DE102020214552A1 - Kautschukmischung zur Ummantelung von Festigkeitsträgern, Festigkeitsträger, der mit der Kautschukmischung ummantelt ist, Fahrzeugreifen aufweisend wenigstens einen Festigkeitsträger sowie Verwendung der Kautschukmischung in Gurten, Riemen und Schläuchen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung zur Ummantelung eines oder mehrerer Festigkeitsträger. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Festigkeitsträger, insbesondere für Fahrzeugreifen, Gurte, Riemen und Schläuche, welcher mit wenigstens einer Kautschukmischung ummantelt ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Fahrzeugreifen, der wenigstens einen Festigkeitsträger aufweist.Die Kautschukmischung zeigt verbesserte Hafteigenschaften an Stahl nach der Alterung des Stahls an NO2-haltiger Luft und enthält dabei wenigstens die folgenden Bestandteile:- wenigstens einen Dienkautschuk,- 0,05 bis 6 phr Magnesiumoxid (MgO) und/oder Calciumoxid (CaO), und- wobei die Kautschukmischung frei ist von Butyl-Kautschuk und frei ist von Halobutyl-Kautschuk.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung zur Ummantelung eines oder mehrerer Festigkeitsträger. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Festigkeitsträger, insbesondere für Fahrzeugreifen, Gurte, Riemen und Schläuche, welcher mit wenigstens einer Kautschukmischung ummantelt ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Fahrzeugreifen, der wenigstens einen Festigkeitsträger aufweist.
- Festigkeitsträger zur Verstärkung verschiedener elastomerer Erzeugnisse sind hinreichend bekannt. So ist beispielsweise für Fahrzeugreifen bekannt, dass diese eine oder mehrere Gürtellagen aufweisen, die gummierte Festigkeitsträger aufweisen. Hierbei sind die Festigkeitsträger üblicherweise von mindestens einer Kautschukmischung umgeben, die auch Gummierungsmischung genannt wird. In weiteren elastomeren Erzeugnissen, wie beispielsweise Kraftübertragungsriemen oder auch Schläuchen dienen Festigkeitsträger, insbesondere in Form von Textilauflagen oder textilen Zwischenschichten aus Geweben, Gewirken oder Gestricken, unter anderem dazu, die Lebensdauer dieser Erzeugnisse zu verbessern oder erst zu ermöglichen.
- Relevant hierbei ist die Haftung der Festigkeitsträger mit den jeweils in direktem Kontakt stehenden Kautschukmischungen. Zur Haftungsverbesserung werden die Festigkeitsträger entweder mit verschiedenen Haftmitteln, wie beispielsweise Resorcinformaldehydlatex (RFL) oder definierten Haftmischungen vorbehandelt. Im Fall der Haftung von Kautschukmischungen an Stahl als Festigkeitsträger ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Korrosionsschutzschicht auf dem Stahl vorhanden ist, die gleichzeitig eine Anbindung an die Kautschukmatrix ermöglicht. Diese Schicht kann aus Zink oder Messing aufgebaut sein. Durch das Dendritenwachstum der sich bildenden Metallsulfide erfolgt eine mechanische Verzahnung vom Festigkeitsträger in die umgebende Kautschukmischung.
- Die Alterungsbeständigkeit des Haftsystems ist für die strukturelle Stabilität von Fahrzeugreifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen, von besonderer Bedeutung.
- Üblicherweise werden in derartigen Haftmischungen zusätzlich Cobaltverbindungen als Haftvermittler verwendet. Durch die Anwesenheit von Cobalt wird vor allem die unter Feuchte gealterte Haftung verbessert.
- Es hat sich aber zudem herausgestellt, dass in der Luft enthaltenes Stickstoffdioxid (NO2) die Alterung des Festigkeitsträger-Gummierungsmischungs-Verbundes beschleunigt. Vermutlich reagiert das NO2 mit Wasser aus der Luft und bildet Säuren, wie salpetrige Säure.
Die mit Messing beschichteten Festigkeitsträger können z. B. während des Gummierungsprozesses mit NO2 als einem Hauptbestandteil verschmutzter Luft in Kontakt kommen.
Hierdurch kann der Verbund schneller altern und es kann während der Dauer des Reifenlebens deutlich früher zu einer unerwünschten Ablösung, d. h. Trennung zwischen Festigkeitsträger und Gummierungsmischung kommen. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Kautschukmischung zur Ummantelung eines oder mehrerer Festigkeitsträger bereitzustellen, die sich durch eine im Vergleich zum Stand der Technik bessere Haftung an einen Festigkeitsträger nach der Alterung der Festigkeitsträger, insbesondere an NO2-haltiger Luft, auszeichnet. Dabei soll die Kautschukmischung insbesondere hinsichtlich der Robustheit gegenüber Säuren, die aus NO2 gebildet werden können, verbessert werden.
Die Haftung an Festigkeitsträger vor der Alterung soll zumindest gleichbleiben.
Dabei soll insbesondere die Haftung an Stahl nach der Alterung gegenüber dem Stand der Technik weiter verbessert werden, ohne dass die Kautschukmischung im Zielkonflikt mit anderen Eigenschaften, wie Wärmeaufbau und Haltbarkeitsindikatoren, verschlechtert wird. - Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Kautschukmischung zur Ummantelung eines oder mehrerer Festigkeitsträger wenigstens folgende Bestandteile enthält:
- - wenigstens einen Dienkautschuk,
- - 0,05 bis 6 phr Magnesiumoxid (MgO) und/oder Calciumoxid (CaO), und
- - wobei die Kautschukmischung frei ist von Butyl-Kautschuk und frei ist von Halobutyl-Kautschuk.
- Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch den Zusatz von MgO und/oder CaO, insbesondere MgO, in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung die Haftung der Kautschukmischung an Festigkeitsträger, insbesondere aus Stahl, nach dem Altern des Stahls an NO2-haltiger Luft verbessert wird.
- Fahrzeugreifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen, die wenigstens einen erfindungsgemäßen Festigkeitsträger aufweisen, der mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Kautschukmischung ummantelt ist, weisen somit eine deutlich längere Lebensdauer auf.
- Der Begriff „ummantelt“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „beschichtet“ oder „gummiert“ zu verstehen, wobei die dem Fachmann bekannten Mengen zur Beschichtung von Festigkeitsträgern und die Schichtdicken hierbei bekannt sind.
- Erfindungsgemäß enthält die Kautschukmischung wenigstens einen Dienkautschuk. Als Dienkautschuke werden Kautschuke bezeichnet, die durch Polymerisation oder Copolymerisation von Dienen und/oder Cycloalkenen entstehen und somit entweder in der Hauptkette oder in den Seitengruppen C=C-Doppelbindungen aufweisen.
- Der Dienkautschuk ist dabei bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren, synthetischem Polyisopren, epoxidiertem Polyisopren, Butadien-Kautschuk, lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk, emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk, Polynorbornen, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Nitril-Kautschuk, Acrylat-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Polysulfid-Kautschuk, Epichlorhydrin-Kautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer, hydrierter Acrylnitrilbutadienkautschuk, Isopren-Butadien-Copolymer und hydriertem Styrol-Butadien-Kautschuk.
- Vorzugsweise ist der Dienkautschuk ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus natürlichem Polyisopren (NR), synthetischem Polyisopren (IR), Butadien-Kautschuk (BR), lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) und emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR).
- Besonders bevorzugt ist der Dienkautschuk wenigstens natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren. Gute Hafteigenschaften werden insbesondere bei der Verwendung wenigstens eines natürlichen Polyisoprens erzielt werden. Besonders gute Eigenschaften im Hinblick auf die Haftung ergeben sich, wenn die Kautschukmischung 70 bis 100 phr, bevorzugt 80 bis 100 phr, wenigstens eines Polyisoprens, ausgewählt aus natürlichem und synthetischem Polyisopren, enthält, wobei auch hier gemäß vorteilhafter Ausführungsformen natürliches Polyisopren bevorzugt ist. Sehr gute Haftergebnisse in Kombination mit weiteren guten physikalischen Eigenschaften werden auch erzielt, wenn die Kautschukmischung 100 phr natürliches Polyisopren enthält.
- Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen. Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird dabei stets auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke bezogen.
- Für den Fall, dass die erfindungsgemäße Kautschukmischung weniger als 100 phr, insbesondere 70 bis < (kleiner als) 100 phr, wenigstens eines Polyisoprens enthält, enthält sie wenigstens einen weiteren Dienkautschuk. Bevorzugt enthält sie hierbei bis zu 30 phr, besonders bevorzugt bis zu 20 phr, wenigstens eines Dienkautschuks, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Butadien-Kautschuk und lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk, wobei Butadien-Kautschuk besonders bevorzugt ist. Das oder die Polyisopren(e) weisen bevorzugt ein Gewichtsmittel Mw des Molekulargewichts gemäß GPC von 250000 bis 5000000 g/mol auf.
- Bei dem natürlichen und/oder synthetischen Polyisopren sämtlicher Ausführungsformen kann es sich sowohl um cis-1,4-Polyisopren als auch um 3,4-Polyisopren handeln. Bevorzugt ist allerdings die Verwendung von cis-1,4-Polyisoprenen mit einem cis-1,4 Anteil > 90 Gew.-%. Zum einen kann solch ein Polyisopren durch stereospezifische Polymerisation in Lösung mit Ziegler-Natta-Katalysatoren oder unter Verwendung von fein verteilten Lithiumalkylen erhalten werden. Zum anderen handelt es sich bei Naturkautschuk (NR) um ein solches cis-1,4 Polyisopren, bei welchem der cis-1,4-Anteil im Naturkautschuk größer 99 Gew.-% ist.
Ferner ist auch ein Gemisch eines oder mehrerer natürlicher Polyisoprene mit einem oder mehreren synthetischen Polyisopren(en) denkbar.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff „Naturkautschuk“ natürlich vorkommender Kautschuk zu verstehen, der von Hevea Gummibäumen und „Nicht-Hevea“ Quellen gewonnen werden kann. Nicht-Hevea Quellen sind beispielsweise Guayule Sträucher und Löwenzahn wie beispielsweise TKS (Taraxacum kok-saghyz; Russischer Löwenzahn). - Enthält die Kautschukmischung als Dienkautschuk Butadien-Kautschuk (BR, auch Polybutadien), kann es sich dabei sowohl um cis-1,4-Polybutadien als auch um trans-1,4-Polybutadien handeln. Bevorzugt ist die Verwendung von 1,4-Polybutadien mit einem cis-1,4-Polybutadien-Anteil größer 90 Gew.-%, welches z. B. durch Lösungspolymerisation in Anwesenheit von Katalysatoren vom Typ der seltenen Erden hergestellt werden kann. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von 1,4-Polybutadien mit einem cis-1,4-Polybutadien-Anteil größer 95 Gew.-%.
- Bei dem Styrol-Butadien-Kautschuk kann es sich um lösungspolymerisiertes Styrol-Butadien-Copolymer (SSBR) mit einem Styrolgehalt, bezogen auf das Polymer, von ca. 5 bis 45 Gew.-% und einem Vinylgehalt (Gehalt an 1,2-gebundenem Butadien, bezogen auf das gesamte Polymer) von 5 bis 70 Gew.-% handeln, welches zum Beispiel unter Verwendung von Lithiumalkylen in organischem Lösungsmittel hergestellt werden kann. Die SSBR können auch gekoppelt und/oder endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Kohlenstoffkette modifiziert (engl. backbone modified) sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe modifiziert und funktionalisiert synonym verwendet. Bei der Modifizierung kann es sich um die folgenden Gruppen und Funktionalisierungen handeln: Hydroxy-Gruppen und/oder Ethoxy-Gruppen und/oder Epoxy-Gruppen und/oder Siloxan-Gruppen und/oder Amino-Gruppen und/oder Aminosiloxan und/oder CarboxylGruppen und/oder Phthalocyanin-Gruppen und/oder Alkoxysily-Gruppen und/oder Isocyanat-Gruppen. Dabei ist es denkbar, dass eine oder mehrere dieser Gruppen über eine gemeinsame Alkyl-Gruppe miteinander verknüpft sind.
- Die erfindungsgemäße Kautschukmischung ist frei von Butyl-Kautschuk und frei von Halobutyl-Kautschuk, d. h. sie enthält jeweils 0 phr der genannten Kautschuke. Hierunter fallen alle dem Fachmann bekannten Typen, wobei als Halobutyl-Kautschuk insbesondere Chlorobutyl-Kautschuk und Bromobutyl-Kautschuk bekannt sind. Hierdurch wird die Robustheit gegenüber Alterungsprozessen aufgrund von Säuren, wie eingangs beschrieben, weiter verbessert. Gleichzeitig weist die erfindungsgemäße Kautschukmischung hierdurch einen geringeren und damit verbesserten Wärmeaufbau und verbesserte (Weiter)Reißeigenschaften auf.
- Erfindungsgemäß enthält die Kautschukmischung 0,05 bis 6 phr MgO und/oder CaO. Dies bedeutet, dass auch ein Gemisch aus MgO und CaO denkbar ist, wobei die Gesamtmenge 0,05 bis 6 phr beträgt. Bevorzugt enthält die Kautschukmischung 0,1 bis 3,5 phr MgO und/oder CaO.
- Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die Kautschukmischung 0,1 bis 1 phr MgO und/oder CaO, insbesondere und beispielsweise 0,5 phr MgO und/oder CaO.
- Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die Kautschukmischung 1,5 bis 3,5 phr MgO und/oder CaO, insbesondere und beispielsweise 3 phr MgO und/oder CaO.
- Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen enthält die Kautschukmischung zumindest MgO in den jeweils genannten Mengen mit den verschiedenen Vorzugsbereichen.
- Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Kautschukmischung 0,1 bis 3 phr wenigstens einer Cobaltverbindung als Haftvermittler. Bevorzugt ist die wenigstens eine Cobaltverbindung ein Cobaltsalz. Die organischen Cobaltsalze werden besonders bevorzugt in Mengen von 0,2 bis 2 phr eingesetzt. Als Cobaltsalze können z. B. Cobaltstearat, -borat, -borat-alkanoate, -naphthenat, -rhodinat, - octoat, -adipat usw. verwendet werden, wobei für die Hafteigenschaften die Verwendung von Cobaltstearaten und/oder Cobaltboraten und/oder Cobaltnaphthenaten und/oder Cobaltborat-alkanoate besonders vorteilhaft ist.
- Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Kautschukmischung 2,5 bis 8 phr Schwefel, besonders bevorzugt 3 bis 8 phr Schwefel. Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die Kautschukmischung 5 bis 7 phr Schwefel.
- Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die Kautschukmischung ein Stahlcordhaftsystem auf der Basis von organischen Cobaltsalzen und Verstärkerharzen und mehr als 2,5 phr, insbesondere 3 bis 6 phr, Schwefel. Für die Cobaltsalze gelten die obigen Ausführungen.
- Als Verstärkerharze können Resorcin-Formaldehyd-Harze, beispielsweise Resorcin-Hexamethoxymethylmelamin-Harze (HMMM) oder Resorcin-Hexamethylentetramin-Harze (HEXA), oder modifizierte Phenolharze, beispielsweise Alnovol®-Typen, eingesetzt werden. Von den Resorcin-Harzen können auch die Vorkondensate eingesetzt werden.
- Insbesondere enthält die Kautschukmischung bevorzugt Methylen-Donoren wie Hexamethoxymethylmelamin (HMMM). Dieses kann in reiner Form oder auf Kieselsäure aufgezogen zugegeben werden. Methylen-Donoren geben während der Vulkanisation reaktive Methylen-Gruppen ab.
- Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält bevorzugt zumindest einen Ruß als unpolaren Füllstoff.
Der Ruß wird bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 100 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 40 bis 100 phr, ganz besonders bevorzugt in Mengen von 40 bis 80 phr, in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung eingesetzt. Wiederum besonders bevorzugt ist es, wenn die Kautschukmischung 57 bis 67 phr zumindest eines Rußes enthält. Hiermit werden besonders gute Mischungseigenschaften im Hinblick auf die Reißeigenschaften erzielt.
Der eingesetzte Ruß weist dabei bevorzugt eine Jodadsorptionszahl gemäß ASTM D 1510 von 30 bis 110 mg/g, besonders bevorzugt von 60 bis 110 mg/g und ganz besonders bevorzugt von 70 bis 90 mg/g, auf. Die DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414 des eingesetzten Rußes beträgt bevorzugt 20 bis 100 ml/100g, besonders bevorzugt von 50 bis 100 ml/100g und ganz besonders bevorzugt von 60 bis 80 m1/100g.
Ein derartiger Ruß, mit dem in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung besonders gute Eigenschaften erzielt werden, ist ein Ruß des Typs N 326 (Jodadsorptionszahl = 82 mg/g; DBP-Zahl = 72 ml/100g). - Die Kautschukmischung kann zudem einen polaren Füllstoff enthalten. Als polare Füllstoffe können alle dem Fachmann bekannten polaren Füllstoffe, wie Aluminiumhydroxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Kieselsäure und Schichtsilikate verwendet werden. Bevorzugt werden als polare Füllstoffe Siliziumoxid-basierte Füllstoffe, wie Kieselsäure eingesetzt. Bevorzugt wird insbesondere als polarer Füllstoff Kieselsäure verwendet. Die in der Kautschukindustrie eingesetzten Kieselsäuren sind in der Regel gefällte Kieselsäuren, die insbesondere nach ihrer Oberfläche charakterisiert werden. Zur Charakterisierung werden dabei die Stickstoff-Oberfläche (BET, Methode nach Brunauer, Emmett, Teller) gemäß DIN ISO 9277 und DIN 66132 als Maß für die innere und äußere Füllstoffoberfläche in m2/g und die CTAB-Oberfläche gemäß ASTM D 3765 als Maß für die äußere Oberfläche, die oftmals als die kautschukwirksame Oberfläche angesehen wird, in m2/g angegeben. Die eingesetzten Kieselsäuren weisen eine Stickstoff-Oberfläche von größer oder gleich 100 m2/g auf, bevorzugt zwischen 100 und 250 m2/g, besonders bevorzugt zwischen 140 und 200 m2/g. Des Weiteren weisen die eingesetzten Kieselsäuren eine CTAB-Oberfläche zwischen 100 und 200 m2/g, bevorzugt zwischen 120 und 180 m2/g und besonders bevorzugt zwischen 140 und 180 m2/g auf.
- Die Begriffe „Kieselsäure“ und „Silika“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.
- Die Gesamtmenge an Füllstoff kann somit nur aus unpolaren Füllstoffen oder aus einer Kombination von polaren und unpolaren Füllstoffen bestehen.
- Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und zur Anbindung der Kieselsäure und anderer ggf. vorhandener polarer Füllstoffe an den Dienkautschuk können Kupplungsagenzien in Kautschukmischungen eingesetzt werden. Als Kupplungsagenzien können dabei alle der fachkundigen Person bekannten Kupplungsagenzien verwendet werden.
Die Kupplungsagenzien, bevorzugt Silan-Kupplungsagenzien, werden in Mengen bis zu 20 phr, bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 15 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 0,5 bis 10 phr eingesetzt.
Die Silan-Kupplungsagenzien können dabei auch als Gemisch mit Industrieruß zugesetzt werden, wie z. B. TESPT auf Ruß (Handelsname X50S® der Firma Evonik). - Es können in der Kautschukmischung noch Mengen bis zu 20 phr, bevorzugt Mengen von 0,1 bis 10 phr, besonders bevorzugt Mengen von 0,1 bis 5 phr, wenigstens eines Weichmachers vorhanden sein. Dieser Weichmacher ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mineralölen, synthetischen Weichmachern, Fettsäuren, Fettsäurederivaten, Weichmacherharze, Faktisse, Glyceriden, Terpenen, Biomass-To-Liquid-Ölen (BTL-Öle) und Rubber-To-Liquid-Ölen (RTL-Öle).
- Unter Weichmacherharzen sind insbesondere solche Kohlenwasserstoffharze zu verstehen, die keine Verstärkerharze sind.
- Weiterhin kann die Kautschukmischung der Gummierungsschicht noch weitere Zusatzstoffe enthalten. Weitere Zusatzstoffe beinhaltet im Wesentlichen das Vernetzungssystem (Vernetzer, Schwefelspender und/oder elementarer Schwefel, Beschleuniger und Verzögerer), Ozonschutzmittel, Alterungsschutzmittel, wie z. B. N-Phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylendiamin (6PPD), N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD), N,N'-Ditolyl-p-phenylendiamin (DTPD), N-Isopropyl-N'-phenyl-p-phenylendiamin (IPPD), 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydrochinolin (TMQ), Mastikationshilfsmittel, , wie z. B. 2,2'-Dibenzamidodiphenyldisulfid (DBD), Verarbeitungshilfsmittel und weitere Aktivatoren wie Zinkoxid und Stearinsäure.
- Bevorzugt beträgt die Menge an Zinkoxid in der Kautschukmischung 0,1 bis 10 phr, besonders bevorzugt 2 bis 10 phr und ganz besonders bevorzugt 2 bis 6 phr. In wiederum ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Menge an Zinkoxid 3 bis 5 phr.
- Die erfindungsgemäße Kautschukmischung kann 0 phr Stearinsäure oder Stearinsäure in Mengen von bevorzugt bis zu 1 phr, insbesondere und beispielsweise 0,5 phr, enthalten.
- Der Mengenanteil der Gesamtmenge an weiteren Zusatzstoffen beträgt bis zu 150 phr, bevorzugt bis zu 100 phr und besonders bevorzugt 5 bis 50 phr.
- Der Beschleuniger ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Thiazolbeschleunigern, Mercaptobeschleunigern, Sulfenamidbeschleunigern, Thiocarbamatbeschleunigem, Thiurambeschleunigem, Thiophosphatbeschleunigern, Thioharnstoffbeschleunigern, Xanthogenat-Beschleunigern und Guanidin-Beschleunigern.
- Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Sulfenamidbeschleunigers, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsufenamid (CBS), N,N-Dicyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (DCBS), Benzothiazyl-2-sulfenmorpholid (MBS) und N-tert.Butyl-2-benzothiazylsulfenamid (TBBS).
- In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält die Kautschukmischung DCBS als Beschleuniger. Dieser erweist sich aufgrund der vergleichsweise langsamen Reaktionskinetik besonders vorteilhaft für die Stahlcordhaftung der Kautschukmischung.
- Die erfindungsgemäße Kautschukmischung wird zur Herstellung von Fahrzeugreifen, und zur Herstellung von Riemen, Gurten und Schläuchen verwendet. Insbesondere dient die Kautschukmischung zur Herstellung wenigstens eines inneren Bauteils eines Fahrzeugreifens. Bei den Fahrzeugreifen kann es sich um alle denkbaren Reifen-Typen handeln, in denen Festigkeitsträger verwendet werden.
- Der Erfindung liegt zudem die Aufgabe zugrunde, einen Festigkeitsträger zu schaffen, der mit einer Kautschukmischung ummantelt ist, wobei das Ziel in einer verbesserten Haftung der Kautschukmischung an den Festigkeitsträger liegt.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Festigkeitsträgers, der mit der erfindungsgemäßen Kautschukmischung wie oben beschrieben ummantelt ist. Für die Bestandteile der erfindungsgemäßen Kautschukmischung gelten sämtliche obige Ausführungen.
- Der erfindungsgemäße Festigkeitsträger ist bevorzugt aus wenigstens einem Stahl aufgebaut. Die erfindungsgemäße Kautschukmischung zeigt insbesondere an Stahl eine verbesserte Haftung. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Festigkeitsträger aus Stahl mit wenigstens einer Lage Messing und/oder Zink teilweise oder vollständig beschichtet ist.
- Bei dem Festigkeitsträger aus Stahl kann es sich prinzipiell um jeglichen dem Fachmann bekannten Festigkeitsträger aus Stahl handeln. Hierbei kann der Fachmann insbesondere die Konstruktion des Festigkeitsträgers sowie die Bruchfestigkeitsklasse wählen.
- Es kann Stahl der Bruchfestigkeitsklassen NT, HT, ST oder UHT Verwendung finden. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Filamente einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,4 mm auf, beispielsweise einen Durchmesser von 0,3 mm auf.
- Gemäß beispielhafter und vorteilhafter Ausführungsformen ist der Festigkeitsträger aus Stahl ein 2x0.3 HT Stahlcord, der aus 2 Filamenten mit 0,3 mm Durchmesser aufgebaut ist und der Bruchfestigkeitsklasse HT (High Tensile) angehört.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Fahrzeugreifen bereitzustellen, der eine verbesserte Haltbarkeit, insbesondere nach der Alterung von enthaltenen Festigkeitsträgern an NO2-haltiger Luft, aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Fahrzeugreifen in wenigstens einem Bauteil bevorzugt wenigstens im Gürtel und/oder der Karkasslage, wenigstens einen Festigkeitsträger enthält, der mit der erfindungsgemäßen Kautschukmischung ummantelt ist.
Ein Fahrzeugreifen, der in wenigstens einem Bauteil wenigstens einen Festigkeitsträger enthält, der mit der erfindungsgemäßen Kautschukmischung ummantelt ist, weist eine verbesserte Haltbarkeit auf, da die Kautschukmischung eine verbesserte Haftung an Festigkeitsträger nach der Alterung der Festigkeitsträger, insbesondere an NO2-haltiger Luft, bei sonst gleichen physikalischen Eigenschaften zeigt. - Unter Fahrzeugreifen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Fahrzeugluftreifen und Vollgummireifen, inklusive Reifen für Industrie- und Baustellenfahrzeuge, LKW-, PKW- sowie Zweiradreifen verstanden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeugreifen um einen Fahrzeugluftreifen. Bevorzugt weist der Fahrzeugreifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen, die erfindungsgemäße Kautschukmischung zumindest als Gürtelgummierung und/oder Karkassgummierung auf, d. h. der erfindungsgemäße Fahrzeugreifen weist den erfindungsgemäßen Festigkeitsträger wenigstens im Gürtel und/oder der Karkasslage auf.
- Die erfindungsgemäße Kautschukmischung ist aber auch für die Ummantelung von Festigkeitsträgern anderer Reifenbauteile sowie von Gurten, Riemen und Schläuchen geeignet.
- Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung wenigstens einer erfindungsgemäßen Kautschukmischung zur Ummantelung eines oder mehrerer Festigkeitsträger, insbesondere von Fahrzeugreifen, Gurten, Riemen und Schläuchen.
- Die Herstellung der Kautschukmischung erfolgt nach dem in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren, bei dem zunächst in ein oder mehreren Mischstufen eine Grundmischung mit allen Bestandteilen außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) hergestellt wird. Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in einer letzten Mischstufe wird die Fertigmischung erzeugt, mit der der Festigkeitsträger teilweise oder vollständig ummantelt wird. Dies geschieht durch Kalandrieren der Kautschukmischung, bei der aus der Kautschukmischung dünne Platten hergestellt werden, welche oben und unten auf den Festigkeitsträger gebracht werden. Dabei erfolgt die Penetration der Kautschukmischung an und in die Festigkeitsträger. Nach Zuschnitt werden diese mit der Kautschukmischung versehenen Festigkeitsträger wie der fachkundigen Person bekannt zum Herstellen der benötigten Endprodukte weiterverwendet.
- Die Erfindung soll nun anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind, näher erläutert werden. Die mit „E“ gekennzeichnete Mischung ist hierbei ein erfindungsgemäßes Beispiel, während es sich bei der mit „V“ gekennzeichneten Mischung um die zugehörige Vergleichsmischung ohne MgO handelt. Im oberen Teil der Tabelle sind dabei die Mischungszusammensetzungen dargestellt, während im unteren Teil der Tabelle die dazugehörigen Haftungseigenschaften illustriert werden.
- Die Mischungsherstellung erfolgte unter üblichen Bedingungen in vier Stufen in einem Labortangentialmischer. Aus sämtlichen Mischungen wurden Prüfkörper durch optimale Vulkanisation unter Druck bei 160 °C hergestellt und mit diesen Prüfkörpern für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften mit den im Folgenden angegebenen Testverfahren ermittelt.
Die Alterungsbedingungen gehen aus der Tabelle 1 hervor.
Als Festigkeitsträger wurde jeweils ein 2x0.3 HT Stahlcord verwendet.
Diese wurden zeitlich vor der Gummierung mit der Gummierungsmischung der Alterung gemäß den Angaben ausgesetzt. - • Haftung (Rubber Coverage bei Raumtemperatur RT) und Auszugskraft (Pullout Force) gemäß ASTM D2229-10; die Werte für die Pullout Force stellen normierte Performanceangaben dar, wobei die Pullout Force der ungealterten V1 auf 100 % normiert wurde. Die Angaben zu den gealterten Proben V1 und E1 sind ebenfalls auf diese 100 % Normierung bezogen. Die Werte für die Bedeckung stellen die tatsächlich gemessene Bedeckung in % dar.
- Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, zeigt die erfindungsgemäße Kautschukmischung E1 überraschend eine bessere Haftung nach der Alterung der Corde an NO2-haltiger Luft (1 ppm NO2), was an der höheren Bedeckung (Coverage) bei E1 vs. V1 im Fall der Alterung erkennbar ist. Gleichzeitig hat die Auszugskraft der gealterten E1 nicht um so ein starkes maß abgenommen wie bei der gealterten V1.
- Der Verbund aus erfindungsgemäßer Kautschukmischung und Festigkeitsträger ist somit unempfindlich gegenüber am Festigkeitsträger aus NO2 gebildeter Säuren. Die erfindungsgemäße Kautschukmischung macht somit erfindungsgemäße Festigkeitsträger und Fahrzeugreifen unempfindlich gegenüber ansonsten schädlichen Bedingungen durch NO2-haltige Luft beim Herstellprozess. Damit verbunden ist eine längere Lebensdauer der Fahrzeugreifen, insbesondere wenn die Kautschukmischung als Gummierungsmischung von Stahlcord-Festigkeitsträgern im Gürtel und/oder der Karkasslage von Reifen verwendet wird.
| Bestandteile | Einheit | V1 | E1 |
| Polyisopren | phr | 100 | 100 |
| Ruß N326 | phr | 65 | 65 |
| Harze a) | phr | 4 | 4 |
| Alterungsschutzmittel b) | phr | 3 | 3 |
| Zinkoxid | phr | 4 | 4 |
| Stearinsäure | phr | 0,5 | 0,5 |
| Beschleuniger DCBS | phr | 1 | 1 |
| Schwefel, ölverstreckt c) | phr | 9 | 9 |
| Cobaltsalz d) | phr | 0,4 | 0,4 |
| MgO | phr | - | 3 |
| Adhäsion an Stahl vor Alterung | |||
| Pullout Force | % | 100 | 100 |
| Coverage bei RT | % | 96 | 96 |
| Adhäsion an Stahl nach Alterung (2 h; Luft mit 1 ppm NO2 | |||
| Pullout Force | % | 80 | 90 |
| Coverage bei RT | % | 85 | 96 |
| Mooney-Viskosität | Mooney-Einheiten | 82 | 84 |
| Rückprallelast. b. RT | % | 43 | 42 |
| Shore-Härte b. RT | Shore-A | 72 | 71 |
| Zugfestigkeit | MPa | 20 | 20 |
| Reißdehnung | % | 351 | 382 |
a) Harze: Resorcin-Formaldehydharz (8 bis 18 Gew.-% freies Resorcin) und HMMM (65 Gew.-% HMMM auf Kieselsäure aufgezogen)
b) Alterungsschutzmittel: 6PPD, TMQ
c) Schwefel ölverstreckt, 33,3 Gew.-% Öl
d) Cobalt-Salz: Co-Borat-Alkanoat, 22,5 Gew.-% Cobalt
Claims (14)
- Kautschukmischung zur Ummantelung eines oder mehrerer Festigkeitsträger(s), dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens folgende Bestandteile enthält: - wenigstens einen Dienkautschuk, - 0,05 bis 6 phr Magnesiumoxid (MgO) und/oder Calciumoxid (CaO), und - wobei die Kautschukmischung frei ist von Butyl-Kautschuk und frei ist von Halobutyl-Kautschuk.
- Kautschukmischung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dienkautschuk ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren, synthetischem Polyisopren, Butadien-Kautschuk, lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk und emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk. - Kautschukmischung nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass sie 70 bis 100 phr wenigstens eines Polyisoprens, ausgewählt aus natürlichem und synthetischem Polyisopren, enthält. - Kautschukmischung nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 30 phr wenigstens eines Dienkautschuks enthält, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Butadien-Kautschuk und lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk. - Kautschukmischung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1 bis 3,5 phr Magnesiumoxid (MgO) und/oder Calciumoxid (CaO) enthält.
- Kautschukmischung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1 bis 1 phr Magnesiumoxid (MgO) und/oder Calciumoxid (CaO) enthält.
- Kautschukmischung nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass sie 1,5 bis 3,5 phr Magnesiumoxid (MgO) und/oder Calciumoxid (CaO) enthält - Kautschukmischung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1 bis 3 phr wenigstens einer Cobaltverbindung als Haftvermittler enthält.
- Kautschukmischung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie 2,5 bis 8 phr Schwefel enthält.
- Festigkeitsträger, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens von einer Kautschukmischung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 ummantelt ist. - Festigkeitsträger nach
Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass er aus wenigstens einem Stahl aufgebaut ist. - Festigkeitsträger nach
Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Festigkeitsträger mit wenigstens einer Lage Messing und/oder Zink teilweise oder vollständig beschichtet ist. - Fahrzeugreifen, dadurch gekennzeichnet, dass er in wenigstens einem Bauteil, bevorzugt wenigstens im Gürtel und/oder der Karkasslage, wenigstens einen Festigkeitsträger nach einem der
Ansprüche 10 bis12 enthält. - Verwendung der Kautschukmischung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 zur Ummantelung eines oder mehrerer Festigkeitsträger von Gurten, Riemen und Schläuchen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020214552.0A DE102020214552A1 (de) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | Kautschukmischung zur Ummantelung von Festigkeitsträgern, Festigkeitsträger, der mit der Kautschukmischung ummantelt ist, Fahrzeugreifen aufweisend wenigstens einen Festigkeitsträger sowie Verwendung der Kautschukmischung in Gurten, Riemen und Schläuchen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020214552.0A DE102020214552A1 (de) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | Kautschukmischung zur Ummantelung von Festigkeitsträgern, Festigkeitsträger, der mit der Kautschukmischung ummantelt ist, Fahrzeugreifen aufweisend wenigstens einen Festigkeitsträger sowie Verwendung der Kautschukmischung in Gurten, Riemen und Schläuchen |
Publications (1)
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| DE102020214552A1 true DE102020214552A1 (de) | 2022-05-19 |
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| DE102020214552.0A Pending DE102020214552A1 (de) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | Kautschukmischung zur Ummantelung von Festigkeitsträgern, Festigkeitsträger, der mit der Kautschukmischung ummantelt ist, Fahrzeugreifen aufweisend wenigstens einen Festigkeitsträger sowie Verwendung der Kautschukmischung in Gurten, Riemen und Schläuchen |
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