DE102008050965B4

DE102008050965B4 - Luftreifen

Info

Publication number: DE102008050965B4
Application number: DE102008050965.5A
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: 2008-10-09
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: US20090101263A1; JP5335347B2; DE102008050965A1; JP2009113793A

Abstract

Luftreifen mit einer Verstärkungs-Gummischicht (9) mit einem im wesentlichen sichelförmigen Querschnitt an der Innenseite der Karkasse (5) im Bereich der Seitenwand (2) des Reifens, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs-Gummischicht (9) eine Gummimischung mit 100 Gewichtsteilen einer Dien-Kautschukkomponente, die 15 bis 50 Gewichtsteile eines Butadienkautschuks oder eines Styrol-Butadienkautschuks enthält, dessen molekulare Enden mit einem Modifikator modifiziert werden und der unter Verwendung eines organischen Lithiumkatalysators polymerisiert wird, und mit 40 bis 80 Gewichtsteilen Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (NSA) von 20 bis weniger als 30 m/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 50 bis 155 cm/100 g umfaßt, wobei der Verlustwinkel (tan δ) der Gummimischung bei 70 °C kleiner ist als 0,07.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen mit Notlaufeigenschaften mit einer Verstärkungs-Gummischicht an der Seitenwand.
Ein Reifen mit Notlaufeigenschaften kann auch dann noch eine gewisse Strecke weitergefahren werden, wenn der Luftdruck im Inneren des Reifens durch eine Reifenpanne und dergleichen auf Null gefallen ist. Eine der Möglichkeiten, einen Reifen mit solchen Notlaufeigenschaften zu schaffen, besteht darin, die Innenseite der Seitenwand des Reifens mit einer Verstärkungs-Gummischicht zu versehen.
Die Verstärkungs-Gummischicht muß beim Fahren ohne Luft eine gewisse Zeit halten. Es wird deshalb eine Gummischicht mit einer relativ großen Härte und mit einer großen Querschnittbreite bei einem sichelförmigen Querschnitt verwendet. Die Haltbarkeit der herkömmlichen Verstärkungs-Gummischicht ist jedoch trotzdem nicht besonders groß.
Außerdem gibt es dahingehend Probleme, daß durch die Verstärkungs-Gummischicht, besonders wenn diese dick ist, das Gewicht des Reifens zunimmt. Dadurch steigt der Rollwiderstand und damit der Kraftstoffverbrauch an. Auch wird der Fahrkomfort im normalen Betrieb des Reifen wegen der größeren Härte beeinträchtigt.
Zur Verbesserung der Haltbarkeit eines Reifens mit Notlaufeigenschaften im Notbetrieb ist es aus der US 2002/0091184 A1 bekannt, durch die Verwendung einer großen Menge von Vulkanisationsmittel und Vulkanisationsbeschleuniger ohne Erhöhung des Anteil an Ruß die Vulkanisationsdichte zu erhöhen. Aus der US 2005/0209393 A1 ist es bekannt, eine Gummimischung zu verwenden, die in der Kautschukkomponente einen sternförmig gelösten Polymerisations-Butadienkautschuk, eine bestimmte Rußart und ein bestimmtes Vulkanisationsmittel enthält. Dies reicht jedoch nicht aus, um die gewünschte Haltbarkeit im Notlaufbetrieb und einen geringen Kraftstoffverbrauch im Normalbetrieb zu gewährleisten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Reifen mit Notlaufeigenschaften zu schaffen, dessen Haltbarkeit im Notlaufbetrieb gut ist und der im Normalbetrieb einen geringen Kraftstoffverbrauch aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Reifen nach Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Reifens ist im Patentanspruch 2 genannt.
Erfindungsgemäß wird somit ein Luftreifen mit ausgezeichneten Notlaufeigenschaften geschaffen, bei dem durch die in der Verstärkungs-Gummischicht an der Seitenwand des Reifens verwendete Gummimischung die Haltbarkeit des Reifens erhöht, der Rollwiderstand verringert und ein geringer Kraftstoffverbrauch erzielt wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Luftreifen mit einer Verstärkungs-Gummischicht mit einem im wesentlichen sichelförmigen Querschnitt an der Innenseite der Karkasse im Seitenwandbereich des Reifens, wobei die Verstärkungs-Gummischicht eine Gummimischung mit 100 Gewichtsteilen einer Dien-Kautschukkomponente, die 15 bis 50 Gewichtsteile eines Butadienkautschuks oder eines Styrol-Butadienkautschuks enthält, dessen molekulare Enden mit einem Modifikator modifiziert werden und der unter Verwendung eines organischen Lithiumkatalysators polymerisiert wird, und mit 40 bis 80 Gewichtsteilen Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 20 bis weniger als 30 - m²/g sowie einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 50 bis 155 cm³/100 g umfaßt, wobei der Verlustwinkel (tan δ) der Gummimischung bei 70 °C kleiner ist als 0,07.
Der Modifikator, mit dem die molekularen Enden des Butadienkautschuks oder Styrol-Butadienkautschuks modifiziert werden, kann eine Zinnverbindung sein, eine Verbindung, die eine Hydroxylgruppe enthält, und/oder eine Verbindung, die eine Aminogruppe enthält.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher beschrieben.

1 ist eine Schnittansicht eines Beispiels für einen Luftreifen mit Notlaufeigenschaften.

Die 1 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Luftreifens mit Notlaufeigenschaften. Ein Luftreifen 10 umfaßt eine Karkasse 5, die um den Wulstkern 4 eines Wulsts 1 verläuft, | eine Gürtellage 6, die die Karkasse 5 im Bereich der Lauffläche 3 des Reifens 10 verstärkt, und eine seitliche Verstärkungs-Gummischicht 9. Die Verstärkungs-Gummischicht 9 hat im Meridianquerschnitt des Reifens die Form einer Sichel und befindet sich im Bereich der Seitenwand 2 des Reifens 10 an der Innenseite der Karkasse 5, um die Seitenwand 2 zu verstärken. Bei der gezeigten Ausführungsform besteht die Karkasse 5 aus einer Gewebelage.
Die seitliche Verstärkungs-Gummischicht 9 ist im Bereich von der Felgenrandlinie RL, die bei einem Notlauf ohne Luft im Reifen mit der Oberseite des Felgenflansches in Kontakt kommt, bis zum Rand der Gürtellage 6 an der Innenseite der Karkasse 9 vorgesehen und hat im Querschnitt, der die Reifenachse enthält, im wesentlichen die Form einer Sichel.
Die für die seitliche Verstärkungs-Gummischicht 9 verwendete Gummimischung enthält in der Kautschukkomponente einen modifizierten Dienkautschuk, dessen molekulare Enden mit einem Modifikator modifiziert werden und der ein Butadienkautschuk (Butadiene Rubber, BR) oder ein Styrol-Butadienkautschuk (Styrene-Butadien Rubber, SBR) ist, der mit einem organischen Lithiumkatalysator polymerisiert wird und der in einer Menge von 15 bis 50 Gewichtsteilen in der Kautschukkomponente verwendet wird, wobei für den Rest der Kautschukkomponente ein nicht modifizierter Dienkautschuk Verwendung findet.
Die organische Lithiumverbindung, die als Polymerisationskatalysator für den modifizierten Dienkautschuk verwendet wird, ist eine organische Lithiumverbindung, wie sie bei der Lösungspolymerisation allgemein verwendet wird. Diesbezüglich besteht somit keine besondere Einschränkung. Beispiele für die organische Lithiumverbindung sind etwa Alkyllithium wie Methyllithium, Ethyllithium, Propyllithium, n-Butyllithium, sek-Butyllithium, tert-Butyllithium, n-Hexyllithium oder n-Octyllithium; Aryllithium wie Phenyllithium, Tolyllithium oder Lithiumnaphthylid; Alkenyllithium wie Vinyllithium oder Propenyllithium; und Alkylendilithium wie Tetramethylendilithium, Pentamethylendilithium, Hexamethylendilithium oder Dekamethylendilithium.
Die molekularen Enden des modifizierten Dienkautschuks werden mit einem Modifikator modifiziert. Der Modifikator ist zum Beispiel eine Zinnverbindung oder eine Verbindung, die eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Epoxygruppe, eine Cyanogruppe, eine Carboxylgruppe, ein Halogen, eine Alkoxygruppe und dergleichen enthält. Im modifizierten Dienkautschuk wird durch die Modifikation in das Polymerende des Dienkautschuks eine Zinnverbindung bzw. eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Epoxygruppe, eine Cyanogruppe, eine Carboxylgruppe, ein Halogenatom, eine Alkoxygruppe und dergleichen eingebaut. Das Ausmaß der Modifikation beträgt 20 % oder mehr, vorzugsweise 40 % oder mehr. Als Modifikator wird eine Zinnverbindung oder eine Verbindung bevorzugt, die eine Hydroxylgruppe oder eine Aminogruppe enthält.
Beispiele für Zinnverbindungen sind Zinnhalogenidverbindungen wie Zinntetrachlorid, Zinnmethyltrichlorid, Dibutyldichlorzinn und Tributylchlorzinn; Allylzinnverbindungen wie Tetraallylzinn, Diethyldiallylzinn und Tetra(2-Octenyl)Zinn; Tetraphenylzinn und Tetrabenzylzinn.
Die Menge des an den Enden modifizierten Polymers in der Verbindung beträgt 15 bis 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente. Wenn die Menge unter 15 Gewichtsteilen liegt, wird keine Verbesserung der Affinität zum Verstärkungsmittel erreicht, und die Verringerung des Rollwiderstands ist gering. Wenn die Menge über 50 Gewichtsteilen liegt, steigt die Mooney-Viskosität an, und die Verarbeitbarkeit verschlechtert sich.
Die Modifikation der Enden des Polymers und dessen Polymerisation können auf die herkömmliche Weise ausgeführt werden, etwa nach den Verfahren, die in der JP-A-2002-284930 und der JP-A-2002-284933 beschrieben sind.
Hinsichtlich des restlichen, nicht modifizierten Dienkautschuks bestehen keine Einschränkungen. Beispiele dafür sind Naturkautschuk und synthetischer Dienkautschuk wie Isoprenkautschuk und Butadienkautschuk sowie Styrol-Butadienkautschuk, die mittels Lösungspolymerisation oder Emulsionspolymerisation polymerisiert werden. Diese Kautschukarten können in der Kautschukkomponente jeweils allein oder als Mischung verwendet werden.
Die für die seitliche Verstärkungs-Gummimischung verwendete Gummimischung umfaßt 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponente, die aus einer Mischung des modifizierten Dienkautschuks mit dem anderen, nicht modifizierten Dienkautschuk besteht, und 40 bis 80 Gewichtsteile Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 20 bis weniger als 30 m²/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 50 bis 155 cm³/100 g.
Wenn die Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) des Rußes unter 20 m²/g liegt, nimmt die Haltbarkeit durch die nicht ausreichende Festigkeit der Gummimischung ab. Wenn andererseits die Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) des Rußes 30 m²/g oder mehr beträgt, steigt der Hystereseverlust an, so daß der Rollwiderstand und die Erwärmung zunehmen. Wenn die DBP-Absorption unter 50 cm³/100 g liegt, ist die Haltbarkeit wegen ungenügender Festigkeit nicht ausreichend. Wenn andererseits die DBP-Absorption über 155 cm³/100 g liegt, wird der Rollwiderstand nicht kleiner. Die Stickstoffadsorptionsfläche N₂SA und die DBP-Absorption werden gemäß JIS K6217 gemessen.
Die Menge an Ruß in der Verbindung beträgt 40 bis 80 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente. Wenn die Menge an Ruß in der Verbindung unter 40 Gewichtsteilen liegt, reichen der Verstärkungseffekt und die Gummihärte nicht aus, und die Haltbarkeit ist schlecht. Wenn die Menge an Ruß in der Verbindung 80 Gewichtsteile übersteigt, nimmt die Erwärmung zu, und es wird keine Verringerung des Rollwiderstands erreicht. Außerdem nimmt die Produktivität wegen einer schlechteren Verarbeitbarkeit ab.
Neben den erwähnten Komponenten können einer Gummimischung für Reifen noch verschiedene andere, allgemein verwendete Additive zugemischt werden, etwa anorganische Füllstoffe (wie Kieselerde), Alterungsinhibitoren, Zinkweiß, Stearinsäure, Weichmacher, Vulkanisationsmittel und Vulkanisationsbeschleuniger. Diese Stoffe werden jeweils in einer Menge zugegeben, damit die erwünschten Eigenschaften erhalten werden.
Die Gummimischung mit der obigen Zusammensetzung weist einen Verlustfaktor (tan δ) von weniger als 0,07 auf. Der Verlustfaktor wird gemäß JIS K-6394 mit einer Anfangsdehnung von 10 %, einer dynamischen Dehnung von 2 %, einer Frequenz von 10 Hz und bei einer Temperatur von 70 °C gemessen.
Wenn der Verlustfaktor tan δ größer ist als 0,07, 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 0,03 oder höher.
Die Gummimischung mit den obigen Komponenten wird mit einer Knetmaschine für Gummi wie einem Banbury-Mixer oder einem Gummikneter auf die herkömmliche Weise zubereitet.
Bei dem erfindungsgemäßen Luftreifen, bei dem die beschriebene Gummimischung für die seitliche Verstärkungs-Gummischicht verwendet wird, ist die Haltbarkeit im Notlaufbetrieb groß und der Rollwiderstand im Normalbetrieb gering, so daß der Kraftstoffverbrauch abnimmt.
BEISPIELE
Im folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
30 Gewichtsteile Naturkautschuk (RSS#3) und die in der Tabelle 1 für die Kautschukkomponente genannten Butadienkautschuke (BR1 bis BR3) (insgesamt 100 Gewichtsteile), die in der Tabelle 1 genannten Rußsorten (CB1 bis CB5) und die gemeinsamen anderen Komponenten der Gummimischung werden jeweils auf die herkömmliche Weise in einem Banbury-Mixer mit einem Inhalt von 200 Litern durchgeknetet, um die Gummimischung für jedes der Beispiele und für jedes der Vergleichsbeispiele herzustellen. Die Kautschukkomponente, 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 V (N₂SA = 23 m²/g, DBP-Absorption = 51 cm³/100 g), hergestellt von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß CB3: SEAST FY (N₂SA = 29 m²/g, DBP-Absorption = 152 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 SVH (N₂SA = 32 m²/g, DBP-Absorption = 140 cm³/100 g), hergestellt von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Gemeinsame Komponenten
Als in jeder Gummimischung enthaltene gemeinsame Komponenten wurden 2 Gewichtsteile 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.), 3 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, der Verlustfaktor (tan δ) und die Haltbarkeit des Reifens 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.
Verlustfaktor (tan δ)
Mit dem Rheospektometer E4000 von UBM wurde mit einer Anfangsdehnung von 10 %, einer dynamischen Dehnung 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 geringer, je kleiner der Wert ist.
Haltbarkeit des Reifens

Ein Luftreifen (mit Notlaufeigenschaften) mit dem in der 1 gezeigten Aufbau und einer Reifengröße von 225/45ZR18 wurde auf die herkömmliche Weise hergestellt und bei einem Luftdruck von 0 kPa unter einer Last von 4,0 kN bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h einem Lauftest auf einer Stahltrommel mit einem Durchmesser von 1707 mm unterworfen, bis bei dem Reifen ein Fehler auftrat. Die Haltbarkeit wurde entsprechend der zurückgelegten Strecke mit einem Index bezeichnet, der beim Vergleichsbeispiel 1 auf 100 gesetzt wurde. Die Haltbarkeit ist um so besser, je größer der Wert ist. TABELLE 1

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Verglchs beispiel 1	Verglchs beispiel 2	Verglchs beispiel 3	Verglchs beispiel 4	Verglchs beispiel 5
NR	30	30	30	30	30	30	30	30
BR1	35	35	35	70	35	70	35
BR2	35		35		35		35	70
BR3		35
CB1				50	50			50
CB2	50	50
CB3			50
CB4						50
CB5							50
Mooney-Viskos. (Index)	100	90	100	100	115	80	105	130
tan δ	0,06	0,06	0,05	0,10	0,08	0,07	0,06	0,07
Haltbarkeit (Index)	110	110	110	100	110	80	105	115

Der erfindungsgemäße Reifen weist eine ausgezeichnete Haltbarkeit in Verbindung mit einem geringen Kraftstoffverbrauch auf und wird vorzugsweise bei Pkws als Reifen mit Notlaufeigenschaften eingesetzt.

Claims

Luftreifen mit einer Verstärkungs-Gummischicht (9) mit einem im wesentlichen sichelförmigen Querschnitt an der Innenseite der Karkasse (5) im Bereich der Seitenwand (2) des Reifens, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs-Gummischicht (9) eine Gummimischung mit 100 Gewichtsteilen einer Dien-Kautschukkomponente, die 15 bis 50 Gewichtsteile eines Butadienkautschuks oder eines Styrol-Butadienkautschuks enthält, dessen molekulare Enden mit einem Modifikator modifiziert werden und der unter Verwendung eines organischen Lithiumkatalysators polymerisiert wird, und mit 40 bis 80 Gewichtsteilen Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 20 bis weniger als 30 m²/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 50 bis 155 cm³/100 g umfaßt, wobei der Verlustwinkel (tan δ) der Gummimischung bei 70 °C kleiner ist als 0,07.
Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikator, mit dem die molekularen Enden des Butadienkautschuks oder Styrol-Butadienkautschuks modifiziert werden, eine Zinnverbindung, eine eine Hydroxylgruppe enthaltende Verbindung und/oder eine eine Aminogruppe enthaltende Verbindung ist.