DE2904006A1 - Pneumatischer kautschukreifen - Google Patents
Pneumatischer kautschukreifenInfo
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Description
— a —
■ Λ-
Die Erfindung betrifft Laufflächen für pneumatische Reifen
sowie Elastomermischungen, die dafür geeignet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Flugzeugreifen, welche
derartige Laufflächen aufweisen.
Pneumatische Kautschukreifen werden in typischer Weise mit einem den Boden kontaktierenden Laufflächenteil hergestellt,
wobei dieser integral ausgeformte Laufflächen-* teil aus einer elastomeren Masse besteht. Die Lauffläche
wird den zerstörenden Wirkungen aufgrund beträchtlicher Biegungen und Abriebskräfte ausgesetzt, wenn der Reifen
von einem Fahrzeug über verschiedene Oberflächen angetrieben wird. Ferner tritt ein Wärmeabbau der Lauffläche
infolge eines inneren Wärmestaus in der Reifenkarkasse sowie der Lauffläche während der Verwendung auf, insbesondere
unter schweren Beladungen sowie schnellen Beschleunigungen und Abbremsungen. Im Falle von herkömmlichen
pneumatischen Reifen wird das Elastomere mit verschiedenen Bestandteilen vermischt, beispielsweise verschiedenen
anderen Elastomeren, um die erforderliche Abriebbeständigkeit, die notwendigen Biegeeigenschaften sowie die. erforderliche
Wärmestandfestigkeit zu erzielen, die notwendig sind, um eine geringe Abnutzung der Lauffläche in Kombination
mit Dauerhaftigkeit und. guter Traktion zu erzielen.
Auf dem Gebiet der pneumatischen Flugzeugreifen treten jedoch besondere Situationen auf, welche Probleme bezüglich
der Dauerfestigkeit der Lauffläche bedingen, die bisher noch nicht durch herkömmliche Massen für pneumatische
Reifenlaufflächen gelöst werden konnten.
Das Problem der Dauerfestigkeit von Flugzeugreifen tritt besonders in Situationen ein, wenn ein Flugzeug auf dem
Boden unter Belastung zu einer hohen Abhebegeschwindigkeit
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- & - ■
-S-
beschleunigen muß, oder wenn ein sich noch in der Luft befindliches
Flugzeug mit einer hohen Geschwindigkeit, beispielsweise ungefähr 80 bis ungefähr 240 km/h landet, wobei
seine Räder plötzlich auf die Flugzeuglandegeschwindigkeit
unter Belastung beschleunigt werden, wenn sie den Boden berühren und das Flugzeug landet. Während dieser Geschwindigkeitsübergangsstufen
eines pneumatischen Flugzeugreifens bei der Beschleunigung oder beim Abbremsen, insbesondere
dann, wenn der Reifen schwere Lasten zu tragen hat, treten sich plötzlich aufbauende Wärmestaus in dem Laufflächenteil
auf, so daß dessen schneller Abbau begünstigt wird, wobei ferner die innere Haftung verloren geht und die Fähigkeit
schwindet, einem Abrieb zu widerstehen.
Mittleres Viny!polybutadien (Polybutadien, das eine 1,2-Struktur
enthält) wurde allein (US-PS 3 937 681), als Mischung mit Styrol/Butadien-Copolymeren (GB-PS 1 166 832)
oder mit Naturkautschuk zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Laufflächen von pneumatischen Reifen verwendet.
Es besteht jedoch immer noch ein Bedarf an pneumatischen Reifen, insbesondere Flugzeugreifen, mit einer Laufflächenmasse
mit einer noch weiter verbesserten Wärmestandfestigkeit.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines pneumatischen Reifens mit einem den Boden kontaktierenden Laufflächenabschnitt
mit guten Wärmestandfestigkeitseigenschaften sowie einer entsprechenden Elastomermischung. Ferner soll
durch die Erfindung ein pneumatischer Flugzeugrexfen mit einer erhöhten Wärmestandfestigkeit der Lauffläche geschaffen
werden, wobei die Abriebfestigkeit der Lauffläche oder ihre Lebensdauer nicht merklich vermindert werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein geeigneter den Boden kontaktierender Laufflächenabschnitt eines pneumatischen
Reifens, insbesondere eines pneumatischen Flugzeug^
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reifens, der bei der Berührung mit dem Boden schnell beschleunigt und/oder abgebremst wird, insbesondere unter
Belastung, aus einer in geeigneter Weise vulkanisierten Elastomermischung aus einer ausgewählten Kombination von
elastomeren Materialien hergestellt werden kann, welche einen erhöhten Schwefelvulkanisationsmittelgehalt aufweisen.
Durch die Erfindung wird ein pneumatischer Kautschukreifen geschaffen, der aus einer im allgemeinen toroidal^gäformten
Karkasse mit einer äußeren sich um den Umfang-herum '
erstreckenden den Grund kontaktierenden Lauffläche, in ei-""
nem Abstand vorgesehenen Wülsten sowie Seitenwänden besteht,
die sich radial von der Lauffläche zu den Wülsten erstrekken und diese verbinden. Dabei besteht die Lauffläche aus
einer vulkanisierten elastomeren Masse aus, bezogen auf' 100 Gew.-Teile Kautschuk, (A) 50 bis ungefähr 80 und vorzugsweise
55 bis ungefähr 75 Gew.-Teilen cis-1,4-Polyisöprenkautschuk
und entsprechend (B) 50 bis ungefähr 20 und1 ' vorzugsweise 45 bis ungefähr 25 Gew.-Teilen eines mittleren
Vinylpolybutadienkautschuks mit ungefähr 30 bis ungefähr und vorzugsweise ungefähr 35 bis ungefähr 48 Gew.-% Vinylgehalt,
ungefähr 10 bis ungefähr 40 Gew.-% cis-1,4 Gehalt und entsprechend 15 bis ungefähr 55 Gew.-% trans-1,4-Gehalt.
Dabei ist die Elastomermasse mit einem Schwefelgehalt zwischen ungefähr 20 und ungefähr 50 und vorzugsweise ungefähr
25 bis ungefähr 40 Gew.-% oberhalb der Menge vulkanisiert, die erforderlich ist, um die Zeit bis zum Versagen
der vulkanisierten Kautschukmasse gemäß dem Platztest ASTM D-623 zu maximieren, wobei das mittlere Vinylpolybuta- "'
dien durch einen Polybutadienkautschuk mit hohem cis-1,4-Gehalt
ersetzt worden ist.
Der cis-1,4-Polyisoprenkautschuk, der ein natürlicher oder
synthetischer Kautschuk sein kann, sowie der cis-1,4-PoIybutadienkautschuk
besitzen in typischer Weise einen cis-1,4-Gehalt von ungefähr 96 bis ungefähr 99 Gew.-%.
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Das mittlere Vinylpolybutadien läßt sich, zusätzlich in der
Weise definieren, daß es ungefähr 30 bis ungefähr 55 % Monomereinheiten in der 1,2-Position, ungefähr 10 bis ungefähr
40 % Monomereinheiten von cis-1,4-Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen
und ungefähr 15 bis ungefähr 55 % Monomereinheiten von trans-1,4-Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen
enthält und eine ML-4 (1000C) Härte zwischen ungefähr 40 und ungefähr 120 besitzt.
Das mittlere Vinylpolybutadien kann in zweckmäßiger Weise durch Polymerisation von 1,3-Butadien in einem organischen
Lösungsmittel mit einer Organolithiumverbindung als Katalysator unter Zusatz wenigstens eines polaren Modifizierungsmittels zur Erhöhung und Steigerung seines Vinylgehalts hergestellt
werden. Im allgemeinen wird eine Reaktionstemperatur von ungefähr 30 bis ungefähr 1500C eingehalten. Nähere
Einzelheiten bezüglich der Herstellung eines derartigen mittleren Vinylpolybutadiens lassen sich der GB-PS 1 231 645
und der US-PS 3 937 681 entnehmen.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ungefähr 20 bis ungefähr 50 und vorzugsweise ungefähr 25 bis ungefähr
40 Gew.-% mehr Schwefel als Vulkanisationsmittel verwendet wird als in herkömmlicher Weise zum optimalen Härten
der Kautschukmischung eingesetzt wird, wenn ein Polybutadien mit hohem cis-1,4-Gehalt anstelle des mittleren Vinylpolybutadiens
verwendet wird. Dies bedeutet im allgemeinen ungefähr
2 bis ungefähr 2,4 und vorzugsweise ungefähr 2,1 bis
ungefähr 2,3 phr Schwefel (Teile pro 100 Teile Kautschuk, bezogen auf das Gewicht).
Der Laufflächenteil des pneumatischen Reifens sowie der Kautschuk
in der Grundkarkasse, welche Verstärkungselemente in der Laufflächenzone enthält, können nach bekannten Methoden
in der Kautschukindustrie kompoundiert werden, beispielsweise durch Vermischen der verschiedenen Kautschukbestandteile
in dem Ansatz mit verschiedenen Vulkanisationshilfsmitteln, wie Beschleunigern, Verarbeitungsadditiven, wie ölen, Harzen
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■ ·?■
und Weichmachern, Füllstoffen, Pigmenten, Antioxidationsmitteln und Antiοzonmitteln.
Nach dem Vermischen der Bestandteile und dem Aufbauen des Reifens wird dieser in typischer Weise bei einer Temperatur
zwischen ungefähr 120 und ungefähr 165°C während einer Zeitspanne von ungefähr 10 bis ungefähr 200 Minuten,
je nach der Reifengröße, vulkanisiert.
Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher erläutert, die eine perspektivische Ansicht eines Flugzeugreifens
in teilweise weggebrochenem Zustand wiedergibt.
Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, besteht der vulkanisierte Kautschukflugzeugreifen 1 aus dem herkömmlichen den Boden
berührenden Bauflächenabschnitt 2, der Karkasse, welche herkömmliche Verstärkungslagen und eine innere Luftsperrschicht
3 enthält, in einem Abstand voneinander vorgesehenen Wulstteilen 4 zum Befestigen des Reifens auf einer Felge
und verbindenden Seitenwänden 5.
Der Laufflächenabschnitt 2 besteht aus der erfindungsgemäßen
Mischung aus mittlerem Viny!polybutadien und Polyisopren
zusammen mit Kcmpoundierungsmitteln.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken. Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen
sich alle Teil- und Prozentangaben auf das Gewicht.
Proben verschiedener Kautschukmischungsmassen für einen Einsatz in Reifenlaufflächen werden hergestellt und auf
ihre Wärmestandfestigkeit sowie andere Eigenschaften untersucht. Derartige Kautschukmischungsmassen werden durch Vermischen
von cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk und mittlerem
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2304006
-B-
Vinylpolybutadienkautsch.uk in einem Farrell-Birmingham-Labormischer
(Nr. 00.mit-einer Kapazität von 1800 bis
2500 g) mit Verarbeitungsöl, Ruß sowie anderen Bestandteilen, die aus der Tabelle I hervorgehen, hergestellt.
Schwefel sowie Beschleuniger werden in ähnlicher Weise der Kautschukmasse zugemischt. Die erhaltenen Massen werden
dann in einer Mühle zu Folien verarbeitet, worauf entsprechende Proben für verschiedene Tests entnommen
werden. Die zu Folien verarbeiteten Massen werden während einer Zeitspanne von 40 Minuten bei 135°C vor der
Entnahme der Proben vulkanisiert.
Tabelle I Mischung
Naturkautschuk
2 cxs-1,3-Polyxsopren
cis-1,4-Polybutadien
4 Mittleres Vinylpolybutadxen Resorcinharz
Stearinsäure
Antioxidationsmittel Aromatisches Verarbeitungsöl Paraffinwachs
Ruß, ISAF
Verzögerer
Beschleuniger
Zinkoxid
Schwefel
Aufrundung auf das nächste Zehntel
Weist einen cis-1,4-Gehalt von ungefähr 98 % auf, erhältlich
als Natsyn 200 von der Goodyear Tire & Rubber Company
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Vergleich | Versuch |
35,0 | 70,0 |
35,0 | |
37,5 | |
41,3 | |
0,8 | 0,8 |
2,5 | 2,5 |
2,6 | 2,6 |
6,5 | 3,0 |
0,7 | 0,7 |
55,0 | 55,0 |
0,6 | 0,6 |
0,5 | 0,5 |
0,9 | 0,9 |
5,0 | 5,0 |
1,6 | 2,1 |
Enthält 7^5 Teile eines typischen aromatischen Kautschukverstreckungsöls,
das ungefähr 70 % aromatische Bestandteile enthält. Es zeichnet sich durch einen
96 %igen cis-1,4-Gehalt aus
Enthält 11,3 Teile eines typischen aromatischen Kautschukverstreckungsverarbeitungsöls,
das ungefähr 70 % aromatische Bestandteile enthält. Das Polymere enthält ungefähr 45 % 1,2- oder Vinyl, 26 % cis-1,4 und 31 %
trans-1,4 und ist als Intolene-50 von der International
Synthetic Rubber Limited erhältlich
Es werden verschiedene Tests unter Einsatz von Proben durchgeführt,
die gemäß Beispiel 1 erhalten worden sind. Die Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle II hervor. Diese
Tabelle zeigt besonders die drastische Wirkung einer erhöhten Wärmestandfestigkeit der Mischung aus Naturkautschukpolyisopren
und mittlerem Viny!polybutadien beim Einsatz einer extra
Schwefelmenge im Vergleich zu der Polyisopren/Polybutadien-Mischung.
Diese Wirkung geht besonders aus den Werten des Prozentsatzes des Rückpralls, der inneren Reibung, der elastischen
Formänderungsarbeit, des Temperaturanstiegs (ASTM D-623) sowie der Platzzeit (ASTM D-623) hervor.
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29Ü4Ü06
Test
Vergleich Versuch
300 % ftbdul (MN/m2) - (ASTM # D-412)
Zugfestigkeit (MN/m2 )- (ASTM # D-412)
Dehnung (%) (ÄSTM # D-412) Rückprall (%) (ASTM # D-1054)
Durchbiegung (mn) (ASTM # D-1054)
-I
Dynamischer Modul (Ε-Wert) (kg/cm2)
Innere Reibung (N-Wert) (Kilopoise) Elastische Formänderungsarbeit
(R-Wert) (%)
Härte (Shore A) (ASTM # D-2240) Bleibende Verformung (%) (ASTM # D-623) Temperaturanstieg
Härte (Shore A) (ASTM # D-2240) Bleibende Verformung (%) (ASTM # D-623) Temperaturanstieg
(°F/15 Minuten) (ASTM # D-623) Platztest (Zeit bis
zum Versagen) (min) (ASTM # D-623) Maximale Temperatur
beim Versagen beim
Platztest (ASTM # D-623)
zum Versagen) (min) (ASTM # D-623) Maximale Temperatur
beim Versagen beim
Platztest (ASTM # D-623)
9,8
22,0
530
79,4
22,0
530
79,4
6,7
87,1
28,0
87,1
28,0
46,1
64
1,3
64
1,3
53
344
9,5 22,8 570 81,2
6,7 89,1 21,1
56,1 65 1,0
45 12,5
326
Test wird in "Rubber and Vibration von S.D. Gehman, Rubber Chem. & Tech., Band 15 (1942) Seiten 860 bis
873 beschrieben
Ein pneumatischer Kautschukflugzeugreifen (Typ und Größe
B24 χ 9,5 - 10,5) wird mit einer Lauffläche aus der Kautschukmischung, die gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist,
und zwar mit einer Mischung aus cis-1,4-Polyisoprennaturkautschuk
und mittlerem Vinylpolybutadien, hergestellt. Der Flugzeugreifen wird im Freien und im Labor getestet,
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wobei zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden.
Der dynamische Labortest sieht 50 simulierte Flugzeugstarts,
100 simulierte Flugzeuglandungen und 3 10500 m Rollversuche unter Belastung vor. Zur Simulierung der Starts wird der
Reifen von 0 auf 320 km/h in 48,5 Sekunden beschleunigt, wobei
die einwirkende Last während dieser Zeitspanne von 990 bis 4620 kg schwankt. Der Reifenaufblasdruck beträgt 72 kg.
Bei dem simulierten Landungstest erfährt der Reifen eine Geschwindigkeitsänderung von 145 auf 0 km/h.
Die Polymermischungslauffläche kann integral mit verschiedenen Reifenkarkassensubstratkautschukmassen verbunden werden. Typische
derartige Kautschukmassen bestehen beispielsweise aus Butadien/Styrol-Copolymerkautschuk, cis-1,4-Polyisopren (Natur-
oder Synthesekautschuk) sowie 1,4-Polybutadien. Gegebenenfalls
kann eine derartige Mischung insbesondere dort, wo sich die Lauffläche an der Stelle der Seitenwand des Reifens befindet,
Butylkautschuk, Halogenbutylkautschuk, wie Chlorbutyl-oder
Brombutylkautschük, oder einen Terpolymerkautschuk aus Äthylen, Propylen und einem konjugierten Dien enthalten
oder aus einem derartigen Material bestehen.
Die Lauffläche kann in typischer Weise beim Aufbauen .des
grünen Reifens aufgebracht werden. Dabei wird die ausgeformte Lauffläche auf die Karkasse aufgebracht, worauf der
grüne Reifen geformt und vulkanisiert wird.
Wahlweise kann die Lauffläche auf eine vulkanisierte Reifenkarkasse
im Rahmen einer Runderneuerung aufgebracht werden, wobei in diesem Falle die vorherige Lauffläche weggeschliffen
worden ist.
Im Falle der Reifenlaufflächen dieses Beispiels bestand die
mittlere Vinylpolybutadienkomponente aus dem Typ, dessen Herstellung zuvor beschrieben worden ist. Bei der Herstellung
ist es vorzuziehen, die Umsetzung bei einer Temperatur zwi-
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sehen ungefähr 30 und ungefähr 1500C unter der Voraussetzung
durchzuführen, daß die tatsächliche Reaktion selbst innerhalb eines relativ engeren Temperaturbereiches
von + 15°C und insbesondere + 100C abläuft.
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. Ak.
e e r s e
it
Claims (1)
- a· OEüEEL · SCKÖN · EEETELFAT Jc. M TA H Wi LX EDR. WOLFGAN(S MÜU-ER-BOr£ (.PATENTANWALT VON 19ZT - Τ375Ϊ DR. PAUU DEUFEU DIPL.-CHEM-DR. ALFRED SCHÖN,. DIPX...-CREM, WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.S/G 17-303The Goodyear Tire & Rubber Company, Akron, Ohio 44316 r USAPneumatischer KautschukreifenPatentansprüchePneumatischer Kautschukreifen mit einer im allgemeinen toroidal geformten Karkasse mit einer äußeren r sich um den Umfang herum erstreckenden den Grund kontaktierenden Baufläche, in einem Abstand vorgesehenen Wülsten sowie Seitenwänden., die sich radial van der Lauffläche zu den Wülsten erstrecken und diese verbinden,, dadurch gekennzeichnet,, daß die Lauffläche (2) aus einer gehärteten Elastomermasse aus, bezogen auf 100 Gew.-Teile Kautschuk, (A) ungefähr 50 bis ungefähr 80 Gew~- Teilen cis-1,4-Palyisaprenkautschuk und entsprechend (B) ungefähr 50 bis ungefähr 20 Gew.-Teilen eines mittleren90983 5/0564Q KÜrSiOHES SB · SEEBHKTSiH. i · POSTPAGiI 860720 · KABEL·: 1ΙΤΓΕΒΟΡΑΤ · SEL (0S9) 47«JOS · TBI1BJn 5-S42S5Vinylpolybutadienkautschuks mit ungefähr 30 bis ungefähr 55 Gew.-% Vinyigehalt (Ί: „2-Gehalti■ , ungefähr· TQ bis ungefähr 40 Gew.—% eis—Tr4-Gehalt und entsprechend 15 bis ungefähr 55 Gew..-% trans—1 jr4-G'ehalt besteht, wobei die Elastamermasse iriit einem Schweffelgehalt zwischen* ungefähr ZO' und ungefähr 5Q Gew.r—% über der Menge vulkanisiert worden ist,, düe erforderlich istr um die Zeitspanne bis zum Versagen der vulkanisierten Kautschukmasse gemäß dem Platztest ASTM Et—623; zu maximieren, wobei zur Durchführung des Tests das mittlere Vinyl— polybutadien durch einen FoLybutadienkautschuk mit hohem eis—11 4-Gehalt ersetzt worden ist«2« Reifen nach Anspruch. XK dadurch gekennzeichnet,, daE das mittlere \Tiny2po:Xybutadüen dent Typ eatspi£Äff der durch Polymerisation von T173—Butadien, in einem; organischen Lösungsmittel mit einer Organolithiumver&5±rtdnng als Katalysator unter Zugabe wenigstens; eines jJoxLaren Mbdifizie— rungsmittels zur Erhöhung und! Steigerung des Vinylgehaltes hergestellt worden ist„3„ Reifen nach Anspruch \K dadurch, gelcennzeichnet^ daß; der cis-Ti^-Palyisaprenkautsuhuik und der eis— T:,,^-Polybutadienkautschuk einen cis-Gehalt von ungefähr 96" bxs1 ungefähr 99 Gew,—% ihrer StrüEfetur aufweisen.«4, Reifen nach Anspruch T, dadurch gekennz:eichnetr daß die Lauffläche (Z) ausr bezogen auf IQCE Gew.-Teile Kautschuk, (A) ungefähr 55 bis ungefähr 75 Gew,-Teilen, eis-1 r4-Eolyisoprenkautschuk; und entsprechend (B) ungefähr 45 bis ungefähr Z5 Gew.-Teilen eines mittleren Vinylpolybutadienkautschuks mit ungefähr 35 bis ungefähr 45 Gew.-% Vinylgehalt, ungefähr 10 bis ungefähr 40 Gew.-% eis-1 r 4-Gehalt und entsprechend. 15 bis ungefähr 55 Gew.-% trans-1r4-Gehalt besteht und eine ML-4 (TOO0C) zwischen ungefähr 40 und ungefähr 120 besitzt, wobei die90983 5/0 5 64Elastomermasse mit ungefähr 25 bis ungefähr 40 Gew.~% mehr Schwefel vulkanisiert worden ist als für eine optimale Vulkanisation der Kautschukmischung verwendet worden wäre, wenn ein Polybutadien mit hohem cis-1,4-Gehalt anstelle des mittleren Vinylpolybutadiens eingesetzt worden wäre, wobei die optimale Vulkanisation auf der maximalen Seit bis zum Versagen gemäß dem Platztest ASTM D-623 basiert.5. Reifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Vinylpolybutadien eine ML-4 (1000C) zwischen ungefähr 40 und ungefähr 120 besitzt und durch Polymerisation bei einer Temperatur zwischen ungefähr 30 und ungefähr 1500C, wobei die tatsächliche Polymerisationstemperatur in einem Bereich von ungefähr jh 15° C gehalten wird, hergestellt worden ist, und wobei die Elastomermischung mit ungefähr 25 bis ungefähr 50 Gew.—% mehr Schwefel als seine optimale Vulkanisation der Kautschukmischung für den Fall erforderlich vulkanisiert worden ist, daß ein Polybutadien mit hohem cis-1,4-Gehalt anstelle des mittleren Vinylpolybutadiens verwendet wird, wobei die Basis die maximale Zeit bis zu einem Versagen gemäß ASTM D-623 ist.909835/0564
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