[发明专利]橡胶复合材料充气轮胎

说明书

本发明涉及一种加工增强的聚合物的方法、由所述方法制得的增强的聚合物以及用所述增强的聚合物制得的轮胎。

使用粗视短纤维(长度为0.05～10mm，长径比为50～100)增强的聚合物制造三角带、轮胎和其它复合材料聚合物制品在本技术领域是众所周知的。这种先有技术复合材料包含一种橡胶组合物(例如丁苯橡胶(SBR)、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯、丁腈橡胶(NBR)、乙丙三元橡胶(EPDM)、天然橡胶以及它们的混合物)，填充有由下列物质制得的切断和压碎纤维，例如，聚芳酰胺纤维(如Kevlar^，可由E.I.Dupont de Nemours & Company，Inc.，Wilmington，Delaware买到)、聚酰胺纤维、尼龙6纤维(1，6聚己内酰胺，可由Allied Chemical，Morristown，N.J.买到)、聚苯并咪唑纤维、聚酯纤维(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PBT)，也可由Allied Chemical买到)。

在先有技术中还已知，很难将大多数粗视纤维混入胶料中，因为这些纤维有缠结的倾向，并且良好的分散需要进行许多步混合。而且粗视纤维的填充可能限制了复合材料橡胶用于某些方面的应用，因为填充有粗视纤维的橡胶不能挤压成例如填充胶条所需的小尺寸，(即由于粗视纤维，该橡胶不能均匀地排列而达到填充胶条尖端部分所需的小尺寸)。

例如，Kevlar^通常以最大有效填充量约为6phr〔每100份(重量)橡胶6份(重量)〕进行混合。已知在先有技术中，当用于三角带或胶管时，用约15-40phr Kevlar^填充胶料，这些用途中不需要小尺寸的橡胶。

微纤维(长度为0.1～10μm，长径比为1～5)可在聚合物母体中就地形成或分散入聚合物母体中。(如果微纤维掺入生产制品中，它可进一步伸长，其伸长量取决于橡胶复合材料的加工方式。)例如，Isayev等人在美国专利4,728,698中描述了在聚合物母体中就地形成纤维，方法是将液晶聚合物加入原料聚合物然后进行混炼和挤压。

已表明，粗视纤维在聚合物母体中的取向可通过混炼和/或挤压含有这种纤维的原料聚合物来控制。纤维在聚合物母体中的取向提高了该聚合物在平行于取向的方向上的模量(劲度)。纤维的存在也提高了该聚合物的抗割口性、承载性能和生胶强度。另一方面，填充了粗视纤维的复合材料会有较高的滞后损失，这可能限制该复合材料的使用率，特别是当用于在使用过程中要经受大量屈挠的橡胶制品时。

微纤维的取向更难于得到，但既使如此，无各向异性的微纤维复合材料就能提高胶料的劲度，同时对胶料滞后损失的影响很小。填充微纤维的复合材料比填充碳纤维或粗视纤维的类似复合材料具有更小的滞后损失。

因此，本发明的一个目的是提供一种方法，采用该方法，对于具体的应用可通过调节橡胶复合材料中粗视纤维、微纤维及其它增强填料(例如炭黑、硅石等)的量使该复合材料的性能最佳。本发明的另一个目的是提供一种通过用微纤维代替一些粗视纤维而具有较低粗视纤维填充量的橡胶复合材料，其性能与具有较高粗视填充量的先有技术复合材料基本上相同。由于使用较低浓度的粗视纤维，该方法使将粗视纤维混入复合材料的过程变得简单，因此该胶料易于混炼。

另一些目的是提供一种包含粗视纤维和微纤维的新型并用胶，以及混合了这种并用胶的弹性体产品，尤其是轮胎例如充气轮胎。

本发明的其它目的从下列描述将可明显看到。

本发明所用的“轴向取向的”是指纤维的取向基本上平行于试样的对称轴。

“平面取向”是指纤维的取向基本上平行于与对称轴垂直的平面。

“Natsyn^”是指合成的顺式聚异戊烯橡胶(分子组成类似于天然橡胶)。

“粘弹的”是指材料(应力或应变)的复合(弹性的及粘性的)响应，例如，可观察到的应力对应的延迟响应。

“各向异性指数”是指在加工方向上测定的某个物理性能除以在通过在垂直于加工的方向上测定所得的类似值的比。

“G′”是粘弹性材料的弹性模量。

“G″”是粘弹性材料的粘性模量。

“永久变形”是指当弹性体变形时所保留的永久变形的分量。

提供了一种加工增强聚合物的方法。该方法包括使1-50％(重量)(基于该组合物的总重量)微纤增强聚合物与原料聚合物混合，然后在一个单独的混炼步骤中将粗视短纤维混入所得的微纤增强聚合物/原料聚合物并用胶中。