DE60037988T2

DE60037988T2 - Elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung, ihre Herstellung und Verwendung

Info

Publication number: DE60037988T2
Application number: DE60037988T
Authority: DE
Inventors: Brent Kevin Fairlawn Larson; Melissa Marie Akron Beauvais; Glenn Ervin Silver Spring Gasner
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2020-09-06
Also published as: DE60037988D1; JP2001114943A; US6228929B1; JP4714327B2; EP1085046B1; EP1085046A2; EP1085046A3; MXPA00008485A; CA2314724A1; BR0004141A; ES2301462T3

Description

Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung, ein Herstellungsverfahren und die Verwendung dieser Zusammensetzung. In einem Aspekt wird die Kautschukzusammensetzung in einem Kautschukluftreifen von einer Kreisringform verwendet, der einen Hohlraum aufweist, der dazu gestaltet ist, im Wesentlichen von der Kreisringform des Reifens umschlossen zu werden, und dessen Abschluss von einer starren Felge vollendet wird, zur Montage worauf der Reifen gestaltet ist. In einem anderen Aspekt enthält solcher Luftreifen solche Kautschukzusammensetzung an oder in einer Kautschuk-Innenisolierung des Reifens positioniert; wobei die Innenisolierung eine Oberfläche dieses Hohlraums ist. In einem weiteren Aspekt ist die Kautschukzusammensetzung ein ringförmiger Streifen aus einer elektrisch leitfähigen Kautschukzusammensetzung an oder in solcher Reifen-Innenisolierung. Der besagte ringförmige Streifen ist als Antenne zum Aufweisen einer Fähigkeit zum Empfangen elektromagnetischer Wellen von außerhalb des Reifens und zum Übertragen elektromagnetischer Wellen von der Innenseite des Reifens zur Außenseite des Reifens bestimmt.
Hintergrund
Luftreifen haben herkömmlich eine Kreisringform, welche einen Hohlraum definiert, die im Wesentlichen von dem Reifen eingeschlossen wird, und herkömmlich wird der Abschluss durch Montieren des Reifens auf einer beabsichtigten starren Felge vollendet. Der Reifen weist herkömmlich eine Kautschuk-Innenisolierung auf, die eigentlich eine freiliegende Oberfläche des Reifenhohlraums ist. Solche Luftreifenkonfigurationen sind herkömmlich, wie dem Fachmann verständlich wäre.
Luftreifen stützen sich normalerweise auf Luftdruck, um ihre Form und damit zusammenhängende Leistung während Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten, obwohl manche Luftreifen dazu gestaltet sein können, ihre Form zu behalten und eine repräsentative Leistung vorzusehen, zumindest für begrenzte Zeiträume, obowhl sie aus verschiedenen Gründen ihren Innenluftdruck verloren haben können oder nicht fähig sind, diesen aufrechtzuerhalten. Zum Zweck der Beschreibung dieser Erfindung werden solche Reifen hier als Luftreifen angesehen, obwohl sie dazu gestaltet sein können, für begrenzte Zeiträume ohne Innenluftdruck zu laufen.
Für verschiedene Anwendungen kann es wünschenswert sein, einen Kautschukluftreifen mit einer Fühlvorrichtung an oder in seiner Innenfläche zu versehen, die eine Fähigkeit hat, Energie von einer elektromagnetische Wellen erzeugenden Quelle außerhalb des Reifens elektronisch zu empfangen und verschiedene, den Reifen betreffende Daten, wie beispielsweise seinen Innenluftdruck, in Bezug zu einer äußeren Übertragungs- und Empfangsvorrichtung zu übertragen.
Es kann wünschenswert sein, einen solchen Reifen mit einer geeigneten Antenne als tatsächlichen Teil des Reifens zu versehen, sowohl zum Empfangen verschiedener elektromagnetischer Signale von einer äußeren Quelle, als auch zum Übertragen verschiedener elektromagnetischer Signale aus dem Reifen zu einer äußeren Empfangsvorrichtung.
Es kann auch wünschenswert sein, eine flexible Kautschukzusammensetzung mit relativ niedrigem elektrischem Widerstand zu verwenden, um verschiedene elektrische Vorrichtungen sowohl physikalisch als auch elektrisch anzuschließen, wie beispielsweise Anschließen einer Mikroprozessorvorrichtung oder eines Chips, die bzw. der an oder in einer Innenfläche des Reifens positioniert ist, an ein Elektrokabel.
Im Fall eines elektrisch leitfähigen Elements, wie beispielsweise eines elektrisch leitfähigen Metalldrahts, wird hierin vorausgesehen, dass die Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung verwendet werden kann, um mindestens zwei Teile des gleichen Elements im Fall eines Elements, oder einer Mehrzahl von Elementen im Fall von zwei oder mehr Elementen, elektrisch zu verbinden.
Folglich wird vorausgesehen, dass eine geeignet elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung wünschenswert wäre, um die Mikroprozessorvorrichtung mit mindestens einem zusätzlichen, nicht aus Kautschuk bestehenden, elektrisch leitfähigen Element zu verbinden, wie beispielsweise einem Draht oder anderem elektrischen Element oder Leiter, speziell, wo ein erhebliches Walken an der Anschlussstelle des elektrischen Leiters an den Mikroprozessor oder andere elektrische Vorrichtung oder Element betroffen ist.
In einem Aspekt wird auch vorausgesehen, dass solche elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung in einer Form einer vorgenannten Antenne vorliegen kann, als ringförmiger Streifen aus Kautschuk, der an oder in einer Reifen-Innenisolierung positioniert ist.
Eine solche Antenne hat notwendigerweise eine geeignete elektrische Leitfähigkeit für ihren Zweck und hat geeignete Elastomereigenschaften zur Kompatibilität mit der inneren Kautschukfläche des Reifens selbst.
Ein Anwendungsbeispiel eines elektrisch leitfähigen Kautschuks an einer Innenfläche eines Reifens findet sich in US-A- 5,743,973 .
Eine wichtige Anforderung für solche elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung ist nicht nur, dass sie relativ elektrisch leitfähig sein muss, sondern auch, dass sie physikalische Eigenschaften zum Einschluss in einem Reifenbauteil aufweist, sodass die elektrische Leitfähigkeit im Zeitablauf aufrechterhalten wird.
Für die Beschreibung dieser Erfindung bezieht sich der Begriff „ThK" auf „Gewichtsteile eines bestimmten Inhaltsstoffs in einer Kautschukzusammensetzung pro 100 Gewichtsteile Kautschuk".
Die Begriffe „Kautschuk", „Gummi" und „Elastomer" werden hierin als austauschbar angesehen, wenn nicht anderweitig angedeutet, und für die Zwecke dieser Beschreibung wird ein flüssiger Kautschuk, der ein Flüssigkautschuk auf Dienkohlenwasserstoffbasis oder ein Flüssigkautschuk auf Isobutylenbasis sein kann, obwohl er eine Flüssigkeit ist, hierin als „Kautschuk" bzw. „Gummi" bezeichnet, der nach Vulkanisation Kautschuk- bzw. Gummieigenschaften hat. Nichtflüssige Kautschuke können hierin als „feste Kautschuke" bezeichnet sein.
Die Begriffe „Kautschukverbindung", „Gummimischung" und „Kautschukzusammensetzung" oder „Elastomerzusammensetzung", wo verwendet, werden hierin als austauschbar angesehen, wenn nicht anders angedeutet.
Zusammenfassung und Praxis der Erfindung
Nach dieser Erfindung wird eine elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung bereitgestellt, die im Wesentlichen frei von und daher bevorzugt unter Ausschluss von Öl, insbesondere Prozessöl auf Erdölbasis, ist und besteht aus, auf Basis von 100 ThK Kautschuk, (A) 50 bis 95, alternativ 70 bis 80, ThK mindestens eines festen Kautschuks, (B) 5 bis 50, alternativ 20 bis 30, ThK eines flüssigen Kautschuks, ausgewählt aus mindestens einem von flüssigem Kautschuk auf Basis von flüssigem Dienkohlenwasserstoff und flüssigem Kautschuk auf Basis von Isobutylen, und (C) 10 bis 160, bevorzugt 30 bis 130, ThK mindestens eines Carbon Blacks mit einem Iodwert (ASTM D1510) in einem Bereich von 190 bis 1500, alternativ 900 bis 1400, g/kg und einem DBP-Wert (ASTM D2414) in einem Bereich von 110 bis 500, alternativ 300 bis 500, cm³/100 g.
In weiterer Übereinstimmung mit dieser Erfindung kann der feste Kautschuk ausgewählt sein aus (a) Kautschuken auf Dienkohlenwasserstoffbasis als Homopolymere und Copolymere konjugierter Dienkohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Isopren und 1,3-Butadien, und Copolymere von mindestens einem konjugierten Dienkohlenwasserstoff, ausgewählt aus Isopren und 1,3-Butadien, mit einer vinylaromatischen Verbindung, ausgewählt aus Styrol und Alphamethylstyrol, bevorzugt Styrol, sowie zinngekoppelten, durch organische Lösungsmittel-Lösungspolymerisation hergestellten Polymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien, und Copolymeren von Isopren und/oder 1,3-Butadien mit Styrol, oder (b) einem Kautschuk auf Isobutylenbasis als ein Butylkautschuk oder halogenierter Butylkautschuk als ein Copolymer, oder halogeniertes Copolymer, von Isobutylen und einer kleineren Menge (z. B. 2 bis 8 ThK) eines konjugierten Dienkohlenwasserstoffs, wie beispielsweise Isopren.
In zusätzlicher Übereinstimmung mit dieser Erfindung können die flüssigem Kautschuke ausgewählt sein aus (a) flüssigen Kautschuken auf Basis von konjugiertem Dienkohlenwasserstoff, ausgewählt aus Polymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien und Copolymeren von Isopren und 1,3-Butadien mit Styrol oder Alphamethylstyrol, bevorzugt Styrol, oder (b) einem Kautschuk auf Isobutylenbasis, wie beispielsweise ein Copolymer von Isobutylen und 2 bis 8 Gewichtsprozent Isopren, oder solches Copolymer, das mit einem Halogen, wie beispielsweise Chlor oder Brom, halogeniert worden ist.
In der Praxis dieser Erfindung ist, wenn der feste Kautschuk eine Kautschukzusammensetzung auf Dienkohlenwasserstoffbasis ist, der flüssige Kautschuk bevorzugt auch ein Kautschuk auf Dienkohlenwasserstoffbasis zwecks Kompatibilität des flüssigen Kautschuks mit den Zwecken festen Kautschuks.
Entsprechend ist, wenn der feste Kautschuk ein Kautschuk auf Isobutylenbasis ist, der flüssige Kautschuk bevorzugt auch ein flüssiger Kautschuk auf Isobutylenbasis zwecks Kompatibilität des flüssigen Kautschuks mit den Zwecken festen Kautschuks.
Der flüssige Kautschuk hat eine durchschnittliche (gewichtsmittlere) Molmasse in einem Bereich von 10.000 bis 50.000.
In der Praxis ist zu würdigen, dass die Kautschukzusammensetzung des Reifenbauteils (z. B. Reifen-Innenisolierung), dem der besagte elektrisch leitfähige Gummistreifen zugeordnet werden soll, typischerweise einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand von mindestens 1·10⁸ Ohm-cm und bis zu mindestens 1·10¹² Ohm-cm oder höher aufweist.
Im Gegensatz dazu hat die Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500, bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 100, und bevorzugter in einem Bereich von 0,5 bis 10 Ohm-cm.
Signifikanterweise wird manchmal bevorzugt, dass der feste Kautschuk vor allem, und bevorzugt ausschließlich, mindestens eines von synthetischem cis-1,4-Polyisopren und zinngekoppeltem synthetischem cis-1,4-Polyisopren ist. Solche Elastomere sind den Fachleuten in der Technik geläufig und werden herkömmlich durch organische Lösungspolymerisation von Isopren hergestellt. Die Zinnkopplung des Elastomers kann beispielsweise vollzogen werden, indem das Elastomer, bevor seine Polymerisation seines bzw. seiner Monomer-Vorläufer beendet wird, mit einer Zinnverbindung, wie beispielsweise Zinntetrachlorid, reagiert wird, und solche Zinnkopplung des Elastomerverfahrens ist den Fachleuten in der Technik geläufig.
Signifikanterweise enthält die Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung auch eine bedeutende Menge flüssigen dienbasierten Polymers, bevorzugt flüssiges Polyisopren, wie hierin nachstehend erörtert wird.
Ebenfalls signifikanterweise wird, wie zu erwarten wäre, Carbon Black-Verstärkungsfüllstoff verwendet, der wünschenswerterweise einen relativ niedrigen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand für die Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung fördert, wie hierin nachstehend erörtert wird.
In der Praxis kann die Kautschukzusammensetzung bevorzugt durch Mischen der Kautschukzusammensetzung in mindestens einem sequenziellen Mischschritt in einem Innengummimischer mit mindestens einem Rotor-Mischblatt in Abwesenheit von Schwefel- und Peroxid-Vulkanisationsmitteln bis auf eine Höchsttemperatur von weniger als 180°C, üblicherweise weniger als 170°C, das heißt, üblicherweise in einem Bereich von 150°C bis 170°C oder sogar bis zu 180°C hergestellt werden; wobei für jeden Mischschritt die Zusammensetzung bis auf eine erhebliche Minimierung (z. B. innerhalb von 30 Prozent solcher Minimierung) eines resultierenden spezifischen elektrischen Volumenwiderstands der Kautschukzusammensetzung, wenn sie anschließend vulkanisiert ist, gemischt wird.
Während es ein gewisses Experimentieren durch einen Fachmann erfordern kann, um zu ermitteln, wo solche Minimierung stattfindet, kann solche Minimierung relativ leicht ermittelt werden, insbesondere wie hiernach erörtert.
Es ist zu würdigen, dass die Kautschukzusammensetzung dann in einem letzten Mischschritt in einem Innenmischer mit Schwefel und Vulkanisationsmitteln auf eine Höchsttemperatur von weniger als 120°C, manchmal weniger als 115°C, daher üblicherweise in einem Bereich von 95°C bis 120°C, für einen kurzen Zeitraum, nämlich weniger als 4, bevorzugt weniger als 2 oder 3 Minuten, und daher üblicherweise in einem Bereich von 1,5 bis 4 Minuten, gemischt wird.
Eine Alternative zu den vorangehenden Experimenten zur Ermittlung von Verfahrensbedingungen zur Erzielung der vorgenannten relativen Minimierung des spezifischen elektrischen Volumenwiderstands ist wie folgt:
In der Praxis kann die Kautschukzusammensetzung durch Mischen der Kautschukzusammensetzung in mindestens einem sequenziellen Mischschritt in einem Innengummimischer mit mindestens einem Rotor-Mischblatt in Abwesenheit von Schwefel- und Peroxid-Vulkanisationsmitteln gemischt werden; wobei für jeden Mischschritt die Zusammensetzung für einen geeigneten Zeitraum auf eine Temperatur von weniger als 170°C und auf im Wesentlichen eine Minimierung des durch den Innenmischer zum Mischen der Kautschukzusammensetzung erfahrenen Mischdrehmoments gemischt wird. Bevorzugt liegt diese wesentliche Minimierung innerhalb von 50 Prozent, alternativ innerhalb von 20 Prozent, des Mindest-Mischdrehmoments, das anschließend an ein anfängliches Höchst-Mischdrehmoment zum Mischen der Kautschukzusammensetzung erfahren wird.
In der Praxis ist die Rotor-Drehgeschwindigkeit im Wesentlichen konstant, mit einem Schwanken der Mischgeschwindigkeit des Mischers von weniger als zehn Prozent.
Während ein geeigneter Zeitraum für das vorgenannte Mischen beträchtlich schwanken kann, beispielsweise abhängig von der Rotorgeschwindigkeit des Mischers und dem umlaufenden Kühlwasser, falls überhaupt, für den Mischer, sowie der Auswahl von Elastomeren und Konzentration des flüssigen Polymers und Carbon Blacks, wird vorausgesehen, dass ein solcher individueller Mischzeitraum pro Mischschritt vom Fachmann leicht ermittelt werden kann und beispielsweise 1,5 bis 3 Minuten betragen kann.
Ein Zweck der Steuerung des Mischens der Kautschukzusammensetzung und Basieren des Mischens auf dem Mischdrehmoment ist, in einem gewissen Umfang die homogene Dispersion des Carbon Black zu begrenzen und daher einer weniger als homogene Dispersion in der Kautschukzusammensetzung zu erzeugen.
Wie hierin nachstehend in den 3 und 4 gezeigt, welche diese Erfindungsoffenbarung begleiten, ist beobachtet worden, dass eine Minimierung des spezifischen elektrischen Volumenwiderstands in der Kautschukzusammensetzung im Wesentlichen mit einer Minimierung des Mischdrehmoments für einen Innengummimischer für die Kautschukzusammensetzung zusammenfällt.
Es ist auch in „Conductive Rubbes and Plastics", nachstehend, berichtet worden, dass beobachtet wurde, dass eine weniger als homogene Dispersion von Carbon Black in einer Kautschukzusammensetzung einen niedrigeren, und typischerweise erstrebenswerteren, elektrischen Widerstand für die Kautschukzusammensetzung bereitstellt.
Ein Fertigungsartikel wird bereitgestellt, der mindestens eine Komponente enthält, die aus der Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung besteht.
Ein Fertigungsartikel besteht aus mindestens einem, üblicherweise mindestens zwei, elektrisch leitfähigen Elementen, bevorzugt metallischen Elementen, die elektrisch und bevorzugt physikalisch mit der Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung miteinander verbunden sind.
Ein Fertigungsartikel ist ein industrielles Produkt, ausgewählt aus Schläuchen und Riemen, die mindestens eine Komponente aufweisen, die aus der Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung besteht. Beispielhaft für solches industrielles Produkt ist ein Förderband und ein Kraftübertragungsriemen.
Ein Reifen wird bereitgestellt, der mindestens eine Komponente aufweist, die aus der Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung besteht.
Für diesen Reifen, bevorzugt ein Luftreifen, ist die Komponente eine Baugruppe, bestehend aus der Kautschukzusammensetzung, die physikalisch und elektrisch mindestens ein, und üblicherweise mindestens zwei, elektrisch leitfähige metallische Elemente oder Vorrichtungen miteinander verbindet, wobei die Kautschukzusammensetzung zwischen den metallischen Elementen angeordnet ist.
Ein Kautschukluftreifen wird bereitgestellt, der einen ringförmigen Streifen aus der elektrisch leitfähigen Kautschukzusammensetzung enthält, in Umfangsrichtung an, in oder übereinstimmend mit einer Innenisolierungs-Kautschukfläche des Reifens angeordnet; wobei der elektrisch leitfähige Gummistreifen eine Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 5, bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 2, mm und einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500, alternativ 0,5 bis 50, und bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 10, Ohm-cm hat und wobei der Streifen im wesentlichen frei von Öl, insbesondere Kautschukprozessöl, bevorzugt unter Ausschluss davon ist und daher null bis zu und einschließlich 5 ThK Öl, wie beispielsweise ein bis fünf ThK Öl, enthält.
In der Praxis ist solcher Luftreifen von einer herkömmlichen Kreisringform mit einem inhärenten Hohlraum; wobei der Hohlraum dazu gestaltet ist, durch eine starre Felge verschlossen zu werden, und wobei der Streifen einen oder in der Kautschukfläche des Hohlraums an oder in der Nähe der Mittellinie des Reifens angeordnet ist.
In einem Aspekt dieser Erfindung ist der ringförmige Gummistreifen eine Antenne in dem Reifen, die dazu gestaltet ist, elektromagnetische Wellen (z. B. Hochfrequenzwellen) in dem Reifen von einem elektromagnetischen Übertragungsmittel oder einer Quelle außerhalb des Reifens zu empfangen und elektromagnetische Wellen aus dem Reifen zu einem Empfängermittel für eine elektromagnetische Welle zu übertragen.
Insbesondere ist solche Antenne dazu gestaltet, Information aus dem Reifen zu einem Informationsempfängermittel außerhalb des Reifens zu übertragen. In der Praxis wird erwogen, dass die Antenne Informationen oder Daten durch Hochfrequenz-Übertragung übertragen soll.
Bevorzugt ist der ringförmige Streifen aus Gummi ungefähr an der Mittellinie des Reifens und bevorzugt an oder in einer Kautschuk-Innenisolierung des Reifens angeordnet.
In einem Aspekt der Erfindung ist der elektrisch leitfähige Gummistreifen oder die Antenne in Umfangsrichtung an der Innenfläche des Reifenhohlraums (z. B. einer Reifen-Innenisolierung) positioniert, wobei ein diskontinuierlicher Teil davon, bestehend aus zwei Enden des Streifens, einzeln an einen Mikroprozessorchip angeschlossen sind, der in der Reifen-Innenisolierung eingebettet sein kann. Insbesondere sind die Enden des Streifens einzeln und elektrisch und physikalisch an einen oder mehrere elektrisch leitfähige metallische Elemente eines Mikroprozessorchips angeschlossen; wobei der Chip zwischen den Enden des Streifens angeordnet sein kann.
Dementsprechend wird dann ein Mittel vorgesehen, um mindestens zwei Teile mindestens eines elektrisch leitfähigen Elements elektrisch anzuschließen, was das Anordnen der Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung zwischen mindestens zwei dieser Teile umfasst, um diese Teile elektrisch zu verbinden.
Ebenfalls dementsprechend wird dann hierin ein Mittel vorgesehen, um elektromagnetische Signale von einem elektromagnetische Signale erzeugenden Mittel außerhalb eines Reifens zu empfangen und um elektromagnetische Signale aus dem Reifen zu einem elektromagnetische Signale empfangenden Mittel außerhalb des Reifens zu übertragen, was das Versehen eines Reifens mit einer Antenne in dem Reifen umfasst; wobei die Antenne aus einem ringförmigen Streifen aus der Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung besteht, der in Umfangsrichtung an, in oder übereinstimmend mit einer Innenisolierungs-Kautschukfläche des Reifens angeordnet ist; wobei der elektrisch leitfähige Gummistreifen eine Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 5 mm hat und wobei die Kautschukzusammensetzung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand im Bereich von von 0,5 bis 500 Ohm-cm aufweist und wobei der Streifen ein diskontinuierliches Segment aufweist, wo jedes einzelne Ende des Streifens physikalisch und elektrisch an einen Mikroprozessorchip angeschlossen ist, wobei der Chip in der Nähe, und manchmal zwischen, den Enden des Streifens angeordnet ist.
In der Praxis kann der elektrisch leitfähige Streifen oder die Antenne eine Breite in einem Bereich von 5 bis 20, alternativ 5 bis 12, cm haben, etwas abhängig von der Reifengröße und elektrischen Erfordernissen des eingebetteten Mikroprozessorchips.
Während Metallelemente des Mikroprozessorchips verschiedene Formen haben können, wird erwogen, dass sie in Form von Drähten, Plättchen oder anderen Gestaltungsformen vorliegen können. Solche Metallelemente können aus verschiedenen leitfähigen Metallen sein, wie beispielsweise Stahl, Kupfer, Legierungen davon, einschließlich Messing, und einschließlich Stahldrähten mit einem Kupfer-, Messing- oder Zinküberzug daran.
Es ist zu würdigen, dass der dünne, elektrisch leitfähige Gummistreifen oder die Antenne über einen Teil der Metallelemente gelegt sein kann, um eines oder mehrerer andere der Metallelemente herumgeschlagen sein kann, eines oder mehr der Metallelemente einkapseln oder teilweise einkapseln kann, oder alternativ mindestens eines der Metallelemente sandwichartig zwischen zwei Streifen der leitfähigen Kautschukzusammensetzung gelegt sein kann. Andere Variationen können dem Fachmann einfallen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung kann die elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung in mindestens ein Kautschukbauteil des Luftreifens eingebettet oder teilweise eingebettet sein. Während ein solches Kautschukbauteil des Reifens beispielsweise die Karkasse des Reifens, seine Seitenwand, seine Innenisolierung oder anderes Reifenbauteil sein kann, wie es dem Fachmann für diese Erfindung einfallen kann, wird bevorzugt, dass die Kautschukzusammensetzung in Form des besagten Streifens vorliegt und ein Teil der Innenisolierung des Reifens ist. Während es üblicherweise erwünscht ist, dass der elektrisch leitfähige Gummistreifen vollständig in ein oder mehrere Bauteile des Reifens eingebettet ist, wird vorausgesehen, dass ein Teil des Streifens nicht vollständig in einem Reifenbauteil eingebettet sein könnte und somit dem Inneren des Reifens eine freiliegende Oberfläche darbietet.
Während vorausgesehen wird, dass der elektrisch leitfähige Streifen oder die Antenne dieser Erfindung aus einer Kautschukzusammensetzung sein soll, bestehend aus Elastomeren aus Monomeren auf Basis konjugierten Diens mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, bevorzugt aus mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien, alternativ mit Styrol copolymerisiert, wird auch vorausgesehen, dass die Kautschukzusammensetzung aus einem Butyl- oder Halobutylkautschuk (z. B. Brombutylkautschuk) bestehen kann, wo der Streifen an oder in einer Reifen-Innenisolierung angeordnet werden soll, wo die Innenisolierung selbst aus einem Butyl- oder Halobutylkautschuk zusammengesetzt ist, um seine Kompatibilität mit der Reifen-Innenisolierung zu verbessern.
Für ein weiteres Verständnis der Erfindung wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen.
In den Zeichnungen ist 1 eine perspektivische Querschnittsansicht eines kreisringförmigen Luftreifens, die einen an seiner Innenfläche angeordneten elektrisch leitfähigen Gummistreifen zeigt. Der Streifen aus dem elektrisch leitfähigen Kautschuk ist dazu gestaltet, als Antenne zum Empfangen und/oder Übertragen von Energie und/oder Information zu funktionieren.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Luftreifen, die einen ringförmig angeordneten Streifen oder Antenne zeigt, dessen bzw. deren Enden an einen Mikroprozessorchip enden.
3 bildet eine Kurve des spezifischen elektrischen Volumenwiderstands für die vulkanisierte Kautschukzusammensetzung im Verhältnis zur Mischzeit für die unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung ab. 4 bildet eine Kurve des zum Mischen der Kautschukzusammensetzung angewendeten Drehmoments im Verhältnis zur Mischzeit ab.
Insbesondere ist 1 eine Perspektivansicht eines Reifenquerschnitts (1), wie gezeigt, worin ein Teil eines ringförmigen elektrisch leitfähigen Gummistreifens (2) an der Mittellinie der Innenfläche (3) des Reifens positioniert ist. Die Innenfläche (3) des Reifens ist die Innenisolierung des Reifens und ist die Innenfläche des Reifenhohlraums. Während der Streifen (2) als auf der Innenfläche (3) positioniert gezeigt ist, versteht es sich, dass es höchstwahrscheinlich ist, dass seine freiliegende Oberfläche bündig, oder im Wesentlichen gleich, mit der Oberfläche der Innenisolierung (3) ist.
2 ist eine Querschnittsansicht des Reifens, welche den ringförmigen Streifen (2) und seine Enden (4) zeigt, die einzeln enden, indem sie sowohl physikalisch als auch elektrisch an einen Mikroprozessorchip (5) angeschlossen sind.
3 soll ein Graph sein, der repräsentativ ist für eine Simulation einer Kurve von spezifischem elektrischem Volumenwiderstand (Ohm-cm) einer vulkanisierten Kautschukzusammensetzung für den Streifen dieser Erfindung, abgetragen gegen die Mischzeit für die unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung in einem Innengummimischer.
Insbesondere soll 3 zeigen, wie der spezifische elektrische Volumenwiderstand der vulkanisierten Kautschukzusammensetzung auf einen relativ und wünschenswert niedrigen Wert spezifischen elektrischen Widerstands in dem Bereich (A-A) der Kurve (6) im Zeitverlauf abnimmt, wenn die unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung gemischt wird, und dann auf höhere und wenige wünschenswerte spezifische Widerstandswerte steigt, wenn das Mischen fortgesetzt wird.
4 soll ein Graph sein, als eine repräsentative Simulation von Mischdrehmoment (z. B.: MPa) für eine unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung dieser Erfindung, ebenfalls abgetragen gegen die Mischzeit in einem Innengummimischer.
Insbesondere soll 4 zeigen, dass das Mischdrehmoment in Bereich (B-B) der Kurve (7) im Zeitverlauf auf einen niedrigen Wert und minimales Drehmoment abnimmt, wenn die unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung gemischt wird, und dann auf höhere Werte ansteigt.
In der Praxis ist beobachtet worden, dass die vorgenannte Minimierung des Bereichs (A-A) des spezifischen elektrischen Widerstands für die vulkanisierte Kautschukzusammensetzung und Minimierung des Bereichs (B-B) des Mischdrehmoments für die unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung im Wesentlichen zusammenfallen.
Daher ist es ein wünschenswerter Aspekt dieser Erfindung, dass die Herstellung der Kautschukzusammensetzung für den elektrisch leitfähigen Streifen dieser Erfindung hergestellt wird, indem die Inhaltsstoffe in einem Innengummimischer für einen geeigneten Zeitraum gemischt werden, um das vorgenannte Mischdrehmoment zu minimieren, um entsprechend den spezifischen elektrischen Widerstand der resultierenden schwefelvulkanisierten Kautschukzusammensetzung zu minimieren.
Für eine Erörterung bezüglich der Minimierung des spezifischen elektrischen Widerstands einer Carbon Black-verstärkten Kautschukzusammensetzung durch Einschränken des Mischens der Kautschukzusammensetzung, siehe „Conductive Rubbers and Plastics" von R. H. Norman (1970), veröffentlicht von Applied Science Publishers Ltd., London, Seiten 50–53.
Während eine grundlegende Erwägung dieser Erfindung die Verwirklichung des elektrisch leitfähigen Gummistreifens ist, der insbesondere als Antenne zum Empfangen und/oder Übertragen von Energie und/oder Information gestaltet ist, ist eine sekundäre Erwägung, dass die elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung geeignete Kautschukeigenschaften hat, um relativ kompatibel mit dem Reifenbauteil zu sein, womit sie eingebettet oder mindestens teilweise eingebettet wird.
Folglich und in einem Aspekt ist es erwünscht, dass die vulkanisierte, elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung physikalische Eigenschaften hat, wie etwa eine Höchstzugbeständigkeit bei 23°C in einem Bereich von 10 bis 20 MPa, eine höchste Ausdehnung bei 23° in einem Bereich von 200 bis 700 Prozent, einen 200 Prozent-Modul bei 23°C von 10 bis 15 MPa, einen 100 Prozent-Modul bei 23°C von 3 bis 7 MPa und eine Shore A-Härte in einem Bereich von 70 bis 90.
Repräsentativ für feste Kautschuke oder Elastomere für die leitfähige Kautschukzusammensetzung sind beispielsweise Elastomere, ausgewählt aus mindestens einem von Homopolymeren und Copolymeren von 1,3-Butadien und Isopren; Copolymeren von 1,3-Butadien und/oder Isopren und einem vinylaromatischen Kohlenwasserstoff, wie etwa Styrol oder Alphamethylstyrol; Butyl- und Halobutylkautschuk, wie etwa Chlorbutyl- und Brombutylkautschuk, wie die vorgenannten Copolymere von Isobutylen und eine kleinere Menge konjugierten Dienkohlenwasserstoffs und halogenierter Isobutylen-Copolymere.
Repräsentative Beispiele solcher Elastomere sind beispielsweise cis-1,4-Polybutadien, trans-1,4-Polybutadien, syndiotaktisches Polybutadien, Polyisopren, entweder natürlich oder synthetisch, Styrol-Butadien-Copolymerkautschuk, entweder durch Lösungs- oder wässrige Emulsionspolymerisation hergestellt, Isopren-Butadien-Copolymerkautschuk, Styrol-Isopren-Copolymerkautschuk und Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymerkautschuk.
Ein weiteres Beispiel von Elastomeren sind zinngekoppelte, durch Lösungspolymerisation hergestellte Elastomere, wie cis-1,4-Polyisopren, cis-1,4-Polybutadien und Isopren-Butadien-Copolymere.
In der Praxis ist solche elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung für besagten Streifen bevorzugt vor allem aus synthetischem cis-1,4-Polyisoprenkautschuk oder zinngekoppeltem cis-1,4-Polyisoprenkautschuk zusammengesetzt, insofern ihr Kautschukgehalt betroffen ist.
Es kann jedoch bevorzugt sein, dass die feste Kautschukkomponente vor allem oder bevorzugt ausschließlich aus einem Butylkautschuk oder halogenierten Butylkautschuk besteht.
Es ist zu würdigen, dass Butylkautschuk typischerweise ein Copolymer von Isobutylen und 1 bis 6 Prozent eines konjugierten Diens, wie etwa Isopren, ist und dass ein halogenierter Butylkautschuk (z. B. Brom) ein solches Copolymer ist, das nach-halogeniert wurde.
Folglich wird erwogen, dass die elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung beispielsweise und auf Basis von 100 Gewichtsteilen Kautschuk (ThK) bestehen kann aus (A) 50 bis 95, alternativ 70 bis 80, ThK von (i) mindestens einem von festem synthetischem cis-1,4-Polyisoprenkautschuk und zinngekoppeltem synthetischem cis-1,4-Polyisoprenkautschuk, (ii) mindestens einem festen dienbasierten Kautschuk, ausgewählt aus natürlichem und synthetischem cis-1,4-Polyisopren, synthetischem cis-1,4-Polybutadien, Copolymeren von Isopren und 1,3-Butadien, und Copolymeren von Isopren und/oder 1,3-Butadien mit einer vinylaromatischen Verbindung, wie beispielsweise Styrol und/oder Alphamethylstyrol, und zinngekoppelten Elastomeren von cis-1,4-Polyisopren, cis-1,4-Polybutadien, Isopren-Butadien-Copolymeren und Styrol-Butadien-Copolymeren, oder (iii) einem festen Copolymer von Isobutylen und konjugierten Dien, wie etwa Isopren, und/oder einem festen Copolymer von Isobutylen und solchen konjugierten Dien, das mit Chlor oder Brom halogeniert ist, (B) 5 bis 50, alternativ 30 bis 40, ThK von (i) mindestens einem flüssigen Kautschuk, ausgewählt aus Polyisopren, Polybutadien, Isopren-Butadien-Copolymeren und Styrol-Butadien-Copolymeren, wenn besagter fester Kautschuk ein Kautschuk auf Basis von Dienkohlenwasserstoff ist, oder (ii) mindestens einem flüssigen Kautschuk, ausgewählt aus Copolymeren von Isobutylen und Isopren, das 2 bis 8 Gewichtsprozent Einheiten enthält, die von einem konjugierten Dienkohlenwasserstoff abgeleitet sind, wie beispielsweise Isopren, und von dem Isobutylen Copolymere, die mit Chlor oder Brom halogeniert worden sind, wenn der feste Kautschuk ein Kautschuk auf Isobutylenbasis ist, und (C) 10 bis 160, alternativ 30 bis 130, ThK Carbon Black mit einer Partikelgröße in einem Bereich von 10 bis 30 Nanometer (nm), einem Iodwert in einem Bereich von 190 bis 1500, alternativ 900 bis 1500, m²/g (ASTM D1510), und einem Dibutylphtalat(DBP)-Wert in einem Bereich von 110 bis 500, alternativ 300 bis 500, cm³/100 g (ASTM D2414), solange die schwefelvulkanisierte oder vulkanisierte Kautschukzusammensetzung den vorgenannten spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500, alternativ 0,5 bis 100 und bevorzugt 0,5 bis 10, Ohm-cm aufweist.
Es wird anerkannt, dass von dem Fachmann eine gewisse Anpassung in Bezug auf die Auswahl von Elastomeren oder anderen Kautschukmischbestandteilen, einschließlich Carbon Blacks, durchgeführt werden kann, abhängig von den gewünschten physikalischen Eigenschaften und dem Niveau des spezifischen elektrischen Volumenwiderstands, was hierin als im Kenntnisbereich eines Fachmanns in der Kautschukmischtechnik liegend angesehen wird.
In der Praxis ist erwünscht, dass das Carbon Black für die elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung einen besonders elektrisch leitfähiges Carbon Black ist.
Repräsentative Beispiele von Carbon Blacks, die zur Verwendung in der elektrisch leitfähigen Kautschukzusammensetzung für das elektrisch orientierte Komposit erwogen werden, sind, als Beispiel und nicht als Einschränkung gedacht, Carbon Blacks mit einem BET-Oberflächengebiet (ASTM D3037) in einem Bereich von 200 bis 1250, alternativ 800 bis 1200, m²/g.
Beispielhaft für verschiedene Carbon Blacks zur Anwendung in dieser Erfindung sind beispielsweise: (A) Azetylenschwarz; (B) Printex XE-2 Carbon Black von Degussa AG mit einem BET-Oberflächengebiet von 1000 m²/g; einem CTAB-Oberflächengebiet von 620 m²/g; einer Iodzahl von 1000 mg/g; einem durchschnittlichen Durchmesser von 30–35 Nanometer (nm); und einem DBP-Wert von 350–410 cm/100 g; (C) Ketjenblack EC-600JD Carbon Black von Akzo Nobel Chemicals Inc. mit einem BET-Oberflächengebiet von 1250 m²/g; einer Iodzahl von 975 bis 1175 mg/g; und einem DBP-Wert von 350–410 cm/100 g und (D) Plack Pearls 2000 Carbon Black von der Cabot Corporation mit einem BET-Oberflächengebiet von 1000 m²/g; einer Iodzahl von 1400 mg/g und einem DBP-Wert von 330 cm/100 g.
Extra leitfähige Carbon Blacks, wie beispielsweise die oben angeführten Carbon Blacks von Degussa, Akzo und Cabot, sind besonders bevorzugte Carbon Blacks für den Gummistreifen.
Der spezifische elektrische Volumenwiderstand wird nicht direkt gemessen, sondern wird berechnet aus (1) einem gemessenen Widerstand einer Probe in Ohm, und (2) den geometrischen Größen- und Formparametern der Probe. Siehe beispielsweise „Conductive Rubbers and Plastics" von R. H. Norman (1970), veröffentlicht von Applied Science Publishers Ltd., London, Seiten 24–29.
Mit dem Begriff „spezifischer elektrischer Volumenwiderstand" einer vulkanisierten Kautschukprobe ist der Wert gemeint, berechnet durch die Formel: r = (R)(A)/(L)wobei r der spezifische elektrische Volumenwiderstand in Ohm-cm ist, (R) der Widerstand in Ohm für eine Probe mit konstantem Querschnitt ist, (A) die Querschnittsfläche der Kautschukprobe in cm² ist und (L) der Abstand zwischen mit der Kautschukprobe verbundenen Elektroden in cm ist.
Somit ist der spezifische elektrische Volumenwiderstand von dem einfachen Widerstand zu unterscheiden, der herkömmlich in Begriffen von Ohm ausgedrückt wird.
Der Widerstand (R) kann durch einen Ohmmeter gemessen werden. Es ist wichtig, dass die Verbindung zwischen den Ohmmeter-Elektroden und der Kautschukprobe einen unerheblichen Widerstand ergeben. Beispielsweise wurde festgestellt, dass eine akzeptable Verbindung mittels Messingdrähten hergestellt werden kann, deren Enden in die Kautschukprobe einvulkanisiert waren. (Siehe die vorgenannte „Conductive Rubbers and Plastics"-Referenz, Seiten 12–16). Nominale Abmessungen der vulkanisierten Kautschukprobe können beispielsweise 100 mm Länge × 20 mm Breite × 3 mm Dicke sein. Zwei Drähte werden einzeln 10 mm von jedem Ende der Probe in einem Abstand „L" von 80 mm (8 cm) auseinander eingebettet. Der Wert für „L" wird in die obige Gleichung eingebracht.
Für ein weiteres Verständnis der Messung des spezifischen elektrischen Volumenwiderstands wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen, worin 5 eine typische rechteckige Testprobe (8), wie oben beschrieben, mit zwei einzelnen messingbeschichteten Stahldrähten (9) in und durch die 20 mm Breite der Testprobe (8) eingebettet zeigt, nämlich ein Draht 10 mm von jedem Ende der Testprobe eingebettet, wobei die Drähte (9) selbst in einem Abstand „L", oder 80 mm, voneinander beabstandet sind.
Den Fachleuten ist verständlich, dass die Kautschukzusammensetzungen durch Mischen der verschiedenen schwefelvulkanisierbaren bestandteilbildenden Kautschuke mit verschiedenen gemeinsam verwendeten Additivmaterialien hergestellt werden können, wie beispielsweise Vulkanisationshilfsmitteln, wie etwa Schwefel, Aktivatoren, Hemmitteln und Beschleunigungsmitteln, Verarbeitungszusätzen, wie etwa Harzen, einschließlich Haftverbessererharzen, und Weichmachern, Füllstoffen, Pigmenten, Fettsäure, Zinkoxid, Wachsen, Antioxidantien und Ozonschutzmitteln, Peptisatoren und Verstärkungsmaterialien, wie beispielsweise das vorgenannte Carbon Black. Wie den Fachleuten bekannt ist werden die vorangehend erwähnten Additive abhängig von der beabsichtigten Verwendung des schwefelvulkanisierbaren und schwefelvulkanisierten Materials (Kautschuke) ausgewählt und gemeinsam in herkömmlichen Mengen verwendet.
Peroxidvulkanisation könnte auch auf eine den Fachleuten bekannte Weise angewendet werden, insbesondere, wo Butylkautschuk oder Halobutylkautschuk verwendet wird (z. B. Chlorbutyl- oder Brombutylkautschuk).
Typische Mengen von Carbon Black(s) zur Anwendung in dieser Erfindung sind hierin vorangehend erörtert worden.
Für die elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung, die verwendet wird, umfassen Haftverbessererharze, falls verwendet, 5 bis 10 ThK, üblicherweise 1 bis 5 ThK. Kautschukprozessöl ist definitiv nicht erwünscht. Typische Mengen von Antioxidantien umfassen 1 bis 5 ThK. Repräsentative Antioxidantien können beispielsweise Diphenyl-p-phenylendiamin und andere sein, wie beispielsweise die in The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), Seiten 344–346 offenbarten. Typische Mengen Ozonschutzmittel umfassen 1 bis 5 ThK. Typische Mengen Fettsäuren, falls verwendet, die bevorzugt vor allem Stearinsäure sein können, können 0,5 bis 5 ThK umfassen. Es ist zu würdigen, dass üblicherweise für Kautschukmischzwecke verwendete Stearinsäure typischerweise aus 30 bis 80 Gewichtsprozent Stearinsäure zusammengesetzt ist und der Rest typischerweise vor allem aus anderen gesättigten Fettsäuren wie gesättigten C₁₂-, C₁₄-, C₁₆- und C₂₀-Ketten zusammengesetzt ist. Solches Material in einem solchen relativ unreinen Zustand wird in der Kautschukmischpraxis üblicherweise als „Stearinsäure" bezeichnet und wird in der Beschreibung und Praxis dieser Erfindung so genannt. Typische Mengen Zinkoxid können beispielsweise 2 bis 5 und manchmal sogar bis zu 15 ThK sein. Typische Mengen Wachse umfassen 1 bis 5 ThK. Oft werden mikrokristalline Wachse verwendet. Typische Mengen Peptisatoren, falls verwendet, umfassen 0,1 bis 1 ThK. Typische Peptisatoren, falls verwendet, können beispielsweise Pentachlorthiophenol und Dibenzamidodiphenyldisulfid sein.
Die Vulkanisation wird in Gegenwart eines Schwefelvulkanisationsmittels vollzogen. Beispiele geeigneter Schwefelvulkanisationsmittel umfassen elementaren Schwefel (freien Schwefel) oder schwefelspendende Vulkanisationsmittel, beispielsweise ein Amindisulfid, polymeres Polysulfid oder Schwefelolefinaddukte. Bevorzugt ist das Schwefelvulkanisationsmittel elementarer Schwefel. Wie den Fachleuten bekannt, werden Schwefelvulkanisationsmittel in einer Menge verwendet, die sich auf 0,5 bis 4 ThK beläuft, oder sogar, unter manchen Umständen, auf bis zu 8 ThK, wobei ein Bereich von 1,0 bis 3,5, manchmal von 2 bis 3, bevorzugt wird.
Beschleunigungsmittel werden zur Steuerung der zur Vulkanisation erforderlichen Zeit und/oder Temperatur und zur Verbesserung der Eigenschaften des Vulkanisats verwendet. In einer Ausführungsform kann ein Einzelbeschleunigungsmittelsystem, d. h. ein Primärbeschleunigungsmittel, verwendet werden. Herkömmlich und bevorzugt wird ein bzw. werden Primärbeschleunigungsmittel in Gesamtmengen verwendet, die sich von 0,5 auf 4, bevorzugt 0,8 bis 2,0, ThK belaufen. In einer anderen Ausführungsform könnten Kombinationen eines Primär- und eines Sekundärbeschleunigungsmittels in Mengen von 0,05 bis 3 ThK verwendet werden, um die Eigenschaften des Vulkanisats zu aktivieren und zu verbessern. Von Kombinationen dieser Beschleunigungsmittel wäre zu erwarten, dass sie einen synergetischen Effekt auf die Endeigenschaften hervorrufen und etwas besser sind als die durch die Verwendung eines der Beschleunigungsmittel allein hervorgerufenen. Zusätzlich können Beschleunigungsmittel mit verzögerter Wirkung verwendet werden, die vor normalen Verarbeitungstemperaturen nicht beeinträchtigt werden, jedoch bei gewöhnlichen Vulkanisationstemperaturen eine zufriedenstellende Vulkanisation hervorrufen. Es können auch Vulkanisationshemmmittel 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. Bevorzugt ist das Primärbeschleunigungsmittel ein Sulfenamid. Wenn ein zweites Beschleunigungsmittel verwendet wird, so ist das Sekundärbeschleunigungsmittel vorzugsweise eine Guanidin-, Dithiocarbamat- oder Thiuramverbindung. Gegenwart und relative Mengen von Schwefelvulkanisationsmittel und Beschleunigungsmittel(n) werden nicht als Aspekt dieser Erfindung angesehen.
Gegenwart und relative Mengen von Schwefelvulkanisationsmittel und Beschleunigungsmittel(n) werden nicht als Aspekt dieser Erfindung angesehen, welche vielmehr auf die Herstellung und Verwendung einer elektrisch leitfähigen Kautschukzusammensetzung als eine Komponente eines Fertigungsartikels und insbesondere als Antenne in einem Luftreifen gerichtet ist.
Das Mischen der Kautschukzusammensetzungen kann mittels den Fachleuten in der Kautschukmischtechnik bekannter Verfahren vollzogen werden. Beispielsweise werden die Inhaltsstoffe wünschenswerterweise, wie hierin vorangehend beschrieben, in mindestens zwei Stufen gemischt, nämlich mindestens einer nicht-produktiven Stufe, gefolgt von einer produktiven Mischstufe. Die Endaushärtemittel werden typischerweise in der Endstufe gemischt, die herkömmlich die "produktive" Mischstufe genannt wird, worin das Mischen typischerweise auf einer Temperatur, oder Höchsttemperatur, stattfindet, die niedriger ist als die Mischtemperatur(en) der vorangehenden nicht-produktive(n) Mischstufe(n). Kautschuk, Carbon Black und andere Inhaltsstoffe werden in einer oder mehreren nicht-produktiven Mischstufen gemischt. Die Begriffe "nicht-produktive" und "produktive" Mischstufen sind den Fachleuten in der Kautschukmischtechnik geläufig.
Der elektrisch leitfähige Streifen kann an einer Innenfläche eines Luftreifens angeordnet sein oder mindestens teilweise in einer Kautschuklagenkomponente der Innenfläche des Reifens eingebettet sein, wie hierin vorangehend erörtert. Solche Reifen können anhand verschiedener Verfahren, die bekannt sind und den Fachleuten leicht einleuchten werden, gebaut, geformt, formwerkzeugbehandelt und vulkanisiert werden.
Die Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele besser verstanden werden, worin die Teile und Prozentsätze gewichtsbezogen sind, wenn nicht anders angegeben, und die verschiedenen Kautschuke oder Elastomere feste Kautschuke sind, wenn nicht anderweitig spezifiziert.
BEISPIEL I
Elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzungen werden aus den in der folgenden Tabelle 1 gezeigten Inhaltsstoffen und durch Extrudieren der resultierenden Kautschukzusammensetzung in Form eines Streifens mit einer Dicke von 1 mm und einer Breite von 12 cm hergestellt.
Die Kautschukzusammensetzungen wurden hergestellt, indem die Inhaltsstoffe, die bei 23°C und unter Ausschluss der Schwefel- und Beschleunigungsmittel-Vulkanisationsmittel und daher hierin als „nicht-produktives" Mischen bezeichnet eingebracht worden waren, in einem Innengummimischer gemischt, mit einer Mantel-Temperatur von 100°C bei einer konstanten Rotorgeschwindigkeit für 2 Minuten bis auf eine Temperatur von 170°C, was innerhalb von 10 Prozent des beobachteten Mindest-Mischdrehmoments lag, das auf ein erstes Höchst-Mischdrehmoment folgte. Es wird hierin erwogen, dass besagte Minimierung des Mischdrehmoments im Wesentlichen einer Minimierung eines spezifischen elektrischen Volumenwiderstands einer resultierenden vulkanisierten Kautschukzusammensetzung entspricht.
Das Gemisch wurde aus dem Mischer entfernt und man ließ es auf 23°C abkühlen.
Das resultierende Gemisch wurde dann mit Schwefel- und Beschleunigungsmittel-Vulkanisationsmitteln sowie Zinkoxid gemischt und daher, hierin als „produktives" Mischen bezeichnet, in einem Innengummimischer für 2 Minuten bis auf eine autogen erzeugte Temperatur von 120°C gemischt.

Die Zusammensetzungen sind hierin als Probe A und Probe B identifiziert. Beide sind leitfähige Kautschukzusammensetzungen nach dieser Erfindung. Tabelle 1A

Nicht-produktives Mischen
Material	Teile Probe A	Teile Probe B
Synthetischer cis-1,4-Polyisopren-Kautschuks¹	70	0
Zinngekoppelter cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk²	0	60
Flüssiger Kautschuk³	30	40
Antidegradans	5	5
Carbon Black⁴	130	0
Carbon Black⁵	0	30
Haftverbessererharz	2	2
Kobaltnaphthanat	1	1
Zinkoxid	5	5
Stearinsäure	2	1

Tabelle B

Produktives Mischen
lateral	Teile Probe A	Teile Probe B
Zinkoxid	3	3
Antidegradans	1	1
Schwefel	4,5	4,5
Anti-Umkehrmittel	2	2
Beschleunigungsmittel	0,8	0,8

Herkömmliche Mengen von Antidegradans/Antidegradantien (vom Paraphenylendiamin- und Hydrochinolintyp) sowie Fettsäure (Stearinsäure), Zinkoxid, Schwefel und Beschleunigungsmittel vom Sulfenamidtyp wurden verwendet.

1. Synthetisches cis-1,4-Polyisopren als NRTSYN^® 2200 von The Goodyear Tire & Rubber Company,
2. erhalten als zinngekoppeltes, durch organische Lösungsmittelpolymerisation hergestelltes cis- 1,4-Polyisopren-Elastomer von The Goodyear Tire & Rubber Company.
3. Flüssiges Polyisopren, erhalten als LIR 30 von der Kurarg Company (Japan), mit einer zahlenmittleren Molmasse von 25.000, das heißt, in einem Bereich von 20.000 bis 30.000.
4. Carbon Black als PA90 von Cabot Corporation, wie vorangehend beschrieben.
5. Carbon Black als Ketjenblack EC-600JD, ein Markenzeichen von Akzo Nobel Chemicals Inc., wie vorangehend beschrieben.

BEISPIEL II
Die hergestellten Kautschukzusammensetzungen wurden auf einer Temperatur von 150°C für 20 Minuten vulkanisiert und die resultierenden vulkanisierten Kautschukprobe auf ihre physikalischen Eigenschaften hin ausgewertet, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt, als Durchschnitte der jeweiligen physikalischen Eigenschaften. Probe A und Probe B entsprechen der Probe A und Probe B von Beispiel I. Tabelle 2

Eigenschaften Probe A Probe B

Modul (100%), MPa 8,4 3,

Höchst-Zugbeständigkeit (MPa) 13,8 12,9

Dehnung (%) 210 740

spezif. elektr. Volumenwiderstand (Ohm-cm)¹ 1,2 0,73

1. Spezifischer elektrischer Volumenwiderstand ermittelt, wie hierin vorangehend beschrieben

Ein typischer spezifischer elektrischer Volumenwiderstand für eine schwefelvulkanisierte Kautschukreifenkomponente, an der der elektrisch leitfähige Streifen angebracht oder in die er eingebettet werden soll, beträgt mindestens 1 × 10⁸ Ohm- cm, was als relativ beispielhaft für eine Kautschukzusammensetzung auf Basis von konjugierten Dien erwogen wird, die 45–55 ThK herkömmliches Kautschukverstärkungs-Carbon Black enthält.
Aus Tabelle 2 ist leicht ersichtlich, dass die elektrische Eigenschaft oder der spezifische elektrische Volumenwiderstand für die schwefelvulkanisierte Probe A, worin das Grundelastomer synthetischer cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk ist, nämlich eine elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung für den Streifen oder die Gummiantenne dieser Erfindung, 1,2 Ohm-cm beträgt, was auch deutlich und wesentlich, um eine große Größenordnung, elektrisch leitfähiger ist als die herkömmlich eine spezifischen elektrischen Volumenwiderstand von mindestens 10⁸ Ohm-cm aufweisende, vorgenannte beispielhafte Reifenkautschukkomponente.
Aus Tabelle 2 ist auch leicht ersichtlich, dass die elektrische Eigenschaft oder der spezifische elektrische Volumenwiderstand für die schwefelvulkanisierte Probe B, worin das Grundelastomer ein zinngekoppelter cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk ist, nämlich eine elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung für den Streifen oder die Gummiantenne dieser Erfindung, 0,73 Ohm-cm beträgt, was auch deutlich und wesentlich, um eine große Größenordnung, elektrisch leitfähiger ist als die vorgenannte beispielhafte Reifenkautschukkomponente.
Weiter werden die physikalischen Eigenschaften der Proben A und B, nämlich die Zugkraft und Moduli, als Lehrerin in einem Bereich liegend erachtet, der andeutet, dass die Kautschukzusammensetzungen in einem physikalischen Sinn relativ kompatibel mit einer herkömmlichen Kautschukkomponente eines Reifens wären.
BEISPIEL III
Der gemäß Probe A von Beispiel I hergestellte Gummistreifen wurde auf ringförmige Weise um die Innenfläche, nämlich an der Innenisolierung, eines unvulkanisierten Luftreifens angebracht. Messingüberzogene Stahldrähte wurden an den Enden des Gummistreifens angeordnet, um als Verbindungspunkte zum Messen des spezifischen elektrischen Volumenwiderstands auf eine hierin vorangehend beschriebene Weise zu dienen.
Die Anordnung wurde in ein geeignetes Formwerkzeug eingebracht und bei einer Temperatur von 150°C für 60 Minuten vulkanisiert. Der Streifen wurde durch den Druck des Formwerkzeugs in den Kautschuk der Reifen-Innenisolierung gedrückt, so dass der Streifen bündig mit, oder übereinstimmend mit, der Oberfläche der Reifen-Innenisolierung war, dennoch blieb die Außenfläche des Streifens freigelegt und sichtbar.
Der vulkanisierte Streifen wurde durch Verwendung eines mit dem vorgenannten positionierten messingüberzogenen Stahldrähten verbundenen Ohmmeters auf seinen elektrischen Widerstand überprüft, und es wurde ermittelt, dass er einen Widerstand von 850 Ohm hatte.

Claims

Elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung, die im Wesentlichen frei von Öl ist und die, auf Basis von 100 ThK Kautschuk, umfasst: (A) 50 bis 95 ThK mindestens eines festen Kautschuks, (B) 5 bis 50 ThK eines flüssigen Kautschuks, ausgewählt aus mindestens einem von flüssigem Kautschuk auf Basis flüssigen Dienkohlenwasserstoffs und flüssigem Kautschuk auf Isobutylenbasis, und (C) 10 bis 160 ThK mindestens eines Carbon Blacks mit einem Iodwert (ASTM D1510) in einem Bereich von 190 bis 1500 g/kg und einem DBP-Wert (ASTM D2414) in einem Bereich von 110 bis 500 cm³/100 g, wobei der flüssige Kautschuk eine gewichtsmittlere Molmasse in einem Bereich von 10.000 bis 50.000 hat und wobei die Kautschukzusammensetzung einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500 Ohm-cm hat.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Kautschuk ausgewählt ist aus (a) Homopolymeren und Copolymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien und Copolymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien mit Styrol, oder (b) Kautschuken auf Isobutylenbasis als Copolymere von Isobutylen und 2 bis 8 Gewichtsprozent von Isopren abgeleiteter Einheiten, und solchen Copolymeren auf Isoprenbasis, die mit Chlor oder Brom halogeniert sind, und wobei der flüssige Kautschuk ausgewählt ist aus (a) Kautschuken auf Basis flüssigen konjugierten Dienkohlenwasserstoffs, ausgewählt aus Polymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien und Copolymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien mit Styrol, oder (b) einem Kautschuk auf Isobutylenbasis als Copolymer von Isobutylen und 2 bis 8 Gewichtsprozent Isopren oder solches Copolymer, das mit Chlor oder Brom halogeniert worden ist.
Kautschukzusammensetzung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (i) der feste Kautschuk eine Kautschukzusammensetzung auf Dienkohlenwasserstoffbasis ist und der flüssige Kautschuk ein Kautschuk auf Dienkohlenwasserstoffbasis ist, oder (ii) der feste Kautschuk ein Kautschuk auf Isobutylen-Copolymer-Basis ist und der flüssige Kautschuk ein flüssiger Kautschuk auf Isobutylen-Copolymer-Basis ist.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Kautschuk umfasst: (i) mindestens eines von synthetischem cis-1,4-Polyisopren und zinngekoppeltem synthetischem cis-1,4-Polyisopren, (ii) mindestens eines von Homopolymeren und Copolymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Polybutadien und Copolymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien mit Styrol, und zinngekoppelten, durch organische Lösungsmittel Lösungspolymerisation hergestellten Polymeren von mindestens einem von Isopren und 1,3-Butadien und Copolymeren von Isopren und/oder 1,3-Butadien mit Styrol, oder (iii) Copolymer von Isobutylen und 2 bis 8 Gewichtsprozent aus Isopren gewonnener Einheiten, wobei das Copolymer von Isobutylen mit einem Halogen halogeniert ist, das aus Chlor oder Brom ausgewählt ist, jedoch unter der Voraussetzung, dass die Kautschukzusammensetzung, wenn vulkanisiert, einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500 Ohm-cm aufweist.
Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Kautschuk ausgewählt ist aus mindestens einem von Butylkautschuk als Copolymer von Isobutylen und einer kleineren Menge Isopren, und halogeniertem Butylkautschuk mit einem Halogen, ausgewählt aus mindestens einem von Chlor und Brom, jedoch unter der Voraussetzung, dass die Kautschukzusammensetzung, wenn vulkanisiert, einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500 Ohm-cm aufweist; oder der feste Kautschuk mindestens eines von synthetischem cis-1,4-Polyisopren und zinngekoppeltem synthetischem cis-1,4-Polyisopren umfasst, jedoch unter der Voraussetzung, dass die Kautschukzusammensetzung, wenn vulkanisiert, einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500 Ohm-cm aufweist; oder der feste Kautschuk (i) synthetisches cis-1,4-Polyisopren und (ii) natürlichen cis-1,4-Polyisoprenkautschuk umfasst; jedoch unter der Voraussetzung, dass die Kautschukzusammensetzung, wenn vulkanisiert, einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500 Ohm-cm aufweist.
Kautschukzusammensetzung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer auf Basis flüssigen Diens flüssiges Polyisopren ist.
Kautschukzusammensetzung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Carbon Black weniger als homogen darin vermischt ist, und unter der Voraussetzung, dass die Kautschukzusammensetzung, wenn vulkanisiert, einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500 Ohm-cm aufweist.
Verwendung der Kautschukzusammensetzung von einem der vorgenannten Ansprüche 1–7 in einer Baugruppe, die mindestens ein leitfähiges Element umfasst, wobei mindestens ein Teil des mindestens einen elektrisch leitfähigen Elements mit dieser Kautschukzusammensetzung verbunden ist.
Verwendung der Kautschukzusammensetzung von einem der vorgenannten Ansprüche 1–7 in einer Baugruppe, die mindestens zwei elektrisch leitfähige Metallelemente umfasst, wobei die Kautschukzusammensetzung mindestens einen Teil von mindestens zwei elektrisch leitfähigen Metallelementen verbindet, wobei die Kautschukzusammensetzung zwischen den Metallelementen positioniert ist.
Verwendung der Kautschukzusammensetzung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1–7 in einem Schlauch, einem Förderband oder einem Kraftübertragungsriemen, wobei der Schlauch, das Förderband oder der Kraftübertragungsriemen mindestens ein Bauteil aus dieser Kautschukzusammensetzung aufweisen.
Verwendung der Kautschukzusammensetzung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1–7 in einem Reifen, wobei der Reifen mindestens ein Bauteil aus dieser Kautschukzusammensetzung aufweist.
Verwendung der Kautschukzusammensetzung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1–7 in einem Luftreifen, wobei der Reifen einen ringförmigen Streifen (2) aus der Kautschukzusammensetzung von einem der vorgenannten Ansprüche 1–7 enthält, der in Umfangsrichtung an, in oder übereinstimmend mit einer Innenisolierungs-Kautschukfläche (3) des Reifens positioniert ist, wobei der elektrisch leitfähige Kautschukstreifen eine Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 5 mm hat.
Verwendung nach Anspruch 12, wobei der Streifen (2) ein diskontinuierliches Segment aufweist und wobei jedes einzelne Ende (4) des Streifens physikalisch und elektrisch mit einem Mikroprozessorchip (5) verbunden ist.
Verwendung nach Anspruch 13, wobei der Mikroprozessorchip (5) in die Reifeninnenisolierung eingebettet ist.
Verwendung des beanspruchten Reifens nach Anspruch 13, wobei der ringförmige Streifen (2) eine Antenne zum Empfangen elektromagnetischer Signale von einem elektromagnetische Signale erzeugenden Mittel außerhalb des Reifens und zum Übertragen elektromagnetischer Signale aus dem Inneren des Reifens zu einem elektromagnetische Signale empfangenden Mittel außerhalb des Reifens ist.
Verwendung der Kautschukzusammensetzung von einem der vorgenannten Ansprüche 1–7 in einem Mittel zum Empfangen elektromagnetischer Signale von einem elektromagnetische Signale erzeugenden Mittel außerhalb eines Reifens und zum Übertragen elektromagnetischer Signale aus dem Inneren des Reifens zu einem elektromagnetische Signale empfangenden Mittel außerhalb des Reifens, welche das Versehen eines Reifens mit einer Antenne in dem Reifen umfasst, wobei die Antenne einen ringförmigen Streifen (2) aus der Kautschukzusammensetzung von einem der vorgenannten Ansprüche 1–7 umfasst, der in Umfangsrichtung an, in oder übereinstimmend mit einer Innenisolierungs- Kautschukfläche des Reifens positioniert ist, wobei der elektrisch leitfähige Kautschukstreifen eine Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 5 mm hat, wobei der Streifen ein diskontinuierliches Segment aufweist, und wobei jedes einzelne Ende des Streifens (4) elektrisch mit einem Mikroprozessorchip (5) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Kautschukzusammensetzung, die im Wesentlichen frei von Öl ist, wobei die elektrisch leitfähige Kautschukzusammensetzung, auf Basis von 100 ThK Kautschuk, umfasst: (A) 50 bis 95 ThK mindestens eines festen Kautschuks, (B) 5 bis 50 ThK eines flüssigen Kautschuks, ausgewählt aus mindestens einem von flüssigem Kautschuk auf Basis flüssigen Dienkohlenwasserstoffs und flüssigem Kautschuk auf Isobutylenbasis, und (C) 10 bis 160 ThK mindestens eines Carbon Blacks mit einem Iodwert (ASTM D1510) in einem Bereich von 190 bis 1500 g/kg und einem DBP-Wert (ASTM D2414) in einem Bereich von 110 bis 500 cm³/100 g, wobei der flüssige Kautschuk eine gewichtsmittlere Molmasse in einem Bereich von 10.000 bis 50.000 hat und wobei die Kautschukzusammensetzung einen spezifischen elektrischen Volumenwiderstand in einem Bereich von 0,5 bis 500 Ohm-cm hat, wobei die Kautschukzusammensetzung durch Mischen der Kautschukzusammensetzung in mindestens einem sequentiellen Mischschritt in einem Innengummimischer mit mindestens einem rotierenden Mischflügel hergestellt wird, in Abwesenheit von Schwefel- und Peroxid-Vulkanisationsmitteln, wobei für jeden Mischschritt die Zusammensetzung auf eine Temperatur in einem Bereich von 150°C bis 180°C und auf ein Mischdrehmoment gemischt wird, die innerhalb von 50 Prozent des Mindest-Mischdrehmoments liegt, das anschließend an das Höchst-Mischdrehmoment zum Mischen der Kautschukzusammensetzung erfahren wird; gefolgt vom Mischen von Schwefel- und/oder Peroxid-Vulkanisationsmittel mit der Kautschukzusammensetzung für 1 bis 4 Minuten auf eine Temperatur in einem Bereich von 95°C bis 120°C.