DE102008052984A1

DE102008052984A1 - Luftreifen

Info

Publication number: DE102008052984A1
Application number: DE102008052984A
Authority: DE
Inventors: Norihiko Nakamura
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: DE102008052984B4; JP2009120184A; US20090107595A1; JP5259332B2; US8261794B2

Abstract

Es wird ein Luftreifen bereitgestellt, bei dem die Verarbeitbarkeit und die Reifeneigenschaften, wie der Rollwiderstand oder das Verhalten bei Nässe, aufrechterhalten werden, das Problem der mangelnden Leitfähigkeit durch einen Laufflächenkautschuk aus einer Siliciumdioxid-Zubereitung oder dgl. überwunden wird und das leitfähige Verhalten des Reifens über einen langen Zeitraum hinweg erhalten bleibt. Der Luftreifen umfasst eine nicht-leitende Lauffläche und eine kontinuierliche leitende Bahn, die einen leitfähigen Felgenstreifen und eine Seitenwand umfasst, wobei ein Zementkautschuk auf einen Grundbereich der Lauffläche und auf einen Kontaktbereich zwischen der Lauffläche und der Seitenwand unter Bildung eines kontinuierlichen Beschichtungsfilms aufgebracht wird, wobei der Zementkautschuk eine Kautschukzusammensetzung enthält, die 100 Gew.-Teile einer Kautschukkomponente mit einem Gehalt an 50 bis 100 Gew.-Teilen eines Dien-Kautschuks mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) von 250000 bis 450000 und 10 bis 30 Gew.-Teile Ruß mit einer durch Stickstoffadsorption gemessenen spezifischen Oberfläche (N2SA) von 700 bis 1300 m2/g und einer Dibutylphthalat(DBP)-Absorption von 300 bis 550 cm3/100 g umfasst, wobei die Kautschukzusammensetzung in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung 2007-277277 (Anmeldetag 25. Oktober 2007) und beansprucht deren Priorität. Der gesamte Inhalt dieser Anmeldung wird durch Verweis zum Gegenstand der Beschreibung gemacht.
Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Luftreifen mit hervorragender Leitfähigkeit, der eine Lauffläche aus einer Siliciumdioxid-Zubereitung oder dergl. umfasst, der den Rollwiderstand und das Verhalten eines Reifens bei Nässe verbessert und der statische Elektrizität, die sich in Fahrzeugen aufgeladen hat, über eine Straßenoberfläche entladen kann.
Zur Verbesserung des Rollwiderstands eines Luftreifens und des Laufverhaltens auf nassem Belag (Verhalten bei Nässe) besteht eine Technik darin, Siliciumdioxid anstelle des herkömmlichen Rußes als Verstärkungsmittel mit einer Kautschukzusammensetzung für eine Lauffläche zu vermischen. Mit dieser Siliciumdioxid-Mischtechnik kommt es durch statische Elektrizität, die sich in Fahrzeugen aufgeladen hat, zu einer Entladungserscheinung, wenn ein Reifen ein Mannloch oder dergl. passiert. Dies führt zu Problemen durch Funkrauschen, nachteilige Einflüsse auf elektronische Schaltungsteile, Erzeugung von Kurzschlüssen und dergl.
Zur Überwindung dieser Probleme wurden herkömmlicherweise verschiedene Techniken zur Gewährleistung der Leitfähigkeit eines Reifens vorgeschlagen, indem ein leitfähiges Element, das mit Ruß vermischt ist, an einem Teil einer Laufflächenstruktur bereitgestellt wird. Beispielsweise besteht die in JP-A-2002-1834 (Kokai) (der gesamte Inhalt dieser Druckschrift wird durch Verweis zum Gegenstand der Beschreibung gemacht) beschriebene Technik darin, einen leitfähigen, dünnen Film mit einem Gehalt an Ruß auf einer äußeren Oberfläche einer Lauffläche und einer Seitenwand zu bilden, indem man eine leitfähige, flüssige Kautschuk-Pastenzusammensetzung auf einen Bereich, der von der Nähe des Teils, der dem Bodenende einer Lauffläche eines Rohreifens entspricht, bis zum Teil reicht, der einer Strebe entspricht, aufträgt, vulkanisiert und verformt, wobei man die gesamte Rillenoberfläche von Querrillen an einer Reifenschulter bedeckt.
Die in EP-0 819 741 A1 (der gesamte Inhalt dieser Druckschrift wird durch Verweis zum Gegenstand der Beschreibung gemacht) beschriebene Technik besteht darin, einen kontinuierlichen Beschichtungsfilm zu bilden, indem man einen Kautschukzement (Kautschukkitt), der durch Lösen und gleichmäßiges Dispergieren einer Kautschukzusammensetzung mit einem Gehalt an 100 Gew.-teilen eines Dien-Kautschuks und 40 bis 100 Gew.-teilen eines Rußes, der einen N₂SA-Wert von 130 m²/g oder mehr und einer DBP-Absorption von 110 ml/100 g oder mehr in einem organischen Lösungsmittel aufweist, erhalten worden ist, auf eine äußere Oberfläche eines Reifenlaufflächen-Zwischenbaukautschuks mit einem inneren Widerstandswert von 10⁸ Ω·cm oder mehr und auf einem Teil mindestens eines Elements neben der äußeren Oberfläche aufbringt.
Die in EP-0 705 722 A1 (der gesamte Inhalt dieser Druckschrift wird durch Verweis zum Gegenstand der Beschreibung gemacht) beschriebene Technik besteht darin, eine mit Ruß verstärkte Karkasse (Reifenunterbau) und eine Kautschuklauffläche, die quantitativ mit Siliciumdioxid verstärkt ist, bereitzustellen, wobei auf die Reifenlauffläche ein Schutzfilm mit einem Gehalt an einer vorgegebenen Menge eines elektrisch leitenden Rußes aufgebracht ist.
US-6 140 407 (der gesamte Inhalt dieser Druckschrift wird durch Verweis zum Gegenstand der Beschreibung gemacht) beschreibt eine wässrige, leitfähige Beschichtungsmasse, die eine Kautschukkomponente, Ruß, der eine durch das Stickstoff-Absorptionsverfahren bestimmte spezifische Oberfläche (N₂SA) von 70 bis 180 m²/g und eine Dibutylphthalat (DBP)-Absorption von 70 bis 180 ml/100 g aufweist, sowie ein oberflächenaktives Mittel enthält und auf die Oberfläche einer Lauffläche, die aus einer Kautschukzusammensetzung mit hohem elektrischen Widerstand gebildet ist, und auf die Oberfläche einer Seitenwand, die aus einer Kautschukzusammensetzung mit geringem elektrischen Widerstand gebildet ist, in Nachbarschaft zur Lauffläche aufgebracht wird.
JP-A-2005-2206 (Kokai) (der gesamte Inhalt dieser Druckschrift wird durch Verweis zum Gegenstand der Beschreibung gemacht) beschreibt eine Kautschukzusammensetzung, die eine Kautschukkomponente umfasst, die einen Dien-Kautschuk enthält, der mit einer Rußkomponente, die einen stark leitfähigen Ruß oder Acetylenruß mit einer bestimmten spezifischen Oberfläche vermischt ist, und weiteren Ruß enthält, wobei die Kautschukzusammensetzung nach der Vulkanisation einen Verlustfaktor (tan δ) von 0,03 bis 0,07 bei 60°C und einen spezifischen Durchgangswiderstand von 10⁴ bis 10⁶ Ω·cm bei 25°C aufweist. Dadurch wird ein Luftreifen bereitgestellt, der sowohl einen geringen Rollwiderstand als auch hochgradig antistatische Eigenschaften aufweist.
Jedoch gelingt es mit den in den vorstehenden Druckschriften beschriebenen Techniken nicht, gleichzeitig eine Verbesserung des Rollwiderstands und des Verhaltens bei Nässe durch Zumischen eines nicht-leitenden Füllstoffes, wie Siliciumdioxid, und die Beseitigung der Probleme mit der mangelnden Leitfähigkeit eines Reifens auf der Grundlage einer nicht-leitenden Lauffläche zu erreichen. Mit anderen Worten, selbst wenn die Leitfähigkeit verbessert wurde, indem man einen leitenden dünnen Film, der einen Dien-Kautschuk mit einem Gehalt an Ruß mit einer hohen spezifischen Oberfläche umfasst, auf der Oberfläche eines Reifens bereitstellte (wobei Ruß mit einer hohen spezifischen Oberfläche in einer Menge von 40 Gew.-teilen oder mehr enthalten ist), traten Probleme insofern auf, als die Kautschukzusammensetzung stark exotherm war und ein zufriedenstellend niedriger Rollwiderstand nicht erreicht werden konnte. Ferner war die Viskosität im unvulkanisierten Zustand aufgrund einer Verringerung der Dispergierbarkeit des Rußes erhöht, was die Verarbeitbarkeit beim Produktionsvorgang nachteilig beeinflusste. Schließlich wurde die Kautschukfestigkeit eines leitenden dünnen Films beim Fahrbetrieb des Reifens verringert, so dass das Leitverhalten nicht über einen langen Zeitraum hinweg erhalten werden konnte.
Zusammenfassende Darstellung
Angesichts der geschilderten Probleme wird erfindungsgemäß ein Luftreifen bereitgestellt, bei dem die Verarbeitbarkeit des Kautschuks und das Verhalten des Reifens, z. B. der Rollwiderstand oder das Verhalten bei Nässe, erhalten bleiben, das Problem einer fehlenden Leitfähigkeit durch einen Laufflächenkautschuk mit einer Siliciumdioxid-Zubereitung oder dergl. überwunden wird und die Leiteigenschaften des Reifens für einen langen Zeitraum hinweg erhalten bleiben.
Der erfindungsgemäße Luftreifen umfasst eine Lauffläche, die eine Grundoberfläche bildet, die eine nicht-leitende Kautschukzusammensetzung umfasst, sowie eine leitende Bahn, die eine leitfähige Kautschukzusammensetzung umfasst, in Kontakt mit der Lauffläche steht und kontinuierlich über einen Felgenkontaktbereich eines Reifens ausgebildet ist, wobei ein Zementkautschuk auf eine äußere Oberfläche eines Reifens unter Einschluss eines Grundbereiches der Lauffläche und eines Kontaktbereiches zwischen der Lauffläche und der leitenden Bahn aufgebracht ist, um einen kontinuierlichen Beschichtungsfilm aus dem Zementkautschuk zu bilden, wobei der Zementkautschuk eine Kautschukzusammensetzung umfasst, die 100 Gew.-teile einer Kautschukkomponente mit einem Gehalt an 50 bis 100 Gew.-teilen eines Dien-Kautschuks mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) von 250 000 bis 450 000; und 10 bis 30 Gew.-teile Ruß mit einer spezifischen Stickstoff-Adsorptionsoberfläche (N₂SA) von 700 bis 1 300 m²/g und einer Dibutylphthalat (DBP)-Absorption von 300 bis 550 cm³/100 g enthält, wobei die Kautschukzusammensetzung in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist.
Erfindungsgemäß beträgt die Gesamtmenge des in der Kautschukzusammensetzung für den Zementkautschuk enthaltenen Rußes vorzugsweise 50 bis 90 Gew.-teile pro 100 Gew.-teile der Kautschukkomponente. Ferner kann die Kautschukzusammensetzung für den Zementkautschuk einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Ω·cm aufweisen.
Erfindungsgemäß werden die Verarbeitbarkeit eines Kautschuks und das Reifenverhalten, wie der Rollwiderstand oder das Verhalten des Reifens bei Nässe, durch eine Siliciumdioxid-Zubereitung aufrechterhalten und ferner können über einen langen Zeitraum hinweg die Leiteigenschaften des Reifens aufrechterhalten werden. Ferner lassen sich Probleme, wie Geräuschentwicklung, nachteilige Einflüsse auf elektronische Bauteile oder Kurzschlüsse, aufgrund von Aufladung mit statischer Elektrizität in Fahrzeugen beseitigen, indem man einen nicht-leitenden Reifen mit einer mit Siliciumdioxid zubereiteten Lauffläche oder dergl. verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein halber Querschnitt eines erfindungsgemäßen Luftreifens.
2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zur Messung des elektrischen Widerstands eines Reifens.
3 ist ein halber Querschnitt eines Luftreifens mit SWOT-Struktur.
4 ist ein halber Querschnitt eines Luftreifens mit einem Flügelkautschuk.
Ausführliche Beschreibung
Nachstehend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen werden auf der Grundlage eines Reifens für einen Personenkraftwagen beschrieben, wobei aber die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.
1 ist ein halber Querschnitt eines Luftreifens 1 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Der Luftreifen 1 (nachstehend kurz als "Reifen" bezeichnet) besteht aus einem Paar von Wülsten 4 zur Anbringung an einer Felge, einer Seitenwand 3, die sich nach außen in radialer Richtung des Reifens vom Wulst 4 aus erstreckt, und eine Lauffläche 2, die zwischen den Seitenwänden 3, 3 vorgesehen ist, in Kontakt mit einer Straßenoberfläche. Die Lauffläche 2 umfasst einen Scheitel 21, der den Hauptgrundbereich im mittleren Teil in Breitenrichtung eines Reifens darstellt, und eine Schulter 22, die an beiden Seiten der Lauffläche 2 unter Bildung eines Grundendbereiches angeordnet ist und in die Seitenwand 3 ausläuft.
Der Reifen 1 ist mit einem Felgenstreifen 23 versehen, der einen Flansch einer Felge, die an der Außenseite des Wulstes 4 in axialer Richtung des Reifens vorgesehen ist, kontaktiert. Das untere Ende des Seitenwandkautschuks 9 ist über das Ende des Felgenstreifens 23 gelegt und steht in Kontakt mit diesem.
Wie in 1 dargestellt, weist der Reifen 1 eine TOS-Struktur (Lauffläche über der Seitenwand) in der Weise auf, dass ein äußeres Ende des Seitenwandkautschuks 9 in radialer Richtung des Reifens auf die untere Seite des Endes der Laufflächenschulter 22 gelegt ist. Mit anderen Worten, die Oberfläche beider Umfangsbereiche der Laufflächenschulter 22 bedeckt beide äußeren Enden der Seitenwand 3 am Umfang des Reifens unter Bildung eines Laufflächengrund-Endbereiches.
Ferner handelt es sich beim Reifen 1 um einen Reifen mit einer allgemeinen radialen Struktur für einen Personenkraftwagen, der folgendes umfasst: eine Karkasse 6, die zwei Karkassenlagen umfasst, die ein Cordgewebe aufweisen, das um einen Wulstkern 5, der in radialer Richtung in ein Paar von Wülsten 4 eingebettet ist, vorgesehen ist, wobei die Karkassenlage von der Innenseite des Reifens nach außen gedreht und blockiert ist, einen Gürtel 7, der zwei gekreuzte Gürtellagen umfasst, die an der Innenseite der Lauffläche 2 vorgesehen sind, und einen Zwischenbau 8, der ein spiralförmig auf den Umfang des Gürtels 7 mit einem Winkel von nahezu 0° zur Umfangsrichtung des Reifens gewundenes Seil umfasst.
Für die Karkassenlage der Karkasse 6 wird eine Schnur (Cord) aus organischen Fasern, wie Polyester, Nylon oder Reyon, verwendet. Für die Gürtellage des Gürtels 7 wird eine starre Schnur, z. B. ein Stahlseil oder eine Schnur aus Aramidfasern, verwendet. Für den Zwischenbau 8 wird eine Schnur mit relativ hoher Wärmeschrumpffähigkeit, wie Nylon oder Polyester, als Verstärkungselement verwendet.
Für den die Lauffläche 2 bildenden Laufflächenkautschuk wird eine Kautschukzusammensetzung verwendet, die als Verstärkungsmittel ein Nichtruß-Verstärkungsmittel, wie Siliciumdioxid (z. B. gefälltes Siliciumdioxid, wasserfreie Kieselsäure), Ton (z. B. calcinierter Ton, harter Ton), Calciumcarbonat oder dergl., anstelle von herkömmlichem Ruß verwendet, um den Verlustfaktor tan δ der Kautschukzusammensetzung zu verringern und somit zur Verbesserung des Rollwiderstands und des Verhaltens des Reifens 1 bei nassen Bedingungen beizutragen. Insbesondere wird vorzugsweise Siliciumdioxid, das eine starke Verbesserungswirkung. z. B. auf den Rollwiderstand, zeigt, verwendet.
Die Mischmenge des Nichtruß-Verstärkungsmittels, wie Siliciumdioxid, beträgt 30 bis 120 Gew.-teile und vorzugsweise 40 bis 100 Gew.-teile pro 100 Gew.-teile der Kautschukkomponente. Durch diese Mischmenge lassen sich der Rollwiderstand und das Verhalten bei Nässe verbessern.
Im Fall von Siliciumdioxid unterliegt die Art des Siliciumdioxids keinen speziellen Beschränkungen. Beispielsweise wird im Hinblick auf die Verstärkungswirkung und die Verarbeitbarkeit nasses Siliciumdioxid mit einer spezifischen Stickstoff-Adsorptionsoberfläche (BET) von 100 bis 250 m²/g und einer DBP-Absorption von 100 ml/100 g oder mehr bevorzugt. Handelsübliche Produkte, wie NIPSIL AQ (Produkt der Fa. Tosoh Silica Corporation) oder ULTRASIL VN3 (Produkt der Fa. Degussa), können verwendet werden. Ferner wird die gleichzeitige Verwendung eines Silan-Haftmittels, wie Bis-(triethoxysilylpropyl)-tetrasulfid, bevorzugt.
Im Hinblick auf die Abriebbeständigkeit und den Wärmeaufbau werden in einem Laufflächenkautschuk SAF, ISAF, HAF und dergl. als Rußprodukte bevorzugt. Die Mischmenge davon beträgt 0 bis 40 Gew.-teile pro 100 Gew.-teile der Kautschukkomponente.
Als Kautschukkomponente im Laufflächenkautschuk werden Dien-Kautschukarten, wie Naturkautschuk (NR), Isopren-Kautschuk (IR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) oder Butadien-Kautschuk (BR) allein oder in Form eines Gemisches aus zwei oder mehr Bestandteilen verwendet. Ferner werden in geeigneter Weise Öle, Weichmacher, wie ein Wachs, Stearinsäure, Zinkoxid, Harze, Mittel zur Verhinderung der Alterung, Vulkanisationsmittel, wie Schwefel, Vulkanisationsbeschleuniger oder dergl. als Mischbestandteil für Kautschuk zugemischt.
Auf diese Weise wird der Laufflächenkautschuk zu einem Kautschuk, der beim Reifen 1 den Rollwiderstand und das Verhalten bei Nässe verbessert, wobei jedoch andererseits die Kautschukzusammensetzung einen spezifischen elektrischen Widerstand von 10⁸ Ω·cm oder mehr aufweist und daher einen nicht-leitenden Kautschuk darstellt. Infolgedessen ist der Laufflächengrundbereich des Reifens 1 nicht leitend und der Reifen 1 stellt bei Kombination der einzelnen Bestandteile einen nicht-leitenden Reifen mit einem elektrischen Widerstand von 10⁸ Ω oder mehr dar. Selbst wenn ein leitender Kautschuk im Felgenstreifenkautschuk 23 des Wulstes 4 und im Seitenwandkautschuk 9 der Seitenwand 3 verwendet wird, kommt es aufgrund der Tatsache, dass der Laufflächengrundbereich nicht leitend ist, dazu, dass die Aufladung mit statischer Elektrizität in den Fahrzeugen nicht von der Lauffläche 2 über den Wulst 4 und die Seitenwand 3 auf die Straßenoberfläche entladen werden kann.
Zur Lösung des vorstehenden Problems der Aufladung von Fahrzeugen mit statischer Elektrizität ist der erfindungsgemäße Reifen 1 so beschaffen, dass eine leitende Kautschukzusammensetzung mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Ω·cm auf den Seitenwandkautschuk 9 und den Felgenstreifen 23 eines Reifens aufgebracht wird. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche, leitende Bahn an der Seitenwand 3 mit dem Felgenstreifen 23 und dem Seitenwandkautschuk 9 gebildet.
Ein kontinuierlicher Beschichtungsfilm 10, der durch schichtförmiges Aufbringen eines Zementkautschuks, der ein in einem organischen Lösungsmittel gelöste Kautschukzusammensetzung umfasst, erhalten worden ist, wird auf der äußeren Oberfläche des Reifens unter Einschluss mindestens eines Grundbereiches der Schulter 22 der Lauffläche 2 und eines Kontaktbereiches zwischen der Lauffläche 2 und der Seitenwand 3 in radialer Richtung gebildet. Speziell wird der kontinuierliche Beschichtungsfilm 10 kontinuierlich vom Grundendbereich 22 der Lauffläche 2 zu einem radial äußeren Ende der leitenden Bahn 9 auf der äußeren Oberfläche des Reifens gebildet.
Erfindungsgemäß umfasst die Kautschukzusammensetzung zur Bildung des Zementkautschuks 100 Gew.-teile einer Kautschukkomponente mit einem Gehalt an 50 bis 100 Gew.-teilen eines Dien-Kautschuks mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) von 250 000 bis 450 000 als Kautschukkomponente und 10 bis 30 Gew.-teile Russ mit einer durch Adsorption von Stickstoff bestimmten spezifischen Oberfläche (N₂SA) von 700 bis 1 300 m²/g und einer Dibutylphthalat (DBP)-Absorption von 300 bis 550 cm³/100 g.
Zu Beispielen für den Dien-Kautschuk mit einem Mw-Wert von 250 000 bis 450 000 gehören ein Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und ein Butadien-Kautschuk (BR), die durch Emulsionspolymerisation oder Lösungspolymerisation erhalten worden sind. Vorzugsweise ist SBR enthalten. Bei einem Mw-Wert von weniger als 250 000 ergibt sich eine mangelhafte Festigkeit der Kautschukzusammensetzung und die Haltbarkeit des auf einen Reifen aufgebrachten Beschichtungsfilms 10 wird beeinträchtigt. Bei einem Mw-Wert von mehr als 450 000 erhöht sich die Viskosität des unvulkanisierten Kautschuks, weswegen die Mischfähigkeit verringert und die Löslichkeit in einem organischen Lösungsmittel beeinträchtigt wird. Der Mw-Wert wird dabei durch GPC (Gelpermeationschromatographie) in THF (Tetrahydrofuran) als Lösungsmittel bei 40°C gemessen.
Wenn der Anteil des Dien-Kautschuks in der Kautschukkomponente weniger als 50 Gew.-teile beträgt, ergibt sich ein erheblicher Anstieg der Viskosität der Kautschukzusammensetzung und eine starke Beeinträchtigung der Verarbeitbarkeit. Ferner ergibt sich keine Verbesserung des Rollwiderstands.
Zu bevorzugten Beispielen der Kautschukkomponente, die sich vom Dien-Kautschuk mit dem spezifischen Mw-Wert unterscheidet, gehören Naturkautschuk, SBR und BR mit Mw-Werten, die vom vorgenannten Bereich abweichen, sowie Dien-Kautschuk, z. B. ein Polyisopren-Kautschuk.
Bei einem N₂SA-Wert des Rußes von weniger als 700 m²/g und einer DBP-Absorption desselben von weniger als 300 cm³/100 g ergibt sich eine Beeinträchtigung der Leitfähigkeit der Kautschukzusammensetzung. Bei einem N₂SA-Wert von mehr als 1 300 m²/g und einer DBP-Absorption von mehr als 550 cm³/100 g wird die Dispergierbarkeit des Rußes beeinträchtigt und es ergeben sich aufgrund des unvulkanisierten Kautschuks Schwierigkeiten bei der Verarbeitung. Der N₂SA-Wert und der DBP-Absorptionswert von Ruß sind Werte, die gemäß JIS K6217 gemessen werden.
Wenn die Mischmenge des Rußes weniger als 10 Gew.-teile beträgt, ergibt sich eine schlechte Leitfähigkeit der Kautschukzusammensetzung. Bei einer Mischmenge von mehr als 30 Gew.-teilen werden die Dispergierbarkeit des Rußes und die Bearbeitbarkeit des unvulkanisierten Kautschuks aufgrund der Viskositätszunahme beeinträchtigt und eine Verbesserung des Rollwiderstands lässt sich nicht feststellen.
Die Kautschukzusammensetzung enthält vorzugsweise Ruß, der sich vom vorstehenden Ruß unterscheidet. Wenn der sich vom vorstehenden Ruß unterscheidende Ruß gleichzeitig bei einer Gesamtmenge von Ruß im Bereich von 50 bis 90 Gew.-teilen verwendet wird, wird die Viskosität des unvulkanisierten Kautschuks auf einem niederen Wert gehalten und die Verarbeitbarkeit lässt sich unter Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit der Kautschukzusammensetzung verbessern. Ferner lässt sich die Löslichkeit in einem organischen Lösungsmittel verbessern.
Der Ruß, der sich vom vorstehenden Ruß unterscheidet, unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. Zu bevorzugten Beispielen hierfür gehören die Rußsorten HAF, FEE und GPF mit relativ großem Teilchendurchmesser.
Öle, Weichmacher, wie Wachs, Stearinsäure, Zinkoxid, Harze, Mittel zur Verhinderung der Alterung, Vulkanisationsmittel, wie Schwefel, Vulkanisationsbeschleuniger und dergl. stellen Mischbestandteile für einen Kautschuk dar, die in geeigneter Weise mit der Kautschukzusammensetzung vermischt werden.
Der spezifische elektrische Widerstand der Kautschukzusammensetzung mit der vorgenannten Beschaffenheit beträgt weniger als 10⁷ Ω·cm. Aufgrund dieser Tatsache erweist sich der kontinuierliche Beschichtungsfilm 10, der durch schichtförmiges Auftragen des Zementkautschuks, der die in einem organischen Lösungsmittel gelöste Kautschukzusammensetzung umfasst, erhalten worden ist, als leitfähig. Dadurch bildet sich eine leitende Bahn vom Wulst 4 zu einem Grundbereich der Lauffläche 2, weswegen der elektrische Widerstand des Reifens verringert wird und statische Elektrizität, die sich in Fahrzeugen aufgeladen hat, von der Lauffläche 2 über die leitende Bahn auf die Straßenoberfläche entladen wird.
Der Zementkautschuk wird erhalten, indem man die Kautschukzusammensetzung in einem organischen Lösungsmittel löst und gleichmäßig dispergiert. Das organische Lösungsmittel unterliegt keinen Beschränkungen, sofern es die Kautschukzusammensetzung auflösen kann. Zu Beispielen für das verwendete organische Lösungsmittel gehören ein flüchtiges Öl für Kautschuk, Hexan, Petrolether, Heptan, Tetrahydrofuran (THF) und Cyclohexan. Darunter werden vorzugsweise ein flüchtiges Öl für Kautschuk und Hexan verwendet. Die Kautschukzusammensetzung wird im organischen Lösungsmittel unter Bildung eines Kautschukzements gelöst. Der Zementkautschuk wird sodann auf einen Reifen aufgetragen.
Der Beschichtungsfilm 10 kann durch Auftragen des Zementkautschuks auf die äußere Oberfläche eines unvulkanisierten Reifens und durch anschließende Vulkanisation des Zementkautschuks durch herkömmliche Reifenvulkanisation gebildet werden. Alternativ kann der Beschichtungsfilm 10 durch direktes Auftragen des Zementkautschuks auf die äußere Oberfläche eines vulkanisierten Reifens und anschließendes Trocknen des Zementkautschuks gebildet werden. Beim Auftragen des Zementkautschuks kann man sich allgemeiner Verfahren zum Aufbringen eines flüssigen Anstrichmittels bedienen, z. B. einer Bürstenbeschichtung, Walzenbeschichtung oder Sprühbeschichtung.
Die Beschichtungsdicke des kontinuierlichen Beschichtungsfilms 10 unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, beträgt aber etwa 10 bis 500 μm und vorzugsweise 20 bis 300 μm. Beim Beschichtungsfilm 10 kann es sich um einen in Umfangsrichtung des Reifens kontinuierlichen Film oder um einen diskontinuierlichen Film handeln. Ferner kann der Beschichtungsfilm 10 nur auf einer Seite eines Reifens gebildet werden.
Wenn die Dicke des Beschichtungsfilms 10 500 μm übersteigt, kommt es leicht zu einer Ablöseerscheinung aufgrund unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften im Vergleich zum Laufflächenkautschuk und ferner wird es schwierig, den elektrischen Widerstand bis zur Endphase der Reifenlaufzeit in stabiler Weise aufrechtzuerhalten. Wenn andererseits die Dicke unter 10 μm liegt, wird eine leitende Bahn nur in unzureichender Weise gebildet.
Der Reifen 1 weist einen Leitungsweg in Form einer Bahn auf und statische Elektrizität, die sich in den Fahrzeugen aufgeladen hat, wird durch den Felgenstreifenkautschuk 23 und den Seitenwandkautschuk 9 von der Felge abgeleitet und wird dann vom Beschichtungsfilm 10, der sich in dem mit dem Boden in Kontakt stehenden Bereich erstreckt, auf die Straßenoberfläche entladen.
Der Felgenstreifen 23 und der Seitenwandkautschuk 9 mit leitfähiger Beschaffenheit umfassen eine Kautschukzusammensetzung, die als Kautschukkomponente einen Dien-Kautschuk, wie NR, IR, SBR, BR oder einen Butadien-Kautschuk (VCR) mit einem Gehalt an syndiotaktischem 1,2- Polybutadien, allein oder in Form von Gemischen enthält, sowie 20 Gew.-teile oder mehr und vorzugsweise 30 Gew.-teile oder mehr Ruß mit einem N₂SA-Wert von 25 bis 100 m²/g. Es wird eine Kautschukzusammensetzung mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Ω·cm verwendet.
Der erfindungsgemäße Luftreifen ist nicht auf den in 1 dargestellten Reifen mit TOS-Struktur beschränkt. Der kontinuierliche Beschichtungsfilm 10 kann auch auf einem Reifen mit so genannten SWOT-Struktur (Seitenwand an der Lauffläche) gebildet werden, bei der ein äußeres Ende des Seitenwandkautschuks 9 in radialer Richtung des Reifens über der Oberseite eines Grundendbereichs der Laufflächenschulter 22 angeordnet ist, wie in 3 dargestellt ist; auf einem Reifen mit einem Flügelkautschuk 11 in einem Grundkantenbereich, wie in 4 dargestellt; und auf einem Reifen mit einer so genannten Zwischenbau/Basis-Struktur, bei der die Lauffläche aus einer zweilagigen Struktur besteht. Somit kann einem nicht-leitenden Reifen Leitfähigkeit verliehen werden.
Beispiele
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung speziell anhand der folgenden Ausführungsform beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Die einzelnen Kautschukzusammensetzungen für einen Felgenstreifen, eine Seitenwand und eine Lauffläche wurden durch Verkneten eines Gemisches mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung (Gew.-teile) unter Verwendung eines Banbury-Mischers mit einem Volumen von 200 Liter nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit der einzelnen Kautschukzusammensetzungen ist in Tabelle 1 angegeben.
Anschließend wurde eine Kautschukzusammensetzung für einen Zementkautschuk durch Verkneten eines Gemisches mit der in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzung (Gew.-teile) unter Verwendung eines Banbury-Mischers mit einem Volumen von 200 Liter nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt. Die Verarbeitbarkeit (Mooney-Viskosität) und der spezifische elektrische Widerstand der Kautschukzusammensetzungen wurden gemessen und sind in Tabelle 2 angegeben. Folgende Kautschukkomponenten, Rußsorten und Mischbestandteile wurden verwendet.
Kautschukkomponente

Naturkautschuk (NR): RSS#3, Produkt aus Thailand
Butadien-Kautschuk (BR): BR150B, Produkt der Fa. Ube Industries, Ltd.
Styrol-Butadien-Kautschuk 1 (SBR1): 1723, Mw: 850 000, Produkt der Fa. JSR Corporation
Styrol-Butadien-Kautschuk 2 (SBR2): 1502, Mw: 420 000, Produkt der Fa. JSR Corporation
Styrol-Butadien-Kautschuk 3 (SBR3): 1507, Mw: 300 000, Produkt der Fa. JSR Corporation.

Ruß

Ruß HAF für Felgenstreifenkautschuk: SEAST 3, Produkt der Fa. Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß FEF für Seitenwandkautschuk: SEAST SO, Produkt der Fa. Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß ISAF für Laufflächenkautschuk: SEAST 6, Produkt der Fa. Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß 1 für Zementkautschuk (CB-1): SEAST KH, N₂SA: 90 m²/g, DBP-Absorption: 120 cm³/100 g, Produkt der Fa. Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß 2 für Zementkautschuk (CB-2): KETJEN BLACK EC300J, N₂SA: 800 m²/g, DBP-Absorption: 360 cm³/100 g, Produkt der Fa. Ketjen Black International Co.
Ruß 3 für Zementkautschuk (CB-3): KETJEN BLACK EC600JD, N₂SA: 1 270 m²/g, DBP-Absorption: 500 cm³/100 g, Produkt der Fa. Ketjen Black International Co.

Mischbestandteile

Siliciumdioxid: NIPSIL AQ, Produkt der Fa. Tosoh Silica Corporation
Silan-Haftmittel: Si69, Produkt der Fa. Degussa
Aromaöl: X-140, Produkt der Fa. Japan Energy Corporation
Paraffinwachs: OZOACE 0355, Produkt der Fa. Nippon Seiro Co., Ltd.
Mittel zur Verhinderung der Alterung 6C: NOCLAC 6C, Produkt der Fa. Ouchi Shino Chemical Industrial Co., Ltd.
Stearinsäure: RUNAX S-20, Produkt der Fa. Kao Corporation
Zinkoxid: Zinc White #1, Produkt der Fa. Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
Schwefel: mit 5 Öl behandelter pulverförmiger Schwefel, Produkt der Fa. Hosoi Chemical Industry Co., Ltd.
Vulkanisationsbeschleuniger NS: NOCCELLAR NS-P, Produkt der Fa. Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.

Tabelle 1
Die Kautschukzusammensetzung für den Zement und Hexan wurden in einem Gewichtsverhältnis von 5:95 vermischt, gerührt und gelöst wodurch man einen Zementkautschuk erhielt. Der Zementkautschuk wurde auf einen unvulkanisierten Reifen der Größe 195/65R15 auf eine Fläche vom Laufflächengrundbereich bis zur Seitenwand in einer Dicke von 40 μm aufgetragen und durch ein herkömmliches Reifenherstellungsverfahren vulkanisiert und geformt, wodurch man einen Testreifen erhält. Der Rollwiderstand der einzelnen Reifen und der elektrische Widerstand nach einer tatsächlichen Fahrleistung eines Fahrzeugs von 1 000 km und einer Fahrleistung von 30 000 km wurden gemäß den nachstehend angegebenen Verfahren gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Verarbeitbarkeit (Mooney-Viskosität)
Die Mooney-Viskosität ML₁₊₄ wurde bei 100°C gemäß JIS K6300 gemessen. Die Verarbeitbarkeit wurde als ein Index angegeben, wobei der Wert von Beispiel 1 zu 100 angesetzt wurde. Je geringer dieser Wert ist, desto besser ist die Verarbeitbarkeit.
Spezifischer elektrischer Widerstand einer Kautschukzusammensetzung
Beim spezifischen elektrischen Widerstand handelt es sich um einen gemäß JIS K6911 gemessenen Wert. Folgende Messbedingungen wurden eingehalten: angelegte Spannung 1 000 V, Temperatur 25°C und Feuchtigkeit 50%.
Rollwiderstand
Ein Reifen wurde auf eine 15x6-JJ-Felge bei einem Luftdruck von 200 kPa montiert und unter Verwendung eines uniaxialen Trommeltestgeräts zur Messung des Rollwiderstands wurde der Rollwiderstand unter einer Last von 4 kN bei 60 km/h gemessen. Der Rollwiderstand wird als Index angegeben, wobei der Wert von Vergleichsbeispiel 1 als 100 angesetzt wird. Je höher der Wert ist, desto höher ist der Rollwiderstand und desto ungünstiger der Treibstoffverbrauch.
Elektrischer Widerstand des Reifens
Ein Reifen wurde auf eine 15x6-JJ-Felge bei einem Luftdruck von 200 kPa montiert und in einem inländischen Fahrzeug mit Vorderradantrieb verwendet. Nach Fahrleistungen von 1 000 km und 30 000 km wurde der elektrische Widerstand gemäß "Verfahren zur Messung des elektrischen Widerstands von Reifen unter Belastung" nach WDK, Blatt 3 (Deutschland), gemessen. Dabei wurde gemäß 2 der auf einer Felge montierte Reifen 1 vertikal unter einer Last von 4 kN auf einer Kupferplatte 131, die in einem isolierenden Zustand auf einer Bodenplatte 130 vorgesehen war, geerdet und der elektrische Widerstand zwischen dem Mittelbereich der Felge R und der Kupferplatte 131 wurde unter Verwendung eines Geräts zur Widerstandsmessung 132 unter Anlegen einer Spannung von 1 000 V gemessen. Zum Zeitpunkt der Messung betrug die Temperatur 25°C und die Feuchtigkeit 50%.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäße Luftreifen die Leitfähigkeit des Reifens unter Beibehaltung oder Verbesserung der Verarbeitbarkeit (Mooney-Viskosität) und des Rollwiderstands gewährleistet. Sein Leitverhalten lässt sich über eine lange Zeitspanne hinweg in stabiler Weise aufrechterhalten.
Der erfindungsgemäße Luftreifen kann für Vierradfahrzeuge zur Personenbeförderung oder dergl. sowie zusätzlich für verschiedene Fahrzeuge, wie zweirädrige Fahrzeuge, wie Motorräder, dreirädrige Fahrzeuge, Autobusse oder Lastwägen mit 5 Rädern oder mehr, Hänger oder industrielle Kraftfahrzeuge verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-277277 [0001]
- JP 2002-1834 A [0004]
- EP 0819741 A1 [0005]
- EP 0705722 A1 [0006]
- US 6140407 [0007]
- JP 2005-2206 A [0008]

Claims

Luftreifen, umfassend eine Lauffläche, die eine Grundoberfläche bildet, die eine nicht-leitende Kautschukzusammensetzung umfasst, sowie eine leitende Bahn, die eine leitfähige Kautschukzusammensetzung umfasst, in Kontakt mit der Lauffläche steht und kontinuierlich über einen Felgenkontaktbereich eines Reifens ausgebildet ist, wobei ein Zementkautschuk auf eine äußere Oberfläche eines Reifens unter Einschluss eines Grundbereiches der Lauffläche und eines Kontaktbereiches zwischen der Lauffläche und der leitenden Bahn aufgebracht ist, um einen kontinuierlichen Beschichtungsfilm aus dem Zementkautschuk zu bilden, wobei der Zementkautschuk eine Kautschukzusammensetzung umfasst, die folgendes umfasst: 100 Gew.-teile einer Kautschukkomponente mit einem Gehalt an 50 bis 100 Gew.-teilen eines Dien-Kautschuks mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) von 250 000 bis 450 000; und 10 bis 30 Gew.-teile Ruß mit einer spezifischen Stickstoff-Adsorptionsoberfläche (N₂SA) von 700 bis 1 300 m²/g und einer Dibutylphthalat (DBP)-Absorption von 300 bis 550 cm³/100 g, wobei die Kautschukzusammensetzung in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist.
Luftreifen nach Anspruch 1, wobei die Gesamtmenge des in der Kautschukzusammensetzung für den Zementkautschuk enthaltenen Rußes 50 bis 90 Gew.-teile pro 100 Gew.-teile der Kautschukkomponente beträgt.
Luftreifen nach Anspruch 1, wobei die Kautschukzusammensetzung für den Zementkautschuk einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Ω·cm aufweist.
Luftreifen nach Anspruch 1, wobei der Grundbereich der Lauffläche ein Grundendbereich der Lauffläche ist.
Luftreifen nach Anspruch 1, wobei die leitende Bahn eine Seitenwand und einen Felgenstreifen umfasst.