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輪胎組件的制作方法

文檔序號:11284894閱讀:317來源:國知局
本申請要求2014年12月31日提交的美國臨時申請第62/098928號的權益,并且在此以引用的方式并入本文中。本發明大體涉及輪胎組件,并且更明確地說涉及用以制造所述輪胎組件的彈性體組合物。技術實現要素:本發明的特定實施例包括輪胎組件,包括輪胎面,所述輪胎組件包含熱塑性彈性體,所述熱塑性彈性體是嵌段共聚物。輪胎組件進一步包括補強填充劑和硫化系統。這些輪胎組件相較于常用橡膠組合物(其包括例如苯乙烯-丁二烯橡膠作為彈性組分)展現改良的抗撕裂性。盡管常規輪胎典型地幾乎完全基于二烯彈性體,但輪胎設計者尋找將提供改良性質的用于特定輪胎組件的其它材料。輪胎設計者通常將熱塑性彈性體看作“自加強”,并且因此未發現通過以將補強填充劑添加到二烯橡膠組合物的相同方式將補強填充劑添加到熱塑性彈性體可獲得益處。本文公開的組合物包括具有改良的性質的熱塑性彈性體,其通過添加補強填充劑和固化系統而獲得。如本文所用,“phr”是“以重量計每百份橡膠中的份數”并且是本領域中的常見量度,其中橡膠組合物的組分相對于組合物中橡膠的總重量測量,即,組合物中每100重量份的總橡膠中組分的重量份。如本文所用,橡膠和彈性體是同義術語。如本文所用,“基于”是認識到本發明的實施例是由在其組裝時未固化的經硫化或固化熱塑性彈性體組合物制成的術語。因此固化的熱塑性彈性體組合物是“基于”未固化的熱塑性彈性體組合物。換句話說,交聯熱塑性彈性體組合物是基于或包含可交聯熱塑性彈性體組合物的成分。熱塑性彈性體(簡稱為“tpe”)具有在熱塑性聚合物與彈性體之間的結構中間體。他們是包括經由柔性彈性體嵌段連接的硬性熱塑性嵌段的嵌段共聚物。所述熱塑性彈性體嵌段共聚物在行業中熟知并且具有廣泛范圍的結構和性質。本文公開的熱塑性組合物的具體實施例包括數目平均分子量(表示為mn)在30000與500000g/mol之間、或替代地40000與400000g/mol之間的熱塑性彈性體。已知嵌段共聚物熱塑性彈性體歸因于其彈性體嵌段通過硬性熱塑性嵌段分隔開的構造而呈現兩個玻璃態轉變溫度(tg)。彈性體嵌段呈現極低的玻璃態轉變溫度,而硬性熱塑性嵌段具有遠高于環境的tg。對于本文公開的特定實施例,硬性熱塑性嵌段的tg大于80℃,或替代地在80℃與200℃之間或90℃與175℃之間。同樣對于特定實施例,彈性體嵌段的tg可在-100℃與10℃之間或替代地-95℃與-10℃之間。tg可根據astmd3418通過差示掃描熱量測定法(dsc)來測定。適用的嵌段共聚物包括二嵌段共聚物和三嵌段共聚物。二嵌段共聚物包含硬性熱塑性嵌段和彈性體嵌段,并且三嵌段共聚物包含兩個通過彈性體嵌段連接的硬性熱塑性嵌段。硬性和柔性片段可以線性方式定位,或呈星形或分支配置。典型地,舉例來說,這些片段或嵌段中的每一個通常包含最少大于5個、一般大于10個基礎單元(例如,針對苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物,苯乙烯單元和丁二烯單元)。適用的熱塑性彈性體組合物的彈性體嵌段選自二烯彈性體。二烯彈性體是至少部分(即,均聚物或共聚物)衍生自二烯單體的那些彈性體,所述二烯單體是那些具有兩個(共軛或非共軛)碳-碳雙鍵的單體。二烯彈性體可分類為“基本上不飽和”和“基本上飽和”。一般來說,表述“基本上不飽和二烯彈性體”在本文中理解為意指至少部分由共軛二烯單體獲得,具有多個二烯單元或二烯來源(共軛二烯)的單元(即大于15摩爾%)的二烯彈性體。因此,舉例來說,如丁基橡膠或epdm類型的二烯/α-烯烴共聚物的二烯彈性體不落入上文定義內,并且可稱為基本上飽和二烯彈性體。在基本上不飽和二烯彈性體類別內包括“高度不飽和二烯彈性體”,其為那些具有多個二烯來源(共軛二烯)的單元(即大于50摩爾%)的彈性體。對于本文公開的組合物的特定實施例,彈性體嵌段選自高度不飽和二烯彈性體,其實例為由異戊二烯、丁二烯或其組合產生的那些二烯彈性體。硬性熱塑性嵌段可由各種單體聚合。在本文公開的組合物的特定實施例中,硬性熱塑性嵌段可例如由以下物質和其混合物形成:聚烯烴、聚氨基甲酸酯、聚酰胺以及聚苯乙烯。具體地說,聚苯乙烯獲自苯乙烯單體。術語“苯乙烯單體”在本文中理解為意指任何基于苯乙烯(未經取代和經取代)的單體,包括例如甲基苯乙烯的經取代苯乙烯(例如,鄰甲基苯乙烯、間甲基苯乙烯或對甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α,2-二甲基苯乙烯、α,4-二甲基苯乙烯或二苯基-乙烯)、對-(叔丁基)苯乙烯、氯-苯乙烯(例如,鄰氯苯乙烯、間氯苯乙烯、對氯苯乙烯、2,4-二氯苯乙烯、2,6-二氯苯乙烯或2,4,6-三氯苯乙烯)、溴苯乙烯(例如,鄰溴苯乙烯、間溴苯乙烯、對溴苯乙烯、2,4-二溴苯乙烯、2,6-二溴苯乙烯或2,4,6-三溴苯乙烯)、氟苯乙烯(例如,鄰氟苯乙烯、間氟苯乙烯、對氟苯乙烯、2,4-二氟苯乙烯、2,6-二氟苯乙烯或2,4,6-三氟苯乙烯)或此外對-羥基苯乙烯。對于所公開的組合物的特定實施例,硬性熱塑性嵌段是聚苯乙烯,并且熱塑性彈性體中苯乙烯以重量計的含量在5wt%與50wt%之間。低于苯乙烯嵌段的最低含量,彈性體的熱塑性質大體上降低,而在較高含量下,彈性體和輪胎組件的所期望物理性質受到影響。替代地苯乙烯含量在10wt%與40wt%之間。適合的熱塑性彈性體的實例包括其中彈性體部分為不飽和的那些熱塑性彈性體,包含苯乙烯嵌段的嵌段作為硬性熱塑性嵌段,并且二烯嵌段作為彈性體嵌段,這些二烯嵌段尤其是異戊二烯或丁二烯嵌段。此類熱塑性彈性體可選自直鏈或星形分支鏈的二嵌段或三嵌段共聚物:直鏈或星形分支鏈苯乙烯/丁二烯(sb)、直鏈或星形分支鏈苯乙烯/異戊二烯(si)、直鏈或星形分支鏈苯乙烯/丁二烯/異戊二烯(sbi)、苯乙烯/丁二烯/苯乙烯(sbs)、苯乙烯/異戊二烯/苯乙烯(sis)、苯乙烯/丁二烯/異戊二烯/苯乙烯(sbis)以及這些共聚物的混合物。適合的熱塑性彈性體可容易地獲得,其實例為由kratonperformancepolymers,inc.位于德克薩斯州休斯頓的辦事處供應的那些熱塑性彈性體。實例包括kratond-1192sbs嵌段共聚物,具有30wt%的苯乙烯含量,以及d-1165sis嵌段共聚物,具有30wt%的苯乙烯含量。除上文公開的熱塑性彈性體以外,適用的熱塑性彈性體組合物進一步包括補強填充劑。盡管特定實施例可包括一般用于輪胎中的任何類型的填充劑(包括碳黑和加強無機填充劑,如二氧化硅),但其它實施例僅限于碳黑作為補強填充劑。典型地用于輪胎中的所有碳黑(輪胎級黑)適用作所公開的組合物的特定實施例的補強填充劑。實例包括100、200或300系列(astm級)的加強黑,如n115、n134、n234、n326、n330、n339、n347或n375黑。同樣適合的,取決于具體應用,可使用較高系列黑,如n660、n683、n772或n990。術語“加強無機填充劑”定義為能夠僅通過自身,而沒有除中間體偶合劑以外的方式來強化意圖用于制造輪胎的橡膠或彈性體組合物的任何無機或礦物填充劑,不論其顏色和其來源(天然或合成)。此類也可稱為“白色填充劑”、“透明填充劑”或相比于碳黑實際上甚至“非黑色填充劑”。此類填充劑一般特征在于在其表面具有羥基(--oh)。此類無機填充劑可呈任何形式使用,不論其呈粉末、微珠粒、顆粒、珠粒之形式或任何其它適當形式。當然術語“加強無機填充劑”也理解為意指不同加強無機填充劑的混合物,尤其如下文所述的高度可分散性硅質和/或鋁質填充劑的混合物。硅質類型的礦物填充劑、尤其二氧化硅(sio2),或鋁質類型的礦物填充劑、尤其氧化鋁(al2o3),尤其適合作為加強無機填充劑。所用的二氧化硅可為本領域中熟習此項技術者已知的任何加強二氧化硅,尤其呈現bet比表面積和ctab比表面積均小于450m2/g或替代地在30m2/g與400m2/g之間的任何沉淀或煙霧狀二氧化硅。作為高度可分散性沉淀二氧化硅(hds),實例包括來自degussa的ultrasil7000和ultrasil7005二氧化硅,來自rhodia的zeosil1165mp、1135mp和1115mp二氧化硅,來自ppg的hi-silez150g二氧化硅,來自huber的zeopol8715、8745和8755二氧化硅。當使用加強無機填充劑時,典型地提供偶合劑以將無機填充劑偶合至彈性體。已知的偶合劑包括意圖在無機填充劑(其粒子表面)與彈性體之間提供令人滿意的化學和/或物理性質的連接的至少雙官能偶合劑(或結合劑),尤其雙官能有機硅烷或聚有機硅氧烷。適用于本發明的特定實施例中的補強填充劑的量在5phr與40phr之間,或替代地10phr與30phr之間。如所提及,補強填充劑可為碳黑、無機填充劑或其組合。在特定實施例中,填充劑限于碳黑。比指定的最小值更小的量或比指定的最大值更大的量不提供在指定范圍內獲得的物理性質的改進程度。除熱塑性彈性體和補強填充劑以外,特定實施例還可任選地包括塑化劑。塑化劑為本領域中熟習此項技術者所熟知,并且包括塑化樹脂、塑化油和其組合。塑化劑促進處理熱塑性彈性體組合物,但也可向固化產物提供改良的物理性質。適合的塑化液體可包括已知其與二烯彈性體的塑化特性的任何液體。在室溫(23℃)下,具有不同粘度的這些液體塑化劑或這些油是液體,與呈固體的樹脂相反。實例包括來源于石油原料的那些液體、具有植物堿的那些液體和其組合。基于石油的油的實例包括如工業中已知的芳香族油、鏈烷烴油、環烷烴油、mes油、tdae油等。同樣已知的為液體二烯聚合物、聚烯烴油、醚塑化劑、酯塑化劑、磷酸酯塑化劑、磺酸酯塑化劑和液體塑化劑的組合。適合的植物油的實例包括葵花油、大豆油、紅花油、玉米油、亞麻籽油以及棉籽油。這些油和其它所述植物油可單獨使用或組合使用。在一些實施例中,具有高油酸含量(至少70重量百分比或替代地,至少80重量百分比)的葵花油是適用的,其實例是agri-pure80,可購自嘉吉公司(cargill)位于明尼蘇達州明尼阿波利斯的辦事處。在本發明的特定實施例中,適合的塑化液體的選擇局限于具有高油酸含量的植物油。塑化烴樹脂是在環境溫度(例如,23℃)下呈固體的烴類化合物,與液體塑化化合物(如塑化油)相反,并且以使得樹脂充當真實塑化劑的量添加,例如,濃度是典型地至少5phr(以重量計每百份橡膠中的份數)。塑化烴樹脂是可為脂肪族、芳香族或這些類型的組合的聚合物,意指樹脂的聚合物基質可由脂肪族和/或芳香族單體形成。這些樹脂可為天然或合成材料并且可基于石油,在此情形下樹脂可稱為石油塑化樹脂,或基于植物材料。所述樹脂是熟知的并且包括,例如萜類樹脂、c5-c9樹脂、環戊二烯或二環戊二烯的均聚物或共聚物。在特定實施例中,所述樹脂局限于tg為至少25℃(根據astmd3418)或替代地25℃與95℃之間、40℃與85℃之間或60℃與80℃之間的那些樹脂。任何特定實施例中欲包括的塑化樹脂和/或油的量基于例如處理熱塑性彈性體組合物的簡易性和固化組合物的所期望物理特性(如模數)而取決于具體情形和所期望結果,并且充分地在所屬領域的技術人員的知識內。典型地所述塑化劑可以0phr與80phr之間或替代地0phr與50phr之間或5phr與50phr之間的量添加。除上文所述的熱塑性彈性體、補強填充劑和塑化劑以外,本發明的特定實施例進一步包括任何適合的固化系統,包括過氧化物固化系統或硫固化系統。特定實施例用硫固化系統固化,所述硫固化系統包括游離硫,并且可進一步包括例如促進劑、硬脂酸和氧化鋅中的一種或多種。適合的游離硫包括例如經粉碎的硫、橡膠制造商的硫、市售硫以及不溶性硫。tpe組合物中所包括的游離硫的量不受限制,并且范圍可在例如0.5phr與10phr之間,或替代地在0.5phr與5phr之間或在0.5phr與3phr之間。特定實施例可不包括在固化系統中添加的游離硫,而是包括硫供體。促進劑用于控制硫化所需的時間和/或溫度,并且改良固化tpe組合物的性質。本發明的特定實施例包括一種或多種促進劑。適用于本發明的適合的第一促進劑的一個實例是亞磺酰胺。適合的亞磺酰胺促進劑的實例包括正環己基-2-苯并噻唑亞磺酰胺(cbs)、n-叔丁基-2-苯并噻唑亞磺酰胺(tbbs)、n-氧基二乙基-2-苯并噻唑亞磺酰胺(mbs)以及n'-二環己基-2-苯并噻唑亞磺酰胺(dcbs)。促進劑的組合通常適用于改良固化tpe組合物的性質,并且特定實施例包括添加第二促進劑。特定實施例可包括使用中度快速促進劑作為第二促進劑,如例如,二苯基胍(dpg)、三苯基胍(tpg)、二鄰甲苯基胍(dotg)、鄰甲苯基雙胍(otbg)或六亞甲基四胺(hmta)。所述促進劑可以至多4phr、0.5與3phr之間、0.5與2.5phr之間或1與2phr之間的量添加。特定實施例可不包括使用快速促進劑和/或超快速促進劑,如例如,快速促進劑:二硫化物和苯并噻唑;以及超促進劑:秋蘭姆(thiuram)、黃原酸酯、二硫代氨基甲酸酯和二硫代磷酸酯。如所屬領域中已知,其它添加劑可添加到本文中所公開的tpe組合物中。所述添加劑可包括例如以下添加劑中的一些或全部:抗降解劑、抗氧化劑、脂肪酸、蠟、硬脂酸以及氧化鋅。抗降解劑和抗氧化劑的實例包括6ppd、77pd、ippd和tmq,并且可以例如0.5phr到5phr的量添加到tpe組合物中。氧化鋅可以例如1phr與6phr之間、或替代地1.5phr與4phr之間的量添加。蠟可以例如1phr與5phr之間的量添加。作為本發明實施例的tpe組合物可在適合的混合器中以本領域普通技術人員已知的方式典型地使用兩個連續制備階段生成,第一階段是高溫下的熱機械操作,接著第二階段是較低溫度下的機械操作。第一階段熱機械操作(有時稱為“非生產”階段)意圖通過捏合充分地混合組合物的各種成分,但硫化系統除外。其在適合的捏合裝置(如內部混合器或擠壓機)中進行,直到在施加于混合物上的機械操作和高剪切力的作用下達到一般在120℃與190℃之間、更嚴格來講130℃與170℃之間的最高溫度為止。在冷卻混合物之后,在較低溫度下實施機械操作的第二階段。有時稱為“生產”階段,此精加工階段由在適合的裝置(例如敞開式研磨機)中通過混合并入硫化(或交聯)系統(硫或其它硫化劑和促進劑)組成。其在低于混合物的硫化溫度的足夠低溫度下執行適當時間(典型地在1與30分鐘之間,例如在2與10分鐘之間),以防止過早硫化。tpe組合物可形成適用的制品,包括用于車輛輪胎上的輪胎面。輪胎面可以胎面帶形式形成,并且接著隨后制造輪胎的一部分,或其直接在輪胎胎體上通過例如擠壓接著在模具中固化形成。因此,胎面帶可在置于輪胎胎體上之前固化,或其可在置于輪胎胎體上之后固化。典型地,輪胎面以已知方式在模具中固化,將胎面元件模塑至胎面中,包括例如將輪胎溝槽模塑到胎面花紋塊中。具體實施方式本發明由以下實例進一步說明,所述實例僅視為說明性的,并且不以任何方式對本發明進行限制。實例1熱塑性彈性體組合物使用表1中展示的組分制備。表1中展示的構成熱塑性彈性體組合物的每種組分的量以重量計以每百份熱塑性彈性體中的份數(phr)提供。表1-調配物調配物群組fg1fg2fg3tped-1102100tped-1192100tped-1165100n2340-900-900-90樹脂000油000蠟222硬脂酸111氧化鋅111cbs111硫111熱塑性樹脂由kratonpolymers制造。kraton熱塑性樹脂是d-1102,基于苯乙烯和丁二烯的sbs直鏈三嵌段共聚物,具有28%的聚苯乙烯含量;d-1192,基于苯乙烯丁二烯的sbs直鏈嵌段共聚物,具有30%的苯乙烯積聚;以及d-1165,基于苯乙烯和異戊二烯的直鏈三嵌段共聚物,具有29%的聚苯乙烯含量。除添加的碳黑的量以外,每個調配物群組包括相同的熱塑性彈性體組合物。每個群組包括含有0phr、10phr、20phr等到90phr之間的碳黑的調配物。因此,舉例來說,調配物fg120cb含有20phr的碳黑。調配物通過在具有80℃的夾套溫度和55rpm的轉子速度的班伯里混合器(banburymixer)中混合組分而制備。彈性體首先添加,隨后在溫度達到約60℃之后添加其它組分,硫除外。持續混合直到達成約160℃的溫度,此時使混合物落下并且冷卻。硫隨后在研磨機上添加到混合物。硫化隨后如下進行。對于fg1,調配物在150℃下硫化55分鐘。對于fg2,調配物在150℃下硫化40分鐘。對于fg3,針對調配物fg30cb到fg340cb,調配物在150℃下硫化30分鐘;針對調配物fg350cb和fg370cb,調配物在150℃下硫化16分鐘;并且針對調配物fg380cb和fg390cb,調配物在150℃下硫化5分鐘。針對固化樣品,伸長特性測量為斷裂伸長率(%)和相應的伸長應力(mpa),其基于astm標準d412在啞鈴測試片上在23℃下測量。這些結果展示于表2中。表2-伸長特性如在本文的權利要求書和說明書中所用的術語“包含”、“包括”和“具有”應視為指示可包括未指定的其它要素的開放群組。如在本文的權利要求書和說明書中所使用的術語“基本上由……組成”應視為指示可包括未指定的其它要素的部分開放群組,只要那些其它要素并不在實質上改變所要求的發明的基本和新穎特性即可。術語“一(a/an)”和詞的單數形式應理解為包括同一詞的復數形式,以使得所述術語意指提供一個或多個某物。術語“至少一個”和“一個或多個”可互換使用。術語“一個”或“單個”應用于指示預期為一個并且僅一個某物。類似地,當預期具體數目的事物時使用其它具體整數值(如“兩個”)。術語“優選地”、“優選”、“偏好”、“任選地”、“可”以及類似術語用于指示所提及的項、條件或步驟為本發明任選(非必需)的特征。描述為“在a與b之間”的范圍包括“a”和“b”的值。由前述描述應理解,可在不脫離本發明真正精神的情況下對本發明的實施例作出各種修改和變更。僅出于說明的目的提供前述描述,并且不應以限制意義對其加以解釋。僅由以下權利要求書的語言限制本發明的范圍。當前第1頁12
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