橡胶/短纤维母料和其制备方法以及使用该母料的充气轮胎技术

一种橡胶／短纤维母料，其通过搅拌和混合平均直径小于０．５μｍ的短纤维的水分散体和橡胶胶乳，然后从混合物中除去水而得到，以及该母料的实用制备方法和使用该母料的充气轮胎。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及橡胶/短纤维母料和其制备方法以及使用该母料的充气轮胎。更具体地，其涉及由均匀分散在橡胶中的平均直径小于0.5μm的短纤维组成的橡胶/短纤维母料和其实用制备方法，以及使用该母料的具有改进的抗切削性和其他物理性能的充气轮胎。
技术介绍
由短纤维增强橡胶以提高硬度或模量等的技术是已知的。当直径粗时，短纤维易于分散在橡胶中，但是抗疲劳性和其他物理性能降低。相反地，如果制成较细的，虽然可提高增强作用以及抗疲劳性，但存在短纤维发生缠结以及在橡胶中的分散性变差的问题。为了解决这些问题，提议将纤维横截面中具有海岛结构的短纤维分散至橡胶中以及在混合时利用剪切力以使短纤维形成原纤维，由此同时实现分散作用和抗疲劳性(例如，参见JP-A-10-7811)。然而，不得不长时间地将这些短纤维与橡胶混合，因此，存在基质橡胶劣化以及难以控制原纤维化程度的问题。此外，例如，JP-A-56-100801公开一种在高压力下使纤维素纤维的悬浮液通过小尺寸的孔口以得到微原纤化的纤维素的方法，但这是在水分散体的情况下得到的，因此在干燥时会出现凝结。因而，实践中并没有用于干燥以及随后将其混入橡胶中。注意JP-A-2001-164052公开了使用芳族聚酰胺短纤维母料用于轮胎，但是该出版物中公开的芳族聚酰胺短纤维的直径是0.5～1000μm。该短纤维的直径大，因此在抗疲劳性方面仍有问题。另一方面，根据其作用在充气轮胎的不同部分需要不同的物理性能。在适合于胎圈部件(tire beads)(通常由胎圈钢丝、外胎(bead cover)、胎边填料、橡胶精加工件(gum finishing)、轮辋缓冲橡胶(rim cushion)等构成)、特别是适合于橡胶精加工件和轮辋缓冲橡胶的橡胶组合物方面进行着积极的开发(例如，参见JP-A-9-59430)。对于提高轮胎生产率同时保持所述轮胎部件性能的开发也在进行。例如，尝试在不混合短纤维的情况下形成橡胶精加工件，但是抗切削性不能令人满意。此外，已知设计用于使得该轮胎即使在穿孔或破裂等导致轮胎内部压力迅速下降时也能够行驶一定距离的缺气行驶轮胎。近年来，已经采取多种手段以同时实现缺气行驶性能和降低的重量(例如，参见JP-A-2004-1627)。因此，正尝试减少胎侧增强型缺气行驶轮胎的胎侧厚度以减轻轮胎的重量，但是抗切削性会是一个问题。专利技术简述因此，本专利技术的目的在于提供一种由均匀分散在橡胶中的平均直径小于0.5μm的短纤维组成的橡胶/短纤维母料及其实用制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种橡胶组合物，其具有优异抗切削性等等，以及适合用于充气轮胎的胎圈，特别是橡胶精加工件或轮辋缓冲橡胶，以及此外适合用于缺气行驶轮胎的胎侧等，以及提供使用该组合物的轮胎。根据本专利技术，提供一种橡胶/短纤维母料，其可通过搅拌和混合平均直径小于0.5μm的短纤维的水分散体与橡胶胶乳以及从该混合物中除去水而得到，优选其中以固含量计所述短纤维的混合量是每100重量份橡胶0.1～100重量份(以下称作“0.1～100phr”)的母料。根据本专利技术，还提供一种制备橡胶/短纤维母料的方法，其包括搅拌和混合平均直径小于0.5μm的短纤维的水分散体和橡胶胶乳，然后在由脉冲燃烧产生的冲击波的氛围下喷射干燥该混合物，以及提供通过该方法得到的橡胶/短纤维母料。根据本专利技术，进一步提供一种将短纤维含量为2～20phr的上述橡胶组合物用于橡胶精加工件或轮辋缓冲橡胶的充气轮胎。根据本专利技术，进一步提供一种将短纤维含量为0.1～10phr的上述橡胶组合物用于胎侧的充气轮胎。实施专利技术的最佳方式在本专利技术中，将平均直径小于0.5μm、优选0.001～0.4μm的短纤维的水分散体和橡胶胶乳搅拌及混合，然后从该混合物中除去水以制备橡胶/短纤维母料。如果像过去那样通过Banbury混炼机等将短纤维混入橡胶中，则分散作用倾向于变差，但是，像在本专利技术中那样，通过预先在水中将平均直径小于0.5μm短纤维原纤化以得到分散体和将该分散体与橡胶胶乳混合以及干燥该混合物，可以使所述短纤维均匀分散在橡胶中。可以将该橡胶/短纤维母料用于获得具有平衡的橡胶增强作用和抗疲劳性的橡胶组合物。该橡胶组合物在抗切削性和其他物理性能方面优异，以及因此，其适合用于充气轮胎的胎圈，特别是橡胶精加工件和轮辋缓冲橡胶，以及此外适合用于缺气行驶轮胎的胎侧。根据本专利技术，通过搅拌和混合平均直径小于0.5μm、优选0.001～0.4μm的短纤维的水分散体和橡胶胶乳以及从该混合物中除去水，可以得到由其中均匀分散短纤维的橡胶组成的橡胶/短纤维母料。至于所用的橡胶胶乳，例如可以优选使用橡胶胶乳如天然橡胶(NR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、丁苯橡胶(SBR)、聚丁二烯橡胶(BR)、丁基橡胶(IIR)、丁腈橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、丙烯酸类橡胶(ACM)、氟橡胶(FKM)，其优选具有5～60重量％的浓度。对可用于本专利技术中的短纤维的种类没有特别限制，只要其是通过机械剪切力原纤化的纤维，但是优选使用选自纤维素、芳族聚酰胺、聚乙烯醇(PVA)等的那些，它们可单独地使用或者以其任意混合物使用。以固含量计，所述短纤维的混合量基于100重量份橡胶优选为0.1～100重量份，更优选1～30重量份。为了制成所述短纤维，可以将短纤维分散在水中，然后将短纤维打浆或使短纤维经过孔口或者施加机械剪切力。实际中，具有不同直径的短纤维是市售可得的。在本专利技术中，可以将这些短纤维分散在水中以及例如通过高压均质器原纤化而使用。对根据本专利技术混合橡胶胶乳和短纤维的水分散体的方法没有特别限制。例如，可以使用一般方法如螺旋桨型搅拌机、均质器、旋转式搅拌机、电磁搅拌机、人工搅拌。在本专利技术中，可以通过例如一般方法如自然干燥、烘箱干燥、冷冻干燥、喷雾干燥从所述橡胶胶乳和短纤维水分散体的混合物中除去水。在本专利技术的一个优选实施方式中，在由脉冲燃烧产生的冲击波下干燥所述混合物，以通过工业上足够的能力在不施加剪切力的条件下制备母料以及得到易于处理的母料。通过将该母料用于橡胶组合物，容易同时实现增强作用和抗疲劳性。也就是说，在本专利技术的一个优选实施方式中，将橡胶胶乳/短纤维混合分散体在由脉冲燃烧产生的冲击波的氛围下喷射以除去湿分并立即干燥该混合物。通过在由脉冲燃烧产生的冲击波的氛围下喷射而干燥混合物的方法是已知的。例如，可以使用JP-A-6-28681中所述的产生脉冲冲击波的脉冲燃烧器等进行干燥以制备橡胶/短纤维母料。在本专利技术中，可以使用这样的脉冲燃烧器以在干燥室中喷雾干燥优选固体浓度不大于60重量％的混合物，条件为优选50～1200Hz、更优选250～1000Hz的频率以及优选不大于140℃、更优选40～100℃的温度，从而得到橡胶/短纤维母料。对根据本专利技术待干燥的所述橡胶/短纤维分散体的混合物的固体浓度没有特别限制，但是优选60重量％或更小。进一步优选3～30重量％。如果固体浓度大于60重量％，则该混合物的粘度变得太高，以致当将其供入脉冲冲击波干燥器中时，其将会在传输管中凝固以及不能良好地喷射入所述燃烧室中或者很可能出现其他麻烦。此外，如果固体浓度太低，则虽然干燥本身不会成问题，但是单位时间内能够干燥的聚合物混合物的量将下降，这很可能变成干燥效率方面的问题。干燥之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种橡胶／短纤维母料，其可通过搅拌和混合平均直径小于０．５μｍ的短纤维的水分散体和橡胶胶乳，然后从所述混合物中除去水而得到。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金成大辅，武山秀一，
申请(专利权)人：横滨橡胶株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]