DE3031742C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kautschuk-Zusammen­ setzungen für Reifen durch Einfügung von 100 Gewichtsteilen der Gesamtmenge an Kautschukbestandteilen bestehend aus

• (1) mindestens einem Teil halogeniertem Butylkautschuk,
• (2) mindestens einem Teil natürlichem und Polyisopren-Kautschuk und
• (3) einem Polybutadien-Kautschuk

mit 40 bis 70 Gewichtsteilen Ruß und mit einem Vulkanisationsbeschleuniger, Schwefel und anderen Zusätzen und anschließendem mechanischemn Vermischen des erhaltenen Gemisches zur Gewinnung einer Kautschuk-Zusammensetzung.

Um Reifen mit geringem Rollwiderstand zu erhalten, muß der Kautschukteil der Lauffläche der Reifen derart ge­ staltet sein, daß ein Energieverlust, welcher durch die Belastung erzeugt wird, welche auf den mit der Straßen­ oberfläche in Berührung stehenden Reifen während der Bewegung der Reifen und auch durch wiederholte Deformation aufgrund der Umdrehungen der Reifen ausgeübt wird, gering gehalten wird. In Tests von Kautschukmaterialien sind dyna­ mische Verlusteigenschaften, wie beispielsweise die Elasti­ zität, ein Hinweis auf den Rollenwiderstand. Es ist zusätzlich notwendig, die Elastizität bei einer Temperatur von etwa 70°C zu bewerten unter Berücksichtigung der wirklichen Fahrbedingungen eines Autos.

Um den Rutschwiderstand der Reifen bei Nässe, d. h. die Bremswirkung auf einer nassen Straße zu verbessern, was aus Sicherheitsgründen von großer Bedeutung ist, sollte der Kautschukteil der Lauffläche der Teile so ausgestaltet sein, daß ein Energieverlust, wie beispielsweise Reibungs­ wiederstand, welcher durch Deformation der Lauffläche der Reifen im Zusammenhang mit Unebenheiten der Straßenober­ fläche auftritt, wenn die Reifen unter Bremsung sich auf der Straße bewegen, groß ist.

Zusätzlich zum Rollenwiderstand und den Naßbremsungseigen­ schaften der Reifen ist deren Verschleißfestigkeit aus wirtschaftlichen Gründen eine wichtige Eigenschaft. Es wurden Versuche zur Entwicklung einer Kautschuk-Zusammensetzung zur Verwendung bei der Herstellung von Reifen-Laufflächen mit einem ausgewogenen Verhältnis von Rollenwiderstand und Naßbremsungsverhalten durchge­ führt. Gleichzeitig sollte keine nennenswerte Verringerung der Ver­ schleißfestigkeit auftreten.

Unter anderem wurden ausführliche Untersuchungen bezüglich der kombinierten Verwendung von Naturkautschuk, einem synthetischen Dien-Kautschuk und einem halogenhaltigen Polyisobutylen-Isoprenkautschuk (nach­ stehend als halogenierter Butylkautschuk bezeichnet) vorgenommen. Diese Arbeiten sind veröffentlicht in "Improvement of Tire Traction With Chlorobutyl Rubber" in der Zeitschrift "Tire Science And Technology", 1 (2), Mai 1973, Seiten 190 bis 201. Dabei wurde gefunden, daß eine Mischung mit den in einem speziellen Mischverhältnis vorliegenden Haupt-Kautschukbestandteilen (1) einem halogenierten Butylkautschuk, (2) natürlichem Kaut­ schuk oder Polyisopren-Kautschuk mit mindestens 90% cis-1,4- Bindungseinheiten und (3) einem Polybutadien-Kautschuk mit weniger als 20% an 1,2-Bindungseinheiten zu den gewünschten Reifen-Laufflächen führt, welche die genannten Eigenschaften, wie geringer Rollenwiderstand und gute Naßbremsungs-Eigenschaften und eine annehmbare Verschleißfestigkeit aufweisen (siehe japanische Patentanmeldung 42 011/79).

Die US-PS 38 30 247 beschreibt eine Elastomermischung für Reifen aus 20 bis 60 Gew.-% cis-1,4-Polyisopren, 20 bis 35 Gew.-% Ethylen, Propylen, unkonjugiertem Dienterpolymer, 20 bis 45 Gew.-% Brombutylkautschuk und 20 bis 30 Gew.-% Polybutadienkautschuk mit einem cis-1,4-Gehalt von wenigstens 95%, einem Gelgehalt von weniger als 3 Gew.-%, einem zahlendurchschnittlichen Molekulargewicht im Bereich von 80 000 bis 300 000 und einem Heterogenitäts­ index von 3,5 bis 4,2, worin die mit Schwefel gehärtete Elastomermischung einen 300% Modul im Bereich von 3 bis 4 MN/m² besitzt.

Die JA-OS 112 445/75 und "Rubber Chemistry and Technology", Vol. 47, S. 48 bis 56 beschreiben zweistufige Verfahren zur Herstellung von Kautschuk- Zusammensetzungen.

Es besteht jedoch weiterhin ein Bedürfnis nach Kautschuk-Zusammensetzungen, aus denen Reifen-Laufflächen mit verbesserter Elastizität hergestellt werden können. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Kautschuk- Zusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, welche nach ihrer Aushärtung Reifen-Laufflächen ergeben, die sowohl einen geringen Rollwiderstand, als auch gute Naßbremsungseigenschaften aufweisen ohne nennens­ werte Abnahme der Verschleißfestigkeit. Diese drei Eigen­ schaften sollten in einem gut ausgewogenen Verhältnis vor­ handen sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art ge­ löst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die 40 bis 70 Gewichtsteile der Kautschukbestandteile mindestens 50 Gew.-% der Gesamtmenge an halogeniertem Butylkautschuk (1) und Polybutadien-Kautschuk (3) enthalten und mit min­ destens 90 Gew.-% der Gesamtmenge in einem ersten Ver­ mischungsschritt mechanisch vermischt werden und anschließ­ end das erhaltene Gemisch mit dem Rest der Kautschuk-Be­ standteile und Ruß in einem zweiten Vermischungsschritt mechanisch vermischt wird und die gewünschte Kautschuk- Zusammensetzung ergibt.

Es wurde überraschend gefunden, daß dieses spezielle Misch­ verfahren in zwei Schritten zur Schaffung von Kautschuk- Zusammensetzungen für Reifen-Laufflächen führt, welche nach Aushärtung Reifen-Laufflächen liefern, die eine verbesserte Elastizität aufweisen und auch eine gleiche oder überlegene Rutschfestigkeit besitzen im Verhältnis zu einer Kautschuk-Zusammensetzung, welche mit den gleichen vor­ stehend genannten Bestandteilen hergestellt wurde durch ein herkömmliches Mischverfahren (im weiteren als einstufiges Mischverfahren bezeichnet).

Die Menge der im ersten Vermischungsschritt des Verfahrens eingesetzten Kautschukbestandteile ist auf mindestens 50 Gew.-% der Gesamt­ menge an halogeniertem Butylkautschuk (1) und an Polybuta­ dien-Kautschuk (3) begrenzt, um den erhaltenen Reifen-Laufflächen eine Abnahme der Verschleißfestigkeit zu verhindern, obwohl diese Laufflächen eine hohe Elastizität aufweisen im Vergleich mit denjenigen, welche nach dem her­ kömmlichen einstufigen Mischverfahren erhalten worden sind.

Der Grund dafür, warum 40 bis 70 Gewichtsteile der Kautschukbestandteile mit mindestens 90 Gew.-% der gesamten Menge an Ruß im ersten Vermischungs­ schritt des erfingungsgemäßen Verfahrens vermischt werden, wird nach­ folgend erläutert.

Wenn weniger als 40 Gewichtsteile der Kautschukbestandteile mit dem Ruß dieser Menge eingebracht werden und anschließend in einem bekannten Mischer oder in einer Walzmühle vermischt werden, ist es schwierig, eine homogen gemischte Masse zu erhalten. Außerdem besteht eine Neigung zu großer Hitzeentwicklung während der mechanischen Vermischung, und der Ruß wird nicht einheitlich dispergiert in den Kautschukbestandteilen. Dadurch werden Reifen-Lauf­ flächen geschaffen, welche eine unzureichende Ver­ schleißfestigkeit aufweisen. Wenn andererseits mehr als 70 Gewichtsteile der Kautschukbestandteile im ersten Vermischungs­ schritt eingesetzt werden, ergibt sich eine zu geringe Kon­ zentration des Rußes in den Kautschukbestandteilen. Dadurch kommen die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichten Vorteile nicht hinreichend zur Wirkung, und die erhaltenen Reifen- Laufflächen zeigen eine wenig verbesserte Elastizität. Wenn die Kautschukbestandteile und der Ruß in dem ersten Vermisch­ ungsschritt mechanisch vermischt werden, können gegebenenfalls bis zu 30 Gewichtsteile eines Verarbeitungsöls zugesetzt wer­ den, um den Vermischungsvorgang zu erleichtern. Wenn jedoch eine größere Menge des Verarbeitungsöls eingesetzt wird, werden die erfindungsgemäßen Vorteile nicht erzielt.

Der halogenierte Butylkautschuk (1) umfaßt vorzugsweise einen chlorierten Butylkautschuk (Chlor­ gehalt 1,0 bis 1,5 Gew.-%), einen bromierten Butylkautschuk (Bromgehalt 1,8 bis 2 Gew.-%) oder ein Gemisch beider Kaut­ schukarten. Der verwendete Polyisopren-Kautschuk (2) ent­ hält mindestens 90% an cis-1,4-Bindungseinheiten. Der einge­ setzte Polybutadien-Kautschuk (3) enthält bis zu 20% an 1,2-Bindungseinheiten.

Die bevorzugten quantitativen Mengen, in welchen die Kaut­ schukbestandteile (1), (2) und (3) verwendet werden, sind so ausgewählt, daß die erhaltenen Reifen-Laufflächen einen stark verbesserten Rollwiderstand aufweisen neben einem zu­ friedenstellenden Rutschwiderstand bei Nässe, ohne daß eine nennenswerte Verminderung der Verschleißfähigkeit eintritt, wie in der japanischen Patentanmeldung, 42 011/79 veröffent­ licht wurde. Vorzugsweise wird der halogenierte Butylkaut­ schuk (1) in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteilen einge­ setzt, der Naturkautschuk oder Polyisopren-Kautschuk (2) in einer Gewichtsmenge von bis zu 95 Teilen und der Poly­ butadien-Kautschuk (3) in einer Menge, die mindestens 50 Ge­ wichtsteile weniger beträgt als die 10fache Menge an halo­ geniertem Butylkautschuk (1) und höchstens 20 Gewichtsteile weniger beträgt als die Menge an halogeniertem Butylkaut­ schuk (1). Diese bevorzugten Bereiche sind in Fig. 1 darge­ stellt. Unter der Voraussetzung, daß die Gewichtsbereiche der Kautschuksorten (1), (2) und (3) durch die Symbole z, x und y dargestellt werden, können die Beziehungen zwischen diesen Symbolen durch die folgenden Formeln angegeben werden:

95 ≧ x < 0 (1)

30 ≧ z 5 (2)

y ≦ 10z - 50 (3)

y ≧ z - 20 (4)

x + y + z = 100 (5)

Die verwendeten Gewichtsbereiche, welche aus den vorstehend genannten Formeln (1) bis (5) berechnet werden, sind be­ züglich der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Kaut­ schukbestandteile bevorzugt.

Die halogenierten Butylkautschuke (1) werden vorzugsweise in Gewichtsmengen von 5 bis 30 Teilen (Formel 2) einge­ setzt. Formel (3) gibt den entscheidenden Wert für den Rutschwiderstand bei Nässe an. Wenn die Menge an einge­ setztem Polybutadien-Kautschuk (3) die entscheidende Linie überschreitet, führt dies zur Herstellung von Reifen-Lauf­ flächen mit unzureichendem Rutschwiderstand bei Nässe, wenn­ gleich diese eine verbesserte Verschleißfestigkeit auf­ weisen. Je größer die Menge an eingesetztem halogeniertem Butylkautschuk ist, um so geringer ist die Elastizität und Verschleißfestigkeit der erhaltenen Reifen-Laufflächen. Die Verwendung von halogeniertem Butylkautschuk (1) in einer Gewichtsmenge von mehr als 30 Teilen führt zu keiner deut­ lichen Steigerung des Rutschwiderstandes bei Nässe in den erhaltenen Reifen-Laufflächen unter Berücksichtigung der Steigerung der Kautschukmenge (1), während dadurch die Ver­ schleißfestigkeit und die Elastizität herabgesetzt werden. Somit ist die Verwendung von zuviel Kautschuk (1) ungeeignet für den Zweck der Verminderung des Rollwiderstandes in den erhaltenen Reifen-Laufflächen.

Der Naturkautschuk, der Polyisopren-Kautschuk mit mindestens 90% cis-1,4-Bindungseinheiten oder ein Gemisch dieser beiden erfindungsgemäß verwendeten Kautschukarten (2) wird vorzugs­ weise in einer Gewichtsmenge von bis zu 95 Teilen der ge­ samten Kautschukzusätze (1) bis (3) eingesetzt. Unter diesen Bedingungen sind ledig­ lich die beiden Formeln (2) und (3) erfüllt, und die Elastizi­ tät der erhaltenen Reifen-Laufflächen hängt hauptsächlich von der Menge des eingesetzten Kautschuks (2) ab, d. h. daß die Elastizität der erhaltenen Reifen-Laufflächen mit der Menge des eingesetzten Kautschuks (2) verbessert wird. Der Einsatz des Kautschuks (2) in einer Gewichtsmenge von mehr als 95 Teilen führt zu dem nachteiligen Ergebnis einer Abnahme des Rutschwiderstandes bei Nässe in den erhaltenen Reifen-Lauf­ flächen.

Die Menge des eingesetzten Polybutadien-Kautschuks (3) variiert in Abhängigkeit von der Menge des eingesetzten halo­ genierten Butylkautschuks (1) und wird durch den in den Formeln (3) und (4) angegebenen Bereich beschrieben. Insbesondere in dem durch Formel (4) angegebenen Bereich wird eine deutliche Ab­ nahme der Verschleißfestigkeit in den erhaltenen Reifen-Lauf­ flächen verhindert, wenn der halogenierte Butylkautschuk (1) in einer Menge eingesetzt wird, die im höheren Teil des an­ gegebenen Bereiches liegt.

Der erfindungsgemäß verwendete Ruß soll vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von bis zu 40 µm aufweisen. Die Verwendung von Ruß mit einer größeren mittleren Teilchengröße ist nachteilig, da sie zu einer Abnahme der Verschleißfestig­ keit in den erhaltenen Reifen-Laufflächen führt. Weiterhin sollte die vorzugsweise eingesetzte Menge an Ruß im ersten Vermischungsschritt in Gewichtsverhältnissen von 0,7 bis 1,3 auf der Basis der gesamten Menge der im ersten Vermischungsschritt eingesetzten Kautschukbestandteile erfolgen. Die Verwendung von Ruß in Verhältnissen oberhalb von 1,3 erschwert das mechanische Vermischen des Rußes mit den Kautschukbe­ standteilen in einem herkömmlichen Mischer. Der Einsatz von Ruß im Verhältnis unterhalb von 0,7 führt zu geringen Ruß­ konzentrationen in den Kautschukbestandteilen, wodurch die Elastizität unzureichend verbessert wird.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Menge an Ruß beträgt 40 bis 70 Gewichts­ teile. Wenn die gesamte Menge des Rußes in dem ersten Vermischungsschritt eingesetzt wird, wird die maximale Elastizitätsverbesserung erzielt. Jedoch können alternativ dazu 10% der Gesamtmenge an Ruß mit dem Rest der Kautschukbestandteile in dem zweiten Vermischungsschritt eingesetzt werden. Wenn andererseits weniger als 90% der Ge­ samtmenge an Ruß im ersten Vermischungsschritt eingesetzt werden, wird die Elastizität in den erhaltenen Reifen-Laufflächen nicht hinreichend verbessert (Vergleichsbeispiel 8).

Im ersten erfindungsgemäßen Vermischungsschritt werden die Kautschukbestandteile mechanisch mit dem Ruß vermischt. Dadurch wird eine hochkonzentrierte Dispersion des Rußes in den Kautschukbestandteilen erreicht. Um eine derartige Dispersion zu erhalten, kann der Ruß insgesamt in einem Schritt den Kautschuk­ bestandteilen zugesetzt werden und mit diesen in einem geschlos­ senen Mischer oder einer offenen Rolle vermischt werden. Der Ruß kann jedoch auch in verschiedenen Teilen zugesetzt werden, um so schrittweise die Konzentration des Rußes in den Kaut­ schukbestandteilen zu erhöhen. Wenn die Dispersion des Rußes die gewünschte hohe Konzentration in dem Mischer erreicht hat, kann eine kontinuierliche Zuführung und mechanische Vermischung mit den verbleibenden Kautschukbestandteilen und dem Ruß in einer zweiten Stufe erfolgen.

Es ist jedoch unzweckmäßig, eine Ruß-Grundmischung ohne mechanische Vermischung herzustellen, wie beispielsweise eine Naßruß-Grund­ mischung und diese mit den verbleibenden Kautschukbestand­ teilen in einem zweiten Vermischungsschritt zusammenzubringen. In den Fällen, in denen eine Naßruß-Grundmischung verwendet werden muß, ist es ebenso erforderlich, daß diese Charge einem mechanischen Vermischen unterworfen wird und anschließend mit den verbleibenden Bestandteilen in einem zweiten Vermischungs­ schritt zusammengegeben wird.

Das gegebenenfalls im erfindungsgemäßen Verfahren einge­ setzte Verfahrensöl, kann in Gewichtsmengen von bis zu 30 Teilen, vorzugsweise bis zu 20 Teilen, eingesetzt werden. Es ist grundsätzlich empfehlenswert, kein Verfahrensöl zu­ zusetzen, um die Elastizität der erhaltenen Reifen-Lauf­ flächen zu erhöhen. Um jedoch Probleme, wie eine große Hitzeerzeugung, im ersten Vermischungsschritt zu vermeiden, können bis zu 30 vorzugsweise bis zu 20 Ge­ wichtsteile eines Verfahrensöls direkt zugesetzt werden oder in Form von dem Kautschuk zugesetztem Öl. Die erfindungs­ gemäß erhaltenen Kautschuk-Zusammensetzungen können mit den in der Kautschukindustrie weitgehend gebräuchlichen Zusätzen, wie beispielsweise Zinkoxid, einem Vulkanisations­ beschleuniger, einem Aktivator, einem Verfahrensöl und einem Alterungsschutzmittel versetzt werden.

Die im erfindungsgemäßen zweistufigen Vermischungsverfahren hergestellten Kautschuk-Zusammensetzungen können nach her­ kömmlichen Methoden verformt und ausgehärtet werden, um aus ihnen Reifen-Laufflächen herzustellen.

Die nachfolgenden Beispiele, Referenzbei­ spiele und Vergleichsbeispiele erläutern die Erfindung.

Beispiele 1 bis 22, Referenzbeispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8

Verschiedene Kautschuk-Zusammensetzungen für Reifen-Lauf­ flächen wurden aus Kautschukbestandteilen und Zusatzstoffen durch Vermischung in einem Banbury-Mischer geringen Volumens (Volumen 1,7 l), wie in Tabellen 1 und 2 dargestellt, herge­ stellt. Die so erfindungsgemäß hergestellten Zusammensetzungen (Beispiele) wurden mit herkömmlichen Zusammensetzungen (Referenzbeispiele und Vergleichsbeispiele) verglichen.

Im ersten Vermischungsschritt betrug die Anfangstemperatur der Seiten­ wand des Mischers 60°C, der Rotor wurde mit 40 Upmin betrieben, und die Ummantelung des Mischers wurde bei einer Temperatur von 110 bis 120°C gehalten. Im ersten Schritt wurde ein Teil der Kautschukbestandteile in den Ban­ bury-Mischer eingegeben, wo sie 30 s miteinander ver­ mischt wurden, worauf Ruß und andere Zusatzstoffe dem Mischer zugesetzt wurden und mit den anderen Bestandteilen vermischt wurden, um die erste vermischte Masse zu erhalten. In dem zweiten Vermischungsschritt wurde die so erhaltene erste Ver­ mischungsmasse um eine auf 60°C aufgeheizte 20,3 cm-Walze auf­ getragen, mit dem Rest der Kautschukbestandteile 10 min vermischt und weitere 10 min auf der Walze mit dem Vulkani­ sationsbeschleuniger und Schwefel vermischt, wodurch Kaut­ schuk-Zusammensetzungen in Form von etwa 3 mm starken Platten erhalten wurden. Die so erhaltenen plattenförmigen Kautschuk- Zusammensetzungen wurden mittels einer Presse bei 160°C 20 min vulkanisiert oder gehärtet und anschließend auf ihre Elastizität (Lüpke-Rückpralltest bei 70°C), Rutschwiderstand, Pico-Abriebverlust (Pico-Abriebtest nach Goodrich) und Zugfestigkeit (JIS K 6301) getestet.

In der Tabelle 1 sind Werte für Kautschuk-Zusammensetz­ ungen, welche aus den gleichen Bestandteilen wie in den Bei­ spielen der Gruppen A, B, C, D und E unter Verwendung eines einstufigen Vermischungsverfahrens hergestellt wurden, angegeben. Ebenso sind dort die Eigenschaften von Reifen-Laufflächen, welche aus diesen Kautschuk-Zusammensetzungen hergestellt wurden, (Re­ ferenzbeispiele) aufgeführt.

In Tabelle 2 sind Kautschuk-Zusammensetzungen aufgeführt, welche aus erfindungsgemäß einsetzbaren Bestandteilen in einem zweistufigen Vermischungsverfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden sind. Ebenfalls sind dort die Eigen­ schaften der Reifen-Laufflächen, die aus diesen Kautschuk- Zusammensetzungen hergestellt worden sind, aufgeführt.

Der Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß die Reifen-Laufflächen, welche in einem zweistufigen Vermischungsverfahren in den Bei­ spielen 1 bis 3 (Gruppe A) in Übereinstimmung mit Referenz­ beispiel 1 erhalten wurden, eine hohe Elastizität und ein Modul von 300% aufweisen und gleichzeitig eine geringe Härte besitzen im Verhältnis zu den Reifen-Laufflächen, welche durch das einstufige Vermischungsverfahren gemäß Referenzbei­ spiel 1 erhalten wurde. Der Rutschwiderstand bei Nässe wird nicht durch das Vermischungsverfahren beeinflußt, weder durch das einstufige noch durch das zweistufige Vermischungsver­ fahren. Bezüglich des erfindungsgemäßen zweistufigen Ver­ mischungsverfahrens hängt die Verschleißfestigkeit der er­ haltenen Reifen-Laufflächen von der Zusammensetzung der Kaut­ schukbestandteile, die im ersten Vermischungsschritt einge­ setzt werden, ab. Wenn mindestens 50 Gew.-% der Gesamtmenge an Chlorbutylkautschuk und Polybuta­ dien-Kautschuk im ersten Vermischungsschritt eingesetzt werden, zeigen die erhaltenen Reifen-Laufflächen verbesserte Verschleißfestigkeit gegenüber den Reifen-Laufflächen, welche aus Kautschuk-Zusammensetzungen nach dem herkömmlichen Ein­ stufenverfahren hergestellt wurden. Jedoch führt die Ver­ wendung von weniger als 50 Gew.-% eher zu normwidrigen Effekten.

Fig. 1 ist eine Dreiecksdarstellung der bevorzugten Mischungs­ verhältnisse, in denen die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Kautschukbestandteile eingesetzt werden. Fig. 3 ist eine Dreiecksdarstellung der Beziehung zwischen der Vermischungsart der Kautschukbestandteile der nach einem herkömmlichen einstufigen Vermischungsverfahren herge­ stellten Kautschuk-Zusammensetzungen und der Werte für die Elastizität, den Rutschwiderstand bei Nässe und der Ver­ schleißfestigkeit der gehärteten Produkte, welche aus den Kautschuk-Zusammensetzungen gewonnen wurden. Die Fig. 3-1, 3-2, 3-3 und 3-4 sind jeweils Teile der Dreiecksdar­ stellung, welche die Beziehungen zwischen der Zu­ sammensetzung der Kautschukbestandteile, die im ersten Schritt des zweistufigen erfindungsgemäßen Vermischungsverfahrens eingesetzt werden und der Elastizität, der Rutsch­ festigkeit bei Nässe und der Verschleißfestigkeit der ausge­ härteten Produkte, welche aus den Kautschuk-Zusammensetzungen gewonnen werden, angibt.

Die Fig. 4-1, 4-2, 4-3 und 4-4 sind jeweils Teile der Dreiecksdarstellung und zeigen die Beziehungen zwischen der Zusammensetzung der Kautschukbestandteile, welche in dem ersten Vermischungsschritt des zweistufigen Vermischungs­ verfahrens der Beispiele oder Vergleichsbeispiele einge­ setzt werden und zeigen ferner die Eigenschaften der ge­ härteten Produkte, welche aus den Kautschuk-Zusammensetzungen erhalten werden.

In den Figuren bedeuten die Bezeichnungen "CL-IIR", "NR", "BR", "HAL-IIR" und "IR" chlorierten Butylkautschuk, Naturkautschuk, Polybutadien-Kautschuk, halogenierten Butyl­ kautschuk und Polyisopren-Kautschuk. Die drei eingeklammerten Zahlenwerte in jeder Gruppe in den Fig. 3-1 bis 3-4 sind die Indizes für den Lüpke-Rückprall (Elastizität) bei 70°C, den Rutschwiderstand bei Nässe und die Verschleißfestigkeit (Pico-Abrieb). Die vier eingeklammerten Zahlenwerte in den Fig. 4-1 bis 4-4 bedeuten die maximale Zerreißfestigkeit (kPa), Reißdehnung (%), 300%-Modul (kPa) und JIS-Härte.

Die Fig. 3 und 4 zeigen graphisch die Zusammensetzungen der Kautschuk-Zusammensetzungen und die Eigenschaften der aus ihnen hergestellten Reifen-Laufflächen. Die Figuren zeigen, daß die Kautschuk-Zusammensetzungen in den Referenzbeispielen 2, 3, 4 und 5 bei Behandlung im zweistufigen Vermischungs­ verfahren dieselben Ergebnisse zeigen, wie diejenigen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Insbesondere haben bei mechanischer Vermischung der erfindungsgemäß verwendbaren Bestandteile in dem erfindungsgemäßen zweistufigen Vermischungs­ verfahren die erhaltenen Reifen-Laufflächen eine verbesserte Elastizität bei unverändertem Rutschwiderstand bei Nässe im Vergleich zu den Reifen-Laufflächen, welche aus den gleichen Bestandteilen nach dem herkömmlichen einstufigen Vermischungs­ verfahren hergestellt werden. Außerdem führt die Verwendung von mindestens 50 Gewichtsprozent der Gesamtmenge an halo­ geniertem Butylkautschuk und Polybutadien-Kautschuk im ersten Vermischungsschritt des zweistufigen Vermischungsverfahrens zur Herstellung von Reifen-Laufflächen mit verbesserter Ver­ schleißfestigkeit im Vergleich mit den Reifen-Laufflächen aus Kautschuk-Zusammensetzungen, die nach dem herkömmlichen ein­ stufigen Vermischungsverfahren hergestellt wurden. Die er­ haltenen vulkanisierten Kautschuke, beispielsweise Reifen- Laufflächen, welche nach dem zweistufigen Vermischungsver­ fahren hergestellt wurden, zeigen eine etwa geringe Härte und einen etwas hohen Wert für den 300%-Modul. Ihre Zer­ reißfestigkeit wird nicht wesentlich beeinflußt durch die Art des Vermischungsverfahrens, weder durch das einstufige noch durch das zweistufige Vermischungsverfahren. Jedoch tendiert ihre Zerreißdehnung zu niedrigen Werten.

Tabelle 1

Einstufiges Mischverfahren

Versuche

Stahlradialreifen der Größe 165 SR 13 wurden unter Verwen­ dung von Stahlbändern für den Gürtel, Polyesterbändern für die Karkasse und jeweils eine der Kautschuk-Zusammensetzungen gemäß den Referenzbeispielen 1 und 2, sowie den Beispielen 1 und 4 hergestellt. Mit den so hergestellten Stahlradial­ reifen wurden Vergleichsversuche unternommen, um die Überlegen­ heit der aus den erfindungsgemäß hergestellten Kautschuk-Zusammensetzungen herge­ stellten Reifen im Vergleich zu den herkömmlichen Reifen unter Beweis zu stellen. Die so hergestellten Reifen wurden bezüglich ihres Rollwiderstandes und des Naßbremsungs-Reibungskoeffizienten unter den folgenden Be­ dingungen getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 einge­ tragen.

Messung des Rollwiderstandes

Die Reifen wurden bezüglich ihres Rollwiderstandes auf einer Trommel von 1,707 mm Durchmesser mit einem Aufpumpdruck von 186,3 kPa und einer Belastung von 420 kg bei diesen Versuchen getestet.

Die Testreifen wurden einleitend 30 min mit einer Ge­ schwindigkeit von 100 kM/h bewegt und nachfolgend bezüglich ihres Rollwiderstandes dreimal jeweils bei Geschwindigkeiten von 40 km/h, 60 km/h, 80 km/h und 100 km/h getestet. Die drei bei jeder Geschwindigkeit erhaltenen Werte wurden gemittelt, um einen Durchschnittswert für die Geschwindigkeit zwischen 40 km/h und 100 km/h zu erhalten.

Messung des Naßbremsungs-Reibungskoeffizienten

Die Testreifen wurden dreimal bezüglich ihres Naßbremsungs- Reibungskoeffizienten auf einer Straße mit Asphalt-Oberfläche mittels eines Anhänger-Systems getestet (der Test wurde bei 40 km/h und 80 km/h durchgeführt). Die so bei jeder Geschwindig­ keit erhaltenen Werte wurden gemittelt.

Die gemäß Beispiel 1 und 4 hergestellten Reifen wiesen einen Rollwiderstand auf, der 8% geringer war als der Rollwiderstand der Reifen gemäß den Referenzbeispielen 1 und 2, jedoch wiesen die erstgenannten im wesentlichen die gleichen Naßbremsungs-Reibungskoeffizienten, wie die letzteren auf.

In den Beispielen wurde die Verschleißfestigkeit nicht durch einen Lauf der Reifen ermittelt, jedoch wurden Versuche zum Pico-Abrieb unternommen. Es ist bekannt, daß die Pico-Abrieb­ tests zur Voraussage der Verschleißfestigkeit von Reifen für Personenwagen dienen können. Somit können die Pico-Abriebtests für die Tests unter echtem Lauf der Reifen eingesetzt werden.

Tabelle 3

Rollwiderstand und Naßbremsungs-Reibungskoeffizient

Die unter Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kautschuk- Zusammensetzungen erhaltenen neuen Reifen-Laufflächen weisen eine stark verbesserte Elastizität auf, im Vergleich zu her­ kömmlichen Reifen-Laufflächen, während der Rutschwiderstand bei Nässe und die Verschleißfestigkeit auf dem gleichen Niveau bleiben, welches den herkömmlichen Reifen-Laufflächen entspricht oder höher liegt. Diese Vorzüge der neuen Reifen-Laufflächen sind insbesondere zurückzuführen auf den Zusatz von Ruß zu den Kautschuk-Bestandteilen in einem bestimmten Verhältnis und im ersten Schritt des zweistufigen Vermischungsverfahrens und auf die beschriebene kombinierte Verwendung der Kautschuk-Komponenten (1), (2) und (3).

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Kautschuk-Zusammen­ setzungen für Reifen durch Einfügung von 100 Gewichts­ teilen der Gesamtmenge an Kautschukbestandteilen be­ stehend aus

• (1) mindestens einem Teil halogeniertem Butyl­ kautschuk,
• (2) mindestens einem Teil natürlichem und Poly­ isopren-Kautschuk und
• (3) einem Polybutadien-Kautschuk

mit 40 bis 70 Gewichtsteilen Ruß und mit einem Vulkani­ sationsbeschleuniger, Schwefel und anderen Zusätzen und anschließendem mechanischem Vermischen des erhaltenen Gemisches zur Gewinnung einer Kautschuk-Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, daß die 40 bis 70 Gewichtsteile der Kautschukbestandteile mindestens 50 Gew.-% der Gesamtmenge an halogeniertem Butylkautschuk (1) und Polybutadien-Kautschuk (3) enthalten und mit min­ destens 90 Gew.-% der Gesamtmenge in einem ersten Ver­ mischungsschritt mechanisch vermischt werden und anschließend das erhaltene Gemisch mit dem Rest der Kautschuk-Be­ standteile und Ruß in einem zweiten Vermischungsschritt mechanisch vermischt wird und die gewünschte Kautschuk- Zusammensetzung ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im ersten Vermischungsschritt die Bestandteile mit Ruß in einem Gewichtsverhältnis von 1 zu 0,7 bis 1 zu 1,3 eingebracht und mechanisch vermischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die nach dem zweiten Vermischungs­ schritt erhaltenen Bestandteile

• (1) den halogenierten Butylkautschuk in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteilen,
• (2) mindestens einen Teil an natürlichem Kautschuk und Polyisopren-Kautschuk in einer Gewichtsmenge von bis zu 95 Teilen und
• (3) Polybutadien-Kautschuk in einer Menge, die mindestens 50 Gewichtsteile weniger beträgt als die 10fache Menge an halogeniertem Butylkautschuk und höchstens 20 Gewichtsteile weniger beträgt als die Menge an halogeniertem Butylkautschuk,

enthalten.