Номер патента: 19528

Опубликовано: 30.04.2014

Авторы: Лезаж Пьер, Кюстодеро Эмманюэль

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Надувное изделие, снабженное слоем, непроницаемым к накачиваемым газам, отличающееся тем, что указанный слой содержит эластомерную композицию, содержащую, по меньшей мере, в качестве единственного эластомера или в качестве преобладающего эластомера по массе термопластичный стирольный эластомер (ТПС) и пластинчатый наполнитель, имеющий объемное содержание более 5% по объему эластомерной композиции.

2. Надувное изделие по п.1, в котором ТПС эластомер представляет собой сополимер с полистирольными и полиизобутиленовыми блоками.

3. Надувное изделие по п.2, в котором ТПС эластомер представляет собой сополимер стирол/изобутилен/стирол.

4. Надувное изделие по п.1, в котором ТПС эластомер содержит 5-50 мас.% стирола.

5. Надувное изделие по п.1, в котором температура стеклования ТПС эластомера является ниже -20°С.

6. Надувное изделие по п.1, в котором среднечисленная молекулярная масса ТПС эластомера находится в интервале от 30000 до 500000 г/моль.

7. Надувное изделие по п.1, в котором объемное содержание пластинчатого наполнителя находится в интервале от 5 до 50%.

8. Надувное изделие по п.1, в котором пластинчатый наполнитель выбран из группы, состоящей из графитов, филлосиликатов и смесей таких наполнителей.

9. Надувное изделие по п.8, в котором пластинчатый наполнитель выбран из группы, состоящей из графитов, тальков, слюд и смесей таких наполнителей.

10. Надувное изделие по п.1, в котором эластомерная композиция также содержит пластифицирующее масло для эластомера.

11. Надувное изделие по п.10, в котором пластифицирующее масло выбрано из группы, состоящей из полиолефиновых масел, парафиновых масел, нафтеновых масел, ароматических масел, минеральных масел и смесей указанных масел.

12. Надувное изделие по п.11, в котором пластифицирующее масло выбрано из группы, состоящей из полибутиленовых масел.

13. Надувное изделие по п.12, в котором пластифицирующим маслом является полиизобутиленовое масло.

14. Надувное изделие по п.10, в котором среднечисленная молекулярная масса пластифицирующего масла находится интервале от 200 до 25000 г/моль.

15. Надувное изделие по п.10, в котором содержание пластифицирующего масла составляет более 5 мас.ч. на 100 мас.ч. эластомера.

16. Надувное изделие по п.15, в котором содержание пластифицирующего масла составляет от 5 до 100 мас.ч. на 100 мас.ч. эластомера.

17. Надувное изделие по п.1, в котором газонепроницаемый слой имеет толщину более 0,05 мм.

18. Надувное изделие по п.17, в котором газонепроницаемый слой имеет толщину от 0,1 до 10 мм.

19. Надувное изделие по п.1, в котором газонепроницаемый слой расположен на внутренней стенке надуваемого изделия.

20. Надувное изделие по п.1, отличающееся тем, что указанное изделие выполнено из каучука.

21. Надувное изделие по п.20, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой пневматическую шину.

22. Надувное изделие по п.1, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой камеру.

23. Надувное изделие по п.22, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой камеру пневматической шины.

Текст

Смотреть все

Изобретение относится к надувному изделию, которое обеспечено слоем, непроницаемым к накачиваемым газам, с улучшенным гистерезисом и непроницаемостью; указанный слой содержит эластомерную композицию, содержащую, по меньшей мере, в качестве единственного эластомера или в качестве определяющего эластомера по массе термопластичный стирольный эластомер и пластинчатый наполнитель, имеющий объемное содержание более 5%. Согласно одному предпочтительному варианту термопластичный стирольный эластомер представляет собой сополимер с полистирольными и полиизобутиленовыми блоками, такой как стирол/изобутилен/ стирол, и композиция также содержит масло для наполнения для эластомера, в частности полиизобутиленовое масло. Пластинчатый наполнитель, в частности, выбран из графитов и филлосиликатов, таких как слюды, глины или тальки. Надувное изделие изобретения, в частности,представляет собой внутреннюю камеру или пневматическую шину для транспортного средства.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: КОМПАНИ ЖЕНЕРАЛЬ ДЕЗ ЭТАБЛИССМАН МИШЛЕН (FR); МИШЛЕН РЕШЕРШ Э ТЕКНИК С.А. (CH) Настоящее изобретение относится к "надувным" изделиям, т.е. по определению к изделиям, которые принимают их используемую форму, когда они накачиваются воздухом или эквивалентным накачиваемым газом. Оно относится, более конкретно, к газонепроницаемым слоям, которые обеспечивают непроницаемость указанных надуваемых изделий, в частности к пневматическим шинам. В традиционной пневматической шине "бескамерного" типа (т.е. без внутренней камеры) радиальная внутренняя поверхность содержит воздухонепроницаемый слой (или более обычно слой, который является непроницаемым к любому накачиваемому газу), который дает возможность шине быть накачиваемой и поддерживаться под давлением. Характеристики его воздухонепроницаемости обеспечивают гарантирование ею относительно низкой скорости потери давления, делая возможным содержание шины накачанной в обычном рабочем состоянии в течение достаточного времени, обычно в течение нескольких недель или нескольких месяцев. Также играет роль защита каркасного армирования и более обычно освобождение шины от риска окисления благодаря диффузии воздуха, идущего из внутреннего пространства шины. Указанную роль воздухонепроницаемого внутреннего слоя, или "внутреннего слоя", в настоящее время выполняют композиции на основе бутилкаучука (сополимера изобутилена и изопрена), давно известные своими превосходными характеристиками воздухонепроницаемости. Однако хорошо известным недостатком композиций на основе бутилкаучука или эластомера является то, что они имеют высокие гистерезисные потери в довольно широком температурном интервале,что отрицательно сказывается на сопротивлении качению пневматических шин. Снижение гистерезиса указанных воздухонепроницаемых внутренних слоев, а поэтому в итоге расхода топлива транспортных средств является общей целью, которая стоит перед современной технологией. Однако заявителями в процессе их исследований было установлено, что эластомерная композиция,иная, чем бутиловая композиция, делает возможным получение герметичных внутренних слоев, которые отвечают такой цели, когда гарантируют, что последние имеют превосходные свойства воздухонепроницаемости. Таким образом, в соответствии с первой целью настоящее изобретение относится к надувному изделию, снабженному слоем, непроницаемым к накачиваемым газам, отличающемуся тем, что указанный слой содержит эластомерную композицию, содержащую, по меньшей мере, в качестве единственного эластомера или в качестве преобладающего эластомера по массе термопластичный стирольный ТПС)(TPS эластомер и пластинчатый наполнитель, имеющий объемное содержание более 5% (% по объему композиции). По сравнению с бутилкаучуком ТПС эластомер имеет главное преимущество в том, что благодаря своей природе способен работать, когда находится в расплавленном (жидком) состоянии и, соответственно, обладает возможностью упрощенной переработки; он также совместим с использованием пластинчатого наполнителя в очень высоких количествах, что делает возможным дальнейшее улучшение воздухонепроницаемости по сравнению с решениями, известными из прототипа на основе бутилкаучука. Предпочтительно эластомерная композиция также содержит масло для наполнения для ТПС эластомера, которое улучшает интегрирование эластомерного слоя в надувное изделие путем снижения модуля упругости и увеличения клеящей способности последнего. Настоящее изобретение, в частности, относится к надувным изделиям, выполненным из каучука,таким как пневматические шины или внутренние камеры, в частности внутренние камеры для пневматических шин. Настоящее изобретение, более конкретно, относится к пневматическим шинам, предназначенным для установки на транспортных средствах пассажирского типа, спортивного (SUV) типа, двухколесных транспортных средствах (особенно мотоциклах), самолетах, промышленных транспортных средствах,выбранных из фургонов, тяжелых транспортных средств, т.е. метро, поездов, автобусов, дорожных транспортных средств (грузовых автомобилей, тягачей, трейлеров), внедорожных транспортных средств,таких как сельскохозяйственные и гражданские инженерные транспортные средства, и других транспортных и управляемых средствах. Настоящее изобретение также относится к способу герметизации надуваемого изделия по отношению к накачиваемым газам, в котором газонепроницаемый слой, как определено выше, вводится в указанное надувное изделие в процессе его изготовления или вводится в указанное надувное изделие после его изготовления. Настоящее изобретение также относится к применению в надуваемом изделии эластомерной композиции, как определено выше, в качестве слоя, непроницаемого по отношению к накачиваемым газам. Настоящее изобретение и его преимущества будут легко понятны в свете описания и типичных вариантов, которые следуют, а также из единственного чертежа, относящегося к указанным примерам, который схематически показывает в радиальном поперечном сечении пневматическую шину согласно изобретению.I. Подробное описание изобретения. В настоящем изобретении, если не указано иное, все процентные содержания (%) представляют собой % по массе. Кроме того, любой интервал значений, обозначенный выражением "между а и b", представляет собой поле значений, изменяющихся от более а до менее b (т.е. ограничивает а и b исключительно), тогда как любой интервал значений, обозначенный выражением "от а до b", означает поле значений, изменяющихся от а до b (т.е. включая определенные пределы а и b).I-1. Газонепроницаемая эластомерная композиция. Надувное изделие согласно настоящему изобретению имеет в качестве главной характеристики наличие слоя, который является непроницаемым к накачиваемым газам, который содержит, по меньшей мере, в качестве единственного эластомера или в качестве преобладающего эластомера по массе, присутствующего в указанной композиции, термопластичный стирольный эластомер, комбинированный с пластинчатым наполнителем, имеющим объемное содержание более 5%, и, необязательно, масло для наполнения указанного эластомера.I-1-A. Термопластичный стирольный эластомер. Термопластичные стирольные (ТПС) эластомеры принадлежат известным образом к семейству термопластичных эластомеров (ТПЭ). Имея структуру промежуточную между термопластичными полимерами и эластомерами, они состоят из жестких полистирольных блоков, связанных гибкими эластомерными блоками, например полибутадиеновыми, полиизопреновыми, поли(этилен-бутиленовыми) или еще полиизобутиленовыми блоками. Они часто являются трехблочными эластомерами с двумя жесткими сегментами, связанными гибким сегментом. Жесткие и гибкие сегменты могут быть в линейной, звездчатой или разветвленной конфигурации. Обычно каждый из указанных сегментов или блоков содержит по меньшей мере более 5, обычно более 10 базовых звеньев (например, стирольные звенья и изопреновые звенья для блок-сополимера стирол/изопрен/стирол). ТПС эластомер может быть выбран, в частности, из группы, состоящей из блок-сополимеров стирол/бутадиен/стирол,блок-сополимеров стирол/изопрен/стирол,блок-сополимеров стирол/изобутилен/стирол, блок-сополимеров стирол/изопрен/бутадиен/стирол, блок-сополимеров стирол/этилен-бутилен/стирол, блок-сополимеров стирол/этилен-пропилен/стирол, блок-сополимеров стирол/этилен-этилен-пропилен/стирол и смесей указанных сополимеров. Предпочтительно ТПС эластомер представляет собой сополимер с полистирольными и полиизобутиленовыми блоками. Такое определение должно пониматься как означающее любой термопластичный сополимер, содержащий по меньшей мере один полистирольный блок (т.е. один или более полистирольных блоков) и по меньшей мере один полиизобутиленовый блок (т.е. один или боле полиизобутиленовых блоков), которые могут быть или могут не быть комбинированы с другими блоками (например, полиэтиленовыми и/или полипропиленовыми блоками) и/или другими мономерными звеньями (например, ненасыщенными звеньями, такими как диеновые звенья). Еще более предпочтительно такой блок-сополимер представляет собой трехблочный блоксополимер стирол/изобутилен/стирол СИБС) (SIBS. Термин "СИБС эластомер, или сополимер" понимается в настоящем описании как означающий по определению любой трехблочный эластомер стирол/изобутилен/стирол, в котором центральный полиизобутиленовый блок может быть разъединен одним или более ненасыщенных звеньев, в частности одним или более диеновых звеньев, таких как изопреновые звенья, которые являются необязательно галогенированными. Согласно одному предпочтительному варианту изобретения массовое содержание стирола в ТПС эластомере составляет от 5 до 50%. Ниже указанного предела термопластичная природа эластомера ведет к риску быть значительно сниженной, тогда как выше рекомендованного максимума эластичность воздухонепроницаемого слоя может быть значительно ухудшена. По указанным причинам содержание стирола составляет предпочтительно от 10 до 40%, в частности 15-35%. Термин "стирол" должен пониматься в настоящем описании как означающий любой мономер на основе незамещенного или замещенного стирола; среди замещенных стиролов могут быть указаны, например, метилстиролы (например, -метилстирол, -метилстирол, параметилстирол, трет-бутилстирол),хлорстиролы (например, монохлорстирол, дихлорстирол). Предпочтительно температура стеклования (Тст) (Tg, измеренная согласно ASTM D3418) ТПС эластомера составляет ниже -20 С, более предпочтительно ниже -40 С. Значение Тст выше указанных минимальных температур может снизить характеристики воздухонепроницаемого слоя при использовании при очень низкой температуре; для такого применения Тст ТПС эластомера составляет предпочтительно даже ниже -50 С. Среднечисленная молекулярная масса (обозначаемая Mn) ТПС эластомера составляет предпочтительно от 30000 до 500000 г/моль, более предпочтительно от 40000 до 400000 г/моль. Ниже указанных минимальных значений когезия между цепями эластомера, особенно благодаря необязательному разбавлению последнего посредством масла для наполнения, рискует быть значительно ухудшенной; кроме того, увеличение температуры применения ведет к риску значительного ухудшения механических свойств, особенно свойств при разрыве, соответственно приводя к сниженным "горячим" характеристи-2 019528 кам. Кроме того, слишком высокая Mn может быть вредной с точки зрения эластичности газонепроницаемого слоя. Так, было установлено, что значение, лежащее в интервале 50000-300000 г/моль, является особенно подходящим особенно для использования композиции в пневматической шине. Среднечисленную молекулярную массу (Mn) ТПС эластомера определяют известным образом вытеснительной по размеру хроматографией ВРХ) (SEC. Образец сначала растворяют в тетрагидрофуране с концентрацией примерно 1 г/л; затем раствор фильтруют на фильтре 0,45 мкм пористости перед впрыском. Используемым прибором является хроматограф WATERS Alliance. Элюирующим растворителем является тетрагидрофуран, скорость потока составляет 0,7 мл/мин, температура системы составляет 35 С, и время анализа составляет 90 мин. Используют группу из четырех WATERS колонок в ряд,имеющих торговые марки STYRAGEL (HMW7, HMW6E и две НТ 6 Е). Впрыскиваемый объем раствора полимерного образца составляет 100 мкл. Детектором является дифференциальный рефрактометрWATERS 2410, и связанным с ним программным обеспечением для обработки хроматографических данных является система WATERS MILLENIUM. Расчетные средние молекулярные массы соотносятся с калибровочной кривой, полученной с использованием полистирольных эталонов. Показатель полидисперсности Ip (N.В.: Ip=Mw/Mn, где Mw представляет собой средневесовую молекулярную массу) ТПС эластомера составляет предпочтительно менее 3, более предпочтительно, Ip составляет менее 2. ТПС эластомер и пластинчатый наполнитель могут сами по себе составлять газонепроницаемый эластомерный слой или быть еще комбинированными в эластомерной композиции с другими эластомерами. Если в композиции используются другие необязательные эластомеры, ТПС эластомер составляет определящий эластомер по массе; он тогда предпочтительно составляет более 50 мас.%, более предпочтительно более 70 мас.% всех эластомеров, присутствующих в эластомерной композиции. Такими дополнительными эластомерами, которые составляют меньшую часть по массе, могут быть, например, диеновые эластомеры, такие как натуральный каучук или синтетический полиизопрен, бутилкаучук или термопластичные эластомеры, иные, чем термопластичные стирольные эластомеры, в пределах совместимости их микроструктур. Однако согласно одному предпочтительному варианту ТПС, в частности СИБС, эластомер является единственным эластомером, и единственный термопластичный эластомер присутствует в эластомерной композиции газонепроницаемого слоя. ТПС эластомеры могут быть переработаны традиционным образом для ТПЭ - экструзией или формованием, например, с использованием исходных материалов, доступных в форме бисера или гранул. ТПС эластомеры являются коммерчески доступными, поставляемыми, например, что касается СИБС, фирмой KANEKA под торговой маркой "SIBSTAR" (например, "Sibstar 102T", "Sibstar 103 Т" или"Sibstar 073T"). Они, например, а также их синтез описаны в патентных документах ЕР 731112,US 4946899 и US 5260383. Они были сначала разработаны для биомедицинских применений, затем описаны в различных применениях, относящихся к ТПЭ эластомерам, таких различных, как медицинское оборудование, автомобильные детали или детали для электроизделий, оболочки для электрических проводов, уплотнительные или эластичные детали (см., например, ЕР 1431343, ЕР 1561783, ЕР 1566405 иWO 2005/103146). Однако, насколько известно заявителям, ни один документ-прототип либо не описывает, либо не предполагает использование в надувном изделии, таком как пневматическая шина, эластомерной композиции, содержащей в комбинации ТПС эластомер, такой как СИБС, и более 5 об.% пластинчатого наполнителя, которая композиция оказывается довольно неожиданно способной конкурировать с традиционными композициями на основе бутилкаучука.I-1-B. Пластинчатый наполнитель. Использование пластинчатого наполнителя, имеющего объемное содержание, которое может быть особенно высоким, так как оно составляет, предпочтительно от 5 до 50%, преимущественно делает возможным снизить коэффициент проницаемости (поэтому увеличить воздухонепроницаемость) эластомерной композиции без чрезмерного увеличения ее модуля, что делает возможным сохранить легкость интегрирования воздухонепроницаемого слоя в надувное изделие. Наполнители, называемые пластинчатыми наполнителями, являются хорошо известными специалисту в данной области техники. Они используются, в частности, в пневматических шинах для снижения проницаемости традиционных газонепроницаемых слоев на основе бутилкаучука. В указанных слоях на основе бутилкаучука они обычно используются при относительно низком содержании, которое обычно не превышает 10-15 ч. на 100 ч. каучука (см., например, патентные документы US 2004/0194863,WO 2006/047509). Они обычно находятся в форме штабелированных пластин, пластинок, листов или листьев с относительно выраженной анизометрией. Их соотношение размеров (F=L/E) составляет обычно более 3, более часто более 5 или 10. L представляет собой длину (или больший размер), и Е представляет собой среднюю толщину указанных пластинчатых наполнителей, причем указанное среднее значение рассчитывается по числу. Соотношения размеров, достигающие нескольких десятков или даже сотен, являются часто встречающимися. Их средняя длина является предпочтительно больше 1 мкм (т.е. они являются тогда пластинчатыми наполнителями, известными как пластинчатые наполнители микронного уровня),обычно от нескольких микрон (например, 5 мкм) до нескольких сотен микрон (например, 500 или даже 800 мкм). Предпочтительно пластинчатые наполнители, используемые в соответствии с изобретением, выбраны из группы, состоящей из графитов, филлосиликатов и смесей таких наполнителей. Среди филлосиликатов, в частности, могут быть указаны глины, тальки, слюды, каолины, указанные филлосиликаты,возможно модифицированные или нет, например, поверхностной обработкой; в качестве примеров таких модифицированных филлосиликатов, в частности, могут быть указаны слюды, покрытые оксидом титана, и глины, модифицированные поверхностно-активными веществами ("органо-глины"). Предпочтительно используются пластинчатые наполнители, имеющие низкую поверхностную энергию, т.е. которые являются относительно аполярными, такие как выбранные из группы, состоящей из графитов, тальков, слюд и смесей таких наполнителей, причем последние являются возможно модифицированными или нет, еще более предпочтительно из группы, состоящей из графитов, тальков и смесей таких наполнителей. Среди графитов, в частности, могут быть указаны природные графиты, расширенные графиты или синтетические графиты. В качестве примеров слюд могут быть указаны слюды, поставляемые СММР (например, торговых марок Mica-MU, Mica-Soft, Briomica), вермикулиты (в частности, вермикулит торговой марки Shawatec,поставляемый СММР, или вермикулит торговой марки Microlite, поставляемый W.R. Grace), модифицированные, или обработанные, слюды (например, ряд торговой марки Iriodin, поставляемый Merck). В качестве примеров графитов могут быть указаны графиты, поставляемые Timcal (ряд торговой маркиTimrex). В качестве примеров тальков могут быть указаны тальки, поставляемые Luzenac. Пластинчатые наполнители, описанные выше, используются при высоком содержании, более 5%,предпочтительно по меньшей мере равном 10 об.% эластомерной композиции. Такое объемное содержание обычно соответствует, с учетом средней плотности используемых пластинчатых наполнителей(обычно, 2,0-3,0) и используемых ТПС эластомеров, массовому содержанию более 20 ч. на 100 ч. каучука, предпочтительно по меньшей мере равному 40 ч. на 100 ч. каучука. Для того чтобы дополнительно увеличить воздухонепроницаемость ТПС эластомерного слоя, можно использовать еще более высокое содержание пластинчатого наполнителя, по меньшей мере равное 15 об.% или даже 20 об.%, что обычно соответствует массовому содержанию, по меньшей мере равному 50 ч. на 100 ч. каучука или даже 80 ч. на 100 ч. каучука. Даже преимущественно возможно массовое содержание более 100 ч. на 100 ч. каучука. Содержание пластинчатого наполнителя, однако, составляет предпочтительно менее 50 об.%(обычно менее 500 ч. на 100 ч. каучука), верхний предел, начиная с которого могут встречаться проблемы увеличения модуля, возникновение хрупкости композиции, трудности в диспергировании наполнителя и в переработке, не указывая возможное ухудшение гистерезиса. Введение пластинчатых наполнителей в термопластичную эластомерную композицию может осуществляться в соответствии с различными известными способами, например компаундированием в растворе, компаундированием в массе в закрытом резиносмесителе или еще компаундированием с помощью экструзии.I-1C. Масло для наполнения. ТПС эластомер и пластинчатый наполнитель являются достаточными сами по себе для обеспечения непроницаемости для газов в отношении удовлетворения требований надуваемых изделий, в которых они используются. Однако согласно одному предпочтительному варианту изобретения эластомерная композиция, описанная ранее, также содержит в качестве пластификатора масло для наполнения (или пластифицирующее масло), роль которого состоит в облегчении переработки газонепроницаемого слоя, в частности его интегрирования в надувное изделие посредством снижения модуля и увеличения клеящей способности. Может использоваться любое масло для наполнения, предпочтительно имеющее слабый полярный характер, способное наполнять или пластифицировать эластомеры, в частности термопластичные эластомеры. При температуре окружающей среды (23 С) указанные масла, которые являются относительно вязкими, являются жидкостями (т.е. в качестве напоминания веществами, имеющими способность фактически принимать форму их контейнера), в противоположность, в частности, смолам, в частности смолам, повышающим клейкость, которые по природе являются твердыми веществами. Предпочтительно масло для наполнения выбрано из группы, состоящей из полиолефиновых масел(т.е. масел, получаемых в результате полимеризации олефинов, моноолефинов или диолефинов), парафиновых масел, нафтеновых масел (низкой или высокой вязкости), ароматических масел, минеральных масел и смесей указанных масел. Хотя наблюдалось, что введение масла выполняется за счет некоторой потери непроницаемости,которая варьируется в зависимости от типа и количества используемого масла, указанная потеря непроницаемости может в большой степени корректироваться путем регулирования содержания пластинчатого наполнителя. Предпочтительно используют полибутиленовое масло, в частности полиизобутиленовое (ПИБ) масло, которое показывает наилучшее согласование свойств по сравнению с другими испытанными маслами, особенно по сравнению с традиционным маслом парафинового типа. Примеры полиизобутиленовых масел включают в себя масла, поставляемые, в частности, Univar под торговой маркой "Dynapak Poly" (например, "Dynapak Poly 190"), BASF под торговыми марками"Glissopal" (например, "Glissopal 1000") или "Oppanol" (например, "Oppanol B12"); парафиновые масла поставляются, например, под торговой маркой "Telura 618" или Repsol под торговой маркой "Extensol 51". Среднечисленная молекулярная масса (Mn) масла для наполнения составляет предпочтительно от 200 до 25000 г/моль, еще более предпочтительно от 300 до 10000 г/моль. Для слишком низких значенийMn имеется риск миграции масла наружу из композиции, тогда как слишком высокие значения Mn могут привести к тому, что указанная композиция становится слишком жесткой. Значения Mn в интервале 3504000 г/моль, в частности в интервале 400-3000 г/моль, обеспечивает превосходное согласование с предназначенными применениями, в частности, для использования в пневматической шине. Среднечисленную молекулярную массу (Mn) масла для наполнения определяют вытеснительной по размеру хроматографией ВРХ) (SEC, причем образец сначала растворяют в тетрагидрофуране с концентрацией примерно 1 г/л; затем раствор фильтруют на фильтре 0,45 мкм пористости перед впрыском. Используемым прибором является хроматограф WATERS Alliance. Элюирующим растворителем является тетрагидрофуран, скорость потока составляет 0,7 мл/мин, температура системы составляет 35 С, и время анализа составляет 90 мин. Используют группу из двух WATERS колонок с торговой маркойSTYRAGEL НТ 6 Е. Впрыскиваемый объем раствора полимерного образца составляет 100 мкл. Детектором является дифференциальный рефрактометр WATERS 2410, и связанным с ним программным обеспечением для обработки хроматографических данных является система WATERS MILLENIUM. Расчетные средние молекулярные массы соотносятся с калибровочной кривой, полученной с использованием полистирольных эталонов. Специалисту в данной области техники будет известно в свете описания и вариантов, которые следуют, как регулировать количество масла для наполнения в соответствии с конкретными условиями использования газонепроницаемого эластомерного слоя, в частности, надуваемого изделия, в котором он должен использоваться. Предпочтительно содержание масла для наполнения является больше 5 ч. на 100 ч. каучука, предпочтительно 5-100 ч. на 100 ч. каучука (мас.ч. на 100 мас.ч. всего эластомера, т.е. ТПС эластомера плюс любой другой возможный эластомер, присутствующий в эластомерной композиции или слое). Ниже указанного минимума эластомерная композиция рискует иметь слишком высокую жесткость для некоторых применений, тогда как выше рекомендованного максимума имеется риск для композиции иметь недостаточную когезию и потерю непроницаемости, что может быть опасным в зависимости от рассматриваемого применения. По указанным причинам, в частности, для использования воздухонепроницаемой композиции в пневматической шине содержание масла для наполнения составляет предпочтительно более 10 ч. на 100 ч. каучука, в частности 10-90 ч. на 100 ч. каучука, даже более предпочтительно более 20 ч. на 100 ч. каучука, в частности 20-80 ч. на 100 ч. каучука.I-1D. Различные добавки. Воздухонепроницаемый слой или композиция, описанные выше, могут дополнительно содержать различные добавки, обычно присутствующие в воздухонепроницаемых слоях, известные специалисту в данной области техники. Могут быть указаны, например, упрочняющие наполнители, такие как углеродная сажа или диоксид кремния, неупрочняющие или инертные наполнители, иные, чем пластинчатые наполнители, описанные выше, красители, которые могут преимущественно использоваться для окрашивания композиции, пластификаторы, иные, чем вышеуказанные масла для наполнения, смолы, повышающие клейкость, стабилизаторы, такие как антиоксиданты или антиозонанты, УФ-стабилизаторы,различные технологические добавки или другие стабилизаторы, или еще промоторы, способные усиливать адгезию к остатку структуры надуваемого изделия. Кроме эластомеров (ТПС эластомер и другие возможные эластомеры), описанных выше, газонепроницаемая композиция может также содержать, всегда в незначительной массовой фракции по отношению к ТПС эластомеру, полимеры, иные, чем эластомеры, такие как, например, термопластичные полимеры, совместимые с ТПС эластомером. Газонепроницаемый слой или композиция, описанные выше, представляет собой соединение, которое является твердым (при 23 С) и эластичным, которое особенно характеризуется благодаря своей специальной рецептуре очень высокой эластичностью и очень высокой деформируемостью. Согласно одному предпочтительному варианту изобретения указанные газонепроницаемый слой или композиция имеют секущий модуль при растяжении при 10% удлинении (обозначаемый М 10), который составляет менее 2 МПа, более предпочтительно менее 1,5 МПа (особенно менее 1 МПа). Указанное количество измеряется при первом удлинении (т.е. без аккомодационного цикла) при температуре 23 С со скоростью растяжения 500 мм/мин (стандарт ASTM D412) и приводится к начальному поперечномуI-2. Использование воздухонепроницаемого слоя в пневматической шине. Композиция на основе ТПС эластомера, описанная выше, может использоваться в качестве воздухонепроницаемого слоя в любом типе надуваемого изделия. В качестве примеров таких надуваемых изделий могут быть указаны надувные лодки, шары или мячи, используемые для игр и спорта. Указанная композиция является особенно подходящей для использования в качестве воздухонепроницаемого слоя (или слоя, который является непроницаемым для любого другого накачиваемого газа,например азота) в надуваемом изделии, где готовый или полуготовый продукт выполнен из каучука наиболее часто в пневматической шине для транспортного средства, такого как двухколесное, пассажирское или промышленное транспортное средство. Такой воздухонепроницаемый слой предпочтительно размещается на внутренней стенке надувного изделия, но он также может быть полностью интегрирован во внутреннюю структуру. Толщина воздухонепроницаемого слоя составляет предпочтительно более 0,05 мм, более предпочтительно от 0,1 до 10 мм (особенно от 0,1 до 1,0 мм). Будет легко понятно, что в зависимости от отдельных областей применения и от размеров и введенного давления способ осуществления изобретения может варьироваться, воздухонепроницаемый слой тогда имеет несколько предпочтительных интервалов толщины. Так, например, в случае шин пассажирского автомобиля можно иметь толщину по меньшей мере 0,4 мм, предпочтительно 0,8-2 мм. В соответствии с другим примером в случае шин тяжелого или сельскохозяйственного транспортного средства предпочтительная толщина может быть в интервале 1-3 мм. В соответствии с другим примером в случае пневматических шин для транспортных средств в отрасли гражданского строительства или для авиации предпочтительная толщина может быть в интервале 2-10 мм. По сравнению с обычным воздухонепроницаемым слоем на основе бутилкаучука воздухонепроницаемый слой согласно настоящему изобретению имеет преимущество обладания не только более низким гистерезисом, а поэтому обладания сниженным сопротивлением качению пневматических шин, но также непроницаемостью, которая является, по меньшей мере, равной, если не значительно улучшенной, как показано в следующих типичных вариантах.II. Типичные варианты изобретения. Газонепроницаемый слой, описанный выше, может преимущественно использоваться в пневматических шинах всех типов транспортных средств, в частности пассажирских транспортных средств или промышленных транспортных средств, таких как тяжелые транспортные средства. В качестве примера единственный прилагаемый чертеж показывает очень схематически (не показан масштаб) радиальное поперечное сечение пневматической шины согласно изобретению. Пневматическая шина 1 имеет обод 2, упрочненный упрочнением обода или лентой 6, две боковые стенки 3 и два борта 4, причем каждый из указанных бортов 4 упрочнен проволокой борта 5. Обод 2 увенчан протектором (не показано на схематическом чертеже). Каркасное упрочнение 7 обматывается вокруг двух проволок борта 5 в каждом борте 4, причем рубец 8 указанного упрочнения 7 лежит, например, к наружной стороне пневматической шины 1, которая здесь показана установленной на ее ободе 9. Каркасное упрочнение 7 состоит, как известно само по себе, по меньшей мере из одного слоя, упрочненного кордами, называемыми "радиальными" кордами, например тканевыми или металлическими кордами, т.е. указанные корды расположены практически параллельно друг другу и идут от одного борта к другому, так что образуют угол 80-90 с круговой срединной плоскостью (плоскостью, перпендикулярной оси вращения пневматической шины, которая расположена на среднем расстоянии двух бортов 4 и проходит через середину упрочнения обода 6). Внутренняя стенка пневматической шины 1 содержит воздухонепроницаемый слой 10, например,имеющий толщину, равную примерно 0,9 мм, на стороне внутренней полости 11 пневматической шины 1. Внутренний слой (или "внутренний вкладыш") покрывает всю внутреннюю стенку пневматической шины, проходя от одной боковой стенки к другой, по меньшей мере, до фланца обода, когда пневматическая шина находится в установленном положении. Он определяет радиальную внутреннюю сторону указанной пневматической шины, предназначенную для защиты каркасного упрочнения от диффузии воздуха, идущего из внутреннего пространства 11 пневматической шины. Он определяет способность пневматической шины быть накачанной и поддерживаться под давлением. Его свойства воздухонепроницаемости должны обеспечивать им гарантирование низкой скорости потери давления и делать возможным поддержание пневматической шины накачанной в обычном рабочем состоянии в течение достаточного времени, обычно в течение нескольких недель или нескольких месяцев. В отличие от традиционной пневматической шины, которая использует композицию на основе бутилкаучука, пневматическая шина согласно настоящему изобретению использует в данном примере в качестве воздухонепроницаемого слоя 10 эластомерную композицию, содержащую СИБС эластомер("Sibstar 102T" с содержанием стирола около 15%, Тст около -65 С и Mn около 90000 г/моль), наполненный, например, ПИБ маслом (например, 55 ч. масла "Dynapak Poly 190" на 100 ч. каучука с Mn около 1000 г/моль), а также более 5 об.% пластинчатого наполнителя (например, 33 ч. слюды "Iriodin 153" на 100 ч. каучука). Пневматическая шина, обеспеченная ее воздухонепроницаемым слоем 10, как описано выше, может быть получена до или после вулканизации (или отверждения). В первом случае (т.е. до вулканизации пневматической шины) воздухонепроницаемый слой просто наносят обычным образом на желаемое место с тем, чтобы образовать слой 10. Затем традиционным образом проводят вулканизацию. ТПС эластомеры являются хорошо способными выдерживать напряжения, связанные со стадией вулканизации. Один предпочтительный вариант изготовления для специалиста в области пневматических шин заключается, например, в процессе первой стадии, в укладывании воздухонепроницаемого слоя непосредственно на цилиндрическую часть конструкции в форме тонкого слоя с подходящей толщиной перед тем, как это покрывается остальной частью конструкции пневматической шины, в соответствии с технологией изготовления, хорошо известной специалисту в данной области техники. Во втором случае (т.е. после отверждения пневматической шины) воздухонепроницаемый слой наносят на внутреннюю часть пневматической шины, отвержденной любым подходящим способом, например соединением, напылением или еще экструзией и пневмоформованием пленки подходящей толщины.II-1. Испытания на непроницаемость. В последующих примерах характеристики воздухонепроницаемости были сначала исследованы на экспериментальных образцах композиций на основе бутилкаучука, с одной стороны, и на ТПС эластомере, с другой стороны (с и без масла для наполнения, что касается ТПС эластомера, и с пластинчатыми наполнителями различной природы и различным содержанием). Для указанных исследований используют жесткостенный пермеаметр, помещенный в термошкаф(температура 60 С в настоящем случае), оборудованный датчиком относительного давления (калиброванным в интервале от 0 до 6 бар (0-600 кПа и соединенный с трубой, оборудованной клапаном для накачивания. В пермеаметр могут устанавливаться стандартные экспериментальные образцы в форме диска (например, имеющие диаметр 65 мм в настоящем случае) и с однородной толщиной, которая может составлять до 3 мм (0,5 мм в настоящем случае). Датчик давления соединяется с National Instruments прибором сбора данных (0-10V аналоговый четырехканальный сбор данных), который соединен с компьютером, выполняет непрерывный сбор данных с частотой 0,5 Гц (1 точка каждые 2 с). Коэффициент проницаемости (K) измеряют по кривой линейной регрессии, дающей наклонпотери давления через экспериментальный образец, испытанный как функция от времени, после стабилизации системы, т.е. после получения устойчивого состояния, после которого давление снижается линейно как функция от времени. А) Эксперимент 1. Получают газонепроницаемые композиции, содержащие СИБС эластомер ("Sibstar 102T"), ПИБ масло ("Dynapak 190") и различные количества пластинчатого наполнителя ("Iriodin 153", слюда, покрытая оксидом титана) (пластинчатый наполнитель, вводимый в ТПС и ПИБ, предварительно помещают в раствор в органический растворитель, такой как циклогексан). Затем их сравнивают с традиционной композицией для внутреннего слоя на основе бутилкаучука и углеродной сажи (без пластинчатого наполнителя). Непроницаемость определяют на экспериментальных образцах в соответствии с методикой,описанной выше. Их рецептура и относительные характеристики по сравнению с контрольной на основе бутилкаучука (композиция С-1) приводятся в табл. 1. Содержание пластификатора выражается в мас.ч. на 100 мас.ч. каучука, содержание пластинчатого наполнителя выражается в мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (по отношению к массе СИБС эластомера), а также в об.% (по отношению к общему объему ТПС эластомерной композиции). Таблица 1 Поэтому только композиции С-4-С-7 являются композициями в соответствии с изобретением. Во-первых, должно быть отмечено, что ТПС эластомер в отдельности (композиция С-2), используемый без пластинчатого наполнителя или масла для наполнения, уже имеет очень хорошую непрони-7 019528 цаемость, поскольку она эквивалентна непроницаемости обычной композиции на основе бутилкаучука(композиция С-1). Это уже представляет замечательный результат для такого материала. Ее модуль М 10 является примерно на 10% меньше, чем модуль М 10 контрольной композиции (1,4 МПа по сравнению с 2,3 МПа). Введение полиизобутиленового масла в СИБС эластомер, предназначенное для облегчения, как описано выше, переработки и интегрирования газонепроницаемого слоя в надувное изделие, особенно в силу снижения модуля и увеличения клейкости указанной композиции, однако, выполняется за счет заметной потери непроницаемости (снижение примерно в два раза в композиции С-3). Должно быть отмечено, что в присутствии традиционного масла, такого как парафиновое масло, указанная потеря непроницаемости является даже более заметной (снижение примерно в четыре раза относительно контрольной); это обусловлено тем, что комбинация ТПС эластомера, такого как СИБС, и полибутиленового масла, такого как ПИБ, обеспечивает обладанием наилучшим согласованием свойств. Потеря непроницаемости, однако, в значительной степени корректируется в композициях согласно настоящему изобретению в силу присутствия пластинчатого наполнителя: так, композиции С-4-С-7 неожиданно делают возможным даже в присутствии масла для наполнения иметь уровень непроницаемости, значительно больший, чем у контрольной композиции (С-1) на основе бутилкаучука. Отмечено, например, что содержание пластинчатого наполнителя, по меньшей мере равное примерно 15-20 об.%(обычно массовое содержание выше примерно 80-120 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука), делает возможным увеличить непроницаемость в два-три раза относительно контрольного варианта. В) Эксперимент 2. Получают другие эластомерные композиции, содержащие СИБС эластомер ("Sibstar 102T"), ПИБ масло ("Dynapak 190") и различные количества пластинчатого наполнителя графитового типа ("TimrexBNB90"); причем СИБС и ПИБ предварительно смешивают экструзией с использованием двухшнекового экструдера перед введением пластинчатого наполнителя в смесь СИБС и ПИБ в закрытом резиносмесителе. Их рецептура и их относительные характеристики в сравнении с контрольной на основе бутилкаучука (композиция С-8) приводятся в табл. 2. Содержание ПИБ масла выражается в мас.ч. на 100 мас.ч. каучука, содержание пластинчатого наполнителя выражается в мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (по отношению к массе СИБС эластомера), а также в об.% (по отношению к общему объему композиции). Таблица 2 Только композиции С-12 и С-13, содержащие более 5 об.% (т.е. более примерно 20 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука) пластинчатого наполнителя, являются композициями в соответствии с изобретением. Результаты, приведенные в табл. 2, подтверждают результаты, приведенные в предыдущей табл. 1,а именно, что специальная рецептура композиций согласно настоящему изобретению (С-12 и С-13) делает возможным достигнуть уровень непроницаемости, по меньшей мере, равный, если не больший, чем уровень непроницаемости контрольной композиции, выполненной из бутилкаучука (С-8). Композиция С-11 не делает возможным получить удовлетворительную непроницаемость благодаря массовому содержанию пластинчатого наполнителя менее 20 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (19 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука, соответствующее объемному содержанию 5%), что представляет, однако, обычное содержание для традиционных композиций на основе бутилкаучука, которые содержат пластинчатые наполнители.II-2. Испытания пневматических шин. После указанных выше лабораторных испытаний изготавливают пневматические шины согласно настоящему изобретению типа для пассажирского транспортного средства (размер 195/65 R15), причем их внутреннюю стенку покрывают воздухонепроницаемым слоем 10, имеющим толщину 0,9 мм (наносят на цилиндрическую часть конструкции перед изготовлением остальной части шины). Затем шины вулканизуют. Указанный воздухонепроницаемый слой 10 формуют из СИБС, наполненный ПИБ маслом в количестве 55 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука, который содержит пластинчатый наполнитель (33 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука, т.е. примерно 7 об.%, слюды "Iriodin 153"). Указанные пневматические шины согласно настоящему изобретению сравнивают с контрольными пневматическими шинами (серия Michelin "Energy 3"), содержащими традиционный воздухонепрони-8 019528 цаемый слой такой же толщины на основе бутилкаучука. Определяют непроницаемость двух типов шин(потерю давления при 20 С через 4 недели); она является одинакового уровня. Сопротивление качению пневматических шин определяют на маховом колесе согласно методуISO 8767 (1992). Установлено, что пневматические шины изобретения имеют сопротивление качению,которое является значительно сниженным, и неожиданно для специалиста в данной области техники почти на 4% по сравнению с контрольными пневматическими шинами. В заключение настоящее изобретение предоставляет разработчикам пневматических шин благоприятную возможность очень значительно снизить гистерезис воздухонепроницаемых внутренних слоев,а поэтому снизить расход топлива транспортных средств, укомплектованных такими шинами, при обеспечении непроницаемости, которая, по меньшей мере, является равной, если не большей, чем непроницаемость, полученная с традиционным воздухонепроницаемым слоем, выполненным из бутилкаучука. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Надувное изделие, снабженное слоем, непроницаемым к накачиваемым газам, отличающееся тем,что указанный слой содержит эластомерную композицию, содержащую, по меньшей мере, в качестве единственного эластомера или в качестве преобладающего эластомера по массе термопластичный стирольный эластомер (ТПС) и пластинчатый наполнитель, имеющий объемное содержание более 5% по объему эластомерной композиции. 2. Надувное изделие по п.1, в котором ТПС эластомер представляет собой сополимер с полистирольными и полиизобутиленовыми блоками. 3. Надувное изделие по п.2, в котором ТПС эластомер представляет собой сополимер стирол/изобутилен/стирол. 4. Надувное изделие по п.1, в котором ТПС эластомер содержит 5-50 мас.% стирола. 5. Надувное изделие по п.1, в котором температура стеклования ТПС эластомера является ниже 20 С. 6. Надувное изделие по п.1, в котором среднечисленная молекулярная масса ТПС эластомера находится в интервале от 30000 до 500000 г/моль. 7. Надувное изделие по п.1, в котором объемное содержание пластинчатого наполнителя находится в интервале от 5 до 50%. 8. Надувное изделие по п.1, в котором пластинчатый наполнитель выбран из группы, состоящей из графитов, филлосиликатов и смесей таких наполнителей. 9. Надувное изделие по п.8, в котором пластинчатый наполнитель выбран из группы, состоящей из графитов, тальков, слюд и смесей таких наполнителей. 10. Надувное изделие по п.1, в котором эластомерная композиция также содержит пластифицирующее масло для эластомера. 11. Надувное изделие по п.10, в котором пластифицирующее масло выбрано из группы, состоящей из полиолефиновых масел, парафиновых масел, нафтеновых масел, ароматических масел, минеральных масел и смесей указанных масел. 12. Надувное изделие по п.11, в котором пластифицирующее масло выбрано из группы, состоящей из полибутиленовых масел. 13. Надувное изделие по п.12, в котором пластифицирующим маслом является полиизобутиленовое масло. 14. Надувное изделие по п.10, в котором среднечисленная молекулярная масса пластифицирующего масла находится интервале от 200 до 25000 г/моль. 15. Надувное изделие по п.10, в котором содержание пластифицирующего масла составляет более 5 мас.ч. на 100 мас.ч. эластомера. 16. Надувное изделие по п.15, в котором содержание пластифицирующего масла составляет от 5 до 100 мас.ч. на 100 мас.ч. эластомера. 17. Надувное изделие по п.1, в котором газонепроницаемый слой имеет толщину более 0,05 мм. 18. Надувное изделие по п.17, в котором газонепроницаемый слой имеет толщину от 0,1 до 10 мм. 19. Надувное изделие по п.1, в котором газонепроницаемый слой расположен на внутренней стенке надуваемого изделия. 20. Надувное изделие по п.1, отличающееся тем, что указанное изделие выполнено из каучука. 21. Надувное изделие по п.20, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой пневматическую шину. 22. Надувное изделие по п.1, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой камеру. 23. Надувное изделие по п.22, отличающееся тем, что указанное изделие представляет собой камеру пневматической шины.

МПК / Метки

МПК: B60C 1/00

Метки: надувное, изделие

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-19528-naduvnoe-izdelie.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Надувное изделие</a>

Похожие патенты