DE3920175A1

DE3920175A1 - Gummimischung fuer fahrzeugreifen

Info

Publication number: DE3920175A1
Application number: DE3920175A
Authority: DE
Inventors: Takao Muraki; Kinya Kawakami; Masayoshi Daio
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1988-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1989-12-21
Anticipated expiration: 2009-06-17
Also published as: DE3920175C2; JPH01315439A; JP2601319B2; KR910000888A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gummimischungen für Fahrzeugreifen, insbesondere für deren Lauffläche.

Bei Fahrzeugreifen, insbesondere von Sportwagen, kommt es auf die Fahrstabilität bei hohen Geschwindigkeiten an. Hierbei ist Maßstab tan δ bei 60°C, wobei die Rei bungshaftung zwischen Reifen und Straße, d. h. die Greif fähigkeit des Reifens bei schnell rollendem Reifen von Bedeutung ist. Je größer tan δ bei 60° ist, umso besser ist die Greiffähigkeit des Reifens.

Es wurden zahlreiche Versuche mit elastomeren Materialien wie styrolreichem oder vinylreichem Styrol-Butadien- Gummi (SBR) bei hohen Glastemperaturen (Tg) gemacht. Weiterhin wurden größere Mengen an Ruß in Basisgummis ein gebettet. Wegen der hohen Tg-Werte hängen jedoch die Ei genschaften solcher SBR-Gummis stark von der Temperatur ab, was mit einer reduzierten Härte bei hohen Tempera turen verbunden ist. Die Reifen haben nicht nur eine un genügende Härte bei Temperaturen zwischen 20° und 100°C (den üblichen Reifentemperaturen während des Betriebes), sondern sind außerdem nicht sehr bruchfest. Hinzu kommt eine ungenügende Verschleißwiderstandsfähigkeit. Die be kannten SBR-Gummis sind also in der bisherigen Art unge eignet. Zuviel Ruß führt zu einer ungleichförmigen Ver teilung in der Gummimischung. Außerdem führt es zu einem großen Hystereseverlust, was eine unerwünschte Hitzebil dung zur Folge hat. Das wiederum führt zu einer Ver schlechterung verschiedener dynamischer Eigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gummimischung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Bruchfestigkeit, der Verschleißwiderstand und die Greiffestigkeit besser als in den bekannten Fällen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Lehre wird erreicht, daß die Gummimischung eine hervorragende Bruchfestigkeit, Ver schleißfestigkeit und Greiffestigkeit besitzt. Sowohl die mechanischen als auch die dynamischen Charakteristiken des erfindungsgemäßen Gummis sind hervorragend. Die Greif festigkeit ist sowohl bei 0°C als auch bei 60°C gut. Dem gemäß ist die Fahrstabilität eines Reifens aus der erfin dungsgemäßen Gummimischung sowohl auf nassen wie auch auf trockenen Straßen hervorragend.

Die Basisgummis, die erfindungsgemäß zur Anwendung kommen, sind SBR-Gummis mit einem Tg-Wert größer als -40°C. Sie können alleine oder in Kombination verwendet werden oder können gemischt sein mit anderen Dien-Gummis. Solche SBR-Gummis sind durch Emulsions- oder Lösungs-Polymerisa tion erhältlich. Beispiele für Dien-Gummis sind: Natürlicher Gummi (NR), Polyisopren-Gummi (IR), Butadien-Gummi (BR), Butyl-Gummi (IIR), halogenierter Butyl-Gummi (CI-IIR), Br-IIR) u. dgl.

Weiterhin sollte erfindungsgemäß der Ruß gewissen N₂SA-, DBP-, Δ DBP- und Δ Dst-Erfordernissen genügen. Einzelheiten ergeben sich aus dem Folgenden.

N₂SA ist definiert als: Stickstoffadsorptionsoberflächen bereich (m²/g). Die Messung wird gemäß ASTM D-3037-78 "Standard Methods of Testing Carbon Black-Surface Area by Nitrogen Adsorption", Method C, gemacht.

DBP ist definiert als Dibutyl-Phthalat-Adsorption (ml/100 g): JIS K-6221 (1982), "Method of Testing Carbon Black for Rubbers", Section 6.1.2 (1), Method A.

Δ DBP ist bestimmt als: DBP vermindert um 24 M 4 DBP. Diese Adsorption wird gemessen gemäß ASTM D-3493.

Δ Dst ist definiert durch "Aggregate Size Distribution of Dst Diameter". Auf diese Weise wird die Partikelgröße nie dergeschlagener Rußteilchen bestimmt, wobei man das Prinzip ausnutzt, daß ein bestimmtes Material mit größerem Stokes-Durchmesser in größerem Umfang diffus gemacht wer den kann. Eine Zentrifugalklassifikation wird mittels einer Scheibenzentrifuge durchgeführt, die von der Firma Joyce Loebl Co., England, geliefert wird. Eine Rußmenge wird getrocknet und genau abgewogen. Dann erfolgt eine Zusetzung einer wäßrigen Lösung, die 20 Volumen-% Äthanol und ein Oberflächenentspannungsmittel enthält. Dadurch wird eine Dispersion geschaffen mit einer Konzen tration von 5 mg/100 ccm. Die vollständige Dispersion wird ultraschallbehandelt. In die Zentrifuge wird bei 8000 Umdrehungen pro Minute 10 ml einer Spindelflüssigkeit in destilliertem Wasser gegeben, dann folgt eine Zu gabe von 0,5 ml eines Puffers in 50 Volumen-% Äthanol und schließlich die Zugabe von 0,5 bis 1,0 ml der Ruß dispersion mittels einer Spritze. Dann folgt eine Zentri fugierung, um eine Verteilungskurve der Aggregate zu er halten. Dst ist bestimmt als die halbe Breite der maxi malen Absorption des resultierenden Histogramms.

Der Ruß gemäß der Erfindung sollte in einem Bereich des N₂SA von 140 bis 160 m²/g liegen. Ist der Wert kleiner als 140 m²/g, so ist die Gummimischung weniger wider standsfähig gegenüber Verschleiß. Ist der Wert größer als 160 m²/g, wird der Gummi unangenehm heiß.

DBP sollte größer als 120 ml/100 g sein, da eine kleinere Adsorption nicht eine Verbesserung des Verschleißwider standes und der Fahrstabilität mit sich bringt.

Δ DBP sollte größer als 30 ml/100 g sein. Kleinere Werte führen zu einer Verschlechterung bezüglich des tan δ bei hohen Temperaturen und insofern zu einer unstabilen Fahrstabilität.

Δ Dst sollte nicht größer als 50 µm sein. Eine Überschrei tung dieser Grenze führt zu einer schnellen Abnutzung und einer schlechten Fahrstabilität.

Die Menge an Ruß, die zugesetzt wird, sollte in dem Be reich von 50 bis 200 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Ge wichtsteile des Basisgummis liegen. Kleinere Mengen führen nicht zu einer Verbesserung in der Verschleißfestigkeit, wohingegen größere Mengen dazu führen, daß der Ruß sich nicht gleichmäßig in dem Basisgummi verteilt. Das hätte zur Folge, daß die physikalischen Eigenschaften des Gummis verschlechtert sind.

Die erfindungsgemäße Gummimischung kann, wenn gewünscht, mit verschiedenen weiteren Additiven, die allgemein be kannt sind, vermischt werden. So können Vulkanisierungs beschleuniger, Vulkanisierungsaktivatoren, Antioxidantien, Weichmacher, Füller u. dlg. zugesetzt werden. Als Vulkani sierungsmittel kommt beispielsweise Schwefel in Frage.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele weiter erläutert. Alle Angaben sind Gewichtsteile, es denn, es wird etwas anderes ausdrücklich erwähnt.

Erfindungsbeispiele 1-5, Vergleichsbeispiele 1-15

Es wurden verschiedene Gummimischungen hergestellt, wie sich im einzelnen aus Tabelle 3 ergibt. Die SBR-Gummis und die Ruße ergeben sich aus den Tabellen 1 und 2. Die Mischungen wurden geknetet und bei 148°C 30 Minuten lang vulkanisiert.

Alle Vulkanisate wurden auf tan δ bei 0°C und 60°C, Spannungsfestigkeit bis zum Bruch (T _B), Bruchenergie und Verschleißfestigkeit bei Bedingungen, die sich weiter unten ergeben, getestet, wobei die Ergebnisse sich aus Tabelle 3 ergeben.

tan δ

Die Messungen wurden mit einem Viskoelastizitätsspektro meter von Iwamoto Seisakusho Co., Japan gemacht mit einer Beanspruchung von 10±2%, einer Frequenz von 20 Hz und einer Temperatur von 0° und 60°C. Diese Be dingungen entsprachen einer Reifengriffigkeit auf nasser Straße bei 0°C und auf trockener Straße bei 60°C. Je höher der Wert, um so höher die Greiffestigkeit.

Spannungsfestigkeit (T _B)

Die Festigkeit wurde gemacht, um die Bruchfestigkeit des Vulkanisats festzulegen. JIS K-6301 folgte. Je höher der Wert war, um so größer ist die Bruchfestigkeit.

Bruchenergie

Dieser Wert wurde bestimmt durch den Bereich, der erfor derlich ist für einen Bruch bei einer Kraftspannungskurve. Je höher der Wert ist, um so besser ist es.

Abnutzungswiderstand

Es wurde eine Abnutzungsmaschine gemäß dem Goodrich Pico-Typ verwendet. Die Abnutzung wurde gemäß folgender Gleichung bestimmt:

Tabelle 1

Tabelle 2

Claims

1. Gummimischung für Fahrzeugreifen, insbesondere für deren Lauffläche, gekennzeichnet durch

a) 100 Gewichtsteile eines Basisgummis, hergestellt aus wenigstens einem Styrol-Butadien-Gummi mit einer Glas-Übergangstemperatur (Tg) größer als -40°C, oder aus einer Mischung hiervon mit einem anderen Dien- Gummi und
b) 50-100 Gewichtsteile Ruß mit folgenden Werten: N₂SA (=Stickstoff Adsorptions-Oberflächen bereich): 140-160 m²/g
DBP (=Dibutyl-Phthalat-Adsorption): größer als 120 ml/100 g
Δ DBP (=DBP minus 24 M 4 DBP): größer als 30 ml/100 g
Δ Dst (=Aggregat-Größen-Verteilung des Dst- Durchmessers): kleiner als 50 mµ.

2. Gummimischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dien-Gummi zu der Gruppe natürlicher Gummi, Polyisopren-Gummi, Butadien-Gummi, Butyl- Gummi und halogenierter Butyl-Gummi gehört.