DE4233802B4

DE4233802B4 - Kautschukmasse

Info

Publication number: DE4233802B4
Application number: DE4233802A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Chigasaki Shinoda; Masayoshi Hiratsuka Daio; Hideki Hiratsuka Ishida; Tetsuji Kawazura
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1992-10-07
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: DE4233802A1; JPH0598080A; JP3175016B2; US5266620A

Abstract

Kautschukmasse, enthaltend 100 Gew.-Teile einer Kautschukkomponente, die einen oder mehrere Bestandteile der Gruppe natürlicher Kautschuk, Polyisopren-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk und Styrol-Butadien-Kautschuk umfaßt, 50 bis 70 Gew.-Teile Ruß mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 40 nm, 5 bis 20 Gew.-Teile Novolak-modifiziertes Phenolharz, 0,5 bis 2 Gew.-Teile Hexamethylentetramin und 5 bis 20 Gew.-Teile eines polymeren Cardanols mit einer Viskosität von 20 000 bis 50 000 mPa·s.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kautschukmasse zur Verwendung bei der Herstellung von Kraftfahrzeugreifen.
JP 57/212 238 A beschreibt Materialien für die Herstellung von Reifen. Diese enthalten 100 Teile Dienkautschuk, 55 bis 95 Teile Russ mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 50 μm, 5 bis 25 Teile Phenolharz vom Novolaktyp (wobei die Gesamtanzahl der Teile Russ und Phenolharz 65 bis 115 Teile betragen) und 7 bis 35 Teile Chashewnussschalenflüssigkeit.
US-A-4,072,650 beschreibt Zusammensetzungen, die als Bremsmaterial dienen können. Die Zusammensetzungen umfassen ein elastomeres Bindemittel bestehend aus einem Copolymer von Butadien und Styrol, einem teilchenförmigen Füllmaterial, einem teilweise polymerisiertes Cashewnussschalenölharz, mindestens einem Härtungsmittel und Dicyclopentadieneisen.
US-A-4,219,452 beschreibt ebenfalls Zusammensetzungen für Bremsmaterial. Diese enthalten neben einem Kautschukbindemittel eine Vielzahl von speziellen Füllpartikeln, Bremsmodifiern sowie bestimmte Verstärkungsfasern.
Im allgemeinen werden Reifen insbesondere im Hinblick auf ihre Wulstfüller aus Kautschukmassen mit relativ hohen Här teparametern gebildet. Bisher werden große Mengen an Mischungen, die beispielsweise aus Ruß, Schwefel, hitzehärtenden Harzen und dgl. bestehen, mit dem Ziel eingesetzt, den Kautschukmassen ein erhöhtes dynamisches Elastizitätsmodul (nachstehend als Elastizitätsmodul bezeichnet) und somit eine erhöhte Härte zu verleihen. Die Verwendung von großen Mengen an Ruß führt mit Sicherheit zu Kautschukmassen von hoher Härte, ergibt aber häufig auch Kautschukmassen, deren Zusammenhalt erschwert ist oder die nur unter Schwierigkeiten in geeigneter Weise aufgerollt werden können, ganz zu schweigen von einem übermäßigen Anstieg der Belastung des verwendeten Banbury-Mischers.
Bei Kautschukmassen mit hohen Schwefelanteilen kommt es häufig beim Extrudieren zu Schwefelausblühungen, was den Vorgang bei der Reifenverformung erschwert und zu Ausbeuteeinbußen führt.
Um die vorstehenden Schwierigkeiten, die mit der Verwendung von großen Mengen an Schwefel und Ruß einhergehen, zu beseitigen oder zu verringern (das bedeutet deren Anwendungsmengen auf einem praxisgerechten Niveau zu halten), wurde kürzlich die Verwendung von bestimmten hitzehärtenden Harzen, wie Novolak-Phenol-Harzen oder modifizierten Phenolharzen vorgeschlagen. Die Verwendung derartiger Harze in Verbindung mit Ruß sollte zu einer besseren Verarbeitbarkeit der Kautschukmasse aufgrund des hitzehärtenden Harzes, das durch die während des Mischvorgangs erzeugte Wärme einer Erweichung unterliegt, beitragen, würde aber doch das Reifenerzeugungsverfahren erschweren, da der unvulkanisierte Kautschuk bei Raumtemperatur zu steif wird, was wiederum einen Verlust der naturgegebenen, selbsthaftenden Beschaffenheit von Kautschuk und damit zur Bildung von beanstandungswürdigen gefalteten oder gebogenen Extrudaten führen würde.
Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Probleme des Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kautschukmasse von hoher Härte bereitzustellen, die sich für die Herstellung von Kraftfahrzeugreifen eignet.
Insbesondere ist die Erfindung auf die Bereitstellung einer Kautschukmasse abgestellt, die vor der Vulkanisation eine relativ geringe Steifigkeit und nach der Vulkanisation ein relativ hohes Elastizitätsmodul aufweist, so daß sich die Masse insbesondere zur Verwendung als Reifenwulstfüller eignet.
Erfindungsgemäß wird eine Kautschukmasse bereitgestellt, die folgende Bestandteile enthält: 100 Gew.-Teile einer Kautschukkomponente, die einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe natürlicher Kautschuk, Polyisopren-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk und Styrol-Butadien-Kautschuk umfaßt, 50 bis 70 Gew.-Teile Ruß mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 40 nm, 5 bis 20 Gew.-Teile Novolak-modifiziertes Phenolharz, 0,5 bis 2 Gew.-Teile Hexamethylentetramin und 5 bis 20 Gew.-Teile eines polymeren Cardanols mit einer Viskosität von 20 000 bis 50 000 mPa·s.
Bei der nachstehenden näheren Beschreibung der Erfindung werden zunächst die Bestandteile der Kautschukmasse näher erläutert.
(1) Kautschukkomponente
Diese Komponente wird aus der Gruppe natürlicher Kautschuk (NR), Polyisopren-Kautschuk (IR), Polybutadien-Kautschuk (BR) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) ausgewählt. Es können eines oder mehrere dieser Kautschukmaterialien verwendet werden.
(2) Ruß
Bei dem verwendeten Ruß handelt es sich um einen sogenannten Hartkohlenstofftyp, wie SAF, ISAF, I-ISAF, CF, SCF und HAF. Seine durchschnittliche Teilchengröße liegt unter 40 nm. Teilchen mit größerer Teilchengröße können zugemischt werden, sofern die gesamte durchschnittliche Teilchengröße den Wert 40 nm nicht übersteigt. Eine größere durchschnittliche Teilchengröße würde bedeuten, daß der gewünschte Elastizitätsmodul nicht erreicht wird. Ein diesen Angaben entsprechender Ruß wird in einer Menge von 50 bis 70 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Kautschukkomponente verwendet. Geringere Mengen als 50 Gew.-Teile würden nicht zur Erzielung eines ausreichenden dynamischen Moduls der Kautschukmasse beitragen, während Anteile von mehr als 70 Gew.-Teilen zu einer schlechten Verarbeitbarkeit des Kautschuks führen würden.
(3) Novolak-modifiziertes Phenolharz
Spezielle Beispiele für derartige Harze sind Novolak-Phenol-Harze, die mit einem Öl, wie Harzöl, Tallöl, Cashew-Öl, Linolsäure, Ölsäure und Linolensäure modifiziert sind, Phenolharze, die mit einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wie Xylol und Mesitylen, modifiziert sind, sowie Phenolharze, die mit einem Kautschuk, wie Nitril-Kautschuk, modifiziert sind. Der Anteil dieser zuzumischenden Harze liegt im Bereich von 5 bis 20 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Kautschukkomponente. Ein Anteil von weniger als 5 Gew.-Teilen würde zu einem verringertem dynamischem Modul führen, während bei einem Anteil von mehr als 20 Gew.-Teilen das Mischen erschwert würde.
(4) Hexamethylentetramin
Es kann sich um ein beliebiges handelsübliches Produkt handeln. Dieses wird in einer Menge von 0,5 bis 2 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Kautschukkomponente oder vorzugsweise in einem Verhältnis von 1:10 in Bezug auf das vorstehende Novolak-Harz zugesetzt.
(5) Polymeres Cardanol
Es handelt sich um ein bekanntes Produkt, das sich durch thermische Polymerisation der Flüssigkeit der Cashew-Nuß oder von Cashew-Öl gemäß dem nachstehenden Schema ableitet:
Polymeres Cardanol weist eine Viskosität im Bereich von 20 000 bis 50 000 mPa·s auf. Viskositäten unter 20 000 mPa·s würden dazu führen, daß der gewünschte Elastizitätsmodul der Kautschukmasse nach der Vulkanisation nicht erreicht wird, während Viskositäten von mehr als 50 000 mPa·s einer zu starken Viskosität der Kautschukmassen vor der Vulkanisation führen würden. Erfindungsgemäß wird Cardanol in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Kautschukkomponente zugemischt. Anteile von weniger als 5 Gew.-Teilen würden die Erweichungswirkung in unvulkanisiertem Zustand vermindern, während Anteile von mehr als 20 Gew.-Teilen Anlaß zum Ausbluten vor der Vulkanisation geben würden.
(6) Weitere Additive
Gegebenenfalls können Vulkanisationsmittel oder Vulkanisationsbeschleuniger oder andere Additive eingesetzt werden, sofern sie das Verhalten der erfindungsgemäßen Masse nicht beeinträchtigen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiele
Kautschukbahnen werden aus verschiedenen erfindungsgemäßen Massen und verschiedenen Kontrollkautschukmassen gemäß den Angaben in Tabelle I hergestellt.
Die Komponenten werden unter Verwendung eines B-Typ-Banbury-Mischers (1,7 Liter Fassungsvermögen) auf bekannte Weise vermischt. Die erhaltenen Kautschukmassen werden 15 Minuten bei 160°C einer Preßvulkanisation unterzogen und zu 2 mm dicken Kautschukbahnen verformt. Bahnproben von 20 mm Länge und 5 mm Breite werden unter Verwendung eines Viskoelastizitäts-Spektrometers bei Raumtemperatur unter folgenden Bedingungen auf ihren dynamischen Modul getestet: 5 % anfängliche Spannungsdehnung, Frequenz von 20 Hz und 2 % dynamische Spannung. Die Steifigkeit der unvulkanisierten Kautschukmassen wird als Mooney-Viskosität ML₁₊₄ (100°C) gemäß JIS-Verfahren bestimmt. Die Steifigkeit in unvulkanisiertem Zustand ist umso größer, je höher die Mooney-Viskosität ist. Ein Ausbluten auf der Oberfläche wurde visuell an unvulkanisierten Kautschukmassen 2 Tage nach der Verformung zu Bahnen geprüft. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle I zusammengestellt. Aus den Ergebnissen geht hervor, daß die erfindungsgemäße Kautschukmasse sämtliche Kontrollmassen in Bezug auf Mooney-Viskosität, JIS-Härte und dynamischen Modul übertrifft, was bedeutet, daß die erfindungsgemäße Masse vor der Vulkanisation eine geringere Steifigkeit und nach der Vulkanisation einen höheren Elastizitätsmodul aufweist.

Claims

Kautschukmasse, enthaltend 100 Gew.-Teile einer Kautschukkomponente, die einen oder mehrere Bestandteile der Gruppe natürlicher Kautschuk, Polyisopren-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk und Styrol-Butadien-Kautschuk umfaßt, 50 bis 70 Gew.-Teile Ruß mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 40 nm, 5 bis 20 Gew.-Teile Novolak-modifiziertes Phenolharz, 0,5 bis 2 Gew.-Teile Hexamethylentetramin und 5 bis 20 Gew.-Teile eines polymeren Cardanols mit einer Viskosität von 20 000 bis 50 000 mPa·s.
Kautschukmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Novolak-modifizierten Phenolharz um ein Produkt aus folgender Gruppe handelt: Novolak-Phenolharze, die mit einem Öl, wie Harzöl, Tallöl, Cashew-Öl, Linolsäure, Ölsäure und Linolensäure modifiziert sind, Novolak-Phenolharze, die mit einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wie Xylol und Mesitylen, modifiziert sind, und Novolak-Phenolharze, die mit Kautschuk, wie Nitrilkautschuk, modifiziert sind.
Kautschukmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein Vulkanisationsmittel und/oder einen Vulkanisationsbeschleuniger enthält.