DE60003095T2

DE60003095T2 - Reifen mit verstärktem Seitenwandgummi

Info

Publication number: DE60003095T2
Application number: DE60003095T
Authority: DE
Inventors: David John Uniontown Zanzig; Jr. Bernard Matthew Stow Bezilla; Paul Harry Tallmadge Sandstrom
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: BR0000851A; ES2199715T3; EP1033265A2; CA2296804A1; EP1033265A3; US20020011293A1; JP2000255207A; EP1033265B1; DE60003095D1

Description

Gebiet
Die Endung betrifft einen Luftgummireifen mit einer Gummiseitenwand von einer Stollen- und Rillen-Gestaltung, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist. Diese Seitenwand-Gestaltung ist aus einer Kautschukzusammensetzung umfassend eine Mischung von Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk, die Ruß und Kieselsäure zusammen mit einem Haftvermittler enthält.
Hintergrund
Luftgummireifen sind gewöhnlich zusammengesetzt aus einer toroidalen Karkasse mit einer Umfangslauffläche und angrenzenden Seitenwänden.
Die Lauffläche ist gewöhnlich für den Bodenkontakt ausgelegt und daher besteht sie aus einer geeigneten Gummizusammensetzung für diesen Zweck und weist auch eine geeignete Gestaltung auf. Eine derartige Lauffläche kann z.B. Eigenschaften aufweisen, die eine gute Traktion und Beständigkeit gegen Laufflächenverschleiß betonen. Derartige Reifen können eine Lauffläche mit einer Stollen- und Rillen-Gestaltung aufweisen, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist.
Im Gegensatz dazu sind die damit verbundenen Seitenwände üblicherweise nicht für den Bodenkontakt ausgelegt und, um für die Lauffläche in geeigneter Weise stützend zu wirken, gewöhnlich aus einer Gummizusammensetzung zusammengesetzt, die nicht für Traktion und Beständigkeit gegen Laufflächenverschleiß ausgelegt ist, sondern statt dessen aus einer Gummizusammensetzung, die eine geringe Hysterese aufweist, um eine geringe Eigenerwärmung zu liefern, und weicher ist, um eine größere Flexibilität zu liefern als ein Laufflächengummi.
Folglich haben derartige weichere Seitenwand-Gummizusammensetzungen typischerweise eine geringere Beständigkeit gegenüber durchbohrenden Gegenständen, Abrieb und Scheuern gegen Straßenbordschwellen oder andere Gegenstände.
Von manchen Reifen wünscht man aber, dass sie unter anspruchsvolleren Bedingungen verwendet werden, wie z.B. bei holprigen Straßen oder beim Offroad-Betrieb, oder bei Spezialfahrzeugen, die so konstruiert sein können, dass sie mit gering aufgepumpten Reifen fahren können, wobei die Reifenseitenwand in Kontakt mit dem Boden kommen kann. Derartige Umstände können z.B. bei verschiedenen Bergbauarbeiten und Vermessungsarbeiten auftreten oder dort, wo der Reifen über holpriges Terrain mit geringen Aufpumpdrücken rollt. Unter derartigen Bedingungen ist die Vergrößerung von Rissen oder Schnitten in der Seitenwand und auch die Durchstoßfestigkeit von großer Bedeutung.
Für eine Seitenwand-Gummizusammensetzung für einen derartigen Gebrauch ist eine Hybrid-Gummizusammensetzung mit geeigneter Durchstoßfestigkeit und Abriebbeständigkeit eine dringende Notwendigkeit, was typischerweise mit Laufflächen-Gummizusammensetzungen verbunden ist, während die Biegeermüdung und das Hystereseverhalten, die typischerweise mit Seitenwand-Gummizusammensetzungen verbunden sind, im wesentlichen beizubehalten sind.
Es ist bekannt, dass handelsübliche Reifen manchmal Seitenwände aufweisen können, die ausgelegt sind, um gegenüber einer Schnittvergrößerung beständig zu sein, und Ruß-verstärkte Elastomerzusammensetzungen umfassen, die Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk umfassen.
Es wird auch anerkannt, dass Rußsorten für die Verstärkung von Reifenseitenwand-Gummizusammensetzungen üblicherweise von merklich, größerer Teilchengröße sind als Rußsorten, die gewöhnlich für Reifenlaufflächen verwendet werden, da für Reifenseitenwände typischerweise eher eine Stabilität gegen Eigenerwärmung wichtiger ist als Abriebbeständigkeit.
Ein derartiger Ruß kann z.B. dadurch veranschaulicht werden, dass er eine Iod-Zahl (ASTM D1510) im Bereich von 35 bis 85 g/kg statt einer höheren Iod-Zahl von mindestens 105 aufweist, was für einen Ruß kennzeichnender wäre, der typischerweise für eine Laufflächen-Gummizusammensetzung verwendet wird.
Hier wird jedoch gewünscht, einen neuen Reifen mit Gummiseitenwand aus einer Zusammensetzung bereitzustellen, die Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadien umfasst, von der ein beträchtlicher Teil für den gelegentlichen Bodenkontakt ausgelegt ist und daher Durchstoßfestigkeit ebenso wie Abriebbeständigkeit aufweist, was für Reifenlaufflächen-Gummizusammensetzungen typischer ist, und dennoch im wesentlichen die Flexibilität und die niedrige Hysterese aufrecht erhält, die gewöhnlich für eine Reifenseitenwand erforderlich sind.
Man könnte ohne weiteres daran denken, den Naturkautschuk-Gehalt der Seitenwandzusammensetzung zu erhöhen, um die Reißfestigkeit zu erhöhen. Allerdings würde der cis-1,4-Polybutadien-Gehalt sich entsprechend verringern, wodurch zu erwarten wäre, dass sich die Abriebbeständigkeit in unerwünschter Weise verringert und die Hysterese in unerwünschter Weise ansteigt (wobei zu erwarten wäre, dass dies durch eine Verringerung in der Rückprallelastizität nachgewiesen wird).
Dementsprechend ist hier gewünscht, eine derartige Reifenseitenwand von einer Gummizusammensetzung bereitzustellen, welche eine Rußverstärkung mit großer Teilchengröße enthält, die für Seitenwandzusammensetzungen üblich ist, und die aus Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadien-Elastomeren zusammengesetzt ist, was ebenfalls für viele Seitenwandzusammensetzungen ziemlich üblich ist, die aber eine verbesserte Beständigkeit gegen Abrieb und durchbohrende Gegenstände und auch eine verbesserte Reißfestigkeit aufweist, was für Reifenlaufflächen-Gummizusammensetzungen üblicher ist.
In der Beschreibung der Erfindung bezieht sich der Ausdruck "ThK" auf Gewichtsteile eines Bestandteils pro 100 Gewichtsteile Kautschuk.
Die Ausdrücke "Kautschuk (Gummi)" und "Elastomer" werden miteinander austauschbar verwendet.
Der Ausdruck "Tg" betrifft die Glasübergangstemperatur eines Elastomers, R die normalerweise mit einem Differentialscanningkalorimeter (DSC) mit einem Temperaturanstieg von 10°C pro Minute bestimmt wird.
Offenbarung und Durchführung der Erfindung
Nach der Erfindung wird ein Luftgummireifen mit einer Karkasse mit Umfangsgummilauffläche und damit verbundenen Seitenwänden bereitgestellt, wobei die Lauffläche und ein Teil der Seitenwände eine Stollen- und Rillen-Gestaltung aufweisen, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist, wobei sich die Stollen- und Rillen-Gestaltung von der Lauffläche über mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50% der zur Lauffläche angrenzenden Reifenseitenwand und sogar noch bevorzugter bis mindestens zur maximalen Querschnittsbreite des Reifens erstreckt und ein Hauptbereich des mit Stollen und Rillen gestalteten Bereichs der Seitenwand aus einer Kautschukzusammensetzung ist, welche, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk (ThK), umfasst (A) Elastomere umfassend (i) 40 bis 80 ThK, vorzugsweise 45 bis 70 ThK cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk und (ii) 20 bis 60 ThK, vorzugsweise 30 bis 55 ThK cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk, (B) 55 bis 80 ThK eines Verstärkungsfüllstoffes umfassend Ruß und gefällte Kieselsäure, welcher umfasst (i) 5 bis 40 ThK Ruß mit einer Iod-Zahl von 35 bis 85 g/kg und einer Dibutylphthalat (DBP)-Zahl von 70 bis 130 cm³/100 g und (ii) 10 bis 70 ThK gefällte Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 125 bis 200 m²/g, wobei das Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Ruß im Bereich von 0,3/1 bis 3/1, vorzugsweise 0,8/1 bis 1,5/1 liegt und (C) einen Haftvermittler mit einer Gruppe, die mit Silanolgruppen auf der Kieselsäure reaktiv ist, und einer anderen Gruppe, die mit den Elastomeren wechselwirkt.
Insbesondere wird der Einsatz von Naturkautschuk, Kieselsäure und Haftvermittler der Seitenwand-Gummizusammensetzung so ausgelegt, um die Reißfestigkeit, die Durchstoßfestigkeit und die Abriebbeständigkeit zu steigern, während die Hysterese oder das physikalische Vermögen der Rückprallelastizität der Seitenwand-Gummizusammensetzung im wesentlichen beibehalten werden.
Insbesondere wird der Einsatz von cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk in der Seitenwand-Kautschukzusammensetzung so ausgelegt, um die Abriebbeständigkeit zu steigern und eine relativ niedrige Hysterese (relativ hohe Rückprallelastizität) zu fördern oder aufrecht zu erhalten.
Ein Aspekt der Erfindung beruht auf einer relativen Unmischbarkeit der cis-1,4-Polybutadienkautschuk-Phase in der Naturkautschuk-Phase als Beitrag zur Beständigkeit gegenüber Schnitt/Riß-Ausbreitung für die Seitenwandzusammensetzung. Die relative Unmischbarkeit ist hauptsächlich ein Ergebnis eines großen Unterschieds in den Glasübergangstemperaturen (Tg), d.h. Unterschiede von mindestens 30°C zwischen cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk (z.B. –100°C bis –106°C) und Naturkautschuk (z.B. –65°C bis –70°C). Ein derartiges Phänomen der Unmischbarkeit aufgrund der Unterschiede in den Tg der verschiedenen Elastomere ist den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt.
Zur Steigerung des Unterschieds in den Tg für die Elastomere der Seitenwand-Kautschukzusammensetzung ist es bevorzugt, dass die Seitenwand-Kautschukzusammensetzung kein Elastomer oder keine Elastomere mit Tg zwischen den vorstehend genannten Tg des Naturkautschuks und des cis-1,4-Polybutadien-Kautschuks, d.h. Elastomere mit einer Tg in einem Bereich von –70°C bis –100°C, enthält.
Um eine derartige Seitenwand-Gummizusammensetzung für die Stollen- und Rillen-Gestaltung der Seitenwand bereitzustellen, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist und daher sowohl reißfest als auch abbriebbeständig ist, wird die Mischung von Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadienkautschuk-Mischung mit den vorstehend genannten Tg mit einem Abstand dementsprechend mit einer Kombination von relativ großem Ruß und teilchenförmiger Kieselsäure zusammen mit einem Haftvermittler verstärkt.
Der großteilige Ruß ist insbesondere ein Ruß, der üblicherweise für Gummiseitenwände verwendet wird, und steht im Gegensatz zu den relativ kleinen Rußsorten, die herkömmlicherweise für Reifenlaufflächen-Gummizusammensetzungen verwendet werden. Es wird hier davon ausgegangen, dass ein Beitrag eines solchen relativ großen Rußes darin besteht, die Beständigkeit der Seitenwand-Gummizusammensetzung gegenüber Schnittvergrößerung zu fördern.
Bei der Erfindung ist es insbesondere erforderlich; eine gefällte Kieselsäure in Verbindung mit dem größeren Ruß als Verstärkung für die Naturkautschuk/cis-1,4-Polybutadien-Seitenwand-Kautschukzusammensetzung zu verwenden. Es wird hier davon ausgegangen, dass ein beträchtlicher Beitrag der Kieselsäure bei Verwendung mit einem Haftvermittler die Steigerung des Moduls (z.B.: 300% Modul), der Durchstoßfestigkeit, der Abriebbeständigkeit und der Reißfestigkeit ist, während für die Gummizusammensetzung im wesentlichen eine relativ niedrige Hysterese beibehalten wird.
Ein bedeutsamer Aspekt für die Gummiseitenwand der Erfindung, die mit einer Stollen- und Rillen-Gestaltung für den Bodenkontakt aufgebaut ist, ist daher die einzigartige Kombination von angegebenen Mengen an Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk mit speziell definierten Tg und mit einem angegebenen Verstärkungssystem an ausgewähltem Ruß mit relativ großer Teilchengröße und Kieselsäure mit einem Haftvermittler, um eine Gummizusammensetzung mit annehmbarer Abriebbeständigkeit und Durchstoßfestigkeit zu erhalten, während im wesentlichen eine niedrige Hysterese (physikalische Eigenschaft der Rückprallelastizität) und die Biegeeigenschaften beibehalten werden.
Der Naturkautschuk zur Verwendung in der Erfindung ist ein cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk, der typischerweise einen cis-1,4-Gehalt in einem Bereich von 95 bis 100% und eine Tg in einem Bereich von –65 bis –70°C aufweist.
Das cis-1,4-Polybutadien zur Verwendung in der Erfindung hat vorzugsweise einen cis-1,4-Gehalt im Bereich von 95 bis 99% und eine Tg im Bereich von –100 bis –106°C.
Für die Erfindung ist es besonders wichtig, dass der cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk und der cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk zur Verwendung in der Erfindung Tg mit einem Abstand voneinander haben, d.h. Tg, die sich um mindestens 30°C unterscheiden, damit die Kautschuke relativ inkompatibel oder unmischbar miteinander sind, um z.B. die Beständigkeit gegenüber Schnittvergrößerung zu fördern.
Der relativ große Ruß zur Verwendung in der Erfindung zeigt sich durch eine Iod-Zahl in einem Bereich von 35 bis 85 g/kg und eine DBP-Zahl im Bereich von 70 bis 130 cm³/100 g.
Veranschaulichende Beispiele für derartige große Rußsorten sind z.B. gemäß den ASTM-Bezeichnungen eher N550, N660 und N326 als die Rußsorten mit kleineren Teilchen N110, N121 und N299, die gewöhnlich für Laufflächen-Kautschukzusammensetzungen verwendet werden.
Dementsprechend ist es zweckmäßig, dass der Ruß-Verstärkungsfüllstoff keine Rußsorten umfasst, die eine Iod-Zahl von 105 g/kg oder mehr aufweisen.
Die Kieselsäure (Silica) zur Verwendung in der Erfindung ist vorzugsweise eine gefällte Kieselsäure, die hergestellt werden kann durch saure Ausfällung eines Silicats oder durch Copräzipitation von einem Silicat und einem Aluminat, die den Fachleuten auf dem Gebiet im allgemeinen wohlbekannt sind. Derartige Kideselsäuren haben typischerweise eine BET-Oberfläche im Bereich von 125 bis 200 m²/g.
Veranschaulichende Beispiele für derartige Kieselsäuren sind z.B. Hi-Sil 210 und Hi-Sil 243 von PPG Industries, Zeosil 1165MP von Rhodia Inc., VN3 von Degussa und Zeopol 8745 von Huber.
Für die Zwecke dieser Beschreibung beziehen sich "compoundierte" Kautschukzusammensetzungen auf die betreffenden Kautschukzusammensetzungen, die mit geeigneten Compoundierbestandteilen compoundiert worden sind, wie z.B. Ruß, Öl, Stearinsäure; Zinkoxid, Kieselsäure, Wachs, Antiabbaumitteln, Harz(en), Schwefel und Beschleuniger(n).
Für die Durchführung der Erfindung werden relativ große Konzentrationen (z.B.: 3 bis 6 ThK) an Antiabbaumitteln in der Seitenwand-Kautschukzusammensetzung verwendet, um den Schutz vor Ozon und Oxidation zu fördern.
Während die Seitenwand-Kautschukzusammensetzung bei der Durch führung der Erfindung so zusammengestellt ist, dass sie eine Kombination von Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk umfasst, können bis zu 15 ThK zusätzlicher Elastomere in der Zusammensetzung enthalten sein, d.h. Elastomere ausgewählt aus Isopren/Butadien-Copolymerkautschuken, cis-1,4-Polyisopren-Synthesekautschuk und durch Emulsionspolymerisation hergestelltem Styrol/Butadien-Copolymerkautschuk (E-SBR), obwohl es bevorzugt ist, dass sie im wesentlichen den vorstehend genannten Naturkautschuk und den vorstehend genannten cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk umfasst.
Im allgemeinen und nach einem Aspekt ist es zweckmäßig, dass die Seitenwand-Kautschukzusammensetzung kein trans-1,4-Polybutadien, kein 3,4-Polyisopren und keine Polybutadien-Elastomere mit hohem Vinylgehalt (Polybutadien-Kautschuk mit mehr als 50% Vinylgehalt) umfasst, um eine ausreichende Flexibilität zu erhalten.
Bei der Durchführung der Erfindung können verschiedene Haftvermittler verwendet werden, wofür Bis(3-trialkoxysilylalkyl)polysulfide, die 2 bis 8 Schwefelatome in der Polysulfidbrücke mit einem Mittel von 3,5 bis 4,5 Schwefelatomen für ein Polysulfidmaterial und mit einem Mittel von 2 bis 2,6 für ein Disulfidmaterial enthalten, veranschaulichende Beispiele sind. Derartige Alkylgruppen für die Alkoxygruppen sind vorzugsweise ausgewählt aus Methyl- und Ethylgruppen, vorzugsweise Ethylgruppen, und die Alkylgruppe für die genannte Silylalkylgruppe wird aus Ethyl-, Propyl- und Butylresten ausgewählt.
Vorzugsweise ist der Haftvermittler ein Bis(3-triethoxysilylpropyl)polysulfid-Material.
Es ist für die Fachleute auf dem Gebiet ohne weiteres verständlich, dass die Kautschukzusammensetzungen der Seitenwand durch Verfahren compoundiert werden, die in der Technik der Kautschukcompoundierung allgemein bekannt sind, wie Mischen der verschiedenen Schwefel-vulkanisierbaren Konstituentenkautschuke mit verschiedenen, herkömmlicherweise verwendeten Additivmaterialien, wie z.B. Vulkanisationshilfsstoften, wie Schwefel, Aktivatoren, Verzögerern und Beschleunigern, Verarbeitungshilfsstoffen, wie Ölen, Harzen, einschließlich klebrigmachenden Harzen, Kieselsäuren und Weichmachern, Füllstoffen, Pigmenten, Fettsäure, Zinkoxid, Wachsen, Antioxidationsmitteln und Ozonschutzmitteln, Peptisiermitteln und Verstärkungsmaterialien, wie z.B. Ruß. Wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt, werden die vorstehend genannten Additive in Abhängigkeit vom beabsichtigten Gebrauch des Schwefel-vulkanisierbaren und Schwefel-vulkanisierten Materials (Gummis) ausgewählt und in herkömmlicher Weise in herkömmlichen Mengen verwendet.
Typische Mengen für klebrigmachende Harze, falls verwendet, können 0,5 bis 10 ThK, gewöhnlich 1 bis 5 ThK, umfassen. Typische Mengen für Verarbeitungshilfsstoffe können 1 bis 10 ThK umfassen, falls verwendet. Derartige Verarbeitungshilfsstoffe können z.B. aromatische, naphthenische und/oder paraffinische Verarbeitungsöle beinhalten. Veranschaulichende Kieselsäuren können z.B. hydratisierte amorphe Kieselsäuren sein. Typische Mengen für Antioxidationsmittel umfassen 1 bis 3 ThK. Veranschaulichende Antioxidationsmittel können z.B. Diphenyl-p-phenylendiamin und andere sein, wie z.B. solche, die in The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), Seiten 344–346 offenbart sind. Typische Mengen von Ozonschutzmitteln für die Seitenwandzusammensetzung können 3 bis 6 ThK umfassen. Typische Mengen für Fettsäuren, falls verwendet, die Stearinsäure beinhalten können, umfassen 0,5 bis 3 ThK. Typische Mengen von Zinkoxid umfassen 2 bis 6 ThK. Typische Mengen an Wachsen umfassen 1 bis 5 ThK. Häufig werden mikrokristalline Wachse verwendet. Typische Mengen für Peptisiermittel umfassen 0,1 bis 1 ThK. Typische Peptisiermittel können z.B. Pentachlorthiophenol und Dibenzamidodiphenyldisulfid sein.
Die Anwesenheit und die relativen Mengen der vorstehend genannten Additive werden nicht als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung angesehen, die überwiegend auf den Gebrauch einer angegebenen Mischung von Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk in Reifenseitenwänden mit einer Außenober fläche mit Stollen- und Rillen-Gestaltung für den Bodenkontakt als Schwefel-vulkanisierbare Zusammensetzung gerichtet ist, die mit einer angegebenen Kombination von Ruß von relativ großen Teilchen zusammen mit gefällter Kieselsäure und einem Haftvermittler verstärkt ist.
Die Vulkanisation wird in Anwesenheit eines Schwefelvulkanisationsmittels ausgeführt. Beispiele für geeignete Schwefelvulkanisationsmittel beinhalten elementaren Schwefel (freien Schwefel) oder Schwefeldonor-Vulkanisationsmittel, z.B. ein Amindisulfid, polymeres Polysulfid oder Schwefel-Olefin-Addukte. Das Schwefelvulkanisationsmittel ist bevorzugt elementarer Schwefel. Wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt, werden Schwefelvulkanisationsmittel in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 4 ThK verwendet, wobei ein Bereich von 0,5 bis 2,25 bevorzugt ist.
Beschleuniger, einschließlich primärer und gegebenenfalls sekundärer Beschleuniger, werden zur Steuerung der Zeit und/oder der Temperatur, die zur Vulkanisation erforderlich sind, und zur Verbesserung der Eigenschaften des Vulkanisats verwendet. Häufig werden Beschleuniger in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 2,0 ThK verwendet. Derartige Beschleuniger können z.B. verschiedene Amine, Disulfide, Guanidine, Thioharnstoffe, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide, Dithiocarbamate und Xanthate sein. Der Primärbeschleuniger ist vorzugsweise ein Sulfenamid. Wenn ein Sekundärbeschleuniger verwendet wird, ist der Sekundärbeschleuniger vorzugsweise eine Guanidin-, Dithiocarbamat- oder Thiuramverbindung.
Die Anwesenheit und die relativen Mengen des Schwefelvulkanisationsmittels und des oder der Beschleuniger werden nicht notwendigerweise als ein Aspekt der Erfindung angesehen.
Manchmal kann eine Kombination von Antioxidationsmitteln, Ozonschutzmitteln und Wachsen zusammen als "Antiabbaumittel" bezeichnet werden.
Der Reifen kann durch verschiedene Verfahren, die dem Fachmann auf dem Gebiet ohne weiteres ersichtlich sind, gebaut, geformt, formgepresst und vulkanisiert werden.
Der hergestellte Reifen der Erfindung wird auf übliche Weise durch Verfahren, die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, geformt und vulkanisiert. Zum weiteren Verständnis der Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, worin 1 eine perspektivische Ansicht eines Reifens ist, 2 eine Schnittansicht einer Reifenlauffläche und einer Teiles der Seitenwände ist, und 3 einen Reifenquerschnitt darstellt.
Aus den Zeichnungen wird insbesondere ein Reifen 1 mit einer Karkasse mit Umfangsgummilauffläche 2 mit Laufflächen-Miniflügeln 3 mit einer Gestaltung mit Stollen 4 und Rillen 5 und verbindenden Seitenwänden 6 ersichtlich.
In einzigartiger Weise erstreckt sich ein Teil der Lauffläche 2 mit der Gestaltung mit Stollen 4 und Rillen 5 zu einer maximalen Querschnittsbreite (SW) in Position 8 im Bereich der Seitenwand 6, der an der Lauffläche 2 angrenzt, welche größer ist als 30% und sich etwa 50% der Oberfläche der Seitenwand 6 annähert.
Insbesondere ist die gestaltete Außenoberfläche der Seitenwand 6 selbst, einschließlich der Gestaltung mit Stollen 4 und Rillen 5 darauf und sich erstreckend zum Bereich der Wulst 7 des Reifens, aus der Kautschukzusammensetzung der Erfindung, d.h. dem Naturkautschuk und dem cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk mit Tg, die um mindestens 30°C beabstandet sind, zusammen mit der Verstärkung aus Ruß mit großen Teilchen und Kieselsäure plus Haftvermittler.
Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele besser verstanden werden, worin sich Teile und Prozentgehalte auf das Gewicht beziehen, sofern nicht anders angegeben.
Referenzbeispiel I
Mischungen von Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk werden mit teilchenförmiger Rußverstärkung hergestellt und hier als Proben A, B und C bezeichnet, wobei Probe A eine Ruß-verstärkte Kontrolle ist und die Proben B und C eine Kieselsäure-Verstärkung zusammen mit einem Haftvermittler enthalten.
Bestandteile für die Elastomerzusammensetzungen sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Herkömmliche Mengen von Antiabbaumitteln ebenso wie von Fettsäure (Stearinsäure), Zinkoxid, Schwefel und Beschleunigern wurden verwendet.

1. cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk mit einer Tg von –65°C bis –70°C.
2. cis-1,4-Polybutadien als BUDENE^® 1207 von The Goodyear Tire & Rubber Company mit einem cis-1,4-Gehalt von 99 und einer Tg von –103°C.
3. N550 mit einer Iod-Zahl von 43 g/kg und einer DBP-Zahl von 121 cm³/100 g.
4. Kieselsäure Hi-Sil 243 von PPG Industries mit einer BET-Oberfläche (Stickstoff) von 150 m2/g.
5. Kieselsäure Zeopol 8745 von Huber mit einer BET-Oberfläche (Stickstoff) von 180 m²/g.
6. Komposit als X50S von Degussa AG als Kombination von Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid-Haftvermittler und Kohlenstoff in einem Verhältnis von 50/50.
7. Ozonschutzmittel vom p-Phenylendiamin-Typ.
8. Antioxidationsmittel als polymerisierter Trimethyldihydrochinolin-Typ.
9. Vom Sulfenamid- und Guanidin-Typ.
10. Typ Diarylphenylendiamin-Mischung.

Referenzbeispiel II
Die hergestellten Kautschukzusammensetzungen wurden bei einer Temperatur von 150°C 36 min vulkanisiert und die sich ergebenden vulkanisierten Kautschukproben wurden bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften bewertet, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. Die Proben A, B und C entsprechen den Proben A, B und C von Beispiel 1.
Tabelle 2

1. Durch eine schwingende Scheibe auf unvulkanisierte Kautschukproben angewendetes Drehmoment, die während des Tests vulkanisiert werden.
2. Kraft, die zum Abziehen von Streifen von 5 mm Breite (Ziehen bei 180°) erforderlich ist, ein Maß für die Eigenhaftung.
3. Dynamischer Test, der an vulkanisierten Schulterkautschukproben durch kontinuierliches Biegen bei 1 Hertz erfolgte.
4. Der Messereindringtest (etwa 25°C) kann allgemein beschrieben werden durch ein Messer von 5,3 g, das an einem Pendel von 105,4 cm befestigt ist und bei 15° von der Vertikalen losgelassen wird, wobei die Tiefe des Eindringens gemessen wird. Ein geringerer Wert ist besser (Proben B und C) und weist auf eine bessere Beständigkeit gegenüber durchbohrenden Gegenständen hin, was eine zweckmäßige Eigenschaft für die Reifenseitenwand mit Stollen- und Rillen-Gestaltung der Erfindung ist.
5. Der Energieeintragtest (etwa 25°C) kann allgemein beschrieben werden durch einen Eindringkörper mit einem Winkel von 45°, einem Durchmesser von 4,76 mm und von 18 g, der mit einer konstanten Geschwindigkeit von 100 mm/min in eine Gummiblock-Probe getrieben wird. Energie, die zu einer gegebenen Tiefe eingetragen wird, wird aufgezeichnet. Ein höherer Wert ist besser (Proben B und C) und weist auf eine bessere Beständigkeit gegenüber durchbohrenden Gegenständen hin, was eine zweckmäßige Eigenschaft für die Reifenseitenwand mit der Stollen- und Rillen-Gestaltung der Erfindung ist.

Aus der Tabelle 2 ist ohne weiteres ersichtlich, dass der 300% Modul, die Zugfestigkeit, die Reißfestigkeit, die Härte, die Abriebbeständigkeit und die Eindringbeständigkeit der Proben B und C beträchtlich größer sind als die von Kontrollprobe A und dies wird als Hinweis darauf gesehen, dass eine bessere Beständigkeit gegenüber Eindringen, Reißen, Abrieb und durchbohrenden Gegenständen gefördert wird, was zweckmäßige Eigenschaften für die Reifenseitenwand mit Stollen- und Rillen-Gestaltung der Erfindung, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist, darstellen.
Wie aus Tabelle 2 weiter ersichtlich, sind die Zugfestigkeit und die Reißfestigkeit der Proben B und C deutlich größer als die von Kontrollprobe A und es wird davon ausgegangen, dass sie eine größere Festigkeit, Beständigkeit gegenüber durchbohrenden Gegenständen und eine bessere Reißfestigkeit fördern, was zweckmäßige Eigenschaften für die Reifenseitenwand mit Stollen- und Rillen-Gestaltung der Erfindung sind.
Wie aus der Tabelle 2 ebenfalls ersichtlich, wird die DIN-Abriebbeständigkeit der Proben B und C gegenüber der Kontrollprobe A deutlich verbessert (geringerer Gummiverlust), was ein zweckmäßiges Merkmal für die Reifenseitenwand mit Stollen- und Rillen-Gestaltung der Erfindung ist, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist, was auf eine größere Scheuer- und Abriebbeständigkeit bei Oftroad-Anwendungen hinweist.
Ein anderer signifikanter Aspekt, der aus den in Tabelle 2 angegebenen Eigenschaften erkannt wird, besteht darin, dass die Hysterese wie sie durch die 100°C Rückprallelastizität angezeigt wird unerwarteterweise bei hohen Temperaturen (100°C) im wesentlichen aufrecht erhalten wurde. Dies ist auch ein zweckmäßiges Merkmal für die Reifenseitenwand mit Stollen- und Rillen-Gestaltung der Erfindung, bei der eine relativ geringe Eigenerwärmung unter Betriebsbedingungen ebenso wie die Förderung einer guten Wirtschaftlichkeit für den Fahrzeugbetrieb wichtig sind.
Ferner wurde wie in Tabelle 2 gezeigt unerwarteterweise festgestellt, dass die Biegeeigenschaften mit Gummizusammensetzungen mit einem wesentlich höheren 300% Modul und einer wesentlich höheren Zugfestigkeit beibehalten wurden. Es wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann der Kautschukcompoundiertechnik normalerweise erwarten würde, dass die Biegeeigenschaften negativ beeinflußt würden.
Obwohl der Mechanismus vielleicht nicht vollständig verstanden ist, wird angenommen, dass die verbesserte Beständigkeit gegenüber Schnittvergrößerung für die Proben B und C durch ein Netzwerk begründet ist, dass über die Kombination von Silan-Haftvermittler, Kieselsäure, Ruß und der einzigartigen Polymermischung gebildet wird.

Claims

Luftgummireifen (1) mit einer Karkasse mit Umfangsgummilauffläche und verbundenen Seitenwänden, wobei die Lauffläche (2) und ein Teil der Seitenwände (6) eine Gestaltung mit Stollen (4) und Rillen (5) aufweisen, die für den Bodenkontakt ausgelegt ist, die Gestaltung mit Stollen (4) und Rillen (5) sich von der Lauffläche über mindestens 30% der Reifenseitenwand (6) erstreckt, die an die Lauffläche angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptteil des mit Stollen und Rillen gestalteten Teils der Seitenwand aus einer Kautschukzusammensetzung ist, welche, bezogen auf 100 Gew.-Teile Kautschuk (ThK), umfasst (A) Elastomere umfassend (i) 40 bis 80 ThK cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk mit einer Tg im Bereich von –65°C bis –70°C und (ii) 20 bis 60 ThK cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk mit einer Tg im Bereich von –100°C bis –106°C, (B) 55 bis 80 ThK Verstärkungsfüllstoff umfassend Ruß und gefällte Kieselsäure, welcher umfasst (i) 5 bis 40 ThK Ruß mit einer Iod-Zahl von 35 bis 85 g/kg und einer Dibutylphthalat (DBP)-Zahl von 70 bis 130 cm³/100 g und (ii) 10 bis 70 ThK gefällte Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 125 bis 200 m2/g, wobei das Gewichtsverhältnis von Kieselsäure zu Ruß im Bereich von 0,3/1 bis 3/1 liegt, und (C) einen Haftvermittler mit einer Gruppe, die mit Silanolgruppen auf der genannten Kieselsäure reaktiv ist, und einer anderen Gruppe, die mit den genannten Elastomeren wechselwirkt.
Reifen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltung mit Stollen (4) und Rillen (5) sich von der Lauffläche (2) über mindestens 50% der Reifenseitenwand (6) erstreckt, die an die Lauffläche angrenzt.
Reifen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltung mit Stollen (4) und Rillen (5) sich von der Lauffläche (2) über die Reifenseitenwand (6), die an die Lauffläche angrenzt, bis mindestens zur maximalen Querschnittsbreite (SW) des Reifens erstreckt.
Reifen (1) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand-Kautschukzusammensetzung keine Elastomere mit einer Tg im Bereich von –70°C bis –100°C umfasst.
Reifen (1) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruß-Verstärkungsfüllstoff keine Rußsorten mit einer Iod-Zahl von 105 g/kg oder mehr umfasst.
Reifen (1) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand-Kautschukzusammensetzung kein trans-1,4-Polybutadien, kein 3,4-Polyisopren und kein Polybutadien-Elastomer mit hohem Vinylgehalt mit einem Vinylgehalt von mehr als 50% umfasst.
Reifen (1) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand-Kautschukzusammensetzung 5 bis 15 ThK mindestens eines zusätzlichen Elastomers ausgewählt aus mindestens einem von Isopren/Butadien-Copolymerkautschuk, cis-1,4-Polyisopren-Synthesekautschuk und durch Emulsionspolymerisation hergestelltem Styrol/Butadien-Copolymerkautschuk enthält.
Reifen (1) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler für die Seitenwandzusammensetzung ein Bis(3-trialkoxysilylalkyl)polysulfid ist, welches 2 bis 8 Schwefelatome mit einem Mittel von (i) 2 bis 2,6 oder (ii) 3,5 bis 4,5 Schwefelatomen in der Polysulfidbrücke enthält.
Reifen (1) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler für die Seitenwandzusammensetzung ein Bis(3-triethoxysiylpropyl)polysulfid-Material ist.
Reifen (1) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruß für die Seitenwandzusammensetzung ausgewählt ist aus den Rußsorten N550, N660 und/oder N326.