DE2853858B2

DE2853858B2 - Fahrzeugbereifung

Info

Publication number: DE2853858B2
Application number: DE2853858A
Authority: DE
Inventors: Isamu Kodaira Tokio Imai; Kazuo Sayama Saitama Koyama; Mitsuaki Hoya Tokio Maeda
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1980-08-21
Also published as: FR2411719B1; CA1102941A; JPS609921B2; FR2411719A1; JPS5483202A; US4252171A; DE2853858A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugbereifung verbesserter Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen hohe Spannungen, die darüber hinaus auch ein gutes Fahrverhalten zeigt

Bisher wurde die Fahrzeugbereifung für spezielle Fahrzeuge, wie Untergrundbahnen, Einschienenbahnen oder dergleichen, im Hinblick auf die Geräuschentwicklung und das Fahrverhalten ausgeführt Es gibt jedoch Spezialfahrzeuge, die elektrisch angetrieben werden, und zwar mit Hilfe relativ hoher Spannung, wobei es durch Kurzschlüsse, vagabundierende Ströme oder dergleichen dazu kommt daß die Reifen unter Spannung geraten, was zu einer Beschädigung oder zu einem Verbrennen der Reifen führen kann.

Zur Lösung dieser Probleme wurde bisher versucht, die Aufladung bzw. Stromführung des Reifens zu verhindern. Dazu wurde der Reifen aus einer leitenden Masse hergestellt, die eingebettet in dem Reifen eine leitende Substanz wie einen Metalldraht aufwies und die leitende Substanz in die Lauffläche ragte, wodurch die Leitfähigkeit des Reifens verbessert und damit die Aufladung bzw. Stromführung des Reifens durch Erdung verhindert wird. Die Anwendung eines Reifens aus einer leitenden Kautschukmasse oder einer Kautschukmasse mit eingebetteten leitenden Substanzen gewährleistet die elektrische Entladung^ eines aufgeladenen Reifens, jedoch auf Kosten der Abriebfestigkeit, des Fahrverhaltens oder anderer wesentlichen Eigenschaften eines Reifens. Es ist daher außerordentlich schwierig, einen Reifen für praktische Anwendung nach obigen Verfahren herzustellen.

Aus der DE-AS 12 92 843 ist eine Kautschukmasse für Autoreifen bekannt, welche mit einem HAF-RuB oder einem FEF-RuB verstärkt ist Nachteilig bei dieser Kautschukmasse in der Laufschicht eines Reifens ist die nicht ausreichend hohe Abrieb- oder Verschleißfestigkeit

Überraschenderweise konnte nach vorliegender Erfindung festgestellt werden, daß bei Einarbeitung eines Weichmachers in Form von Naturharz oder Kolophonium und/oder einem Phenolharz in die Kautschukmischung für die I .auffläche die Widerstandsfähigkeit des Kautschuks gegenüber einer Aufladung wesentlich verbessert werden kann, ohne daß dies auf Kosten der anderen für Bereifungen wesentlichen Eigenschaften wie Verschleiß oder Abrieb, Wärmeauf bau und Fahrverhalten ginge.

Aufgabe der Erfindung ist somit eine Fahrzeugbereifung, die sich durch verbesserte Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen hohe Spannungen auszeichnet

ίο Ausgehend von einer Fahrzeugbereifung deren Laufschicht zumindest im Berührungsbereich der Lauffläche mit der Straßenoberfläche aus einer hochverschleißfesten Kautschukmasse besteht, in der auf 100 Gew.-Teile Naturkautschuk, Polyisopren-, Styrolbutadien-, Polybutadien-Kautschuk oder deren Gemische 1 bis 10 Gew.-Teile zumindest eines Naturharzes oder Kolophoniums und eines Phenolharzes sowie 90 bis 30 Gew.-Teile Ruß enthalten sind, ist die erfindungsgemäße Bereifung dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß eine Jodaufnahmefähigkeit über 83 bis 150 mg/g und eine Dibutylphthalataufnahmefähigkeit von 80 bis 120cm³/100g besitzt Bevorzugt wird ein Ruß mit einer Jodaufnahmefähigkeit von 110 bis 150 mg/g und einer Dibutylphthalataufnahmefähigkeit von 100 bis 120 cnWIOO g. Der Anteil an Kolophonium- und/oder Phenolharz beträgt bevorzugt 1 bis 5 Gew.-Teile, während der bevorzugte Rußanteil 40 bis 50 Gew.-Teile ist.

Bei einer Bereifung, welche unter der Laufschicht

«ι noch eine Basisschicht besitzt, besteht diese zweckmäßigerweise aus einer Kautschukmasse, in der auf 100 Gew.-Teile Naturkautschuk, Polyisopren- und/oder Polybutadien-Kautschuk 0 bis 3 Gew.-Teile Kolophonium und/oder Phenolharz und 20 bis 50 Gew.-Teile Ruß

r> mit einer Jodaufnahmefähigkeit von 40 bis 83 mg/g und einer Dibutylphthalataufnahmefähigkeit von 80 bis 120cm³/lG0g enthalten sind. Bevorzugt liegt in dieser Basisschicht die Jodaufnahmefähigkeit des Rußes zwischen 30 und 50 mg/g und die Dibutylphthalatauf nahmefähigkeit zwischen 100 und 120cm³/100g. Der Rußanteil soll 30 bis 40 Gew.-Teile ausmachen.

Wie oben bereits darauf hingewiesen, wurde bei der bekannten Kautschukmasse für die Laufschicht ein HAF- oder FEF-RuB angewandt. Solche Rußsorten

Vi entsprechen nicht den erfindungsgemäßen Anforderungen an die Jodaufnahmefähigkeit und die Dibutylphthalataufnahmefähigkeit, denn erstere ist beim HAF-Ruß 80 mg/g und beim FEF-Ruß nur 41 mg/g. Überraschenderweise hat sich nach der Erfindung

w gezeigt, daß die Jodaufnahmefähigkeit und die Dibutylphthalataufnahmefähigkeit der als Verstärkungsmittel in der Kautschukmasse anzuwendenden Ruße in Verbindung mit einem bestimmten Gehalt an Naturharz oder Kolophonium und Phenolharz im Hinblick auf die

T> Abriebfestigkeit oder Verschleißfestigkeit der Laufflächenmasse von besonderer Bedeutung sind. Tatsache ist, daß mit den in den bekannten Kautschukmassen angewandten Rußen die Fahrzeugbereifungen hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit ge-

bo gen hohe Spannungen in Verbindung mit einem guten Fahrverhalten nicht an die erfindungsgemäßen Fahrzeugbereifungen herankommen.

Die erfindungsgemäßen Reifen sollen ein solches Profil besitzen, daß die Stollen eine Stärke von

b^r> zumindest '/2 der Stärke der Laufschicht haben oder sich bis zu einer Stelle unter der Linie erstreckt, die die untere Lirie des Profils verbindet. Dabei sollen sich die Stollen aus der erfindungsgemäßen Kautschukmasse

zusammensetzen.

Obige Reifen zeigen sich wesentlich verbessert hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen hohe Spannungen und den Wärmeaufbau odsr Wärmestau. Ist die Lauffläche mit obigem Profil ausgestattet, so kann der Anteil an Weichmacher in dem Stollenprofil geringer gehalten werden, als man ihn sonst in der Laufflächenmasse mit integrierter Struktur anwendet

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen weiter erläutert ">

F i g. 1A ist ein Querschnitt durch einen Reifen mit einer Lauffläche integrierter Struktur, wohingegen

F i g. IB ein Querschnitt eines Reifens ist, welcher ein entsprechendes Profil zeigt

Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reifen nach Fig. IA hat die Lauffläche 1 eine integrierte Struktur, während sie nach der Ausführungs-Γοπη IB nach der Erfindung aus dem Profil Γ und der Basis 1" besteht In den beiden Figuren ist das Bezugszeichen 2 der Breaker und 3 die Karkasse.

Bei dem erfindungsgemäß anzuwendenden Phenolharz handelt es sich um Polykondensate von Phenol, Kresol oder Dimethylphenol mit Formaldehyd, C2- bis Cio-Alkylphenol/Formaldehyd, die Reaktionsprodukte von oc- oder 0-Pinen mit Phenol oder dergleichen. Neben dem natürlich vorkommenden Kolophonium kann man erfindungsgemäß auch dessen GIy cerinester bzw. Glycerinester von Harzsäuren und polymerisierte Harzsäuren oder polymerisiertes Kolophonium verwenden. Jt)

Ist der für die Lauffläche oder das Profil der Lauffläche anzuwendende Anteil an Kolophonium und/oder Phenolharz in der Kautschukabmischung < 1 Gew.-Teil, so kann man kaum eine Wirkung feststellen. Werden jedoch >10 Gew.-Teile angewandt, so i^r> verschlechtert sich damit der Widerstand gegen Wärmeaufbau.

Nach der Erfindung muß zumindest der Berührungsbereich der Lauffläche mit der Straßenoberfläche bzw. das Laufflächenprofil eine hohe Verschleißfestigkeit ■»« besitzen. Ist der Rußanteil in der Kautschukmasse <30 Gew.-Teile, so ist der Kautschuk nicht ausreichend verstärkt, während bei einem Anteil von >90 Gew.-Teile Ruß sich die Kautschukmasse nur sehr schlecht verarbeiten läßt und es schwierig ist, den Ruß **> im Kautschuk ausreichend zu dispergieren, um eine nachteilige Wirkung auf die Beständigkeit gegenüber Wärmeaufbau m verhindern.

Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Tabelle 1 (a)

Reifen muß die Laufflächenbasis keine so hervorragende Verschleißfestigkeil haben, jedoch muß sie einwandfrei hoher Spannung und einem Wärmeaufbau zu widerstehen vermögen. Für die Laufflächenbasis bevorzugt man daher einen Ruß mit J-A 40 bis 83 mg/g und DBP-A 80 bis 120 cm³/100 g. Bei <20 Gew.-Teilen Ruß ist die Verstärkung des Kautschuks für die Laufflächenbasis zu gering, und bei > 50 Gew.-Teilen Ruß erreicht man keine ausreichend hohe Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeaufbau in der Masse.

Wird nach der Erfindung natürliches Kolophonium oder Phenolharz in die Kautschukmasse für die Laufflächenbasis eingearbeitet, so soll der Harzanteil nicht mehr als 3 Gew.-Teile betragen, wodurch man einen Reifen erhält, in dem eine gute Abwägung der Eigenschaften hinsichtlich Spannungsfestigkeit und geringer Wärmeaufbau mit den für die Laufflächenbasis erforderlichen Eigenschaften erreicht ist Je nach den Anwendungen der Kautschukrnasse kann man gegebenenfalls auch davon absehen, Harz in die Masse für die Laufflächenbasis einzuarbeiten.

Die Reifen nach der Erfindung können alle Arten von Bias-Reifen, Diagonal- und Radialreifen sein, auch Semi-Radialreifen, wobei die Verstärkungsschichten mit Stahlcord, Cord aus organischem Fasermaterial, aus Glas und/oder aus Kombination derartiger Cords verstärkt sein können.

Die Erfindung wird weiter an Pneus erläutert Sie ist jedoch auch anwendbar auf Reifen, die mit alastomeren Schaumstoffen oder dergleichen gefüllt sind.

Beispiel 1
Eine Kautschukmasse aus

100 Gew.-Teilen
30-50 Gew.-Teilen

1 -10 Gew.-Teilen

2 Gew.-Teilen

1 Gew.-Teil

2 Gew.-Teile

1 Gew.-Teil

2 Gew.-Teile

Naturkautschuk,

Ruß nach Tabelle 1,

Weichmacher nach Tabelle 1,

Stearinsäure,

N-Phenyl-N'-isopropyl-

p-phenylendiamin,

Zinkweiß,

2-(4'-Morpholindithio) benzo-

thiazol und

Schwefel

wurde 30 Minuten unter einem Druck von 80 kg/cm² bei 150⁰C vulkanisiert. Härte, Bruchdehnung, Zugfestigkeit, 300%-Modul, Nachgiebigkeit, Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungen sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt.

Masse Nummer 1 2 3 Vergl. Gewichlsteüe

10

13 14 15 Vergleich —

Naturkautschuk ISAF Ruß') SAF Ruß*) HAF Ruß') FEF Ruß«) Kolophonium Sumilitharz⁵) Hitanol 1501«) Aromatisches öl Spindelöl ECR 8080')

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 i00 100 100 100

50 50 50 50

50 50

10

50 50 50

50

30	30	30	30
			3
3	5

	Masse	5	2 1 4 1 2	2 1 4 I ■>	4	2 1 4 1 2	5	2 1 4 1 2	28	2 1 1 2	53	2 1 1 2	858	2 1 1 2	10	11	2 1 1 2	6	13	14	15	2 1 1 3	16
Fortsetzung	1															Vergleic	h
									2 1 1 2			2 1 1 3
				6	7	8 9			12	2 1 1 3			2 1 1 3
	Nummer
	2 3	2 1 1 2
Stearinsäure N-Phenyl-N'-iso- propyl-p-pheny- lendiamin Zinkweiß 2-(4'-Morpholin- dithio)benzothiazol Schwefel	Vergl. Gewichtsteile		2 1 1 3
	2 1 4 1 7

·) J-A 119 mg/g, DBP-A 112 mi/100 g.

2) IA 136 mg/g, DBP 110 ml/g.

³) J-A 80 mg/g, DBP-A 103 ml/g. «) IA 41 mg/g, DBP 112 ml/100 g.

⁵I Alkylphenol-Formaldehyd-Polykondensat. ⁶J Phenol-Formaldehyd-Polykondensat. ⁷) Cyclopentadien-Harze.

Tabelle 1 (b)	Masse	Nummer	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
	1	2												Vergle	I Il
	Vergl.		67	69		68	60	61	61	60	67			62	:icn
	64	65	460	475	492	445	461	440	438	465	465	56	59	555	54	54
	420	430	242	238	221	250	245	250	251	252	260	510	535	203	490	510
Härte (°)	255	250	130	122	115	140	132	147	148	138	131	227	215	8t	208	203
Bruchdehnung	160	152										100	90		105	93
Zugfestigkeit (ke/cm²l			57	52	49	58	56	60	59	57.5	54			59
300% Mod.	62	60	85	60	30	78	83	90	87	80	100	72	65	15	78	73
(kg/cm²)	100	95	1400	2500	2500	1300	1200	100	100	450	1000	35	20	4500	25	18
Resilience (%)	50	400										3500	4000		4500	>5000
Verschleißindex
Spannungs-
Widerstand (V)

Die Bestimmung der Härte, Bruchdehnung, Zugfestigkeit, 300%-Modul und Resilience wurden nach JlS K6301 vorgenommen.

Die Verschleißfähigkeit wurde wie folgt bestimmt oder gemessen: Der Pico-Verschleiß der Kautschukproben wurde nach ASTM D 2228 ermittelt. Der Pico-Verschleiß der Probe 1 ohne Weichmacher wurde als Bezugswert mit 100 angenommen, auf den die Werte der anderen Kautschukproben bezogen wurden.

Der Spannungs-Widerstand wurde mit Hilfe eines »FN-Tester, Type 504 AT · N, von Toyoko Vehicle Co.« ermittelt Ein rechteckiger Prüfkörper

30 cm χ 6 cm χ 5 cm wurde aus jeder Kautschukprobe geschnitten und an beiden Enden mit einer Krokodilklemme gehalten, über die Spannung angelegt und allmählich gesteigert wird. Überschreitet die Spannung Tabelle 2

einen bestimmten Wert, beginnt ein elektrischer Stron durch den Prüfkörper zu fließen. Wird die Spannung weiter gesteigert, so reißt der Prüfkörper und beginnt zi brennen. Die Spannung, mit der sich der Kautschuk entzündet, ist die zu messende Spannung.

Beispiel 2

Reifen der Bezeichnung 1000 R 20, 14PR mit einei Lauffläche entsprechend den in den Fig. IA und IE gezeigten Ausführungsformen wurden aus den Kau tschukmassen 1, 3, 5, 6, 12, 13, 14 und 15 hergestellt Verschleiß- und Spannungsfestigkeit sowie Wider Standsfähigkeit gegenüber dem Wärmeaufbau an dieser Reifen bestimmt und die Werte in der Tabelle ; zusammengefaßt

	Fig. IA Reifen	Nr. 2	Nr. 3	Fig.1B	Nr. 5	Nr. 6	Nr. 7
	Nr. 1	erf.gemäß Masse Nr. 3	erf.gemäß Masse Nr. 5	Nr. 4	Vergleich Masse Nr. 3/ Masse Nr. 14	erf.gemäß Masse Nr. 3/ Masse Nr. 15	erf.gemäß Masse Nr. 6/ Masse Nr. 13
Kautschuk in Lauffläche (Profil)	Vergleich Masse Nr. 1	400	1500	Vergleich Masse Nr. 1/ Masse Nr. 12	5000 (30 mA)	5000(3OmA)	4500
Spannungs-Wider stand (V)	150	85	30	300	85	85	80
Verschleißindex	100	92	797	100	101	Sf	92
Widerstand gegen Wärmeaufbau	100		100

Aus der Tabelle 2 ergibt sich, daß die Reifen Nr. 2,3,6 und 7 nach der Erfindung eine wesentlich bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannung bei zufriedenstellend hoher Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeaufbau besitzen.

Obige Versuche wurden wie folgt durchgeführt:

Der Spannungswiderstand wurde gemessen durch Anwendung obigen Meßgeräts, indem die Anschlußklemmen an den Wulst und an die Lauffläche angeschlossen wurden.

Zur Bestimmung der Verschleißfestigkeit Hefen die Reifen mit einer mittleren Geschwindigkeit von 40 km/h über eine gepflasterte Straße. Nach einer Laufstrecke von 40 000 km wurde der Verschleiß ermittelt. Als Bezugsreifen mit dem Index 100 wurde einer mit integrierter Struktur nach Fig. IA Nr. 1 gewählt, so daß die angegebenen Werte für die Reifen Nr. 2 und 3 auf den Verschleiß des Standardreifens Nr. 1 rückbezogen sind. Bei einer Profilstruktur nach F i g. 1B diente der Verschleiß des Reifens Nr. 4 als Index 100 zum Bezugspunkt, auf den die Reifen Nr. 5 —7 bezogen sind.

Die Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeaufbau der Reifen wurde dadurch ermittelt, daß sie in einem Raum von 38°C mit Hilfe eines Trommel-Prüfgeräts Durchmesser 1,7 m — gehalten wurden. Ein Thermoelement wurde vom Schulterteil in den Laufflächenbereich des Reifens etwa 5 mm über dem Breaker eingeführt und mit dessen Hilfe die Temperatur der Laufflächenmasse unter einer Last von 2370 kg bei einer Laufgeschwindigkeit der Trommel von 56 km/h bestimmt. Als Standard und damit Bezugspunkt diente der Reifen Nr. 1 mit integrierter Struktur nach F i g. 1A, mit weichem die Reifen Nr. 2 und 3 verglichen wurden, während für die Profilreifen nach F i g. 1B als Standard und Bezugsreifen Nr. 4 diente, demgegenüber die Reifen Nr. 5 — 7 verglichen wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fahrzeugbereifung verbesserter Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen hohe Spannungen, deren Laufschicht zumindest im Berührungsbereich der Lauffläche mit der Straßenoberfläche aus einer hoch verschleißfesten Kautschukmasse, in der auf 100 Gew.-Teile Naturkautschuk, Polyisopren-, Styrolbutadien- und Polybutadien-Kautschuk oder deren Gemische 1 bis 10 Gew.-Teile zumindest eines Naturharzes oder Kolophoniums und eines Phenolharzes sowie 90 bis 30 Gew.-Teile Ruß enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß eine Jodaufnahmefähigkeit über 83 bis 150 mg/g und eine Dibutylphthalataufnahmefähigkeit -son 80 bis 120 Cm³AOO g besitzt

2. Bereifung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ruß mit einer Jodaufnahmefähigkeit von 110 bis 150 mg/g und einer DibutylphthaJataufnahmefähigkeit von 100 bis 120 cmViOO g enthalten ist