Протектор шины с улучшенным сцеплением со снегом или с сухим дорожным покрытием

Протектор шины с улучшенным сцеплением со снегом или с сухим дорожным покрытием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к шинам для транспортных средств и более конкретно к материалам для протектора и рельефу протектора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известно, что проектировщики шин часто вынуждены идти на компромисс в отношении некоторых характеристик шин, которые они проектируют. Изменение конструкции шины для улучшения одной характеристики шины часто приводит к компромиссу, т.е., ухудшению другой характеристики шины. Один такой компромисс имеется между сцеплением со снегом и торможением на сухом дорожном покрытии. Сцепление со снегом может быть улучшено за счет уменьшения температуры стеклования резиновой смеси для протектора и/или за счет увеличения числа канавок в протекторе. Однако, эти изменения обычно приводят к ухудшению тормозной характеристики на сухом дорожном покрытии, которая, как известно, улучшается при увеличении температуры стеклования резиновой смеси для протектора и/или при сокращении числа канавок в протекторе.

[0003] Проектировщики шин и исследователи их характеристик ведут поиск материалов и конструкций для шин, которые могут нарушить некоторые из известных компромиссов. Таким образом, имеется потребность в конструкции новой шины, которая нарушает известный компромисс между торможением на сухом дорожном покрытии и сцеплением со снегом.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Согласно конкретным вариантам реализации настоящего изобретения предложены протекторы, а также шины, имеющие указанные протекторы, которые обеспечивают нарушение компромисса между торможением на сухом дорожном покрытии и сцеплением со снегом. Также предложены способы проектирования и изготовления указанных протекторов и шин.

[0005] Согласно различным вариантам реализации предложены протекторы для шины, содержащие:

один или большее количество повторяющихся шагов, причем каждый повторяющийся шаг содержит отдельные шаги, имеющие блоки протектора с канавками, сформированными в протекторе и расположенными продольно вдоль протектора шины, при этом каждый шаг имеет длину от 15 мм до 35 мм;

причем протектор имеет средневзвешенную плотность канавок D_W от 9 мм^-1 до 37 мм^-1, которая определяется из равенства 2, как описано ниже.

[0006] Протекторы дополнительно сформированы с блоками, которые содержат резиновую смесь, основанную на диеновом эластомере, пластифицирующей системе и сшивающей системе, при этом указанная резиновая смесь имеет температуру стеклования от -40°С до -15°С и модуль сдвига G*, измеренный при 60°С, составляет от 0,5 МПа до 1,1 МПа.

[0007] Согласно конкретным вариантам реализации предложенный протектор также содержит блоки протектора, имеющие сжимающуюся поверхность, выполненную с возможностью вхождения в контакт с дорогой, причем контактная поверхность блоков протектора содержит резиновую смесь, основанную на диеновом эластомере, пластифицирующей системе и сшивающей системе, при этом указанная резиновая смесь имеет температуру стеклования от -40°С до -15°С и модуль сдвига G*, измеренный при 60°С, составляет от 0,5 МПа до 1,1 МПа. Согласно некоторым вариантам реализации по меньшей мере 90% контактной поверхности указанных блоков протектора полностью выполнены из указанной резиновой смеси.

[0008] Вышеописанные и другие задачи, особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после ознакомления с приведенным ниже подробным описанием конкретных вариантов реализации настоящего изобретения, показанных на сопроводительных чертежах, на которых подобные элементы настоящего изобретения обозначены подобными ссылочными номерами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] На фиг. 1 показан вид сверху чернильного отпечатка протектора шины, выполненного при максимальной расчетной нагрузке и давлении для шины, имеющей рельеф протектора согласно настоящему изобретению.

[0010] На фиг. 2 показан вид сверху шага, взятого из чернильного отпечатка протектора, показанного на фиг. 1, иллюстрирующий различные размеры шага, используемые для определения плотности канавок.

[0011] На фиг. 3 показан вид сверху другого варианта реализации шага, взятого с чернильного отпечатка протектора шины.

[0012] На фиг. 4 показан график зависимости между сцеплением со снегом и торможением на сухом дорожном покрытии.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Шины иногда классифицируют в соответствии с погодными условиями, для использования в которых они предназначены. Например, зимние шины предназначены для обеспечения улучшенного сцепления со снегом по сравнению с другими шинами, такими как шины всесезонные шины и летние шины. Летние шины предназначены для использования в теплую погоду и обеспечивают превосходное сцепление с сухим дорожным покрытием, но плохое сцепление со снегом. Всесезонные шины обеспечивают компромисс между летними и зимними шинами, в котором они обеспечивают в некоторой степени улучшенное сцепление со снегом, чем летние шины, и в некоторой степени улучшенное сухое сцепление, чем зимние шины. Этот компромисс проектировщики шин обычно учитывают при проектировании шин, и изменения, внесенные в конструкцию шины для улучшения сцепления со снегом, обычно приводят к ухудшению характеристик торможения на сухом дорожном покрытии.

[0014] Протекторы и шины, описанные в настоящей заявке, нарушают указанный компромисс, так что сцепление протектора со снегом является улучшенным без существенного снижения характеристик торможения протектора на сухом дорожном покрытии. Указанный компромисс нарушен благодаря уникальному сочетанию материалов и рельефа протектора. Протекторы выполнены из резиновой смеси, имеющей низкую температуру, при которой резина становиться хрупкой, т.е., температуру стеклования (Тg), с рельефом протектора, имеющим низкую плотность канавок. Такое сочетание использования резиновой смеси с низкой температурой стеклования Тg для формирования протектора, имеющего низкую плотность канавок, значительно способствует улучшенному балансу между сцеплением со снегом и сухим дорожным покрытием.

[0015] Используемый в настоящей заявке термин "продольное направление" означает направление вдоль периферийной окружности шины, перпендикулярное оси вращения шины.

[0016] Используемый в настоящей заявке термин "боковое направление" означает направление, проходящее вдоль ширины шины и по существу параллельно оси вращения. Однако, используемый в настоящей заявке термин "боковой желоб" является любым желобом, в целом ориентированным под углом меньше 45° относительно строго бокового направления, и в то же время термин "продольный желоб" означает любой желоб, в целом ориентированный под углом 45° или больше относительно строго бокового направления.

[0017] Используемый в настоящей заявке термин "элемент протектора" означает любой тип или форму конструктивной особенности, находящейся в протекторе, которая входит в контакт с дорожным покрытием. Варианты реализации элементов протектора включают блоки протектора и ребра протектора.

[0018] Используемый в настоящей заявке термин "блок протектора" обозначает элемент протектора, который имеет периметр, образованный одним или большим количеством желобов, создающих в протекторе изолированную структуру.

[0019] Используемый в настоящей заявке термин "ребро" обозначает элемент протектора, который по существу проходит в продольном направлении шины и не прерывается никакими желобами, которые по существу проходят в боковом направлении, или любыми другими желобами, проходящих с наклоном к ребру.

[0020] Используемый в настоящей заявке термин "канавка" обозначает малую прорезь, которая отформована или сформирована иным способом в блоке протектора или ребре. Канавка может быть прямой, изогнутой или может иметь любую другую геометрическую форму.

[0021] Используемый в настоящей заявке термин "шаг" представляет собой заданный геометрический шаблон, который проходит поперек боковой ширины протектора и является элементом множества отдельных шагов, которые расположены продольно вдоль всей длины протектора.

[0022] Используемый в настоящей заявке термин "повторяющийся шаг" представляет собой геометрический шаблон, который повторяется вдоль окружность протектора и проходит поперек боковой ширины протектора. Каждый повторяющийся шаг состоит из множества отдельных шагов, каждый из которых имеет один и тот же геометрический шаблон. Шина может иметь один или большее количество повторяющихся шагов. В случае наличия двух и большего количества повторяющихся шагов, оси различных повторяющихся шагов часто расположены с возможностью чередования с другими осями вдоль протектора в некотором повторяющемся шаблоне.

[0023] Используемый в настоящей заявке термин "м.ч." (массовых частей) обозначает "количество частей на сотню частей резины по массе" и является общепринятой в уровне техники единицей измерения, в которой измеряют компоненты резиновой смеси относительно общей массы резины в составе, т.е., количество частей по массе компонента в 100 частях по массе всей резины (резин) в составе.

[0024] Используемые в настоящей заявке термины эластомер и резина являются синонимами.

[0025] Используемый в настоящей заявке термин "основанный на" указывает, что протекторы согласно настоящему изобретению выполнены из вулканизированных или обработанных резиновых смесей, которые во время их смешивания были невулканизированными. Таким образом, вулканизированная резиновая смесь "основана на" невулканизированной резиновой смеси, иными словами, резиновая поперечно-сшитая смесь основана на поперечно-сшитых компонентах или содержит поперечно-сшитые компоненты.

[0026] На фиг. 1 показан вид сверху чернильного отпечатка протектора шины, сделанного при максимальной расчетной нагрузке и давлении для шины, имеющей рельеф протектора согласно одному варианту реализации настоящего изобретения. Чернильный отпечаток 10 протектора может быть сделан путем закрашивания протектора шины чернилами с последующим отпечатыванием на листе бумаги путем введения закрашенного чернилами протектора в плотный контакт с бумагой при заданных давлении накачивания и нагрузке. Для легкового автомобиля отпечаток протектора сделан при нагрузке 85% от максимальной, указанной на боковой стенке шины, и при давлении накачивания 35 фунтов на кв. дюйм (6,9 КПа). Для легкогрузовой шины отпечаток протектора сделан при нагрузке 85% от максимальной (на одиночную шину) и при давлении накачивания, относящемся к максимальной (одиночной) нагрузке, указанных на боковой стенке шины.

[0027] Отпечаток 10 протектора шины отображает протектор, составленный из продольных желобов 11 и боковых желобов 12, которые формируют в протекторе множество блоков 13. Каждый из блоков 13 дополнительно содержит сформованные в нем канавки 14.

[0028] Шаги 15 расположены продольно вдоль длины отпечатка 10. Шаги 15 лежат между пунктирными линиями, показанными на фиг. 1, которые добавлены для облегчения различения шагов 15. На фиг. 1 показаны два повторяющихся шага 15а и 15b. Как указано выше, повторяющийся шаг определяется как форма геометрического шаблона, который повторяется вдоль окружности протектора (продольно) и проходит поперек боковой ширины протектора.

[0029] Одно из самых очевидных различий между указанными двумя повторяющимися шагами 15а, 15b состоит в количестве блоков 13 протектора. В первом повторяющемся шаге 15а имеется один блок 13а, расположенный между двумя крайними левыми широкими продольными желобами 11а и между двумя крайними правыми широкими продольными желобами 11b, и в то же время во втором повторяющемся шаге 15b имеются два блока 13b, расположенные между теми же самыми двумя парами продольных желобов 11а, 11b. Каждый из повторяющихся шагов 15а, 15b состоит из множества шагов 15, которые расположены по окружности вдоль всей длины протектора, обычно в соответствии с некоторым чередующимся шаблоном.

[0030] Как указано выше, протекторы и шины согласно конкретным вариантам реализации настоящего изобретения могут быть описаны как имеющие плотность канавок, находящуюся в пределах данного диапазона. Плотность канавок указывает на количество канавок на шине. Высокая плотность канавок указывает, что рельеф протектора отличается большой изрезанностью, и низкая плотность канавок указывает, что рельеф протектора отличается небольшой изрезанностью. Плотность канавок зависит от геометрии и количества шагов.

[0031] На фиг. 2 показан вид сверху шага, взятого с чернильного отпечатка, показанного на фиг. 1, на котором показаны шаги с множеством размеров, подходящие для использования для определения плотности канавок.

[0032] Подходящие для использования размеры шага 15 включают длину L_p и ширину W_p шага. Длина L_p шага является расстоянием, измеренным в продольном направлении вдоль края протектора между началом и концом шага, например, для примерного шага, показанного на фиг. 2, между центрами боковых желобов 12, образующих наиболее крайний блок 13 протектора. Ширина W_p шага является шириной протектора шины, измеренной вдоль боковой оси протектора. Ширина шага является самым большим расстоянием, измеренным в боковом направлении поперек чернильного отпечатка шины, полученного, как описано выше.

[0033] Другим подходящим для использования размером шагов для определения плотности канавок является измеренная в боковом направлении проецируемая длина L каждой канавки 14. Проецируемая длина L каждой канавки 14 представляет собой расстояние между двумя концами канавки 14, измеренное вдоль боковой оси протектора.

[0034] На фиг. 3 показан вид сверху шага согласно другому варианту реализации, взятому из чернильного отпечатка протектора шины. Шаг 15, показанный на этом чертеже, имеет длину L_p, которая представляет собой расстояние между центрами боковых желобов 12, образующих самый наружный блок 13 протектора. Ширина W_p шага показана как боковое расстояние поперек ширины протектора 15, а проецируемая в боковом направлении длина L каждой канавки 14 показана как расстояние между двумя концами канавки 14, измеренное вдоль боковой оси протектора.

[0035] Плотность D_R канавок может быть определена для каждого повторяющегося шага на данном протекторе из следующего равенства (1):

где для одного из повторяющихся шагов n - общее количество канавок в одном из отдельных шагов, составляющих один повторяющийся шаг, L_i - проецируемая на боковую ось протектора шины длина каждой канавки i, W_p - ширина шага, L_p - длина шага, и P_R - количество отдельных шагов, составляющих один повторяющийся шаг. Блоки с плотностью D_R канавок являются инверсными, например, если все измерения длины выполнены в миллиметрах, то плотность канавок в блоках измеряется в мм^-1.

[0036] Конкретные варианты реализации протектора, описанного в настоящей заявке, могут содержать один или большее количество повторяющихся шагов, и если имеется только один повторяющийся шаг, то плотность D_R канавок, определенная из Равенства (1), может быть использована в качестве плотности канавок для всего протектора. Однако, если в данной конструкции протектора имеются два и большее количество повторяющихся шагов, то плотность канавок для всего протектора может быть выражена в форме взвешенной средней плотности D_W канавок каждого из повторяющихся шагов. Взвешенная средняя плотность D_W канавок может быть определена из следующего равенства (2):

где n - количество повторяющихся шагов в протекторе, и для каждого из повторяющихся шагов (D_R)_i - плотность канавок, полученная из равенства (1), P_i -количество шагов в повторяющемся шаге, и (L_P)_i - длина шага. Разумеется, для n=1, D_W=D_R, где D_R получено из Равенства (1).

[0037] Для конкретных вариантов реализации настоящего изобретения взвешенная средняя плотность канавок находится в пределах от 9 мм^-1 до 37 мм^-1, или согласно другим вариантам реализации от 10 мм^-1 до 30 мм^-1, или от 10 мм^-1 до 27 мм^-1, от 15 мм^-1 до 30 мм^-1, или от 20 мм^-1 до 30 мм^-1. Варианты реализации могут включать длины шага от 15 мм до 35 мм или согласно другому варианту реализации от 19 мм до 29 мм. Если взвешенная средняя плотность канавок или длина шага выходят за пределы указанных заданных диапазонов, преимущество нарушения компромисса между сцеплением с сухим дорожным покрытием и сцеплением со снегом может быть уменьшено или потеряно совсем.

[0038] Как указано выше, конкретные варианты реализации согласно настоящему изобретению в значительной степени нарушают компромисс между сцеплением с сухим дорожным покрытием и сцеплением со снегом благодаря уникальному сочетанию материалов и конструкции рельефа протектора. Конструкция рельефа протектора, описанная выше, обеспечивает сочетание взвешенной плотности канавок с данным диапазоном количества шагов, которые расположены вдоль протектора шины.

[0039] В дополнение к указанному рельефу протектора, компонент материалов для протекторов шины, разрушающих компромисс между сцеплением с сухим дорожным покрытием и сцеплением со снегом, получен в результате формирования протекторов из резиновой смеси, имеющей низкую температуру стеклования (Тg), например, от -40°С до -15°С, или согласно другому варианту реализации от -40°С до -25°С, от -35°С до -20°С или от -35°С до -25°С.

[0040] Согласно конкретным вариантам реализации указанная резиновая смесь с низкой температурой Тg стеклования дополнительно может быть охарактеризована модулем G* сдвига, который при 60°С находится в пределах от 0,5 МПа до 1,1 МПа, или согласно другому варианту реализации от 0,5 МПа до 1 МПа, или от 0,6 МПа до 0,9 МПа. Ниже подробно описаны составы, подходящие для изготовления протекторов.

[0041] Подходящие составы для изготовления протекторов содержат резиновые смеси, имеющие температуру стеклования в пределах заданного диапазона, причем указанные резиновые смеси созданы на основе эластомерного диена, а также системы пластификации и системы поперечной сшивки. Эластомеры диена или резины, которые являются подходящими для использования в указанных резиновых смесях, разумеется, являются эластомерами, т.е., гомополимерами или сополимерам, полученными по меньшей мере частично из мономеров диена, т.е., мономеров, имеющих две двойные связи "углерод-углерод", причем указанные связи могут быть как сопряженными, так и несопряженными.

[0042] Указанные эластомеры диена могут быть классифицированы либо как "в основном ненасыщенные" эластомеры диена, либо как "в основном насыщенные" эластомеры диена. Используемые в настоящей заявке в основном ненасыщенные эластомеры диена представляют собой эластомеры диена, полученные по меньшей мере частично из сопряженных мономеров диена и имеющие содержание таких элементов или блоков исходных диенов (сопряженных диенов) по меньшей мере 15% молекулярной массы (мольных процентов). К категории в основном ненасыщенных эластомеров диена относятся в высшей степени ненасыщенные эластомеры диена, которые являются эластомерами диена, имеющими содержание блоков исходного диена (сопряженного диена) больше чем 50% молекулярной массы.

[0043] Эластомеры диена, которые не попадают под определение в основном ненасыщенных эластомеров диена, таким образом, являются в основном насыщенными эластомерами диена. Такие эластомеры содержат, например, бутилкаучуки и сополимеры диенов и альфа-олефинов типа EPDM. Эти эластомеры диена имеют низкое или очень низкое содержание исходного диена (сопряженных диенов), которое составляет меньше чем 15% молекулярной массы.

[0044] Варианты реализации подходящих сопряженных диенов включают, в частности, 1,3-бутадиен, 2-метил-1,3-бутадиен, 2,3-ди(алкил С₁-С₅)-1,3-бутадиены, такие как 2,3-диметил-1,3-бутадиен, 2,3-диэтил-1,3-бутадиен, 2-метил-3-этил-1,3-бутадиен, 2-метил-3-изопропил-1,3-бутадиен, арил-1,3-бутадиен, 1,3-пентадиен и 2,4-гексадиен. Варианты реализации виниловых соединений ароматического ряда содержат стирол, орто-, мета - и пара-метилстирол, стандартную смесь "винилтолуол", пара-трет-бутилстирол, метоксистиролы, хлор-стиролы, винилмезитилен, дивинилбензол и винилнафталин.

[0045] Сополимеры могут содержать диеновые блоки в пределах между 99% по массе и 20% по массе и винил-ароматические блоки в пределах между 1% по массе и 80% по массе. Эластомеры могут иметь любую микроструктуру, которая является функцией используемых условий полимеризации, в частности, присутствия или отсутствия модифицирующего и/или рандомизирующего реагентов и количеств использованных модифицирующих и/или рандомизирующих реагентов. Например, эластомеры могут быть блочными, случайными, последовательными или микропоследовательными, а также могут быть приготовлены в форме дисперсии или раствора; они могут быть соединены парными и/или звездообразными связями, или согласно другому варианту реализации могут быть функционализированы образующими парные и/или звездообразные связи или функционализирующими реагентами.

[0046] Варианты реализации подходящих диеновых эластомеров включают полибутадиены, в частности, имеющие содержание 1,2-блоков в пределах между 4% молекулярной массы и 80% мол., или имеющих содержание цис-1,4 больше чем 80% мол. Сюда также могут быть включены полиизопрены и сополимеры бутадиен/стирола, в частности, имеющие содержание стирола в диапазоне 5-50% по массе или в диапазоне 20-40% по массе, и в бутадиеновой фракции имеющие содержание 1,2-связей в диапазоне от 4% мол. до 65% мол., содержание транс-1,4-связей в диапазоне от 20% мол. до 80% мол. Сюда также могут быть включены сополимеры бутадиен/изопрена, в частности те, которые имеют содержание изопрена в диапазоне 5-90% по массе и температуру стеклования (Тg), измеренную в соответствии со стандартом ASTM D3418) от -40°С до -80°С.

[0047] Дополнительно могут быть включены сополимеры изопрена/стирола, в частности те, которые имеют содержание стирола в диапазоне от 5% по массе до 50% по массе и температуру Тg в диапазоне от -25°С до -50°С. В отношении сополимеров бутадиена/стирола/изопрена, в данный список могут быть включены те, которые имеют содержание стирола в диапазоне от 5% по массе до 50% по массе, более конкретно в диапазоне от 10% по массе до 40% по массе, содержание изопрена в диапазоне от 15% по массе до 60% по массе, более конкретно в диапазоне от 20% по массе до 50% по массе, содержание бутадиена в диапазоне от 5% по массе до 50% по массе, более конкретно в диапазоне от 20% по массе до 40% по массе, содержание 1,2-блоков фракции бутадиена в диапазоне от 4% по массе до 85% по массе, содержание транс-1,4-блоков фракции бутадиена в диапазоне от 6% по массе до 80% по массе, содержание 1,2-плюс-3,4-блоков изопреновой фракции в диапазоне от 5% по массе до 70% по массе, и содержание транс-1,4-блоков изопреновой фракции в диапазоне от 10% по массе до 50% по массе, а также, в более широком подходе, любой бутадиен/стирол/изопреновый сополимер, имеющий температуру Тg в диапазоне от -20°С до -70°С.

[0048] Диеновые эластомеры, используемые в конкретных вариантах реализации настоящего изобретения, могут быть дополнительно функционализированы, т.е., дополнены активными веществами. Варианты реализации функционализированных эластомеров включают эластомеры с силаноловыми концевыми функциональными группами, которые являются хорошо известными в области техники. Варианты реализации таких материалов и способы их создания могут быть найдены в патенте США №6,013,718, выданном 11 января 2000, который полностью включен по ссылке в настоящую заявку.

[0049] Стирол-бутадиеновый каучук с силаноловыми концевыми функциональными группами, используемый в конкретных вариантах реализации настоящего изобретения, может быть характеризован как имеющий температуру стеклования Тg, например, в диапазоне от -50°С до -10°С или согласно другому варианту реализации в диапазоне от -40°С до -15°С, или в диапазоне от -30°С до -20°С, измеренных в соответствии с дифференциальной сканирующей калориметрией (DSC) согласно стандартам ASTM E1356. Например, содержание стирола может быть в диапазоне от 15% до 30% по массе или согласно другому варианту реализации в диапазоне от 20% до 30% по массе, причем содержание винила в бутадиеновой части может быть, например, в диапазоне от 25% до 70%, или согласно другому варианту реализации в диапазоне от 40% до 65% или в диапазоне от 50% до 60%.

[0050] В итоге, подходящие диеновые эластомеры для конкретных вариантов реализации настоящего изобретения включают в высшей степени ненасыщенные диеновые эластомеры, такие как полибутадиены (BR), полиизопрены (IR), натуральный каучук (NR), сополимеры бутадиена, сополимеры изопрена и смеси указанных эластомеров. Такие сополимеры включают сополимеры бутадиена/стирола (SBR), сополимеры изопрена/бутадиена (BIR), сополимеры изопрена/стирола (SIR) и сополимеры изопрен/бутадиен/стирола (SBIR).

Подходящие эластомеры также могут включать любой из указанных эластомеров, которые являются функционализированными эластомерами.

[0051] Конкретные варианты реализации настоящего изобретения могут содержать только один диеновый эластомер и/или смесь некоторых диеновых эластомеров. Не смотря на то, что некоторые варианты реализации ограничиваются использованием одного или большего количества только в высшей степени ненасыщенных диеновых эластомеров, другие варианты реализации могут включать использование диеновых эластомеров, смешанных с синтетическим эластомером любого типа помимо диенового эластомера, или даже с полимерами, отличающимися от эластомеров, такими как, например, термопластичные полимеры.

[0052] В дополнение к резине, резиновая смесь, описанная в настоящей заявке, дополнительно может содержать усиливающий заполнитель. Усиливающие заполнители добавляют в резиновые смеси помимо прочего для улучшения их прочности на разрыв и износостойкости. Для использования в составах, описанных в настоящей заявке, может быть подходящим любой подходящий усиливающий заполнитель, включая, например, углеродную сажу и/или неорганические усиливающие заполнители, такие как двуокись кремния, с которым обычно связан образующий парные связи реагент.

[0053] Подходящие углеродные сажи включают, например, углеродные сажи типов HAF, ISAF и SAF, традиционно используемых в шинах. Подходящими являются рекомендованные ASTM активные сажи серий 100, 200 и/или 300, такие как, например, сажи N115, N134, N234, N330, N339, N347, N375, или согласно другому варианту реализации в зависимости от конкретного случая применения сажи серий более высокого качества по ASTM, таких как N660, N683 и N772.

[0054] Неорганические усиливающие заполнители включают любой неорганический или минеральный заполнитель, независимо от его цвета или происхождения (натуральный или синтетический), который без любого другого средства помимо промежуточного образующего парные связи реагента может усиливать резиновую смесь, предназначенную для изготовления шин. Такие неорганические усиливающие заполнители могут полностью или частично заменять традиционные углеродные сажи шинных сортов в резиновой смеси, предназначенной для изготовления шин. Обычно такие заполнители могут характеризоваться наличием на их поверхности гидроксильных (-ОН) групп.

[0055] Неорганические усиливающие заполнители могут иметь различные подходящие для использования формы, включая, например, порошок, микробусины, гранулы, шарики и/или любую другую подходящую форму, а также их смеси. Варианты реализации подходящих неорганических усиливающих заполнителей включают минеральные заполнители кремнистого типа, такие как двуокись кремния (SiO₂), алюминистого типа, такие как оксид алюминия (АlO₃), или их сочетания.

[0056] Известные подходящая для использования усиливающие заполнители на основе двуокиси кремния включают пирогенную, осажденную и/или в высшей степени дисперсивную двуокись кремния (известную как “HD”-двуокись кремния). Варианты реализации в высшей степени дисперсивных двуокисей кремния включают Ultrasil 7000 и Ultrasil 7005, имеющиеся в продаже в компании Degussa, двуокиси кремния Zeosil 1165MP, 1135МР и 1115МР, имеющиеся в продаже в компании Rhodia, двуокись кремния Hi-Sil EZ150G, имеющуюся в продаже в компании PPG, и двуокиси кремния Zeopol 8715, 8745 и 8755, имеющиеся в продаже в компании Huber. Согласно конкретным вариантам реализации двуокись кремния может иметь удельную поверхность по методу БЭТ, например, от 60 м²/г до 250 м²/г, или согласно другому варианту реализации от 80 м²/г до 230 м²/г.

[0057] Варианты реализации подходящих для использования усиливающих оксидов алюминия включают оксиды алюминия Baikalox A125 или CR125, имеющиеся в продаже в компании Baikowski, APA-100RDX, имеющийся в продаже в компании Condea, Алюмооксид С, имеющийся в продаже в компании Degussa, или AKP-G015, имеющийся в продаже в компании Sumitomo Chemicals.

[0058] Для связывания неорганического усиливающего заполнителя с диеновым эластомером образующий парные связи реагент, который является по меньшей мере дифункциональным, обеспечивает достаточное химическое и/или физическое соединение между усиливающим неорганическим заполнителем и диеновым эластомером. Варианты реализации таких образующих парные связи реагентов включают дифункциональные органосиланы или полиорганосилоксаны. Указанные образующие парные связи реагенты и их использование являются известными в уровне техники. Образующий парные связи реагент дополнительно может быть предварительно привит к диеновому эластомеру или неорганическому усиливающему заполнителю известным способом. Согласно другому варианту реализации он может быть смешан с резиновой смесью в своем свободном или непривитом состоянии. Одним подходящим для использования образующим парные связи реагентом является состав Х 50-S, который представляет собой смешанные в пропорции 50:50 по массе Si69 (активный ингредиент) и углеродную сажу N330, имеющийся в продаже в компании Evonik Degussa.

[0059] В резиновых смесях согласно настоящему изобретению содержание образующего парные связи реагента составляет предпочтительно от 2 до 15 м.ч., более предпочтительно от 4 до 12 м.ч. (например, от 3 до 8 м.ч.). Однако, в целом желательно минимизировать его использование. Количество образующего парные связи реагента обычно составляет от 0,5% до 15% по массе относительно общей массы усиливающего неорганического заполнителя. В случае, например, протекторов шин для пассажирских транспортных средств образующий парные связи реагент может составлять меньше, чем 12% по массе, или даже меньше, чем 10%, по массе относительно общей массы усиливающего неорганического заполнителя.

[0060] Согласно конкретным вариантам реализации количество полного усиливающего заполнителя (углеродной сажи и/или усиливающего неорганического заполнителя) составляет от 20 м.ч. до 200 м.ч. или согласно другому варианту реализации от 30 м.ч. до 150 м.ч., или от 50 м.ч. до 110 м.ч.

[0061] В дополнение к диеновому эластомеру и усиливающему заполнителю, конкретные варианты реализации резиновой смеси, описанной в настоящей заявке, дополнительно могут включать систему для придания пластичности. Система для придания пластичности может обеспечивать как улучшение технологичности резиновой смеси, так и средство для регулирования температуры стеклования и/или жесткости резиновой смеси. Подходящие системы для придания пластичности могут включать технологическое масло, пластифицирующую смолу или их сочетания.

[0062] Подходящие технологические масла могут включать масла, полученные из нефтяного сырья, которые имеют растительное основание, и их сочетания. Варианты реализации масел на нефтяной основе включают ароматические масла, вазелиновые масла, нафтеновые масла, масла MES (на основе слабо экстрагируемых сольватов), масла TDAE (на основе очищенных дистиллированных ароматических экстрактов) и другие, известные в данной области техники.

[0063] Варианты реализации подходящих растительных масел включают подсолнечное масло, соевое масло, сафлоровое масло, кукурузное масло, льняное масло и хлопковое масло. Эти масла и другие подобные растительные масла могут быть использованы как по отдельности, так и в сочетании. Согласно некоторым вариантам реализации подсолнечное масло, имеющее высокое олеиновое кислотное содержание (по меньшей мере 70% по массе, или согласно другому варианту реализации по меньшей мере 80% по массе), является подходящим для использования, такое как, например, AGRI-PURE 80, имеющееся в продаже в компании Cargill, офисы которой находятся в Миннеаполисе, штат Миннесота.

[0064] Пластифицирующая углеводородная смола представляет собой углеводородный состав, твердый при окружающей температуре (например, 23°С), в противоположность жидкому пластифицирующему составу, такому как пластифицирующее масло. Кроме того, пластифицирующая углеводородная смола является совместимой, т.е., смешивающейся с резиновой смесью, с которой смола смешивается в концентрации, которая позволяет смоле действовать в качестве настоящего пластифицирующего реагента, например, при концентрации, которая обычно составляет по меньшей мере 5 м.ч. (частей на сто частей резины по массе) или даже намного выше.

[0065] Пластифицирующие углеводородные смолы представляют собой полимеры, которые могут быть алифатическими, ароматическими или могут быть сочетаниями полимеров указанных типов, с учетом того, что полимерное основание смолы может быть сформировано из алифатических и/или ароматических мономеров. Данные смолы могут являться натуральными или синтетическими материалами и могут иметь нефтяную основу, и в таком случае указанные смолы могут быть названы нефтяными пластифицирующими смолами, или смолами, основанными на растительном сырье. Согласно конкретным вариантам реализации, не ограничивающим настоящее изобретение, данные смолы по существу могут содержать только атомы углерода и водорода.

[0066] Пластифицирующие углеводородные смолы, подходящие для использования в конкретном варианте реализации настоящего изобретения, включают смолы, которые являются гомополимерами или сополимерами циклопентадиена (СРР) или дициклопентадиена (DCPD), гомополимеров или сополимеров терпена, гомополимеров или сополимеров фракции C₅ и их смесей.

[0067] Указанные сополимерные пластифицирующие углеводородные смолы, в целом описанные выше, могут включать, например, смолы, составленные из винил-ароматических сополимеров циклопентадиена или дициклопентадиена, терпеновых сополимеров циклопентадиена или дициклопентадиена, сополимеров циклопентадиена или дициклопентадиена фракции C₅, терпеновых/винил-ароматических сополимеров, винил-ароматических сополимеров фракции С₅ и их сочетаний.

[0068] Мономеры терпена, подходящие для изготовления терпеновых гомополимерных и сополимерных смол, включают альфа-пинен, бета-пинен и лимонен. Конкретные варианты реализации включают полимеры лимоненовых мономеров, которые включают три изомера: L-лимонен (левовращающий зеркальный изомер), D-лимонен (правовращающий зеркальный изомер), или даже дипентен, рацемическая смесь правовращающего и левовращающего зеркальных изомеров.

[0069] Варианты реализации виниловых ароматических мономеров включают стирол, альфа-метилстирол, орто-, мета-, пара-метилстирол, винил-толуол, пара- третбутилстирол, метоксильные стиролы, хлоро-стиролы, виниловый 1,3,5-триметилбензол, дивинилбензол, виниловый нафталин, виниловый ароматический мономер, полученный из фракции С₉ (или, в более общем смысле, из фракций С₈-С₁₀). Конкретные варианты реализации, которые включают винил-ароматический сополимер, также включают сополимер, который содержит в небольшом количестве, выраженном в мольный долях, винил-ароматический мономер.

[0070] Конкретные варианты реализации настоящего изобретения в качестве пластифицирующей углеводородной смолы включают смолы гомополимера циклопентадиена или дициклопентадиена, смолы сополимера циклопентадиена или дициклопентадиена/стирола, смолы полилимонена, смолы сополимера стирола лимонена, смолы сополимера циклопентадиена или дициклопентадиена/лимонена, смолы сополимера фракции C₅/стирола, смолы сополимера фракции C₅/C₉ и их смеси.

[0071] Имеющиеся в продаже пластифицирующие смолы, которые включают терпеновые смолы, подходящие для использования в