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Hintergrund
der Erfindung
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Pneumatikreifen
und insbesondere Geländereifen
leiden bei Gebrauch typischerweise unter Beschädigung der Seitenwand, einschließlich deren
Durchbohrung. Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Beschädigung solcher
Reifen durch Anbringung einer Schutzschicht mit hohem Härtegrad über der
bestehenden Reifenseitenwand zur Verstärkung des Reifens zu verringern.
Die Schutzschicht erhöht
die Haltbarkeit des Reifens, wenn die Seitenwand extensivem Verschleiß, Scheuern
oder anderem Mißbrauch
ausgesetzt ist. Besondere Anwendungen für Reifen der vorliegenden Erfindung
umfassen Untertagebau, Müllabfuhrfahrzeuge und
Militärfahrzeuge.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Pneumatikreifen, wobei eine
Schutzschicht an der Außenfläche der
Seitenwand angebracht ist, um die Haltbarkeit des Reifens gegenüber Perforation
zu verbessern.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Reifens gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines Reifens gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es
ist ein Pneumatikreifen offengelegt mit einem nach außen gewandten
Seitenwandbereich, der sich von gegenüberliegenden Kanten einer Gürtelverstärkungsstruktur
zu entsprechenden Reifenwülsten
erstreckt, wobei die Verbesserung eine Schutzschicht-Außenlage
umfasst, die besagte Seitenwand vollständig oder teilweise bedeckt,
und wobei besagte Schutzschicht folgendes umfasst
- 85 bis
92 Gewichtsanteile Polyisopren;
- 15 bis 8 Gewichtsanteile eines Styren-Butadien-Gummis;
- und
- 5 bis 20 phr eines hochstyrenhaltigen Harzes.
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Der
Pneumatikreifen 1 der vorliegenden Erfindung weist eine
Lauffläche 3 und
eine Gürtelverstärkungsstruktur 5 auf,
die zumindest einen umfangsgerichteten Verstärkungsgürtel 7, 9 umfassen.
Der Pneumatikreifen 1 weist ein Paar Seitenwände 11, 13 auf,
die jede einen nach außen
gewandten Seitenwandbereich 15, 17 aufweisen.
Der nach außen
gewandte Seitenwandbereich 15, 17 erstreckt sich
von gegenüberliegenden
Kanten der Gürtelverstärkungsstruktur 5 zu
entsprechenden Reifenwülsten 19, 21.
Der Reifen ist weiterhin gekennzeichnet durch eine Karkasse 23 mit
einer oder mehr Lagen, die durch diagonal oder radial verlaufende synthetische
oder Metallkorde verstärkt.
sind, ein Kernprofil 27, eine luftdichte Innenlage 29 und
einen bei schlauchlosen Reifen üblichen
Gummi-Wulstschutzstreifen 31.
Schlauchreifen können
auch die hierin beschriebene Schutzschicht umfassen.
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Der
Pneumatikreifen 1 besitzt eine äußere Schutzschichtlage 33, 35,
die den nach außen
gewandten Seitenwandbereich 15, 17 bedeckt. Die
Schutzschicht kann an einer der Außenflächen 15 oder 17 der
Seitenwand des Reifens 1 angebracht sein oder kann an beiden
Seitenwand-Oberflächen 15, 17 des
Reifens 1 angebracht sein. Die Schutzschicht kann so angebracht
sein, dass sie nächst
dem äußeren Bereich 37, 39 der Seitenwand
in Nähe
der Kante der Gürtelstruktur
beginnt und sich zu dem äußeren Bereich 41, 43 der
Seitenwand in Nähe
der entsprechenden Reifenwülste 19, 21 erstreckt.
Gemäß einer
anderen Ausführung,
unter Bezug auf 2, ist nur ein Teilbereich der
Außenfläche 15, 17 der Seitenwand
bedeckt. Gemäß dieser
Ausführung
erstreckt die Schutzschicht sich von einem Punkt 45, 47,
der sich zwischen der Schnittbreitenlinie (SBL) und den gegenüberliegenden
Kanten der Gürtelverstärkungsstruktur 5 befindet,
zu einem Punkt 49, 51, der sich zwischen der SBL
und dem äußeren Bereich
der Seitenwand in Nähe
der Reifenwülste 19, 21 befindet. Wie
hierin angewandt, bedeutet SBL eine Linie im Querschnitt des Reifens
parallel zu seiner Rotationsachse und die sich an dem Punkt der
maximalen axialen Breite des Reifens befindet; d.h., an der Stelle,
an der die Querschnittsbreite des Reifens gemessen wird. Der gemeinsame
Anhaltspunkt zu diesen in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsformen
ist das Vorhandensein einer Schutzschicht, die diesen Teilbereich
des äußeren Oberflächenbereichs 15, 17 der
Seitenwand im Bereich der SBL bedeckt.
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Die
Abmessungen der Schutzschicht auf der Seitenwand können variieren.
Im allgemeinen liegt die Schutzschicht in dem Bereich von 2 bis
7 Zoll (5 bis 18 cm) Breite. Die Dicke der Schutzschicht kann zwischen 0,125
Zoll (3,18 mm) bis 0,50 Zoll (12,7 mm) betragen.
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Die
Schutzschicht 33, 35 enthält 85 bis 92 Gewichtsanteile
Polyisopren. Das Polyisopren kann Natur- oder Synthetikgummi sein. Vorzugsweise
ist das Polyisopren Naturgummi. Vorzugsweise ist das Polyisopren in
einer Menge vorhanden, die sich auf 89 bis 91 Gewichtsanteile beläuft.
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bis 15 Gewichtsanteile des Gummis in der Schutzschicht ist ein Styren-Butadien-Gummi.
Vorzugsweise sind 9 bis 11 Gewichtsanteile Styren-Butadien-Gummi.
Der Styren-Butadien-Gummi
kann Styren-Butadien-Gummis sein, die durch Emulsions- und/oder
Lösungspolymerisation
erhalten wurden.
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In
einem Aspekt dieser Erfindung könnte
ein durch Emulsionspolymerisation erhaltenes Styren-Butadien (E-SBR) verwendet werden,
das einen relativ konventionellen Styrengehalt von 20 bis 28 Prozent
an gebundenem Styren aufweist, oder, für manche Anwendungen, ein E-SBR
mit einem mittleren bis relativ hohen Gehalt an gebundenem Styren,
nämlich
einem Gehalt an gebundenem Styren von 30 bis 45 Prozent.
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Mit
durch Emulsionspolymerisation hergestelltem E-SBR ist gemeint, dass
Styren und 1,3-Butadien als eine wässrige Emulsion copolymerisiert
werden. Solche sind den Fachleuten in dieser Technik wohlbekannt.
Der Gehalt an gebundenem Styren kann beispielsweise zwischen 5 und
50 Gewichtsprozent variieren.
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Das
durch Lösungspolymerisation
hergestellte SBR (S-SBR) hat typischerweise einen Gehalt an gebundenem
Styren in einem Bereich von 5 bis 50, vorzugsweise 9 bis 36, Gewichtsprozent.
Das S-SBR kann praktischerweise beispielsweise durch Organolithiumkatalysation
unter Vorhandensein eines organischen Kohlenwasserstofflösungsmittels
hergestellt werden.
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Das
Niveau hochstyrenhaltigen Harzes in der Gesamt-Schutzschichtzusammensetzung kann sich
auf 5 bis 20 phr belaufen. Vorzugsweise beläuft sich das Niveau hochstyrenhaltigen
Harzes auf 10 bis 15 phr.
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Das
SBR und das hochstyrenhaltige Harz können der Schutzschichtverbindung
getrennt zugesetzt werden, oder man kann eine Vormischung aus Styren-Butadien-Gummi
und hochstyrenhaltigem Harz verwenden.
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Die
Vormischungen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung sind
Emulsions-Vormischungen und umfassen 15 bis 50 Gewichtsprozent Emulsions-SBR
und 85 bis 50 Gewichtsprozent hochstyrenhaltiges Harz, mit einem
Gesamtgewicht verfügbaren
Styrens in der Harzvormischung, das sich auf 56 bis 90 Prozent beläuft. Vormischungen
aus hochstyrenhaltigem Harz und SBR sind erhältlich von Ameripol Synpol
Company, einer Abteilung der Uniroyal Goodrich Tire Company, unter
der Handelsbezeichnung 1903 und 1904. Das 1903-Material umfasst
48 Gewichtsprozent SBR 1502 (BR Tq –100°C, Styren Tq 100°C) und 52
Gewichtsprozent hochstyrenhaltiges Harz (Tq +100°C) mit 56 Gewichtsprozent gesamtverfügbaren Styrens
in dem Produkt. Das 1904-Material umfasst 40 Gewichtsprozent SBR
1502 (BR T1 –100°C, Styren
Tq +100°C)
und 60 Gewichtsprozent hochstyrenhaltiges Harz (Tq +100°C) mit 60
Gewichtsprozent Gesamtstyren in dem Produkt. Eine zusätzlich kommerziell
erhältliche
Vormischung kann von The Goodyear Tire & Rubber Company unter der Bezeichnung
Pliolite® S6B
erhalten werden. Pliolite® S6B umfasst 82,5 Gewichtsprozent
hochstyrenhaltiges Harz und 17,5 Gewichtsprozent emulsionspolymerisierten
Styren-Butadien-Gummi.
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Nach
dem Aushärten
kann die Schutzschichtzusammensetzung durch einen Shore A-Härtewert
von 75 bis 90 gekennzeichnet sein. Vorzugsweise beläuft sich
der Wert auf 78 bis 84. Die Shore A-Härtewerte werden gemäß den ASTM-Bezeichnungen
D2240 gemessen.
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Die
Schutzschichtzusammensetzung wird typischerweise Rußschwarz
enthalten. Das Niveau von Rußschwarz
kann sich auf 40 bis 80 phr belaufen. Vorzugsweise beläuft das
Niveau von Rußschwarz
sich auf 50 bis 70 phr. Typische Rußschwarzsorten, die verwendet
werden können,
umfassen N110, N121, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S326, N330,
M332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N660, N683, N754,
N762, N765, N774, N908, N990 und N991.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendete Schutzschicht kann wahlweise
verschiedene üblicherweise
in der Industrie verwendete Gummizusätze enthalten. Repräsentative
Beispiele für
Schwefeldonatoren umfassen elementaren Schwefel (freien Schwefel),
ein Amindisulfid, polymerisches Polysulfid und Schwefelolefinaddukte.
Vorzugsweise ist das Schwefelvulkanisiermittel elementarer Schwefel.
Das Schwefelvulkanisiermittel kann in einer Menge verwendet werden,
die sich auf 0,5 bis 8 phr beläuft,
wobei ein Bereich von 1,5 bis 6 phr bevorzugt wird. Typische Mengen
von Verarbeitungsölen
umfassen 1 bis 10 phr. Solche Verarbeitungshilfsmittel können beispielsweise
aromatische, Tallöle,
naphthenische und/oder paraffinische Verarbeitungsöle umfassen.
Typische Mengen von Antioxidantien umfassen 1 bis 5 phr. Repräsentative
Antioxidantien können beispielsweise
Diphenyl-p-phenylendiamin
und andere sein, wie etwa beispielsweise die im Vanderbilt Rubber Handbook
(Vanderbilt Gummihandbuch) (1978), Seiten 344–346 offengelegten. Typische
Mengen von Antiozonmitteln umfassen 1 bis 5 phr. Typische Mengen
Fettsäuren,
falls verwendet, die Stearinsäure
umfassen können,
umfassen 1 bis 4 phr. Typische Mengen Zinkoxid umfassen 2 bis 5
phr. Typische Mengen mikrokristalliner und paraffinischer Wachse
umfassen 0,5 bis 4 phr. Oft werden mikrokristalline Wachse verwendet.
Typische Mengen von Peptisiermitteln umfassen 0,1 bis 1 phr. Typische
Peptisiermittel können
beispielsweise Pentachlorthiophenol und Dibenzamiddiphenyldisulfid
sein.
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Beschleunigungsmittel
werden zur Steuerung der Zeit und/oder der Temperatur, die zur Vulkanisierung erforderlich
sind, und zur Verbesserung der Eigenschaften des Vulkanisats verwendet.
In einer Ausführung kann
ein einziges Beschleunigungssystem verwendet werden, d.h. ein Primärbeschleuniger.
Der/die Primärbeschleuniger
kann bzw. können
in Gesamtmengen verwendet werden, die sich auf 0,5 bis 4, vorzugsweise 0,8
bis 2,5, phr belaufen. In einer anderen Ausführung können Kombinationen eines Primär- und eines
Sekundärbeschleunigers
verwendet werden, wobei der Sekundärbeschleuniger in kleineren
Mengen, etwa von 0,05 bis 3 phr, verwendet wird, um die Eigenschaften
des Vulkanisats zu aktivieren und zu verbessern. Es kann erwartet
werden, dass Kombinationen dieser Beschleunigungsmittel einen synergetischen
Effekt auf die endgültigen
Eigenschaften ausüben
und etwas besser sind als die durch die Verwendung nur eines Beschleunigungsmittels
allein erzielten. Zusätzlich
können
Beschleunigungsmittel mit verzögerter
Wirkung verwendet werden, die von normalen Verarbeitungstemperaturen
nicht beeinflusst werden, jedoch auf normalen Vulkansationstemperaturen
eine zufriedenstellende Aushärtung
bewirken. Es können
auch Vulkanisationsverzögerungsmittel
verwendet werden. Geeignete Typen von Beschleunigungsmitteln, die
in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Amine, Disulfide,
Guanidine, Thiocarbamide, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide, Dithiocarbamate
und Xanthate. Der Primärbeschleuniger
ist vorzugsweise ein Sulfenamid. Wird ein zweites Beschleunigungsmittel
verwendet, so ist der Sekundärbeschleuniger
vorzugsweise eine Guanidin-, Dithiocarbamat- oder Thiuramverbindung.
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Das
Mischen der Gummizusammensetzung kann mittels Methoden vollzogen
werden, die den Fachleuten in der Gummimischtechnik bekannt sind.
Beispielsweise werden die Inhaltsstoffe typischerweise in zumindest
zwei Stufen gemischt; nämlich,
zumindest einer nichtproduktiven Stufe, gefolgt von einer produktiven Mischstufe.
Die endgültigen
Aushärtemittel,
einschließlich
Schwefelvulkanisiermitteln, werden typischerweise in der endgültigen Stufe
vermischt, die konventionell die „produktive" Mischstufe genannt
wird, worin das Mischen typischerweise auf einer Temperatur, oder
Endtemperatur, stattfindet, die niedriger ist als die Mischtemperatur(en)
der vorangehenden nichtproduktiven Mischstufe(n). Der Gummi und
das Polymerharz werden in ein oder mehr nichtproduktiven Mischstufen
vermischt. Die Begriffe „nichtproduktive" und „produktive" Mischstufen sind
den Fachleuten in der Gummimischtechnik wohlbekannt.
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Hierin
wird erwogen, dass das Mischen der Schutzschichtverbindung in einem
Extruder, Kalander, Banbury®-Mischer und dergleichen
vollzogen werden kann.
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Die
Schutzlagen werden vor dem Aushärten
an einem Reifenrohling oder an einem bereits vulkanisierten Pneumatikreifen
angebracht, auf eine Weise, ähnlich
einem den Fachleuten wohlbekannten Runderneuerungsprozess. Beispielsweise
wird der Bereich der Seitenwand, woran die Schutzschicht angebracht
werden soll, zu Anfang aufgerauht. Danach wird ein Zement auf dem
aufgerauhten Bereich angebracht, wonach ein gekalanderter oder extrudierter
Bogen der Schutzschicht an der Seitenwandoberfläche angebracht wird. Optionsweise
kann zu diesem Zeitpunkt eine vorzugsweise vorgehärtete Lauffläche angebracht
werden. Auf konventionelle Weise wird eine Hülle um die Karkasse angebracht,
die am Wulst versiegelt wird, worauf der Reifen im Autoklav ausgehärtet wird.
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Die
Vulkanisation des Pneumatikreifens der vorliegenden Erfindung wird
im allgemeinen auf konventionellen Temperaturen durchgeführt, die
sich auf 100°C
bis 170°C
belaufen. Vorzugsweise wird die Vulkanisation auf Temperaturen vollzogen,
die sich auf 100°C
bis 150°C
belaufen. Jeder der üblichen
Vulkanisationsprozesse kann verwendet werden, wie etwa Heizen in
einer Presse oder Form, Heizen mit überhitztem Dampf oder Heißluft oder
in einem Salzbad.
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Die
nachfolgenden Beispiele werden zum Zweck der Illustration, jedoch
nicht zur Einschränkung
der vorliegenden Erfindung angeführt.
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BEISPIELE
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Eine
Schutzschichtverbindung wurde hergestellt, indem in einer ersten
und zweiten nichtproduktiven Stufe 90 Gewichtsanteile Naturgummi,
21 Gewichtsanteile Ameripol 1903 (10 Gewichtsanteile Emulsions-SBR und
11 phr hochstyrenhaltigen Harzes), 60 Anteile Rußschwarz und konventionelle
Mengen Zinkoxid, Peptisiermittel, Stearinsäure, Verarbeitungsöl, Kohlenwasserstoffharz,
Wachs und Verarbeitungsöl
vermischt wurden. Diesem Gemisch wurden eine konventionelle Menge
eines Amin-Antiabbaumittels
und 4 Gesamt-phr Schwefel und Beschleunigungsmittel zugesetzt. Die
Schutzschichtverbindung wurde 45 Minuten lang auf 135°C ausgehärtet. Tabelle
I unten führt
die physikalischen Eigenschaften für die ausgehärtete Schutzschichtverbindung
auf.
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Die
obige Schutzschichtverbindung wurde an einem 36×12,5 R 16,5-Reifen angebracht.
Die Schutzschicht wurde zuerst vermischt und dann zu einem dünnen Film
auskalandert. Zur Lagerung wurde der Film dann mit einer dünnen Lage
Polyethylen bedeckt. Die Seitenwand des Reifens wurde aufgerauht
und ein Zement wurde angebracht. Nach dem Trocknen des Zements wurde
die Schutzschichtlage mit Druck aufgebracht. Der Reifen wurde dann
in eine Hülle
eingeschlagen und unter Anwendung von Standard-Aushärtebedingungen
für Runderneuerung
ausgehärtet.
