锆、四(月桂酸)锆、四(环烷酸)锆、四(硬脂酸)锆、四(油酸)锆、四(亚油酸)锆等。
[0095] 另外,可以列举出三乙氧基铝、三正丙氧基铝、三异丙氧基铝、三正丁氧基铝、三仲丁氧基铝、三叔丁氧基铝、三(2-乙基己基)铝、硬脂酸二丁氧基铝、乙酰丙酮二丁氧基铝、双(乙酰丙酮)丁氧基铝、乙基乙酰乙酸二丁氧基铝、三(乙酰丙酮)铝、三(乙基乙酰乙酸)铝、三(2-乙基己酸)铝、三(月桂酸)铝、三(环烷酸)铝、三(硬脂酸)铝、三(油酸)铝、三(亚油酸)铝等。
[0096] 此外,作为锡系缩合促进剂,可适当列举出二价锡的二羧酸盐{特别是双(烃基羧酸)盐}、四价锡的二烃基锡的二羧酸盐{包括双(烃基羧酸)盐}、双(β-二酮盐)、烷氧基卤化物、单羧酸盐氢氧化物等。具体而言,可列举出双(2-乙基己酸)锡等。
[0097] 上述缩合促进剂中,钛化合物是优选的,钛金属的醇盐、钛金属的羧酸盐或钛金属的乙酰丙酮配盐是特别优选的。
[0098] 作为该缩合促进剂的用量,作为上述化合物的摩尔数相对 于反应体系内存在的烃氧基总量的摩尔比优选为0.1~10,特别优选为0.5~5。通过将缩合促进剂的用量设定在上述范围内,可以有效率地进行缩合反应。
[0099] 本发明的缩合反应在上述缩合促进剂和水蒸汽或水的存在下进行。作为在水蒸汽的存在下的情况,可列举出利用汽提的脱溶剂处理,缩合反应在汽提中进行。
[0100] 另外,可以在水在有机溶剂中作为液滴分散的体系或水溶液中进行缩合反应,缩合反应温度优选为20~180℃,更优选为30~170℃,进一步优选为50~170℃,特别优选为80~150℃。
[0101] 通过将缩合反应时的温度设定在上述范围,缩合反应可以有效率地进行、完成,可以抑制由于所得改性共轭二烯系聚合物的经时变化带来的聚合物的老化反应等所造成的品质降低等。
[0102] 另外,缩合反应时间通常为5分钟~10小时,优选为15分钟~5小时左右。通过将缩合反应时间设定在上述范围内,可顺利地完成缩合反应。
[0103] 另外,缩合反应时的反应体系的压力通常为0.01~20MPa,优选为0.05~10MPa。
[0104] 对缩合反应在水溶液中进行时的形式没有特别限制,可以使用间歇式反应器,也可以使用多段连续式反应器等装置以连续方式进行。另外,该缩合反应与脱溶剂可以同时进行。
[0105] 本发明的改性共轭二烯系聚合物的改性剂来源的伯氨基通过如上所述进行水解处理来生成。即,将可通过水解生成伯氨基的前体水解,从而将伯氨基上的保护基转化为游离的伯氨基。除了上述汽提等使用水蒸汽的脱溶剂处理以外,在从包含前述缩合处理的阶段直到脱溶剂而获得干燥聚合物的任一阶段中,根据需要,可以进行源于改性剂的可通过水解生成伯氨基的前 体的水解处理(即,受保护的伯氨基的脱保护处理)。但是,根据上述理由,也可以不对改性共轭二烯系聚合物的可生成伯氨基的前体进行水解处理。
[0106] 不进行上述缩合反应的烷氧基硅烷改性丁二烯系聚合物会产生较大量的VOC。与此相对,本申请发明的通过缩合反应而获得的烷氧基硅烷改性丁二烯系聚合物可以减少挥发性有机化合物(VOC)的产生,因此在挤出工序中不容易产生孔隙等,工序加工性是良好的,同时对环境的负荷小。
[0107] 另外,一般的防老剂(N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对亚苯基二胺等苯酚系防老剂等)也可以在改性后的任何阶段中投入。
[0108] 如上所述获得的改性共轭二烯系聚合物的尼粘度(ML1+4,100℃)优选为10~150,更优选为15~100。门尼粘度为10以上时,可充分获得以耐破坏特性为首的橡胶物性,为150以下时,加工性变得更好,更容易与配合剂一起混炼。
[0109] 另外,配混了上述改性共轭二烯系聚合物的本发明的未硫化橡胶组合物的门尼粘度(ML1+4,130℃)优选为10~150、更优选为15~100。
[0110] 可用于本发明的橡胶组合物的改性共轭二烯系聚合物的通过凝胶渗透色谱法测定的改性前的聚苯乙烯换算重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)优选为1.02~2.0、更优选为1.02~1.5。
[0111] 通过将改性共轭二烯系聚合物的改性前的分子量分布(Mw/Mn)设定在上述范围内,即使将该改性聚丁二烯橡胶配混到橡胶组合物中,也不会降低橡胶组合物的加工性,可以容易地混炼、可以充分提高橡胶组合物的物性。在这里,改性前是指未改性共轭二烯系聚合物的活性末端与聚合终止剂或改性剂反应之前根据常法分离的情况。另外,所谓常法,例如可以 从聚合反应液中抽取测定所需量的未改性共轭二烯系聚合物即可。
[0112] 另外,用于本发明的橡胶组合物的改性共轭二烯系聚合物的改性前的数均分子量(Mn)优选为100,000~500,000、进一步优选为120,000~300,000。通过将改性共轭二烯系聚合物的改性前的数均分子量设定在上述范围内,可以抑制硫化物的弹性模量降低、滞后损耗的上升,获得优异的耐破坏特性,并可以获得含有该改性共轭二烯系聚合物的橡胶组合物的优异混炼加工性。
[0113] 本发明的橡胶组合物中所使用的改性共轭二烯系聚合物可以使用一种,也可以将两种以上组合使用。另外,作为与该改性共轭二烯系聚合物组合使用的橡胶成分,可列举出天然橡胶和其他的二烯系合成橡胶,作为其他的二烯系合成橡胶,例如可列举出苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)、聚丁二烯(BR)、聚异戊二烯(IR)、苯乙烯-异戊二烯共聚物(SIR)、丁基橡胶(IIR)、卤化丁基橡胶、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)以及它们的混合物。
[0114] 在本发明的橡胶组合物中,作为补强用填料,可以使用氮吸附比表面积(N2SA)为2
20~90m/g的炭黑。作为该炭黑,例如可列举出GPF、FEF、SRF、HAF等。炭黑的氮吸附比
2 2
表面积优选为25~90m/g、特别优选为35~90m/g。这些炭黑的配混量相对于100质量份橡胶成分为10~100质量份,优选为30~90质量份。通过使用这种炭黑量,各种物性的改良效果会增加,特别优选耐破坏特性和低生热性(低燃料消耗性)优异的HAF和FEF。
[0115] 通常,随着炭黑的氮吸附比表面积的减小,该组合物会变成低生热性(低燃料消耗性),但通过与本发明的在活性末端引 入伯氨基、进而在改性反应的途中和/或改性反应结束之后在改性反应体系中添加缩合促进剂而形成的改性共轭二烯系聚合物组合使用,与使用未改性的共轭二烯系聚合物的情况相比,即使减去上述炭黑的效果,随着氮吸附比表面积减小,本发明的橡胶组合物也会具有低生热性(低燃料消耗性)和耐破坏特性优异的特征。
[0116] 本发明的橡胶组合物具有硫交联性,可使用硫作为硫化剂。作为其用量,相对于100质量份橡胶成分,优选配混1~10质量份硫。这是因为,低于1质量份时,交联数不足,有时耐破坏特性会恶化,超过10质量份时,有时耐热性变差。从该观点考虑,特别优选配混
2~8质量份硫。
[0117] 在不损害本发明的目的的范围内,根据需要,可以使本发明的橡胶组合物中含有通常在橡胶业界中使用的各种化学试剂,例如除硫以外的硫化剂、硫化促进剂、操作油、防老剂、防焦剂、氧化锌、硬脂酸、热固化性树脂、热塑性树脂等。
[0118] 对可在本发明中使用的硫化促进剂没有特别限制,例如可列举出M(2-巯基苯并噻唑)、DM(二硫化二苯并噻唑)、CZ(N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺)等噻唑系或者DPG(二苯胍)等胍系硫化促进剂等,其用量相对于100质量份橡胶成分优选为0.1~6.0质量份,进一步优选为0.2~4.0质量份。
[0119] 另外,作为可在本发明的橡胶组合物中使用的用作软化剂的操作油,例如可列举出链烷烃系、环烷烃系、芳烃系等。在重视拉伸强度、耐摩耗性的用途中,使用芳烃系操作油;在重视滞后损耗、低温特性的用途中,使用环烷烃系或链烷烃系操作油。其用量相对于100质量份橡胶成分优选为0~50质量份,为50质量份以下时,能够抑制硫化橡胶的拉伸强度、低生热性(低燃料消耗性)的恶化。
[0120] 此外,作为可在本发明的橡胶组合物中使用的防老剂,例如可列举出3C(N-异丙基-N’-苯基-对亚苯基二胺、6C[N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对亚苯基二胺]、AW(6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉)、二苯基胺与丙酮的高温缩合物等。其用量相对于100质量份橡胶成分优选为0.1~5.0质量份、进一步优选为0.3~4.0质量份。
[0121] [紊流发生用突部的结构]
[0122] 接着,使用上述的图来说明紊流发生用突部的结构。
[0123] 如图3~图6所示,各紊流发生用突起10在沿延伸方向的正交方向A截取的截面形状为左右对称形状。紊流发生用突起10在沿径向截面观看时具有棱边部10E。另外,紊流发生用突起10在沿圆周方向截面观看时具有棱边部10F。关于紊流发生用突起10,重要的是,将供空气流碰撞的前壁面10a相对于轮胎表面即外侧面3a的前壁角度θ1设定为70°~110°的范围。另外,在附图中表示了截面形状为四边形且前壁角度为90度的情况。
[0124] 关于紊流发生用突起10,由于沿延伸方向的正交方向A截取的截面形状呈左右对称,因此,优选的是将后壁面10b相对于外侧面3a的后壁角度θ2设定为与前壁角度θ1相同的角度。
[0125] 优选的是,将紊流发生用突起10的延伸方向的正交方向A上的底边宽度w设定为0.5mm~5mm的范围。
[0126] 另外,关于紊流发生用突起10,若设其高度为h、间距为p、底边宽度为w,则优选的是,作为包括故障地点和经由紊流发生用突起的部位设定为满足1.0≤p/h≤50.0且1.0≤(p-w)/w≤100.0的关系的尺寸。p/h值的范围优选为2.0≤p/h≤24.0的范围,更优选为10.0≤p/h≤20.0的范围。(p-w)/w值的范围更优选为4.0≤(p-w)/w≤39.0的范围。另外,突部高度优选为0.5mm≤h≤7mm的范围,底边宽度优选为0.3mm≤w≤4mm的范围。
[0127] 通过将这些参数的范围设定为上述范围,传热效率改进效率得到提高。
[0128] 如上所述,通过规定p/h的范围,而大体上可以用p/h整理空气流的上下紊流状态,因此,若过细地刻划间距p,则不会以下降流的形式碰撞紊流发生用突起之间的轮胎表面。另外,若过度拓宽间距p,则与无紊流发生用突起的情况同等。
[0129] 另外,(p-w)/w表示紊流发生用突起的宽度w相对于间距p的比例,其过小的情况与紊流发生用突起的表面积相对于想要提高散热的表面面积的比例相等时的情况同样。由于紊流发生用突起由橡胶形成,且不能期待表面积增加所带来的散热改进效果,因此,(p-w)/w的最小值规定为1.0。
[0130] 此外,优 选的 是,紊流 发生用 突起 相对于 轮胎 径向的 倾斜角 θ为-70°≤θ≤70°的范围(参照图3)。通过如上所述地规定θ的范围,使由旋转的轮胎相对产生的空气流可靠地冲击紊流发生用突起的圆周方向的表面,因此,能够期待由上述紊流带来的散热效果。更优选的是,倾斜角θ的范围为-30°≤θ≤30°的范围。
[0131] [紊流发生用突起的作用]
[0132] 在上述结构中,若缺气保用轮胎1旋转,则如图4和图5所示,在轮胎胎侧部3的外侧面3a上,相对地产生了大体上沿着轮胎圆周方向流动的空气流a,该空气流a在紊流发生用突起10的作用下成为紊流而在外侧面3a上流动,在其与外侧面3a之间积极地进行热交换。
[0133] 若详细说明在外周面3a所流动的紊流的流动,则空气流a成为在紊流发生用突起10的位置上升、在不存在紊流发生用突起10的位置下降的上下紊流a1。在此处,如图6所示,若紊流发生用突起10的前壁角度θ1小于70°,则上下紊流a1停留在凹部, 跃至上方的流动少,且与紊流发生用突起10之间的剥离角度β减小,在紊流发生用突起10的下游侧仅仅发生缓慢的下降流。另外,若紊流发生用突起10的前壁角度θ1超过110°,则上下紊流a1与紊流发生用突起10之间的剥离角度β和流速变小,跃至上方的流速变慢,不能促进上下的热交换,因而,不能促进上下紊流a1与外侧面3a之间的有效的热交换。
[0134] 与此相反,若紊流发生用突起10的前壁角度θ1处于70°~110°的范围内,则上下紊流a1与紊流发生用突起10之间的剥离角度β以一定程度增大,在紊流发生用突起10的下游侧变成急剧的下降流并返回,与外侧面3a碰撞,因此,在上下紊流a1与外侧面3a之间进行积极的热交换。根据以上所述,利用设置于外侧面3a的紊流发生用突起10,能可靠地实现轮胎温度的降低,从而能够提高耐久性。
[0135] 在该实施方式中,紊流发生用突起10在延伸方向的正交方向A上的底边宽度w设定为0.5mm~5mm的范围。若紊流发生用突起10的底边宽度w小于0.5mm,则紊流发生用突起10会因空气流发生振动,强度也较弱,另外,若紊流发生用突起10的底边宽度w超过5mm,则紊流发生用突起10内的蓄热量变得过多。因此,通过将紊流发生用突起10的底边宽度w设定为0.5mm~5mm的范围,可以极力防止由于在胎侧部3上设置紊流发生用突起
10而带来的缺点,并且可以实现散热特性的提高。
[0136] 在该实施方式中,由于能够根据轮胎尺寸改变紊流发生用突起10的高度h,即使在任何轮胎尺寸的缺气保用轮胎1中也能使紊流发生用突起10发挥规定的散热特性。
[0137] 为了充分发挥紊流发生用突起10带来的散热效果,重要的是具有与设置紊流发生用突起10的场所的速度界面层(壁面上的速度缓慢层)厚度同等程度的突起高度,由此发挥充分的流 体混合作用。若假定某个速度,则由于速度界面层厚度被轮胎直径的平方根所规定,因此其与突起高度之比可构成散热效果的指标。
[0138] 图11示出了设p/h=12时相对于h/R1/2的传热系数提升指数。
[0139] 在该实施方式中,紊流发生用突起10在沿延伸方向的正交方向A截取的截面形状为左右对称形状。因而,紊流发生用突起10的沿延伸方向的正交方向A截取的截面形状从中心位置到紊流发生用突起10的表面的距离变成左右均等,因此,可以极力减小紊流发生用突起10内的蓄热。
[0140] 在该实施方式中,设定成当设紊流发生用突起10的高度为h、间距为p、底边宽度为w时,满足1.0≤p/h≤50.0且1.0≤(p-w)/w≤100.0的关系。如上所述,通过规定p/h的范围,能够大致用p/h来整理空气流的紊流状态,因此若过细地刻划间距p,则不会以下降流的形式碰撞紊流发生用突起10的外侧面3a。另外,若过于拓宽间距p,则与没有紊流发生用突起10的情况同等。
[0141] 另外,(p-w)/w表示紊流发生用突起10的底边宽度w相对于间距p的比例,其过小的情况与紊流发生用突起10的表面积相对于想要提高散热的表面面积的比例相等的情况相同。紊流发生用突起10由橡胶形成,由于不能期待表面积增加带来的散热提升效果,因此,(p-w)/w的最小值规定为1.0。
[0142] 在该实施方式中,相对于紊流发生用突起10的轮胎径向r的倾斜角θ为-70°≤θ≤70°的范围。如上所述,通过规定θ的范围,使由旋转的轮胎相对产生的空气流a可靠地冲击紊流发生用突起10的轮胎圆周方向的表面,因此,能够期待由上述紊流带来的散热效果。
[0143] 该实施方式适用于在胎侧部3上具有胎侧加强层8和紊流发生用突起的缺气保用轮胎1,该胎侧补强层8使用含有上述改性 共轭二烯系聚合物的橡胶组合物。该胎侧补强层8可以进行缺气保用行驶,应用二者的缺气保用轮胎可以极力降低此时故障核的温度上升。
[0144] 尤其,在该实施方式中,由于沿紊流发生用突起10的径向截面观看时具有棱边部10E,因此,随着缺气保用轮胎1的旋转,具有剥离在离心力的作用下从内径侧流动到外径侧的空气流的作用,该被剥离的空气流形成下降流,与胎侧部3碰撞而促进热交换。另外,由于紊流发生用突起10在沿圆周方向截面上观看时具有棱边部10F,因此,随着缺气保用轮胎1的旋转,空气流越过紊流发生用突起10时,容易自胎侧部3剥离。因此,暂时自胎侧部3剥离的空气流由于在紊流发生用突起10的轮胎旋转方向后侧(下游侧)产生的负压而急剧向胎侧部3下降,形成冲撞的紊流,具有与促进胎侧部3之间的热交换的作用。
[0145] [紊流发生用突起的变型例]
[0146] 接着,根据图7~图10来说明紊流发生用突起的各种变型例。图7表示第1变型例的紊流发生用突起10A。该紊流发生用突起10A沿延伸方向的正交方向A截取的截面形状为倒梯形形状,前壁角度θ1与后壁角度θ2均为小于90度的角度。
[0147] 与此相对,通过将前壁角度θ1与后壁角度θ2设定为均超过90度的角度,将紊流发生用突起10A形成为梯形形状,可以极力防止因紊流发生用突起10A的角部的劣化导致的裂纹发生。
[0148] 图8表示第2变型例的紊流发生用突起10B。该紊流发生用突起10B沿延伸方向的正交方向A截取的截面形状为三角形。通过将紊流发生用突起10B设定为三角形状,与设定为四边形的情况相比,能够确保底边宽度w的尺寸而维持紊流发生用突起10B的刚性,并且能够削减橡胶使用量。
[0149] 图9示出了第3变型例的紊流发生用突起10C。该紊流发生 用突起10C沿延伸方向的正交方向A截取的截面形状为阶梯形状。通过将紊流发生用突起10C设为阶梯形状,与形成四边形的情况相比,能够确保底边宽度w的尺寸而维持紊流发生用突起10C的刚性,并且能够削减橡胶使用量。
[0150] 图10示出了第4变型例的紊流发生用突起10D。该紊流发生用突起10D沿延伸方向的正交方向A截取的截面形状为方形,且在延伸方向的正交方向A上具有贯通孔20。通过在紊流发生用突起10D上设置贯穿孔20,能够使空气流流入贯穿孔20,从而对紊流发生用突起10D的内部进行散热。因而,能够极力减少紊流发生用突起10D内的蓄热。
[0151] [其他实施方式]
[0152] 在上述实施方式中,在胎侧部3的整个周围设置有紊流发生用突起10,但也可以仅在胎侧部3的一部分区域中设置紊流发生用突起10。
[0153] 在上述实施方式中,在胎侧部3的轮胎圆周方向上以等间隔设置有紊流发生用突起10,但也可以在轮胎圆周方向上以不均匀的间隔设置紊流发生用突起10。
[0154] 另外,紊流发生用突起10的方向相对于径向所呈的角度可以是恒定的,在旋转的充气轮胎中,由于空气流动的流速根据径向位置而不同,因此,以改进散热为目的,紊流发生用突起10的方向相对于径向所呈的角度也可以是变化的。
[0155] 而且,紊流发生用突起10的延伸方向不限于相对于径向为连续的,也可以是不连续的。通过设定为不连续,可以削减胎侧部的散热恶化的部分,从而能够提高平均传热系数。
[0156] 另外,优选的是,紊流发生用突起10至少在径向内侧具有顶部。这是因为,所形成的顶部一边使空气的流动剥离从而回旋一边接受向轮胎径向外侧的离心力的作用而产生流走的紊 流,因此具有进一步提高胎侧部的散热的效果。
[0157] 在上述实施方式中,在胎侧部3的外侧面3a上设置有紊流发生用突起10,但也可以设置于胎侧部3的表面即内侧面。
[0158] 在上述实施方式中示出了将本发明应用于缺气保用轮胎1的例子,但是当然可以适用于除了缺气保用轮胎1以外的充气轮胎,具体而言,可以适用于越野子午线(ORR)轮胎、卡车和公共汽车子午线(TBR)轮胎等。只要适用于重载用轮胎,就可以实现故障核即Ply端等的温度降低,从而能够实现重载轮胎的耐久性的提高。
[0159] [缺气保用轮胎]
[0160] 本发明的橡胶组合物按照上述配合处方使用班伯里密炼机、辊、密炼机等混炼机混炼而获得,在成型加工之后进行硫化,作为图1中的轮胎的胎侧加强层8使用。
[0161] 本发明的轮胎具有紊流发生用突起,在胎侧加强层8中使用本发明的橡胶组合物而按照常规的缺气保用轮胎的制造方法来制造。即,如上所述,含有各种化学试剂的本发明的橡胶组合物在未硫化的阶段中加工成各构件,在轮胎成型机上按照常规的方法贴附成型,成型为胎胚。在硫化机中对该胎胚加热加压,从而获得轮胎。
[0162] 这样获得的本发明的轮胎的缺气保用行驶时的耐久性与常规行驶时的滚动阻力性能二者均优异。
[0163] 接着,通过实施例来更详细说明本发明,但本发明不受这些例子的任何限制。
[0164] 另外,未改性或改性共轭二烯系聚合物、炭黑和未硫化橡胶组合物的物性以及轮胎的缺气保用耐久性和滚动阻力按照下 述的方法来测定。
[0165] 《未改性或改性共轭二烯系聚合物的物性》
[0166] <数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和分子量分布(Mw/Mn)的测定>[0167] 通过GPC[Tosoh Corporation制造,HLC-8220],使用折射仪作为检测器来进行测定,用以单分散聚苯乙烯为标准的聚苯乙烯换算来表示。另外,柱子为GMHXL[Tosoh Corporation制造],洗脱剂为四氢呋喃。
[0168] <挥发性有机化合物(VOC)的挥发量>
[0169] 用包含15质量%正丁醇和85质量%甲苯的溶剂中的0.2N甲苯磺酸/0.24N水形成的硅氧烷水解试剂处理试料,通过顶空/气相色谱法测定来源于供试改性共轭二烯系聚合物(共聚物)中残留的[EtOSi]的乙醇的化学计算量。
[0170] <伯氨基含量(mmol/kg)的测定>
[0171] 首先,将聚合物溶于甲苯中,然后通过在大量甲醇中沉淀,从橡胶中分离出没有键合于聚合物的含氨基的化合物,然后干燥。以进行过本处理的聚合物作为试料,根据JIS K7237中所述的“总胺值试验方法”,对总氨基含量进行定量。接着,以实施过上述处理的聚合物作为试料,根据“乙酰丙酮封闭(blocked)法”定量仲氨基和叔氨基的含量。溶解试料的溶剂使用邻硝基甲苯,添加乙酰丙酮,在高氯酸醋酸溶液中进行电位差滴定。从总氨基含量减去仲氨基和叔氨基的含量来求出伯氨基含量(mmol),再除以用于分析的聚合物的质量,由此求出键合于聚合物的伯氨基含量(mmol/kg)。
[0172] 《炭黑的物性》
[0173] <氮吸附比表面积>
[0174] 氮吸附比表面积根据JIS K6217-2:2001测定。
[0175] 《未硫化橡胶组合物的物性》
[0176] <门尼粘度>
[0177] 门尼粘度根据JIS K6300-1:2001,在ML1+4的条件下在130℃下测定。
[0178] 《轮胎的评价》
[0179] <缺气保用耐久性>
[0180] ·供试轮胎:轮胎尺寸285/50R20
[0181] ·使用轮圈:6JJ×20
[0182] ·内部压力:0kPa
[0183] ·载荷:9.8kN
[0184] ·速度:90km/h
[0185] 将直到耐久转鼓试验中发生故障为止的耐久距离指数化,指数越大,缺气保用耐久性越好。
[0186] 缺气保用耐久性(指数)=(供试轮胎的行驶距离/比较例1的轮胎的行驶距离)×100
[0187] <滚动阻力>
[0188] 根据SAE J2452,测定充气子午线轮胎的滚动阻力,以比较例1或7的轮胎的滚动阻力为100,根据下式,用指数表示。指数值越小表示滚动阻力越小,结果也越好。
[0189] 滚动阻力(指数)=(供试论坛的滚动阻力/比较例1的轮胎的滚动阻力)×100[0190] 制造例1:聚合物A的制造
[0191] 在经氮气置换的5L高压釜内,在氮气下,作为环己烷溶液注入1.4kg环己烷、250g1,3-丁二烯、2,2-二(四氢呋喃基)丙烷(0.0285mmol),向其中添加2.85mmol正丁基锂(BuLi),然后,在设有搅拌装置的50℃温水浴中进行4.5小时聚合。1,3-丁二烯的反应转化率基本为100%。在该聚合物溶液中添加含有 1.3g2,6-二叔丁基-对甲酚的甲醇溶液使聚合停止,然后通过汽提来脱溶剂,用110℃的辊干燥,获得聚合物A(共轭二烯系聚合物)。
测定所得聚合物A的在聚合停止之前取出的聚合物的分子量(Mw)和分子量分布(Mw/Mn)。
其结果在表1和表2中示出。
[0192] 制造例2:改性聚合物B的制造
[0193] 改性前的聚合物的制造用与上述聚合物A相同的方法进行。接着,不使聚合催化剂钝化,使聚合溶液保持在温度50℃,添加1129mg具有可通过水解生成伯氨基的前体的N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二乙氧基硅烷,进行15分钟改性反应。不添加缩合促进剂。最后,在反应后的聚合物溶液中添加2,6-二叔丁基-对甲酚。接着,通过汽提脱溶剂以及进行上述可生成伯氨基的前体的水解,通过调温至110℃的热辊干燥橡胶,获得聚合物B。测定所得改性聚合物B的改性前的分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)以及改性聚合物B的伯氨基含量。其结果在表1和2中示出。
[0194] 制造例3:改性聚合物C的制造
[0195] 改性前的聚合物的制造用与上述聚合物A相同的方法进行。接着,不使聚合催化剂钝化,将聚合溶液保持在温度50℃,添加1129mg具有可通过水解生成伯氨基的前体的N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二乙氧基硅烷,进行15分钟改性反应。然后,添加作为缩合促进剂的8.11g四(2-乙基-1,3-己二醇)合钛,进一步搅拌15分钟。最后,在反应后的聚合物溶液中添加2,6-二叔丁基-对甲酚。接着,通过汽提脱溶剂以及进行上述可生成伯氨基的前体的水解,通过调温至110℃的热辊干燥橡胶,获得聚合物C(共轭二烯系聚合物)。测定所得改性聚合物C的改性前的分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)以及改性聚合 物C的伯氨基含量。其结果在表1和2中示出。
[0196] 制造例4:改性聚合物D的制造
[0197] 在干燥、经氮气置换的、带有温度调节夹套的8升耐压反应装置内,注入3kg环己烷、500g丁二烯单体、0.2mmol二(四氢呋喃基)丙烷(DTHFP),添加4mmol正丁基锂(BuLi),然后,在40℃的引发温度下进行1小时聚合。聚合在升温条件下进行,调节夹套温度使得最终温度不超过75℃。聚合体系从聚合引发到结束完全没有见到沉淀,是均一而透明的。聚合转化率基本为100%。在该聚合体系中添加0.8毫升作为末端改性剂的四氯化锡(1mol/L环己烷溶液),然后进行30分钟改性反应。然后,在聚合体系中添加0.5毫升2,6-二叔丁基-对甲酚的5质量%异丙醇溶液使反应停止,根据常法将聚合物干燥,获得改性聚合物D。测定所得改性聚合物D的改性之前的分子量(Mw)和分子量分布(Mw/Mn)。其结果在表1和表2中示出。
[0198] 制造例5:改性聚合物E的制造
[0199] 通过将制造例3中获得的改性聚合物C和制造例4中获得的改性聚合物D以(改性聚合物C/改性聚合物D)=7/3的质量比进行溶液混合,从而制造改性聚合物E。测定所得改性聚合物E的伯氨基含量。其结果在表1中示出。
[0200] 制造例6:N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二乙氧基硅烷的合成[0201] 在氮气气氛下,在设有搅拌机的玻璃烧瓶中的400ml二氯甲烷溶剂中添加作为氨基硅烷部位的36g3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(Gelest公司制造),然后,进一步在溶液中添加作为保护部位的48ml氯化三甲基硅烷(Aldrich公司制造)和53ml三乙胺,在室温下搅拌17小时,此后,通过将反应溶液加到蒸发器中,除去溶剂,获得反应混合物,进一步将所得反应混合物在 5mm/Hg条件下减压蒸馏,获得40g的作为130~135℃馏分的N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二乙氧基硅烷。该N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨丙基甲基二乙氧基硅烷在制造例2和3(改性聚合物B和C的制造)中使用。
[0202] 实施例1~2和比较例1~3
[0203] 使用制造例1中获得的未改性聚丁二烯橡胶A和制造例2~5中获得的改性聚丁二烯橡胶B~E,按照表1中所示的配方,制备5种橡胶组合物。测定这5种未硫化橡胶组合物的门尼粘度。结果在表1中示出。
[0204] 接着,将这5种橡胶组合物配设到图1所示的胎侧补强层8中,分别按照常法制造轮胎尺寸285/50R20的缺气保用充气轮胎,对这5种轮胎进行缺气保用耐久性和滚动阻力评价。结果在表1中示出。
[0205] 另外,作为上述参数,使用w为2mm、θ1为90°、(p/h)为12、[(p-w)/w]为5的值的参数。
[0206] [表1]
[0207] 表1
[0208]
[0209] [注]
[0210] *1.聚合物(聚丁二烯):使用制造例1中获得的聚丁二烯橡胶A和制造例2~5中获得的改性聚丁二烯橡胶B~E。
[0211] *2.炭黑:HAF{N2SA(m2/g)=77(m2/g)},ASAHI CARBON CO.,LTD.制造,商标“旭#70”
[0212] *3.软化剂:芳烃油,富士兴产株式会社制造,商标“Aromax#3”
[0213] *4.防老剂6C:N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对亚苯基二 胺,Seiko Chemical Co.,Ltd.制造,商标“OZONONE6C”
[0214] *5.硫化促进剂CZ:N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺,大内新兴化学工业株式会社制造,商标“NOCCELER CZ”
[0215] 实施例3~6和比较例4~14
[0216] 使用制造例1中获得的未改性聚丁二烯橡胶A和制造例2~5中获得的改性聚丁二烯橡胶B~E,按照表2中所示的配方,制备15种橡胶组合物。测定这15种未硫化橡胶组合物的门尼粘度。结果在表2中示出。
[0217] 接着,将这15种橡胶组合物配设到图1所示的胎侧补强层8中,分别按照常法制造轮胎尺寸285/50R20的缺气保用充气轮胎,对这15种轮胎进行缺气保用耐久性和滚动阻力评价。结果在表2中示出。
[0218] 表2
[0219]
[0220] [注]
[0221] *1.聚合物(聚丁二烯):使用制造例1中获得的聚丁二烯橡胶A和制造例2~5中获得的改性聚丁二烯橡胶B~E。
[0222] *2.炭黑:FEF{N2SA(m2/g)=40(m2/g)},ASAHI CARBON CO.,LTD.制造,商标“旭#60”
[0223] *3.炭黑:HAF{N2SA(m2/g)=77(m2/g)},ASAHI CARBON CO.,LTD.制造,商标“旭#70”
[0224] *4.炭黑:ISAF{N2SA(m2/g)=115(m2/g)},ASAHI CARBON CO.,LTD.制造,商标“旭#80”
[0225] *5.软化剂:芳烃油,富士兴产株式会社制造,商标“Aromax#3”
[0226] *6.防老剂6C:N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对亚苯基二胺,Seiko Chemical Co.,Ltd.制造,商标“OZONONE6C”
[0227] *7.硫化促进剂CZ:N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺,大内新兴化学工业株式会社制造,商标“NOCCELER CZ”
[0228] 从表1和2可以看出,本发明的实施例1~6的轮胎通过在所使用的共轭二烯系聚合物的活性末端引入伯氨基,进而在改性反应的途中和/或改性反应结束之后在改性反应体系中添加缩合促进剂,并通过与氮吸附比表面积小的炭黑组合,与比较例1~14的轮胎相比,缺气保用耐久性和滚动阻力得到飞跃性提高。
[0229] 进而可以看出,表1的制造例3中获得的改性聚合物C(参照实施例1)与制造例2中获得的改性聚合物B(参照比较例2)相比VOC挥发量少,因此工序加工性是良好的、且对环境的负荷小。
[0230] 实施例7~9和比较例15~比较例17
[0231] 在实施例和比较例中,在上述的条件下进行耐久转鼓试验。 如表3所示,比较例15是不设置紊流发生用突起的轮胎,比较例16~17和实施例7~9是设置与上述实施方式同样构成的紊流发生用突部,但改变其前壁角度的轮胎。另外,耐久转鼓试验的结果(耐久性评价)在表3中示出了直到发生故障为止的耐久距离的指数化值。
[0232] 另外,作为配设在使用轮胎尺寸285/50R20的缺气保用轮胎的胎侧补强层8中的橡胶,在实施例中,使用实施例1中记载的配方组成的橡胶,其为在共轭二烯系聚合物的活性末端引入伯氨基、进而在改性反应的途中和/或改性反应结束之后在改性反应体系中添加缩合促进剂的低滚动阻力性的橡胶组合物;在比较例中,使用比较例1中记载的配方组成的橡胶。
[0233] [表3]
[0234] 表3
[0235]参数 比较列15 比较例16 比较例17 实施例7 实施例8 实施例9
w(mm) - 2 2 2 2 2
θ1(°) - 60 120 70 90 110
p/h - 12 12 12 12 12
(p-w)/w - 5 5 5 5 5
缺气保用耐久性 100 105 103 138 150 140
[0236] 实施例10~12和比较例15、18~19
[0237] 如表4所示,比较例15是不设置紊流发生用突起的轮胎,比较例19~21和实施例10~12是设置与上述实施方式同样构成的紊流发生用突部、但改变其(p-w)/w的值的轮胎。另外,耐久转鼓试验的结果(耐久性评价)在表4中示出了直到发生故障为止的耐久距离的指数化值。
[0238] 另外,作为配设在使用轮胎尺寸285/50R20的缺气保用轮胎的胎侧补强层8中的橡胶,在实施例中,使用实施例1中记载的配方组成的橡胶,其为在共轭二烯系聚合物的活性末端引入伯氨基、进而在改性反应的途中和/或改性反应结束之后在改性反 应体系中添加缩合促进剂的低滚动阻力性的橡胶组合物;在比较例中,使用比较例1中记载的配方组成的橡胶。
[0239] [表4]
[0240] 表4
[0241]参数 比较列15 比较列18 比较列19 实施例10 实施例11 实施例12
w(mm) - 2 2 2 2 2
θ1(°) - 90 90 90 90 90
p/h - 12 12 12 12 12
(p-w)/w - 1.2 89 3.6 5 71
缺气保用耐久性 100 100 101 125 150 130
[0242] 产业上的可利用性
[0243] 根据本发明,通过在胎侧表面上配设紊流发生用突起,可进行有效率的散热,可靠地实现降低胎侧部内的温度,提高耐久性。此外,通过在胎侧补强橡胶中使用低滚动阻力性的橡胶组合物,抑制胎侧补强橡胶的生热,且通过与上述紊流发生用突起组合,可以大幅降低轮胎温度,可以提供同时提高缺气保用行驶时的耐久性与通常行驶时的低滚动阻力性的轮胎。
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