DE3705761A1 - Schlauchloser fahrzeugluftreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen schlauchlosen Fahrzeugluftreifen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Diese Fahrzeugluftreifen sind an der Innenseite der Karkasse, wenn sie als PKW-Reifen verwendet werden, mit einer ein- oder doppellagigen, wenig gasdurchlässigen Innenschicht, und wenn sie als LKW- Reifen verwendet werden, mit einer Zwischenschicht aus einer Karkassengummimischung und einer wenig gasdurchlässigen Innenschicht versehen, wobei die Kautschukmischung aus einem vernetzbaren Elastomeren von verhältnismäßig hoher Gasundurchlässigkeit besteht. Bekannte, bewährte Kautschukmischungen für eine solche Innenschicht bestehen aus Butyl- oder Halobutylkautschuk. Der typische Durchlässigkeitskoeffizient für Stickstoff nach DIN 53 536 beträgt für einen 100% Halobutylkautschuk ca. 1,1 × 10^-17 m²/s · Pa.

Eine solche Innenschicht hat zu gewährleisten, daß die Druckluft mit dem erforderlichen Druckwert und dem notwendigen Volumen andauernd im Fahrzeugluftreifen vorhanden ist und erhalten bleibt. Langzeitlich gesehen diffundiert jedoch stets eine geringe Luftmenge.

Die Nachteile des bekannten Butylkautschuks sind seine schwierige Verarbeitbarkeit, seine verhältnismäßig hohen Rohstoffkosten und die Gefahr der Haftungsschädigung, wenn Butylkautschukmischungsreste in Verarbeitungsmaschinen die sogenannten Haftkautschukmischungen verunreinigen. Ein weiterer erheblicher Nachteil des Butylkautschuks ist seine Nichteignung für das Vernetzen durch ein Bestrahlungsverfahren, weil sich der Butylkautschuk dabei zersetzt bzw. Neigung zeigt, sich zu zersetzen.

Ziel der Erfindung ist es, einen schlauchlosen Fahrzeugluftreifen in Bezug auf eine geeignete Kautschukmischung für die Innenschicht zu verbessern.

Nach dem Aufsatz "Spezialkautschuke auf Basis von 1,2- und 3,4- Polydienen" von K.H. Nordsiek in der Zeitschrift "Kautschuk + Gummi Kunststoffe, 35. Jg. Heft 12/82 Seiten 1032 bis 1038, insbes. Seiten 1036/1037" bezüglich der Diffusionseigenschaft einer elastischen Sperrschicht, wird nach Bild 16 Polyisopren mit erhöhter 3,4 (1,2)- Addition als gering luftdurchlässig genannt. Bekannt sind des weiteren nach DE-A-33 10 118 Integralkautschukmischungen, die Polyisoprene betreffen, die durch 1,2- und 3,4- Polymerisation der Diene erhalten werden und Isopren/Styrol- Copolymerisate betreffen, die durch 1,2- und 3,4-Polymerisation der Diene und statistische Copolymerisation von Styrol erhalten werden, um diese zum Abdichten gegen Gas, z. B. als Innenschicht eines schlauchlosen Reifens, zu verwenden.

Nachteilig ist eine solche Kautschukmischung insofern, da die Gasundurchlässigkeit bei höheren Temperaturen, z. B. Erwärmung des Reifens im Reifenbetrieb, erheblich stärker zunimmt, als dies bei typischen gebräuchlichen Butylkautschukmischungen der Fall ist. Die bei höheren Temperaturen ungünstige Gasdurchlässigkeit ist für den Reifen schädlich und daher zu vermeiden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Kautschukmischung mit einer hohen Gasundurchlässigkeit für die Reifeninnenschicht vorzusehen, die zum einen gut verarbeitbar und kostengünstig sowie unschädlich bei möglicher Verunreinigung mit anderen Mischungsbestandteilen ist und bei der zum anderen die Gasundurchlässigkeit bei höheren Temperaturen weniger stark zunimmt und sich nicht schädlich für den Reifen auswirkt und die durch ein Bestrahlungsverfahren vulkanisierbar ist, ohne daß sich Zersetzungsschädigungen zeigen.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Innenschicht eines schlauchlosen Fahrzeugluftreifens aus einer Kautschukmischung besteht, die bis zu 100 Teile eines synthetischen Polyisoprens mit einem erhöhten Anteil von mehr als 60% an 3,4-Struktur enthält sowie 10 bis 80 Teile eines verstärkten Füllstoffes und 10 bis 50 Teile eines Weichmachers aufweist. Weiterhin werden übliche Alterungsschutzmittel und Prozeßhilfsstoffe, wie z. B. Kleberharze, verwendet. Die Kautschukmischung ist durch Elektronenbestrahlung vernetzbar und/oder vorvernetzbar.

Die Gasdurchlässigkeit einer solchen 3,4-Polyisopren enthaltenden Kautschukmischung ist gleich gut wie die bei Innenschichten von schlauchlosen Fahrzeugluftreifen verwendeten 100% Halobutylkautschukmischungen. Die Vorteile der Kautschukmischung nach der Erfindung gegenüber den bekannten Innenschichtmischungen sind zum einen die gute Verarbeitbarkeit und die ohne weiteres mögliche Vernetzung und/ oder Vorvernetzung durch Elektronenstrahlen. Zum anderen können durch die Verwendung der Kautschukmischung nach der Erfindung als Innenschicht die schlauchlosen Fahrzeugluftreifen für LKWs ohne oder mit verhältnismäßig dünner Zwischenschicht zwischen der Karkasse und der Innenschicht gebaut werden. Die vorgeschlagene Kautschukmischung übt weniger Einfluß aus im Sinne einer Haftungsminderung von Gummi an Stahlcord, als dies von Butylkautschukmischungen bekannt ist. Letzteres ist auch der Grund, weswegen LKW-Reifen mit einer Zwischenschicht aus einer Haftungsmischung, die beispielsweise für die Karkassengummierung vorgesehen ist, ausgerüstet werden. Die 3,4- Polyisopren enthaltende Kautschukmischung ist vergleichbar gut wie ein Naturkautschuk zu verarbeiten und ist daher weitaus weniger problematisch in verfahrenstechnischer Hinsicht.

Die Verwendung der neuen Kautschukmischung ist ferner kostensenkend, weil die Rohstoffkosten günstiger sind als vergleichbare Butylmaterialien für die Innenschicht und weil die Innenschichtdicke durch Verwendung der neuen Kautschukmischung in geringer Dicke verwendet werden kann.

Des weiteren sind Verunreinigungen der sogenannten Haftgummimischungen, insbes. die, die für die Karkassen- und Verstärkungsgürtelgummierung verwendet werden, mit Verarbeitungsresten der neuen 3,4-Polyisopren enthaltenden Kautschukmischung vollkommen unschädlich, wobei eine Verschmelzung des weiteren ungefährlich ist. Die Haftungsschädigung ist im wesentlichen unerheblich bzw. vernachlässigbar gering. Das Aufarbeiten eines Verbandes, der aus einer Innenschicht und einer Zwischenschicht besteht, so wie er an LKW Karkassen vorgesehen wird, ist unproblematisch, da ein solcher Verband in Bezug auf seine Schichten nicht voneinander getrennt werden muß, weil die Kontaktberührung zwischen den Materialien der Schichten ungefährlich ist.

Die neue, synthetisches Polyisopren mit erhöhtem Anteil an 3,4-Struktur enthaltende Kautschukmischung weist die Eigenschaft auf, daß die Gasdurchlässigkeit bei höheren Temperaturen, wie sie im Reifenbetrieb entstehen, wenig hoch zunimmt und insoweit vergleichbar mit Butylmischungen ist, deren Nachteile jedoch vermeidet.

Ein wesentlicher Vorteil bei der neuen Kautschukmischung besteht darin, daß sie strahlungsvernetzbar bzw. - vorvernetzbar ist. Die neue Kautschukmischung zersetzt sich nicht unter der Einwirkung der Elektronenstrahlen, wie das bei der Butylmischung der Fall ist, und sie zeigt auch keine Neigung zur Zersetzung.

Die Elektronenbestrahlungsmethode, vgl. dazu B. Slade, Elastomerics, 117(11) 34, 1985, wird zur Erhöhung der Steifigkeit von Halbzeugen und damit zur Verbesserung der Konfektionierbarkeit verwendet. Butylmischungen reagieren auf Bestrahlung durch Absinken der Mooney- Viskosität, wohingegen die Viskosität der Kautschukmischung nach der Erfindung bei Behandlung mit Elektronenstrahlen ansteigt.

Die synthetisches Polyisopren mit erhöhtem Anteil an 3,4-Struktur enthaltende Kautschukmischung kann auch durch Verwendung bekannter Schwefel-Beschleuniger-Systeme oder Peroxide vernetzt werden.

Die Erfindung wird wie folgt an einem Ausführungsbeispiel erläutert:

Zusammensetzung (100 Teile pro
100 Teile Kautschuk)

Synthetisches Polyisopren (IR)
mit 3,4-Anteil50 phr Chlorbutylkautschuk50 phr Ruß N 660 verstärkend60 phr

Zink Oxid (ZnO) 3 phr Stearin Säure 2 phr Weichmacheröl10 phr Sulfenamid Beschleuniger 1 phr Schwefel 1 phr

Das vernetzte Vulkanisat nach dieser Zusammensetzung weist folgende physikalische Eigenschaften auf:
Die Härte in Shore A gemessen beträgt 50, der Elastizitätmodul M 300 beträgt 3,5 MPA, die Bruchdehnung ist größer als 600 und die Festigkeit ist größer als 10 MPA.
Der Durchlässigkeitskoeffizient für Stickstoff nach DIN 53 536 beträgt 1,2 · 10^-17m²/s · Pa. Dieser Durchlässigkeitskoeffizient ist vergleichbar mit einer analogen Mischung, die 100% Halobutyl enthält. Das Vulkanisat aus einer Kautschukmischung, die synthetisches Polyisopren mit erhöhten Anteil an 3,4-Struktur enthält, ist als eine gering gasdurchlässige Innenschicht für schlauchlose Fahrzeugluftreifen mit den vorher angegebenen physikalischen Eigenschaften mit Vorteil einsatzfähig.

Claims (3)

1. Schlauchloser Fahrzeugluftreifen mit einer ein- oder mehrlagigen Karkasse, insb. Radialkarkasse, die innen von einer Kautschukschicht bedeckt ist, die aus einem vernetzbaren Elastomeren hoher Gasundurchlässigkeit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht aus einer Kautschukmischung gebildet ist, die bis zu 100 Teile eines synthetischen Polyisopren mit einem erhöhten Anteil von mehr als 60% an 3,4-Struktur enthält sowie 10 bis 80 Teile eines verstärkenden Füllstoffes und 10 bis 50 Teile eines Weichmachers aufweist und durch Elektronenbestrahlung vernetzbar ist.

2. Schlauchloser Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukmischung durch Elektronenbestrahlung vorvernetzbar ist.

3. Schlauchloser Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als verstärkende Füllstoffe in GPF-Ruß oder aktive Kieselsäure oder ein Füllstoff mineralischen Ursprungs oder Verschnitte aus den genannten Füllstoffen vorliegen.