DE2644282C3

DE2644282C3 - Selbstdichtende, polybuten- und siliciumdioxidhaltige Massen zur Herstellung von Luftreifen

Info

Publication number: DE2644282C3
Application number: DE2644282A
Authority: DE
Inventors: Katuyuki Hyogo Hoshikawa; Akitaka Kobe Kimura; Soji Takarazuka Noda
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1975-12-11
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1979-05-10
Also published as: FR2334518B1; JPS5531002B2; IT1068748B; SE7610609L; SE431529B; JPS5273401A; GB1527930A; US4057090A; DE2644282A1; FR2334518A1; DE2644282B2

Description

Es sind verschiedene Arten des Aufbaus von Luftreifen mit dem Zweck bekannt, ein Durchstechen des Luftreifens durch Steine, Nägel oder andere scharfe Gegenstände zu verhindern. Bei einer bekannten Aufbauart werden Verstärkungsmittel, sogenannte i<> Protektoreinlagen, beispielsweise mit einem Metallnetz, in den hauptsächlich aus Gummi oder einem gummiähnlichen Werkstoff bestehenden Luftreifen eingearbeitet, um die Festigkeit des Luftreifens gegen Durchstiche zu erhöhen. Das Gewicht und die r. Laufeigenschaften des Luftreifens erfordern jedoch in der Praxis eine Beschränkung des Umfangs und der Dicke solcher Verstärkungsmittel. Infolgedessen können sie das Eindringen von besonders langen und spitzigen Gegenständen, wie Nägeln, in den Luft "><i enthaltenden Innenraum des Luftreifens nicht verhindern. Dieser Innenraum kann aus einem zusätzlichen Schlauch aus dehnbarem, luftundurchlässigem Gummi bestehen oder von der ähnliche Eigenschaften besitzenden Innenwand des Reifens gebildet werden, wie Ti beispielsweise in den sogenannten schlauchlosen Luftreifen. Es sind deshalb ebenfalls schlauchlose Luftreifen mit einer Schicht aus einer sogenannten selbstdichtenden Masse bekannt, dio im Vergleich zum Gewicht des gesamten Luftreifens sehr leicht ist. Sie wird auf der wi Innenseite des Luftreifens aufgebracht und hat im günstigsten Fall genügend Fließfähigkeit, um im Luftreifen entstandene Löcher von selbst zu verschließen. Die bekannten selbstdichtenden Massen enthalten als Hauptbestandteil Polybuten, ein zähflüssiges Poly- e>^r) merisat mit niederem Molekulargewicht. Um eine Masse mit geeigneter Zähigkeit zu erhalten, wird das Polybuten mit natürlichem oder synthetischem Kautschuk, wie einem kautschukartigen Styrol-Butadien-Copolymerisat, Polybutadien, Butylkautschuk oder Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymerisat, vermischt

In der IT-PS 5 31 486 sind schlauchlose Luftreifen beschrieben, die auf der Innenseite mit einer besonder luftundurchlässigen und selbstdichtenden Schicht auf Butylkautschukbasis überzog überzogen sind, die als Vulkanisiermittel p-Chinondioxin und als Weichmacher Polyisobutylen oder Polybutylen mit einem Molekulargewicht von 20 000 enthält Ferner sind aus der FR-PS 15 52 140 Polybuten-Massen zur Herstellung von Reifen bekannt, die aus Polybuten mit Siliciumdioxid oder Ruß als Verstärker und gegebenenfalls einer Arylenverbindung bestehen.

Schlauchlose Luftreifen mit einer selbstdichtenden Schicht herkömmlicher Zusammensetzung wurden im Laufversuch untersucht. Dazu wurde jeder Luftreifen mit einem Nagel von 3,1 mm Durchmesser durchstochen, der von der Lauffläche des Luftreifens bis durch die selbstdichtende Schicht reicht. Die zu untersuchenden Luftreifen wurden an Kraftwagen montiert, die danach bis zu 5 Stunden gefahren wurden. Bei kurzen Testläufen von 1 bis 2 Stunden, die außerdem unmittelbar nach dem Durchstechen der Luftreifen durchgeführt wurden, wurde kein Entweichen der Luft aus den Löchern festgestellt. Bei 5stündigem Betrieb der Kraftwagen im Geschwindigkeitsbereich von 100 bis 140 km'Std., daß heißt bei normaler Reisegeschwindigkeit auf einer Autobahn, wurden jedoch die Nägel herausgeschleudert, was ein plötzliches Entwichen der Luft aus den Luftreifen zur Folge hatte, oder die Luft entwich langsam in der Umgebung der Nägel, falls diese in den Luftreifen steckenblieben. Ebenso entwich die Luft plötzlich aus den Luftreifen, wenn die Nägel herausgezogen wurden. Es bedarf keiner besonderen Erwähnung, daß sowohl das langsame als auch das plötzliche Entweichen der Luft aus den Luftreifen zum Platzen des Luftreifens führen kann und deshalb extrem gefährlich ist.

Nach den Lauftests wurden die durch die Nägel verursachten Löcher in den geprüften Luftreifen untersucht. Es wurde festgestellt, daß gemäß F i g. 2 die selbstdichtende Masse 6' in unmittelbarer Umgebung des in den Luftreifen eingedrungenen Nagels 9 radial von dem durch den Nagel 9 gebildeten Loch weggeschoben war, vermutlich infolge der Bewegungen des Nagels 9 während der Umdrehungen des Luftreifens. Als Folge davon ist der Nagel 9 nicht mehr vollständig von der selbstdichtenden Masse 6' umgeben, sondern in dieser ist ein Loch rund um den Nagel 9 entstanden. Dieses Loch ermöglicht das Entweichen der Luft, auch wenn der Nagel 9 im Luftreifen steckenbleibt. Mit abnehmendem Luftdruck im Luftreifen werden bei dessen Umdrehungen die Bewegungen des Nagels 9 immer stärker, wodurch in der selbstdichtenden Masse 6' ein immer größeres Loch entsteht. Vermutlich entsteht dieses Loch auf Grund der Verfestigung der selbstdichtenden Masse 6', was zur Folge hat, daß diese nach einer bestimmten Zeit weniger plastisch wird und nicht mehr genügend Fließfähigkeit besitzt, um das durch den Nagel verursachte Loch zu verschließen.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen selbstdichtenden Massen besteht darin, daß sie im allgemeinen gute Verträglichkeit mit dem Gummi aufweisen, aus dem die Innenauskleidung des Luftreifens besteht. Dies führt dazu, daß das Polybuten besonders bei hohen Temperaturen die Neigung besitzt, in den Gummi

einzudringen und somit die Eigenschaften des Werkstoffs der Reifeninnenauskleidung ungünstig beeinflußt

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, selbstdichtende, polybuten- und siliciumdioxidhaltige Massen zur Herstellung von Luftreifen, bestehend aus einer Karkasse aus mindestens einer Kordschicht, einer Lauffläche und Seitenwänden auf der Karkasse, mindestens einer Breakerschicht, einer Innenauskleidung aus luftundurchlässigem Gummi und einer selbstdichtenden, auf der Innenseite der Innenauskleidung aufgebrachten, sich mindestens über den der Lauffläche entsprechenden Bereich erstreckenden Schicht sowie gegebenenfalls einer zusätzlichen Stützmembran aus einem feinteiligen Werkstoff, die auf der gesamten Innenfläche der selbstdichtenden Schicht aufgebracht ist, zu schaffen, die verbesserte selbstdichtende Eigenschaften in einem weiten Bereich von Temperatur- und Betriebsbedingungen des Luftreifens aufweisen und außerdem weniger in den Werkstoff der Reifeninnenauskleidung eindringen, wodurcn die Haltbarkeit des Reifens erhöht wird. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst

Die Erfindung betrifft somit selbstdichtende, polybuten- und siliciumdioxidhaltige Massen zur Herstellung von Luftreifen, bestehend aus einer Karkasse aus mindestens einer Kordschicht, einer Lauffläche und Seitenwänden auf der Karkasse, mindestens einer Breakerschicht, einer Innenauskleidung aus luftundurchlässigem Gummi und einer selbstdichtenden, auf der Innenseite der Innenauskleidung aufgebrachten, sich mindestens über den der Lauffläche entsprechende Bereich erstreckenden Schicht, sowie gegebenenfalls einer zusätzlichen Stützmembran aus einem feinteiligen Werkstoff, die auf der gesamten Innenfläche der selbstdichtenden Schicht aufgebracht ist, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus 100 Gewichtsteilen Polybuten mit einem Molekulargewicht von 100 bis 1500, 40 bis 150 Gewichtsteilen Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von 8000 bis 10 000, 5 bis 40 Gewichtsteilen Siliciumdioxid mit einem Kieselsäuregehalt von mindestens 99% und einem Gewichtsverlust beim Trocknen von höchstens 1,5% als thixotropes Verdickungsmittel und 25 bis 90 Gewichtsteilen pulverförmigem Kautschuk mit einer Teilchengröße von 0,55 bis 4 mm bestehen und einen Viskositätswert von 2,0 bis 4,5 sowie eine Haftspannung von mindestens 100 aufweisen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig.. i zeigt schemalisch den Querschnitt eines Luftreifens;

F i g. 2 ist eine Teilansicht, die schematisch den Zustand in der Umgebung eines Nagels zeigt, der einen mit einer selbstdichtcnden Schicht herkömmlicher Zusammensetzung versehenen Luftreifen durchstochen hat;

F i g. 3 zeigt schematisch die zur Bestimmung des Viskositätswertes der erfindungsgemäßen selbstdichtenden Massen verwendete Vorrichtung;

F i g. 4 zeigt schematisch die zur Bestimmung des Haftwertes der erfindungsgemäßen selbstdichtenden Massen verwendete Vorrichtung;

F i g. 5 ist eine Teilansicht, die schematisch den Zustand in der Umgebung eines Nagels zeigt, der einen Luftreifen durchstochen hat, der mit einer selbstdichtenden Schicht mit einem außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs leigenden Viskositätswert versehen ist; ι i B. 6 ist eine Teilansicht, die schematisch den Zustand in der Umgebung eines Nagels zeigt, der einen Luftreifen durchstocher hat, der mit einer zusätzlichen Stützmembran und einer herkömmlichen selbstdichtenden Schicht versehen ist

ϊ Der in F i g. 1 gezeigte Luftreifen besteht aus einer Lauffläche 1 aus vulkanisiertem Kautschuk, zwei Seitenwänden 2 an den beiden Seiten der Lauffläche 1 und mindestens einer Karkasse aus einer Kordschicht 5, die sich zwischen den Reifenwülsten 3 erstreckt, in

in denen die Drahtwülste 4 eingebettet sind, um die die Kordschicht 5 umgeschlagen ist Der Luftreifen enthält auch Breakerstreifen 7, die im allgemeinen gleich breit und unterhalb der Lauffläche 1 angeordnet sind. Sie dienen zur Verbesserung der Festigkeit des Luftreifens

i> gegen das Eindringen von verhältnismäßig großen Gegenständen. An der Innenseite der Lauffläche und der Seitenwände ist der Luftreifen mit einer Innenauskleidung 8 aus Gummi versehen, die luftundurchlässig ist Auf der Innenseite der Innenauskleidung 8 ist eine Schicht aus der selbstdichtenden Masse 6 aufgebracht, die sich mindestens über den der Lauffläche entsprechenden Bereich erstreckt. Ihre Dicke ist in dem Bereich am größten, der unter dem Zentrum der Lauffläche des Luftreifens liegt, und nimmt von diesem Bereich nach

r> den Seiten hin exponentiell ab. Im allgemeinen endet die Schicht in dem Bereich, der unter dem oberen Ende der Seitenwände liegt, und als Schulter des Reifens bezeichnet wird. Die selbstdichtende Schicht kann sich jedoch auch über einen größeren Bereich der

in Innenauskleidung 8 erstrecken.

Die Anforderungen an die Eigenschaften der für die selbstdichtende Schicht 6 verwendeten Masse sind kritisch, da die Masse ausreichend fließfähig sein muß, um beim Herausziehen eines Nagels von selbst in das

Γι Loch zu fließen und dieses abzudichten, andererseits jedoch nicht so leicht fließend sein darf, daß sie zu leicht von der Stelle der Innenauskleidung wegfließt, auf die sie aufgetragen wurde. Zur Bestimmung der Eigenschaften selbstdichtender Massen mit unterschiedlicher

-in Zusammensetzung wird ein »Viskositätswert« und ein »Haftwert« benutzt, deren Bestimmung nachstehend erläutert wird.

Zur Bestimmung des Viskositätswerts wird die in F i g. 3 gezeigte Vorrichtung verwendet. Sie besteht aus

-π einem verschlossenen Druckbehälter PT, der mit einem Manometer PG zur Anzeige des im Behälter PT herrschenden Drucks versehen ist. Im unteren Teil des Behälters PT ist ein Einlaßrohr PS mit kleinem Innendurchmesser angebracht, durch das Druckluft aus

in einem Kompressor in den Behälter PT eingespeist werden kann. Die Luft kann aus dem Behälter Prdurch ein Auslaßrohr PE mit größerem Innendurchmesser abgelassen werden, das im allgemeinen im mittleren Teil des Behälters PT auf der dem Einlaßrohr PS für die

V) Druckluft gegenüberliegenden Seite angebracht ist. Das Auslaßrohr PEbefindet sich nicht genau gegenüber dem Einlaßrohr PS und kann vom Druckbehälter PT abgenommen oder mit ihm luftdicht verbunden werden. Der Durchmesser des Auslaßrohres PE nimmt konti-

h(t nuierlich mit dem Abstand von dem Teil ab, der mit dem Behälter PT verbunden ist. Im Inneren des Auslaßrohres PE\si ein hohler Probenbehälter SR mit offenem Ende angebracht, der ebenfalls einen abnehmenden Durchmesser hat, genau in das Auslaßrohr PEpaßl und mit der

h') selbstdichtenden Masse 6a gefüllt wird, deren Viskositätswert bestimmt werden soll. Der Probenbehälter SR hat eine Länge von 41 mm, an seiner weitesten Stelle, die sich auf der Seite des Druckbehälters PT

befindet, einen Innendurchmesser von 6,5 mm, und an seiner engsten Stelle, am Auslaß auf der anderen Seite, einen Innendurchmesser von 5,25 mm. Zu Beginn des Versuchs herrscht im Druckbehälter PT Atmosphärendruck. Das Auslaßrohr PE und der mit der selbstdich- τ tenden Masse 6a gefüllte Probenbehälter SR werden an den Druckbehälter PT angeschlossen. Danach wird der Druck im Gefäß PT pro 30 Sekunden um 0,5 kg/cm* erhöht und am Manometer PC abgelesen. Wenn im Druckbehälter PT ein bestimmter Druck erreicht ist, ιί wird nahezu die gesamte Probe der selbstdichtenden Masse 6a aus dem Probenbehälter SR gedrückt und infolgedessen tritt im Druckbehälter PTein plötzlicher Druckabfall auf. Der im Druckbehälter PT unmittelbar vor diesem plötzlichen Druckabfall herrschende Druck ι ■-, stellt den Viskositätswert der untersuchten Probe der selbstdichtenden Masse 6a dar.

F i g. 4 zeigt die zur Bestimmung des Haftwertes der selbstdichtenden Massen verwendete Vorrichtung. Sie besteht aus einem zylindrischen Behälter C mit einer Tiefe von 20 mm und einem Durchmesser von 40 mm, der mit der zu untersuchenden selbstdichtenden Masse 6a' bei normalen Raumtemperaturbedingungen von 25° C gefüllt wird. Ein Stab R aus einem metallischen

Tabelle I

Werkstoff mit einem Durchmesser von 5.1 mm wird 10 mm tief in die Probe der selbstdichtenden Masse 6a' eingetaucht. Danach wird der Stab R mit einer bestimmten Geschwindigkeit, beispielsweise 500 mm/Sekunde, herausgezogen. Der Haflwert wird als das Gewicht in mg der Masse 6a'ausgedrückt, die an dem Stab R haftenbleibt, nachdem er vollständig aus dem Behälter Cherausgezogen worden ist.

Die Untersuchungen ergeben, daß zum Erreichen der nachstehend beschriebenen verbesserten selbstdichtenden Eigenschaften die Massen einen Viskositätswert im Bereich von 2,0 bis 4,5 und einen Haftwert von mindestens 100 haben müssen. Ein weiteres Erfordernis besteht darin, daß die seibstdichtenden Massen keinen ungünstigen Einfluß auf die Lebensdauer des Luftreifens haben dürfen. In der Beziehung zwischen der Lebensdauer und dem Haftwert werden günstige Ergebnisse dadurch erhalten, daß das die selbstdichtende Masse bildende Gemisch mit Polyisobutylen versetzt wird. In der nachstehenden Tabelle I sind Beispiele für die Zusammensetzung von selbstdichtenden Massen angegeben, wobei A eine Masse herkömmlicher Zusammensetzung und B und C erfindungsgemäße Massen darstellen. Die angegebenen Werte sind Gewichtsteile.

Bestandteile

Zusammensetzung der Proben

Polybuten Polyisobutylen Kolloides Siliciumdioxid Pulverförmiger Kautschuk

Quellung, %

(nach 10 Tagen bei 8O⁰C)

Das als Bestandteil in den erfindungsgemäßen selbstdichtenden Massen eingesetzte Polybuten ist ein hydraulisches, viskoses Polymerisat mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 100 bis 1500, bestimmt nach ASTM D 2503, während das Polyisobutylen vorzugsweise ein hochkonsistentes, halbfestes Polymerisat mit einem durch Viskositätsmessung bestimmten Durchschnittswert des Molekulargewichts im Bereich von 8000 bis 10 000 ist. Da Polyisobutylen und Polybuten miteinander sehr verträglich sind, besteht eine wesentlich geringere Neigung des PoIybutens, in den Gummi der Innenauskleidung des Reifens einzudringen. Infolgedessen kann eine längere Lebensdauer des Reifens erwartet werden. Dies wird durch Untersuchungen mit einer Trommelfahrprüfmaschine bestätigt, die an Reifen mit den in Tabelle I aufgeführten selbstdichtenden Schichten verschiedener Zusammensetzung durchgeführt werden. Bei den Reifen mit den Massen der Zusammensetzung A erscheinen Schadstellen an der Innenauskleidung bereits nach einem etwa 2000 km entsprechenden Lauf. Im Gegensatz dazu treten bei der Verwendung von selbstdichtenden Massen der Zusammensetzung B oder C auch nach einem etwa 3000 km entsprechenden Lauf keine Schaden am Gummi der Innenauskleidung auf.

In vorstehendem Versuch und in weiteren nachstehenden beschriebenen Untersuchungen werden schlauchlose Reifen der Standardgröße 185/70 HR 13 verwendet, die mit Breakerschichten aus Stahl und mit radialen Karkassenverstärkerlagen aus festem synthetischem Faserkord bewehrt sind.

100

16 30

15

70
30
16
30

60 40 16 30

50 Der Einfluß der Änderung der zugesetzten Menge Polyisobutylen auf den Haftwert kann aus den in der nachstehenden Tabellen II und HI zusammengefaßter Ergebnissen abgeschätzt werden. Die in den Tabellen I! und III sowie in der nachstehenden Beschreibung angegebenen Werte sind Gewichtsteile.

Die erfindunesgemäßen selbstd'cMenden MasEer sollen im Luftreifen unter dem einfachen Einfluß dei Temperatur nicht zum Fließen neigen, beispielsweise wenn ein mit den Reifen versehenes Fahrzeug in dei Garage steht Wenn das Fahrzeug in Betrieb ist, soller jedoch die Teile der selbstdichtenden Schicht, die mil einem Nagel oder einem ähnlichen, den Luftreifer durchbohrenden Gegenstand in Berührung sind wirkungsvoll fließfähig gemacht werden. Dies geschiehi durch die kombinierte Einwirkung der durch die Bewegung des Nagels auf der Schicht erzeugter Scherspannung, wenn sich der Reifen dreht oder wenr der Nagel herausgezogen wird, und der Fliehkraf infolge der Umdrehungen des Reifens. Der betreffend« Bereich der Schicht soll so fließfähig werden, daß sie da; durch den Nagel hervorgerufene Loch verschließt. Un diese Eigenschaften zu erhalten, wird dem die selbstdichtende Masse darstellenden Gemisch eii thixotropes Verdickungsmittel zugesetzt Als solche! wird erfindungsgemäß hochdisperses Siliciumdioxid mi einem Kieselsäuregehalt von mindestens 99% um einem Gewichtsverlust beim Trocknen von höchsten: 13% verwendet Nachstehende Tabelle II zeigt di( Wirkung des Zusatzes von verschiedenen Mengen ai derartigem Siliciumdioxid.

7	Tabelle 11	26 44	282	5	8	6	12	7	8
Bestandteile			100 70 24 70		100 70 26 70	100 80 33 54	100 70 28 70	100 70 30 70
	Prohe Nr.		4,0		4,5	200	5,0	5,7
Polybuten Polyisobutylen Siliciumdioxid Pulverförmiger Kautschuk	1 2	3 4
Viskositätswert	100 100 70 70 12 14 70 70	100 100 70 70 16 18 70 70
Tabelle III	1.0 1,5	2,0 2,5	11			13
Bestandteile			100 60 31 48		100 100 35 60
	Probe Nr.		150		250
Polybuten Polyisobutylen Siliciumdioxid Pulverförmiger Kautschuk	9	10
Haftwert	100 0 25 30	100 40 29 42
30	100

Die Proben 1 bis 8 in Tabelle II, bei denen durch Änderung der Menge des zugesetzten Siliciumdioxids der Viskositätswert verändert wird, besitzen Haftwerte im Bereich von 150 bis 250.

Die Proben 9 bis 13 in Tabelle III, die hauptsächlich zur Bestimmung der Wirkung von verschiedenen Mengen Polyisobutylen auf den Haftwert verwendet werden, besitzen Viskositätswerte im Bereich von 2,5 bis 3,5.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird das Siliciumdioxid vorzugsweise in der vorstehend beschriebenen Form den selbstdichtenden Massen zugesetzt. Auf diese Weise wird der Verdickungsprozeß sehr wenig von jahreszeitlichen Temperaturschwankungen oder Veränderungen in den Herstellungsbedingungen beeinflußt. Wird dagegen das Siliciumdioxid in anderer Form eingesetzt, dann werden die erforderlichen Viskositätswerte nicht immer mit Sicherheit erreicht. Beispielsweise wird beim Vermischen von 15 Teilen nach dem nassen Verfahren hergestelltem !HiH i

ir»vi<H mil Pinpm

als 90% und einem Gewichtsverlust von mehr als 5% beim Trocknen mit einer Masse, deren andere Bestandteile die Zusammensetzung der Proben 1 bis 8 in

Tabelle IV

Tabelle Il aufweisen, ein Viskositätswert von 2,0 erhalten, wenn das Vermischen bei einer Temperatur von 30° C durchgeführt wird. Beträgt die Temperatur beim Vermischen dagegen 120°C, dann tritt nach langsamem Abkühlen praktisch keine Verdickungswirkung auf und der Viskositätswert liegt unter 0,5.

jo Probeluftreifen der vorstehend beschriebenen Art werden mit selbstdichtenden Schichten mit den für die Proben 1 bis 13 in den Tabellen II und III angegebenen Zusammensetzungen versehen. Die selbstdichtende Schicht besitzt in jedem Luftreifen eine andere

r> Zusammensetzung und weist in ihrem dicksten Bereich eine Dicke von 3 mm auf. Danach wird jeder Luftreifen mit 50 Nägeln mit einem Durchmesser von 3,1 mm durchstochen, die von der Lauffläche des Luftreifens bis durch die selbstdichtende Schicht reichen. Sodann wird jeder Luftreifen auf einer Prüfvorrichtung 1000 km mit einer Geschwindigkeit von 100 km/Stunde gefahren. Danach werden alle Nägel aus den Luftreifen herausgezogen, und es wird untersucht, ob aus den von de". Nä^s!^ verursachten Löcher" Luft entweicht. Die

4·> Ergebnisse der Untersuchung sind in den Tabellen IV und V zusammengefaßt.

	Probe Nr.	3	4	5	6	12	7	8
	1 2	2,0	2,5	4,0	4,5	200	5,0	5.7
Viskositätswert	1,0 1,5	46	50	50	45	50	23	0
Anzahl der vollständig abgedichteten Löcher	0 24
Tabelle V
	Probe Nr.	10		11		13
	9	100		150		250
Haftwert	30	46		50		50
Anzahl der vollständig abgedichteten Löcher	0

Die Proben 1 und 8 in Tabelle IV mit Viskositätswerten von 1,0 bzw. 5,7 sind zum Abdichten der Löcher völlig wirkungslos. Bei der Verwendung von Massen mit der Zusammensetzung der Proben 2 und 7 mit Viskositätswerten von 1,5 bzw. 5,0 wird noch ein Entweichen der Luft aus etwa der Hälfte der von den

Nägeln verursachten Löcher festgestellt. Dagegen werden bei Verwendung der Massen mit der Zusammensetzung der Proben 3 bis 6 mit Viskositätswerten von 2 bis 4,5 nahezu alle von den Nägeln verursachten Löcher abgedichtet.

Bei Verwendung einer Masse mit der Zusammensetzung der Probe 9 aus Tabelle V mit einem Haftwert von 30 wird ein Entweichen der Luft aus allen Löchern festgestellt. Im Gegensatz dazu werden nahezu alle Löcher abgedichtet, wenn, wie bei Probe 10. der Haftwert der Masse den Wert 100 hat, und sämtliche Löcher werden verschlossen, wenn, wie in den Proben 11, 12 und 13, die Massen einen höheren Haftwert als 150 besitzen.

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß der günstigste Bereich des Viskositätswertes der selbstdichtenden Massen von 2,0 bis 4,5 reicht und daß ihr Haftwert mindestens 100 betragen soll. Selbstdichtende Massen mit diesen Viskositäts- und Haftwerten besitzen hervorragende Eigenschaften in bezug auf die Haftung an einem Nagel oder einem ähnlichen, den Reifen durchstechenden Gegenstand, und ausreichende Fließfähigkeit, um in ein durch einen Nagel verursachtes Loch zu fließen und dieses abzudichten. Außerdem besitzen sie ausreichende Zähigkeit, um das Loch in einem weiten Bereich der Umdrehungsgeschwindigkeit des Luftreifens und bei stark unterschiedlichen Temperaturbedingungen verschlossen zu halten. Weitere Untersuchungen zeigen, daß bei einem größeren Mengenverhältnis von Polyisobutylen zu Polybuten als 150:100 der Viskositätswert der. selbstdichtenden Masse nur schwer in dem bevorzugten Bereich gehalten werden kann, obwohl dadurch ein befriedigender Haftwert erhalten wird.

Um sowohl für den Viskositäts- als auch für den Haftwert der erfindungsgemäßen selbstdichtenden Massen Werte in den bevorzugten Bereichen zu erhalten, werden pro 100 Teile Polybuten 40 bis 150 Teile Polyisobutylen und 5 bis 40 Teile Siliciumdioxid eingesetzt. Diese Mengenverhältnisse wurden an Hand der vorstehenden Ergebnisse der Untersuchungen der Lebensdauer von Luftreifen mil selbstdichtenden Schichten der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung sowie aus den in den Tabellen IV und V zusammengefaßten Ergebnissen bestimmt.

Es ist bekannt, daß bei der Verwendung von weniger als 5 Teilen Siliciumdioxid pro 100 Teile Polybuien die Viskosität der selbstdichtenden Masse so gering ist, daß diese aus dem durch einen Nagel in einem Luftreifen verursachten Loch fließen kann, während beim Einsatz von mehr als 40 Teilen Siliciumdioxid die selbstdichtende Masse den Raum zwischen dem Loch und dem in den Reifen eingedrungenen Nagel infolge ihrer zu hohen Viskosität nicht verschließen kann.

Weitere Untersuchungen an Luftreifen mit selbstdichtenden Schichten der in den Tabellen II und III angegebenen Zusammensetzung, bei denen jedoch nichtpulverförmiger Kautschuk verwendet wird, zeigen, daß sich bei langem Laufen der Luftreifen mit darin steckenden Nägeln die von diesen verursachten Löcher vergrößern, auch wenn die Viskositäts- und Haftwerte der verwendeten selbstdichtenden Massen in den bevorzugten Bereichen liegen. Im Zeitraum von einigen Minuten bis 30 Minuten nach dem Entfernen der Nägel erfolgt dann ein plötzliches Entweichen der Luft durch die Löcher. Daraus folgt, daß neben den bevorzugten Bereichen des Viskositäts- und des Haftwertes auch die Verwendung von Kautschuk in pulverförmiger Form eine wichtige Rolle für den Erhalt verbesserter selbstdichtender Massen spielt. Weitere Untersuchungen zeigen, daß bei Viskositäts- und Haftwerten innerhalb der bevorzugten Bereiche die besten Ergeb-

^ri nisse mit den selbstdichtenden Massen erhalten werden, wenn die Menge des eingesetzten pulverförmigen Kautschuks 25 bis 90 Teile pro 100 Teile Polybuten beträgt und wenn der pulverförmige Kautschuk eine Teilchengröße von 0,55 bis 4 mm besitzt (5 bis 30 Mesh

in nach JIS).

Die Bezeichnung Kautschuk bedeutet hierbei synthetischen Kautschuk oder ähnliche elastomere Kunststoffe oder Naturkautschuk.
Wenn durch einen Nagel in einem Luftreifen ein

r> verhältnismäßig großes Loch hervorgerufen wird, dann werden vermutlich, falls die selbstdichtende Masse pulverförmigen Kautschuk mit der vorstehend angegebenen Teilchengröße enthält, zunächst diese Kautschukteilchen das Loch zumindest teilweise verschlie-

2(i Ben, während die nichtgranularen, viskosen Anteile der selbstdichtenden Masse erst anschließend hineinfließen und das Loch vollständig verschließen. Das bedeutet, daß die Kautschukteilchen entweder spontan oder infolge der Bewegung des Luftreifens den Raum

2~) zwischen dem Rand des Loches und dem Nagel überbrücken, falls der Nage! im Luftreifen ν eckenbleibt, oder den Raum zwischen den Rändern des Lochs, falls der Nagel entfernt wild. Die Kautschukteilchen wirken auf diese Weise ah Stütze für die übrigen Anteile der

in selbstdichtenden Masse, die zu schach sind, um alleine ein verhältnismäßig großes Loch zu überbrücken. Durch die Verwendung von pulverförmiger!! Kautschuk mit einem bestimmten Bereich der Teilchengröße können auch Löcher in einem bestimmten Größenbereich

ι", wirkungsvoll überbrückt werden.

Die selbstdichtenden Massen sind wirkungslos, wenn sie zu flüssig sind, auch wenn sie den pulverförmigen Kautschuk in der vorstehend angegebenen Menge und mit der vorstehend angegebenen Teilchengröße enthal-

Hi ten. Beispielsweise werden selbstdichtende Schichten aus Massen verwendet, die pro 100 Teile Polybuten 25 bis 90 Teile pulverisierten Kautschuk, pulverisiertes geschäumtes Polyurethan oder einen ähnlichen pulverisierten elastomeren Kunststoff enthalten, bei dem der

Γ) Anteil des Pulvers mit einer Teilchengröße von 1,68 bis 4 mm und von 0,55 bis 0,84 mm 20 bis 60% des gesamten eingesetzten Pulvers beträgt. Diese Massen enthalten auch Zusätze von Polyisobutylen und Siliciumdioxid, aber die Mengenverhältnisse dieser

,ο Bestandteile sind in jedem Fall so gewählt, daß der Viskositätswert der erhaltenen selbstdichtenden Masse weniger als 2,0 beträgt. Bei der Verwendung dieser Massen auf der Innenauskleidung von Luftreifen, die mit darin steckenden Nägeln bei hoher Geschwindigkeit der

r, Laufprüfung unterzogen werden, werden, wie in F i g. 5 gezeigt, nur die Teilchen des pulverförmigen Kautschuks 10 radial aus dem Bereich des durch den Nagel 9 verursachten Loches weggeschoben. Das Loch bleibt allein mit den übrigen, flüssigeren Anteilen der

hd selbstdichtenden Schicht gefüllt Unter diesen Umständen tritt ein Entweichen der Luft auf, wenn der Nagel 9 während der Umdrehung des Luftreifens herausgeschleudert oder mit Gewalt entfernt wird. ,
Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß

_hs die erfindungsgemäßen selbstdichtenden Massen auf 100 Teile Polybuten vorzugsweise 40 bis 150 Teile Polyisobutylen, 5 bis 40 Teile Siliciumdioxid mit einem Kieselsäuregehalt von mindestens 99% und einem

Gewichtsverlust beim Trocknen von höchstens 1,5% und 25 bis 90 Teile pulverförmigen Kautschuk oder elastomeren Kunststoff mit einer Teilchengröße von 0,55 bis 4 mm enthalten und daß der Viskositätswert der selbstdichtenden Massen 2,0 bis 4,5 sowie ihr Haftwert mindestens 100 beträgt.

Da zum praktischen Gebrauch Luftreifen mit wirkungsvoller Selbstdichtung in einem weiten Temperaturbereich s'jwie guten Eigenschalten und langer Lebensdauer unter verschiedenen Bedingungen benötig! werden, werden mit den erfindurgsgprnäRen Massen versehene Luftreifen in den nachstehend beschriebenen Prüfungen A bis E im Hinblick auf diese Qualitätserfordernisse un'. ersucht. Zu den Fahrprüfungen werden keine Prüfvorrichtungen benutzt, sondern die Reifen werden auf Kraftfahrzeuge montiert und auf einer Teststrecke geprüft. Die in den zu prüfenden Luftreifen verwendete,! selbstdichtenden Schichten haben die in Tabelle Vl aufgeführte allgemeine Zusammensetzung und enthalten neben den für die erfindungsgemäßen se'bstdichtenden Massen benötig-ten Grundbestandteilen noch geringe Mengen Alter-jfigsinhibitoren, Eisenoxid zur Verbesserung der Temperatur- und Wanderungsbeständigkeit und Ruß zur Erhöhung der Zähigkeit.

Tabelle VI	Gewichtsteiie
Bestandteile	lOO
Polybuten	80
Polyisobutylen	16
Kolloides Siliciumdioxid
Pulverförmiger Kautschuk,
Teilchengröße	27
1,68—4 mm	18
0,84-1,68 mm	18
0,55—0,84 mm	1
Alterungsinhibitor	1
Eisenoxid	0,3
Ruß	3,0
Viskositatswert	200
Haftwert

Prüfung A

Es wird geprüft, ob Löcher in den Luftreifen wirkungsvoll abgedichtet werden, wenn mit diesen Luftreifen ausgerüstete Fahrzeuge über lange Zeit bei mittlerer bis hoher Dauergeschwindigkeit betrieben werden. Die zu untersuchenden Luftreifen werden mit Nägeln mit Durchmessern von 1,3 bis 3,4 mm durchstochen und 700 km bei Geschwindigkeiten von 60 bis 140 km/Stunde gefahren. Nach der Fahrstrecke von 700 km werden die in den Luftreifen steckengebliebenen Nägel entfernt und alle Löcher darauf untersucht, ob durch sie Luft entweicht. Die Ergebnisse der Prüfung sind in nachstehender Tabelle VlI zusammengefaßt. Dabei bedeutet die 0, daß der Nagel nach der Fahrstrecke von 700 km noch im Luftreifen steckengeblieben ist und daß kein Entweichen von Luft festgestellt wird, und ein Dreieck, daß der Nagel vor Beendigung der Fahrstrecke herausgeschleudert wurde und daß ebenfalls kein Entweichen von Luft festgestellt wird.

Tabelle VII	Geschwindigkeit, km/h	80	100	120	140
	60
		0	0	0	0
Nageldurchmesser, mm	0	0	0	0	0
U	0	0	0	0	0
2,1	0	0	0	Δ	Δ
2,8	0	0	0	Δ	Δ
3,1	0
3,4

Tabelle VII zeigt, daß durch keines der von den m> und wenn die Fahrgeschwindigkeit 120 bzw. 140 km/

Nägeln verursachten Löcher Luft entweicht, auch nicht, Stunde beträgt und sogar dann nicht, wenn die Nägel

wenn die Luftreifen mit Nägeln mit dem großen vor Beendigung der Fahrstrecke von 700 km herausge-

Durchmesser von 3,1 oder 3,4 mm durchstochen wurden schleudert wurden.

Prüfung B

Die Luftreifen werden mit einem Nagel von 3,1 mm Durchmesser durchstochen. Hierauf werden die Nägel unter den in Tabelle VIII zusammengefaßten Bedingungen wieder entfernt und die Wirksamkeit der Selbstdichtung untersucht

Tabelle VIII

Prüfungsbedingungen

Ergebnis

Der Nagel wird unmittelbar nach kein Entweichen
dem Durchstechen entfernt von Luft

Der Nagel wird nach 2000 km kein Entweichen

Fahrt mit einer Geschwindigkeit von Luft
von 80 km/h entfernt
(Temperatur des Reifens: 80⁰C)

Der Nagel wird 24 Stunden nach kein Entweichen
der Fahrt von 2000 km mit einer von Luft
Geschwindigkeit von 80 km/h
entfernt

Der Luftreifen wird nach der Fahrt kein Entweichen
von 2000 km mit einer Geschwin- von Luft
digkeit von 80 km/h auf -15° C
abgekühlt und der Nagel entfernt

Tabelle VIII zeigt, daß die selbstdichtende Masse mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung in einem weiten Bereich der Betriebsbedingungen hervorragende Ergebnisse liefert. Dies wird auch durch die nachstehend beschriebene Prüfung bestätigt.

Prüfung C

Es werden die in der Prüfung A eingesetzten Luftreifen verwendet, die mit Nägeln mit 3,1 mm Durchmesser durchstochen und danach 700 km mit einer Geschwindigkeit von 100 km/Stunde gefahren wurden. Nach der Beendigung der Fahrt über 700 km und der darauffolgenden Überprüfung werden mit diesen Reifen ausgerüstete Kraftfahrzeuge 45 Tage lang täglich mindestens etwa 250 km gefahren, wobei die durchschnittliche Umgebungstemperatur etwa 35° C beträgt Der Reifendruck am Beginn der Prüfung beträgt 1,9 kg/cm². Nach der gesamten Fahrstrecke von 11 250 km wird der Reifendruck erneut geprüft. Er beträgt jetzt im Durchschnitt 1,8 kg/cm², d. h. nur geringfügig weniger als zu Beginn der Prüfung. Die selbstdichtenden Schichten werden ebenfalls untersucht, wobei keine Schaden an ihnen festgestellt werden. Ebenfalls wird keine Änderung an ihrem Viskositätsoder Haftwert festgestellt.

Anschließend werden andere Luftreifen, die ebenfalls mit Nägeln mit 3,1 mm Durchmesser durchstochen und in der Prüfung A eingesetzt wurden, unter winterlichen Bedingungen bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur von 0°C in einer Fahrt über 10 350 km geprüft Nach Beendigung dieser Fahrt beträgt der Reifendruck im Durchschnitt 1,7 kg/cm², also nur geringfügig weniger als der Druck von 1,9 kg/cm² am Beginn der Prüfung. Eine Änderung des Viskositätsoder Haftwertes der selbstdichtenden Schicht wird nicht festgestellt

Prüfung D

Die Luftreifen werden mit Nägeln von 3,1 mm Durchmesser durchstochen und dann mit einer

Geschwindigkeit von 100 km/Stunde über eine Strecke von 1716 km gefahren. Danach werden die Nägel entfernt Ohne Reparatur der durch die Nägel verursachten Löcher werden die Luftreifen anschließend bei gleicher Geschwindigkeit weitere 8200 km gefahren. Sodann wird der Reifendruck untersucht Er beträgt im Durchschnitt 1,8 kg/cm², d. h. nur geringfügig weniger als der Druck von 13 kg/cm² am Beginn der Prüfung.

Prüfung E

Die Lebensdauer von Luftreifen mit der selbstdichtenden Schicht der in Tabelle VI angegebenen Zusammensetzung wird geprüft Dazu werden die Luftreifen etwa 3 Monate in einem Ofen auf eine Temperatur von 80° C erhitzt Anschließend werden die selbstdichtenden Schichten untersucht Es werden weder Verformungen an ihnen noch eine Änderung ihres Viskositäts- oder Haftwertes festgestellt

Die Ergebnisse der vorstehenden Prüfungen zeigen, daß die mit den e.findungsgemäßen selbstdichtenden Massen versehenen Luftreifen in einem weiten Bereich

2) der Betriebsbedingungen hervorragende selbstdichtende Eigenscha.ten besitzen. Außerdem können die Luftreifen lange Zeit ohne Verschlechterung dieser Eigenschaften benutzt werden. Auch eine Verschiebung der selbstdichtenden Schicht, die infolge der Fliehkraft

ίο zu einer Unwucht führen würde, tritt nicht auf. Die vorliegende Erfindung leistet also einen beträchtlichen Beitrag zur Verhinderung des Berstens von Luftreifen und ähnlicher Unfälle.

Als zusätzlicher Schutz für die selbstdichtende

ii Schicht 6, besonders während der Reifenherstellung oder -montage, kann auf ihrer gesamten inneren Oberfläche, d. h. auf ihrer zum Reifeninneren gerichteten Seite, ein Stützmembran 11, beispielsweise aus feinen verklebten Kautschukteilchen oder feinen Fa-

4(i sern, angebracht werden, wie in F i g. 1 gezeigt wird. Die Stützmembran 11 kann natürlich auch in bekannter Weise eine Reihe von Abteilen bilden, in denen die selbstdichtende Masse enthalten ist

Bei herkömmlichen Luftreifen, die mit einer solchen Stützmembran ausgerüstet sind, besteht die Neigung, daß ein Teil der selbstdichtenden Masse, wenn der Luftreifen beispielsweise von einem Nagel 9 durchstochen wird, durch den Druck, der durch die Bewegung des Nagels 9 auf sie ausgeübt wird, wie in F i g. 6 gezeigt, auf die Rückseite der Stützmembran geschoben wird. Dies hat zur Folge, daß der Bereich in der Umgebung des Nagels 9 an selbstdichtender Masse verarmt und infolgedessen ein Entweichen der Luft ermöglicht wird. Dagegen wird bei Verwendung der erfindungsgemäßen selbstdichtenden Schicht festgestellt, daß die Bewegung des den Luftreifen durchstechenden Nagels zu einer Vermischung des Werkstoffes des Stützmembran limit der Masse der selbstdichtenden Schicht 6 führt. Dabei entsteht eine Masse, die gut an dem Nagel haftet und

bü einen Viskositätswert im bevorzugten Bereich behält.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstdichtende polybuten- und siliciumdioxidhaltige Massen zur Herstellung von Luftreifen, ί bestehend aus einer Karkasse aus mindestens einer Kordschicht, einer Lauffläche und Seitenwänden auf der Karkasse, mindestens einer Breakerschicht, einer Innenauskleidung aus luftundurchlässigem Gummi und einer selbstdichtenden, auf der Innen- i< > seite der Innenauskleidung aufgebrachten, sich mindestens über den der Lauffläche entsprechenden Bereich erstreckenden Schicht, sowie gegebenenfalls einer zusätzlichen Stützmembran aus einem feinteiligen Werkstoff, die auf der gesamten r> Innenfläche der selbstdichtenden Schicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichne;, daß sie aus 100 Gewichtsteilen Polybuten mit einem Molekulargewicht von 100 bis 1500, 40 bis 150 Gewichtsteilen Polyisobutylen mit einem Mole- >n kulargewicht von 8000 bis 10 000, 5 bis 40 Gewichtsteilen Siliciumdioxid mit einem Kieselsäuregehalt von mindestens 99% und einem Gewichtsverlust beim Trocknen von höchstens 1,5% als thixotropes Verdickungsmittel und 25 bis 90 »■"> Gewichtsteilen pulverförmigem Kautschuk mit einer Teilchengröße von 0,55 bis 4 mm besteht und einen Viskositätswert von 2,0 bis 4,5 sowie eine Haftspannung von mindestens 100 aufweist.

2. Verwendung der Massen gemäß Anspruch 1 zur κι Herstellung von Luftreifen.