DE1012410B

DE1012410B - Verfahren zur selbsttaetigen Abdichtung von aufpumpbaren Gegenstaenden, insbesondere von schlauchlosen Luftreifen

Info

Publication number: DE1012410B
Application number: DEF12893A
Authority: DE
Original assignee: Firestone Tire and Rubber Co
Current assignee: Bridgestone Firestone Inc
Priority date: 1952-10-21
Filing date: 1953-09-25
Publication date: 1957-07-18
Also published as: US2818902A; GB741169A; CH334503A; ES210714A1

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abdichten von Gegenständen, bei dem die verletzte Stelle selbsttätig verschlossen wird, insbesondere auf die Abdichtung von Luftreifenschläuchen und schlauchlosen Luftreifen, die in ihrem Innern mit einer Abdichtungsmasse versehen sind.

Es ist bekannt, gewisse Sorten von Luftreifenschläuchen, auch schlauchlose Luftreifen, innen im Laufteil mit einer Abdichtungsmasse zu versehen, um ein selbsttätiges Verschließen der durch das Eindringen von spitzen Gegenständen verursachten Verletzungen zu erwirken.

Als Kautschukkohlenwasserstoffkomponente der Abdichtungsmasse hat man natürlich Kautschuk verwendet, der jedoch aus verschiedenen Gründen nicht befriedigte. Man ist deshalb auf ein teilweise vulkanisiertes kautschukartiges Mischpolymer aus einem überwiegenden Anteil eines Isoolefins mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen und einem kleineren Anteil eines offenkettigen konjugierten Diisoolefins mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen übergegangen. Dieses Mischpolymer ist allgemein unter dem Namen »Butylkautschuk« bekannt. Butylkautschuk enthaltende Massen haften jedoch im vulkanisierten Zustand sehr schlecht an den aus anderen Kautschukmassen bestehenden Reifenteilen, sofern bei der Reifenfabrikation nicht kostspielige und komplizierte Maßnahmen zur Erzielung einer guten Adhäsion getroffen werden. Es ist jedoch selbst unter Aufwendung größter Sorgfalt und ausgeklügelter Maßnahmen während der Reifenherstellung schwer, zwischen einer Abdichtungsmasse aus Butylkautschuk und den angrenzenden Reifenteilen eine genügende Adhäsion zu erzielen, die der Belastung durch die hohe Zentrifugalkraft während des Laufens des Reifens auf der Straße standhält.

Die Verwendung von Abdichtungsmaterialien aus Butylkautschuk hat den weiteren Nachteil, daß nach einer gewissen Betriebsdauer in der Oberfläche des Abdichtungsmaterials Risse auftreten, wodurch die Abdichtungsmasse undicht, unansehnlich und unbrauchbar wird.

Die Erfindung betrifft demgegenüber ein Verfahren zur selbständigen Abdichtung von aufpumpbaren Gegenständen, insbesondere von schlauchlosen Luftreifen, mit Hilfe einer an der Innenwand des Gegenstandes, insbesondere des Luftreifens, vorgesehenen Abdichtungsmasse, die aus folgenden Komponenten besteht:

1. ein Mischpolymerisat aus einem Diolefin und einem aryl-substituierten Äthylenmonomeren, insbesondere Butadien und Styrol, das unterhalb etwa 14,5° erhalten wurde,

2. 15 bis 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise 15 bis 45 Gewichtsprozent, feingepulvertem Eisenoxyd oder Calciumcarbonat, bezogen auf das Mischpolymerisat,

3. bis höchstens 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise

Verfahren zur selbsttätigen Abdichtung

von aufpumpbaren Gegenständen,
insbesondere von schlauchlosen Luftreifen

Anmelder:

The Firestone Tire Sd Rubber Company,
Akron, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Oktober 1952

0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent, Schwefel, bezogen auf das Mischpolymerisat.

Die Eisenoxyde oder das Calciumcarbonat sollen so fein sein, daß mindestens 90 Gewichtsprozent ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,043 mm passieren.

Diese neuen Massen besitzen gegenüber den bereits vorbeschriebenen Massen aus Butylkautschuk ein besseres Haftvermögen an den eigentlichen Reifenmassen und gleichzeitig ein besseres Abdichtungsvermögen; sie verbleiben trotz hoher Belastung durch die bei hohen Laufgeschwindigkeiten des Reifens auftretenden Zentrifugalkräfte an Ort und Stelle, so daß die ganze Innenseite des Reifens geschützt bleibt. Auch bleibt die Reifenmasse, selbst bei längerer Gebrauchsdauer, rißfrei und ständig verwendungsbereit.

In der Zeichnung ist die Art der Anbringungs- und Abdichtungsmasse gemäß Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt eines schlauchlosen Luftreifens, dessen Umrisse perspektivisch angedeutet sind, Fig. 2 ein Querschnitt eines nagelsicheren Luftschlauches, dessen Umrisse perspektivisch angedeutet sind,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht mit herausgebrochenem Teil eines aufpumpbaren, bei Verletzungen selbstabdichtenden Gegenstandes und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht mit herausgebrochenem Teil eines anderen aufpumpbaren, bei Verletzungen selbstabdichtenden Gegenstandes.

Während die bei 50° C mischpolymerisierten Mischpolymere von Butadien und geringeren Mengen Styrol als Abdichtungsmasse für schlauchlose Reifen nicht in jeder Beziehung befriedigten, ergeben bei unter 14,5° C

709 588/250

liegenden Temperaturen polymerisierte Mischpolymere dieser Art bei geeigneter Verarbeitung mit anderen Komponenten gute Abdichtungsmittel. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurden insbesondere Polymere ausprobiert, die bei Polymerisationstemperaturen von 14,5, S, —10, —18 und —25° C erhalten wurden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von bei diesen Temperaturen erhaltenen Mischpolymerisaten beschränkt.

In Fig. 1 ist ein schlauchloser Luftreifen 1 dargestellt, der einen Körperteil 2, nicht streckbare Wulstteile 3 und 4 und ein Laufelement 5 aufweist. Um während des Betriebes des Reifens an einem Fahrzeug Luft unter Druck im Reifen zu halten, ist die gesamte, den lufthaltenden Raum abgrenzende Innenfläche des Reifens ¹S mit einem luftundurchlässigen Futter 6 aus vulkanisiertem Kautschuk ausgekleidet. Dieses Futter kann aus natürlichem oder s}Tithetischem Kautschuk bestehen. Die Abdichtungsmasse 7 überdeckt das Futter 6 auf jenem Oberflächen teil, der in der Zone des im wesentliehen an die die Straße berührende Oberfläche des Laufbandes angrenzenden Reifenteils liegt.

In Fig. 2 ist ein nagelsicherer Luftschlauch 9 dargestellt, der eine luftundurchlässige Kautschukwand 10 aufweist, die mit einem zum Aufpumpen des Schlauches mit Druckluft bestimmten Ventil versehen ist. Der Schlauch ist mittels eines aus der nachstehend beschriebenen Abdichtungsmasse 12 in der Zone des Laufteils gegen Luftverluste infolge Durchlöcherung geschützt. Warmluftverlustresultate bezeichnet und als befriedigend oder unbefriedigend angegeben.

Nach der Warmluftverlustprüfung wird der Reifen während 18 Stunden auskühlen gelassen, worauf die beiden verbleibenden Nägel herausgezogen werden. Das Rad samt Reifen wird dann erneut in Wasser eingetaucht, um eventuell aus den Durchstichstellen entweichende Luft festzustellen. Die Resultate dieser Prüfung werden als Kaltluftverlustresultate bezeichnet.

ο Die Zusammensetzungen der nachstehenden Massen ist gewichtsmäßig, bezogen auf 100 Gewichtsteile Mischpolymer, angegeben.

Beispiel 1

Niedertemperatur-Polymer*) 100

Eisenoxyd 30

Zinkoxyd 3

Kautschukweichmacher 50

Schwefel 0,5

Borsäure 0,5

Kautschukbeschleuniger 0,75

Di-ortho-benzamidophenyl-disulfid .... 3

*) bei 5° C polymerisiert. 187,75

In einer Zweiwalzenmühle wurden diese Bestandteile

miteinander vermischt, die erhaltene Abdichtungsmasse wurde innen auf der Zone des Laufteils eines Reifens aufgebracht. Der Reifen wurde vulkanisiert und auf ein Automobilrad montiert. Bei den oben beschriebenen

In Fig. 3 ist ein aufpumpbarer Gummiball dargestellt, 30 Nagelprüfversuchen lieferte dieser Reifen befriedigende der ein Ventil 31, eine biegsame Wand 32 und eine für das Resultate,
selbsttätige Verschließen von Löchern bestimmte Ab- y. ..r

dichtungsschicht 33 aufweist. Fig. 4 stellt einen anderen

aufpumpbaren Gegenstand, insbesondere einen Gummi- Es wurden vier schlauchlose Luftreifen hergestellt,

Schwimmring, dar, der ein Ventil 40 zum Aufpumpen, 35 wobei die Innenseite der einzelnen Reifen in der Zone des eine biegsame Wand 41 und eine für das selbsttätige Ver- Lauf teils auf einem Bogenteil von 180° mit einem Abdichtungsmaterial von der im Beispiel 1 beschriebeten Zusammensetzung versehen wurde. Die restlichen 180° der Innenseite des Laufteils wurden mit einem Butyl-40 kautschuk enthaltenden Abdichtungsmaterial herkömmlicher Art versehen. Die Reifen wurden an einem Prüfwagen in zu wenig aufgepumptem und überlastetem Zustand auf einer Fahrstrecke von 37 000 km in Betrieb gehalten, um die Riß- und Blasenbildung der beiden Ab^

masse versehener Luftreifen auf ein Automobilprüfrad 45 dichtungsmassen zu vergleichen. Die nachstehend aufmontiert und durch Überfahren eines Brettes, aus welchem geführten Resultate des Prüf Versuches lassen die höhere sechs Nägel von 6,35 cm Länge herausragen, durchlöchert. Das Prüfrad wird wieder abmontiert und in
einer Wanne in Wasser eingetaucht. Die Reifenoberfläche wird auf eventuelle Blasen von an den Nagel- 50
durchstichstellen entweichender Luft geprüft. Die auf

schließen von Einstichen bestimmte Abdichtungsschicht 42 aufweist.

Nagelbrettprüfversuch

Um das Abdichtungsvermögen der Abdichtungsmaterialien, z. B. des neuen Abdichtungselementes 7, dessen Zvisammensetzung nachstehend noch beschrieben wird, zu prüfen, wird ein mit einer solchen Abdichtungs-Leistungsfähigkeit der ein bei tiefer Temperatur polymerisiertes Butadien-Styrol-Mischpolymer enthaltenden Abdichtungsmasse erkennen.

diese Weise geprüften Abdichtungsmaterialien werden als befriedigend oder unbefriedigend bezeichnet, je nachdem, ob aus den Nageldurchstichstellen Luft entweicht oder nicht.

Warm- und Kalt-Nagelprüfversuch

Um das Abdichtungsvermögen der erfindungsgemäß angewendeten Abdichtungsmasse bei verschiedenen Temperaturen zu prüfen, wird ein Luftreifen auf ein Prüfrad montiert und zwecks Aufwärmens an einem Automobil über eine Strecke von 16,1 km laufen gelassen. Dann werden vier Nägel von 6,35 cm Länge in den Reifen hineingehämmert, worauf mit dem Automobil eine Strecke von 161 km durchfahren wird. Das Prüfrad wird dann vom Wagen abmontiert, und nach 30 Minuten werden zwei der Nägel aus dem Reifen herausgezogen. Das Rad samt Reifen wird in Wasser eingetaucht, um an den Durchstichstellen eventuell entweichende Luft festzustellen. Die Resultate dieser Prüfung werden als Aussehen des

Abdichtungsmaterials

nach der Prüfung

Blasen vorhanden

Risse vorhanden

Butylkautschuk

enthaltende Abdichtungsmasse herkömmlicher Art

in erheblichem Ausmaß

NTP-

Abdichtungs-

material

keine

sehr wenig

Beispiel 2

Butadien-Styrol-Mischpolymer*) 100

Zinkoxyd 3

Calciumcarbonat 15

Kautschukweichmacher 50

Schwefel 0,5

Borsäure 0,5

Kautschukbeschleuniger 0,75

Di-ortho-benzamindophenyl-disurfid ... 3,0

*) bei 5° C polymerisiert.

172,75

Claims

5 6

Die obigen Bestandteile wurden in einer Zweiwalzen- An Stelle des Butadiens kann man für die Herstellung

mühle miteinander vermischt. Die erhaltene Abdich- des Mischpolymers auch andere offenkettige, kon-

tungsmasse wurde innen in die Zone des Laufteils des jugierte Diolefine, ζ. B. Piperylen, 2, 3-Dimethyl-l, 3-bu-

Reifens aufgebracht. Der Reifen samt Abdichtungs- tadien, 3-Methyl-l, 3-pentadien, 2-Methyl-l, 3-pentadien,

element wurde vulkanisiert und anschließend auf ein 5 1, 3-Hexadien, 2, 4-Hexadien oder Isopren verwenden.

Automobilrad montiert. Der Reifen wurde den oben be- Es werden jedoch vorzugsweise 1, 3-Butadien oder Isopren

schriebenen Nagelprüfversuchen unterworfen. Die Prü- verwendet.

fungsresultate waren befriedigend. Als aryl-substituierte Äthylenmonomere, die mit dem

Dienmonomer polymerisierbar sind, können Styrol,

Beispiel 3 _{10 a}.]ytethylstyrol, p-Chlorstyrol, p-Methoxystyrol, Vinyl-

Butadien-Styrol-Mischpolymer*) 100 naphthalin und andere verwendet werden. Es wird

Eisenoxyd 45 jedoch vorzugsweise Styrol verwendet.

Zinkoxyd 3 Der Eisenoxydgehalt kann je nach der Art von Lufthydriertes Kolophonium 20 reifen, für welche das Abdichtungsmaterial verwendet

Weichmacher 30 15 werden soll, zwischen 15 und 45 Gewichtsteilen, bezogen

Schwefel 0,5 auf das Gewicht des Mischpolymers, schwanken. Es

Borsäure 0,5 wird vorzugsweise ein praktisch kupferfreies Eisenoxyd

Kautschukbeschleuniger 0,75 oder ein solches mit einem Kupfergehalt von höchstens

Ϊ99~75 0,06 °/₀ verwendet. Der Eisenoxydgehalt ist vorzugsweise

*) bei 5° C polymerisiert. ' ^{20 nicht} ^^eiaeT ^als ²³%, während die Teilchengröße dieses

Oxyds vorzugsweise derart ist, daß nicht weniger als

Die obigen Bestandteile wurden in einer Zweiwalzen- 99% desselben durch ein Sieb mit einer lichten Maschenmühle miteinander vermischt. Die erhaltene Abdich- weite von 0,043 mm hindurchgehen,
tungsmasse wurde innen in die Zone des Laufteils des An Stelle des Eisenoxyds kann Calciumcarbonat in Reifens aufgebracht. Der Reifen wurde vulkanisiert und 25 gleichen Gewichtsverhältnissen verwendet werden. Es auf ein Automobilrad montiert. Der Reifen wurde den wird vorzugsweise ein Calciumcarbonat mit einer solchen oben beschriebenen Nagelprüfungen unterzogen. Es Teilchengröße verwendet, daß 100% desselben durch wurden folgende Resultate erzielt: ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,149 mm ■vT n. J.J. -χ τ, χ ■ α· λ und 99% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite Nagelbrettprufung: be nedigend 0,043 mm hindurchgehen. Der Feuchtigkeitsgehalt Heißnagelprufung: befriedigend dieses Materials sollte 0,25 Gewichtsprozent nicht über-Kaltnagelprufung: befriedigend ^_{n Die} ^ _{angegebenen Fein}h_{eiten werden} be-

Es ist anzunehmen, daß das neue Abdichtungsmaterial nötigt, um dem Abdichtungsmittel eine gute Beständig-

durch Anldeben an dem durch den Reifenkörper in den keit gegen das Rissigwerden zu verleihen.
Luftraum hineinragenden Nagel abdichtend wirkt. Wird 35

der Nagel herausgezogen, so wird die Abdichtungsmasse Patentanspbüche:
in das Nagelloch hineingezogen, wodurch die Verletzungsöffnung verschlossen und die Luftkammer gegen 1. Verfahren zur selbsttätigen Abdichtung von Luftverluste abgedichtet wird. Es ist überraschend, daß, aufpumpbaren Gegenständen, insbesondere von obwohl die durch Polymerisieren von Butadien und Styrol 40 schlauchlosen Luftreifen, mit Hilfe einer an der Innenbei einer Temperatur von 50° C erhaltenen Materialien wand des Gegenstandes bzw. Luftreifens vorgesehenen kein temperaturbeständiges Abdichtungsvermögen be- Schicht aus einem vulkanisierbaren kautschukartigen sitzen, 'die durch Mischen von bei 14,5° C oder tieferen Mischpolymerisat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturen polymerisierten Butadien-Styrol-Misch- Masse verwendet wird, die aus einem bei einer polymeren mit den in den Beispielen angeführten Bestand- 45 Temperatur unterhalb etwa 14,5° erhaltenen Mischteilen erhaltenen Bestandteile Löcher und sonstige ver- polymerisat aus einem Diolefin und einem aryl-subletzte Stellen innerhalb eines großen Temperaturbe- stituierten Äthylenmonomeren, insbesondere aus Bureiches verschließen und abdichten. Infolge dieser Eigen- tadien und Styrol, sowie 15 bis 60, vorzugsweise schaft und des ausgezeichneten Haftvermögens des 15 bis 45 Gewichtsprozent feingepulvertem Eisenoxyd wärmevulkanisierten Polymers im Vergleich zu Massen 50 oder Calciumcarbonat, bezogen auf Mischpolymerisat, aus natürlichem Kautschuk oder anderen synthetischen und bis höchstens 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise Kautschukmassen eignet sich dieses Polymer in idealer 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent, Schwefel, bezogen auf Weise für die Herstellung selbsttätig abdichtender Mischpolymerisat, besteht.
Gegenstände.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

Die in den Beispielen angeführten Gemische sind aus- 55 zeichnet, daß eine Masse mit Eisenoxyden oder CaI-

schließlich zu erläuternden Zwecken angegeben und ciumcarbonat von solcher Feinheit verwendet wird,

können hinsichtlich der Bestandteile und ihrer Mengen daß mindestens 99 % durch ein Sieb von einer lichten

weitgehend variiert werden. So können beispielsweise die Maschenweite von 0,043 mm hindurchgehen.

Mengen des Beschleunigers und des Schwefels variiert

werden, um einen optimalen Vulkanisationszustand zu 60 In Betracht gezogene Druckschriften:

erzielen. Die zu wählenden Mengenverhältnisse hängen Deutsche Patentschriften Nr. 109 260,242 221,252720,

von der Art der zu vulkanisierenden aufpumpbaren 308 277, 443 357, 589 394, 617 729, 915 483;

Gegenstände sowie von der Vulkanisierungswärme und USA.-Patentschriften Nr. 2 576 148, 2 575 265,

-zeit ab. Um ein optimales Abdichtungsvermögen zu er- 2 566 384;

zielen, wird der für die Vulkanisation verfügbare Schwefel- 65 Polymer Science, 1948, S. 389 bis 399;

gehalt zweckmäßig zwischen 0,2 und 1,0 Gewichtsteil, Delmonte, »The Technology of Adhesives«, 1947,

bezogen auf 100 Teile des Mischpolymers, gehalten. S. 217 bis 220.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 588/250 T. 57