КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВСПЕНЕННОЙ ШИНЫ
COMPOSITION FOR MAKING FOAMED TYRE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции для изготовления вспененной шины.
Известный уровень техники
Шины для транспортных средств, таких как автомобили, мотоциклы, мотороллеры, велосипеды и кресло-каталка делятся на два типа: камерные и бескамерные шины. Камерная шина включает внешний резиновый корпус и внутреннюю резиновую камеру, установленную в нем. Бескамерные шины были недавно введены в практику. Сила расширения воздуха, заполняющего шины, придает шине мягкость независимо от типа шины. Однако шины могут быть проколоты острыми предметами, такими как гвозди или куски стекла при использовании, или давление воздуха может понизиться при неисправности нагнетательного клапана. Кроме того, воздухопроницаемость резиновой камеры приводит к утечке воздуха через промежутки между молекулами каучука, неизбежно приводящей к падению давления воздуха.
Для устранения этих недостатков были разработаны и используются в настоящее время новые шины, например твердые шины, целиком состоящие из массы резины, шины из уретановой пены, изготовленные из пенополиуретановой пены, и пенонаполненные шины, заполненные пеной, такой как уретановая пена, вместо камеры. Однако эти новые шины имеют изначальные недостатки, несмотря на свои преимущества. В частности, твердые шины являются надежными и защищенными от спуска воздуха, но слишком тяжелыми и жесткими. Шины из уретановой пены легкие, но недостаточно эластичные. Другие недостатки шины из уретановой пены заключаются в том, что они способны гидролизоваться, что приводит к снижению долговечности и быстрому окислению поверхности при воздействии солнечного света. Пенонаполненные шины тяжелые, недостаточно эластичные и дорогие.
С другой стороны, пены из сополимеров этилена, такие как пены из этиленвинилацетата (EVA), используются в шинах детских колясок и детских велосипедов. Однако такие шины имеют низкую силу сцепления, скользкие поверхности и плохую эффективность торможения, ограничивая свои применения транспортными средствами, предназначенными для медленного движения и низких нагрузок, такими как детские коляски и детские велосипеды. Сополимеры этилена подвержены размягчению при высоких температурах, в частности, во время летнего сезона, что приводит к снижению твердости. Если тучный человек едет на коляске или детском велосипеде, шины колеблются и в результате может произойти авария. Температура асфальтовой дороги возрастает до около 65°C при температуре окружающей среды около 30°C. Трение между шинами и грунтом дополнительно повышает температуру дорожного полотна до 70-80°C.
Раскрытие изобретения
Техническое решение
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложена композиция для вспененной шины, которая включает смесь блок-сополимера олефина и каучука в качестве полимерной матрицы, сшивающего агента и пенообразователя.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложена композиция для вспененной шины, которая включает 100 частей масс, смеси блок-сополимера олефина и каучука в качестве полимерной матрицы, 0,02-4 части масс, сшивающего агента и 1-6 частей масс, пенообразователя, в которой блок-сополимер олефина и каучук присутствуют в количестве 50-80% масс, и 20-50% масс, соответственно относительно общей массы полимерной матрицы.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложена шина, изготовленная из композиции для вспененной шины, при этом шину получают литьем под давлением и вспениванием композиции.
Способ осуществления изобретения
Настоящее изобретение теперь будет описано более подробно.
Настоящее изобретение предлагает композицию для вспененной шины, которая включает смесь блок-сополимера олефина и каучук в качестве полимерной матрицы, сшивающий агент и пенообразователь.
2
Композиция может дополнительно включать одну или несколько добавок, включающих наполнитель или пигмент, в дополнение к сшивающему агенту и вспенивающий агент для переработки в пену. Композиция может быть получена в виде листов или гранул, с последующим литьем под давлением в пресс-форме и вспениванием при температуре 150-250°C и давлении 100-300 кг/см для получения шины.
w
n
Блок-сополимер олефина (ОВС), используемый в композиции по настоящему изобретению, является мультиблок-сополимером. Мультиблок-сополимер относится к полимеру, включающему два или большее число химически различных зон или сегментов (называемых также "блоками"), которые преимущественно связаны линейно, то есть полимеру, включающему химически различающиеся звенья, которые соединены концевыми полимеризованными этиленовыми функциональными группами, а не в виде бокового или привитого компонента. В конкретном осуществлении блоки различаются по количеству или типу сомономера, включенных в них, плотности, степени кристалличности, размеру кристаллитов, относящихся к полимеру такого состава, типу или степени стереорегулярности (изотактический или синдиотактический), регио-регулярности или регио-нерегулярности, степени разветвления, включающей длинноцепочечные разветвления и сверхразветвленные цепи, гомогенности или любым другим химическим или физическим свойствам. Мультиблок-сополимер характеризуется специфическим распределением коэффициента полидисперсности (PDI или M/M), распределением длины блока и/или распределением числа блоков за счет конкретного способа получения сополимера. Более конкретно, полимер, полученный непрерывным процессом, может иметь PDI около 1,7-8 в осуществлении, около 1,7-3,5 в другом осуществлении, около 1,7-2,5 в другом осуществлении, около 1,8-2,5 в другом осуществлении, около 1,8-2,1 в другом осуществлении. Полимер, полученный периодическим или полунепрерывным процессом, может иметь PDI около 1,0-2,9 в осуществлении, около 1,3-2,5 в другом осуществлении, около 1,4-2,0 в другом осуществлении, около 1,4-1,8 в другом осуществлении.
Блок-сополимер олефина (ОВС) относится к этилен/α-олефин мультиблок-сополимеру. Блок-сополимер олефина включает этилен и один или несколько сополимеризуемых сомономеров α-олефина в полимеризованной форме. Блок-сополимер олефина характеризуется наличием множества блоков или сегментов двух или более полимеризованных мономерных звеньев, имеющих различные химические или физические свойства. В некоторых осуществлениях мультиблок-сополимер может быть представлен следующей формулой:
n
(АВ)
где n представляет целое число, по меньшей мере, 1, предпочтительно целое число больше 1, например, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 или больше; A представляет жесткий блок или сегмент; и В представляет мягкий блок или сегмент. Предпочтительно A и B соединены в линейной конфигурации, а не в форме разветвления или звездчатой конфигурации. Жесткий сегмент относится к блоку полимеризованных звеньев, в котором этилен присутствует в определенном количестве. В некоторых осуществлениях содержание этилена в жестком сегменте составляет 95% масс или более. В дополнительных осуществлениях содержание этилена в жестком сегменте составляет 98% масс или более. То есть в некоторых осуществлениях содержание сомономеров в жестком сегменте не превышает 5% масс. В других осуществлениях содержание сомономеров в жестком сегменте не превышает 2% масс. В некоторых осуществлениях жесткий сегмент полностью или в основном состоит из этилена. В то же время, мягкий сегмент относится к блоку полимеризованных звеньев, в котором сомономеры присутствуют в определенном количестве. В некоторых осуществлениях содержание сомономеров в мягком сегменте составляет 5% масс или более. В других осуществлениях содержание сомономеров в мягком сегменте составляет 8% масс или более, 10% масс или более или 15% масс или более. В других осуществлениях содержание сомономеров в мягком сегменте составляет 20% масс или более, 25% масс, или более, 30% масс или более, 35% масс или более, 40% масс или более, 45% масс или более, 50% масс или более, или 60% масс или более.
Подходящие мономеры для получения ОВС, используемого в настоящем изобретении, включают этилен и один или несколько полимеризуемых аддитивной полимеризацией мономеров, отличных от этилена. Примеры подходящих сомономеров включают неразветвленные или разветвленные α-олефины с 3-30 атомами углерода, предпочтительно с 3-20 атомами углерода, такие как пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 3-метил-1-бутен, 1-гексен, 4-метил-1-пентен, 3-метил-1-пентен, 1-октен, 1-децен, 1-додецен, 1-тетрадецен, 1-гексадецен, 1-октадецен и 1-эйкозен; циклоолефины с 3-30 атомами углерода, предпочтительно с 3-20 атомами углерода, такие как циклопентен, циклогептен, норборнен, 5-метил-2-норборнен, тетрациклододецен и 2-метил-1,4,5,8-диметано-1,2,3,4,4а,5,8,8а-октагидронафталин; диеновый и триеновые олефины, такие как бутадиен, изопрен, 4-метил-1,3-пентадиен, 1,3-пентадиен, 1,4-пентадиен, 1,5-гексадиен, 1,4-гексадиен, 1,3-гексадиен, 1,3-октадиен, 1,4-октадиен, 1,5-октадиен, 1,6-октадиен, 1,7-октадиен, этилиденнорборнен, винилнорборнен, дициклопентадиен, 7-метил-1,6-октадиен, 4-этилиден-8-метил-1,7-нонадиен и 5,9-диметил-1,4,8-декатриен; 3-фенилпропен; 4-фенилпропен; 1,2-дифторэтилен; тетрафторэтилен; и 3,3,3-трифтор-1-пропен.
3
3
В одном осуществлении олефиновый блок-сополимер может иметь плотность 0,85-0,91 г/см или 0,86-0,88 г/см.
В одном осуществлении олефиновый блок-сополимер может иметь индекс расплава (MI) 0,1-30 г/10 мин, 0,1-10 г/10 мин, 0,1-1,0 г/10 минут, 0,1-0,5 г/10 мин или 0,3-0,6 г/10 мин, измеренный по ASTM D 1238 (190°C, 2,16 кг).
В одном осуществлении олефиновый блок-сополимер, полученный непрерывным процессом, может иметь коэффициент полидисперсности (PDI) 1,7-3,5, 1,8-3, 1,8-2,5, или 1,8-2,2. Олефиновый блок-сополимер, полученный периодическим или полунепрерывным процессом, может иметь PDI 1,0-3,5, 1,3-3, 1,4-2,5 или 1,4-2.
В одном осуществлении олефиновый блок-сополимер может содержать 5-30% масс, 10-25% масс, или 11-20% масс, жесткого сегмента. Жесткий сегмент может содержать 0,0-0,9% мол. звеньев, полученных из сомономеров. Олефиновый блок-сополимер может содержать 70-95% масс, 75-90% масс, или 80-89% масс, мягкого сегмента. Мягкий сегмент может содержать менее 15% мол. или 9-14,9% мол. звеньев, полученных из сомономеров. В одном осуществлении сомономер может быть бутеном или октеном.
Использование смеси блок-сополимер олефина (ОВС)/каучук в композиции для вспененной шины по настоящему изобретению позволяет изготавливать шины, которые могут выдерживать высокие температуры и имеют высокую силу сцепления и эластичность. В отличие от этого, использование одного ОВС в качестве компонента полимерной матрицы приводит к образованию скользкой шины с низкой силой сцепления. В связи с этим, каучук входит в композицию для вспененной шины настоящего изобретения. ОВС предпочтительно используют в количестве 50-80% масс, и каучук используют в количестве 20-50% масс, относительно общей массы полимерной матрицы. Использование каучука в количестве менее 20% масс, может привести к получению скользкой шины с низкой силой сцепления. В то же время, использование каучука в количестве, превышающем 50% масс, может привести к получению шины с очень низкой твердостью и высокой усадкой. Сила сцепления связана с тяговым усилием транспортного средства, такого как автомобиль, велосипед или кресло-каталка с электроприводом, что непосредственно влияет на потребление энергии и скорость транспортного средства.
Каучук может быть выбран из группы, состоящей из натурального каучука, синтетического каучука и их комбинации.
Натуральный каучук может быть обычным натуральным каучуком или модифицированным натуральным каучуком. Обычный натурального каучук может быть одним из каучуков известного уровня техники. Не накладываются особые ограничения на характеристики (например, страна происхождения) обычного натурального каучука. Натуральный каучук включает цис-1,4-полиизопрен в качестве основного компонента. С другой стороны, натуральный каучук также может включать транс-1,4-полиизопрен в зависимости от необходимых характеристик. Например, натуральный каучук может быть балатой, которая является латексом, полученным из деревьев семейства Sapotaceae (Сапотовые) родом из Америки. Балата включает транс-1,4-полиизопрен в качестве основного компонента. Модифицированный натуральный каучук относится к каучуку, полученному модификацией или очисткой обычного натурального каучука. В качестве модифицированного натурального каучука может быть представлен эпоксилированный натуральный каучук (ЭНК), депротеинезированный натуральный каучук (DPNR) или гидрированный натуральный каучук.
Синтетический каучук может быть выбран из группы, состоящей из стирол-бутадиенового каучука (SBR), модифицированного бутадиен-стирольного каучука, бутадиенового каучука (BR), модифицированного бутадиенового каучука, хлорсульфоэтиленового каучука, эпихлоргидринового каучука, фторированного каучука, силиконового каучука, нитрильного каучука, гидрированного нитрильного каучука, бутадиен-нитрильного каучука (NBR), модифицированного бутадиен-нитрильного каучука, хлорэтиленового каучука, стирол-бутадиен-стирольного (SBS) каучука, стирол-этилен-бутилен-стирольного (SEBS) каучука, стирол-изопрен-стирольного (SIS) каучука, этилен-пропиленового каучука, этилен-пропилен-диенового (EPDM) каучука, каучука хайпалон, хлоропренового каучука, этиленвинилацетатного каучука, акрилового каучука, гидринового каучука, винилбензилхлорид-стирол-бутадиенового каучука, бромметил-стирол-бутилкаучука, малеиновая кислота-бутадиен-стирольного каучука, карбоновая кислота-стирол-бутадиенового каучука, эпоксиизопренового каучука, малеиновая кислота-этиленпропиленового каучука, карбоновая кислота-бутадиен-нитрильного каучука, бромированного изопрен-полиизобутил-со-параметилстирольного (BIMS) каучука и их комбинаций.
Пенообразователь может быть любым из пенообразователей известного уровня техники (также известный как порообразующий агент или вспенивающий агент). Примеры пенообразователей, пригодных для использования в композиции по настоящему изобретению, включают газообразные материалы, летучие жидкости и химические вещества, которые разлагаются на газы и другие побочные продукты. Пенообразователь добавляют для получения пены и может быть, например, на основе азо-соединения с температурой разложения 150-210°C. Пенообразователь может быть использован в количестве 1-6 частей масс, на 100 частей масс, полимерной матрицы. Использование пенообразователя в количестве менее 1 части масс может привести к образованию пены с удельным весом 0,7 и более и твердостью по Шору С 70 или более, что является недостатком с точки зрения снижения веса. В то же время, использование пенообразователя в количестве, превышающем 6 частей масс, приводит к образованию пены с удельным весом 0,10 или менее, что является преимущественным с точки зрения снижения веса, но может привести к ухудшению механических свойств и стабильности размеров пены. Если пенообразователь имеет температуру разложения ниже 150°C, может проходить преждевременное вспенивание во время компаундирования. Между тем, если пенообразователь имеет температуру разложения выше 210°C, формирование пены может занять, по меньшей мере, 15 минут, что приводит к низкой производительности.
Характерные примеры подходящих пенообразователей включают, но без ограничения, азот, диоксид углерода, воздух, хлорметан, хлорэтан, пентан, изопентан, перфторметан, хлортрифторметан, дихлордифторметан, трихлорфторметан, перфторэтан, 1-хлор-1-дифторэтан, хлорпентафторэтан, дихлортетрафторэтан, трихлортрифторэтан, перфторпропан, хлоргептафторпропан, дихлоргексафторпропан, перфторбутан, хлорнонафторбутан, перфторциклобутан, азодикарбонамид (ADCA), азодиизобутиронитрил, бензолсульфонгидразид, 4,4-оксибензолсульфонилсемикарбазид, п-толуолсульфонилсемикарбазид, азодикарбоксилат бария, N,N′диметил-N,N′-динитрозотерефталамид и тригидразинотриазин. В основном предпочтительным в качестве пенообразователя является ADCA.
Сшивающий агент, включенный в композицию настоящего изобретения, может быть органическим пероксидом, способным придавать высокотемпературную вязкоупругость смоле. Органический пероксид в качестве сшивающего агента используют в количестве 0,02-4 частей масс, предпочтительно 0,05-3,0 частей масс, относительно 100 частей масс, матрицы. Температура полураспада 130-180°C органического пероксида в качестве сшивающего агента составляет одну минуту. Использование органического пероксида в качестве сшивающего агента в количестве менее 0,02 частей масс может привести к недостаточной сшивке, что затрудняет поддержание вязкоупругости смолы при высокой температуре. В то же время, использование органического пероксида в качестве сшивающего агента в количестве, превышающем 4 части масс, может привести к чрезмерной сшивке, что приводит к резкому увеличению твердости. Примеры таких органических пероксидов в качестве сшивающих агентов включают те, которые обычно используют в резиновых смесях, такие как трет-бутилпероксиизопропилкарбонат, трет-бутилпероксилаурат, трет-бутилпероксиацетат, ди-трет-бутилпероксифталат, трет-дибутилперексималеиновая кислота, пероксид циклогексанона, трет-бутилкумилпероксид, трет-бутилгидропероксид, трет-бутилпероксибензоат, дикумилпероксид, 1,3-бис(трет-бутилпероксиизопропил)бензол, пероксид метилэтилкетона, 2,5-диметил-2,5-ди(бензоилокси)гексан, 2,5-диметил-2,5-ди-(трет-бутилперокси)-гексан, ди-трет-бутил-пероксид, 2,5-диметил-2,5-(трет-бутилперокси)-3-гексан, n-бутил-4,4-бис-(трет-бутилперокси)валерат и α,α′-бис(трет-бутилперокси)диизопропилбензол.
Другими добавками являются те, что обычно используются при изготовлении пеноматериалов для улучшения технологических и физических свойств пеноматериалов. Примеры добавок включают оксиды металлов, стеариновую кислоту, антиоксиданты, стеарат цинка, диоксид титана и со-сшивающие агенты. Различные пигменты также могут быть использованы с учетом искомого цвета. Общее количество добавок может составлять 4-15 частей масс, относительно 100 частей масс, матрицы. Оксид металла может быть использован для улучшения физических свойств пеноматериалов и его примеры включают оксид цинка, оксид титана, оксид кадмия, оксид магния, оксид ртути, оксид олова, оксид свинца и оксид кальция. Оксид металла может быть использован в количестве 1-4 частей масс, относительно 100 частей масс, матрицы. Триаллилцианурат (ТАС) в качестве со-сшивающего агента предпочтительно используют в количестве 0,05-0,5 части масс, относительно 100 частей масс, матрицы. Триаллилцианурат используется для регулировки времени формования композиции до 5-10 минут при прессовании при температуре 150-170°C. Если со-сшивающий агент используют в количестве менее 0,05 частей масс, его эффект незначителен. Между тем, если со-сшивающий агент используют в количестве, превышающем 0,5 части масс, композиция чрезмерно сшита, что приводит к разрыву пеноматериала, так же, как когда сшивающий агент используют в количестве, превышающем 1,5 части масс
Стеариновая кислота и стеарат цинка вызывают образование мелких и однородных ячеек пены и облегчают извлечение из формы после формования. Стеариновая кислота и стеарат цинка обычно используют в количестве 1-4 частей масс, каждого. Примеры антиоксидантов включают Sonnoc, бутилированный гидрокситолуол (ВНТ), и Songnox 1076 (октадецил-3,5-ди-трет-бутилгидроксигидроциннамат). Антиоксидант обычно используют в количестве 0,25-2 частей масс относительно 100 частей масс, матрицы. Диоксид титана используют в качестве белого пигмента и в тех же целях, что и вышеуказанные оксиды металлов. Диоксид титана обычно используют в количестве 2-5 частей масс.
2
3
3
3
2
Использование наполнителя в композиции способствует снижению стоимости композиции. Примеры подходящих наполнителей включают диоксид кремния (SiO), MgCO, СаСО, тальк, Al(ОН) и Mg(OH). Наполнитель обычно используется в количестве 10-50 частей масс относительно 100 частей масс, матрицы.
Композиция по настоящему изобретению может быть обработана методом литья под давлением и вспениванием для получения вспененной шины. В одном осуществлении вспененная шина может быть получена по следующей методике.
Во-первых, смесь ОВС и каучука помещают в смеситель и смешивают со сшивающим агентом, пенообразователем и другими добавками. Затем смесь прессуют в гранулы на подходящем оборудовании, таком как экструдер. Гранулы вводят в форму термопласт-автомата с пенообразующей головкой и вспенивают при постоянных температуре и давлении для получения конечного пеноматериала. На данном этапе пресс-форма рассчитана на меньший размер по параметрам вспенивания смеси, чем конечный продукт. После вспенивания смесь расширяется до требуемого размера продукта.
Как описано выше, шина, полученная с использованием композиции в соответствии с одним осуществлением настоящего изобретения, размягчается в меньшей степени даже при высоких температурах окружающей среды и обладает превосходными физическими свойствами в плане силы сцепления и упругости.
Настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на следующие примеры. Однако эти примеры не предназначены для ограничения сущности настоящего изобретения.
Примеры
Измерение силы сцепления: как показано в таблице 1, компоненты смешивают для приготовления композиции для изготовления вспененной шины. Каждую из композиций гранулируют и получают шину литьем под давлением размером 24′′×1,25′′. Шины устанавливают на кресло-каталку и передние колеса устанавливают таким образом, чтобы кресло-каталка могла двигаться прямо. Железную болванку весом 70 кг помещают в кресло-каталку. Кресло-каталку спускают по откосу 50 см высотой с углом наклона 30°. Измеряют пробег до остановки кресла-каталки. Чем больше расстояние пробега, тем выше усилие захватывания. Полученные результаты приведены в таблице 1.
- Твердость при комнатной температуре ниже 50 по Шору С и твердость при 80°C ниже 50 по Шору С считается непригодной.
- Значение эластичности по отскоку ниже 45% считается непригодным.
- Расстояние пробега (усилие захватывания) менее 12 м считается непригодным.
Как можно видеть из результатов таблицы 1, шины примеров 1-5, каждая из которых изготовлена с использованием композиции для вспененной шины, включающей смесь ОВС и каучука в качестве полимерной матрицы, имеют высокие значения усилия захватывания и соответствующие значения эластичности по отскоку, таким образом являются пригодными для практического использования. В отличие от этого, шины сравнительных примеров 1 и 2, каждый из которых не включает ОВС или каучуковый компонент, имеют низкие значения усилия захватывания, шины примера 6, включающие более 50% масс, каучукового компонента, имеют очень низкую твердость и чрезмерно высокую эластичность по отскоку, и шины примера 7, включающие менее 20% масс, каучукового компонента имеет низкое усилие захватывания, таким образом являются непригодными для практического использования.