DE102014205700A1

DE102014205700A1 - Festigkeitsträgerlage für Fahrzeugluftreifen, insbesondere Karkassfestigkeitsträgerlage, aufweisend Hybridcorde

Info

Publication number: DE102014205700A1
Application number: DE102014205700.0A
Authority: DE
Inventors: Claudia Grote; Ute Pöhler; Günter Wahl; Alexandre Gomes; Ricardo Silva
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Festigkeitsträgerlage für Fahrzeugluftreifen, insbesondere eine Karkassfestigkeitsträgerlage, wobei die Festigkeitsträgerlage textile Hybridcorde als Festigkeitsträger aufweist, wobei jeder textile Hybridcord ein erstes textiles Garn, ein zweites textiles Garn, dessen Elastizitätsmodul mindestens dreimal dem Elastizitätsmodul des ersten Garns entspricht, sowie zumindest ein weiteres textiles Garn aufweist, und wobei alle Garne des textilen Hybridcords miteinander endverdreht sind. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Festigkeitsträgerlage für Fahrzeugluftreifen, insbesondere für die Karkasse, bereitzustellen, welche vorteilhafte Komfortmerkmale des Fahrzeugluftreifens gewährleistet und den Rollwiderstand des Fahrzeugluftreifens verbessert. Die Aufgabe wird gelöst, indem das erste textile Garn ein Polyoxadiazol-Garn ist. Weiter betrifft die Erfindung einen Fahrzeugluftreifen aufweisend eine solche Festigkeitsträgerlage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Festigkeitsträgerlage für Fahrzeugluftreifen, insbesondere eine Karkassfestigkeitsträgerlage, wobei die Festigkeitsträgerlage textile Hybridcorde als Festigkeitsträger aufweist, welche innerhalb der Lage im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und in elastomeres Material eingebettet sind, wobei jeder textile Hybridcord ein erstes textiles Garn, ein zweites textiles Garn, dessen Elastizitätsmodul mindestens dreimal dem Elastizitätsmodul des ersten Garns entspricht, sowie zumindest ein weiteres textiles Garn aufweist, und wobei alle Garne des textilen Hybridcords miteinander endverdreht sind. Weiter betrifft die Erfindung einen Fahrzeugluftreifen aufweisend eine solche Festigkeitsträgerlage.
Festigkeitsträger zur Verstärkung verschiedener elastomerer Erzeugnisse, insbesondere für die Karkasse und/oder die Gürtelbandage von Fahrzeugluftreifen, sind dem Fachmann in Aufbau und Werkstoff in verschiedensten Ausführungen bekannt. Die Festigkeitsträger werden, beispielsweise durch Kalandrieren, in eine Kautschukmischung eingebettet, um als gummierte Festigkeitsträgerlage im Elastomerprodukt eingesetzt werden zu können.
Ein Fahrzeugluftreifen radialer Bauart weist im Allgemeinen eine luftundurchlässige Innenschicht, eine Festigkeitsträger enthaltende Radialkarkasse, die vom Zenitbereich des Reifens über die Seitenwände bis in den Wulstbereich reicht und dort meist durch Umschlingen zugfester Wulstkerne verankert ist, einen radial außen befindlichen profilierten Laufstreifen und einen zwischen dem Laufstreifen und der Karkasse angeordneten Gürtel auf, welcher radial außen mit der Gürtelbandage abgedeckt ist. Die Gürtelbandage kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein und deckt zumindest die Gürtelränder ab.
In PKW-Radialreifen verlaufen die Festigkeitsträger der meist einlagigen Karkasse in radialer Richtung. Die Festigkeitsträger einer Festigkeitsträgerlage der Karkasse müssen eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um die im Betrieb des Reifens auftretenden Kräfte hinreichend aufnehmen zu können und dauerhaltbar zu sein. Insbesondere leistet die Karkasse Widerstand gegen den Innendruck des Reifens und hat die Funktion eines Festigkeitsträgers. Der radiale Verlauf der Festigkeitsträger erhöht die Festigkeitseigenschaften der Lage und verbessert die Tragfähigkeit und die Komfortmerkmale des Reifens wie Einfederung und Fahrverhalten. Das Fahrverhalten wird, insbesondere im Hochgeschwindigkeitseinsatz, durch einen hohen Elastizitätsmodul bei Dehnungen bis ca. 2 % bis 4 % der Festigkeitsträger der Karkasse zusätzlich positiv beeinflusst. Zusätzlich soll eine Festigkeitsträgerlage für die Karkasse bei der Reifenherstellung eine ausreichende Erhebung beim Reifenbau sowie in der Vulkanisationsform zulassen, damit der Reifen präzise ausgeformt werden kann.
Bekannt sind Festigkeitsträgerlagen, deren Festigkeitsträger Garne mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen, die miteinander verdreht sind. Hierdurch können die Eigenschaften der Garne miteinander kombiniert werden.
Die DE 10 2010 017 107 A1 offenbart einen solchen Hybridfestigkeitsträger für die Karkasse, welcher zumindest ein Garn aus recyceltem PET und ein weiteres Garn mit dem Bestandteil Polyoxadiazol aufweist, welche miteinander endverdreht sind. Beide Garne weisen allerdings ein für die Anwendung in der Karkasse nachteiliges vergleichsweise niedriges Elastizitätsmodul auf.
Aus der EP 2 065 225 B1 ist ein Fahrzeugluftreifen bekannt, dessen Karkasslage als Festigkeitsträger textile Hybridcorde aus zwei Rayon-Garnen und einem Aramid-Garn, welche miteinander endverdreht sind, aufweist. Aramid weist einen im Vergleich zu Rayon hohen Elastizitätsmodul auf. Ein solcher textiler Hybridcord zeigt ein vorteilhaftes Kraft-Dehnungsverhalten. Nachteilig an Rayon ist allerdings, dass Rayon feuchtigkeitsempfindlich ist und sich die Bruchkraft des Festigkeitsträgers durch Feuchtigkeitsaufnahme verringert.
Ein weiterer Aspekt der Reifenentwicklung zielt darauf ab Fahrzeugluftreifen zu schaffen, die einen geringen Rollwiderstand aufweisen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Festigkeitsträgerlage für Fahrzeugluftreifen, insbesondere für die Karkasse, bereitzustellen, welche vorteilhafte Komfortmerkmale des Fahrzeugluftreifens gewährleistet, eine verbesserte Haltbarkeit aufweist und den Rollwiderstand des Fahrzeugluftreifens verbessert.
Die Aufgabe wird gelöst, indem das erste textile Garn ein Polyoxadiazol-Garn ist.
Somit ist eine Festigkeitsträgerlage geschaffen, die als Festigkeitsträger textile Hybridcorde aufweist, welche ein Polyoxadiazol-Garn als erstes textiles Garn sowie ein höhermoduliges zweites textiles Garn sowie zumindest ein weiteres textiles Garn aufweisen, wobei die Garne eines jeden der textilen Hybridcorde miteinander endverdreht sind. Erfindungswesentlich ist, dass ein Polyoxadiazol-Garn eine im Gegensatz zu einem Rayon-Garn geringere Hysterese aufweist. Durch solche Hybridcorde als Festigkeitsträger der Festigkeitsträgerlage ist eine Festigkeitsträgerlage mit einer geringeren Hysterese bereitgestellt. Beim Einsatz im Fahrzeugluftreifen, insbesondere in der Karkasse, ist somit ein verringerter Rollwiderstand des Fahrzeugluftreifens erwirkt. Auch gegenüber einem Polyester-Garn oder einem Polyamid-Garn weist ein Polyoxadiazol-Garn eine geringere Hysterese auf, wodurch entsprechende Vorteile erwirkt werden. Zudem ist gegenüber der Verwendung von Rayon die Haltbarkeit verbessert.
Durch die Kombination aus einem Polyoxadiazol-Garn mit einem zweiten textilen Garn, dessen Elastizitätsmodul mindestens dreimal dem Elastizitätsmodul des Polyoxadiazol-Garns entspricht, werden die unterschiedlichen Kraft-Dehnungs-Eigenschaften der textilen Garne vorteilhaft genutzt. Durch die Verzwirnung werden die Garne auf eine helikale Bahn gebracht, was dem höhermoduligen Garn eine geometrische Dehnung im Cord ermöglicht. Dies erlaubt eine gezielte Einstellung des Kraft-Dehnungsverhaltens.
Erstaunlicherweise hat sich zudem gezeigt, dass eine Festigkeitsträgerlage, welche mit textilen Hybridcorden, die jeweils neben dem Polyoxadiazol-Garn und dem zweiten textilen Garn noch zumindest ein weiteres textiles Garn aufweisen, verstärkt ist, bei einer Dehnung bis zu 2% bis 4% einen vergleichsweise hohen Elastizitätsmodul aufweist, was beim Einsatz der Festigkeitsträgerlage als Karkasslage eines Fahrzeugluftreifens die Komfortmerkmale wie das Fahrverhalten des Fahrzeugluftreifens vorteilhaft beeinflusst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellen „Corde“ linienförmige Gebilde dar, die aus zwei oder mehr miteinander endverdrehten Garnen bestehen. Ein „Hybridcord“ stellt einen Cord dar, bei dem zwei oder mehr unterschiedliche Garne miteinander endverdreht sind. Ein „Garn“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Anlehnung an die DIN 60900 ein linienförmiges Gebilde, das aus einzelnen Filamenten oder Fasern besteht. Bevorzugt sind die Filamente oder Fasern des Garns miteinander verdreht.
Ein Polyoxadiazol-Garn ist ein Garn, dessen Fasern oder Filamente Polyoxadiazol und/oder ein Polyoxadiazol-Derivat und/oder ein Polyoxadiazol-Co-Polymer aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Polyoxadiazol-Garn mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 100 Gew.-%, Polyoxadiazol-Bestandteile wie Polyoxadiazol und/oder ein Polyoxadiazol-Derivat und/oder ein Polyoxadiazol-Co-Polymer. Die Eigenschaften des Polyoxadiazol-Garns können durch die Zugabe von Additiven oder durch Dotierung vorteilhaft eingestellt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das zweite textile Garn ein Aramid-Garn oder ein Carbon-Garn oder ein Glas-Garn oder ein Polyphenylen-2,6-benzobisoxazol-Garn oder ein Polyetherketon-Garn oder ein Polyetheretherketon-Garn ist. Ein solches zweites textiles Garn eignet sich hervorragend als hochmoduliger Bestandteil des Hybridcords. In Kombination mit dem Polyoxadiazol-Garn und dem weiteren textilen Garn ergibt sich somit ein Festigkeitsträger, der sich hervorragend für den Einsatz in einer Festigkeitsträgerlage eines Fahrzeugluftreifens, insbesondere in der Karkasse, eignet. Durch die Materialauswahl können die Eigenschaften der Hybridcorde der Festigkeitsträgerlage gezielt eingestellt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das zweite textile Garn ein Aramid-Garn ist. Solche Hybridcorde weisen ein für die Komfortmerkmale besonders vorteilhaftes Kraft-Dehnungsverhalten auf.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn das Elastizitätsmodul des zweiten Garns mindestens viermal dem Elastizitätsmodul des ersten textilen Garns entspricht.
Durch die Endverdrehung von mindestens drei textilen Garnen kann ein Festigkeitsträger bereitgestellt werden, der sich bei Dehnung bis zu 2% bis 4% durch einen vergleichsweise hohen Elastizitätsmodul auszeichnet, wodurch beim Einsatz der Festigkeitsträgerlage in einer Karkasslage eines Fahrzeugluftreifens das Fahrverhalten des Fahrzeugluftreifens verbessert ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist das weitere textile Garn ein zweites textiles Garn. Der textile Hybridcord weist also ein Polyoxadiazol-Garn sowie zumindest zwei Garne auf, deren Elastizitätsmodul mindestens dreimal dem Elastizitätsmodul des Polyoxadiazol-Garns entspricht. Dies erlaubt eine vorteilhafte Einstellung der Kraft-Dehnungseingeschaften, insbesondere einen vergleichsweise hohen Elastizitätsmodul bereits bei geringer Dehnung.
Zweckmäßig ist es, wenn das weitere textile Garn ausgewählt ist aus der Gruppe der oben genannten zweiten textilen Garne. Zweckmäßig ist es weiter, wenn das zweite textile Garn und das weitere textile Garn ausgewählt sind aus dieser Gruppe. Es kann sich, muss sich aber nicht, um gleiche textile Garne handeln. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das zweite und das weitere textile Garn jeweils ein Aramid-Garn ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel weist das weitere textile Garn ein Elastizitätsmodul auf, welches weniger als dreimal dem Elastizitätsmodul des ersten textilen Garns, also weniger als dreimal dem Elastizitätsmodul des Polyoxadiazol-Garns, entspricht. Dies erlaubt eine vorteilhafte Einstellung der Kraft-Dehnungseingeschaften.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn das weitere textile Garn ein Polyoxadiazol-Garn oder ein Polyester-Garn oder ein Polyamid-Garn oder ein Rayon-Garn oder ein Polyacrylnitril-Garn ist. Durch die Materialauswahl der Garne können die Eigenschaften der Hybridcorde gezielt eingestellt werden. Bevorzugt ist das weitere niedrigmodulige Garn ein Polyoxadiazol-Garn. Besonders bevorzugt weisen die Hybridcorde dabei zwei gleiche Polyoxadiazol-Garne auf.
Bei einem Polyamid-(PA-)Garn kann es sich um ein PA4-, PA4.4-, PA6-, PA6.6-, PA6.10-, PA7-, PA8-, PA9-, PA10.10-, PA11-, PA12- oder ein PA13.13-Garn handeln. Bei einem Polyester-(PE-)Garn kann es sich um ein Polyethylennaphthalat-(PEN-), Polybutylenterephthalat-(PBT-), Polybutylennaphttalat-(PBN-), Polpropylenterephthalat-(PPT-), Polypropylennaphthalat-(PPN-) oder ein Polyethylenterephthalat-(PET-)Garn, insbesondere um ein High-Modulus Low-Shrinkage-PET-(HMLS-PET-)Garn, handeln.
Zweckmäßig ist es, wenn jedes Garn des textilen Hybridcords eine Feinheit von 200 dtex bis 3000 dtex bei einer Erstverdrehung von 200 t/m bis 700 t/m aufweist. Zweckmäßig ist es auch, wenn alle Garne des textilen Hybridcords in etwa die gleiche Feinheit aufweisen. Die Garne können alle die gleiche Erstverdrehungsrichtung oder unterschiedliche Erstverdrehungsrichtungen aufweisen. Es können alle Garne S- und der Cord Z-gedreht sein. Es können aber auch alle Garne Z- und der Cord S-gedreht sein. Zweckmäßig ist es, wenn die Garne des Hybridcords mit einer Endverdrehung von 200 t/m bis 700 t/m verdreht sind.
Um eine zuverlässige Haftung von textilen Festigkeitsträgern zum Gummi zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, den textilen Hybridcord mit einer Haftimprägnierung, z.B. mit einem RFL-Dip im 1- oder 2-Bad-Verfahren, zu versehen.
Es ist vorteilhaft, wenn der textile Hybridcord bei 2% Dehnung eine Dehnungskraft von 12,25 cN/tex bis 22,75 cN/tex, insbesondere eine Dehnungskraft von 16 cN/tex bis 19 cN/tex, aufweisen und wenn der textile Hybridcord bei 4% Dehnung eine Dehnungskraft von 22,05 cN/tex bis 40,95 cN/tex, insbesondere eine Dehnungskraft von 30 cN/tex bis 33 cN/tex, aufweisen. Die Dehnungskraft ist die Kraft bei einer bestimmten Dehnung gemäß ASTM D885 M. Eine Festigkeitsträgerlage aufweisend textile Hybridcorde mit einem solchen Kraft-Dehnungs-Verhalten eignet sich hervorragend als Karkasslage eines Fahrzeugluftreifens. Zweckmäßig ist es, wenn der textile Hybridcord zusätzlich bei 1% Dehnung eine Dehnungskraft von 5,50 cN/tex bis 10,50 cN/tex und bei 3% Dehnung eine Dehnungskraft von 17,85 cN/tex bis 33,15 cN/tex aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch einen Fahrzeugluftreifen aufweisend eine solche Festigkeitsträgerlage. Besonders bevorzugt weist dabei die Karkasse und / oder die Gürtelbandage eine solche Festigkeitsträgerlage auf. Ein solcher Fahrzeugluftreifen zeichnet sich durch einen verminderten Rollwiderstand und ein vorteilhaftes Fahrverhalten aus. Es handelt sich dabei vorzugsweise um einen PKW-Reifen oder um einen Nutzfahrzeugreifen.
Weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachfolgenden Beispielen von Hybridcord-Konstruktionen, die in erfindungsgemäßen Festigkeitsträgerlagen für Fahrzeugluftreifen, vorzugsweise als Karkasslage und / oder Gürtelbandagenlage, einsetzbar sind, näher erläutert:
Hybridcord 1:
Der textile Hybridcord besteht aus einem Aramid-Garn der Feinheit 1680 dtex und zwei Polyoxadiazol-Garnen der Feinheit 2040 dtex, welche jeweils Z-verdreht sind und zu einem Hybridcord (1680 × 1 + 2040 × 2) mit 310 t/m S-endverdreht sind.
Hybridcord 2:
Der textile Hybridcord besteht aus zwei Aramid-Garnen der Feinheit 1680 dtex und einem Polyoxadiazol-Garn der Feinheit 2040 dtex, welche jeweils Z-verdreht sind und zu einem Hybridcord (1680 × 2 + 2040 × 1) mit 320 t/m S-endverdreht sind.
Festigkeitsträgerlagen aufweisend solche Hybridcorde zeichnen sich durch eine geringe Hysterese und ein für Karkasslagen vorteilhaftes Elastizitätsmodul bei Dehnungen von bis zu 2% bis 4% aus. Beim Einsatz im Fahrzeugluftreifen, insbesondere als Festigkeitsträgerlage der Karkasse, sind der Rollwiderstand sowie das Fahrverhalten des Fahrzeugluftreifens verbessert.
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

DE 102010017107 A1 [0006]
EP 2065225 B1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 60900 [0014]
ASTM D885 M [0027]

Claims

Festigkeitsträgerlage für Fahrzeugluftreifen, insbesondere Karkassfestigkeitsträgerlage, wobei die Festigkeitsträgerlage textile Hybridcorde als Festigkeitsträger aufweist, welche innerhalb der Lage im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und in elastomeres Material eingebettet sind, wobei jeder textile Hybridcord ein erstes textiles Garn, ein zweites textiles Garn, dessen Elastizitätsmodul mindestens dreimal dem Elastizitätsmodul des ersten Garns entspricht, sowie zumindest ein weiteres textiles Garn aufweist, und wobei alle Garne des textilen Hybridcords miteinander endverdreht sind dadurch gekennzeichnet, dass das erste textile Garn ein Polyoxadiazol-Garn ist.
Festigkeitsträgerlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyoxadiazol-Garn mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 100 Gew.-%, Polyoxadiazol-Bestandteile enthält.
Festigkeitsträgerlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite textile Garn ein Aramid-Garn oder ein Carbon-Garn oder ein Glas-Garn oder ein Polyphenylen-2,6-benzobisoxazol-Garn oder ein Polyetherketon-Garn oder ein Polyetheretherketon-Garn ist.
Festigkeitsträgerlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastizitätsmodul des zweiten Garns mindestens viermal dem Elastizitätsmodul des ersten textilen Garns entspricht.
Festigkeitsträgerlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere textile Garn ein weiteres zweites textiles Garn ist.
Festigkeitsträgerlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere textile Garn ein Elastizitätsmodul aufweist, welches weniger als dreimal dem Elastizitätsmodul des ersten textilen Garns entspricht.
Festigkeitsträgerlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere textile Garn ein Polyoxadiazol-Garn oder ein Polyester-Garn oder ein Polyamid-Garn oder ein Rayon-Garn oder ein Polyacrylnitril-Garn ist.
Festigkeitsträgerlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der textile Hybridcord bei 2% Dehnung eine Dehnungskraft von 12,25 cN/tex bis 22,75 cN/tex, insbesondere eine Dehnungskraft von 16 cN/tex bis 19 cN/tex, aufweisen und dass der textile Hybridcord bei 4% Dehnung eine Dehnungskraft von 22,05 cN/tex bis 40,95 cN/tex, insbesondere eine Dehnungskraft von 30 cN/tex bis 33 cN/tex, aufweisen.
Fahrzeugluftreifen enthaltend zumindest eine Festigkeitsträgerlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeitsträgerlage eine Festigkeitsträgerlage der Karkasse und / oder eine Festigkeitsträgerlage der Gürtelbandage ist.