DE2839226C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen für Fahrzeuge, der wenigstens in seinem Laufflächenteil als Polymerkomponente das vulkanisierte Produkt einer Mischung aufweist, die aus einem oder mehreren Kautschukpolymeren als Hauptbestandteil und einem Styrol-Butadien-Copolymeren mit einem Styrolgehalt über 50% als in geringerer Menge vorliegenden Bestandteil besteht.

Bei der Auslegung von Reifen für Straßenfahrzeuge ist es normalerweise erwünscht, eine maximale Griffigkeit auf nassen Straßenoberflächen und einen minimalen Reibungswiderstand beim Abrollen des Reifens auf der Straßenoberfläche zu erreichen. Leider ist die eine Eigenschaft allgemein nur auf Kosten der anderen Eigenschaft zu verbessern, und infolgedessen besteht die Neigung, bei der Auslegung einen Kompromiß bezüglich der Auswahl des für den Laufflächenteil des Reifens verwendeten Elastomeren zu treffen. In der DE-AS 11 67 677 werden Reifen-Laufstreifen für Kraftfahrzeuge beschrieben auf der Basis von cis-1,4-Polybutadienen oder einer Mischung von cis-1,4-Polybutadienen mit Natur- und/oder Synthesekautschuk, wobei die Kautschukmischung auf 100 Teile cis-1,4-Polybutadien 5 bis 30 Teile Polyisobutylen oder Polystyrol oder Mischpolymerisate aus Butadien und Styrol mit mehr als 50% Styrolgehalt enthält. Es wird angegeben, daß Laufstreifen auf der Basis von cis-1,4-Polybutadienen eine geringe Abnutzung und einen geringen Rollwiderstand haben sowie geringe Alterserscheinungen aufweisen, sich jedoch schwieriger verarbeiten lassen. Bei mit Natur- und/oder Kunstkautschuk verschnittenem cis-1,4-Polybutadien, das sich besser verarbeiten läßt, sinkt die Weiterreißfestigkeit stark ab. Die in der DE-AS 11 67 677 vorgeschlagenen Mischungen sollen eine wesentlich verbesserte Weiterreißfestigkeit haben. Die aus diesen Mischungen hergestellten Luftreifen weisen zwar einen niedrigen Abrollwiderstand auf, jedoch keine hohe Griffigkeit auf nassen Straßen.

Die DE-AS 16 69 621 beschreibt Kautschukmassen aus Kautschuk, Verfahrensöl, Füllmittel und ggf. üblichen Zusatzstoffen, wobei mindestens 5 Gew.-% des Kautschuks aus einem Lithiumpolymerisierten Butadien-Styrol-Mischpolymerkautschuk mit einem Styrolgehalt von 60 bis 95 Gew.-% bestehen. Diese Druckschrift betrifft keine Luftreifen. Die Kautschukmassen sollen zur Herstellung von Hartkautschuksohlen und harten, stranggepreßten Produkten sowie von verschiedenen hartvulkanisierten Produkten mit ausgezeichneter Abriebbeständigkeit verwendet werden.

Die GB-PS 11 39 267 beschreibt Harzzusammensetzungen, die eine Mischung von 40 bis 90 Teile eines Elastomermaterials und 60 bis 10 Teile eines im wesentlichen gelfreien Polystyrols oder Styrol-Butadien-Copolymers mit wenigstens 60% gebundenem Styrol umfassen. Diese Harzzusammensetzung soll für Teppichunterlagen und Isolierformstreifen verwendet werden.

Die GB-PS 9 64 133 betrifft Zusammensetzungen, die drei Styrol-Butadien-Copolymere enthalten, wobei ein Copolymer ein harzartiges Copolymer mit einem größeren Styrolanteil ist, ein Copolymer ein Kautschuk mit niedriger Mooney Viskositätscharakteristik ist, und ein Copolymer ein ölgestreckter Kautschuk ist. Diese Zusammensetzungen sollen zur Herstellung von Schuhsohlen verwendet werden.

In der GB-PS 7 75 973 ist eine harte thermoplastische Masse, die eine Mischung eines kalt-polymerisierten harzartigen Styrol-Butadien-Copolymers und eines thermoplastischen harten unelastischen Harzes ist, beschrieben. Die Masse ist eine Formmasse mit hoher Formbeständigkeit in der Wärme und soll zur Herstellung von Fußball-Kopfschutz und Fußball- Schulterpolstern, Kunststoffrohren, starren Platten, Fernsehabdeckungen und Köpfen von Golfschlägern verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftreifen der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine ausgezeichnete Kombination von Griffigkeit auf nassen Straßenoberflächen und von Rollwiderstand aufweist.

Ausgehend von dem eingangs genannten Luftreifen wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das oder die Kautschukpolymeren aus der Gruppe Naturkautschuke, kautschukartige Styrol- Butadien-Copolymere und synthetische Polyisoprene ausgewählt sind und Glasübergangstemperaturen im Bereich von minus 50°C bis minus 80°C haben, und das Styrol-Butadien-Copolymer ein harzartiges Copolymer mit einem Styrolgehalt von 80 bis 90 Gew.-% ist, das eine Glasübergangstemperatur von wenigstens 15°C hat und in einer Menge von 3 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Kautschukpolymer und harzartigem Copolymer, enthalten ist.

Die Galsübergangstemperatur, im folgenden mit Tg abgekürzt, kann nach verschiedenen, an sich bekannten Methoden gemessen werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Tg als die Temperatur definiert, bei welcher eine Änderung in der Form einer Kurve des Volumens, aufgetragen gegen die Temperatur, gemessen durch Dilatometrie, auftritt. In dem glasartigen Zustand ist ein niedrigerer Volumenausdehnungskoeffizient als in dem kautschukartigen Zustand vorhanden, so daß die Änderung in der Gestalt dieser Kurve hervorgerufen wird.

Die Angabe "Hauptbestandteil" und "in geringerer Menge vorliegender Bestandteil" bezieht sich auf das Gewicht eine jeden Bestandteiles als Anteil des Gesamtgewichts an Hauptbestandteil und in geringerer Menge vorliegendem Bestandteil. Die Größe des in geringerer Menge vorliegenden Bestandteils hängt von der Tg des Styrol-Butadien-Copolymers ab und liegt im Bereich von 3 bis 25%.

Harzartige Styrol-Butadien-Copolymere mit einem Styrolgehalt von 80 bis 90 Gew.-% sind handelsübliche Produkte. Bevorzugt sind harzartige Styrol-Butadien-Copolymere mit einem Styrolgehalt von 85 bis 90 Gew.-%. Die Tg der harzartigen Styrol-Butadien-Copolymere kann zum Beispiel im Bereich von 50°C bis 90°C liegen.

Das oder die als Hauptbestandteil in der Mischung vorliegenden Kautschukpolymere sind aus der Gruppe Naturkautschuke, kautschukartige Styrol-Butadien-Copolymere (die ölgestreckt sein können) und synthetische Polyisoprene ausgewählt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, wobei die Mengen der Bestandteile Gewichtsmengen sind, falls ncihts anderes angegeben ist.

In den Beispielen sind einige der Bestandteile lediglich mit Abkürzungen wiedergegeben, wobei es sich hier um handelsübliche Produkte handelt. Die Art der Bestandteile und ihre Tg (wie zuvor definiert) sind wie folgt:

Beispiele 1 bis 4

Vier Naturkautschukmassen wurden durch Vermischen der folgenden Bestandteile erhalten. Hieraus ist ersichtlich, daß die Beispiele 2, 3 und 4, welches Beispiele für in erfindungsgemäßen Reifen zu verwendende Mischungen sind, sich vom Beispiel 1, das für Vergleichszwecke aufgeführt ist, dadurch unterscheiden, daß in ihnen ein Teil des Naturkautschuks durch 10 Teile, 20 Teile bzw. 30 Teile des Polymarisates VIb) ersetzt sind.

Beispiele 5 bis 8

Es wurden vier Polyisoprenmassen durch Zusammenmischen der folgenden Bestandteile hergestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß die Beispiele 6, 7 und 8, welches weitere Beispiele für in erfindungsgemäßen Reifen zu verwendende Mischungen sind, sich von dem Beispiel 5, das für Vergleichszwecke aufgenommen wurde, dadurch unterscheiden, daß in ihnen ein Teil des Polyisoprens durch 10 Teile, 20 Teile bzw. 30 Teile des Polymerisates VIb) ersetzt wurde.

Die vier Polyisoprenmassen wurden vulkanisiert, und die mechanischen Eigenschaften und die Kraftverlustwerte für die Vulkanisate von Beispiel 6 waren wie folgt:

Zugfestigkeit, MPa 21,6 Spannung bei 300%, MPa 11,0 Bruchdehnung, %505 Härte, IRHD 84,9 Rückfederung bei 50°C, %-

Beispiel 9

Eine weitere Naturkautschukmasse wurde durch Vermischen der folgenden aufgeführten Bestandteile erhalten, wobei hier die mechanischen Eigenschaften und die Kraftverlustwerte für das erhaltene Vulkanisat ebenfalls angegeben sind.

Polymerisat I 90,00 Polymerisat VIb) 10,00 Peptisator  0,15 Zinkoxid  4,00 Stearinsäure  2,00 Schwefel  1,35 Beschleuniger I  0,90 IPPD  1,00 Antioxidans  1,00 Paraffinwachs  1,00 Ruß II (N110 Black) 30,00 Ruß I (N326 Black) 15,00

Zugfestigkeit, MPa 27,0 Spannung bei 300%, MPa 14,0 Bruchdehnung, %480 Härte, IRHD 71,5 Rückfederung bei 50°C, % 64,4

Beispiel 10

Eine Styrol-Butadien-Kautschukmasse wurde durch Zusammenmischen der folgenden Bestandteile erhalten, weiterhin wurden die mechanischen Eigenschaften und die Kraftverlustwerte des erhaltenen Vulkanisates bestimmt.
Polymerisat V 67,60 Polymerisat II 22,50 Polymerisat VIb) 10,00 Ruß III (N339 black) 55,00 Verarbeitungshilfsöl 15,00 Antioxidans  1,33 IPPD  0,75 Zinkoxid  2,50 Stearinsäure  1,00 Beschleuniger I  0,80 Schwefel  1,60 Gummikrümel Körnung 0,42 mm  8,00 VVI  0,20

Zugfestigkeit, MPa 16,2 Spannung bei 300%, MPa  9,2 Bruchdehnung, %480 Härte, IRHD 71,3 Rückfederung bei 50°C, % 37,5

Beispiel 11

Eine weitere Mischung wurde durch Zusammenmischen der folgenden Bestandteile erhalten. Die Mischung wurde 40 Minuten bei 140°C vulkanisiert, und die mechanischen Eigenschaften und die Kraftverlustwerte des erhaltenen Vulkanisates sind ebenfalls aufgeführt:

Polymerisat I 50,00 Polymerisat VII 50,00 Polymerisat VIb)  5,00 Zinkoxid  5,00 Stearinsäure  1,00 Schwefel  2,50 Beschleuniger II  0,50 Antioxidans  1,00 IPPD  1,00 Paraffinwachs  1,00 Mineralöl  5,00 Ruß II (N110 black) 25,00 Ruß IV (N660 black) 25,00

Zugfestigkeit, MPa 11,9 Spannung bei 300%, MPa  9,0 Bruchdehnung, %380 Härte, IRHD 64,6 Rückfederung bei 50°C, % 61,4

Für einen weiteren Vergleich wurden zwei Kautschukmassen von konventioneller Formulierung durch Zusammenmischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

Vergleichsmischung TGewichtsteile Polymerisat I 80,00 Polymerisat IV 20,00 Ruß V (N375 black) 52,50 Beschleuniger I  0,70 VVI  0,40 Stearinsäure  2,00 Zinkoxid  4,00 Aromatisches Weichmacheröl  6,00 Antioxidans  2,00 IPPD  0,50 Paraffinwachs  1,00 Gummikrümel Körnung 0,42 mm  5,00 Schwefel  2,50 176,60

Vergleichsmischung C
Polymerisat V 77,50 Styrolbutadienkautschuk 22,50 Ruß III (N339 black) 60,00 Aromatisches Weichmacheröl  5,00 Verarbeitungsöl  5,00 Antioxidans  1,33 IPPD  0,75 Zinkoxid  2,50 Stearinsäure  1,00 Schwefel  1,75 Beschleuniger I  1,00 Vulkanisationsverzögerer
(Nitroso-diphenylamin)  0,40 Gummikrümel Körnung 0,42 mm  5,00 183,73

Die Mischungen der Beispiele 6, 9, 10 und 11 wurden getestet, um ihre Eigenschaften der Naßgriffigkeit und des Rollwiderstandes auf einer Straßenoberfläche zu bestimmen. Jede der Massen wurde als Laufflächenmischung bei Modell-Diagonalreifen von 2,25-8 (Abmessungen in Zoll) verwendet. Diese Modellreifen wurden den zwei folgenden Tests unterzogen.

Die Griffigkeit auf einer nassen Straßenoberfläche wurde gemessen, wobei die Innentrommelmaschine mit variabler Geschwindigkeit verwendet wurde, wie sie in dem Aufsatz von G. Lees und A. R. Williams in Journal of the Institute of the Rubber Industry, Vol. 8, Nr. 3, Juni 1974, beschrieben ist. Die Messungen der Naßgriffigkeit wurden sowohl für die Spitzenreibung als auch die Reibung bei gebremstem Rad bei Geschwindigkeiten von 16, 32, 48, 64, 80 bzw. 96 km/h bestimmt. Der Rollwiderstand wurde unter Anwendung der in der britischen Patentschrift 13 92 033 beschriebenen Dynamics-Maschine gemessen. Die Messungen wurden bei Geschwindigkeiten von 20, 40, 60 bzw. 80 km/h durchgeführt.

Die bei diesen Tests erhaltenen Ergebnisse sind in der Zeichnung graphisch dargestellt, wobei sich die Fig. 1 und 2 auf das Beispiel 6, die Fig. 3 und 4 auf das Beispiel 9, die Fig. 5 und 6 auf das Beispiel 10 und die Fig. 9 und 10 auf das Beispiel 11 beziehen.

Die Mischung von Beispiel 10 wurde weiterhin in Form einer Laufflächenmischung bei 155 SR 13 Dunlop SP4 Reifen getestet, wobei der Rollwiderstand unter Anwendung der zuvor angegebenen Dynamics-Maschine und die Naßgriffigkeit durch Messung der Verzögerung eines Kraftfahrzeuges, Chrysler Avenger car, der nur für die Vorderradbremsung mit den Reifen ausgerüstet war, ermittelt wurden. Die Ergebnisse dieser weiteren Tests sind in den Fig. 7 und 8 der Zeichnung enthalten.

In den Zeichnungen beziehen sich die dicken Linien auf die Ergebnisse, welche mit Reifen erhalten wurden, deren Laufflächen vulkanisierte Elastomermassen der angegebenen Beispiele gemäß der Erfindung enthielten. Die dünnen Linien, welche mit "C" oder "T" markiert sind, beziehen sich jeweils auf die Ergebnisse, welche mit Reifen erhalten wurden, deren Laufflächen die vulkanisierten Vergleichselastomermassen C oder T, die zuvor angegeben wurden, enthielten.

Claims (4)

1. Luftreifen für Fahrzeuge, der wenigstens in seinem Laufflächenteil als Polymerkomponente das vulkanisierte Produkt einer Mischung aufweist, die aus einem oder mehreren Kautschukpolymeren als Hauptbestandteil und einem Styrol-Butadien-Copolymeren mit einem Styrolgehalt über 50% als in geringerer Menge vorliegenden Bestandteil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß
das oder die Kautschukpolymeren aus der Gruppe Naturkautschuke, kautschukartige Styrol-Butadien-Copolymere und synthetische Polyisoprene ausgewählt sind und Glaspübergangstemperaturen im Bereich von minus 50°C bis minus 80°C haben, und
das Styrol-Butadien-Copolymer ein harzartiges Copolymer mit einem Styrolgehalt von 80 bis 90 Gew.-% ist, das eine Glasübergangstemperatur von wenigstens 15°C hat und in einer Menge von 3 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Kautschukpolymer und harzartigem Copolymer, enthalten ist.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das harzartige Styrol-Butadien-Copolymer eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 50°C bis 90°C hat.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das harzartige Styrol-Butadien-Copolymer einen Styrolgehalt von 85 bis 90 Gew.-% hat.

4. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Polyisopren einen cis-Gehalt von wenigstens 98% hat.