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Die Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einer Laufzone und einer gegossenen Karkasse mit mindestens teilweise verstärkungsgewebefreien Seitenwänden, sowie ein Verfahren zur Herstellung seiner Karkasse.
Der erfindungsgemässe Luftreifen ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände aus einer Anzahl von Lagen aus flexiblem Polymermaterial mit einem berechneten Molekulargewicht von mindestens 10000 und einer Shore A Durometerhärte von mindestens 20 bestehen, wobei eine Reihe dieser Lagen Polymermaterial mit niederem Festigkeitsmodul enthält, das eine Young-Biegefestigkeit von etwa 700 bis etwa 35000 kPa aufweist, zwischen Lagen mit niederem Festigkeitsmodul Lagen mit höherem Festigkeitsmodul angeordnet sind, die Polymermaterial mit einer Young-Biegefestigkeit von etwa 21000 bis etwa 700000 kPa enthalten, und wobei die Young-Biegefestigkeit der Lagen mit höherem Festigkeitsmodul mindestens doppelt so hoch ist wie die der nächsten benachbarten Lagen mit niederem Festigkeitsmodul.
Die Erfindung betrifft somit einen laminierten Luftreifen, der frei von verstärkenden Gewebeeinlagen sein kann und der aus einer Anzahl von alternierenden Lagen aus Polymermaterial mit hohem Festigkeitsmodul und Polymermaterial mit niedrigem Festigkeitsmodul besteht, wobei als Beispiele für Polymermaterial mitniederem Festigkeitsmodul synthetischer Kautschuk und Polyurethankautschuk sowie Elastoplaste, undals Beispiele für Material mit hohem Festigkeitsmodul verschiedene Elastoplaste, sowie Polycarbonate, Nylon, Epoxydharze und Polystyrol genannt werden. Durch die alternierenden harten und weichen Schichten erhält der Reifen die angestrebte Lebensdauer und Biegereissfestigkeit. Die Polymerlagen mit niedrigem Festigkeitsmodul im Reifen können eine Young-Biegefestigkeit von 2100 bis 14000 kPa oder darüber aufweisen.
Die Lagen mithohemFestigkeitsmodul des Reifens können eine Young-Biegefestigkeit von 21000 bis 350000kPa oder darüber aufweisen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Karkasse dieses Reifens ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass auf eine ringförmige Form eine erste durchgehende Lage und anschliessend eine zweite durchgehende Lage aus Polymermaterial aufgebracht und dieser Vorgang unter Ausbildung eines härtbaren Laminates wiederholt wird, das dann unter Hitzeeinwirkung in einer toroidalen Gestalt gehärtet wird, wobei jede Lage im gehärteten Polymermaterial ein berechnetes Molekulargewicht von mindestens 10000 und eine Shore A Durometerhärte von mindestens 20 aufweist und eine Anzahl dieser Lagen mit einem niederen Festigkeitsmodul vorgesehen ist, deren Young-Biegefestigkeit etwa 700 bis etwa 35000 kPa beträgt, und zwischen den Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul weitere Lagen angeordnet sind, die einen Zugfestigkeitmodul bei 10% Längung aufweisen,
der in einer Richtung mindestens das Doppelte des entsprechenden Moduls der Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul in dieser Richtung beträgt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung dieses Reifens werden demgemäss die einzelnen Schichten aus flüssigen Polymermaterialien, z. B. aus fliissigem Polyurethanpolymeren, gebildet, und der Reifen wird in einer Form hergestellt, wo die Lagen durch Aufsprühen oder anderes Aufbringen des flüssigen Polymeren auf die Innenwand der Form gebildet werden, während die Form gedreht wird, oder auf andere Weise eine drehende Relativbewegung zwischen der AufbringvorrichtungundderFormhergestelltwird.
Die Erfindung betrifft somit Luftreifen, die Abschnitte aufweisen, in denen keine verstärkenden Gewebeeinlagen vorgesehen sind, und insbesondere laminierte Luftreifen, die harte und weiche Lagen aufweisen, die so angeordnet sind, dass eine hohe Biegereissfestigkeit erzielt wird.
In der Reifenindustrie ist es seit langer Zeit bekannt, dass gewebeverstärkte Luftreifen viele Nachteile aufweisen und dass es wünschenswert wäre, einen verstärkungsfreien Reifen zu schaffen, der mittels eines weniger aufwendigen Arbeitsverfahrens herstellbar ist. Das konventionelle Verfahren zur Herstellung von Luftreifen ist nicht nur langsam und teuer, wobei zur Herstellung jedes Reifens eine oder mehrere Gummiarten und/oder Verstärkungsgewebe separat verarbeitet werden müssen, die verschiedenen Lagen kalandriert und aufgebracht sowie endlich alle Komponenten von Hand aus zum Reifen zusammengestellt werden müssen, sondern das konventionelle Luftreifenherstellungsverfahren eignet sich auch nicht dazu, auf irgendeine Weise automatisiert zu werden, was die Arbeitskosten verringern sowie die Qualität und die Einheitlichkeit der Reifen verbessern wurde.
Ein weiterer Grund für zu hohe Herstellungskosten bei der normalen Reifenherstellung ist der grosse Platzbedarf, dies an erster Stelle durch die vielen grossen Vulkanisierpressen, in denen jeweils ein grüner Reifen nach dem andern gehärtet wird, was jeweils von etwa 12 min bis mehr als 20 min Zeit beansprucht, und zweitens durch die Vorrichtungen zum Verarbeiten und Mischen des Kautschuks wie z. B. Mühlen, Banbury-Mischer, Extruder, Kalander und Reifenherstellungsmaschinen.
Weitere Probleme, die sich bei der Herstellung konventioneller gewebeverstärkter Reifen ergeben, resultieren aus der Schwierigkeit, die vielen Komponenten des Reifens gleichmässig anzuordnen, sowie den zylindrischen Vorformling auf der flachen Trommel durch einheitliche Ausdehnung in die endgültige, toroidale Form zu bringen. Mit dem laminierten Reifen der Erfindung werden einige dieser Probleme beseitigt.
Auf der Suche nach einer Reifenbauart und Herstellungsmethode, bei der keine Laminierung von Kordgeweben und Kautschukbestandteilen sowie der nachfolgende, von Hand aus durchzuführende Aufbau von Gewebelagen nötig ist, wurde seitens der Reifenindustrie versucht, zumindest die Reifenkarkasse durch For-
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men oder Giessen eines flüssigen Polymeren, z. B. eines Polyurethans, in die geeignete Form herzustellen. Der in der US-PS Nr. 2,902, 072 beschriebene Reifen weist eine Lauffläche sowie innere und äussere Seitenwände auf, wobei der Zwischenraum zwischen den inneren und äusseren Seitenwänden durch zelliges Poly- urethan gefüllt ist.
Die US-PS Nr. 3, 208, 500 beschreibt die Herstellung einer Luftreifenkarkasse durch Formen eines Polyurethans oder Polyamids zu einer einzigen, im allgemeinen homogenen Schicht. Die US-PS
Nr. 3, 274, 322 beschreibt ein Verfahren zum Fliessformen eines Materials wie z. B. Polyurethan, unter Verwendung einer Abstreifrakel, wobei ein Materialstreifen hergestellt wird, der anschliessend zu einer Reifenkarkasse geformt werden kann. Die US-PS Nr. 3,386, 485 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines gewebefreien Luftreifens aus einem aus einer Anzahl vorgeschlagener Polymeren und Copolymeren ausgewählten Material durch getrenntes Ausformen der ringförmigen Hälften eines Reifens, wobei diese beiden Hälften anschliessend in einer andern Presse miteinander verbunden werden.
Die US-PS Nr. 3, 396, 773 beschreibt die Anwendung der Zentrifugalgiesstechnik zur Herstellung eines Reifens, von dem angegeben wird, dass er eher ein Vollreifen als ein Luftreifen ist. Das allgemeine Konzept des Zentrifugalgiessens bei der Herstellung von Luftreifen ist in der US-PS Nr. 3, 555, 141 beschrieben, welche ein Verfahren offenbart, bei dem eine erhitzte Form, deren innere Oberfläche der äusseren Form des Reifens entspricht, in Drehung versetzt wird, während flüssiges Polyurethan in die Form eingebracht wird.
Durch die Drehung der Form beginnt das Polyurethan in der Form zu fliessen und bedeckt die gesamte innere Oberfläche der Form, wobei eine feste Schablone, die die Form des Innenprofils des Reifens hat, dazu dient, das Material in derselben Weise wie eine Abstreifrakel zu verteilen. In der US-PS Nr. 3,701, 374 wird eine verstärkungsgewebefreie Luftreifenkarkasse beschrieben, die aus einem Polyurethan und einem andern Elastomeren bestehen kann, sowie Verfahren, um den Reifen mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften herzustellen.
Die DE-OS 2416185 betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kraftfahrzeugreifen aus flüssigen aushärtenden Kunststoffen, bei dem das Reaktionsgemisch aus in der Form beweglich angeordneten Düsen auf die Forminnenwand aufgesprüht wird. Zu diesem Zweck kann die Düseneinheit und/oder die Form eine Rotationsbewegung ausführen. Zur Bildung der Lauffläche und des Wulstbereiches des Reifens können die Düsen einleitend mit einem besonderen Reaktionsansatz. beschickt werden. Die Patentschrift enthält keinen Hin-
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flächenmischung in die Form gestopft und dann die Karkasse an die Lauffläche angegossen wird, worauf die Vulkanisierung des Gesamtreifens erfolgt. Ein Schichtaufbau der Karkasse ist nicht vorgesehen.
In ähnlicher Weise betrifft die US-PS Nr. 3, 833, 043 einen Luftreifen ohne Verstärkungseinlagen abge- sehen von Wülsten, bei dem Laufflächenzone und Karkasse aneinander angeformt oder angegossen werden sowie der Gesamtreifen dann vulkanisiert wird, und bei dem Laufflächenzone und Karkasse in üblicher Weise aus verschiedenen Mischungen bestehen. Wieder ist keine mehrlagige Karkasse geoffenbart.
Obwohl viele der bei der konventionellen Reifenherstellung auftretenden Probleme durch die Herstellung von Reifen in Übereinstimmung mit den obigen Druckschriften verringert oder vermieden werden können, gibt es auch bei der Herstellung der gegossenen Reifen, wie sie in den obigen Patentschriften erläutert werden, eine Reihe ernsthafter Probleme, und die Verwendung dieser besonderen Reifen hat sich nicht verbreitet. Von der Seite der Lebensdauer des Reifens her betrachtet, ist das Hauptproblem der gegossenen Reifen das Biegeermiidungs versagen. DerAuf lagebereich eines Reifens wird durch das Gewicht des Fahrzeuges verformt, so dass während der Benutzung des Reifens der Gummi in diesem Bereich kontinuierlich einer Biegebeanspruchung unterworfen ist.
Bei konventionellen gewebeverstärkten Reifen nimmt das Stützgewebe beispielsweise mindestens 85% des Aufblasdruckes auf, wogegen der Gummi selbst weniger als 15% davon aufnimmt. Soll nun die Gewebeverstärkung ohne Veränderung der allgemeinen Reifenform weggelassen werden, würde es notwendig sein, einen Gummi mit höherem Festigkeitsmodul einzusetzen, damit der Reifen seine
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ten die Tendenz, dass sich ein Riss ausbildet, der während der fortgesetzten Biegebeanspruchung des Reifens so lange grösser wird, bis der Reifen platzt oder zumindest gefährlich wird. Bei Verwendung einer Gewebeverstärkung ist es möglich, weichere Gummiarten zu verwenden, bei denen sich dieses ernste Biegeermü- dungsproblem nicht zeigt.
Bei der Herstellung eines gewebeeinlagenfreien Reifens unter Verwendung von steiferen Polymeren, die nunmehr die notwendige Widerstandsfähigkeit haben müssen, ist jedoch die Biegeermüdung ein extrem ernstes Problem. Versuchsergebnisse bezüglich gewebeeinlagenfreier Reifen zeigen, dass diese Reifen grundsätzlich infolge von Biegungsrissen in den Seitenwänden versagen.
Gemäss der Erfindung erhält man einen verbesserten Reifen dadurch, dass eine neue laminierte Karkassenkonstruktion vorgeschlagen wird, bei der eine Reihe von Lagen aus einem Polymermaterial mit einem relativ geringen Zugfestigkeitsmodul, sowie eine Reihe von Lagen aus Polymermaterial mit einem relativ
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hohen Zugfestigkeitsmodul, wie z. B. zwischen 35000 bis 350000 kPa,-eingesetzt werden. Diese einzelnen
Lagen werden vorzugsweise alternierend und in einer solchen Art und Weise vorgesehen, dass die Reifenkar- kasse die gewünschte Stärke und Steifigkeit erhält, wogegen gleichzeitig eine viel grössere Biegeermüdungs- festigkeit erzielt wird, als dies mit einem homogenen Aufbau möglich wäre.
Die erfindungsgemässen Luftreifen werden vorzugsweise aus fliessfähigen Polymermaterialien hergestellt, die bei den Verarbeitungstemperaturen eine solche Viskosität haben, dass sie fliessen können und die ge- wünschen Reifenlagen in einer annehmbaren Zeitspanne bilden. Dabei können diese fliessfähigen Polymeren sowohl nach dem Drehgiessverfahren als auch nach andern Formverfahren verarbeitet werden.
Bei der Verwendung von fliessfähigen Polyurethanpolymeren wird gemäss der Erfindung bevorzugt, eine 'Form mit der gewünschten Ringgestalt des Reifens vorzusehen, auf die Innenfläche dieser Form eine im allgemeinen gleichförmige Lage aus Polymermaterial aufzubringen, die dann gehärtet oder mindestens teilweise härten gelassen wird, und anschliessend eine weitere im allgemeinen gleichmässige Lage mit einem verschiedenenFestigkeitsmodul aufzubringen. Es wird eine grosseAnzahl vonLagen inder beschriebenenWei- se aufgebracht und gehärtet, so lange bis die gewünschte Dicke erzielt worden ist.
Um die einzelnen Lagen in die gewünschte Form zu bringen bzw. eine gleichmässige Dicke dieser Lagen zu erzielen, kann eine Ab- streifrakel verwendet werden, wobei zu diesem Zwecke auch eine Drehbewegung zwischen der Form und der Abstreifrakel vorgesehen werden kann. Wird ein flüssiges Polymermaterial durch eine Sprühdüse oder eine andere Beschichtungsvorrichtung aufgebracht, kann zwischen der Form und der Aufbringungsvorrichtung während des Aufbringens des flüssigen Polymeren eine Relativbewegung vorgesehen werden, z. B. durch Drehen der FormmitBezugauf die Beschichtungsvorrichtung oder umgekehrt.
Nach Wunsch können die fliess- fähigen Materialien so gemischt und so behandelt werden, dass das nötige Härten einer Lage vor dem Aufbringen der nächsten Lage während lediglich einer oder zwei Umdrehungen der Form vor sich geht.
Diese Drehgiessmethode kann verwendet werden, um eine grosse Anzahl von verschiedenen Lagen aus Po- lyurethan oder andern geeigneten Polymeren in verschiedenen Dicken von 0, 0254 bis 2, 54 mm zu bilden.
Vorzugsweise alternieren die harten und weichen Lagen, es sind jedoch viele verschiedene Anordnungsweisen möglich, um die gewünschte Biegerissfestigkeit zu erzielen.
Wird nach eine m Aspekt der Erfindung ein Luftreifen-beim obigen Verfahren durch Verwendung von fliessfähigen Polyurethanpolymeren hergestellt, kann der Zugfestigkeitsmodul und die Härte der verschiedenen Lagen durch Veränderung der Menge oder des Typs des verwendeten Härters und durch Veränderung des Molekulargewichtes oder des Typs des verwendeten Polyurethanpolymeren beeinflusst werden.
Imfolgendenwird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemässen Reifens, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Seitenwand des Reifens nach Fig. l, die Fig. 3, 4 und 5 Querschnitte von Seitenwänden entsprechend Fig. 2 bezüglich anderer Reifenausführungsformen gemäss der Erfindung und Fig. 6 einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von laminierten Luftreifen mittels des erfindungsgemässen Verfahrens zeigen.
In Fig. 1 erkennt man einen Luftreifen --10-- mit einem Laufflächenabschnitt --12-- und zwei Seitenwän- den-14-. Es wird darauf hingewiesen, dass Fig. 1 teilweise schematisch ausgeführt ist und dass im Lauf- flächenabschnitt-12-- bekannte Verstärkungseinlagen, wie z. B. Gürtel, vorgesehen sein können, ohne dass indenSeitenwändenGewebe-oder andere Verstärkungen vorgesehen sind. Mit andern Worten kann der Querschnitt des Reifens im allgemeinen so wie in der US-PS Nr. 3, 701, 374 oder in den andern eingangs erwähnten Patentschriften ausgebildet sein.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass, obwohl der Reifen vorzugsweise eine toroidale Querschnittsausbildung zeigt, sich die Erfindung auch auf Reifen spezielleren Querschnittes bezieht, wie sie beispielsweise in der US-PS Nr. 3, 840, 060 beschrieben sind. Am Reifen oder an der Felge können übliche Mittel vorgesehen sein, um den Wulstbereich des Reifens zu verstärken oder zu seiner Fixierung an der Felge beizutragen.
Der erfindungsgemässe Reifen --10-- wird vorzugsweise mit einer grösseren Anzahl von Lagen aus Polymermaterialhergestellt, die vorzugsweise eine im allgemeinen gleiche Dicke aufweisen und die benachbarte Lage vollständig bedecken. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform weist die Reifenkarkasse und jede der Seitenwände --14-- ein Laminat mit 13 Lagen auf, das aus alternierenden Lagen mit hohem Festigkeitsmodul H und mit niedrigem Festigkeitsmodul L gebildet ist. An der Innenfläche und an der Aussenfläche des Reifens ist jeweils eine Lage L mit geringem Festigkeitsmodul angeordnet, wogegen alle andern Lagen auch eine Lage H mit hohem Festigkeitsmodul beinhalten.
Auf Grund dieser besonderen Ausführungsform ist es möglich, einen Reifen der gewünschten Stärke und Steifigkeit unter Verwendung von Lagen mit einem hohen Festigkeitsmodul zu erhalten, wobei aber gleichzeitig die Tendenz, Biegerisse zu bilden, auf ein Minimum reduziert ist. Ein 13-lagiges Laminat ist in vielen Fällen vorteilhaft, aber auch mit einer andern Lagenzahl können gute Resultate erhalten werden.
Fig. 3 zeigt eine weitere 13-lagige Ausführungsform, bei der neben den Lagen H mit hohem Festigkeitsmodul und den Lagen L mit geringem. Festigkeitsmodul Lagen M mit einem mittleren Festigkeitsmodul vor-
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gesehen sind. Die Anordnung ähnelt der gemäss Fig. 2 darin, dass die Lagen H und L regelmässig aufeinander- folgen, wobei die Lagen L mit niedrigem Festigkeitsmodul an der Innen- und Aussenseite des Reifens ange- ordnet sind, im gegebenen Fall ist jedoch eine Lage M mit mittlerem Festigkeitsmodul zwischen jeder La- ge L und der nächstfolgenden Lage H angeordnet. Auf diese Weise wird es möglich, Lagen H mit extrem ho- hem Festigkeitsmodul zu verwenden, ohne dass beim Übergang von einer Lage H auf eine Lage L eine abrup- te Veränderung des Festigkeitsmoduls auftritt.
Wenn bei einem Reifen eine sehr grosse Lagenzahl, wie z. B.
25 bis 50 oder darüber, vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, mehr als eine Lage mit mittlerem Festig- keitsmodul zwischen einer Lage mit niederem Festigkeitsmodul und einer Lage mit hohem Festigkeitsmodul anzuordnen.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform gemäss der Erfindung, wobei die Lagen mit niedrigem und die
Lagen mit hohem Festigkeitsmodul wie in Fig. 2 gezeigt, im Mittelabschnitt des Laminats miteinander abwechseln, wobei aber jeweils mehrere der aussen liegenden Lagen aus demselben Material mit niedrigem Festigkeitsmodul gebildet sind. Gemäss dieser Figur sind die ersten drei Lagen sowohl an der Innenseite als auch an der Aussenseite der Karkasse Lagen L mit niedrigem Festigkeitsmodul. Ein Grund für diese Art des Aufbaues besteht darin, dass sowohl die inneren als auch die äusseren Oberflächenabschnitte des Reifens grösseren Biegebeanspruchungen unterworfen sind, die von Material mit niedrigem Festigkeitsmodul besser vertragen werden.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die verschiedenen Lagen verschiedene Dicken aufweisen. Bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 2, 3 und 4 haben alle dargestellten Lagen dieselbe Dicke, es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass verschiedene Variationen und Dicken vorgesehen werden können, und dass es oft vorteilhaft ist, die Lagen mit einem niedrigen Festigkeitsmodul etwas dicker zu machen, als die Lagen mit hohem Festigkeitsmodul. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 alternieren die Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul mit den Lagen mit hohem Festigkeitsmodul, wie in Fig. 2 gezeigt, mit der Ausnahme, dass an der Innenseite der Karkasse zwei Lagen L mit niedrigem Festigkeitsmodul vorgesehen sind.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Reifen können viele verschiedene Verfahren angewendet werden.
Beispielsweise kann der grüne Reifen durch Ausbildung eines zylindrischen Laminats mit 10 oder mehr Lagen und nachfolgendes Expandieren des Laminats aus einer zylindrischen in eine toroidale Gestalt gebildet werden, in einer Weise, die etwas dem konventionellen Flachbandverfahren ähnelt. Weiterhin kann der Reifen auch so gebildet werden, dass die Lagen auf das Laminat aufgebracht werden, während das Laminat bereits eine toroidale Form oder einen andern gewünschten Querschnitt aufweist, wie dies im nachfolgenden beschrieben wird.
Erfindungsgemässe Reifen wurden versuchsweise dadurch hergestellt, dass auf die äussere Oberfläche einer Metallform in Handarbeit eine Anzahl von Lagen flüssigen Polymermaterials mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke aufgetragen wurde. Eine andere mögliche Weise, einen erfindungsgemässen Reifen herzustellen ist die, nacheinander ungehärtete Kautschukbahnen od. dgl. unter Ausbildung von Lagen aufeinander aufzubringen. Verfahren, die Handarbeit erfordern, sind aber auf Grund der extremen Herstellungskosten möglicherweise unpraktisch. Um derartige Kosten zu reduzieren, wird vorzugsweise flüssiges Polymermaterial und eine automatische Vorgangsweise angewendet.
Die zur Herstellung der Reifen gemäss der Erfindung verwendbaren Polymermaterialien sind Elastomeren, elastoplastische Materialien oder Kunststoffe mit hohem Festigkeitsmodul. Die weicheren Lagen des Reifens mitniedrigemFestigkeitsmodul werden aus Elastomeren und/oder elastoplastischen Materialien hergestellt, wogegen die härteren Lagen des Reifens mit einem hohen Festigkeitsmodul vorzugsweise aus den elastoplastischen Materialien oder aus Kunststoffen mit hohem Festigkeitsmodul hergestellt werden.
Die Elastomeren sind gekennzeichnet durch Glasumwandlungstemperatur unter etwa -20oC, Young-Biegefestigkeiten im Bereich von 700 bis 42200 kPa und die Fähigkeit, Längungen von 100% oder mehr ohne bleibende Verformung oder Reissen zu vertragen. Unter den erfindungsgemäss günstig verwendbaren Elastomeren sind Polyurethangummi, Naturgummi, Polybutadien und verschiedene andere synthetische Gummitypen, insbesondere Styrolbutadiengummi.
Die elastoplastischen Polymermaterialien können Young-Biegefestigkeiten im Bereich von 21100 bis 350000 kPa aufweisen. Bei Raumtemperatur erreichen diese Materialien durchschnittlich die Streckgrenze
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wie bei-spielsweise Styrol-butadien-styroltriblookpolymeren, Polyesterblockpolymeren, segmentierte Polyurethanpolymeren und Ionomeren.
Die Kunststoffmaterialien mit einem hohen Festigkeitsmodul weisen Young-Biegefestigkeiten von 350000kPa oder darüber auf, wobei die Streckgrenze und/oder der Dehnungsbruch bei Längungen unter etwa L5% erreicht werden. Die Materialien haben Glas- oder Schmelzumwandlungstemperaturen oberhalb von
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100 C. Geeignete Materialien aus dieser Gruppe sind Zusammensetzungen aus Polyamiden, Polycarbonaten, Epoxydharzen und Polystyrolen.
Die Elastomermaterialien, die in den Lagen mit niederem Festigkeitsmodul des erfindungsgemässen Reifens Verwendung finden, sollten eine Glasumwandlungstemperatur unter etwa -20oC aufweisen und können Gruppen beinhalten, die zur Bildung von covalenten Quervernetzungen fähig sind. Das Molekulargewicht der Ketten zwischen den covalenten Quervernetzungen beträgt vorzugsweise etwa 5000 bis 40000, insbesondere 8000 bis 20000.
Im allgemeinen sollte das Polymermaterial, aus dem die verschiedenen Lagen des laminierten Reifens gemäss der Erfindung gebildet sind, ein berechnetes Molekulargewicht von mindestens 10000 und eine Shore A Durometerhärte von mindestens 20 aufweisen, überdies vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mindestens
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gem Festigkeitsmodul hat vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 14100'kPa.
Es besteht ein allgemeiner Zusammenhang zwischen der Shorehärte und der Young-Biegefestigkeit wie folgt :
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<tb>
<tb> Shorehärte <SEP> Young-Biegefestigkeit
<tb> (B. <SEP> S. <SEP> & I. <SEP> R. <SEP> H.) <SEP> kPa
<tb> 30 <SEP> 915 <SEP>
<tb> 50 <SEP> 2180
<tb> 75 <SEP> 9420
<tb>
Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung angegebenen Werte für die Shorehärte und für die Young-Biegefestigkeit allgemein diesen Zusammenhängen entsprechen müssen.
Die Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul im ausgehärteten Reifen zeigen vorzugsweise eine YoungBiegefestigkeit im Bereich von 2110 bis 35000 kPa, gewöhnlich im Bereich von 3500 bis 21100 kPa. Die bevorzugte Härte hängt ab von der Dicke der verschiedenen Lagen, ihrer Anordnung, von der Steifigkeit der härteren Lagen und andern Faktoren.
Die Lagen mit hohem Festigkeitsmodul im ausgehärteten Reifen zeigen eine Young-Biegefestigkeit im Bereich von 21100 bis 704000 kPa, was gewöhnlich mindestens das Doppelte des entsprechenden Wertes bezüglich der benachbarten Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul bedeutet ; die bevorzugten Werte liegen im Bereich von etwa 3500 bis 350000 kPa-. Das Verhältnis der Young-Biegefestigkeit der harten Lagen des laminierten Reifens zu dem der weichen Lagen kann bis zu 300 : 1 betragen, es liegt aber häufiger im Bereich von 3 : 1 bis 20 : 1 bei PKW-Reifen.
Der bevorzugte Festigkeitsmodulfür die härteren Lagen hängt natürlich von vielen Faktoren ab und sollte so ausgewählt werden, dass der zusammengesetzte Reifen den angestrebten Gesamtfestigkeitsmodul und die angestrebte Steifigkeit aufweist. Beispielsweise dann, wenn die laminierte Karkasse des Reifens zu 50 Gew.-% aus Polymermaterial mit hohem Festigkeitsmodul und zu 50 Gew.-% aus Polymermaterial mit niedrigem Festigkeitsmodul besteht, kann die Young-Biegefestigkeit der weicheren Lagen 3500 bis 14100kPa und für die harten Lagen 28100 bis 56300 kPa betragen. Wird auf der andern Seite die Menge des Materials mit hohem Festigkeitsmodul auf nur 25 Gew. -% erniedrigt, kann die Young-Biegefestigkeit auf 70400 bis 105500 kPa, oder vielleicht auf 141000 kPa erhöht werden.
Im allgemeinen sollte das Gesamtgewicht der Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul in der Karkasse des laminierten Luftreifens mindestens gleich sein mit dem Gesamtgewicht der Lagen mit hohem Festigkeitsmodul, wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist, und es ist vorteilhaft, Material mit niedrigem Festigkeitsmodul sowohl an der Innen- als auch an der Aussenseite des Laminats, vorzugsweise an der Aussenfläche der Seitenwände, vorzusehen.
Die Lagenanzahl kann gering gehalten werden, um die Herstellungskosten zu verringern, es wird jedoch bevorzugt, mindestens 7 Lagen und insbesondere mindestens 9 Lagen zu verwenden. In Abhängigkeit von der Dicke der Lagen, die von 0, 0254 bis 2, 54 mm betragen kann, kann die Anzahl der Lagen von 5 bis 1000 variieren. Bei Lagendicken im Bereich von 0, 127 bis zu 1, 27 mm liegt die Lagenanzahl vorzugsweise im Bereich von 7bis 100. Vorzugsweise ist weiterhin die Dicke der Lagen gleichmässig oder im allgemeinen gleichmässig, und jede Lage ist in Umfangsrichtung gesehen vorzugsweise durchgehend und undurchbrochen, dies ist jedoch nicht wesentlich. Während der Herstellung des Reifens können die Lagen deformiert werden, beispielsweise wenn der Reifen nach der Ausbildung des Laminats geformt wird, bevor er ganz ausgehärtet wird.
Durch Variieren der Anzahl von Lagen, ihrer Dicke, der Anordnung der Lagen und der Härte der verwendeten Polymeren ist es möglich, in Übereinstimmung mit der Erfindung eine unendliche Anzahl verschie-
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dener laminierter Reifen herzustellen.
Gewöhnlich werden jedoch die einfacheren Anordnungen bevorzugt, bei denen die Lagen mit niedrigem
Festigkeitsmodul sowie die Lagen mit hohem Festigkeitsmodul jeweils untereinander dieselbe Härte aufwei- sen. Um die Adhäsion zwischen den Lagen zu verbessern, ist es vorteilhaft, alle Lagen aus im allgemeinen demselben Polymertyp zu machen (d. h. aus Polyurethan). Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass Haftprobleme durch Verwendung von Klebstoffen oder Haftvermittlern, oder Perforationen in den Lagen, oder auf verschiedene andere Arten gelöst werden können.
Gute Resultate werden erzielt, wenn alle Lagen mit hohem Festigkeitsmodul aus demselben elastopla- stischen Material mit einer Streckgrenzendehnung von etwa 5 bis etwa 10% und einer Young-Biegefestigkeit von 35000 bis 141000 kPa bestehen, und alle Lagen mit niederem Festigkeitsmodul aus demselben Elasto- mermaterial mit einer Bruchdehnung von mindestens 50% und einer Young-Biegefestigkeit von 3500 bis 14100kPa, gebildetsind. Die Zugfestigkeitder Lagen mit hohem Festigkeitsmodul sollte mindestens 14100 kPa vorzugsweise mindestens 21100 kPa, betragen.
Bei einem speziellen Laminat der in Fig. 3 illustrierten Art können die Lagen L eine Young-Biegefestig- keit von 2110 bis 7040 kPa, die Lagen M eine Young-Biegefestigkeit von 7040 bis 21100 kPa und die Lagen H eine Young-Biegefestigkeit von 70400 bis 350000 kPa aufweisen.
Die erfindungsgemässen laminierten Reifen können auf viele verschiedene Arten aus härtbaren Bahnen aus Kautschuk oder Kunststoff oder fliessfähigen Polymermaterialien, im zweiten Fall durch Zentrifugal- giessen oder Extrusion gebildet werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein fliessfähiges und härtbares Polymermaterial mit einer derartigen Viskosität bei Verarbeitungstemperaturen verwendet, dass das Material unter seinem eigenen Gewicht in einer vertretbaren Zeitspanne fliesst. Das Material für die Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul sollte so sein, dass es in einer vertretbaren Zeitspanne aushärtet, um eine
Zugfestigkeit vorzugsweise von mindestens 7040 kPa zu ergeben.
Das gemäss der Erfindung bevorzugte Polymermaterial ist ein fliessfähiges Polymeres wie beispielsweise ein Polyurethan, das schnell gehärtet werden kann und in einer automatischen Anlage leicht verarbeitbar ist.
Die Viskosität des Polymermaterials kann durch Verwendung von Lösungsmitteln oder Plastifizierungsmit- tem, durch Anwendung von Hitze, oder durch geeignete Auswahl von Härtern, durch Auswahl der Härtetemperaturen oder in irgendeiner andern Weise eingestellt werden. Wie im nachfolgenden genauer beschrieben, kann eine grosse Anzahl verschiedener Polymerer eingesetzt werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung eines Luftreifens wird vorzugsweise das Reifenlaminat durch Aufsprühen oder durch anderes Aufbringen von härtbarem, flüssigem Polymermaterial auf die Innenseite einer breiten Form gebildet. Dies kann ohne oder mit Anwendung einer Abstreifrakel zur Formung der Lagen geschehen.
In Fig. 6 ist in teilweise schematischer Weise eine Form dargestellt, die zur Herstellung eines laminierten Reifens Verwendung finden kann. Wie ersichtlich, besteht die Form, die das allgemeine Bezugszei- chen --20-- trägt, aus einer linken Formhälfte --22L-- und einer rechten Formhälfte --22R--. Die Formhälften sind an kreisscheibenförmigen Halteplatten --24L und 24R-- angeordnet, die ihrerseits mit Lager- blöcken --26L und 26R-- verbunden sind. Diese Anordnung gewährleistet, dass die aus den Formhälften, Halteplatten und Lagerblöcken gebildete Einheit frei um die hohle Achse --30-- auf Kugellagern --28-- rotieren kann.
Innerhalb der Achse --30-- sind zwei Sprührohre --32 und 34-- so angeordnet, dass flüssiges Polymeres in die Form eingebracht werden kann. Das Polymere wird von den Sprühdüsen an den Enden der Rohre - 32 und 34-- auf die innere Oberfläche des Formhohlraumes aufgesprüht. Die Enden der Sprührohre werden durch einen ringförmigen Halter --36--, der auf der Achse --30-- montiert ist, in ihrer Lage fixiert. An den beiden Enden des ringförmigen Halters --36-- sind an dessen Peripherie Kugellager --38-- angeordnet, auf denen sich die Formhälften --22L und 22R-- abstützen, so dass die Formhälften mit Bezug auf die Achse --30-- frei rotierbar sind. Die Achse --30-- und der Halter --36-- können ihrerseits entweder fest oder drehbar angeordnet sein.
Wie gezeigt, kann die Innenfläche der durch die Formhälften --22L und 22R-- gebildeten Form so ausgebildet sein, dass der Luftreifen, der aus der Lauffläche und den Seitenwänden besteht, vollständig innerhalb der Form --20-- hergestellt werden kann. Jedoch kann die Form auch so ausgebildet sein, dass in ihr nur die laminierte Karkasse gebildet wird, auf welche die Lauffläche anschliessend an das Entfernen der Karkasse aus der Form --20-- aufgebracht wird.'In diesem Fall können verschiedene Vorgehensweisen angewendet werden, um die Lauffläche aufzubringen, und es wird darauf hingewiesen, dass bei Bedarf unterhalb der Lauffläche Verstärkungseinlagen, wie Gürtel, angeordnet werden können.
Aus Fig. 6 erkennt man, dass die Sprühdüse bzw. die Sprtihdüsen so ausgelegt sind, dass sie das-flüssige Polymere sowohl auf die äussere Radialfläche als auch auf die inneren Seitenflächen der Form sprühen, wie dies in gestrichelten Linien dargestellt ist, die sich vom Ende des Rohres --34-- weg erstrecken. Mit andern Worten versprühen die Sprühdüsen das flüssige Polymere so, dass auf der gesamten inneren Oberfläche der Form eine Lage mit im wesentlichen gleicher Dicke erzeugt wird.
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destens 8 Kohlenstoffatome. Ausgezeichnete Resultate werden unter Verwendung von aromatischen Diisocy- anaten wie Toluyldiisocyanate (TDI), 4, 4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder andern Diphenylalkandiiso- cyanaten od. dgl. erhalten.
Beispielsweise kann das organische Diisocyanat eine 80 : 20 oder 65 : 35 Mischung von 2, 4- und 2, 6-Toluyldiisocyanat sein. i Die zur praktischen Verwendung gemäss der Erfindung geeigneten Diisocyanate enthalten vorzugsweise 8 bis 20 Kohlenstoffatome und umfassen die verschiedenen Toluyldiisocyanate, die verschiedenen Naphthalin- diisocyanate, die verschiedenen Phenylendiisocyanate und die verschiedenen Diphenylalkandiisocyanate, wie sie inder US-PS Nr. 3, 701, 374 beschrieben sind, wobei die gesamte Offenbarung dieser Patentschrift durch die
Bezugnahme auf diese Druckschrift für die vorliegende Erfindung gegeben ist. Geeignete Diisocyanate sind z. B.
3, 3'-Dimethyl-4, 4'-diphenylmethandiisocyanat, 3, 3' -Dimethyl-4, 4'-biphenyldiisooyanat, 3, 3'-Dimethoxy- - 4, 4'-biphenyldiisocyanat u. dgl. Weiterhin können Mischungen aus den verschiedenen genannten Diisocy- anaten eingesetzt werden.
Die gemäss der Erfindung eingesetzten Polyurethane des geeigneten Molekulargewichtes können auf ver-
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Alkohol oder ein Polyäther oder Polyester mit Hydroxylendgruppen und einem organischen Diisocyanat umgesetzt werden, um ein flüssiges VDrpolymeres mit einem Molekulargewicht von 800 bis 20000, indem im wesentlichen die Endgruppen entweder alle Hydroxylgruppen oder alle Isocyanatgruppen sind, gebildet wird, und das Vorpolymere kann anschliessend mittels Diaminen, Diolen oder Diisocyanaten gehärtet werden, in Abhängigkeit davon, welche Endgruppen im Vorpolymeren vorliegen.
Die bevorzugten Polyurethane werden durch Umsetzen der Hydroxylgruppen von Polyalkylenglykolen mit einem Molekulargewicht von 800 bis 20000 mit Diisocyanaten unter Bildung eines Vorpolymeren erhalten, wobei dann eine Kettenverlängerung durchgpfiihrtwirdunddas Vorpolymere mittels eines Diamin- oder Dioläthers, wie z. B. MOCA oder einem Alkylenglykol, gehärtet werden.
Die zur Herstellung des Polyurethans verwendbaren Polyester mit Hydroxylendgruppen können die Reaktionsprodukte einer Polycarbonsäure und eines polyhydrischen Alkohols sein, wie z. B. in der US-PS Nr. 3, 208, 500 beschrieben. Beispielsweise kann der Alkohol Äthylenglykol oder Propylenglykol sein. Die aktive Wasserstoffatome enthaltende organische Verbindung zur Reaktion mit den Isocyanatgruppen kann auch ein polyhydrischer Polythioäther oder ein Polyesteramid sein, wie in der US-PS Nr. 3, 208, 500 beschrieben, wobei vorzugsweise ein polyhydrischer Polyalkylenäther verwendet wird.
Der Äther kann beispielsweise das Kondensationsprodukt eines Alkylenoxyds mit einem Glykol, wie z. B.
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od. dgl.Styroloxyd und Mischungen aus diesen Verbindungen.
Bei der Bildung von flüssigen Vorpolymeren zur Verwendung im erfindungsgemässen Verfahren wird bevorzugt, das organische Diisocyanat (vorzugsweise MDI oder TDI) mit Polyalkylenglykolen mit MoLekulargewichten im Bereich von 800 bis 20000, insbesondere Polyalkylenglykole mit Alkylengruppen von 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Polyäthylenglykol, Polypropylenglykol, Polytrimethylenglykol, Polytetramethylenglykol, Polyhexamethylenglykol, Copolymeren solcher Glykole mit hohem Molekulargewicht und Mischungen der oben genannten Polyalkylenglykole umzusetzen.
Die bevorzugten Vorpolymeren weisen Isocyanatgruppen auf und können mit verschiedenen Diaminen gehärtetwerden. Vorzugsweise enthalten diese Diamine einen zentralen organischen Rest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, der an 2 Aminogruppen gebunden ist, wie z. B. Äthylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexame-
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ätherkette mit hohem Molekulargewicht steht, Ri der organische Rest des Diisocyanats ist und R2 den organischen Zentralrest des Diamins bedeutet. Diese Polymertype mit dem geeigneten Molekulargewicht ergibt ausgezeichnete Resultate bei der praktischen Durchführung der Erfindung, wenn es zur Herstellung der Lagen mithohem und mit niedrigem Festigkeitsmodul des Reifenlaminats Verwendung findet.
Die Härte und der Festigkeitsmodul dieser Polyurethanpolymeren kann beispielsweise durch Erhöhung des Isocyanat-und'Gly- kol-oder Diamingehaltes des Systems erhöht werden.
Der für die Verwendung zur Herstellung von Luftreifen gemäss der Erfindung ausgewählte Polyurethantyp hängt von der Art des anzuwendenden Herstellungsverfahrens ab. Das zum Versprühen bestgeeignete Polyurethan ist nämlich möglicherweise nicht das beste bezüglich einer Filmextrusion oder bezüglich eines andern Verfahrens.
Es gibt bereits im Handel erhältliche flüssige Polyurethangummi, die zur praktischen Durchführung der
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Erfindung Verwendung finden können. So können beispielsweise gute Resultate mit Adiprene L-100 Vorpoly- meren (4, 1%NCO), Adiprene L-167 Vorpolymeren (6, 3%NCO) und Adiprene L-315 Vorpolymeren (9, 5%NCO) erhalten werden, die von E. I. du Pont de Nemours & Co. hergestellt werden. Diese flüssigen Vorpolymeren können mit konventionellen Diaminen gehärtet werden, wie z. B. MOCA, Caytur 7 oder Caytur 21 (4, 4'-Me- thylen-bis-anilin) unter Anwendung eines Äquivalentgewichtsverhältnisses von Diamin : Vorpolymerem von etwa 0, 95 bis etwa 1, 10. Caytur 7 ist eine eutektische Mischung von m-Phenylen und Cumoldiamin.
Die Polyurethan-Vorpolymeren, wie z. B. Adlprenell-Vorpolymeren, konnen beispielsweise aus TDI und einem Polyalkylenglykol oder Polyol, wie Poly (tetramethylenätherdiol) hergestellt werden, und ähnliche Vor- polymeren können unter Verwendung von MDI an Stelle von TDI oder unter Verwendung eines etwas verschie- denen Polyols erhalten werden. Verschiedene Polyalkylenglykole und Polyalkylenätherpolyole können einge- setzt werden, u. zw. sowohl Diole als auch Triole, und die Vorpolymeren können entweder HO- oder NCO-
Endgruppen enthalten, wobei letzteres bevorzugt wird.
Das beim erfindungsgemässen Luftreifen verwendete Polymermaterial kann auch ein Polyamidkunststoff sein, wie Nylon 66, Nylon 610 oder Nylon 6. Es können verschiedene langkettige künstliche polymere Amide verwendet werden, die wiederkehrende Amidgruppen als integralen Teil der Hauptkette des Polymeren auf- weisen, z. B. solche die durch Kondensation von Diaminen und zweibasigen Säuren, solche die durch Konden- sation von Polycarbonsäuren mit Polyaminen, oder solche die durch Polykondensation von Caprolactam erhalten werden.
Es können verschiedene Triamine eingesetzt werden, wie Äthylentriamin u. dgl., aber es werden bevor- zugt Diamine verwendet. Geeignete Diamine sind beispielsweise Äthylendiamin, Diäthylendiamin, Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin, Phenylendiamin u. dgl. sowie Mischungen aus den aufgezählten Verbindungen.
Zur Herstellungder Polyamide können verschiedene mehrbasische Säuren im Bereich von Bernsteinsäure bis Sebacinsäure verwendet werden, beispielsweise Bernsteinsäure, Aconsäure, Adipinsäure, Äpfelsäure, Itaconsäure, Fumarsäure u. dgl.
Die zur Verwendung in Gummiluftreifen verwendbaren Polyamide, die zur praktischen Durchführungder Erfindung verwendbar sind, werden in der US-PS Nr. 3, 208, 500 beschrieben, auf die hier als Grundlage Bezug genommen wird. Die bevorzugten Polyamide sind solche, die aus Diaminen und zweibasischen Säuren hergestellt wurden, wie z. B. die Reaktionsprodukte von Hexamethylendiamin oder einem ähnlichen Diamin mit einer zweibasischen Säure, wie Adipinsäure oder Sebacinsäure.
Während es viele verschiedene Typen von Polymeren gibt, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung Verwendung finden können, erscheinen als aussichtsreichste Polymeren die Polyurethane und die Polyamide oder Nylontypen, wie sie im allgemeinen in der US-PS Nr. 3, 208, 500 abgehandelt werden.
Derzeit sind die praktisch günstigsten Polymeren die Polyurethane, insbesondere die Polyätherurethane und die Polyesterurethane.
Ein Vorteil der Polyurethane ist der, dass sie in flüssiger Form mit zum Versprühen oder zum Verteilen geeigneten Viskositäten erhaltbar sind. Weiterhin können sie sowohl für die Lagen mit hohem als auch für die mit niedrigem Festigkeitsmodul verwendet werden, was das Haftungsproblem herabsetzt. Weiterhin ist es möglich, Polyurethane verschiedenen Molekulargewichtes miteinander zu vermischen, um Produkte mit den geeigneten Eigenschaften zu erhalten.
Beispielsweise kann der laminierte Luftreifen gemäss der Erfindung unter Verwendung von Adiprene L-42 (Molekulargewicht etwa 3000) für die Lagen mit einem niedrigen Festigkeitsmodul und Adiprene L-167 (Molekulargewicht etwa 1330) für die Lagen mit hohem Festigkeitsmodul hergestellt werden. Die Lagen mit hohemFestigkeitsmodulkönnenauchunter Verwendung einer Mischung aus 60 Gew.-Teilen Adiprene L-167 und 40 Gew.-Teilen Adiprene L-315 (Molekulargewicht etwa 900) hergestellt werden. Als Härter können MOCA, Caytur21 oder ein anderes geeignetes Diamin Verwendung finden, und das Plastifizierungsmittel, wenn überhaupt ein solches verwendet wird, kann Dioctylphthalat od. dgl. sein.
Der Härter sollte zu einer relativ schnellen Härtung führen, um die Zeitspanne zwischen dem Auftragen einer Lage und dem Auftragen der nächsten Lage auf einem Minimum zu halten.
Die Polyurethan-Vorpolymeren können auch zum Erhalt der gewünschten Eigenschaften auf verschiedene Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann Adipren L-167 (ein Vorpolymeres mit einer Brookfield-
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milage des gewünschten Typs zu bilden. Eine härtbare Polyurethanzusammensetzung kann beispielsweise durch Vermischen von 160Gew.-Teilen Adipren L-167 mit etwa 9Gew.-Teilen 1, 4-Butandiol, etwa 1, 6 Teilen Trimethylolpropan und einer kleinen Menge Dioctylphthalat erhalten werden.
Der laminierte Luftreifen gemäss der Erfindung wird vorzugsweise so konstruiert, dass die Reissfestigkeit
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etwa 30 bis 90 und eine Bruchdehnung von mindestens 50% (vorzugsweise mindestens 100%) aufweisen.
Die bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendeten härtbaren Polymeren müssen nicht flüssig sein, zur Arbeitserleichterung werden jedoch flüssige Polymeren bevorzugt. Die Viskosität der flüssigen Polymeren kann beispielsweise 1000 bis 50000 Centipoise betragen und sollte bei 300C weniger als 100000 centipoises sein. Die Viskosität kann durch Zusatz wesentlicher Mengen von Plastifizierungsmittel, wie z. B. Dioctylphthalat, eingestellt werden, wobei der Zusatz manchesmal 10 bis 20 Gew.-Teile Plastifi- zierungsmittel pro 100 Gew.-Teile Polymeres betragen kann.
In manchen Fällen können Lösungsmittel zusammen mit den Polymeren Verwendung finden, um die gewünsche Fliessfähigkeit einzustellen. Die Wahl der Lösungsmittel hängt von der Polymertyp und der Type des Härtungssystems ab. Es können verschiedene Lösungsmittel verwendet werden, beispielsweise Äthylacetat, Aceton, Toluol, Methyläthylketon, Xylol, ss-Äthoxyäthylacetat u. dgl. Vorzugsweise werden die Lösungsmittel in relativ reinem Zustand und wasserfrei eingesetzt.
Obwohl die Laminate des erfindungsgemässen Luftreifens in den Lagen mit niederem Festigkeitsmodul und den Lagen mit hohem Festigkeitsmodul wesentlich verschiedene Polymerformulierungen enthalten können, so wird darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäss auch vorgesehen ist, verbesserte Laminate mit ver- besserter Biegungsrissfestigkeit einzusetzen, bei denen für alle Lagen ähnliche Formulierungen gewählt werden, und wobei die Zugfestigkeitsmodule in irgendeiner Richtung (beispielsweise in Umfangs- oder radialer Richtung) in benachbarten Lagen wesentlich verschieden sind. Erfindungsgemäss kann ein Unterschied des Zugfestigkeitsmoduls in aufeinanderfolgenden Lagen H und L (z. B. in Fig. 2) bei Verwendung desselben Polymeren in beiden Lagen als Ergebnis einer verschiedenen Molekularorientierung des Kunststoffes in diesen Lagen erhalten werden.
Der Ausdruck"Zugfestigkeitsmodul"ist die Zugkraft, die auf einen Probekörper ausgeübt werden muss, um diesen auf eine vorgegebene Längung, beispielsweise 10,100 oder 200%, zu dehnen, und wird angegeben
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Bei einem laminierten Reifen gemäss der Erfindung (wie z. B. in Fig. 2) weist vorzugsweise jede Lage einen 10% Zugfestigkeitsmodul in eine Richtung auf, der mindestens etwa das doppelte des 10% Zugfestigkeitsmoduls der nächst anschliessenden Lage in derselben Richtung beträgt.
Beispielsweise kann der gewünsche Unterschied bezüglich des Zugfestigkeitsmoduls zwischen den Lagen H und L in den verschiedenen Ausführungsformen gemäss den Fig. 2 bis 5 durch molekulare Orientierung des Materials oder durch Verwendung von verschiedenen Polymeren in verschiedenen Lagen, oder beide der genannten Massnahmen erreicht werden.
Einerder Vorteile der Verwendung der gleichen oder ähnlicher Polymeren in benachbarten Lagen ist es, dass dabei sehr einfach eine gute Haftung erzielt wird.
Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck "Teile" bedeutet Gewichtsteile und der Ausdruck "Polymeren"schliesst Homo- oder Copolymeren mit ein, wenn nicht ausdrücklich anders erwähnt.
Der Ausdruck "fliessfähig" in bezug auf ein Polymermaterial zeigt an, dass das Material eine solche Viskosität aufweist, dass es während der Verarbeitung fliessen kann. Die Viskosität kann beispielsweise 100 bis 10000 Centipoise bei 300C betragen, und sollte bei dieser Temperatur nicht über 100000 Centipoise hinausgehen.
Beispiel l : Dieses Beispiel zeigt die wesentlich verbesserte Festigkeit eines erfindungsgemässen Reifens gegenüber der Ausbreitung einer Schnittverletzung oder der Bildung von Rissen. Um diese Festigkeit zu zeigen, wurden laminierte und homogene Probestücke einem De Mattia-Biegetest unterworfen, wobei zwischen jedem laminierten Probestück und dem homogenen Probestück, das aus einer Mischung der beim Laminat verwendeten Materialien in denselben Verhältnissen hergestellt worden war, Vergleiche gezogen wurden. Jede der Proben hatte eine Breite von 2, 54 cm, eine Dicke von 6, 35 mm und eine Länge von 15, 2 cm.
Die Proben wurden 2 h lang bei 1210C unter Druck gehärtet, wonach sie weitere 2 h bei 800C in einer Heizkammer nachgehärtet wurden. Dann wurde an der Stirnseite der Probe ein 2, 54 mm langer Schnitt senkrecht zur Oberfläche der Probe angebracht. Der Ermüdungstest wurde auf einer De Mattia-Biegemaschine durchgeführt, welche die Probe bei Raumtemperatur 333 mal/min abbiegt, wodurch sich der angebrachte Schnitt seitlich über die Breite der Probe ausbreitet.
Für dieses Experiment wurden zwei verschiedene Materialformulierungen verwendet, die im folgenden mit --100 und 167-- bezeichnet werden und die folgende Zusammensetzung aufwiesen :
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<tb>
<tb> Bestandteile <SEP> Gew.-Teile
<tb> "100" <SEP> "167"
<tb> Adiprene <SEP> L-100 <SEP> (1) <SEP> + <SEP> 100 <SEP> - <SEP>
<tb> Adiprene <SEP> L-167 <SEP> (2) <SEP> + <SEP> - <SEP> 100 <SEP>
<tb> DC-203 <SEP> (3l <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Dioctylphthalat
<tb> (Plastifizierungsmittel) <SEP> 10,0
<tb> Caytur21 <SEP> (4) <SEP> + <SEP> 20, <SEP> 3 <SEP> 31, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 130, <SEP> 4 <SEP> 131, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
+ (1) und (2) sind flüssige Vorpolymeren wie oben be- schrieben, (3)
ist ein flüssiges Silikon-Formtrenn- und Emulgierungsmittel von Dow Corning und (4) ist eine 5 0% ige Dispersion eines Methylendianilin/Natri- umchlorid-Komplexes in Dioctylphthalat von Du Pont.
Aus diesen Formulierungen wurden oben beschriebene Probestücke geformt und mittels des De MattiaTests die Anzahl von Biegungen ermittelt, nach denen der ursprünglich 2, 54 mm lange Schnitt 1, 27 cm lang geworden war. Die Ergebnisse finden sich in der nachstehenden Tabelle, in der auch verschiedene andere Eigenschaften der Laminate aufscheinen.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Eigenschaft <SEP> Formulierung
<tb> "100" <SEP> "167"
<tb> 10% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm" <SEP> 11, <SEP> 25 <SEP> kpcm"2 <SEP> 26, <SEP> 00 <SEP>
<tb> psi <SEP> 160 <SEP> psi <SEP> 370
<tb> MPa <SEP> 1, <SEP> 1030 <SEP> MPa <SEP> 2, <SEP> 5507 <SEP>
<tb> 100% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm-2 <SEP> 28,5 <SEP> kpom-2 <SEP> 48,5
<tb> psi <SEP> 405 <SEP> psi <SEP> 690
<tb> MPa <SEP> 2, <SEP> 7920 <SEP> MPa <SEP> 4, <SEP> 7568 <SEP>
<tb> 200% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm-2 <SEP> 35,9 <SEP> kpcm-2 <SEP> 60,5
<tb> psi <SEP> 510 <SEP> psi <SEP> 860
<tb> MPa <SEP> 3, <SEP> 5159 <SEP> MPa <SEP> 5, <SEP> 9288 <SEP>
<tb> Bruchfestigkeit <SEP> kom-2 <SEP> 144 <SEP> kpcm <SEP> 161
<tb> psi <SEP> 2055 <SEP> psi <SEP> 2290
<tb> MPa <SEP> 14, <SEP> 167 <SEP> MPa <SEP> 15,
<SEP> 787 <SEP>
<tb> Bruchdehnung <SEP> 750% <SEP> 575%
<tb> Härte
<tb> Shore <SEP> A <SEP> 83 <SEP> 91
<tb> Shore <SEP> D <SEP> 29 <SEP> 42
<tb> De <SEP> Mattia-Biegetest
<tb> (Anzahl <SEP> Biegungen) <SEP> 500 <SEP> 1000
<tb>
Dann wurden Probekörper aus beiden Materialien unter Verwendung der Formulierungen 100 und 167 hergestellt und dem De Mattia-Biegetest unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse bezüglich der Mischungen und der Laminate sind in der folgenden Tabelle 2 angeführt. Dabei ist das in Tabelle 2 angeführte Verhältnis immer das Verhältnis der Zusammensetzung 100 zur Zusammensetzung 167 bezüglich der Mischungen, und in den Laminaten ist immer eine Lage aus dem Material 100 mehr als aus dem Material 167, wobei jeweils beide Aussenlagen aus dem Material 100 bestehen.
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Tabelle 2
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<tb>
<tb> Eigenschaft <SEP> 3 <SEP> Schichten <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> Schichten <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> Schichten <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 3 <SEP> 9 <SEP> Schichten <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 4
<tb> 10% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm <SEP> -2 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 20 <SEP> 13'20, <SEP> 8 <SEP> 14, <SEP> 4 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 141 <SEP> 17, <SEP> 6 <SEP>
<tb> psi <SEP> 225 <SEP> 285 <SEP> 185 <SEP> 295 <SEP> 205 <SEP> 225 <SEP> 200 <SEP> 250
<tb> MPa <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 1, <SEP> 965 <SEP> 1, <SEP> 275 <SEP> 2, <SEP> 034 <SEP> 1, <SEP> 413 <SEP> 1, <SEP> 551 <SEP> 1, <SEP> 379 <SEP> 1, <SEP> 724 <SEP>
<tb> 100% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm-2 <SEP> 32,7 <SEP> 35,9 <SEP> 26,4 <SEP> 37,3 <SEP> 29,5 <SEP> 30,6 <SEP> 30,2 <SEP> 32,
4
<tb> psi <SEP> 465 <SEP> 510 <SEP> 375 <SEP> 530 <SEP> 420 <SEP> 435 <SEP> 430 <SEP> 460
<tb> MPa <SEP> 3, <SEP> 206 <SEP> 3, <SEP> 516 <SEP> 2, <SEP> 585 <SEP> 3, <SEP> 654 <SEP> 2, <SEP> 895 <SEP> 2, <SEP> 999 <SEP> 2, <SEP> 964 <SEP> 3, <SEP> 171 <SEP>
<tb> Bruchfestigkeit <SEP> kpcm" <SEP> 129 <SEP> 170 <SEP> 69, <SEP> 6 <SEP> 134 <SEP> 78 <SEP> 136, <SEP> 5 <SEP> 112, <SEP> 5 <SEP> 154
<tb> psi <SEP> 1840 <SEP> 2420 <SEP> 990 <SEP> 1910 <SEP> 1110 <SEP> 1940 <SEP> 1600 <SEP> 2190
<tb> MPa <SEP> 12, <SEP> 68 <SEP> 16, <SEP> 68 <SEP> 6, <SEP> 825 <SEP> 13, <SEP> 17 <SEP> 7, <SEP> 652 <SEP> 13, <SEP> 37 <SEP> 11, <SEP> 03 <SEP> 15,
<SEP> 10 <SEP>
<tb> Bruchdehnung <SEP> 660% <SEP> 730% <SEP> 445% <SEP> 565% <SEP> 470% <SEP> 650% <SEP> 575% <SEP> 720% <SEP>
<tb> Härte
<tb> Shore <SEP> A-86-87-84-86 <SEP>
<tb> ShoreD-33-32-32-34
<tb> De <SEP> Mattia-Biegetest
<tb> (Anzahl <SEP> Biegungen) <SEP> 1500 <SEP> 1600 <SEP> 5000 <SEP> 1000 <SEP> 6000 <SEP> 1750 <SEP> 5200 <SEP> 1400
<tb>
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Wie oben erwähnt, bezieht sich die zweite Spalte der Tabelle 2, die die Überschrift 3 Schichten trägt, auf Ergebnisse bezüglich eines laminierten Probestückes aus zwei äusseren Lagen aus dem Material 100 und
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verschiedenen Anteilen der beiden Materialien 100 und 167.
Beispielsweise kann das aus 9 Lagen bestehende laminierte Probestück mit dem homogenen Probestück verglichen werden, das aus einer 5 : 4-Mischung aus dem Material 100 mit dem Material 167 erhalten wurde, und das in der letzten Spalte angeführt ist.
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass bei einer laminierten Probe gegenüber einer homogenen Probe ein deutlicher Anstieg bezüglich der Lebensdauer zu bemerken ist, wie z. B. 400 bis 500%, wobei die laminierten Probestücke weiterhin die physikalischen Eigenschaften aufweisen, die den bei einem Luftreifen erwarteten Bedingungen entsprechen.
Die Ergebnisse bezüglich der Bruchfestigkeit und der Bruchdehnung sind etwas unregelmässig, dieses Verhalten tritt jedoch bei Belastungen auf, die weit über den bei der praktischen Verwendung auftretenden Belastungen liegen, und dieses etwas unregelmässige Verhalten der Probestücke bezüglich der Bruchfestigkeit und Bruchdehnung dürfte auf kleine Fehlstellen in den Probekörpern zurückzuführen sein, die zwar diese Eigenschaften, nicht aber das Biegeverhalten beeinflussen, wo eine wesentliche Verbesserung bezüglich der Biegeermüdung erzielt wurde.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Luftreifenmiteiner Laufzone und einer gegossenen Karkasse mit mindestens teilweise verstärkungs- gewebefreien Seitenwänden, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände aus einer Anzahl von Lagen aus flexiblem Polymermaterial mit einem berechneten Molekulargewicht von mindestens 10000 und einer Shore A Durometerhärte von mindestens 20 bestehen, wobei eine Reihe dieser Lagen Polymermaterial mit niederem Festigkeitsmodul enthält, das eine Young-Biegefestigkeit von etwa 700 bis etwa 35000 kPa aufweist, zwischen Lagen mit niederem Festigkeitsmodul Lagen mit höherem Festigkeitsmodul angeordnet sind, die Polymermaterial mit einer Young-Biegefestigkeit von etwa 21000 bis etwa 700000kPa enthalten,
und wobei die Young-Biegefestigkeit der Lagen mit höherem Festigkeitsmodul mindestens doppelt so hoch ist wie die der nächsten benachbarten Lagen mit niederem Festigkeitsmodul.
2. LuftreifennachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen mit hohem Festigkeits- modul eine Young-Biegefestigkeit von etwa 3500 bis 350000 kPa aufweisen.
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keitsmodul eine Young-Biegefestigkeit von etwa 3500 bis etwa 21000 kPa aufweisen.
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The invention relates to a pneumatic tire with a tread zone and a cast carcass with at least partially reinforcing fabric-free sidewalls, as well as a method for producing its carcass.
The pneumatic tire according to the invention is primarily characterized in that the sidewalls consist of a number of layers of flexible polymer material with a calculated molecular weight of at least 10,000 and a Shore A durometer hardness of at least 20, with a number of these layers containing polymer material with a low modulus of strength, the one Young flexural strength of about 700 to about 35,000 kPa, layers with a higher modulus of strength are arranged between layers with a lower modulus of strength, the polymer material with a Young flexural strength of about 21,000 to about 700,000 kPa, and wherein the Young flexural strength of the layers with higher The strength module is at least twice as high as that of the next adjacent layers with a low strength module.
The invention thus relates to a laminated pneumatic tire which can be free of reinforcing fabric inserts and which consists of a number of alternating layers of polymer material with a high strength modulus and polymer material with a low strength modulus, with synthetic rubber and polyurethane rubber as well as elastoplasts as examples of polymer material with a low strength modulus Examples of material with a high modulus of strength include various elastoplasts, as well as polycarbonates, nylon, epoxy resins and polystyrene. The alternating hard and soft layers give the tire the desired service life and flexural strength. The low modulus polymer plies in the tire can have a Young's flexural strength of 2100 to 14000 kPa or greater.
The high modulus plies of the tire can have a Young's flexural strength of 21,000 to 350,000 kPa or greater.
The inventive method for producing the carcass of this tire is primarily characterized in that a first continuous layer and then a second continuous layer of polymer material is applied to an annular mold and this process is repeated to form a curable laminate, which is then under the action of heat in a toroidal shape is hardened, each layer in the hardened polymer material has a calculated molecular weight of at least 10,000 and a Shore A durometer hardness of at least 20 and a number of these layers are provided with a low modulus of strength, the Young's flexural strength of about 700 to about 35000 kPa, and further layers are arranged between the layers with a low modulus of strength, which have a modulus of tensile strength at 10% elongation,
which in one direction is at least twice the corresponding modulus of the layers with low modulus of strength in that direction.
In the process according to the invention for producing this tire, the individual layers of liquid polymer materials, for. From liquid polyurethane polymer, and the tire is made in a mold where the plies are formed by spraying or otherwise applying the liquid polymer to the inner wall of the mold while the mold is being rotated, or otherwise having a relative rotational movement therebetween the applicator and the mold.
The invention thus relates to pneumatic tires which have sections in which no reinforcing fabric inserts are provided, and in particular to laminated pneumatic tires which have hard and soft layers which are arranged in such a way that a high flexural strength is achieved.
It has been known in the tire industry for a long time that fabric-reinforced pneumatic tires have many disadvantages and that it would be desirable to provide a reinforcement-free tire which can be manufactured using a less laborious process. The conventional process for the production of pneumatic tires is not only slow and expensive, one or more types of rubber and / or reinforcing fabric have to be processed separately for the production of each tire, the various layers have to be calendered and applied and finally all components have to be assembled by hand for the tire but the conventional pneumatic tire manufacturing process is also incapable of being automated in any way, which would reduce labor costs and improve the quality and uniformity of tires.
Another reason for excessive production costs in normal tire production is the large amount of space required, primarily due to the many large vulcanizing presses in which one green tire after the other is cured, each time from around 12 minutes to more than 20 minutes claimed, and secondly by the devices for processing and mixing the rubber such. B. Mills, Banbury mixers, extruders, calenders and tire making machines.
Further problems which arise in the production of conventional fabric-reinforced tires result from the difficulty of uniformly arranging the many components of the tire and of bringing the cylindrical preform into the final, toroidal shape by uniform expansion on the flat drum. The laminated tire of the invention eliminates some of these problems.
In search of a tire design and manufacturing method that does not require the lamination of cord fabric and rubber components, as well as the subsequent manual build-up of fabric layers, the tire industry tried to at least develop the tire carcass by
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men or pouring a liquid polymer, e.g. B. a polyurethane, in the appropriate form. The tire described in US Pat. No. 2,902,072 has a tread and inner and outer sidewalls, the space between the inner and outer sidewalls being filled with cellular polyurethane.
U.S. Patent No. 3,208,500 describes the manufacture of a pneumatic tire carcass by molding a polyurethane or polyamide into a single, generally homogeneous layer. The US PS
No. 3, 274, 322 describes a method for flow forming a material such as e.g. B. polyurethane, using a doctor blade, a strip of material is produced, which can then be formed into a tire carcass. U.S. Patent No. 3,386,485 describes a method of making a fabric-free pneumatic tire from a material selected from a number of proposed polymers and copolymers by separately molding the annular halves of a tire, these two halves then being joined together in another press.
U.S. Patent No. 3,396,773 describes the use of centrifugal casting to manufacture a tire which is stated to be a solid rather than a pneumatic tire. The general concept of centrifugal casting in the manufacture of pneumatic tires is described in U.S. Patent No. 3,555,141, which discloses a process in which a heated mold whose inner surface corresponds to the outer shape of the tire is rotated while liquid polyurethane is poured into the mold.
As the mold rotates, the polyurethane begins to flow in the mold and covers the entire inner surface of the mold, with a solid template shaped like the inner profile of the tire serving to spread the material in the same way as a doctor blade. U.S. Patent No. 3,701,374 discloses a non-reinforcing pneumatic tire carcass which may be comprised of a polyurethane and another elastomer and methods of making the tire having the desired physical properties.
DE-OS 2416185 relates to a method for producing motor vehicle tires from liquid hardening plastics, in which the reaction mixture is sprayed onto the inner wall of the mold from nozzles which are movably arranged in the mold. For this purpose, the nozzle unit and / or the mold can execute a rotational movement. To form the tread and the bead area of the tire, the nozzles can be initiated with a special reaction approach. be charged. The patent specification does not contain any
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surface mixture is stuffed into the mold and then the carcass is poured onto the tread, whereupon the entire tire is vulcanized. A layer structure of the carcass is not intended.
In a similar manner, US Pat. No. 3,833,043 relates to a pneumatic tire without reinforcing inserts, apart from beads, in which the tread zone and carcass are molded or cast onto one another and the entire tire is then vulcanized, and in the case of the tread zone and carcass in the usual way Consist of different mixtures. Again, no multilayer carcass is disclosed.
Although many of the problems encountered in conventional tire manufacture can be reduced or avoided by manufacturing tires in accordance with the above references, there are also a number of serious problems in the manufacture of the molded tires as discussed in the above patents, and the use of these particular tires has not spread. In terms of tire life, the main problem with molded tires is flex avoidance failure. The support area of a tire is deformed by the weight of the vehicle, so that the rubber in this area is continuously subjected to bending stress during use of the tire.
In conventional fabric-reinforced tires, for example, the support fabric absorbs at least 85% of the inflation pressure, whereas the rubber itself absorbs less than 15% of it. If the fabric reinforcement is now to be omitted without changing the general tire shape, it would be necessary to use a rubber with a higher modulus of strength so that the tire can do its job
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There is a tendency for a crack to form which, as the tire continues to be subjected to bending, continues to grow larger until the tire bursts or at least becomes dangerous. If a fabric reinforcement is used, it is possible to use softer types of rubber which do not show this serious flexural fatigue problem.
However, flex fatigue is an extremely serious problem in making a ply-free tire using stiffer polymers, which must now have the necessary strength. Test results with tires free of fabric inserts show that these tires fundamentally fail as a result of bending cracks in the sidewalls.
According to the invention, an improved tire is obtained by proposing a new laminated carcass construction in which a series of plies of a polymer material with a relatively low tensile modulus and a series of plies of polymer material with a relatively
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high tensile modulus, such as B. between 35,000 to 350,000 kPa, can be used. This individual
Layers are preferably provided alternately and in such a way that the tire casing has the desired strength and rigidity, while at the same time a much greater flexural fatigue strength is achieved than would be possible with a homogeneous structure.
The pneumatic tires according to the invention are preferably produced from flowable polymer materials which have such a viscosity at the processing temperatures that they can flow and form the desired tire plies in an acceptable period of time. These flowable polymers can be processed both by the rotary casting process and by other molding processes.
When using flowable polyurethane polymers it is preferred according to the invention to provide a 'form with the desired ring shape of the tire, to apply a generally uniform layer of polymer material to the inner surface of this form, which is then cured or at least partially allowed to cure, and then a to apply another generally even layer with a different strength module. A large number of layers are applied and cured in the manner described, until the desired thickness has been achieved.
In order to bring the individual layers into the desired shape or to achieve a uniform thickness of these layers, a doctor blade can be used, a rotary movement between the form and the doctor blade can also be provided for this purpose. When a liquid polymer material is applied through a spray nozzle or other coating device, a relative movement can be provided between the mold and the application device during the application of the liquid polymer, e.g. By rotating the mold with respect to the coating device or vice versa.
If desired, the flowable materials can be mixed and treated in such a way that the necessary hardening of one layer takes place during just one or two rotations of the mold before the next layer is applied.
This rotary casting method can be used to form a large number of different layers of polyurethane or other suitable polymers in different thicknesses from 0.0254 to 2.54 mm.
Preferably, the hard and soft layers alternate, but many different arrangements are possible in order to achieve the desired flex crack resistance.
If, according to one aspect of the invention, a pneumatic tire is produced in the above process by using flowable polyurethane polymers, the tensile modulus and hardness of the various layers can be adjusted by changing the amount or type of hardener used and by changing the molecular weight or type of polyurethane polymer used to be influenced.
The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings, in which FIG. 1 shows a perspective partial view of a tire according to the invention, FIG. 2 shows a cross section through the sidewall of the tire according to FIG. 1, FIGS. 3, 4 and 5 Cross-sections of sidewalls corresponding to FIG. 2 with respect to other tire embodiments according to the invention and FIG. 6 shows a schematic cross-section of an embodiment of a device for producing laminated pneumatic tires by means of the method according to the invention.
In Fig. 1 you can see a pneumatic tire --10-- with a tread section --12-- and two sidewalls -14-. It should be noted that FIG. 1 is partially shown schematically and that in the tread section 12 - known reinforcement inserts, such as. Belts, without fabric or other reinforcements being provided in the side walls. In other words, the cross-section of the tire may be generally as described in US Pat. No. 3,701,374 or in the other patents mentioned in the opening paragraph.
It should also be pointed out that, although the tire preferably has a toroidal cross-sectional configuration, the invention also relates to tires of more specific cross-sections, such as those described in US Pat. No. 3,840,060. Conventional means can be provided on the tire or on the rim in order to reinforce the bead area of the tire or to contribute to its fixation on the rim.
The tire according to the invention --10-- is preferably produced with a larger number of layers of polymer material, which preferably have a generally equal thickness and completely cover the adjacent layer. In the embodiment shown in FIG. 2, the tire carcass and each of the sidewalls --14 - has a laminate with 13 layers, which is formed from alternating layers with a high strength modulus H and with a low strength modulus L. On the inner surface and on the outer surface of the tire there is a layer L with a low strength module, whereas all other layers also contain a layer H with a high strength module.
Due to this particular embodiment, it is possible to obtain a tire of the desired strength and stiffness using plies with a high modulus of strength, while at the same time reducing the tendency to form bending cracks to a minimum. A 13-layer laminate is advantageous in many cases, but good results can also be obtained with a different number of layers.
Fig. 3 shows a further 13-layer embodiment, in which in addition to the layers H with a high strength modulus and the layers L with a low. Strength module layers M with an average strength module
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are seen. The arrangement is similar to that according to FIG. 2 in that the layers H and L regularly follow one another, the layers L with a low modulus of strength being arranged on the inside and outside of the tire, but one layer M is included in the given case middle strength module between each layer L and the next layer H arranged. In this way, it is possible to use layers H with an extremely high strength module without an abrupt change in the strength module occurring during the transition from a layer H to a layer L.
If a very large number of layers in a tire, such. B.
25 to 50 or above is provided, it can be advantageous to arrange more than one layer with a medium strength module between a layer with a low strength module and a layer with a high strength module.
Fig. 4 shows another embodiment according to the invention, wherein the layers with low and the
Alternating layers with a high modulus of strength, as shown in FIG. 2, in the middle section of the laminate, but with several of the outer layers being formed from the same material with a low modulus of strength. According to this figure, the first three plies both on the inside and on the outside of the carcass are plies L with a low modulus of strength. One reason for this type of construction is that both the inner and the outer surface sections of the tire are subjected to greater bending stresses which are better tolerated by material with a low modulus of strength.
Fig. 5 shows a further embodiment of the invention in which the various layers have different thicknesses. In the embodiments according to FIGS. 2, 3 and 4, all the layers shown have the same thickness, but it should be pointed out that different variations and thicknesses can be provided and that it is often advantageous to make the layers with a low strength module somewhat thicker than the layers with high modulus of strength. In the embodiment according to FIG. 5, the layers with a low strength modulus alternate with the layers with a high strength modulus, as shown in FIG. 2, with the exception that two layers L with a low strength modulus are provided on the inside of the carcass.
Many different methods can be used to manufacture the tires of the present invention.
For example, the green tire can be formed by forming a cylindrical laminate having 10 or more plies and then expanding the laminate from a cylindrical to a toroidal shape in a manner somewhat similar to the conventional flat belt process. Furthermore, the tire can also be formed in such a way that the layers are applied to the laminate while the laminate already has a toroidal shape or some other desired cross-section, as will be described below.
Tires according to the present invention have been experimentally manufactured by hand applying a number of layers of liquid polymeric material of substantially uniform thickness to the outer surface of a metal mold. Another possible way of producing a tire according to the invention is to apply uncured rubber sheets or the like one after the other to form layers. However, processes that require manual labor may be impractical because of the extreme manufacturing cost. In order to reduce such costs, it is preferable to use liquid polymer material and an automatic approach.
The polymer materials which can be used to manufacture the tires according to the invention are elastomers, elastoplastic materials or plastics with a high modulus of strength. The softer plies of the tire with a low modulus of strength are made from elastomers and / or elastoplastic materials, whereas the harder layers of the tire with a high modulus of strength are preferably made from the elastoplastic materials or from plastics with a high modulus of strength.
The elastomers are characterized by glass transition temperatures below about -20 ° C, Young flexural strengths in the range of 700 to 42200 kPa and the ability to withstand elongations of 100% or more without permanent deformation or tearing. Among the elastomers which can be used favorably according to the invention are polyurethane rubber, natural rubber, polybutadiene and various other types of synthetic rubber, in particular styrene-butadiene rubber.
The elastoplastic polymer materials can have Young flexural strengths in the range of 21,100 to 350,000 kPa. At room temperature, these materials reach their yield point on average
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such as, for example, styrene-butadiene-styrene triblook polymers, polyester block polymers, segmented polyurethane polymers and ionomers.
The plastic materials with a high modulus of strength have Young's flexural strengths of 350,000 kPa or more, with the yield point and / or the elongation failure being reached at elongations below approximately L5%. The materials have glass or melt transition temperatures above
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100 C. Suitable materials from this group are compositions of polyamides, polycarbonates, epoxy resins and polystyrenes.
The elastomer materials which are used in the plies with a low modulus of strength of the tire according to the invention should have a glass transition temperature below about -20 ° C. and can contain groups which are capable of forming covalent cross-links. The molecular weight of the chains between the covalent cross-links is preferably about 5,000 to 40,000, in particular 8,000 to 20,000.
In general, the polymer material from which the various plies of the laminated tire according to the invention are formed should have a calculated molecular weight of at least 10,000 and a Shore A durometer hardness of at least 20, moreover preferably a tensile strength of at least
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according to the strength module preferably has a tensile strength of at least 14100 kPa.
There is a general relationship between the Shore hardness and the Young's flexural strength as follows:
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<tb>
<tb> Shore hardness <SEP> Young flexural strength
<tb> (B. <SEP> S. <SEP> & I. <SEP> R. <SEP> H.) <SEP> kPa
<tb> 30 <SEP> 915 <SEP>
<tb> 50 <SEP> 2180
<tb> 75 <SEP> 9420
<tb>
It should be noted that the values given in the description for the Shore hardness and for the Young flexural strength must generally correspond to these relationships.
The low modulus plies in the cured tire preferably exhibit a Young's flexural strength in the range of 2110 to 35,000 kPa, usually in the range of 3500 to 21100 kPa. The preferred hardness depends on the thickness of the various layers, their arrangement, the stiffness of the harder layers and other factors.
The high modulus plies in the cured tire exhibit a Young's flexural strength in the range of 21,100 to 704,000 kPa, which is usually at least twice the corresponding value with respect to the adjacent low modulus plies; the preferred values are in the range of about 350,000 to 350,000 kPa. The ratio of the Young's flexural strength of the hard plies of the laminated tire to that of the soft plies can be up to 300: 1, but it is more often in the range of 3: 1 to 20: 1 for passenger car tires.
The preferred modulus of strength for the harder plies will of course depend on many factors and should be selected so that the composite tire has the overall modulus and stiffness desired. For example, if the laminated carcass of the tire consists of 50% by weight of polymer material with high modulus of strength and 50% by weight of polymer material with low modulus of strength, the Young's flexural strength of the softer plies can be 3500 to 14100 kPa and for the hard plies 28100 to 56300 kPa. On the other hand, if the amount of the high modulus material is decreased to only 25% by weight, the Young's flexural strength can be increased to 70,400 to 105,500 kPa, or perhaps 141,000 kPa.
In general, the total weight of the low modulus plies in the carcass of the laminated pneumatic tire should be at least equal to the total weight of the high modulus plies as shown in the drawings, and it is advantageous to use low modulus material on both the interior and exterior surfaces. as well as on the outside of the laminate, preferably on the outside surface of the side walls.
The number of layers can be kept low in order to reduce the production costs, but it is preferred to use at least 7 layers and in particular at least 9 layers. Depending on the thickness of the layers, which can be from 0.0254 to 2.54 mm, the number of layers can vary from 5 to 1000. In the case of layer thicknesses in the range from 0.127 to 1.27 mm, the number of layers is preferably in the range from 7 to 100. Furthermore, the thickness of the layers is preferably uniform or generally uniform, and each layer is preferably continuous and uninterrupted when viewed in the circumferential direction however, it is not essential. The plies can be deformed during manufacture of the tire, for example if the tire is shaped after the laminate has been formed before it is fully cured.
By varying the number of layers, their thickness, the arrangement of the layers and the hardness of the polymers used, it is possible in accordance with the invention to produce an infinite number of different
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to manufacture laminated tires.
Usually, however, the simpler arrangements, in which the layers with low
The strength module and the layers with a high strength module each have the same hardness as one another. In order to improve the adhesion between the layers it is advantageous to make all the layers of generally the same type of polymer (i.e. polyurethane). It should be noted, however, that adhesion problems can be solved by using adhesives or adhesion promoters, or perforations in the layers, or in various other ways.
Good results are achieved when all layers with a high modulus of strength are made of the same elastoplastic material with a yield point elongation of about 5 to about 10% and a Young's flexural strength of 35,000 to 141,000 kPa, and all layers with a low modulus of strength are made of the same elastomer material with an elongation at break of at least 50% and a Young's flexural strength of 3500 to 14100 kPa. The tensile strength of the high modulus layers should be at least 14100 kPa, preferably at least 21100 kPa.
In a special laminate of the type illustrated in FIG. 3, the layers L can have a Young flexural strength of 2110 to 7040 kPa, the layers M a Young flexural strength of 7040 to 21100 kPa and the layers H a Young flexural strength of 70400 to 350,000 kPa.
The laminated tires according to the invention can be formed in many different ways from curable sheets of rubber or plastic or flowable polymer materials, in the second case by centrifugal casting or extrusion. In the preferred embodiment, a flowable and curable polymer material is used with a viscosity at processing temperatures such that the material flows under its own weight in a reasonable period of time. The material for the low modulus layers should be such that it hardens within a reasonable period of time to a
Tensile strength preferably of at least 7040 kPa.
The polymer material preferred according to the invention is a flowable polymer such as, for example, a polyurethane, which can be cured quickly and is easy to process in an automatic system.
The viscosity of the polymer material can be adjusted by using solvents or plasticizers, by applying heat, or by suitable selection of hardeners, by selection of the hardening temperatures or in some other way. As described in more detail below, a large number of different polymers can be used.
When carrying out the method according to the invention for producing a pneumatic tire, the tire laminate is preferably formed by spraying on or by other application of curable, liquid polymer material on the inside of a wide mold. This can be done without or with the use of a doctor blade to form the layers.
FIG. 6 shows, in a partially schematic manner, a mold which can be used to manufacture a laminated tire. As can be seen, the mold, which bears the general reference symbol --20--, consists of a left mold half --22L-- and a right mold half --22R--. The mold halves are arranged on circular disk-shaped retaining plates --24L and 24R--, which in turn are connected to bearing blocks --26L and 26R--. This arrangement ensures that the unit formed from the mold halves, retaining plates and bearing blocks can rotate freely around the hollow axis --30-- on ball bearings --28--.
Within the axis --30 - two spray tubes --32 and 34 - are arranged so that liquid polymer can be introduced into the mold. The polymer is sprayed onto the inner surface of the mold cavity from the spray nozzles at the ends of the tubes - 32 and 34 -. The ends of the spray tubes are fixed in their position by a ring-shaped holder --36-- which is mounted on the axis --30--. At the two ends of the ring-shaped holder --36--, ball bearings --38-- are arranged on its periphery, on which the mold halves --22L and 22R-- are supported, so that the mold halves with respect to the axis --30 - are freely rotatable. The axis --30-- and the holder --36-- can for their part be either fixed or rotatable.
As shown, the inner surface of the mold formed by the mold halves --22L and 22R-- can be designed in such a way that the pneumatic tire, which consists of the tread and the sidewalls, can be manufactured entirely within the mold --20--. However, the mold can also be designed in such a way that only the laminated carcass is formed in it, to which the tread is applied following the removal of the carcass from the mold. In this case, various approaches can be used, to apply the tread, and it should be noted that if necessary reinforcing inserts such as belts can be arranged below the tread.
From Fig. 6 it can be seen that the spray nozzle or the spray nozzles are designed so that they spray the liquid polymer both on the outer radial surface and on the inner side surfaces of the mold, as shown in dashed lines that extend from Extend the end of the tube --34-- away. In other words, the spray nozzles spray the liquid polymer in such a way that a layer with essentially the same thickness is produced on the entire inner surface of the mold.
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at least 8 carbon atoms. Excellent results are obtained using aromatic diisocyanates such as toluyl diisocyanate (TDI), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) or other diphenylalkane diisocyanates or the like.
For example, the organic diisocyanate can be an 80:20 or 65:35 mixture of 2,4 and 2,6-toluene diisocyanate. The diisocyanates suitable for practical use according to the invention preferably contain 8 to 20 carbon atoms and include the various toluene diisocyanates, the various naphthalene diisocyanates, the various phenylene diisocyanates and the various diphenylalkane diisocyanates, as described in US Pat. No. 3,701,374 are, the entire disclosure of this patent by
Reference is made to this document for the present invention. Suitable diisocyanates are, for. B.
3, 3'-dimethyl-4, 4'-diphenylmethane diisocyanate, 3, 3 '-dimethyl-4, 4'-biphenyl diisocyanate, 3, 3'-dimethoxy- 4, 4'-biphenyl diisocyanate and the like. The like. Mixtures of the various diisocyanates mentioned can also be used.
The polyurethanes of the suitable molecular weight used according to the invention can be
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Alcohol or a polyether or polyester with hydroxyl end groups and an organic diisocyanate can be reacted to form a liquid VDrpolymeres with a molecular weight of 800 to 20,000, in that essentially the end groups are either all hydroxyl groups or all isocyanate groups, and the prepolymer can then be prepared using diamines , Diols, or diisocyanates are cured, depending on which end groups are present in the prepolymer.
The preferred polyurethanes are obtained by reacting the hydroxyl groups of polyalkylene glycols having a molecular weight of 800 to 20,000 with diisocyanates to form a prepolymer, chain lengthening then being carried out and the prepolymer by means of a diamine or diol ether, e.g. B. MOCA or an alkylene glycol are hardened.
The polyesters with hydroxyl end groups which can be used for the production of the polyurethane can be the reaction products of a polycarboxylic acid and a polyhydric alcohol, such as. As described in U.S. Patent No. 3,208,500. For example, the alcohol can be ethylene glycol or propylene glycol. The organic compound containing active hydrogen atoms for reaction with the isocyanate groups may also be a polyhydric polythioether or a polyester amide as described in U.S. Patent No. 3,208,500, with a polyhydric polyalkylene ether being preferably used.
The ether can, for example, the condensation product of an alkylene oxide with a glycol, such as. B.
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or the like styrene oxide and mixtures of these compounds.
In the formation of liquid prepolymers for use in the process of the invention, it is preferred to use the organic diisocyanate (preferably MDI or TDI) with polyalkylene glycols having molecular weights in the range from 800 to 20,000, especially polyalkylene glycols having alkylene groups of 2 to 10 carbon atoms, e.g. B. polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytrimethylene glycol, polytetramethylene glycol, polyhexamethylene glycol, copolymers of such glycols with high molecular weight and mixtures of the above polyalkylene glycols.
The preferred prepolymers have isocyanate groups and can be cured with various diamines. These diamines preferably contain a central organic radical with 2 to 20 carbon atoms which is bonded to 2 amino groups, such as. B. ethylenediamine, tetramethylenediamine, hexame-
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ether chain with high molecular weight, Ri is the organic radical of the diisocyanate and R2 is the central organic radical of the diamine. This type of polymer, having the appropriate molecular weight, gives excellent results in the practice of the invention when used to make the high and low modulus plies of the tire laminate.
The hardness and the strength module of these polyurethane polymers can be increased, for example, by increasing the isocyanate and glycol or diamine content of the system.
The type of polyurethane selected for use in the manufacture of pneumatic tires according to the invention depends on the type of manufacturing process to be used. Namely, the best polyurethane for spraying may not be the best for film extrusion or some other method.
There are already commercially available liquid polyurethane rubbers that are used to practice the
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Invention can find use. For example, good results can be obtained with Adiprene L-100 prepolymers (4.1% NCO), Adiprene L-167 prepolymers (6.3% NCO) and Adiprene L-315 prepolymers (9.5% NCO) manufactured by EI du Pont de Nemours & Co. These liquid prepolymers can be cured with conventional diamines such as e.g. B. MOCA, Caytur 7 or Caytur 21 (4,4'-methylene-bis-aniline) using an equivalent weight ratio of diamine: prepolymer of about 0.95 to about 1. 10. Caytur 7 is a eutectic mixture of m -Phenylene and cumene diamine.
The polyurethane prepolymers, such as. For example, Adlprenell prepolymers can be prepared from TDI and a polyalkylene glycol or polyol such as poly (tetramethylene ether diol), and similar prepolymers can be obtained using MDI in place of TDI or using a slightly different polyol. Various polyalkylene glycols and polyalkylene ether polyols can be used, u. between both diols and triols, and the prepolymers can be either HO- or NCO-
Contain end groups, the latter being preferred.
The polymer material used in the pneumatic tire according to the invention can also be a polyamide plastic, such as nylon 66, nylon 610 or nylon 6. Various long-chain artificial polymeric amides can be used which have recurring amide groups as an integral part of the main chain of the polymer, e.g. B. those by condensation of diamines and dibasic acids, those by condensation of polycarboxylic acids with polyamines, or those that are obtained by polycondensation of caprolactam.
Various triamines can be used, such as ethylene triamine and the like. The like, but diamines are preferred. Suitable diamines are, for example, ethylenediamine, diethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, phenylenediamine and the like. Like. As well as mixtures of the compounds listed.
Various polybasic acids in the range from succinic acid to sebacic acid can be used to prepare the polyamides, for example succinic acid, aconic acid, adipic acid, malic acid, itaconic acid, fumaric acid and the like. like
The polyamides useful for use in pneumatic rubber tires useful in practicing the invention are described in U.S. Patent No. 3,208,500, which is incorporated herein by reference. The preferred polyamides are those made from diamines and dibasic acids, such as. B. the reaction products of hexamethylenediamine or a similar diamine with a dibasic acid such as adipic acid or sebacic acid.
While there are many different types of polymers that can be used in the practice of the invention, the most promising polymers appear to be the polyurethanes and the polyamides or nylon types generally discussed in U.S. Pat. No. 3,280,500 .
At present the practically cheapest polymers are the polyurethanes, in particular the polyether urethanes and the polyester urethanes.
One advantage of the polyurethanes is that they can be obtained in liquid form with viscosities suitable for spraying or spreading. Furthermore, they can be used both for the layers with a high as well as for those with a low strength modulus, which reduces the problem of adhesion. It is also possible to mix polyurethanes of different molecular weights with one another in order to obtain products with suitable properties.
For example, the pneumatic laminated tire according to the invention can be made using Adiprene L-42 (molecular weight about 3000) for the plies having a low modulus of strength and Adiprene L-167 (molecular weight about 1330) for the plies having a high strength modulus. The high modulus layers can also be made using a blend of 60 parts by weight of Adiprene L-167 and 40 parts by weight of Adiprene L-315 (molecular weight about 900). MOCA, Caytur21 or another suitable diamine can be used as the hardener, and the plasticizer, if any such is used, can be dioctyl phthalate or the like.
The hardener should lead to a relatively rapid hardening in order to keep the time between the application of one layer and the application of the next to a minimum.
The polyurethane prepolymers can also be modified in various ways to obtain the desired properties. For example, Adipren L-167 (a prepolymer with a Brookfield
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to form milage of the desired type. A curable polyurethane composition can be obtained, for example, by mixing 160 parts by weight of Adipren L-167 with about 9 parts by weight of 1,4-butanediol, about 1.6 parts of trimethylolpropane and a small amount of dioctyl phthalate.
The laminated pneumatic tire according to the invention is preferably constructed so that the tear strength
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about 30 to 90 and an elongation at break of at least 50% (preferably at least 100%).
The curable polymers used in the practice of the invention need not be liquid, but liquid polymers are preferred for convenience. The viscosity of the liquid polymers can be, for example, 1,000 to 50,000 centipoise and at 300C should be less than 100,000 centipoise. The viscosity can be increased by adding substantial amounts of plasticizer, such as. B. dioctyl phthalate, the addition sometimes 10 to 20 parts by weight of plasticizing agent per 100 parts by weight of polymer can be.
In some cases, solvents can be used together with the polymers in order to set the desired flowability. The choice of solvents depends on the type of polymer and the type of curing system. Various solvents can be used, for example ethyl acetate, acetone, toluene, methyl ethyl ketone, xylene, ss-ethoxyethyl acetate and the like. The like. The solvents are preferably used in a relatively pure state and free of water.
Although the laminates of the pneumatic tire according to the invention can contain significantly different polymer formulations in the plies with a low modulus of strength and the plies with a high modulus of strength, it is pointed out that the invention also provides for improved laminates with improved flexural crack resistance, which are similar for all plies Formulations are chosen, and wherein the tensile modulus in any direction (for example in the circumferential or radial direction) in adjacent layers are substantially different. According to the invention, a difference in the tensile strength modulus in successive layers H and L (e.g. in FIG. 2) can be obtained when using the same polymer in both layers as a result of a different molecular orientation of the plastic in these layers.
The term "tensile modulus" is the tensile force that must be exerted on a test specimen in order to stretch it to a predetermined elongation, for example 10.100 or 200%, and is specified
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In a laminated tire according to the invention (such as in Fig. 2) each ply preferably has a 10% tensile modulus in one direction which is at least about twice the 10% tensile modulus of the next subsequent ply in the same direction.
For example, the desired difference in tensile strength module between layers H and L in the various embodiments according to FIGS. 2 to 5 can be achieved by molecular orientation of the material or by using different polymers in different layers, or both of the measures mentioned.
One of the advantages of using the same or similar polymers in adjacent layers is that good adhesion is very easily achieved.
The term “parts” used in the description means parts by weight and the term “polymers” includes homo- or copolymers, unless expressly stated otherwise.
The term "flowable" in relation to a polymeric material indicates that the material has a viscosity such that it can flow during processing. For example, the viscosity can be 100 to 10,000 centipoise at 300C and should not exceed 100,000 centipoise at this temperature.
Example 1: This example shows the significantly improved strength of a tire according to the invention with respect to the spread of a cut or the formation of cracks. To demonstrate this strength, laminated and homogeneous specimens were subjected to a De Mattia bending test, comparing each laminated specimen and the homogeneous specimen made from a mixture of the materials used in the laminate in the same proportions. Each of the samples had a width of 2.54 cm, a thickness of 6.35 mm and a length of 15.2 cm.
The samples were cured under pressure for 2 hours at 1210C, after which they were post-cured for a further 2 hours at 800C in a heating chamber. A 2.54 mm long cut was then made on the face of the sample perpendicular to the surface of the sample. The fatigue test was carried out on a De Mattia bending machine which bends the sample 333 times / min at room temperature, causing the cut made to spread laterally across the width of the sample.
For this experiment, two different material formulations were used, which are referred to below with --100 and 167 - and had the following composition:
<Desc / Clms Page number 11>
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<tb>
<tb> Components <SEP> parts by weight
<tb> "100" <SEP> "167"
<tb> Adiprene <SEP> L-100 <SEP> (1) <SEP> + <SEP> 100 <SEP> - <SEP>
<tb> Adiprene <SEP> L-167 <SEP> (2) <SEP> + <SEP> - <SEP> 100 <SEP>
<tb> DC-203 <SEP> (3l <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> dioctyl phthalate
<tb> (plasticizer) <SEP> 10.0
<tb> Caytur21 <SEP> (4) <SEP> + <SEP> 20, <SEP> 3 <SEP> 31, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 130, <SEP> 4 <SEP> 131, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
+ (1) and (2) are liquid prepolymers as described above, (3)
is a liquid silicone mold release and emulsifying agent from Dow Corning and (4) is a 50% dispersion of a methylenedianiline / sodium chloride complex in dioctyl phthalate from Du Pont.
The above-described test pieces were molded from these formulations and the number of bends after which the originally 2.54 mm long cut had become 1.27 cm long was determined by means of the De Mattia test. The results are found in the table below, which also shows various other properties of the laminates.
Table 1
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<tb>
<tb> property <SEP> formulation
<tb> "100" <SEP> "167"
<tb> 10% <SEP> Strength module <SEP> kpcm "<SEP> 11, <SEP> 25 <SEP> kpcm" 2 <SEP> 26, <SEP> 00 <SEP>
<tb> psi <SEP> 160 <SEP> psi <SEP> 370
<tb> MPa <SEP> 1, <SEP> 1030 <SEP> MPa <SEP> 2, <SEP> 5507 <SEP>
<tb> 100% <SEP> strength modulus <SEP> kpcm-2 <SEP> 28.5 <SEP> kpom-2 <SEP> 48.5
<tb> psi <SEP> 405 <SEP> psi <SEP> 690
<tb> MPa <SEP> 2, <SEP> 7920 <SEP> MPa <SEP> 4, <SEP> 7568 <SEP>
<tb> 200% <SEP> strength modulus <SEP> kpcm-2 <SEP> 35.9 <SEP> kpcm-2 <SEP> 60.5
<tb> psi <SEP> 510 <SEP> psi <SEP> 860
<tb> MPa <SEP> 3, <SEP> 5159 <SEP> MPa <SEP> 5, <SEP> 9288 <SEP>
<tb> Breaking strength <SEP> kom-2 <SEP> 144 <SEP> kpcm <SEP> 161
<tb> psi <SEP> 2055 <SEP> psi <SEP> 2290
<tb> MPa <SEP> 14, <SEP> 167 <SEP> MPa <SEP> 15,
<SEP> 787 <SEP>
<tb> Elongation at break <SEP> 750% <SEP> 575%
<tb> hardness
<tb> Shore <SEP> A <SEP> 83 <SEP> 91
<tb> Shore <SEP> D <SEP> 29 <SEP> 42
<tb> De <SEP> Mattia bending test
<tb> (number of <SEP> bends) <SEP> 500 <SEP> 1000
<tb>
Specimens were then made from both materials using Formulations 100 and 167 and subjected to the De Mattia Bend Test. The results obtained with regard to the mixtures and the laminates are shown in Table 2 below. The ratio given in Table 2 is always the ratio of the composition 100 to the composition 167 with regard to the mixtures, and in the laminates there is always one more layer of material 100 than of material 167, with both outer layers being made of material 100.
<Desc / Clms Page number 12>
Table 2
EMI12.1
<tb>
<tb> Property <SEP> 3 <SEP> layers <SEP> 2 <SEP>: <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> layers <SEP> 3 <SEP>: <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP > Layers <SEP> 4 <SEP>: <SEP> 3 <SEP> 9 <SEP> Layers <SEP> 5 <SEP>: <SEP> 4
<tb> 10% <SEP> strength modulus <SEP> kpcm <SEP> -2 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 20 <SEP> 13'20, <SEP> 8 <SEP> 14, <SEP> 4 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 141 <SEP> 17, <SEP> 6 <SEP>
<tb> psi <SEP> 225 <SEP> 285 <SEP> 185 <SEP> 295 <SEP> 205 <SEP> 225 <SEP> 200 <SEP> 250
<tb> MPa <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 1, <SEP> 965 <SEP> 1, <SEP> 275 <SEP> 2, <SEP> 034 <SEP> 1, <SEP> 413 < SEP> 1, <SEP> 551 <SEP> 1, <SEP> 379 <SEP> 1, <SEP> 724 <SEP>
<tb> 100% <SEP> strength modulus <SEP> kpcm-2 <SEP> 32.7 <SEP> 35.9 <SEP> 26.4 <SEP> 37.3 <SEP> 29.5 <SEP> 30, 6 <SEP> 30.2 <SEP> 32,
4th
<tb> psi <SEP> 465 <SEP> 510 <SEP> 375 <SEP> 530 <SEP> 420 <SEP> 435 <SEP> 430 <SEP> 460
<tb> MPa <SEP> 3, <SEP> 206 <SEP> 3, <SEP> 516 <SEP> 2, <SEP> 585 <SEP> 3, <SEP> 654 <SEP> 2, <SEP> 895 < SEP> 2, <SEP> 999 <SEP> 2, <SEP> 964 <SEP> 3, <SEP> 171 <SEP>
<tb> Breaking strength <SEP> kpcm "<SEP> 129 <SEP> 170 <SEP> 69, <SEP> 6 <SEP> 134 <SEP> 78 <SEP> 136, <SEP> 5 <SEP> 112, <SEP > 5 <SEP> 154
<tb> psi <SEP> 1840 <SEP> 2420 <SEP> 990 <SEP> 1910 <SEP> 1110 <SEP> 1940 <SEP> 1600 <SEP> 2190
<tb> MPa <SEP> 12, <SEP> 68 <SEP> 16, <SEP> 68 <SEP> 6, <SEP> 825 <SEP> 13, <SEP> 17 <SEP> 7, <SEP> 652 < SEP> 13, <SEP> 37 <SEP> 11, <SEP> 03 <SEP> 15,
<SEP> 10 <SEP>
<tb> Elongation at break <SEP> 660% <SEP> 730% <SEP> 445% <SEP> 565% <SEP> 470% <SEP> 650% <SEP> 575% <SEP> 720% <SEP>
<tb> hardness
<tb> Shore <SEP> A-86-87-84-86 <SEP>
<tb> ShoreD-33-32-32-34
<tb> De <SEP> Mattia bending test
<tb> (number of <SEP> bends) <SEP> 1500 <SEP> 1600 <SEP> 5000 <SEP> 1000 <SEP> 6000 <SEP> 1750 <SEP> 5200 <SEP> 1400
<tb>
<Desc / Clms Page number 13>
As mentioned above, the second column of Table 2, entitled 3 Layers, relates to results relating to a laminated specimen made from two outer layers of material 100 and 100
EMI13.1
different proportions of the two materials 100 and 167.
For example, the 9-ply laminated test piece can be compared to the homogeneous test piece obtained from a 5: 4 blend of material 100 with material 167, which is listed in the last column.
The above results show that a laminated sample compared to a homogeneous sample shows a significant increase in service life, e.g. 400 to 500%, with the laminated coupons still having the physical properties equivalent to the conditions expected in a pneumatic tire.
The results with regard to breaking strength and elongation at break are somewhat irregular, but this behavior occurs at loads that are far above the loads occurring in practical use, and this somewhat irregular behavior of the test pieces with regard to breaking strength and elongation at break is likely to be due to small flaws in the Test specimens that influence these properties but not the flexural behavior, where a significant improvement in terms of flexural fatigue was achieved.
PATENT CLAIMS:
1. Pneumatic tire with a tread zone and a cast carcass with at least partially reinforcing fabric-free sidewalls, characterized in that the sidewalls consist of a number of plies of flexible polymer material with a calculated molecular weight of at least 10,000 and a Shore A durometer hardness of at least 20, with one row these layers contain polymer material with a low strength modulus, which has a Young flexural strength of about 700 to around 35,000 kPa, layers with a higher strength modulus are arranged between layers with a low strength modulus, which contain polymer material with a Young flexural strength of about 21,000 to about 700,000 kPa,
and wherein the Young's flexural strength of the layers with higher strength modulus is at least twice as high as that of the next adjacent layers with lower strength modulus.
2. Pneumatic tires according to Claiml, characterized in that the layers with a high strength modulus have a Young's flexural strength of approximately 3500 to 350,000 kPa.
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Keitsmodul have a Young flexural strength of about 3500 to about 21000 kPa.