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Verfahren zur Verbesserung der haftung bzw.
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Rutschsicherheit von Fahrzeugreifen und Transmissionsbändern.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Haftung bzw.
Rutschsicherheit von mit heilen und/oder Russ gefüllten, aus Mischungen von natürlichem
oder synthetischem Kautschuk, insbesondere deren ölgestreckten Mischungen mit mehr
als 10 Teilen Öl auf 100 Teile Elastomer, hergestellten Fahrzeugreifen und Transmissionsbändern,
mit welchem dem Material neben verbesserter Rutschsicherheit und haftung eine Leistungserhöhung
bei Dauergebrauch verliehen wird.
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Es ist bekannt, durch Zusatz von verstärkend wirkenden Filllstoffen,
wie Russ oder Kieselsäure, zum natürlichen oder synthetischen Kautschuk vor der
Vulkanisation einige mechanische Eigenschaften im Vulkanisat zu verbessern. Elastomere,
die zur Herstellung von Fahrzeugreifen dienen, wurden seither in der Praxis im wesentlichen
mit aktivem Russ allein verstärkt, da Füllungen mit aktiver Kieselsäure nicht die
Leistung der mit Russ gefiillten Reifen beim Fahren erreichen. Auch Mischungen von
aktivem Russ mit aktiver Kieselsäure in bestimmten Verhältnissen liessen beim Strassenversuch
die Unterlegenheit gegenüber der reinen Russqualität noch erkennen (s."Bericht huber
einige Reifen-Versuche auf dem Nürburgring" von Dr. Fromandi und Dr. Oettner in
der Zeitschrift "Kautschuk und Gummi", Okt. 1g54 S. 212 WT).
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Bei er HersteLlung der zu vulkanisierenden Mischung ist die gute Verteilung
der Mischungsbestandteile, welche infolge ihrer verschiedenen Konsistenz und Menge
die Mischung durch fortschreitende Mastifikation erreichen, die wichtigste Forderung.
Zweckmässigerweise werden daher zunächst dis Stoffe eingearbeitet, welche sich in
dem anfänglich harten Kautschuk besser verteilen,
Die Vulkanisationsmittel
werden möglichst getrennt eingemischt.
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Die Beschleuniger, welche im allgemeinen nur in geringen Mengen angewandt
werden und absolut einwandfrei im Kautschuk verteilt sein mitssen, werden zu Beginn
in der ersten Phase, der Schwefel, welcher sich leicht einarbeiten lässt, zum Schluss
in deV 2. Phase des Mischvorganges zugefügt.
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Bei den neuerdings bevorzugt fiir die Reifenherstellung verwendeten
Polybutadien in CIS-Form, sowohl im Verschnitt mit Naturkautschuk als auch mit synthetischem
flutadien-Styrol-Kautschuk oder dessen mit Öl gestreckter Modifikation zeigt aktiver
fluss, in Mengen von 20 - 70 Tlen pro Ioo Tle des Elastomeren eingesetzt, zwar genügende
Erhöhung der Festigkeitseigenschaften, wie z.B. des Abriebs. Die Strassenhaftung
bzw. Rutschsicherheit der Reifen bleibt Jedoch, insbesondere auf nasser Fahrbahn,
sehr unbefriedigend. Diese nachteilige Eigenschaft des Polybutadiens stellt seine
Verwendbarkeit in Reifen,die sich durch günstige mechanische und gummitechnische
Werte empfiehlt, stark infrage.
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Nach einem bekannten Verfahren lässt sich nun die Strassenhaftung
bzw. Rutschsicherheit von Reifen bei Verwendung von Polybutadien in einfacher Weise
durch Zusatz von 5 - 3o Tlen feinteiliger, aktiver Kieselsäure, vorzugsweise in
Mengen von 10 - 20 Tlen pro loo Tle des Elastomeren, zur Russ-Kautschuk-Mischung
wesentlich verbessern. Diese Wirkung tritt auch beim Polybutadien in Mischung mit
Naturkautschuk und mit Synthesekautschuk bzw. dessen ölgestreckter Modifikation
mit mehr aLs 10 Tlen Öl auf 100 Tle Elastomer ein. Desgleichen ergibt sich die günstige
Wirkung eines Zusatzes von aktiver Kieselsäure auf die Strassenhaftung auch bei
einem Mischpolymerisat oder dessen mit dl gestreckter Modifikation oder auch beim
Verschnitt von Polybutadien mit anderen Elastomeren.
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Bei diesem bekannten Verfahren stellte es sich jedoch heraus, dass
bei Mitverwendung von Kieselsäure die Kilometerleistung der Reifen nicht immer den
heute gestellten hohen Anforderungen genügt.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren
zum Verbessern der Haftung bzw. Rutschsicherheit von mit hellen. und/oder fluss
gefüllten, aus Mischungen von natürlichem oder synthetischem Kautschuk, insbesondere
deren ölgestreckten Mischungen mit mehr als lo Teilen Öl auf loo Teile Elastomer,
hergestellten Fahrzeugreifen und Transmissionsbändern anzugeben, welches den Materialien
eine verbesserte Leistung bei Dauergebrauch verleiht.
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Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu selten, dass beim Mischvorgang
der zu vulkanisierenden Mischung der Schwefelanteil zusammen mit den Valkanisationsbeschleunigern,
z.B. organischen, basischen Zweitbeschleuniger, bereits bei der ersten btischphase
dem Kautschuk zugesetzt und um 10 bis 50 % gegenüber der in der Praxis verwendeten
Menge erhöht wird.
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Diese zwei Massnahmen, einmal eine höhere Schwefeldosierung, indem
2,5 Teile gegenüber den sonst üblichen 1,75 Teilen, was einer Erhöhung um 43 % entspricht,
in der Vulkanisationsmischung verwendet werden und zum anderen, dass bei der Mischungeherstellung
der Schwefel und der bas. Beschleuniger (-Diphenylguanidin) in der ersten Mischungsphase
dem Kautschuk zugesetzt werden, bedingen die wesentlich verbesserten Eigenschaften
der Fahrzeugreifenmischungen bzw. Transmissionslaufbänder. Durch diese Massnahmen
wird einmaL aufgrund der höheren Schwefeldosierung eine grössere Vernetzungsdichte
des Vulkanisates erreicht und ausserdem findet eine gewisse Vorvernetzung schon
im Kneter während des Mischprozesses statt, was sich auch bei der späteren
Weiterverarbeitung,
wie beim "Spritzen von Lauistreifen giinstig bemerkbar macht.
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Eine weitere Verbesserung der gummitechnischen Eigenschaften kann
dadurch erreicht werden, dass anstelle des organischen, basischen Zweitbeschleunigers
bei reduziertem Schwefelgehalt ein Schwermetalloxyd, insbesondere Bleioxyd, verwendet
wird, wobei ebenfalls Schwefel und Schwermetalloxyd in der ersten Phase des Mischprozesses
dem Kautschuk zugegeben werden.
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Wird der Schwefelanteil von 1,75 auf 1,2 Teile pro 100 Teile Kautschuk,
also um ca. 30 % reduziert, dafür aber ein anderes Vernetzungssystem angewendet,
nämlich an Stelle der sonst üblichen organischen, basischen Zweitbeschleuniger,
Schwermetalloxyde, wie z.B. Bleioxyd, in Mengen von 2-30 %, berechnet auf den SiO2-Gehalt
der Mischung, dann erhält man gegen reine, ohne Kieselsäurezusatz nur mit Russ in
üblichen Mengen gefüllte Reifenmischungen eine um ca. lo % verbesserte Kilometerleistung
und gleichzeitig auch eine bessere Strassenhaftung.
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Das Verfahren gemäse der Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele
erläutert: Beispiele 1.) Auf Basis ölgestreckter Styrol-Butadien-Kautschuk wird
eine Reifenlaufflächenmischung folgender Zusammensetzung in Gewichtsteilen hergestellt:
Duna Hüls 302 60,0 Hüls CB 10 40,0 Corax 6 65,0 VN 3 15,o Stearinsäure 1,5 Naftolen
ZD 30,0 Cumaronharz 850 3,o PBN 1,0 PAN 1, o Alterungsschutz 4010 0,8 Vulkacit D
0,6 Zinkoxid Rotsiegel 2,0 Schwefel 2.5 Vulkacit CZ 1,0 UU9818/0976 223,4
Die
Prüfung des Abriebs der Mischung ergab jetzt gegenüber einer nur mit Ituss gefüLlten
Laufflächenmischung nach 14 ooo km - wobei 50 auf die Landstrasse und 5o % auf die
Autobahn entfielen -die gleiche Reifenleistung, während jedoch die Strassenhaftung,
ausgedrückt durch die Bremsverzögerung und den Bodenhaftungswert, wesentlich günstiger
ausfiel, und zwar entsprechend den nachstehend aufgeführten Prüfungsergebnissen:
| Mischung:/techn. Werte: Bremsverzögerung Bodenhaftungswert |
| m/sec² µB |
| 40km 60 km 80km 40km 60km 80km |
| Mischung russgefüllt 6,05 5,79 5,53 0,61 0,59 0,56 |
| Mischung Beispiel 1 6,49 6,23 5,93 0,66 0,64 0,60 |
Die Verbesserung der Strassenhaftung wird ermittelt mit Hilfe eines Schlepprades
durch die Zeit-Weg-M@ssung bei blockierter Bremse. Diese Bremsverzögerung ist ein
Mass für den Reibungs-oder Bodenhaftungskooffizientan, der aus der Bremsverzögerung
in m/sec2 und der Erdbeschleunigung = 9,81 m/sec2 nach der Formel B = Bremsverzögerung
Erdbeschleunigung errechnet werden kann.
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Der Ausdruck/uB ist eine Funktion der Geschwindigkeit und nimmt mit
abnehmender Geschwindigkeit stark zu. Bei der Geschwindigkeit 0 nähert er sich einem
Höchstwert (Ruhereibung).
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2.) In diesem Beispiel werden Reifenlaufflächenmischungen.auf Basis
ölges treckter Styrol-Butadien-Emulsion-Polybutadien Kautschuk folgender Zusammensetzung
in Gewichtsteilen hergestellt;
Buna Hüls 302 30,0 Buna Hüls CB 10
40,0 Buna Hüls BP 1559 30,0 Corax 6 65,0 VN 3 15,0 Zinkoxid 1,0 PbO 1,o Stearinsäure
1,0 4010 NA 2,o Naftolen ZD 30,0 Vulkacit MOZ 1,o Vulkalent A 0,5 Schwefel 1,2 217,7
Im Gegensatz zum Mischungsverfahren wird nun gemäss Beispiel 1.) der Schwefelgehalt
auf 1,2 Teile reduziert, dafür aber ein anderes Vernetzungssystem angwandt, indem
anstelle des aktivierenden basischen Beschleuniger ein Schwermetalloxid, im vorliegenden
Fall z.R, Bleioxyd, verwendet wurde, wobei ebenfalls Schwefel und Schwermetalloxyd
in der ersten Phase des Mischprozesses dem Kautschuk zugegeben werden.
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Bei der Reifenprüfung dieser Mischung hat sich im Vergleich zu einer
reinen ruesgefüllten Mischung gezeigt, dass die erstgenannte Mischung eine um ca.
10 % verbesserte Kilometer-Leistung ergab und gleichzeitig auch eine bessere Strassenhaftung,
wie aus nachstehendem Vergleich der prüfungsergebnisse hervorgeht.
| Mischung /techn. Werte Bremsverzögerung Bodenhaftungswert |
| m/sec² µB |
| 40km 60km 80km 40km 60km 80km |
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| Mischung russgefüllt 6,05 5,79 5,53 0,61 0,59 0,56 |
| Mischung Beispiel 2 6,38 6,00 5,97 o, 65 0,61 0,61 |
Bei den in den Beispielen aufgeführten Mischungskomponenten für
die Vulkanisation handelt es sich um folgende Stoffe: Buna Hüls 302 = ölgestreckter
Styrol-Butadien Kautschuk mit 37,5 % % hocharomatischem Öl Buna Hüls CB lo = 1,4-Cis-Polybutadien
Buna Hills BP 1559 = ölgestrecktes Emulsions-Polybutadien mit 37,5 % hocharomatischem
Ö1 Corax 6 = ISAF-Russ VN 3 = hochaktive, gefällte Kieselsäure Naftolen ZD e hocharomatischer
Weichmacher PBN = Phenyl-ß-naphtylamin PAN = " -α-naphtylamin Alterungsschutz
4010 = Para-Phenylendiaminderivat " 4010 NA = " " " Vulcazit D = Diphenylguanidin
als basischer Zweitbeschleuniger Vulcazit CZ = Sutfenamidbeschleuniger Vutcazit
MOZ = Vulkalent A S Dlphenylnitrosoamin als Verzögerer PbO = Bleioxid