輪胎部件的聚對亞苯基二甲基塗層的製作方法

2023-06-17 03:34:31

輪胎部件的聚對亞苯基二甲基塗層的製作方法
【專利摘要】實施例包括可充氣製品，所述可充氣製品包括適於與充氣氣體接觸的內表面，所述內表面由聚對亞苯基二甲基阻擋層塗布。所述聚對亞苯基二甲基阻擋層可由聚對亞苯基二甲基N、聚對亞苯基二甲基C、聚對亞苯基二甲基D、另一取代的聚對亞苯基二甲基或它們的組合形成。在特定實施例中，所述可充氣製品為輪胎。其他實施例包括具有複合層的可充氣製品，其中所述複合層中的至少兩個包括彼此交界的表面和施用至所述交界表面中的至少一個的聚對亞苯基二甲基塗層。
【專利說明】輪胎部件的聚對亞苯基二甲基塗層
【技術領域】
[0001]本發明通常涉及經塗布的橡膠製品，更特別地涉及由薄的阻擋層塗布的輪胎部件。
【背景技術】
[0002]構造各種製品(如輪胎)以保持在壓力下的空氣或其他氣體。通常，這些製品由聚合物材料製成，所述聚合物材料具有一定的彈性性質，但通常也保持略微透氣。如果不加以抑制，那麼充氣製品的透氣性將導致製品隨時間而放氣。
[0003]因此，通常有利的是可充氣製品含有阻擋層，所述阻擋層降低透氣性，並抑制氧氣穿過製品。對於輪胎，阻擋層(常常為內胎或內襯)由最好保持充氣氣體的材料製成。眾所周知，含有大部分異丁烯單元的橡膠共聚物(如丁基橡膠)能夠將充氣氣體保留在其他材料上，並因此特別期望其用作內胎或輪胎內襯。
[0004]在輪胎應用中，內襯增加輪胎的重量並增加輪胎的滾動阻力，因此，需要減小內襯的厚度或者完全消除內襯。因此，輪胎工業仍然努力尋找具有用於製造或代替內胎和內襯的改進性質的材料。

【發明內容】

[0005]本發明的特定實施例包括製品，所述製品可由充氣流體充氣，並包括適於與充氣氣體接觸的內表面，所述內表面由聚對亞苯基二甲基阻擋層塗布。所述聚對亞苯基二甲基阻擋層可由聚對亞苯基二甲基N、聚對亞苯基二甲基C、聚對亞苯基二甲基D、另一取代的聚對亞苯基二甲基或它們的組合形成。在特定實施例中，所述可充氣製品為輪胎。
[0006]所述聚對亞苯基二甲基塗層可為0.5微米至100微米之間厚，在特定實施例中，可在彈性體基材固化之前或在所述基材固化之後將所述聚對亞苯基二甲基塗層施用至所述內表面。
[0007]本發明的特定實施例包括可由充氣氣體充氣的製品，所述製品包括複合層，其中所述複合層中的至少兩個包括彼此交界的表面和施用至所述交界表面中的至少一個的聚對亞苯基二甲基塗層。在包括輪胎的實施例中，特定實施例提供如下:具有聚對亞苯基二甲基塗層的交界表面中的一個或多個可為輪胎的橡膠敷塗的簾線組件的內表面、輪胎內襯的外表面或它們的組合，其中橡膠敷塗的簾線組件的內表面與輪胎內襯的外表面交界。
[0008]本發明的特定實施例包括一種用於形成可充氣製品的方法，所述方法包括在彈性體基材上形成聚對亞苯基二甲基塗層，其中所述彈性體基材為可充氣製品的適於與充氣氣體接觸的內表面、形成製品的至少一部分的兩個複合層之間的交界表面，或它們的組合。所述方法還可包括在形成聚對亞苯基二甲基塗層的步驟之後固化所述彈性體基材的步驟，和/或在形成聚對亞苯基二甲基塗層的步驟之前固化所述彈性體基材的步驟。
[0009]通過如所附附圖所示的本發明的特定實施例的如下更詳細的描述，本發明的前述和其他目的、特徵和優點將顯而易見，在所述附圖中，相同的附圖標記表示本發明的相同的部件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為一個示例性充氣輪胎的剖視透視圖，其顯示了許多不同的材料層。
【具體實施方式】
[0011]本發明的特定實施例包括可充氣製品，所述可充氣製品具有由聚對亞苯基二甲基阻擋層塗布的表面，所述表面為例如所述可充氣製品的內表面。可充氣製品的內表面可為適於與充氣流體接觸的那些，所述流體為例如空氣和/或氮氣。任選地，對於作為材料層的複合材料的製品，由聚對亞苯基二甲基塗布的內表面可為彼此交界的複合層的表面中的一個或多個。
[0012]其他示例性實施例可包括作為可充氣製品的輪胎，所述可充氣製品具有由輪胎內襯形成的內表面，所述內襯由聚對亞苯基二甲基阻擋層塗布。其他可充氣製品可包括輪胎的內胎、運動球類(例如籃球、足球和網球)、可充氣筏、可充氣墊等。也包括製備這些製品的方法作為本發明的實施例。
[0013]當阻擋層與可充氣製品的壁結合時，該阻擋層降低製品的氣體滲透性和/或蒸汽滲透性，因此不僅通過抑制氣體洩露出製品而改進了製品的性能，還可保護製品免於其他損壞，例如由於氧遷移而導致的氧化。在本發明的特定實施例中，單獨的彈性體內襯可在可充氣製品的壁上形成，以提供可由聚對亞苯基二甲基塗布的內表面。在其他實施例中，當不存在單獨的內襯時，聚對亞苯基二甲基塗層本身可通過塗布可充氣製品的內表面而作為阻擋層，通常這種內表面為適於與充氣氣體接觸的彈性體基材。在其他實施例中，可將聚對亞苯基二甲基塗層施用至在包括材料的複合層的製品中彼此交界的一個或多個表面。
[0014]聚對亞苯基二甲基為通常用作電子工業中的塗層(例如用作電路板上的塗層)的公知材料。其也通常用作所述工業中的醫療器件的塗層。如本文所用的術語「聚對亞苯基二甲基」指屬於基於取代或未取代的對-亞二甲苯基的聚合物組的聚合物。聚對亞苯基二甲基具有重複結構_(對-CX2-C6HaY(4_a)-CX2)n-，其中X可相同或不同，並可為氫或齒素，η為10至10，000之間，a為O至4之間的整數，且Y為芳族取代基，所述芳族取代基可相同或不同，並可為通常可在芳族環上取代的任何惰性有機或無機基團，例如氨基、芳基、烷基、鏈烯基、烷氧基、羥基、硝基等，在特定實施例中，Y為諸如氯、溴、碘和/或氟的滷素。
[0015]常見的聚對亞苯基二甲基聚合物包括聚(2-氯-對-亞二甲苯基)(「聚對亞苯基二甲基C」，其中X為氫，a為3且Y為氯)、聚(對-亞二甲苯基)(「聚對亞苯基二甲基N」，其中X為氫且a為4)，和聚(2，5-二氯-對-亞二甲苯基)(「聚對亞苯基二甲基D」，其中X為氫，a為2且Y為氯)。可得的聚對亞苯基二甲基聚合物的另一例子為可得自印第安納州的特殊塗料公司(Specialty Coating Systems)的PARYLENE HT,其中X為氟且a為4。聚對亞苯基二甲基塗層為穩固的，並被描述為當在80°C下連續暴露於空氣時以及當在不存在空氣的情況下暴露於220°C的溫度時可有效許多年。PARYLENE HT在高溫下尤其穩固，並被描述為可承受在350°C下連續暴露於空氣。
[0016]聚對亞苯基二甲基、聚對亞苯基二甲基N、聚對亞苯基二甲基C和聚對亞苯基二甲基D為用於上述聚合物的通用術語。PARYLENE HT並非用於上述聚合物的通用術語，因為其為特殊塗料公司(Specialty Coating Systems)的註冊商標。取代的聚對亞苯基二甲基在本文定義為其中至少一個X、至少一個Y或它們的組合包括除了氫之外的取代基的聚對亞苯基二甲基。例如，PARYLENE HT為取代的聚對亞苯基二甲基，因為兩個附接的甲烷基團被兩個CF2基團代替，即X包括氟而非氫。
[0017]聚對亞苯基二甲基聚合物在如下過程中由二聚體形成:所述過程包括蒸發二聚體，然後熱解蒸氣二聚體，從而產生兩個亞甲基-亞甲基鍵的裂解以生成穩定的單體雙自由基。然後，蒸發的經活化的單體進入沉積室，在沉積室中材料自發聚合至基材上。示例性的真空沉積系統可得自特殊塗料公司(Specialty Coating Systems)。有利地,沉積在接近環境溫度下在沉積室中進行。特定實施例可包括(但不限制本發明)在約150°C下蒸發二聚體，在約680°C下熱解二聚體蒸氣，並在0.0lmm Hg至IOmm Hg之間的壓力下在沉積室中將聚對亞苯基二甲基沉積至基材上。
[0018]可例如通過調節表面在沉積室內暴露的時間段而控制聚對亞苯基二甲基的沉積，以在基材上生成任意合意厚度的聚對亞苯基二甲基塗層。厚度不特別進行限定，並可為用於降低表面對充氣流體通過的滲透性的特定目的的任何合適的厚度。在特定實施例中，例如，在每個表面上的聚對亞苯基二甲基阻擋層塗層可具有最小厚度至最大厚度之間的厚度，所述最小厚度和最大厚度可選自最小和最大厚度的如下列表的任意者。用於不同實施例的最小厚度可例如選自0.5微米、I微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米或7微米。用於不同實施例的最小厚度可例如選自100微米、90微米、80微米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米、20微米、10微米和5微米。
[0019]因此，特定實施例可具有5微米至60微米之間的聚對亞苯基二甲基厚度，其中5微米選自最小厚度的列表，60微米選自最大厚度的列表。厚度測量可通過已知方式(例如使用標準實驗室測微計)測量，或者通過描述於ASTM D1005-95中的方法(測量有機塗層的幹膜厚度的方法)測量。
[0020]圖1為一個示例性充氣輪胎的剖視透視圖，其顯示了許多不同的材料層，即所述輪胎包括多個複合層。輪胎10包括胎面12，所述胎面12接觸道路，並提供牽引力和良好的轉彎特性。胎圈14通常為將輪胎10錨固至車輪的不可延伸的鋼絲圈，橡膠敷塗的簾線組件16在兩個胎圈14之間延伸。橡膠敷塗的簾線組件16可由紡織線或鋼絲製得，所述紡織線或鋼絲嵌入壓延橡膠層中(即嵌入橡膠外皮中)，並作為輪胎10的主要增強材料而在胎圈14之間延伸。側壁18在胎面12與胎圈14之間延伸，從而覆蓋輪胎的橡膠敷塗的簾線組件16，並用於防止簾線免於由於側面變形而導致的損害，以及協助胎面12支撐。帶束22為設置於胎面12與橡膠敷塗的簾線組件16之間的鋼絲或織物的層，並用於加強殼體，提供更好的磨損和處理響應。
[0021]內襯24通常由基於丁基橡膠的材料製得，所述基於丁基橡膠的材料協助保持輪胎10內的充氣氣體。內襯24具有內表面24a和外表面24b，所述內表面24a與任何充氣氣體接觸，所述外表面24b顯示為倚靠橡膠敷塗的簾線組件16的內表面設置。如本文所用，任意輪胎部件的內表面為最接近輪胎內部(即朝向內襯24的內表面24a)的表面。輪胎10中的交界表面的另一例子為側壁18的內表面與橡膠敷塗的簾線組件16的外表面之間的界面。
[0022]一個示例性常規輪胎製造方法涉及如下步驟:天然和合成橡膠產品與其他化學產品(如填料、固化劑、抗氧化劑等)組合。使與織物和/或金屬簾線組合的化學組分經受各種半精加工過程，如擠出和壓延。這種半成品的例子包括內襯和橡膠敷塗的簾線，所述橡膠敷塗的簾線為嵌入橡膠外皮中的簾線。將這些半成品組裝至一個或多個輪胎成型鼓上，隨後的未固化的輪胎在硫化機中在壓力和高溫下進行固化。該製造過程的不同形式是本領域技術人員公知的，但通常這些形式包括將半成品組裝至未固化的輪胎，然後固化輪胎。
[0023]如上所述的聚對亞苯基二甲基塗層可在輪胎製造過程的數個步驟中的任意者的過程中沉積至這些輪胎/半成品表面中的一個或多個上，以提供根據本發明的各個實施例的在表面上的聚對亞苯基二甲基塗層。或者，儘管聚對亞苯基二甲基塗層不沉積至構成輪胎的複合材料的交界表面上(因為這種表面在沉積室中不暴露)，但聚對亞苯基二甲基塗層可沉積至經固化的輪胎的一個或多個表面上。
[0024]已確定，在輪胎的內表面上的極薄的聚對亞苯基二甲基塗層(如在內襯24的內表面24a上的聚對亞苯基二甲基塗層)可顯著降低可能逸出通過充氣輪胎的壁的氧氣的量。降低氧氣流動通過輪胎壁通過如下方式來保護輪胎:將輪胎保持在其適當的充氣壓力下，以及減少可能與這種氧氣接觸的輪胎內部的其他部件的氧化。這也提供了如下機會:降低內襯的厚度或完全去除內襯，從而產生減小的輪胎重量和減小的輪胎滾動阻力，而不以增加的充氣氣體通過輪胎壁滲漏為代價。在特定實施例中，當從輪胎消除內襯時，可如上詳述將聚對亞苯基二甲基塗層施用至橡膠敷塗的簾線組件的內表面。
[0025]因此，在特定實施例中，可在輪胎組裝之前或者(如果輪胎產品中不包括內襯)在輪胎組裝之後，將聚對亞苯基二甲基塗層施用至橡膠敷塗的簾線組件的內表面和/或外表面。在不具有內襯的實施例中，可在輪胎固化之前或者在其他實施例中在輪胎固化之後，將聚對亞苯基二甲基施用至組裝輪胎的橡膠敷塗的簾線。如果在輪胎固化之前施用，則橡膠敷塗的簾線組件的內表面和/或外表面可由聚對亞苯基二甲基阻擋層塗布。
[0026]同樣，如果在固化之前施用塗層，則內襯可由聚對亞苯基二甲基阻擋層在內表面和/或外表面上塗布。如果在固化之後施用，則僅有內表面可被塗布，因為在沉積室中外表面是不可到達的。
[0027]在特定實施例中，內表面和外表面均可由聚對亞苯基二甲基阻擋層塗布，以在每個表面提供更薄的塗層，但是當考慮內塗層和外塗層的厚度時，仍然提供總體更厚的塗層的效力。
[0028]在一些實施例中，可製備包括具有較少或不具有丁基橡膠的內襯的輪胎。由於丁基橡膠能夠阻止充氣氣體的遷移，因此內襯通常用至少一些丁基橡膠製得。然而，由於丁基橡膠的高滯後性，其增加輪胎的滾動阻力。在橡膠基材上具有聚對亞苯基二甲基塗層的內襯可仍然包括於輪胎中，但由特徵在於如下的材料製得:所述材料具有更低的滯後性，而不損失內襯有效阻止充氣氣體遷移的能力。
[0029]許多類型的彈性體組合物可用作由聚對亞苯基二甲基塗布的基材。除了丁基橡膠(其包括齒化的丁基橡膠)之外，彈性體組合物可包含二烯彈性體。二烯彈性體或橡膠應該理解為意指至少部分(即均聚物或共聚物)得自二烯單體(具有兩個碳-碳雙鍵的單體，不管其共軛與否)的那些彈性體。基本上不飽和的二烯彈性體應理解為意指至少部分得自共軛二烯單體，並具有大於15mol.%的二烯源(共軛二烯)成員或單元含量的那些二烯彈性體。
[0030]因此，例如，二烯彈性體，如丁基橡膠、丁腈橡膠或乙烯-丙烯二烯三元共聚物(EPDM)型或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物型的二烯與α -烯烴的共聚物不落入基本上不飽和的二烯彈性體或橡膠的前述定義中，並且可被特別地描述為「基本上飽和的」二烯彈性體或橡膠(低或極低的二烯源單元含量，即小於15mol.%)。本發明的特定實施例可包括基本上飽和的二烯彈性體和/或基本上不飽和的二烯彈性體。如前所述，丁基橡膠常用於輪胎內襯的橡膠組合物中。
[0031]高度不飽和的二烯彈性體在基本上不飽和的二烯彈性體的類別中，所述高度不飽和的二烯彈性體應理解為特別意指具有大於50mol%的二烯源(共軛二烯)單元含量的二烯彈性體。
[0032]作為高度不飽和的二烯彈性體的橡膠彈性體包括，例如，聚丁二烯(BR)、聚異戊二烯(IR)、天然橡膠(NR)、丁二烯共聚物、異戊二烯共聚物和這些彈性體的混合物。聚異戊二烯包括合成的順式-1，4聚異戊二烯，順式-1，4聚異戊二烯的特徵在於具有超過90mol.%或者超過98mol.%的順式-1，4鍵。
[0033]其他高度不飽和的橡膠彈性體包括共聚物，例如，丁二烯-苯乙烯共聚物(SBR)、丁二烯-異戊二烯共聚物(BIR)、異戊二烯-苯乙烯共聚物(SIR)、異戊二烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBIR)和它們的混合物。
[0034]如在本文特定實施例中所述的具有聚對亞苯基二甲基塗層的彈性體基材可由橡膠組合物形成，所述橡膠組合物包含上述橡膠組分中的一種或多種，以及本領域技術人員已知的配混組分。配混組分可包括，例如，摻入橡膠組合物中的諸如炭黑和/或二氧化矽的填料。其他填料也是可用的，如粘土和/或其他板狀填料。其他示例性的配混組分可包括如下的一些或全部:抗降解劑、抗氧化劑、脂肪酸、蠟、硬脂酸、氧化鋅和其他促進劑。抗降解劑和抗氧化劑的例子包括6Pro、77PD、IPro和TMQ，並可以以0.5至5phr的量添加至橡膠組合物中。氧化鋅可以以I至6phr之間或2至4phr之間的量添加。蠟可以以I至5phr之間的量添加。
[0035]基於硫或過氧化物的使用的固化體系可包含於橡膠組合物中。促進劑可包含於橡膠組合物中，以控制硫化所需的時間和/或溫度，並改進經固化的橡膠組合物的性質。促進劑的組合常常可用於改進經固化的橡膠組合物的性質，且特定實施例包括第二促進劑的添加。
[0036]如輪胎內襯和橡膠敷塗的簾線的情況那樣，用於聚對亞苯基二甲基塗層的合意的基材包括撓性和/或彈性體基材。例子包括氣球、飛船、用於汽車、卡車、自行車、農場設備的輪胎等、可充氣墊、運動球類等。
[0037]本發明通過如下實例進行進一步說明，如下實例被認為僅是說明性的而不以任何方式限制本發明。
[0038]實例I
[0039]製備用於內襯中的組合物的典型的經固化的丁基橡膠組合物的樣品。橡膠組合物包含漠丁基橡I父、炭黑(N772)、增粘樹脂和硫固化體系。經固化的樣品為150mm2xlmm厚。所有表面均暴露於聚對亞苯基二甲基沉積室，並由聚對亞苯基二甲基C塗布。然後測試樣品以確定它們的透氧性。
[0040]使用MOCON 0X-TRAN2/60滲透性測試儀在40°C下測量透氧性。將經固化樣品安裝於儀器上，並用真空脂密封，在盤的一側具有IOpsig的氮氣,在盤的另一側具有IOpsig的氧氣。使用在氮氣側的Coulox氧氣檢測器，監測氧氣濃度的增加。記錄氧氣滲透通過盤所需的時間或者氮氣側的氧氣濃度達到恆定值所需的時間，並用於確定透氧性。
[0041]表1提供了透氧性測試的結果。對照樣品(Wl)未由聚對亞苯基二甲基塗布，而三個其他樣品(F1、F2、F3)由聚對亞苯基二甲基C塗布。樣品的每個暴露表面由聚對亞苯基二甲基C塗布至表1所示的厚度。如表所示，隨著聚對亞苯基二甲基塗層厚度增加，實現了滲透性改進的顯著提高。
[0042]表1-滲透性結果
【權利要求】
1.一種可由充氣流體充氣的製品，其包括: 適於與所述充氣流體接觸的內表面，所述內表面由聚對亞苯基二甲基阻擋層塗布。
2.根據權利要求1所述的可充氣製品，其中所述可充氣製品為輪胎。
3.根據權利要求2所述的可充氣製品，其中所述內表面為彈性體內襯的內表面。
4.根據權利要求2所述的可充氣製品，其中所述內表面為輪胎的橡膠敷塗的簾線組件的內表面。
5.根據權利要求1所述的可充氣製品，其中所述可充氣製品為輪胎的內胎。
6.根據權利要求1所述的可充氣製品，其中所述聚對亞苯基二甲基阻擋層為0.5微米至100微米之間厚。
7.根據權利要求6所述的可充氣製品，其中所述聚對亞苯基二甲基阻擋層在5微米至60微米之間。
8.根據權利要求1所述的可充氣製品，其中所述聚對亞苯基二甲基阻擋層由取代的聚對亞苯基二甲基形成。
9.根據權利要求1所述的可充氣製品，其中所述聚對亞苯基二甲基阻擋層由聚對亞苯基二甲基N、聚對亞苯基二甲基C、聚對亞苯基二甲基D或它們的組合形成。
10.一種可由充氣流體充氣的製品，其包括: 複合層，其中所述複合層中的至少兩個包括彼此交界的表面； 聚對亞苯基二甲基塗層，所述聚對亞苯基二甲基塗層施用至交界表面中的至少一個。
11.根據權利要求10所述的可充氣製品，其中所述可充氣製品為輪胎。
12.根據權利要求11所述的可充氣製品，其中具有聚對亞苯基二甲基塗層的交界表面中的一個為輪胎的橡膠敷塗的簾線組件的內表面、輪胎內襯的外表面或它們的組合，且其中橡膠敷塗的簾線組件的內表面與輪胎內襯的外表面交界。
13.根據權利要求12所述的可充氣製品，其還包括內襯的內表面和塗布於所述內襯的內表面上的聚對亞苯基二甲基阻擋層。
14.根據權利要求10所述的可充氣製品，其中所述聚對亞苯基二甲基塗層為0.5微米至60微米之間厚。
15.根據權利要求10所述的可充氣製品，其中所述聚對亞苯基二甲基塗層由取代的聚對亞苯基二甲基形成。
16.根據權利要求10所述的可充氣製品，其中所述聚對亞苯基二甲基塗層由聚對亞苯基二甲基N、聚對亞苯基二甲基C、聚對亞苯基二甲基D或它們的組合形成。
17.一種用於形成可充氣製品的方法，其包括: 在彈性體基材上形成聚對亞苯基二甲基塗層，其中所述彈性體基材為可充氣製品的適於與充氣流體接觸的內表面、形成製品的至少一部分的兩個複合層之間的交界表面，或它們的組合。
18.根據權利要求17所述的方法，其還包括: 在形成所述聚對亞苯基二甲基塗層的步驟之後固化所述彈性體基材。
19.根據權利要求17所述的方法，其還包括: 在形成所述聚對亞苯基二甲基塗層的步驟之前固化所述彈性體基材。
【文檔編號】B32B27/08GK103492176SQ201180069613
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2011年3月31日 優先權日:2011年3月31日
【發明者】B·R·貝格曼 申請人:米其林集團總公司, 米其林研究和技術股份有限公司