DE102008050709A1

DE102008050709A1 - Luftreifen

Info

Publication number: DE102008050709A1
Application number: DE102008050709A
Authority: DE
Inventors: Norihiko Nakamura
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2028-10-08
Also published as: JP5289749B2; US20090101258A1; JP2009096908A; DE102008050709B4

Abstract

Es wird ein Luftreifen (1) mit geringem Rollwiderstand beschrieben, der für einen geringen Kraftstoffverbrauch geeignet ist. Der Luftreifen (1) weist eine Lauffläche (10) aus einem Laufflächengummi (6) mit einem Auflagengummi (9) auf der Seite, die mit der Straßenoberfläche in Kontakt kommt, und mit einem Basisgummi (8) auf der Seite des inneren Umfangs auf. Der Luftreifen (1) zeichnet sich dadurch aus, dass der Basisgummi (8) aus einer Mischung erhalten wird, die 100 Gewichtsteile einer Dienkautschukkomponente umfasst, die 15 bis 50 Gewichtsteile eines Butadienkautschuks oder eines Styrol-Butadienkautschuks, dessen molekulare Enden mit einem Modifikator modifiziert werden und der mit einem organischen Lithiumkatalysator polymerisiert wird, und 20 bis 50 Gewichtsteile Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N2SA) von 20 bis 40 m2/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 50 bis 150 cm3/100 g enthält. Der Verlustwinkel (tan delta) der Gummimischung, gemessen bei 70°C, ist kleiner als 0,05.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen und insbesondere einen Luftreifen mit einer Lauffläche mit einer Auflage/Basis-Struktur und einer Gummimischung, die sich im Betrieb des Reifens wenig erwärmt, wodurch der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, das mit dem Reifen ausgerüstet ist, niedrig ist.
In den letzten Jahren haben die Herabsetzung des Rollwiderstands von Luftreifen für Fahrzeuge und die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs der Fahrzeuge immer mehr an Bedeutung gewonnen.
Hinsichtlich der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs werden zum Beispiel in der JP-A-9-227720 (Kokai), der JP-A-11-209518 (Kokai) und der JP-A-2005-68208 (Kokai) Gummimischungen für Fahrzeugreifen beschrieben, bei denen ein Dienkautschuk oder ein Dienpolymer, dessen Enden mit einem bestimmten Modifikator modifiziert wurden, zusammen mit Ruß mit bestimmten kolloidalen Eigenschaften Verwendung finden, um tan δ in einen bestimmten Bereich zu bringen. Diese Gummimischung wird in der Lauffläche des Reifens verwendet, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern.
Als Ergebnis der Fokussierung der Aufmerksamkeit auf den Basisgummi einer Lauffläche mit einem Auflage/Basis-Aufbau zur Herabsetzung des Rollwiderstands hat sich herausgestellt, daß der Basisgummi im Gegensatz zum Auflagengummi nur einen geringen Einfluß auf Laufeigenschaften wie das Abriebverhalten, das Fahrverhalten und das Nässeverhalten des Reifens hat, und daß der Rollwiderstand dadurch verringert werden kann, daß der Hystereseverlust im Basisgummi herabgesetzt wird, ohne daß dadurch die Laufeigenschaften des Reifens wesentlich beeinträchtigt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Luftreifen mit noch besseren Eigenschaften hinsichtlich des Rollwiderstands zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Luftreifen nach Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Luftreifens ist im Patentanspruch 2 beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Luftreifen wird, um die Wärmeerzeugung in der Gummimischung für die Lauffläche zu verringern, für den Basisgummi ein Polymer mit modifizierten Enden zusammen mit einem bestimmten Ruß verwendet.
Bei Untersuchungen für die Mischung des Basisgummis hat sich nämlich gezeigt, daß der Rollwiderstand des Reifens herabgesetzt werden kann, ohne die Bruchfestigkeit und die Ermüdungseigenschaften des Basisgummis zu verschlechtern und ohne daß die Verarbeitbarkeit schlechter wird, wenn zusammen mit Ruß mit bestimmten kolloidalen Eigenschaften ein Butadienkautschuk oder ein Styrol-Butadienkautschuk mit molekular modifizierten Enden verwendet wird, der durch Polymerisation mit einem Lithiumkatalysator erhalten wird.
Erfindungsgemäß wird somit ein Luftreifen mit einer Gummimischung geschaffen, die einen geringen Rollwiderstand des Reifens ermöglicht, so daß der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs bei Verwendung dieses Reifens herabgesetzt ist.
Die vorliegende Erfindung umfaßt somit einen Luftreifen mit einer Lauffläche, die eine Auflage auf der Seite, die mit der Straßenoberfläche in Kontakt kommt, und auf der Innenseite des Umfangs eine Basis umfaßt, wobei für die Basis eine Gummimischung verwendet wird, bei der 100 Gewichtsteile einer Dienkautschukkomponente 15 bis 50 Gewichtsteile Butadienkautschuk oder Styrol-Butadienkautschuk, dessen molekulare Enden durch einen Modifikator modifiziert werden und der unter Verwendung eines organischen Lithiumkatalysators polymerisiert wird, und 20 bis 50 Gewichtsteile Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 20 bis 40 m²/g und einer Dibutylphthalatabsorption (DBP-Absorption) von 50 bis 150 cm³/100 g enthalten, wobei der Verlustwinkel tan δ der Gummimischung bei 70°C kleiner ist als 0,05.
Der erfindungsgemäße Luftreifen weist einen geringen Rollwiderstand auf und ermöglicht damit eine Herabsetzung des Kraftstoffverbrauchs, ohne daß davon die anderen Eigenschaften des Reifens beeinträchtigt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch die Lauffläche einer Ausführungsform eines Luftreifens.
Die 1 zeigt in einer Schnittansicht die Hälfte der Lauffläche eines Luftreifens gemäß einer Ausführungsform. Der Luftreifen 1 umfaßt in Axialrichtung auf jeder Seite einen Wulst (nicht gezeigt), eine Seitenwand (nicht gezeigt), die sich in der Radialrichtung des Reifens vom Wulst nach außen erstreckt, und im Anschluß an die Seitenwand eine Lauffläche 10. Dieser Aufbau entspricht dem allgemeinen Aufbau eines Reifens. Die vorliegende Erfindung läßt sich auf jeden Reifen anwenden, der einen solchen Aufbau hat.
Der Luftreifen 1 umfaßt des weiteren eine Karkasse 2, die die beiden Wülste des Reifens verbindet. Die Karkasse 2 ist im vorliegenden Fall eine Radialkarkasse mit einer Cordschicht, die durch Umgeben von Polyestercord und dergleichen mit Gummi erhalten wird. In Radialrichtung des Reifens ist außerhalb der Karkasse 2 eine Gürtellage 4 vorgesehen, die die Lauffläche 10 wie ein Band verstärkt. In der Radialrichtung des Reifens ist an der Außenseite der Gürtellage 4 die Lauffläche 10 ausgebildet. Der Laufflächengummi 6 weist den sogenannten Auflage/Basis-Aufbau auf mit einem Auflagengummi 9 auf der Seite, die mit der Straßenoberfläche in Kontakt kommt, und mit einem Basisgummi 8 am inneren Umfang des Auflagengummis 9.
Bei der Gummimischung für den Basisgummi 8 wird für die Kautschukkomponente ein modifizierter Kautschuk verwendet, dessen molekulare Enden mit einem Modifikator modifiziert werden und der aus Butadienkautschuk (BR) oder Styrol-Butadienkautschuk (SBR) besteht, der mit einem organischen Lithiumkatalysator polymerisiert wird und der in einer Menge von 15 bis 50 Gewichtsteilen in 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente enthalten ist. Für den Rest der Kautschukkomponente wird ein anderer Dienkautschuk verwendet, der kein modifizierter Butadienkautschuk oder modifizierter Styrol-Butadienkautschuk ist.
Die organische Lithiumverbindung, die als Polymerisationskatalysator für den Butadienkautschuk oder Styrol-Butadienkautschuk verwendet wird, ist eine organische Lithiumverbindung, wie sie gewöhnlich für die Polymerisation von Lösungen verwendet wird. Hinsichtlich der Art der organischen Lithiumverbindung gibt es keine besonderen Einschränkungen. Beispiele für die organische Lithiumverbindung umfassen Alkyllithiumverbindungen wie Methyllithium, Ethyllithium, Propyllithium, n-Butyllithium, sek-Butyllithium, tert-Butyllithium, n-Hexyllithium oder n-Octyllithium; Aryllithiumverbindungen wie Phenyllithium, Tolyllithium oder Lithiumnaphthylid; Alkenyllithiumverbindungen wie Vinyllithium oder Propenyllithium; und Alkylendilithiumverbindungen wie Tetramethylendilithium, Pentamethylendilithium, Hexamethylendilithium oder Decamethylendilithium.
Die molekularen Enden des Butadienkautschuk oder Styrol-Butadienkautschuk werden mit einem Modifikator modifiziert. Beispiele für den Modifikator sind Zinnverbindungen und Verbindungen, die eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Epoxygruppe, eine Cyanogruppe, eine Carboxylgruppe, ein Halogen, eine Alkoxygruppe und dergleichen enthalten. In dem modifizierten Butadienkautschuk oder modifizierten Styrol-Butadienkautschuk wird durch die Modifikation in das Polymerende des Butadienkautschuk bzw. Styrol-Butadienkautschuk eine Zinnverbindung, eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Epoxygruppe, eine Cyanogruppe, eine Carboxylgruppe, ein Halogenatom, eine Alkoxygruppe oder dergleichen eingebaut. Das Ausmaß der Modifikation, das heißt der Modifikationsgrad beträgt 20% oder mehr, vorzugsweise 40% oder mehr. Als Modifikator werden eine Zinnverbindung, eine eine Hydroxylgruppe enthaltende Verbindung oder eine eine Aminogruppe enthaltende Verbindung bevorzugt.
Beispiele für Zinnverbindungen sind Zinnhalogenidverbindungen wie Zinntetrachlorid, Zinnmethyltrichlorid, Dibutyldichlorzinn oder Tributylchlorzinn; Allylzinnverbindungen wie Tetraallylzinn, Diethyldiallylzinn oder Tetra(2-Octenyl)Zinn; Tetraphenylzinn und Tetrabenzylzinn. Die Zinnhalogenidverbindungen werden dabei bevorzugt.
Der Anteil des modifizierten Butadienkautschuks bzw. modifizierten Styrol-Butadienkautschuks beträgt 15 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente. Wenn der Anteil weniger als 15 Gewichtsteile beträgt, ist die Auswirkung auf die Verringerung des Rollwiderstands nur gering, und wenn der Anteil 50 Gewichtsteile übersteigt, steigt die Mooney-Viskosität an, und die Verarbeitbarkeit wird schlechter.
Das Polymerisationsverfahren und das Verfahren zum Modifizieren der Enden des Polymers können entsprechend den herkömmlichen Verfahren ausgeführt werden. Zum Beispiel können die Verfahren angewendet werden, die in der JP-A-2002-284930 (Kokai) und der JP-A-2002-284933 (Kokai) beschrieben sind.
Bezüglich des anderen Dienkautschuks, der für den Rest der Kautschukmischung verwendet wird, bestehen keine besonderen Einschränkungen. Es können zum Beispiel Naturkautschuk oder ein synthetischer Dienkautschuk wie Isoprenkautschuk oder Butadienkautschuk oder Styrol-Butadienkautschuk verwendet werden, die mit einer Lösungspolymerisation oder einer Emulsionpolymerisation polymerisiert werden. Für die Kautschukkomponente können die Kautschukarten jeweils allein oder als Mischung von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Die für den Basisgummi verwendete Gummimischung enthält 100 Gewichtsteile der Kautschukkomponente, die aus einer Mi schung des modifizierten Butadienkautschuks oder modifizierten Styrol-Butadienkautschuks und des anderen Dienkautschuks besteht, und 20 bis 50 Gewichtsteile Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 20 bis 40 m²/g und einer Dibutylphthalatabsorption (DBP-Absorption) von 50 bis 150 cm³/100 g.
Wenn die Stickstoffadsorptionsfläche N₂SA des Rußes kleiner ist als 20 m²/g, nimmt die Reißfestigkeit wegen der Abnahme der Festigkeit der Gummimischung ab, und auch die Haltbarkeit verschlechtert sich. Wenn die Stickstoffadsorptionsfläche N₂SA dagegen größer ist als 40 m²/g, steigt der Hystereseverlust an, und als Folge davon nehmen der Rollwiderstand und die Erwärmung zu. Wenn die DBP-Absorption kleiner ist als 50 cm³/100 g, nimmt die Reißfestigkeit wegen der Abnahme der Festigkeit ab. Wenn die DBP-Absorption größer ist als 150 cm³/100 g, tritt keine Verbesserung beim Rollwiderstand ein. Die Werte für die Stickstoffadsorptionsfläche N₂SA und die DBP-Absorption werden gemäß JIS K6217 gemessen.
Der Anteil an Ruß beträgt 20 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Gummimischung. Wenn der Anteil an Ruß kleiner ist als 20 Gewichtsteile, ist der Verstärkungseffekt nicht ausreichend groß, und die Reißfestigkeit wird schlechter. Wenn der Anteil an Ruß dagegen 50 Gewichtsteile übersteigt, verschlechtern sich die Erwärmungseigenschaften, und es tritt keine Verbesserung beim Rollwiderstand ein. Auch wird die Verarbeitbarkeit schlechter.
Neben den erwähnten Komponenten werden einer Gummimischung für Reifen noch verschiedene andere Additive zugemischt, etwa anorganische Füllstoffe (wie Kieselgur), Alterungsinhibitoren, Zinkweiß, Stearinsäure, Weichmacher, Vulkanisiermittel oder Vulkanisationsbeschleuniger. Diese Stoffe werden jeweils in einer Menge zugegeben, damit die erwünschten Eigenschaften erhalten werden.
Die Gummimischung mit der beschriebenen Zusammensetzung ergibt gemäß JIS-K-6394 einen Verlustfaktor (tan δ) von weni ger als 0,05, gemessen mit einer Anfangsspannung von 10%, einer dynamischen Dehnung von 2%, einer Frequenz von 10 Hz und einer Temperatur von 70°C.
Wenn der Verlustfaktor tan δ größer ist als 0,05, steigt der Energieverlust an, und es tritt keine Verringerung des Rollwiderstandes ein. Für den unteren Grenzwert von tan δ gibt es keine besondere Einschränkung, vorzugsweise liegt er bei 0,015 oder höher.
Die Gummimischung mit den obigen Komponenten wird mit einer Knetmaschine für Gummi wie einem Banbury-Mixer oder einem Kneter auf die herkömmliche Weise zubereitet.
Bei dem erfindungsgemäßen Luftreifen aus der beschriebenen Gummimischung ist der Rollwiderstand gering, so daß der Kraftstoffverbrauch abnimmt.
BEISPIELE
Im folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Naturkautschuk (RSS#3) und jeder der als Kautschukkomponenten genannten Butadienkautschuke (BR1 bis BR3), die genannten Rußsorten (CB1 bis CB5) und die üblichen anderen Komponenten einer Gummimischung werden auf die herkömmliche Weise mit einem Banbury-Mixer mit einem Inhalt von 200 Litern geknetet, um die Gummimischung für jedes Beispiel und für jedes Vergleichsbeispiel herzustellen. Die Gummimischung, der Ruß und die üblichen, allen Mischungen gemeinsamen Verbindungskomponenten werden wie folgt eingesetzt.
Kautschukkomponenten

Naturkautschuk (NR): RSS#3, hergestellt in Thailand.
Butadienkautschuk BR1: BR01, hergestellt von der JSR Corporation.
Zinn-modifizierter Butadienkautschuk BR2: BR1250H, hergestellt von der Nippon Zeon C., Ltd.
Hydroxyl-modifizierter Butadienkautschuk BR3: TUFDENE E40, hergestellt von der Asahi Kasei Corporation.

Ruß

Ruß CB1: SEAST SO (N₂SA = 42 m²/g, DBP-Absorption = 115 cm³/100 g), hergestellt von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß CB2: SEAST SVH (N₂SA = 32 m²/g, DBP-Absorption = 140 cm³/100 g), hergestellt von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß CB3: SEAST V (N₂SA = 23 m²/g, DBP-Absorption = 51 cm³/100 g), hergestellt von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß CB4: SEAST TA (N₂SA = 19 m²/g, DBP-Absorption = 42 cm³/100 g), hergestellt von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß CB5: SEAST FY (N₂SA = 29 m²/g, DBP-Absorption = 152 cm³/100 g), hergestellt von der Tokai Carbon Co., Ltd.

Gemeinsame Komponenten
Als in jeder Gummimischung enthaltene gemeinsame Komponenten wurden 3 Gewichtsteile Aromaöl (PROCESS X140 der Japan Energy Corporation), 1 Gewichtsteil Alterungsinhibitor (NOCLAC 6C von der Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.), 2 Gewichtsteile Stearinsäure (RUNAX S-20 von der Kao Corporation), 3 Gewichtsteile Zinkweiß (Zinc White #1 von der Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.), 2 Gewichtsteile Schwefel (fünfprozentiges ölbehandeltes Schwefelpulver von der Hosoi Chemical Industry Co., Ltd.) und 1,5 Gewichtsteile Vulkanisationsbeschleuniger (NOCCELLAR NS-P von der Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.) eingesetzt und verwendet.
An den erhaltenen Gummimischungen wurden für die Verarbeitbarkeit die Mooney-Viskosität, die Reißfestigkeit und der Verlustfaktor (tan δ) mit den folgenden Verfahren bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
Verarbeitbarkeit (Mooney-Viskosität)
Die Mooney-Viskosität (ML₁₊₄) bei 100°C wurde gemäß JIS K6300 gemessen und mit einem Index bezeichnet, der beim Vergleichsbeispiel 1 auf 100 gesetzt wurde. Die Verarbeitbarkeit ist um so besser, je kleiner der Wert ist.
Reißfestigkeit
Die Reißfestigkeit wurde gemäß JIS K6251 gemessen und mit einem Index bezeichnet, der beim Vergleichsbeispiel 1 auf 100 gesetzt wurde. Die Reißfestigkeit ist um so größer, je größer der Wert ist.
Verlustfaktor (tan δ)

Mit dem Rheospektometer E4000 von UBM wurde mit einer Anfangsspannung von 10%, einer dynamischen Spannung von 2%, einer Frequenz von 10 Hz und bei einer Temperatur von 70°C der dynamische Modulus tan δ gemäß JIS K-6394 gemessen. Der Rollwiderstand ist um so besser, je kleiner der Wert ist. TABELLE 1

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Vergl.-beispiel 1	Vergl.-beispiel 2	Vergl.-beispiel 3	Vergl.-beispiel 4	Vergl.-beispiel 5
NR	70	70	70	70	70	70	70	40
BR1				30		30
BR2	30	30			30		30	60
BR3			30
CB1				35	35			35
CB2	35
CB3		35	35
CB4						35
CB5							35
Mooneyvisk. (Index)	100	80	90	100	115	70	125	130
Reißfestigk. (Index)	100	100	100	100	100	80	100	100
tan δ	0,04	0,03	0,03	0,08	0,06	0,05	0,06	0,04

Der erfindungsgemäße Luftreifen kann für Reifen auf verschiedenen Gebieten und in unterschiedlichen Größen verwendet werden, etwa für die Reifen von Pkws, leichten und schweren Lkws, Bussen und dergleichen. Der erfindungsgemäße Reifen ist besonders dafür geeignet, den Kraftstoffverbrauch zu verringern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 9-227720 A [0003]
- JP 11-209518 A [0003]
- JP 2005-68208 A [0003]
- JP 2002-284930 A [0021]
- JP 2002-284933 A [0021]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- JIS K6217 [0024]
- JIS-K-6394 [0027]
- JIS K6300 [0035]
- JIS K6251 [0036]
- JIS K-6394 [0037]

Claims

Luftreifen (1) mit einem Laufflächengummi (6) mit einem Auflagengummi (9) auf der Seite, die mit der Straßenoberfläche in Kontakt kommt, und mit einem Basisgummi (8) auf der Seite des inneren Umfangs, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisgummi (8) aus einer Mischung erhalten wird, die 100 Gewichtsteile einer Dienkautschukkomponente umfaßt, die 15 bis 50 Gewichtsteile eines Butadienkautschuks oder eines Styrol-Butadienkautschuks, dessen molekulare Enden mit einem Modifikator modifiziert werden und der mit einem organischen Lithiumkatalysator polymerisiert wird, und 20 bis 50 Gewichtsteile Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 20 bis 40 m²/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 50 bis 150 cm³/100 g enthält, wobei der Verlustwinkel (tan δ) der Gummimischung, gemessen bei 70°C, kleiner ist als 0,05.
Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikator eine Zinnverbindung, eine eine Hydroxylgruppe enthaltende Verbindung und/oder eine eine Aminogruppe enthaltende Verbindung umfaßt.