DE102008056259B4

DE102008056259B4 - Luftreifen

Info

Publication number: DE102008056259B4
Application number: DE102008056259.9A
Authority: DE
Inventors: Norihiko Nakamura
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: US8146636B2; US20090126844A1; DE102008056259A1; JP5259337B2; JP2009143547A

Abstract

Luftreifen mit einer Lauffläche (2) aus einer elektrisch nicht leitenden Gummimischung mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 10Ωcm oder mehr, die mit einem Untergrund in Berührung kommt, und mit einer Seitenwand (3) aus einer elektrisch nicht leitendem Gummimischung (9) mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 10Ωcm oder mehr, die an die Lauffläche (2) angrenzt,wobei auf die Außenseite des Reifens (1) von einem Bereich der Lauffläche (2), der mit dem Untergrund in Berührung kommt, bis zu einem Bereich des Reifens, der mit einer Felge in Kontakt kommt, eine Gummilösung aufgebracht wird, um eine durchgehende Schicht (10) auszubilden,wobei die Gummilösung eine Gummimischung beinhaltet, die 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponente, die 50 bis 100 Gewichtsteile eines Dienkautschuks mit einem mittleren Molekulargewicht von 250.000 bis 450.000 enthält, und10 bis 30 Gewichtsteile eines Rußes mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (NSA) von 700 bis 1300 m/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 300 bis 550 cm/100 g umfasst undeinen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10Ωcm aufweist, so dass die durchgehende Schicht (10) elektrisch leitend ist,wobei die Gummimischung in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einer Lauffläche in Silikatechnik und einer guten Leitfähigkeit, der einen geringen Rollwiderstand und ein gutes Verhalten auf Nässe zeigt und der die statische Elektrizität von Fahrzeugen auf die Straßenoberfläche ableiten kann.
Um den Rollwiderstand und das Fahrverhalten von Luftreifen auf nasser Straße zu verbessern, werden zu der Gummimischung für die Lauffläche als Verstärkungsmittel anstelle des herkömmlichen Rußes Silikaformulierungen (im wesentlichen aus Siliziumoxid bestehend) hinzugefügt. Laufflächen in dieser Silikatechnik sind jedoch elektrisch nicht leitfähig, so daß sich Fahrzeuge mit Reifen mit einer solchen Lauffläche mit statischer Elektrizität aufladen, die sich durch unkontrollierbare Überschläge entlädt. Dadurch entstehen nicht nur Störgeräusche in Radios und dergleichen, sondern es können elektronische Teile und Schaltungen des Fahrzeugs geschädigt werden, Kurzschlüsse entstehen und so weiter.
Um dieses Problem zu vermeiden, wurden bereits verschiedene Techniken vorgeschlagen, mit denen die Leitfähigkeit des Reifens erhöht werden soll, zum Beispiel durch Vorsehen eines elektrisch leitenden, Ruß enthaltenden Elements an einem Teil der Lauffläche. Zum Beispiel wird bei der in der JP 2002001834 A beschriebenen Technik auf der Außenseite der Lauffläche und der Seitenwand eine leitende dünne Schicht aufgebracht, die Ruß enthält, wozu von der Umgebung des Bereichs eines Reifenrohlings, der dem Teil der Lauffläche entspricht, der mit der Straße in Berührung kommt, bis zu dem Bereich der Lauffläche, der der Verstärkung entspricht, eine flüssige leitende Gummipaste aufgebracht wird, bevor der Reifen vulkanisiert und ausgeformt wird. Dadurch wird die gesamte Oberfläche im Bereich der Quernuten an der Reifenschulter mit der leitenden Schicht bedeckt.
Bei der Technik nach der EP 0 819 741 A2 wird eine Gummilösung, die durch Auflösen und gleichmäßiges Verteilen einer Gummimischung aus 100 Gewichtsteilen eines Dienkautschuks und 40 bis 100 Gewichtsteilen Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 130 m²/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 110 ml/100 g oder mehr in einem organischen Lösungsmittel erhalten wird, auf die Außenseite der Lauffläche des Reifens mit einem intrinsischen Widerstandswert von 10⁸ Qcm und mehr und auf ein an die Außenseite angrenzendes Element aufgebracht, um dadurch eine durchgehende leitende Beschichtung zu erzeugen.
Bei der Technik nach der EP 0 705 722 A1 enthält ein Reifen eine mit Ruß verstärkte Karkasse und eine quantitativ mit Silika verstärkte Lauffläche, wobei die Lauffläche mit einer dünnen Schutzschicht versehen wird, die eine bestimmte Menge von elektrisch leitendem Ruß enthält.
Die US 6 140 407 A beschreibt, daß auf die Oberfläche einer Lauffläche aus einer Gummimischung mit hohem elektrischen Widerstand und die Oberfläche der an die Lauffläche anschließenden Seitenwand, die aus einer Gummimischung mit niedrigem elektrischen Widerstand ist, eine wässrige leitende Beschichtung aus einer Gummikomponente, Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche N₂SA von 70 bis 180 m²/g und einer Dibutylphthalat-Absorption von 70 bis 180 ml/100 g und aus einem oberflächenaktiven Mittel aufgebracht wird.
Die JP 2005002206 A beschreibt eine Gummimischung mit einer Kautschukkomponente, die einen Dienkautschuk enthält, und mit einer Rußkomponente, die gut leitfähigen Ruß oder Acetylenruß mit einer bestimmten spezifischen Oberfläche und noch anderen Ruß enthält, wobei die Gummimischung nach der Vulkanisation einen Verlustwinkel (tan δ) von 0,03 bis 0,07 bei 60°C und einen spezifischen Volumenwiderstand von 10⁴ bis 10⁶ Qcm bei 25°C aufweist, wodurch ein Luftreifen erhalten wird, der sowohl einen geringen Rollwiderstand als auch gute antistatische Eigenschaften besitzt.
Bei den beschriebenen Vorgehensweisen werden jedoch nicht die durch das Zugeben eines nichtleitenden Füllmittels wie Kieselerde (Silika) erzielbaren Verbesserungen beim Rollwiderstand und beim Verhalten auf nasser Fahrbahn erhalten und gleichzeitig die Probleme gelöst, die eine nicht leitende Lauffläche an einem Reifen zur Folge hat. Wenn die Leitfähigkeit durch eine leitende dünne Schicht aus einem Dienkautschuk, der Ruß mit einer großen spezifischen Oberfläche enthält, auf der Oberfläche des Reifens verbessert wird, führt dies, wenn der Ruß mit der großen spezifischen Oberfläche in einer Menge von 40 Gewichtsteilen und mehr enthalten ist, dazu, daß die Gummimischung stark exotherm wird, so daß keine Verringerung des Rollwiderstands erhalten wird; die Viskosität im nicht vulkanisierten Zustand steigt durch die Abnahme der Dispersibilität des Rußes an, wodurch die Verarbeitbarkeit im Produktionsprozeß abnimmt; und die Festigkeit der leitenden dünnen Gummischicht nimmt im Gebrauch des Reifens ab, so daß nicht sichergestellt ist, daß der Reifen über eine längere Zeitspanne auch elektrisch leitend bleibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Luftreifen zu schaffen, der, obwohl er eine Lauffläche aus einem Gummi aufweist, die eine nicht leitende Silikaformulierung und dergleichen enthält, im Herstellungsprozeß eine gute Verarbeitbarkeit und im Gebrauch einen geringen Rollwiderstand sowie ein gutes Naßlaufverhalten aufweist, ohne daß durch die nicht leitende Gummimischung für die Lauffläche Probleme entstehen oder sich die Leitfähigkeit des Reifens über eine lange Zeitspanne verändert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Patentanspruch 1 beschriebenen Luftreifen gelöst. Im Unteranspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftreifens angegeben.
Der erfindungsgemäße Luftreifen umfaßt somit eine Lauffläche, die dafür vorgesehen ist, mit einem Untergrund wie der Oberfläche einer Straße und dergleichen in Berührung zu kommen und die aus einer nicht leitenden Gummimischung besteht, und eine an die Lauffläche angrenzende Seitenwand. Auf die Außenseite des Reifen wird von dem Bereich der Lauffläche, der mit dem Untergrund in Berührung kommt, bis zu dem Bereich der Seitenwand, der mit einer Felge in Kontakt kommt, eine Gummilösung aufgetragen, um eine durchgehende Schicht zu erzeugen. Die Gummilösung enthält eine Gummimischung, die 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponente, die 50 bis 100 Gewichtsteile eines Dienkautschuks mit einem mittleren Molekulargewicht (Mw) von 250.000 bis 450.00 enthält, und 10 bis 30 Gewichtsteile Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 700 bis 1300 m²/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 300 bis 550 ml/100 g umfaßt, wobei die Gummimischung in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist.
Die Gesamtmenge an Ruß, die in der Gummimischung für die Gummilösung enthalten ist, beträgt vorzugsweise 50 bis 90 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente.
Die Gummimischung für die Gummilösung weist erfindungsgemäß einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Ωcm auf.
Mit der vorliegenden Erfindung bleibt die Verarbeitbarkeit des Gummis erhalten, und die guten Eigenschaften des Reifens aufgrund des Silikagehalts wie der geringe Rollwiderstand und die guten Naßlaufeigenschaften bleiben ebenfalls erhalten. Der Reifen bleibt über eine lange Zeit elektrisch leitend. Es treten keine Probleme wie Störgeräusche, ein negativer Einfluß auf elektronische Teile oder Kurzschlüsse durch eine statische Aufladung der Fahrzeuge auf, die mit Reifen ausgerüstet sind, die eine Lauffläche in Silikatechnik aufweisen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Luftreifens.
2 eine schematische Ansicht eines Meßverfahrens für den elektrischen Widerstand eines Luftreifens.
3 eine Schnittansicht eines Luftreifens mit einem Aufbau, bei dem die Seitenwand des Reifens bis über die Laufflächenschulter reicht.
4 eine Schnittansicht eines Luftreifens mit einem Aufbau mit einem Flügelgummi.

Die folgende Ausführungsform eines Luftreifens wird anhand eines Beispiels für einen Reifen für einen Personwagen beschrieben.
Die 1 zeigt die halbierte Schnittansicht einer Ausführungsform eines Luftreifens.
Der Luftreifen 1 (im folgenden auch einfach als „Reifen“ bezeichnet) besteht aus einem Paar von Wülsten 4, mit denen der Reifen auf einer (nicht gezeigten) Felge montiert wird, einem Paar von Seitenwänden 3, die sich in der Radialrichtung des Reifens vom Wulst 4 weg erstrecken, und einer Lauffläche 2 zwischen den beiden Seitenwänden 3, die mit einem Untergrund wie der Oberfläche einer Straße und dergleichen in Berührung kommt. Die Lauffläche 2 besteht aus einem Mittelteil 21, dem Teil des Reifens, der hauptsächlich mit dem Untergrund in Berührung kommt, und einer Schulter 22 an beiden Seiten des Mittelteils 21 in der Breitenrichtung des Reifens. Die Schultern 22 kommen ebenfalls mit dem Untergrund in Berührung und gehen nach außen und innen in die Seitenwand 3 über.
Der Reifen 1 weist in Axialrichtung außen am Wulst 4 einen Felgenstreifen 23 auf, der mit der Felgenschulter der Felge in Kontakt kommt, wenn der Reifen 1 auf einer Felge montiert ist. Der untere Rand des Seitenwandgummis 9 der Seitenwand 3 liegt über dem Rand des Felgenstreifens 23 und steht mit dem Felgenstreifen 23 in Kontakt.
Der Reifen 1 der 1 hat einen Aufbau, bei dem das seitliche Ende der Schulter 22 der Lauffläche 2 über dem in Radialrichtung äußeren Ende des Seitenwandgummis 9 der Seitenwand 3 liegt(ein sogenannter TOS-Aufbau, Tread Over Sidewall). Mit anderen Worten liegt die Oberfläche des äußeren Umfangsteils der Laufflächenschulter 22 am Umfang des Reifens 1 über dem äußeren Ende der Seitenwand 3.
Der Reifen 1 der 1 hat im wesentlichen den allgemeinen Aufbau eines Radialreifens für einen Pkw mit einer Karkasse 6 aus zwei Karkassenlagen aus Cord, die um den Wulstkern 5 im Wulst 4 verlaufen, wobei die Karkassenlagen von der Innenseite des Reifens nach außen umgeschlagen und miteinander verbunden sind, und mit einem Gürtel 7 aus zwei gekreuzten Gürtellagen an der Innenseite der Lauffläche 2 sowie einer darüberliegenden Lage 8 aus Cord, die entlang des Umfangs des Gürtels 7 unter einem Winkel von nahezu 0° in Umfangsrichtung spiralig um den Reifen herumgewickelt ist.
Für die Karkassenlagen der Karkasse 6 wird ein Cord aus einer organischen Faser wie Polyester, Nylon oder Rayon verwendet. Für die Gürtellagen des Gürtels 7 wird ein festerer Cord wie Stahlcord oder eine Aramidfaser verwendet. Für die darüberliegende Cordlage 8 wird als Verstärkungselement ein Cord verwendet, dessen Wärmeschrumpfvermögen relativ groß ist, etwa Nylon oder Polyester.
Als Gummimischung für den Mittelteil 21 und die Schulter 22 der Lauffläche 2 und für die Seitenwand 3 wird eine Gummimischung verwendet, die ein Verstärkungsmittel ohne Ruß enthält, die etwa anstelle des herkömmlichen Rußes eine Silikaformulierung wie Kieselerde (zum Beispiel ausgefälltes Kieselgur, Kieselsäureanhydrid), Ton (zum Beispiel kalzinierter Ton, harter Ton), Kalziumkarbonat und dergleichen enthält, um den Verlustwinkel tan δ der Gummimischung zu verringern und dadurch zu einer Verringerung des Rollwiderstands und des Naßlaufverhaltens des Reifens 1 beizutragen. Vorzugsweise wird eine Silikaformulierung verwendet, die einen hohen Verbesserungseffekt beim Rollwiderstand ergibt.
Die Menge des rußfreien Verstärkungsmittels, etwa der Silikaformulierung, beträgt pro 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente 30 bis 120 Gewichtsteile, vorzugsweise 40 bis 100 Gewichtsteile. Durch eine solche Menge werden der Rollwiderstand und das Naßlaufverhalten verbessert.
Im Falle der Silikaformulierung bestehen bezüglich der Art der Silikaverbindung keine besonderen Einschränkungen. Zum Beispiel wird unter den Gesichtpunkten des Verstärkungseffekts und der Verarbeitbarkeit bevorzugt eine nasse Silikaformulierung mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (BET) von 100 bis 250 m²/g und einer DBP-Absorption von 100 ml/100 g oder mehr verwendet. Es können kommerzielle Produkte wie das NIPSIL AQ der Tosoh Silica Corporation und das ULTRASIL VN3 der Degussa verwendet werden. Vorzugsweise wird gleichzeitig ein Silan-Haftmittel wie Bis(Triethoxysilyl-propyl)Tetrasulfid verwendet.
Unter den Gesichtspunkten der Abriebfestigkeit und des Wärmeaufbaus wird dem Gummi für den Mittelteil 21 und die Schulter 22 der Lauffläche 2 vorzugsweise ein SAF-, ISAF-, HAF-Ruß und dergleichen in einer Menge von 0 bis 40 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente zugegeben.
Unter den Gesichtspunkten der Biegeermüdungsfestigkeit und der Alterungsfestigkeit wird dem Seitenwandgummi 9 für die Seitenwand 3 vorzugsweise ein HAF-, FEF-, GPF-Ruß und dergleichen in einer Menge von 0 bis 40 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente zugegeben.
Für die Kautschukkomponente im Gummi der Lauffläche 2 und der Seitenwand 3 können ein Dienkautschuk wie Naturkautschuk (NR), Isoprenkauschuk (IR), Styrol-Butadienkautschuk (SBR) und/oder Butadienkautschuk (BR) jeweils allein oder als Mischung von zwei oder mehr Bestandteilen verwendet werden. In geeigneten Mengen werden darüberhinaus die Bestandteile eingesetzt, die allgemein bei Reifengummi Verwendung finden, etwa Öle, Weichmacher wie Wachs, Stearinsäure, Zinkweiß, Kunstharze, Alterungsinhibitoren, Vulkanisationsmittel wie Schwefel, Vulkanisationsbeschleuniger und dergleichen.
Dadurch wird der Gummi für die Lauffläche 2 und die Seitenwand 3 zu einem Gummi, der einen Reifen 1 mit kleinem Rollwiderstand und gutem Verhalten bei Nässe ergibt. Andererseits weist die Gummimischung einen spezifischen elektrischen Widerstand von 10⁸ Ωcm und mehr auf und ist daher elektrisch nicht leitend. Damit ist der Gummi für die Lauffläche 2, die mit dem Untergrund in Berührung kommt, und auch der Gummi für die Seitenwand 3 nicht leitend, und der Reifen 1 wird durch die Kombination der einzelnen Elemente zu einem nicht leitenden Reifen mit einem elektrischen Widerstand von 10⁸ Ω und mehr. Auch wenn für die mit der Felge in Kontakt stehenden Teile des Reifens 1, etwa für den Felgenstreifen 23 am Wulst 4, ein leitender Gummi verwendet wird, kann keine statische Elektrizität vom Fahrzeug über den Reifen an den Untergrund abgegeben werden, da der Bereich mit der Seitenwand 3 und der Lauffläche 2 elektrisch nicht leitend ist.
Um das Problem mit der statischen Aufladung des Fahrzeugs zu lösen, wird bei dem Reifen 1 der vorliegenden Ausführungsform eine leitende Gummimischung mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Ωcm für den Felgenstreifen 23 verwendet, an dem der Reifen 1 mit der Felge in Kontakt steht. Außerdem wird auf die Außenseite des Reifens vom Felgenstreifen 23 über die Seitenwand 3 bis zur Schulter 22 der Lauffläche 2 eine elektrisch leitende Gummilösung aufgetragen, die eine leitende Schicht 10 ausbildet.
Dadurch wird im Bereich des Reifens 1 vom Felgenstreifen 23 über die Seitenwand 3 bis zur Schulter 22 der Lauffläche 2, die mit dem Untergrund in Berührung kommt, über die der Reifen rollt, an der Außenseite des Reifens 1 ein durchgehender elektrischer Pfad ausgebildet.
Erfindungsgemäß umfaßt die Gummimischung für die Gummilösung 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponente, die 50 bis 100 Gewichtsteile eines Dienkautschuks mit einem mittleren Molekulargewicht von 250.000 bis 450.000 enthält, und 10 bis 30 Gewichtsteile Ruß mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 700 bis 1300 m²/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 300 bis 550 cm³/100 g.
Beispiele für einen Dienkautschuk mit einem mittleren Molekulargewicht von 250.000 bis 450.000 sind Styrol-Butadienkautschuk (SBR) und Butadienkautschuk (BR), die mit einer Emulsionspolymerisation oder einer Lösungspolymerisation erhalten werden. Vorzugsweise enthält der Gummi für das Mittelteil 21 und die Schulter 22 der Lauffläche 2 Styrol-Butadienkautschuk (SBR) und der Seitenwandgummi 9 für die Seitenwand 3 Butadienkautschuk (BR). Wenn das mittlere Molekulargewicht kleiner ist als 250.000, ist die Festigkeit der Gummimischung nicht ausreichend, und die Haltbarkeit der leitenden Schicht 10 ist gering. Wenn das mittlere Molekulargewicht größer ist als 450.000, steigt die Viskosität des nicht vulkanisierten Kautschuks an, so daß die Mischbarkeit und die Löslichkeit in einem organischen Lösungsmittel abnimmt. Das mittlere Molekulargewicht ist hier der Wert, der mit der GPC (Gel-Permeations-Chromatographie) im Lösungsmittel THF (Tetrahydrofuran) bei 40 °C gemessen wird.
Wenn der Anteil des Dienkautschuks in der Kautschukkomponente kleiner ist als 50 Gewichtsteile, steigt die Viskosität der Gummimischung stark an, und die Verarbeitbarkeit nimmt entsprechend ab. Auch wird der Rollwiderstand nicht besser.
Bevorzugte Beispiele für die weiteren Bestandteile der Kautschukkomponente neben dem Dienkautschuk mit dem angegebenen mittleren Molekulargewicht sind Naturkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk (SBR) und Butadienkautschuk (BR) mit einem Molekulargewicht, das außerhalb des oben angegebenen Bereichs liegt, sowie ein Dienkautschuk wie Polyisoprenkautschuk.
Wenn die spezifische Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) des Rußes unter 700 m²/g liegt und die DBP-Absorption des Rußes unter 300 cm³/100 g, nimmt die Leitfähigkeit der Gummimischung ab, und wenn die spezifische Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) des Rußes über 1300 m²/g liegt und die DBP-Absorption davon über 550 cm³/100 g, nimmt die Dispersibilität des Rußes ab, und es wird wegen der hohen Viskosität schwierig, den nicht vulkanisierten Kautschuk zu verarbeiten. Die spezifische Stickstoffadsorptionsfläche N₂SA und die DBP-Absorption des Rußes werden gemäß JIS K6217 gemessen.
Wenn die Menge des Rußes in der Mischung unter 10 Gewichtsprozent liegt, ist die elektrische Leitfähigkeit der Gummimischung nur gering. Wenn die Menge des Rußes in der Mischung über 30 Gewichtsprozent liegt, nimmt die Dispersibilität des Rußes ab, und es wird wegen der hohen Viskosität schwierig, den nicht vulkanisierten Kautschuk zu verarbeiten. Außerdem wird der Rollwiderstand nicht besser.
Die Gummimischung enthält neben dem genannten Ruß vorzugsweise auch noch anderen Ruß. Wenn der andere Ruß und der angegebene Ruß in einer Gesamtmenge für Ruß von 50 bis 90 Gewichtsteilen verwendet werden, bleibt die Viskosität des nicht vulkanisierten Kautschuks niedrig, die Verarbeitbarkeit ist gut, und die Leitfähigkeit der Gummimischung bleibt erhalten. Die Löslichkeit in einem organischen Lösungsmittel ist auch gut.
Für den anderen Ruß bestehen keine besonderen Einschränkungen. Bevorzugt wird Ruß der HAF- FEF- und GPF-Sorten mit einem relativ großen Teilchendurchmesser verwendet.
In der Gummimischung sind des weiteren die geeigneten und üblichen Bestandteile von Gummi wie Öle, Weichmacher wie Wachs, Stearinsäure, Zinkweiß, Kunstharze, Alterungsinhibitoren, Vulkanisationsmittel wie Schwefel, Vulkanisationsbeschleuniger und dergleichen enthalten.
Die Gummimischung mit der obigen Zusammensetzung weist einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Qcm auf. Die Schicht 10, die durch Aufbringen der Gummilösung ausgebildet wird, die aus dieser Gummimischung und einem organischen Lösungsmittel erhalten wird, ist damit elektrisch leitfähig. Mit der Schicht 10 wird so ein durchgehender elektrisch leitender Pfad vom Wulst 4 bis zu der mit dem Untergrund in Berührung kommenden Oberfläche der Lauffläche 2 ausgebildet und der elektrische Widerstand des Reifens herabgesetzt, so daß die statische Elektrizität vom Fahrzeug über den leitfähigen Pfad und die Lauffläche 2 zur Straßenoberfläche abgeleitet werden kann.
Die Gummilösung wird dadurch erhalten, daß die genannte Gummimischung gleichmäßig in einem organischen Lösungsmittel verteilt und darin aufgelöst wird. Hinsichtlich des organischen Lösungsmittels gibt es keine besonderen Einschränkungen, es muß nur möglich sein, die Gummimischung darin aufzulösen. Beispiele für verwendbare organische Lösungsmittel umfassen flüchtige Gummiöle, Hexan, Petrolether, Heptan, Tetrahydrofuran (THF) und Cyclohexan. Vorzugsweise wird ein flüchtiges Gummiöl und Hexan verwendet. Die Gummimischung wird in dem organischen Lösungsmittel aufgelöst, um eine Gummilösung zu erhalten, die dann auf den Reifen aufgebracht wird.
Die Schicht 10 kann dadurch ausgebildet werden, daß die Gummilösung auf die Außenseite eines nicht vulkanisierten Reifens aufgebracht wird und der Reifen dann auf die übliche Weise vulkanisiert wird. Alternativ kann die Schicht 10 auch dadurch ausgebildet werden, daß die Gummilösung direkt auf die Außenseite eines vulkanisierten Reifens aufgebracht und dann getrocknet wird. Zum Aufbringen der Gummilösung können die allgemeinen Aufbringungsverfahren für flüssige Farbe angewendet werden, etwa das Aufbringen mit einer Bürste oder Rolle oder das Spritzen.
Hinsichtlich der Dicke der Schicht 10 gibt es keine besonderen Einschränkungen, sie liegt zwischen etwa 10 µm und etwa 500 µm, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 300 µm. Die Schicht 10 kann in der Umfangsrichtung des Reifens durchgehend vorhanden sein oder in der Umfangsrichtung Unterbrechungen aufweisen. Die Schicht 10 kann auch auf nur einer Seite des Reifens aufgebracht werden.
Wenn die Dicke der Schicht 10 500 µm übersteigt, können durch den Unterschied in den physikalischen Eigenschaften zum Gummi der Lauffläche Ablösungserscheinungen auftreten, so daß es schwierig ist, bis zum Ende der Gebrauchsdauer des Reifens einen ausreichend geringen Wert für den elektrischen Widerstand aufrechtzuerhalten. Wenn die Dicke unter 10 µm liegt, ist es schwierig, einen durchgehend genügend elektrisch leitenden Pfad auszubilden.
Statische Elektrizität kann vom Fahrzeug über die Felge, den Felgenstreifen 23 und die leitende Schicht 10, die vom Felgenstreifen 23 bis zur Schulter 22 der Lauffläche 2 reicht, abgeleitet werden.
Der Felgenstreifen 23, der selbst leitend ist, besteht aus einer Gummimischung, die als Kautschukkomponente einen Dienkautschuk wie NR, IR, SBR, BR oder einen Butadienkautschuk (VCR), der syndiotaktisches 1,2-Polybutadien jeweils allein oder als Mischung enthält, und 20 Gewichtsteile oder mehr, vorzugsweise 30 Gewichtsteile oder mehr, Ruß mit einer N₂SA von 25 bis 100 m²/g umfaßt. Es wird so für den Felgenstreifen eine Gummimischung mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Ωcm verwendet.
Wenn die leitende Schicht 10 bis zum Kontaktbereich des Reifens mit der Felge ausgebildet wird, kann der Felgenstreifen 23 natürlich auch aus einer nicht leitenden Gummimischung bestehen.
Der erfindungsgemäße Luftreifen ist nicht auf einen Reifen mit dem TOS-Aufbau der 1 beschränkt. Die leitende Schicht 10 kann auch bei einem Reifen mit einem Aufbau ausgebildet werden, bei dem das in Radialrichtung des Reifens äußere Ende des Seitenwandgummis 9 über der Oberseite der Schulter 22 der Lauffläche 2 liegt, wie es in der 3 gezeigt ist (ein sogenannter SWOT-Aufbau: Sidewall On Tread), bei einem Reifen, bei dem auf der Schulter 22 im Straßenkontaktbereich ein Flügelgummi 11 liegt, wie es in der 4 gezeigt ist, und bei einem Reifen mit einem sogenannten Auflage-Basis-Aufbau, bei dem die Lauffläche aus zwei Lagen besteht. In jedem Fall kann ein elektrisch nicht leitender Reifen zu einem Reifen gemacht werden, der eine elektrische Aufladung ableiten kann.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert.
Die Gummimischungen für den Felgenstreifen, die Seitenwand und die Lauffläche wurden jeweils durch Kneten einer Mischung mit der Zusammensetzung (Gewichtsteile), die in der Tabelle 1 angegeben ist, in einem Banbury-Mixer mit einem Inhalt von 200 Liter auf herkömmliche Weise hergestellt. In der Tabelle 1 ist auch der elektrische Widerstand der einzelnen Gummimischungen angegeben.
Dann wurde durch Kneten einer Mischung mit der Zusammensetzung (Gewichtsteile), die in der Tabelle 2 angegeben ist, in einem Banbury-Mixer mit einem Inhalt von 200 Liter auf herkömmliche Weise die Gummimischung für die Gummilösung hergestellt. Die Verarbeitbarkeit (Mooney-Viskosität) und der elektrische Widerstand der Gummimischung wurden gemessen, die Werte dafür sind in der Tabelle 2 angegeben. Die Kautschukkomponente, der Ruß und die übrigen Bestandteile der Mischungen für die Tabellen 1 und 2 sind im folgenden angegeben.
Kautschukkomponente
Naturkautschuk (NR): RSS#3, hergestellt in Thailand.
Butadienkautschuk (BR): BR150B von Ube Industries, Ltd.
Styrol-Butadienkautschuk 1 (SBR-1): 1723, mittleres Molekulargewicht 850.000, von der JSR Corporation.
Styrol-Butadienkautschuk 2 (SBR-2): 1502, mittleres Molekulargewicht 420.000, von der JSR Corporation.
Styrol-Butadienkautschuk 3 (SBR-3): 1507, mittleres Molekulargewicht 300.000, von der JSR Corporation.
Ruß
Ruß HAF für den Gummi des Felgenstreifens: SEAST 3 von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß FEF für den Seitenwandgummi: SEAST SO von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß No. 1 für die Gummilösung (CB-1): SEAST KH, N₂SA: 90 m²/g, DBP-Absorption: 120 cm³/100 g, von der Tokai Carbon Co., Ltd.
Ruß No. 2 für die Gummilösung (CB-2): KETJEN BLACK EC300J, N₂SA: 800 m²/g, DBP-Absorption: 360 cm³/100 g, von der Ketjen Black International Co.
Ruß No. 3 für die Gummilösung (CB-3): KETJEN BLACK EC600JD, N₂SA: 1270 m²/g, DBP-Absorption: 500 cm³/100 g, von der Ketjen Black International Co.
Sonstige Mischungsbestandteile
Silika: NIPSIL AQ von der Tosoh Silica Corporation.
Silan-Haftmittel: Si69 von der Degussa.
Aromaöl: X-140 von der Japan Energy Corporation.
Paraffinwachs: OZOACE 0355 von der Nippon Seiro Co., Ltd.
Alterungsinhibitor 6C: NOCLAC 6C von der Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
Stearinsäure: RUNAX S-20 von der Kao Corporation.
Zinkoxid: Zinc White #1 von der Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
Schwefel: Fünfprozentiges ölbehandeltes Schwefelpulver von der Hosoi Chemical Industry Co., Ltd.
Vulkanisationsbeschleuniger NS: NOCCELLAR NS-P von der Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
Die Gummimischung für die Gummilösung und Hexan wurden zur Herstellung der Gummimischung im Gewichtsverhältnis 5:95 gemischt, umgerührt und gelöst. Die Gummilösung wurde auf einen nicht vulkanisierten Reifen mit ansonsten dem üblichen Aufbau, der in der 1 gezeigt ist, und der Größe 195/65R15 im Bereich von der Laufflächenschulter 22 bis zum Felgenstreifen 23 in einer Dicke von 40 µm aufgetragen. Der Reifen wurde auf die übliche Weise vulkanisiert und geformt. An dem so erhaltenen Testreifen wurden nach einer Laufleistung von 1000 km und einer Laufleistung von 30.000 km auf einem richtigen Pkw auf die folgende Weise der Rollwiderstand und der elektrische Widerstand gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.
Verarbeitbarkeit (Mooney-Viskosität)
Die Mooney-Viskosität ML₁₊₄ wurde bei 100°C gemäß JIS K6300 gemessen. Die Verarbeitbarkeit wird mit einem Index bezeichnet, der beim Vergleichsbeispiel 1 auf 100 gesetzt wurde. Die Verarbeitbarkeit ist gut, wenn der Wert für den Index klein ist.
Elektrischer Widerstand der Gummimischung
Der spezifische elektrische Widerstand der Gummimischung wurde gemäß JIS K6911 gemessen. Die Meßbedingungen umfassen eine angelegte Spannung von 1000 V, eine Temperatur von 25°C und eine Feuchtigkeit von 50%.
Rollwiderstand
Ein Reifen wurde auf eine Felge 15x6-JJ montiert und mit einem Luftdruck von 200 kPa versehen. Der Rollwiderstand wurde auf einem uniaxialen Trommeltester für die Messung des Rollwiderstands bei einer Last von 4 kN und einer Geschwindigkeit von 60 km/h gemessen. Der Rollwiderstand wird mit einem Index bezeichnet, dessen Wert beim Vergleichsbeispiel 1 auf 100 gesetzt wurde. Wenn der Index einen großen Wert hat, sind der Rollwiderstand und auch der Kraftstoffverbrauch hoch.
Elektrischer Widerstand des Reifens
Ein Reifen wurde auf eine Felge 15x6-JJ montiert und mit einem Luftdruck von 200 kPa auf einem frontgetriebenen japanischen Pkw verwendet. Nach einer Laufleistung von 1000 km und nach einer Laufleistung von 30.000 km wurde der elektrische Widerstand des Reifens gemäß den „Meßprozeduren für den elektrischen Widerstand von Reifen unter Last“ in WDK, Blatt 3 (Deutschland) gemessen. Das heißt, daß wie in der 2 gezeigt der Reifen 1, der sich auf einer Felge befindet, unter, einer Last von 4 kN vertikal auf eine Kupferplatte 131 gestellt wird, die durch eine Unterlage 130 isoliert ist, und der elektrische Widerstand des Reifens zwischen dem Mittelpunkt der Felge R und der Kupferplatte 131 an sechs Stellen des Reifenumfangs mit einem Widerstandsmeßgerät 132 gemessen wird, wobei eine Spannung von 1000 V angelegt wird. Bei der Messung beträgt die Temperatur 25°C und die Feuchtigkeit 50%.
Aus der Tabelle 2 ergibt sich, daß bei dem erfindungsgemäßen Luftreifen die elektrische Leitfähigkeit des Reifens sichergestellt ist, während die Verarbeitbarkeit (Mooney-Viskosität) und der Rollwiderstand erhalten bleiben oder verbessert sind, wobei die Leitfähigkeit über eine lange Zeitspanne stabil bleibt.
Der erfindungsgemäße Reifen kann nicht nur bei vierrädrigen Fahrzeugen wie Pkws und dergleichen verwendet werden, sondern auch bei zweirädrigen Fahrzeugen wie Motorrädern, bei dreirädrigen Fahrzeugen, bei Bussen und Lkws mit sechs Reifen und mehr sowie bei Anhängern und Industriefahrzeugen.

Claims

Luftreifen mit einer Lauffläche (2) aus einer elektrisch nicht leitenden Gummimischung mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 10⁸ Ωcm oder mehr, die mit einem Untergrund in Berührung kommt, und mit einer Seitenwand (3) aus einer elektrisch nicht leitendem Gummimischung (9) mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 10⁸ Ωcm oder mehr, die an die Lauffläche (2) angrenzt, wobei auf die Außenseite des Reifens (1) von einem Bereich der Lauffläche (2), der mit dem Untergrund in Berührung kommt, bis zu einem Bereich des Reifens, der mit einer Felge in Kontakt kommt, eine Gummilösung aufgebracht wird, um eine durchgehende Schicht (10) auszubilden, wobei die Gummilösung eine Gummimischung beinhaltet, die 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponente, die 50 bis 100 Gewichtsteile eines Dienkautschuks mit einem mittleren Molekulargewicht von 250.000 bis 450.000 enthält, und 10 bis 30 Gewichtsteile eines Rußes mit einer spezifischen Stickstoffadsorptionsfläche (N₂SA) von 700 bis 1300 m²/g und einer Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption von 300 bis 550 cm³/100 g umfasst und einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10⁷ Ωcm aufweist, so dass die durchgehende Schicht (10) elektrisch leitend ist, wobei die Gummimischung in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist.
Luftreifen nach Anspruch 1, wobei die Gummimischung der Gummilösung einen weiteren Ruß enthält und pro 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente in der Gummimischung Ruß in einer Gesamtmenge von 50 bis 90 Gewichtsteilen enthalten ist.