DE3703480C2

DE3703480C2 -

Info

Publication number: DE3703480C2
Application number: DE3703480A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kodaira Tokio/Tokyo Jp Mouri; Yasuyoshi Yamato Tokio/Tokyo Jp Kawaguchi; Michio Higashimurayama Tokio/Tokyo Jp Ishii; Seiichiro Hoya Tokio/Tokyo Jp Iwafune; Toshiro Musashimurayama Tokio/Tokyo Jp Iwata
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1987-02-05
Publication date: 1992-10-01
Also published as: DE3703480A1; US5147477A

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einem Unterbau und einem einen Kronenabschnitt des Unterbaus abdeckenden Laufstreifen, wobei der Laufstreifen eine geschäumte Schicht umfaßt.

Ein solcher Luftreifen weist nicht nur eine gute Kontrollierbarkeit, Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber Abtrieb, insbesondere im Sommer, sondern auch verbesserte Vortriebs- und Bremseigenschaften auf Schnee oder vereister Straßenoberfläche im Winter auf.

Um die Vortriebs- und Bremseigenschaften sowie die Kontrollierbarkeit (nachstehend als "Griffigkeit auf Schnee" bezeichnet) von Reifen auf Schnee oder vereister Straßenoberfläche zu verbessern, sind bisher mit Spikes ausgerüstete Reifen vorgeschlagen und in der Praxis benutzt worden. Jedoch haben Abrieb der Spikes auf den Reifen und Abrieb der Straßenoberflächen als Ergebnis des Zerkratzens durch die Spikes ernste gesellschaftliche Probleme, z. B. Staubverschmutzung, verursacht.

In der Zwischenzeit sind bei Reifen ohne Spikes verschiedene Versuche an der Gestaltung des Reifenprofils und dem Laufstreifenmaterial mit dem Ziel der Verbesserung der Reifengriffigkeit auf Schnee gemacht worden. Es war jedoch unmöglich, die Griffigkeit auf Schnee bis zum Standard des Spike-Reifens zu vergrößern. Tatsächlich ist die Verwendung eines Polymers mit niedrigem Glasübergangspunkt als Laufstreifenmaterial und eines Weichmachers mit niedrigem Schmelzpunkt als Zusatz zur Gummimischung zwecks Gewährleistung ausreichender Friktion zwischen dem Laufstreifen und der Straßenoberfläche bei niedrigen Temperaturen in Betracht gezogen worden. Jedoch verursacht dieses Verfahren eine Verschlechterung der Griffigkeit des Laufstreifens auf Schnee.

Die JP-Psen 40-4641 und Nr. 56-154304 sowie die US-PS 42 49 588 offenbaren Reifen, die geschäumten Gummi als Laufstreifenmaterial verwenden. Nach der JP-PS 40-4641 wird synthetischer Kautschuk, wie B. Styrolkautschuk mit hohem Styrolgehalt, der Art die zu einem beträchtlichem Hystereseverlust führt, für den Laufstreifen verwendet. Jedoch erhöht die Verwendung eines derartigen Gummibestandteils den Glasübergangspunkt des Laufstreifengummis und somit die Härte desselben bei einer niedrigeren Temperatur, wodurch die Griffigkeit des Laufstreifens auf Schnee beeinträchtigt wird.

Nach der US-PS 42 49 588 wird ein Gummi mit einer Kompressibilität im Bereich von ungefähr 0,70 N/cm² bis 552 N/cm² (1-800 psi) bei 50% Kompression und 25°C als Laufstreifenmaterial vewendet. Es wird jedoch allgemein behauptet, daß die gewünschten Lenkreaktionen des Laufstreifens nur dann erzielt werden, wenn der Laufstreifen wenigstens 276 N/cm² (400 psi) aufweist. Im Falle der Veröffentlichung JP-PS 56-154304 wird geschäumter Gummi mit beträchtlicher Härte anstelle festen Gummis zwecks Gewichtsverringerung des Reifens verwendet. Jedoch kann bekanntlich keine zufriedenstellende Griffigkeit auf Schnee mit einem derartig hart gemachten Laufstreifen erzielt werden.

Zusätzlich ist bisher zwecks Verbesserung der Griffigkeit auf Schnee ein Versuch gemacht worden, gewöhnliche Zusätze, wie B. Sand, Karborundkörner und Metallkörner, in die Gummimischung für den Laufstreifen einzumischen. Jedoch hat dieser Versuch eine Verschlechterung des Abriebwiderstandes des Laufstreifens verursacht.

Ferner ist zwecks Verbesserung der Bremseigenschaft des Laufstreifens auf vereister Straßenoberfläche ein Versuch gemacht worden, die Härte des Laufstreifengummis zu reduzieren. Das heißt, um dies zu erreichen, wurden eine Verringerung der Verstärkungsmittel, eine Reduzierung der Vulkanisationsdichte und eine Erhöhung der Weichmacher und des Öls vorgenommen. Jedoch werden, wie dem Fachmann bekannt ist, durch die Verringerung der Verstärkungsmittel eine Verschlechterung der Bremseigenschaft des Laufstreifens auf nasser Straßenoberfläche, durch die Reduzierung der Vulkanisationsdichte eine beträchtliche bleibende Verformung des Gummis und durch die Mengenzunahme der Weichmacher und des Öls eine große Änderung der Härte des Gummis während dessen Benutzung verursacht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Luftreifen zur Verfügung zu stellen, der keine der oben genannten Nachteile aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Luftreifen der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Laufstreifen aus einer Gummimischung hergestellt ist, welche wenigstens einen Gummibestandteil mit einem Glasübergangpunkt von nicht mehr als -60°C enthält, gewählt aus Naturkatuschuk, Polyisoprenkautschuk, Polybutadienkautschuk, Butylkautschuk und/oder Butadien/Styrol-Kautschuk, ein Ausdehnungsverhältnis von 5 bis 50% und geschlossene Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 5 bis 150 µm besitzt, nicht weniger als 20 geschlossene Zellen mit Durchmessern von 30 bis 200 µm/mm² aufweist und ein Volumen besitzt, das 10 bis 70% des Volumens des gesamten Laufstreifens (3) beträgt.

Der erfindungsgemäße Luftreifen gewährleistet nicht nur Griffigkeit auf Schnee, Abriebswiderstand, Kontrollierbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme, sondern auch Friktion zwischen dem Laufstreifen und vereister Straßenoberfläche.

Wenn als Laufstreifenmaterial ein Polymer mit niedrigem Glasübergangspunkt verwendet wird und ein geschlossenzelliges Gefüge im Laufstreifengummi enthalten ist, kann die Härte des Laufstreifens, d. h. des Verbundkörpers bestehend aus dem festen Teil des Gummis und dessen geschäumten Teil, ohne Verlust an Vulkanisationsdichte des Laufstreifengummis bis auf ein geeignetes Niveau reduziert werden. Weiterhin kann mit der Verwendung einer geringen Menge eines Weichmachers zusammen mit einem Schäumungsmittel der dynamische Elastizitätsmodul des hergestellten Laufstreifens ebenso wie dessen innerer Verlust gesteuert werden, so daß Änderungen der Härte des Laufstreifengummis, welche während des Einsatzes des Laufstreifens in der Praxis auftreten, reduziert werden können. Dies verursacht eine Vergrößerung der Friktion zwischen dem Laufstreifen und naß-vereister Straßenoberfläche, so daß die Brems-, die Vortriebs- und die Kurveneigenschaften des zugeordneten Reifens verbessert werden.

Die Erfindung berücksichtigt die vorgenannten Tatsachen und schafft einen Luftreifen, der einen verbesserten Laufstreifen aufweist, der auf dem Kronenabschnitt eines Teils des Reifenunterbaus angeordnet ist. Vorzugsweise weist der geschäumte Gummi einen dynamischen Elastizitätsmodul im Bereich von ungefähr 3 × 10² N/cm² bis 13 × 10² N/cm² auf. Wenn der dynamische Elastizitätsmodul geringer als 3 × 10² N/cm² ist, bestehen Schwierigkeiten, ausreichende Kontrollierbarkeit des Reifens im Sommer zu erhalten. Wenn der Modul größer als 13 × 10² N/cm² (13 × 10⁷ Dyn/cm²) ist, weist der Reifen eine beträchtlich reduzierte Griffigkeit auf Schnee auf.

Der Laufstreifen enthält eine Gummimischung aus einem Polymer, dessen Glasübergangspunkt nicht höher als -60°C ist. Naturkautschuk, Polyisoprenkautschuk, Polybutadienkautschuk, Butylkautschuk und Butadien/Styrol-Kautschuk als Material für den Laufstreifen in alleiniger oder gemischter Form verwendet. Die Verwendung eines derartigen Polymers oder derartiger Polymere verursacht eine ausreichende Elastizität des Laufstreifens, sogar unter Niedrigtemperaturbedingungen. Vorzugsweise enthält die Gummimischung des Laufstreifens wenigstens 20 Gew.% Cis-1-4- Polybutadienkautschuk. Die geschäumte Gummischicht weist ein Volumen auf, das 10% bis 70%, bevorzugt 40% bis 70% des Laufstreifenvolumens, ist. Wenn das Volumen der geschäumten Gummischicht kleiner als 10% des Laufstreifenvolumens ist, wird die Griffigkeit des Laufstreifens auf Schnee geringer.

Falls gewünscht, kann der gesamte Laufstreifen aus einem geschäumten Gummi (nämlich 100% geschäumter Gummi im Laufstreifen) hergestellt sein.

Üblicherweise wird das Ausdehnungsverhältnis (Vs) durch die folgende Gleichung dargestellt:

Vs = { (ρ₀ - ρg) / (ρ_l - ρ_g) - l × 100 (%) (1)

wobei:
ρ_l die Dichte (g/cm³) des geschäumten Gummis,
ρ₀ die Dichte (g/cm³) eines festen Anteils des geschäumten Gummis und
ρ_g die Dichte (g/cm³) eines im Schaum des geschäumten Gummis enthaltenen Gases ist.

Da der Wert von ρ_g im Vergleich mit dem Wert ρ_l vernachlässigbar klein ist, kann die obige Gleichung "(1)" durch die folgende Gleichung ersetzt werden:

Vs = (ρ₀/ρ_l - l) × 100 (%) (2)

In dem erfindungsgemäßen Luftreifen beträgt das Ausdehnungsverhältnis Vs ungefähr 5% bis 50%, vorzugsweise 5% bis 30%. Wenn das Ausdehnungsverhältnis (Vs) kleiner als 5% ist, wird die Flexibilität des geschäumten Gummis unter Niedrigtemperatur-Bedingungen in hohem Maße verschlechtert. Wenn das Ausdehnungsverhältnis 50% übersteigt, wird der Abriebswiderstand des Laufstreifens auf trockener Straßenoberfläche beträchtlich verringert.

Weiterhin kann der Laufstreifen, falls gewünscht, aus einer inneren Schicht festen Gummis und einer äußeren Schicht geschäumten Gummis bestehen. In diesem Fall weist die innere Schicht festen Gummis eine Härte auf, die nicht geringer als 50 Grad gemäß JIS-Spezifikation (Japanischer Industriestandard) ist und vorzugsweise 50 Grad bis 70 Grad beträgt.

Weiterhin kann, falls gewünscht, der geschäumte Gummi lediglich auf den mittleren Teil des Laufstreifens aufgelegt werden, wie dies in Fig. 8 zu erkennen ist. Ferner kann der geschäumte Gummi, wie in den Fig. 9, 10 und 11 dargestellt, partiell aufgelegt werden.

Der mittlere Durchmesser der geschlossenen Zellen im geschäumten Gummi beträgt 5 µm bis 150 µm, vorzugsweise 10 µm bis 100 µm. Wenn der mittlere Zellendurchmesser kleiner als 5 µm ist, wird die Griffigkeit auf Schnee ungenügend. Wenn der mittlere Zellendurchmesser 150 µm übersteigt, wird der Abriebswiderstand des Schaumgummi-Laufstreifens beträchtlich reduziert und dessen bleibende Verformung erhöht, so daß der Reifen bei Langzeitbenutzung auf vereister Straßenoberfläche zu beträchtlicher Verformung des Laufstreifens neigt, wodurch dessen Griffigkeit auf Schnee verschlechtert wird. Weiterhin neigt die Lauffläche bei einem mittleren Zellendurchmesser größer als 150 µm zum Ausreißen und der Laufstreifen weist schlechtere Verformbarkeit bei seiner Herstellung auf.

Erfindungsgemäß sind wenigstens 20 geschlossene Zellen mit Durchmessern von 30 µm bis 200 µm, vorzugsweise jedoch mehr als 30 Zellen, in 1 Quadratmillimeter enthalten. Wenn die Anzahl der Zellen pro 1 mm² kleiner als 20 ist, wird die Rauhigkeit der Laufstreifen- Oberfläche zu gering, um eine ausreichende Griffigkeit des Laufstreifens auf Schnee zu erzielen.

Der geschäumte Gummi für den Laufstreifen des Reifens wird mittels eines bekannten Verfahrens hergestellt, wobei eine Gummimischung mit einem hinzugefügten Treibmittel erhitzt und gepreßt wird. Als Treibmittel können Azodikarbonamid, Dinitrosopentamethylentetramin, Azobiisobutyronitril, Benzolsulfonylhydrazid und plastische Mikrokapseln einer Kohlenwasserstoffverbindung mit hohem Siedepunkt verwendet werden.

Vorzugsweise enthält der geschäumte Gummi 2-20 Gewichtsteile eines Niedrigtemperatur-Weichmachers pro 100 Gewichtsteilen des Gummibestandteils. Damit wird es möglich, den dynamischen Elastizitätsmodul des geschäumten Gummis und dessen inneren Verlust zu steuern. Auf diese Weise wird die Friktion des Laufstreifens zur vereisten Straßenoberfläche verbessert. Dioktyladipat (DOA), Dioctylphthalat (DOP), Dioctylsebacat (DOS), Diheptylphthalat (DHP), Diäthylphthalat (DEP), Dioctylabilat (DOZ), Dibutylmaleat (DBM), Tributylphosphat (TBP) und Trioctylphosphat (TOP) können als Niedrigtemperatur- Weichmacher verwendet werden, die einen Gefrierpunkt aufweisen, der nicht höher als -40°C ist.

Es ist weiterhin günstig, eine bestimmte Menge von kurzen Fasern in die geschäumte Gummimischung einzumischen. Tatsächlich werden beim Treiben des Treibmittels die kurzen Fasern in der Gummimischung gezwungen, sich in verschiedenen Richtungen zu zerstreuen. Diese Streuorientierung der kurzen Fasern verbessert die Leistung der Lauffläche des Reifens, wie nachstehend beschrieben ist.

Es hat sich gezeigt, daß durch Hinzufügen der kurzen Fasern der elastische Modul des Laufstreifens vergrößert und dadurch die Kontrollierbarkeit, d. h. ein Seitenkraftwiderstand des zugeordneten Reifens, verbessert wird. Ferner tendiert die Oberfläche des Laufstreifens aufgrund der Verwendung der kurzen Fasern und der geschlossenen Zellen zu einer geeigneten Rauhigkeit, so daß der Reibungskoeffizient der Laufstreifenoberfläche relativ zur nassen oder vereisten Straßenoberfläche vergrößert und dadurch die Griffigkeit des Reifens auf der Straße verbessert wird. Vorzugsweise weisen die in dem erfindungsgemäßen Luftreifen verwendeten kurzen Fasern eine mittlere Länge von 10 µm bis 500 µm auf, wobei die Länge etwa 10 bis etwa 100mal größer als der Faserdurchmesser ist.

Organische und anorganische Materialien können als kurze Fasern verwendet werden, wie organische Fasern aus aromatischem Polyamid, Vinylon, Polyester, Nylon, Viskoserayon, Syn-1-2-Polybutadien oder Polyoxymethylen-Whisker, und anorganische Fasern aus Glas, Kohlenstoff, Graphit, Metall, Siliziumcarbid-Whisker, Wolframcarbid-Whisker oder Aluminium-Whisker.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Teildarstellung im Schnitt eines erfindungsgemäßen Luftreifens,

Fig. 2 ein Diagramm, das den Reibungskoeffizienten des Reifenlaufstreifens auf einer vereisten Straßenoberfläche im Verhältnis zur Rauhigkeit der Reifenlauffläche darstellt,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Leistungen von Versuchsreifen gemäß der vorliegenden Erfindung in Hinsicht auf die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten auf vereister Straßenoberfläche und dem dynamischen Elastizitätsmodul des Laufstreifens darstellt,

Fig. 4 ein der Fig. 3 ähnliches Diagramm, das jedoch die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten auf vereister Straßenoberfläche und dem Ausdehnungsverhältnis darstellt,

Fig. 5 ein Diagramm, das die Wirkung eines Weichmachers auf den dynamischen Elastizitätsmodul des Laufstreifens darstellt,

Fig. 6 ein Diagramm, das die Wirkung des Weichmachers auf den inneren Verlust des Laufstreifens darstellt,

Fig. 7 eine schematische Teildarstellung im Schnitt eines erfindungsgemäßen Luftreifens mit einem doppelschichtigen Laufstreifen,

Fig. 8 eine Schnittdarstellung eines Luftreifens mit einem Laufstreifen, der in seinem mittleren Abschnitt einen Teil aus geschäumtem Gummi aufweist, und

Fig. 9, 10 + 11 geschnittene Teildarstellungen von 3 Laufstreifenausführungen, die in verschiedener Weise partiell mit Teilen geschäumten Gummis versehen sind.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Luftreifens unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Luftreifens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Reifen 1 umfaßt allgemein einen Unterbau 2 und einen Laufstreifen 3, der einen Kronenabschnitt 2a des Unterbaus 2 abdeckt. Der Laufstreifen 3 ist aus dem verbesserten geschäumten Gummi hergestellt. Der Unterbau 2 umfaßt ein Paar Wulste 5 (lediglich einer davon ist gezeigt), eine Karkasse 6 bestehend aus Cordmaterial-Lagen, auf dem Umfang des Kronenabschnitts 2a unter dem Laufstreifen 3 angeordnete Gürtel 7 und ein Paar Seitenwände 8 (lediglich eine davon ist gezeigt).

Der Laufstreifen 3 weist in seinem äußeren Seitenteil eine Schicht 11 aus geschäumtem Gummi auf, deren Volumen nicht kleiner als 10% des Volumens des gesamten Laufstreifens 3 ist. In diesem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Schicht 11 aus geschäumtem Gummi den gesamten Laufstreifen 3. Mit dem Bezugszeichen 12 ist das im Laufstreifen 3 des Ausführungsbeispiels gebildete geschlossenzellige Gefüge bezeichnet.

Der geschäumte Gummi für die Schicht 11 des Ausführungsbeispiels ist aus der in Tabelle 1 gezeigten Gummimischung "N-3" hergestellt. Wie aus dieser Tabelle zu entnehmen ist, enthält die Gummimischung "N-3" Naturkautschuk und Polybutadienkautschuk, die Glasübergangspunkte von nicht höher als -60°C aufweisen, sowie bekannte Zusätze und Treibmittel. Wie nachstehend noch zu erkennen ist, sind die Gummimischungen "N-1" und "N-2" nicht ausreichend für die Herstellung eines Laufstreifens mit der verbesserten Reifenleistung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Mischungen "N-3" bis "N-7" hingegen können den verbesserten Laufstreifen gemäß der Erfindung liefern.

Tabelle 1

(Gewichtsteile)

Herstellung der Reifen für den Test

Um die Leistung des erfindungsgemäßen Reifens zu prüfen, wurden Prüfreifen 165 SR 13 mittels eines bekannten Reifenherstellungsverfahrens hergestellt, wobei der Laufstreifen als feste, unvulkanisierte Schicht auf den äußeren Teil des grünen, unvulkanisierten Reifens (nämlich auf den Kronenabschnitt des Unterbaus) im allgemeinen auf einer Aufbautrommel aufgelegt wurde, und wobei der aufgebaute Reifen sodann unter Druck bombiert, geformt, erhitzt und vulkanisiert wurde. Während der Vulkanisation wurde durch Wärmeaktivierung des in der Gummimischung des Laufstreifens enthaltenen Treibmittels das geschlossenzellige Gefüge selbst innerhalb des Laufstreifens gebildet.

Bewertungstests

Die in der vorstehend erwähnten Art hergestellten Prüfreifen wurden den folgenden Bewertungstests unterworfen.

1. Mittlerer Zellendurchmesser und Ausdehnungsverhältnis

Ein Laufstreifen jedes Prüfreifens wurde zerlegt, um ein Teststück zu entnehmen. Der Querschnitt des Teststückes wurde durch ein Mikroskop mit 100- bis 400facher Vergrößerung photographiert. Die Durchmesser von über 200 geschlossenen Zellen wurden gemessen. Die gemessenen Durchmesser wurden gemittelt, um den mittleren Zellendurchmesser zu erhalten. Das Ausdehnungsverhältnis des Laufstreifens wurde unter Verwendung der vorerwähnten Gleichung "(2)" errechnet. Zu diesem Zweck wurde ein fester Gummi aus der gleichen Gummimischung ohne Verwendung des Treibmittels hergestellt.

2. Anzahl der geschlossenen Zellen bestimmter Durchmesser pro 1 mm²

Eine Mikroskopphotographie wurde in der oben erwähnten Art hergestellt und die Anzahl der geschlossenen Zellen mit einem Durchmesser im Bereich von 30 µm bis 200 µm auf einem bestimmten Gebiet (über 4 mm²) gemessen. Von der auf diese Weise ermittelten Zahl wurde die Anzahl geschlossener Zellen des bestimmten Durchmessers pro 1 mm² berechnet.

3. Rauhigkeit der Laufstreifenoberfläche und Reibungskoeffizient derselben zu vereister Straße

Die Rauhigkeit der Laufstreifenoberfläche wurde unter Verwendung eines im JIS (japanischer Industriestandard) BO601 spezifizierten Prüfgeräts für Oberflächenrauhigkeit gemessen, wobei der quadratische Mittelwert (RMS) für die Bewertung der Rauhigkeit benutzt wurde. Zehn Teststücke wurden aus jedem Prüfreifen herausgeschnitten, wobei jedes Stück eine Größe von 10 mm in der Länge, 10 mm in der Breite und 5 mm in der Dicke aufwies. Die Oberflächenrauhigkeit jedes Teststückes wurde unter Verwendung eines Prüfgeräts des Nadeltyps für Oberflächenrauhigkeit gemessen. Zehn Oberflächenteile jedes Teststückes wurden mit Abständen von 0,5 mm gemessen, wobei der Radius (R) des Berührungspunktes der Nadel 2 µm, die beaufschlagende Kraft 0,7 mN und die Gleitlänge 2,5 mm betrugen. Die auf diese Weise erzeugten 100 Meßwerte wurden gemittelt, um die Rauhigkeitsbewertung der Laufstreifenoberfläche zu erhalten.

Der Reibungskoeffizient der Laufstreifenoberfläche zur vereisten Straße wurde unter Verwendung eines dynamisch-statischen Reibungs-Prüfgeräts gemessen. Die Messungen wurden an den oben erwähnten zehn Teststücken durchgeführt, wobei die äußere Fläche jedes Teststücks im Kontakt mit Eis von ungefähr -0,5°C war, die beaufschlagende Belastung 19,6 N/cm² (2 kg/cm²), die Gleitgeschwindigkeit 10 mm/s und die Umgebungstemperatur -2°C betrugen. Die Meßwerte wurden gemittelt.

4. Dynamischer Elastizitätsmodus und innerer Verlust

Mehrere Teststücke wurden aus der Lauffläche jedes Prüfreifens herausgeschnitten, wobei jedes Stück eine Größe von 30 mm in der Länge, 4,6 mm in der Breite und 2 mm in der Dicke aufwies. Die Teststücke wurden mittels eines Prüfgeräts für den dynamischen Elastizitätsmodul gemessen, wobei die Umgebungstemperatur 30°C, die Frequenz 60 Hz und die Amplitude 1% betrugen.

5. Wärmeentwicklung im Laufstreifen

Jeder Prüfreifen lief auf einer motorgetriebenen Trommel mit einer konstanten Geschwindigkeit von 100 km/h mit einer normalen Belastung für 3 h. Die Temperatur im mittleren Teil des Laufstreifens wurde gemessen.

6. Abriebswiderstand

Die Prüfreifen wurden mit der Antriebswelle eines Fahrzeugs mit einem Motor von 1500 cm³ verbunden. Nachdem das Fahrzeug für eine bestimmte Zeit mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf einer Teststrecke gefahren wurde, wurde die Tiefe jeder Rille des Laufflächenprofils des Reifens gemessen. Die Ergebnisse wurden umgerechnet zur Bildung eines Index auf der Basis von 100 für einen Referenzreifen. Es ist festzustellen, daß der Abriebswiderstand sich mit zunehmendem Index vergrößert.

7. Bremsfähigkeit auf vereister Straße

Die Prüfreifen wurden an ein Fahrzeug mit einem Motor von 1500 cm³ montiert und bei einer Temperatur von -5°C auf einer vereisten Straße gefahren. Der Bremsweg des Fahrzeuges wurde für jede Gruppe von Prüfreifen gemessen. Die Ergebnisse wurden umgerechnet zur Bildung eines Index auf der Basis von 100 für einen Referenzreifen. Es ist festzustellen, daß die Bremsfähigkeit mit Verringerung des Index zunimmt.

8. Kontrollierbarkeit und Stabilität auf befestigter trockener Straße

Die Prüfreifen jeder Gruppe wurden an dem Kraftfahrzeug montiert und auf einer gewöhnlichen befestigten Straße mit einer bestimmten Geschwindigkeit im Sommer gefahren. Der Fahrer bewertete die Kontrollierbarkeit und die Stabilität der geprüften Reifen nach seinem Gefühlssinn unter Verwendung eines Systems mit 10 Abstufungen. Die Ergebnisse wurden gemittelt und durch "+" und "-" im Vergleich zu dem Ergebnis eines Referenzreifens wiedergegeben. Es ist festzustellen, daß "+" die Bewertung "gut" und "-" die Bewertung "schlecht" bedeuten.

9. Härte und Zugfestigkeit bei 50% Dehnung

Mehrere Teststücke wurden aus dem Laufstreifen jedes Prüfreifens herausgeschnitten. Die Härte wurde unter Verwendung eines in JIS (japanischer Industriestandard) spezifizierten Härtetesters und die Zugfestigkeit bei 50% Dehnung in Übereinstimmung mit JIS K6301 gemessen.

Referenzreifen "I" und "II", Versuchsreifen "I", "II", "III", "IV" und "V"

7 Gruppen von Prüfreifen wurden unter Verwendung der in Tabelle 1 gezeigten Gummimischungen "N-1" bis "N-7" hergestellt. Wie aus Tabelle 2 zu entnehmen ist, sind die mittels dieser Gummimischungen hergestellten Reifen jeweils bezeichnet als Referenzreifen "I" und"II" sowie Versuchsreifen "I", "II", "III", "IV" und "V". Selbstverständlich waren diese Versuchsreifen mit Ausnahme der Materialunterschiede des Laufstreifens von identischer Konstruktion. Die Reifen wurden einigen der vorgenannten Bewertungstests unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Wie aus Tabelle 2 zu erkennen, war in den mit den Gummimischungen "N-1" und "N-2" hergestellten Referenzreifen "I" bzw. "II" die Anzahl der geschlossenen Zellen mit Durchmessern von ungefähr 30 µm bis 200 µm pro Flächeneinheit von 1 mm² geringer als 20. Diese Referenzreifen "I" und "II" waren diejenigen, welche unzureichende Rauhigkeit der Laufstreifenoberfläche aufwiesen. Hingegen war in den Versuchsreifen "I", "II", "III", "IV" und "V" die Anzahl der geschlossenen Zellen mit dem bestimmten Durchmesserbereich größer als 50. Die Wärmeentwicklung in den Laufflächen der Versuchsreifen "I" bis "V" war im wesentlichen gleich derjenigen der Referenzreifen "I" und "II". Obwohl der Abriebswiderstand der Versuchsreifen "I" bis "V" etwas schlechter als derjenige der Referenzreifen "I" und "II" war, war die Bremsfähigkeit der Versuchsreifen auf vereister Straße besser als diejenige der Referenzreifen "I" und "II". Die Überlegenheit der Versuchsreifen "I" bis "V" bezüglich der Bremsfähigkeit läßt sich leicht aus dem Diagramm nach Fig. 2 entnehmen, in welchem die Reibungskoeffizienten der Referenzreifen "I" und "II" und der Versuchsreifen "I", "II", "III", "IV" und "V" auf vereister Straße in bezug auf die Rauhigkeit der Laufstreifenoberfläche dargestellt sind.

Referenzreifen "C", "D" und"E", Versuchsreifen "VI", "VII" und "VIII"

6 weitere Gruppen von Prüfreifen wurden unter Verwendung der in der Tabelle 3 gezeigten Gummimischungen "N-8" bis "N-13" hergestellt. Wie aus Tabelle 4 zu entnehmen ist, sind die mit diesen Mischungen hergestellten Reifen jeweils mit Versuchsreifen "VI", "VII" und "VIII" sowie Referenzreifen "III", "IV" und "V" bezeichnet. Es ist festzustellen, daß die Gummimischungen "N-11", "N-12" und"N-13" für die Referenzreifen "III", "IV" und "V" keine Treibmittel aufwiesen. Diese 6 Prüfreifen wurden einigen der vorerwähnten Bewertungstests unterzogen. Die Ergebnisse sind die Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 3

(Gewichtsteile)

Tabelle 4

Die Fig. 3 und 4 sind Diagramme, welche die Reibungskoeffizienten der 6 Prüfreifen, nämlich der Versuchsreifen "VI", "VII" und "VIII" sowie der Referenzreifen "III", "IV" und "V", zeigen. D. h., in Fig. 3 sind deren Reibungskoeffizienten in Beziehung zum dynamischen Elastizitätsmodul aufgetragen, während Fig. 4 die Reibungskoeffizienten dieser Reifen in Beziehung zum Ausdehnungsverhältnis wiedergibt. Wie aus diesen Diagrammen zu entnehmen ist, waren die Versuchsreifen "VI", "VII" und "VIII" im Vergleich zu den Referenzreifen "III", "IV" und "V" besser bezüglich des Reibungskoeffizienten und der Bremsfähigkeit auf vereister Straße, und im wesentlichen gleich mit den Referenzreifen in bezug auf die Kontrollierbarkeit und Stabilität.

Referenzreifen "IV" bis "XIII" und Versuchsreifen "IX" bis "XIII"

Zusätzlich zu den vorerwähnten Tatsachen haben die Anmelder festgestellt, daß die Hinzufügung eines Weichmachers zur Gummimischung eine Verbesserung sowohl des dynamischen Elastizitätsmodul als auch des inneren Verlustes verursacht und dadurch die Reifenleistung auf naß-vereister Straßenoberfläche verbessert. Dies ist aus den Diagrammen der Fig. 5 und 6 zu entnehmen, in welchen der dynamische Elastizitätsmodul bzw. der innere Verlust von Laufstreifenproben in Beziehung zur Umgebungstemperatur aufgetragen ist. Die durchgehende Linie in Fig. 5 zeigt den dynamischen Elastizitätsmodul eines üblichen Laufstreifengummis, der aus einer Gummimischung ohne Treibmittel und ohne Weichmacher hergestellt wurde. Es ist festgestellt worden, daß ein aus einer eine geringe Menge eines Weichmachers enthaltenden Gummimischung hergestellter Laufstreifengummi einen dynamischen Elastizitätsmodul aufweist, der dem des üblichen Laufstreifengummis sehr ähnlich ist. Die punkt-gestrichelte Linie in Fig. 5 zeigt den dynamischen Elastizitätsmodul eines geschäumten Laufstreifengummis, der aus einer Gummimischung hergestellt wurde, die ein Treibmittel, aber keinen Weichmacher enthält. Auf der Grundlage dieser Tatsachen ist zu verstehen, daß die gekrümmte Linie des dynamischen Elastizitätsmodul eines geschäumten Laufstreifengummis im Diagramm nach Fig. 5 nach unten verschoben ist. Die durchgehende Linie in Fig. 6 zeigt den inneren Verlust des üblichen Laufstreifengummis. Es ist festgestellt worden, daß ein geschäumter Laufstreifengummi einen inneren Verlust aufweist, der demjenigen des üblichen Laufstreifengummis sehr ähnlich ist. Die gestrichelte Linie in Fig. 6 zeigt den inneren Verlust eines Laufstreifengummis, der aus einer Gummimischung hergestellt wurde, welche einen Weichmacher, aber kein Treibmittel enthält. Auf der Grundlage dieser Tatsachen ist zu verstehen, daß die gekrümmte Linie des inneren Verlustes eines einen Weichmacher enthaltenden Laufstreifengummis in dem Diagramm nach Fig. 6 nach links verschoben ist. Somit weist der geschäumte Laufstreifengummi bei der durch den Pfeil "A" markierten Temperatur einen reduzierten dynamischen Elastizitätsmodul und einen erhöhten inneren Verlust im Vergleich zu einem Laufstreifengummi auf, der einen Weichmacher enthält. Folglich ist der geschäumte Laufstreifengummi besser in bezug auf Reibung zur naß-vereisten Straßenoberfläche. Der einen Weichmacher enthaltende Laufstreifengummi hingegen weist im Vergleich mit einem geschäumten Laufstreifengummi einen höheren dynamischen Elastizitätsmodul und einen verringerten inneren Verlust auf. Somit ist der den Weichmacher enthaltende Laufstreifengummi besser in bezug auf Abriebswiderstand. Es ist daher leicht zu verstehen, daß ein geschäumter Laufstreifengummi, der sowohl das Treibmittel als auch den Weichmacher enthält, in bezug auf Reibung zur naß-vereisten Straßenoberfläche und in bezug auf Abriebswiderstand besser ist.

Dies wird mit der nachfolgenden Beschreibung noch verständlicher.

Dreizehn Gruppen von Prüfreifen wurden unter Verwendung der in der Tabelle 5 gezeigten Gummimischungen "N-14" bis "N-26" hergestellt. Es ist festzustellen, daß die Gummimischungen "N-14" und "N-15" kein Treibmittel enthalten, und daß die Menge des Treibmittels allmählich vergrößert wird in der Reihenfolge der Gummimischungen "N-16" bis "N-26". Die Gummimischungen "N-14", "N-15", "N-17", "N-19", "N-21", "N-23" und "N-25" enthalten unterschiedliche Weichmacher-Mengen, während die anderen Gummimischungen "N-16", "N-18", "N-20", "N-22", "N-24" und "N-26" keinen Weichmacher enthalten, um einen Vergleich mit den den Weichmacher enthaltenden Gummimischungen zu ermöglichen. Diese dreizehn Gruppen von Prüfreifen wurden einigen der vorerwähnten Bewertungstests unterworfen. Die Resultate sind in Tabelle 6 gezeigt.

Wie aus Tabelle 6 zu entnehmen ist, sind die Versuchsreifen "IX" bis "XIII", die den Weichmacher enthalten, bezüglich Abriebswiderstand und Bremsfähigkeit auf vereister Straße besser als die Referenzreifen "VI" bis "XIII".

Referenzreifen "XIV" bis "XVII" und Versuchsreifen "XIV" bis "XVIII"

Die Anmelder haben weiter festgestellt, daß die Hinzufügung kurzer Fasern zur Gummimischung die Reifenleistung verbessert. In diesem Zusammenhang wurden neun Gruppen von Prüfreifen unter Verwendung der in Tabelle 7 gezeigten Gummimischungen "N-27" bis "N-35" hergestellt. Die verwendete kurze Faser war eine Aramid-Kurzfaser mit einer mittleren Länge von 5 µm und einem mittleren Durchmesser von 0,2 µm. Untersuchungen mittels Mikrophotographien zeigten, daß die kurzen Fasern planlos um die geschlossenen Zellen des geschäumten Laufstreifengummis herum angeordnet waren. Diese Prüfreifen wurden einigen der vorerwähnten Bewertungstests unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.

Wie aus dem Ergebnis der Referenzreifen "XV" der Tabelle 8 zu erkennen ist, verursachte die Hinzufügung von 0,5 Gewichtsteilen der kurzen Fasern keine ausreichende Bremsfähigkeit auf vereister Straße. Ferner war, wie aus dem Ergebnis der Referenzreifen "XVI" zu entnehmen ist, der Laufstreifen mit einer verringerten Rußmenge bezüglich der Kontrollierbarkeit und Stabilität auf befestigter trockener Straße schlechter. Weiterhin war, wie aus dem Ergebnis der Versuchsreifen "XVII" zu entnehmen ist, der weitgehend geschäumte Laufstreifengummi schlechter in bezug auf die Kontrollierbarkeit und die Stabilität. Die Versuchsreifen "XIV" bis "XVII" hatten jeweils ausreichende Bremsfähigkeit auf vereister Straße ungeachtet ihrer geringeren Ausdehnungsverhältnisse.

Referenzreifen "XVIII" bis "XXI" und Versuchsreifen "XIX" bis "XXII"

Acht Prüfreifen wurden weiterhin unter Verwendung der in Tabelle 9 gezeigten Gummimischungen "N-36" bis "N-43" hergestellt, um die sich durch die Hinzufügung von verschiedenen Arten von kurzen Fasern ergebenden Vorteile untersuchen zu können. Für die kurzen Fasern wurden verwendet eine Aramid-Kurzfaser mit einer mittleren Länge von 5 µm und einem mittleren Durchmesser von 0,2 µm, eine Nylon-Kurzfaser mit einer mittleren Länge von 10 µm und einem mittleren Durchmesser von 0,4 µm und eine Kurzfaser aus syndiotaktischem 1,2-Polybutadien mit einer mittleren Länge von 3 µm und einem mittleren Durchmesser von 0,2 µm. Es ist festzustellen, daß die in benachbarten zwei Reihen beschriebenen Gummimischungen (z. B. die Mischungen "N-36" und "N-37") den gleichen Gehalt außer der Menge an Kurzfasern aufweisen. Diese Prüfreifen wurden einigen der vorerwähnten Bewertungstests unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 dargestellt.

Wie aus Tabelle 10 zu erkennen ist, war der Versuchsreifen "XIX" bezüglich des Abriebwiderstandes und des Reibungskoeffizienten auf vereister Straße besser als sein Gegenspieler, nämlich der Referenzreifen "XVIII"; und der Versuchsreifen "XX" war bezüglich der Reibung auf befestigter nasser Straße besser als sein Gegenspieler, nämlich der Referenzreifen "XIV".

Tabelle 9

(Gewichtsteile)

Tabelle 10

Abgeänderte Form des Laufstreifens

Fig. 7 zeigt einen Teil eines Luftreifens, bei dem ein doppelschichtiger Laufstreifen 3 auf dem Kronenabschnitt 2a des Unterbaus 2 angeordnet ist. Der Laufstreifen 3 umfaßt eine geschäumte äußere Schicht 3a und eine feste innere Schicht 3b. In dem in Fig. 7 gezeigten Laufstreifen 3 weist die geschäumte äußere Schicht 3a eine Härte von 47 Grad nach JIS sowie ein Ausdehnungsverhältnis von 22% und die feste innere Schicht 3b eine Härte von 60 Grad nach JIS auf. Zum Zweck der Leistungsprüfung der Reifen mit dem doppelschichtigen Laufstreifen wurden mehrere Prüfreifen unter Verwendung der in Tabelle 11 gezeigten Gummimischungen hergestellt. Die Prüfreifen wurden einigen der vorerwähnten Bewertungstests unterzogen. Die Resultate sind in Tabelle 12 gezeigt.

Tabelle 11

(Gewichtseile)

Tabelle 12

Es ist festzustellen, daß die Versuchsreifen "XXV" und "XXVI" von der Ausführung mit einem doppelschichtigen Laufstreifen sind. Die Referenzreifen "XXII" und die Versuchsreifen "XXIII" sowie "XXIV" sind die Reifen, die zum Zwecke eines physikalischen Vergleichs mit den Versuchsreifen "XXV" und "XXVI" hergestellt wurden. Wie aus Tabelle 12 zu entnehmen ist, weist der doppelschichtige Laufstreifen (nämlich die Versuchsreifen "XXV" und "XXVI") im wesentlichen den gleichen Abriebswiderstand und die gleiche Bremsfähigkeit auf vereister Straße wie der vollständig geschäumte Laufstreifen (nämlich die Versuchsreifen "XXIII" und "XXIV") auf, und die Wärmeentwicklung des doppelschichtigen Laufstreifens ist geringer als die des vollständig geschäumten Laufstreifens. Der doppelschichtige Laufstreifen weist aufgrund der Verwendung sowohl der geschäumten Laufstreifenschicht als auch der festen Laufstreifenschicht deren beider vorteilhafte Eigenschaften gemeinsam auf, da wegen der geschäumten äußeren Schicht eine ausreichende Flexibilität des Laufstreifens sogar auf vereister Straße sichergestellt ist. Dadurch wird die Griffigkeit des zugeordneten Reifens auf Schnee gewährleistet. Ferner ist wegen der Verwendung der festen inneren Schicht, die eine ausreichende Steifigkeit aufweist, der Widerstand des zugeordneten Reifens gegenüber einer Seitenkraft, die sich in der Richtung normal zur Seitenfläche des Reifens entwickelt, vergrößert. Dadurch wird die Kontrollierbarkeit des Reifens sichergestellt. Es ist festzustellen, daß die Steifigkeit der inneren festen Schicht die Bewegung der darauf angeordneten geschäumten äußeren Schicht kontrolliert oder einschränkt. Dies verursacht eine Verbesserung des Abriebwiderstandes des Laufstreifens auf der Straßenoberfläche.

Claims

1. Luftreifen mit einem Unterbau und einem einen Kronenabschnitt des Unterbaus abdeckenden Laufstreifen, (3), wobei der Laufstreifen (3) eine geschäumte Schicht (11) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufstreifen aus einer Gummimischung hergestellt ist, welche wenigstens einen Gummibestandteil mit einem Glasübergangspunkt von nicht mehr als -60°C enthält, gewählt aus Naturkautschuk, Polyisoprenkautschuk, Polybutadienkautschuk, Butylkautschuk und/oder Butadien/Styrol-Kautschuk, ein Ausdehnungsverhältnis von 5 bis 50% und geschlossene Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 5 bis 150 µm besitzt, nicht weniger als 20 geschlossene Zellen mit Durchmessern von 30 bis 70% des Volumens des gesamten Laufstreifens (3) beträgt.

2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschäumte Schicht (11) einen dynamischen Elastizitätsmodul im Bereich von 3 × 10² N/cm² bis 13 × 10² N/cm² (3 × 10⁷ Dyn/cm² bis 13 × 10⁷ Dyn/cm²) aufweist.

3. Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummimischung 2 bis 20 Gewichtsteile eines Weichmachers, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gummibestandteile, enthält.

4. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der geschäumten Schicht (11) 40% bis 70% des Volumens des gesamten Laufstreifens (3) beträgt.

5. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsverhältnis der geschäumten Schicht (11) 5% bis 30% beträgt.

6. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufstreifen weiterhin eine innere Schicht (3b) festen Gummis enthält.

7. Luftreifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (3b) eine Härte von nicht weniger als 50 Grad gemäß JIS-Spezifikation aufweist.

8. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geschäumte Schicht (11) lediglich auf einem mittleren Teil des Laufstreifens (3) aufgebracht ist.

9. Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geschäumte Gummimischung kurze Fasern enthält.

10. Luftreifen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine mittlere Länge von ungefähr 10 µm bis 500 µm aufweisen, wobei die Länge ungefähr 10- bis 100mal größer als der Durchmesser der kurzen Fasern ist.