CN112512833A - 车辆充气轮胎和用于胎面的橡胶混合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种子午线设计的车辆充气轮胎，该车辆充气轮胎是夏季用轮胎或四季用轮胎，其中带花纹的胎面包括围绕轮胎沿周向方向延伸的多列花纹块和/或花纹肋，其中，每列花纹块和/或花纹肋内的刀槽花纹的总数不超过150个，其中，胎面是呈单层或多层形式，其径向上最外面的胎面层至少在地面接触区域的宽度上延伸，并且其中，胎面的花纹深度最高达6.5mm。该胎面或其径向上最外面的胎面层由橡胶材料组成，该橡胶材料在室温下根据DIN ISO 7619‑1具有40ShA至55ShA的肖氏A硬度。

Description

车辆充气轮胎和用于胎面的橡胶混合物

技术领域

本发明涉及一种子午线设计的车辆充气轮胎，该车辆充气轮胎是夏季用轮胎或四季用轮胎，其中带花纹的胎面包括围绕轮胎沿周向方向延伸的多列花纹块和/或花纹肋，其中，每列花纹块和/或花纹肋内的刀槽花纹的总数不超过150个，

其中，该胎面是呈单层或多层形式，其径向上最外面的胎面层至少在地面接触区域的宽度上延伸，

并且其中，胎面的花纹深度最高达6.5mm。

背景技术

夏季用轮胎和四季用轮胎典型地具有花纹深度为6.5mm至8.5mm的胎面。近年来，被选择用于这些轮胎的胎面的花纹深度趋于变得越来越小，以减小滚动阻力。已经发现，花纹深度方面的减小改变了或影响了花纹正面的弯曲特征或变形特性，其方式不利于在干的道路和湿的道路上的制动特性。

发明内容

因此本发明的目的在于在开篇指定类型的用于提高干式制动特性和湿式制动特性的车辆充气轮胎。

根据本发明，所阐明的目的得以实现是通过胎面或径向上最外面的胎面层由橡胶材料组成，该橡胶材料在室温下根据DIN ISO 7619-1具有40ShA至55ShA的肖氏A硬度。

与迄今已知的四季用轮胎和夏季用轮胎相比，本发明的车辆充气轮胎具有明显更软的胎面或在胎面中具有明显更软的径向上最外面的胎面层。对于夏季用轮胎和四季用轮胎，惯用和已知的是由肖氏A硬度为62ShA至68ShA的橡胶材料制成的胎面，并且这些胎面可以用于实现良好的操作特性，例如包括：对转向力的响应行为以及侧向力到道路的传递。

相比之下，在冬季用轮胎的情况下，惯用由肖氏A硬度为55ShA至65ShA的橡胶材料制成的胎面；例如，DE 10 2012 108 247 A1提到冬季用轮胎胎面的肖氏A硬度为50ShA至60ShA。在冬季用轮胎中，由硬度大于65ShA的橡胶材料制成的胎面对典型地在胎面的花纹正面中形成的刀槽花纹的所期望的“交错效果”具有不利影响。在用于冬季用轮胎的由硬度低于50ShA的橡胶材料组成的胎面中，刀槽花纹形成的花纹正面区段具有随胎面滚动而倾斜的趋势，这使胎面与道路或基底的接触区域明显减小。

在本发明设计的夏季用轮胎或四季用轮胎中，用于这种类型的轮胎的胎面或径向上最外面的胎面层的橡胶材料的异常低的肖氏A硬度、连同不超过6.5mm的低花纹深度，带来了干式制动特性和湿式制动特性的明显改善(如还通过测试结果示出的(见表3)。更具体地，本发明的车辆充气轮胎因此克服了本领域中普遍的偏见：“软”胎面表现差的操作特性。这是因为由于少量刀槽花纹以及最高达6.5mm的低花纹深度，所以在夏季用轮胎和四季用轮胎中用软胎面可以实现非常好的操作特性。

在优选的实施变体中，在室温下根据DIN ISO 7619-1，胎面或径向上最外面的胎面层的橡胶材料的肖氏A硬度不超过52ShA、尤其是最高达50ShA。在这些优选的硬度范围内，可以实现甚至更好的干式制动特性(参见表3中的测试结果)。

在另一个优选的实施变体中，胎面或径向上最外面的胎面层的橡胶材料在8％伸长率和55℃下根据DIN 53 513、通过用应变扫描的动态机械测量确定的动态储能模量为2.5MPa至4.5MPa、尤其是不超过4.0MPa、并且优选地不超过3.6MPa。与肖氏A硬度类似，这种储能模量是橡胶材料的刚度的量度。

当胎面的花纹深度不超过6.0mm、尤其是不超过5.5mm时，所描述的效果尤其明显。具有如此小的花纹深度的轮胎另外表现出特别低的滚动阻力。

关于胎面的吸水和排水能力，当胎面的花纹深度为至少4.5mm、尤其是至少5.0mm时是有利的。

本发明进一步涉及一种用于本发明的车辆充气轮胎的单层胎面的橡胶混合物或多层胎面的径向上最外面的层的橡胶混合物，该橡胶混合物的特征在于：

该橡胶混合物包括以下各项：

-玻璃化转变温度低于-35℃的橡胶，或者平均玻璃化转变温度低于-35℃的至少两种橡胶的混合物，

-30phr至250phr的一种或多种二氧化硅，

-5.0phr至70phr的一种或多种液体聚合物，

-5.0phr至75phr的一种或多种树脂，

-3.0phr至25.0phr的一种或多种活化剂，

-0.5phr至6.0phr的一种或多种促进剂，

-0.5phr至5.0phr的硫或硫供体。

橡胶混合物的量及其特定混合物成分的其他优选范围有助于在所需范围内控制轮胎特性的可变性和/或以此方式使其与相应的轮胎或其胎面花纹匹配。在此是有利的是当橡胶混合物包括以下各项时：

-玻璃化转变温度低于-55℃的橡胶，或者平均玻璃化转变温度低于-55℃的至少两种橡胶的混合物，

-50phr至100phr的一种或多种苯乙烯-丁二烯橡胶，尤其是改性溶液SBR，和/或

-60phr至150phr的一种或多种二氧化硅，和/或

-10phr至50phr的一种或多种液体聚合物，优选地包括至少液体聚丁二烯，和/或

-10phr至50phr的一种或多种树脂，和/或

-至少一种作为一种或多种活化剂的封端和/或未封端的巯基硅烷，尤其是5.0phr至15.0phr、优选地是7.0phr至13.0phr的封端和/或未封端的一种或多种巯基硅烷。

现在将通过以下的描述详细阐明本发明的进一步的特征、优点和细节。

本发明涉及一种子午线设计的车辆充气轮胎，该车辆充气轮胎是用于乘用车辆、厢式货车或轻型载重车的夏季用轮胎或四季用轮胎。

夏季用轮胎和四季用轮胎的胎面花纹与冬季用轮胎的胎面花纹以已知的方式、尤其是通过胎面的花纹正面中形成的刀槽花纹的数量(即以其刀槽花纹密度)而不同。

在本发明的背景下，“刀槽花纹”被理解为是在花纹正面中形成的窄沟纹，该窄沟纹在俯视图中以从垂直方向变化最高达45°的角度延伸，并且在径向方向上具有至少2.0mm的深度、在胎面周边具有0.4mm至1.0mm、尤其是最高达0.8mm的宽度、以及在中心线处沿延伸方向确定的至少8.0mm的纵向范围。因此在确定刀槽花纹密度时不考虑非常短的刀槽花纹(通常出现在花纹正面的尖角边缘区域中)。

为了确定刀槽花纹密度，考虑在周向方向上、在沿周向方向延伸的胎面的花纹正面中的相继的刀槽花纹的数量。在此“沿周向方向延伸的花纹正面”是通过横向沟纹或倾斜沟纹(典型地称为花纹块列)以已知方式被分成花纹块、或结构化有横向沟纹或倾斜沟纹或切口的花纹正面，这些横向沟纹或倾斜沟纹或切口以终端沟纹的方式、尤其是以块或区段的方式(典型地称为花纹带或花纹肋)终止于其内部。

与冬季用轮胎相比，夏季用轮胎或四季用轮胎在沿周向方向延伸的胎面的每个花纹正面内具有不超过150个、尤其不超过130个刀槽花纹，这些刀槽花纹相继地布置或形成在周向方向上。

本发明的车辆充气轮胎还具有这样一种胎面，该胎面的至少一部分由特定橡胶材料制成。轮胎另外的部件(尤其包括胎体嵌层、带束箍带、内部层、和胎圈芯)可以以已知方式实施。

胎面已经设有花纹，该花纹包括被实施成设想的花纹深度的主沟纹，该花纹深度是沟纹、尤其是周向沟纹或倾斜沟纹的最大设想深度，其中花纹深度为4.5mm至6.5mm、尤其是不超过6.0mm、优选地是5.0mm至5.5mm。另外，胎面可以设置有尤其以已知方式实施的横向沟纹、刀槽花纹等。胎面是由单一橡胶材料组成的单层结构的单体胎面，或者是在径向上具有多层结构、尤其是两层结构的胎面。在两层结构的胎面的情况下，径向上最外面的层在每种情况下在胎面的整个宽度上或至少在胎面的地面接触区域的整个宽度上延伸。在此，地面接触区域对应于在静态条件下确定(根据ETRTO标准，在轮胎安装在标准轮辋上、载荷为最大载荷承受能力的70％、内部压力为标准压力的85％的情况下确定)的印迹。

具体实施方式

如下文进一步详细说明的，单体胎面或径向上最外面的胎面层的橡胶材料具有特别低的肖氏A硬度。在多层结构的胎面的情况下，径向上最外面的橡胶层的厚度优选地以如下这种方式选择，即花纹完全形成在径向上最外面的橡胶层内。

下表1包括橡胶混合物的组分A、B、C、D的示例，在轮胎硫化过程中，胎面或径向上最外面的胎面层的橡胶材料由这些组分形成。橡胶混合物的成分的量以橡胶技术中惯用的单位phr(每百份橡胶的份数)给出。量的指示在每种情况下基于100份(按质量计)基础聚合物，或在聚合物共混物的情况下基于每种基础聚合物。表1中还报告了参考混合物Ref的组分。示例C和示例D中设想的液体聚丁二烯用作增塑剂，并且不计入基础聚合物。

表1：橡胶混合物的配方(组分)

来自迈图高新材料有限公司(Momentive Performance Materials Inc.)的NXT硅烷。

旨在用于胎面或径向上最外面的胎面层的橡胶混合物包括：

-玻璃化转变温度(T_g)<-35℃、尤其<-55℃的橡胶，或者

平均玻璃化转变温度(基于橡胶的质量总和)(T_g)<-35℃、尤其<-55℃的至少两种橡胶的混合物，

-优选地包括50phr至100phr的一种或多种苯乙烯-丁二烯橡胶，尤其是官能化的(改性)S-SBR(溶液SBR)，

-30phr至250phr、尤其是60phr至150phr的一种或多种二氧化硅，

-5.0phr至70phr、尤其是10phr至50phr的一种或多种液体聚合物，

-优选地包括至少一种液体聚丁二烯，

-5.0phr至75phr、尤其是10phr至50phr的一种或多种树脂，

-3.0phr至25.0phr的一种或多种活化剂，

-优选地包括至少一种封端的或未封端的巯基硅烷，

其中，一种或多种巯基硅烷的量尤其为5.0phr至15.0phr、优选地是7.0phr至13.0phr，

-0.5phr至6.0phr、尤其是最高达4.0phr的一种或多种促进剂，以及

-0.5phr至5.0phr的至少一种硫或硫供体。

以已知的方式，官能化的S-SBR在其橡胶分子的链端具有官能团，这些官能团可以与二氧化硅形成化学键。

在本发明的橡胶混合物中，可以使用未封端的巯基硅烷和/或封端的巯基硅烷，例如NXT硅烷、NXTlow VOC、NXT-Z45、NXT-Z60、NXT-Z100(来自迈图高新材料有限公司(Momentive Performance Materials INC.)或SI363(来自赢创工业股份公司(EvonikIndustries AG)。

表1中指定的橡胶混合物如下阐明地生产，并且由这些橡胶混合物生产的硫化橡胶同样如下文阐明的进行测试。

橡胶混合物通过橡胶工业中的惯用方法在惯用条件下在混合单元中的两个混合阶段中生产。在第一混合阶段(基础混合阶段)中，将各个橡胶混合物中除硫和一种或多种促进剂之外的所有成分在145℃至185℃的混合温度、150℃至175℃的目标温度下混合200秒到600秒的时间段。在第二混合阶段(最终混合阶段)中，将硫和促进剂添加到在第一混合阶段中获得的橡胶混合物中，并以此方式生产最终橡胶混合物，并在第二混合阶段中以90℃至120℃的混合温度混合180少至300秒的时间段。

所有橡胶混合物均被用于通过硫化来生产标准化的测试样品，并且这些测试样品被用于确定一些典型的硫化橡胶特性。进行了以下测试：

·根据DIN ISO 7619-1在室温(25℃)下的肖氏A硬度，

·根据DIN 53 512在室温(25℃)下的回弹性，

·根据DIN 53 512在70℃下的回弹性，

·根据DIN 53 504在室温(25℃)下的拉伸测试，

·在55℃下根据DIN 53 513、通过应变扫描的动态机械测量的在0.15％伸长率(E‘_0.15％)和8％伸长率(E‘_8％)以及最大损耗因子(tan d_max)下的动态储能模量。

这些硫化橡胶特性允许对由这种橡胶混合物制成的胎面或由这种橡胶混合物制成的径向上最外面的胎面层的预期特性而得出结论。

在室温下的回弹性在这里可以用作充气轮胎在湿道路上的制动特性(湿式制动特性)的指标。室温下的回弹性是阻尼的量度；回弹性越低，阻尼越高。在随着轮胎滚动而与地面接触的橡胶材料的回弹性较低(相对较高的阻尼)的情况下，更多的能量被“破坏”，这改善了轮胎的制动特性。

70℃下的回弹性作为轮胎的滚动阻力的指标，回弹性高意味着滚动阻力低。

最大损耗因子(tan d_max)是胎面的滚动阻力的另一指标，其中由具有较低损耗因子的橡胶材料制成的胎面具有相对较低的阻尼，使得包括这类胎面的轮胎显示出低的滚动阻力。

肖氏A硬度和动态储能模量尤其各自是硫化橡胶的刚度的量度。

表2列出了硫化橡胶特性的测试的结果。

表2：硫化橡胶特性的测试的结果

胎面或径向上最外面的胎面层的橡胶材料在室温下的肖氏A硬度为40ShA(肖式A)至55ShA、尤其是最高达52ShA、优选地最高达50ShA，并且更优选地不超过49ShA。另外，胎面或径向上最外面的胎面层的橡胶材料具有在8％伸长率和55℃(E‘_8％)下的动态储能模量为2.5MPa至4.5MPa、尤其是不大于4.0MPa、并且更优选地不超过3.6MPa。

尺寸为205/55R 16的轮胎被生产具有夏季用轮胎惯用花纹的单层胎面，其中，胎面由橡胶混合物Ref，A、B、C或D制造。所有轮胎的花纹深度均为6.0mm。测试轮胎的湿式制动特性和干式制动特性。测试条件如下：

用于干式制动的测试

车辆：Golf 7

空气温度：20℃至21℃

道路：具有高摩擦系数的湿沥青(参考轮胎的摩擦系数为0.812)；

具有低的摩擦系数的湿沥青(参考轮胎的摩擦系数为0.642)；

道路温度：20℃

用于湿式制动的测试：

车辆：Golf 7

空气温度：24℃

道路：干沥青

(参考轮胎的摩擦系数：1.041)

道路温度：20℃至21℃

表3包括轮胎测试的结果，其中带有由橡胶混合物Ref.制成的胎面的参考轮胎的值固定为100.0。值大于100表示相应轮胎的特性优于参考轮胎。

表3：轮胎测试结果、以及胎面的橡胶材料的肖氏A硬度

根据表3，具有由橡胶混合物A、B、C、D之一制成的胎面的轮胎显示出改善的湿式制动特性和干式制动特性。可以假定，这种改进主要归因于与橡胶混合物Ref.的硫化橡胶相比，橡胶混合物A、B、C、D的硫化橡胶的硬度较低。具有较低硬度的胎面应以有利于制动特性的方式影响胎面与道路之间的接触区域的大小和形状。然而，发现仅对于具有较低的刀槽花纹密度并因此具有足够大的花纹正面区段的胎面，即在具有相应高的“机械刚度”的胎面的情况下才是这种情况。夏季用轮胎和四季用轮胎的胎面花纹是这种情况。

关于改善的湿式制动特性，估计在室温下的低回弹性也额外做出了贡献。

Claims (13)

1.一种子午线设计的车辆充气轮胎，该车辆充气轮胎是夏季用轮胎或四季用轮胎，其中带花纹的胎面包括围绕该轮胎沿周向方向延伸的多列花纹块和/或花纹肋，其中，每列花纹块和/或花纹肋内的刀槽花纹的总数不超过150，

其中，该胎面是呈单层或多层形式，其径向上最外面的胎面层至少在地面接触区域的宽度上延伸，

并且其中，该胎面的花纹深度最高达6.5mm，

其特征在于，

该胎面或其径向上最外面的胎面层由橡胶材料组成，该橡胶材料在室温下根据DINISO 7619-1具有40ShA至55ShA的肖氏A硬度。

2.如权利要求1所述的车辆充气轮胎，其特征在于，在室温下根据DINISO 7619-1，该胎面或该径向上最外面的胎面层的橡胶材料的肖氏A硬度不超过52ShA、尤其是最高达50ShA。

3.如权利要求1或2所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该胎面或该径向上最外面的胎面层的橡胶材料在8％伸长率和55℃(E‘_8％)下根据DIN 53 513、通过用应变扫描的动态机械测量确定的动态储能模量为2.5MPa至4.5MPa、尤其是不超过4.0MPa、并且优选地不超过3.6MPa。

4.如权利要求1至3中任一项所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该胎面的花纹深度不超过6.0mm、尤其不超过5.5mm。

5.如权利要求1至4中任一项所述的车辆充气轮胎，其特征在于，该胎面的花纹深度为至少4.5mm、尤其是至少5.0mm。

6.一种橡胶混合物，该橡胶混合物用于如权利要求1至5中任一项所述的车辆充气轮胎的单层胎面或多层胎面的径向上最外面的层，

其特征在于，

该橡胶混合物包括以下各项：

-玻璃化转变温度(T_g)低于-35℃的橡胶，或者

平均玻璃化转变温度(T_g)低于-35℃的至少两种橡胶的混合物，

-30phr至250phr的一种或多种二氧化硅，

-5.0phr至70phr的一种或多种液体聚合物，

-5.0phr至75phr的一种或多种树脂，

-3.0phr至25.0phr的一种或多种活化剂，

-0.5phr至6.0phr的一种或多种促进剂，

-0.5phr至5.0phr的硫或硫供体。

7.如权利要求6所述的橡胶混合物，包括

玻璃化转变温度(T_g)低于-55℃的橡胶，或者

平均玻璃化转变温度(Tg)低于-55℃的至少两种橡胶的混合物。

8.如权利要求6或7所述的橡胶混合物，包括50phr至100phr的一种或多种苯乙烯-丁二烯橡胶、尤其是改性溶液SBR。

9.如权利要求6至8中任一项所述的橡胶混合物，包括60phr至150phr的一种或多种二氧化硅。

10.如权利要求6至9中任一项所述的橡胶混合物，包括10phr至50phr的一种或多种液体聚合物，优选地至少包括液体聚丁二烯。

11.如权利要求6至10中任一项所述的橡胶混合物，包括10phr至50phr的一种或多种树脂。

12.如权利要求6至11中任一项所述的橡胶混合物，包括至少一种作为一种或多种活化剂的封端和/或未封端的巯基硅烷。

13.如权利要求12所述的橡胶混合物，包括总共5.0phr至15.0phr、优选地7.0phr至13.0phr的一种或多种封端和/或未封端的巯基硅烷。