DE60102029T2

DE60102029T2 - Verfahren zur Herstellung eines Notlaufrings für einen Reifen, und derart hergestellter Notlaufring

Info

Publication number: DE60102029T2
Application number: DE60102029T
Authority: DE
Inventors: Bernard Bon
Original assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Societe de Technologie Michelin SAS
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland; Societe de Technologie Michelin SAS
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: US6673848B2; ATE259701T1; DE60102029D1; FR2807965A1; EP1323771A2; US20010054776A1; EP1323771A3; EP1149678A1; EP1149678B1; US20040084122A1; JP2002113736A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Sicherheitsunterlage (bzw. eines Notlaufrings) aus vernetztem und expandiertem Elastomer mit geschlossenzelliger Zellstruktur, wobei die genannte Unterlage dazu bestimmt ist, auf einer Radfelge im Inneren eines Luftreifenmantels montiert zu werden, einen vernetzbaren und expandierbaren Rohling, der dazu bestimmt ist, die genannte Unterlage im vernetzten und expandierten Zustand zu bilden, eine solche Unterlage und ein Verfahren zur Verringerung der inneren Erhitzung dieser Unterlage bei Fahrt infolge eines Druckabfalls. Dieser Notlaufring bzw. diese Sicherheitsunterlage ist verwendbar, um Reifen von Fahrzeugen des Zweiradtyps oder von Kraftfahrzeugen wie Motorräder oder Wagen auszustatten.
Die Verwendung von Sicherheitsunterlagen aus Elastomeren mit geschlossenen Zellen für Wettbewerbsreifen ist bekannt, die dazu bestimmt sind, auf unebenen Strecken der Art "rallye-raid" zu fahren.
Diese zellulären Unterlagen sollen die Fahrt bei Druck Null oder sehr verringertem Druck gestatten, indem sie nach einer Durchbohrung des Mantels die Reifenfunktion des Mantels sicherstellen, und zwar über eine Strecke, die besonders von den mehr, oder weniger harten Bedingungen abhängt, die die Fahrt kennzeichnen.
Die zellulären Unterlagen, die für Motorräder verwendet werden, weisen üblicherweise eine torusförmige Form auf, sowie, vor ihrer Montage auf der Radfelge, ein Volumen, das ein wenig größer ist als das des Innenraums des Mantels, so daß sie ständig die Gesamtheit des Innenraums der entsprechenden Mäntel einnehmen sollen, um sie bei Druck Null abzustützen.
Solche Unterlagen werden im allgemeinen durch Extrusion einer vernetzbaren und expandierbaren Kautschukzusammensetzung, die einer thermomechanischen Arbeit unterzogen wurde, und dann durch Vulkanisation und Expansion dieser extrudierten Zusammensetzung erhalten, um aufgrund der thermischen Zersetzung eines Quellmittels, das von Anfang an in der Kautschukzusammensetzung vorliegt, eine vernetzte expandierte Unterlage zu erhalten.
Unter harten Fahrtbedingungen bei Druck Null führt die Erwärmung der Unterlage zu einer Erhöhung der Durchlässigkeit der Zellenwände und demzufolge zu einem allmählichen Entweichen eines Teils des Gases, das in der Unterlage enthalten ist. Daraus ergibt sich, daß sich das Volumen der Unterlage verringert; so daß diese nach Verlauf einer gewissen Zeit nicht mehr wirksam die Reifenfunktion des Mantels sicherstellt.
Diese innere Erwärmung ist auch imstande, die Unterlage nach Ablauf einer bestimmten Zeit vollständig zu schädigen. Es kann dann keine Fahrt mehr vorgenommen werden.
Die zellulären Unterlagen, die für Kraftfahrzeuge verwendet werden, sind außer im Fall der Fahrt mit Plattfuß nach einem Druckabfall nicht dazu vorgesehen, von sich aus die Gesamtheit des Innenraums eines Reifens einzunehmen, da sie durch die Aufpumpluft des Reifens während der Fahrt mit Normaldruck zusammengedrückt sind. Die selben Nachteile aufgrund der inneren Erwärmung der Unterlage können in Folge dieses Druckabfalles auftreten.
In der Vergangenheit hat man danach getrachtet, so vorzugehen, daß eine Unterlage aus Zellen für ein Kraftfahrzeug sich neren eines Reifenmantels nach einem Druckabfall ausreichend derart ausdehnen kann, daß sie sich wirksam auf dem Mantel bei der Fahrt mit Plattfuß anlegt. Zu diesem Zweck hat man vorgeschlagen, diese Unterlage mit einem Fluid zu versehen, das bei Atmosphärendruck bei einer Temperatur verdampfbar ist, die zwischen 29°C und 135°C und bevorzugt zwischen 50°C und 90°C liegt. Für die Beschreibung einer derartigen Unterlage speziell für ein Automobil wird auf das englische Patentdokument GB-A-2 013 143 verwiesen.
Die Kautschukzusammensetzung, die für die Unterlage verwendet wird, die in diesem Dokument beschrieben ist, basiert vorzugsweise auf der Basis eines Polyethylenschaums. Diese Zusammensetzungen können auch auf der Basis eines Polypropylenschaums, eines Polyurethanschaums, auf der Basis eines Verschnitts aus Nitrilkauschtuk und Polyvinylchlorid oder auch 1,2-Polybutadien vorliegen.
Was das verwendete Fluid angeht, soll es ein Quellen der Unterlage bei Fahrt mit Plattfuß gestatten, wenn es aufgrund der Temperaturerhöhung im Inneren des Mantels verdampft. Dieses Fluid kann aus Ethylenoxid, Methylchlorid, "Freon", einwertigen Alkoholen, zweiwertigen Alkoholen oder Wasser bestehen.
Es wird darauf hingewiesen, daß diese Unterlage nicht darauf abzielt, die innere Erwärmung bei Fahrt auf Plattfuß zu minimieren.
Die Anmelderin hat auf überraschende Weise festgestellt, daß die Kombination von Wasser in einer Menge, die von 3 bis 6 pce (pce: Gewichtsteile auf hundert Gewichtsteile des Elastomers bzw. der Elastomere) einem Dienelastomer, das einen Molanteil an Einheiten, die aus Dienen hervorgegangen sind, von weniger als 15% besitzt, um einen ersten thermomechanischen Arbeitsschritt eines Verfahrens zur Herstellung einer vernetzten und expandierten Elastomer-Sicherheitsunterlage mit einer Zellenstruktur mit geschlossenen Zellen durchzuführen, wobei die genannte Unterlage dazu bestimmt ist, auf einer Radfelge im Inneren eines Reifenmantels montiert zu werden, wobei das genannte Verfahren im wesentlichen daraus besteht, daß

– in diesem ersten Schritt eine Kautschukzusammensetzung geknetet wird, die mindestens das genannte Dienelastomer, das genannte Wasser, ein Quellmittel zur Bildung der Zellstruktur und ein Vulkanisationssystem enthält,
– in einem zweiten Formgebungsschritt der Kautschukzusammensetzung, die nach Ende des ersten Schritts erhalten wurde, eine Form verliehen wird, zum Beispiel durch Spritzguß oder durch Extrusion, um einen Rohling einer vernetzbaren und expandierbaren Unterlage mit vorbestimmtem Querschnitt zu erhalten, und
– in einem dritten Aushärteschritt der Rohling, der im Verlauf des zweiten Schritts erhalten wurde, einer vorläufigen Aushärtung in einer Form unterzogen wird, und dann der vorgehärtete und ausgeformte Rohling einer Expansion und einer Vulkanisation unterzogen wird, um eine vernetzte und durch Zersetzen des Quellmittels expandierte Unterlage zu erhalten,

Unter einem Dienelastomer versteht man in bekannter Weise ein Elastomer (Homopolymer oder Copolymer), das mindestens teilweise von Dienmonomeren (Monomere mit zwei konjugierten oder nichtkonjugierten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen) abgeleitet ist.
Von den Dienelastomeren, die einen Molanteil von Einheiten, die aus Dienen hervorgegangen sind, von weniger als 15% besitzen (diese Dienelastomere werden im allgemeinen als "im wesentlichen gesättigt" bezeichnet), benutzt man bevorzugt Copolymere von Isobutylen und einem anderen Comonomer, wie Isopren (zur Herstellung von Butylkautschuken oder "IIR") oder p-Methylstyrol (zur Herstellung von "EMDX"-Elastomeren, wie die, die unter der Bezeichnung "EXXPRO" vertrieben werden), besonders aufgrund ihrer geringen Luftdurchlässigkeit.
Es wird darauf hingewiesen, daß die halogenierten Versionen dieser Copolymere von Isobutylen und Isopren, besonders die chlorierten oder bromierten ("BIIR"- oder "CIIR"-Kautschuke bzw. Bromobutyl- und Chlorobutyl-Kautschuke) ebenfalls verwendbar sind.
Das Quellmittel, das im ersten Mischungsschritt verwendet wird, kann zu dem Dienelastomer und den anderen Bestandteilen der Kautschukzusammensetzung in einer Menge von 15 bis 30 pce zugegeben werden; es handelt sich vorzugsweise um Azobisformamid.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kombiniert man mit dem genannten Dienelastomer einen verstärkenden Füllstoff, der Ruß und 10 bis 30 pce und bevorzugt 15 bis 25 pce Silicium aufweist, um den genannten ersten Schritt durchzuführen.
Tatsächlich haben Versuche gezeigt, daß in den zu vulkanisierenden Rohlingen zur Herstellung vernetzter und expandierter Unterlagen, die als verstärkenden Füllstoff keine Kieselsäure enthalten, sondern zum Beispiel nur Ruß, eine beträchtliche und rasche Zersetzung des Quellmittels während der genannten vorläufigen Aushärtung stattfindet, und zwar aufgrund der Anwesenheit von Wasser im Rohling. Diese Zersetzung des Quellmittels wirkt sich in einer verfrühten Expansion des Rohlings während dieser vorläufigen Aushärtung aus, was es schwierig macht, den vorgehärteten Rohling auszuformen, ohne ihn zu beschädigen.
Man konnte bestätigen, daß die Gegenwart von Kieselsäure im Rohling es gestattet, diese unerwünschte Zersetzung des Quellmittels während der vorläufigen Aushärtung zu verhindern und demzufolge ein Ausformen unter befriedigenden Bedingungen zu gestatten.
Es wird darauf hingewiesen, daß die dem Dienelastomer während des ersten Knetschrittes zugesetzte Kieselsäure vorteilhafterweise hydratisiert sein kann, so daß das so durch die Kieselsäure eingebrachte Wasser in der obengenannten Menge von 3 bis 6 pce mit dem Elastomer kombiniert wird.
Die Kieselsäure, die verwendet werden kann, um die erfindungsgemäße Unterlage herzustellen, kann jede verstärkende Kieselsäure sein, die dem Fachmann bekannt ist, besonders jede Fällungskieselsäure oder pyrogene Kieselsäure, die eine BET-Oberfläche sowie eine spezifische CTAB-Oberfläche aufweist, die alle beide kleiner sind als 450 m²/g, wobei jedoch hochdispergierbare Fällungskieselsäure bevorzugt ist.
In der vorliegenden Ausarbeitung ist die spezifische BET-Oberfläche in bekannter Weise nach der Methode von Brunauer-Emmett-Teller bestimmt worden, die in "The Journal of the American Chemical Society", Band 60, Seite 309 vom Februar 1938 beschrieben ist und der Norm AFNOR-NFT-45007 (November 1987) entspricht; die spezifische CTAB-Oberfläche ist die äußere Oberfläche, die nach der selben Norm AFNOR-NFT-45007 vom November 1987 bestimmt wird.
Unter einer hochdispergierbaren Kieselsäure versteht man jede Kieselsäure, die in hohem Maße zur Desagglomeration und zur Dispersion in einer Elastomermatrix befähigt ist, beobachtbar durch Elektronenmikroskopie oder optische Mikroskopie auf Dünnschnitten. Als nicht einschränkende Beispiele solcher bevorzugter, hochdispersibler Kieselsäuren kann man zum Beispiel die Kieselsäuren Zeosil 1165 MP und 1115 MP der Firma Rhodia benennen.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß unter Kieselsäure auch Gemische von unterschiedlichen Kieselsäuren, wie sie oben beschrieben sind, zu verstehen sind.
Man kann auch nicht hochdispergierbare Kieselsäuren verwenden, wie die Kieselsäure Ultrasil VN3 der Firma Degussa.
Als Ruß sind besonders die Rußsorten des Grades 3 geeignet, cvie N339, N347, N375, sowie Rußsorten der Grade 5, 6 oder 7. Der Massenanteil des Rußes, der in dem verstärkenden Füllstoff vorliegt, kann sich in wei ten Grenzen ändern, wobei diese Menge bevorzugt im Bereich von 40 bis 60% liegt, und zwar für einen Massenanteil der Kieselsäure, der von 60 bis 40% reicht.
Ein vernetzbarer und expandierbarer, erfindungsgemäßer Rohling einer Elastomer-Sicherheitsunterlage mit geschlossenzelliger Zellstruktur, die mindestens ein Dienelastomer und Wasser aufweist, ist so (geartet), daß das genannte Dienelastomer einen Molanteil an Einheiten besitzt, die aus Dienen hervorgegangen sind, der unter 15% liegt, und das Wasser im genannten Rohling in einer Menge von 3 bis 6 pce vorliegt.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung enthält dieser vernetzbare und expandierbare Rohling einen verstärkenden Füllstoff, der einen Verschnitt aus Kieselsäure und Ruß enthält, wobei die Kieselsäure im Rohling in einer Menge von 10 bis 30 pce vorliegt.
Bevorzugt ist dieser vernetzbare und expandierbare Rohling so, daß das genannte Dienelastomer ein Copolymer aus Isobutylen und einem Comonomer ist, das aus Isopren oder p-Methylstyrol gebildet ist.
Eine vernetzte und expandierte, erfindungsgemäße, elastomere Sicherheitsunterlage wird durch das vorgenannte Verfahren erhalten und enthält mindestens ein Dienelastomer, das einen Molanteil an Einheiten, die aus Dienen hervorgegangen sind, von weniger als 15% besitzt, und besteht vorzugsweise aus dem genannten Copolymer sowie einem verstärkenden Füllstoff.
Erfindungsgemäß ist diese vernetzte und expandierte Unterlage so (geartet), daß der genannte verstärkende Füllstoff Kieselsäure auf solche Wei se enthält, daß die Kieselsäure in der Unterlage in einer Menge vorliegt, die von 10 bis 30 pce reicht, und sie weist auch ein Quellmittel, zum Beispiel Azobisformamid, in einer Menge von mehr als 2 pce auf.
Vorteilhafterweise liegt das Quellmittel in der vernetzten und expandierten Unterlage der Erfindung in einer Menge vor, die über 5 pce liegt.
Diese relativ hohe mittlere Menge des Quellmittels, die in der vernetzten und expandierten Unterlage noch vorliegt, gestattet es, ein höheres Quellpotential während der Fahrt bei Druck Null bereitzustellen, wobei dieses Quellpotential sich in einem Abrollen unter erhöhtem Druck im Inneren des Mantels des Reifens auswirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verringerung der inneren Erwärmung einer Sicherheitsunterlage mit geschlossenzelliger Zellstruktur, die auf einer Radfelge im Inneren eines Reifenmantels angebracht ist, um nach einem Druckabfall die Reifenfunktion des Mantels sicherzustellen, besteht darin, eine vernetzte und expandierte Unterlage zu verwenden, die durch das vorgenannte, erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erhalten wurde.
Die vorgenannten und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die Lektüre der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung besser verständlich, wobei die Beschreibung in Bezug auf die beigefügte Zeichnung durchgeführt wurde, in der
die einzige Fig. ein Diagramm ist, das im Vergleich mit einer Vergleichsunterlage die innere Erwärmung einer Unterlage nach der Erfindung bei Fahrt mit Druck Null darstellt.
I. Herstellung einer erfindungsgemäßen Unterlage und einer Vergleichsunterlage
Man hat zwei Sicherheitsunterlagen mit geschlossenzelliger Zellstruktur hergestellt, die in vernetztem und expandiertem Zustand verwendbar sind, um Reifen des Motorradtyps auszustatten, eine Vergleichsunterlage und eine erfindungsgemäße Unterlage.
Jede dieser beiden Unterlagen weist die gleiche Elastomermatrix auf, die von einem Copolymer aus Isopren und Isobutylen gebildet ist, eine torusartige Geometrie, die durch einen Durchmesser von 120 mm gekennzeichnet ist, und die selbe Dichte von etwa 0,1 aufweist.
Diese Auflagen sind dazu bestimmt, im Inneren einer Reifen-Rad-Einheit der Größe 140/90-18 verwendet zu werden (worin die Breite des Reifens 140 mm beträgt, der Abstand zwischen den Felgensitzen 90 mm beträgt und der Felgendurchmesser, gemessen an der Stelle eines Felgensitzes, 18 Zoll beträgt).
Jede Unterlage wurde nach dem nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt.

– In einem ersten thermomechanischen Arbeitsschritt wurde zur Herstellung jeder der vernetzbaren und expandierbaren Kautschukzusammensetzungen, die dazu bestimmt sind, die beiden vorgenannten Unterlagen zu bilden, die entsprechende Zusammensetzung, die insbesondere die genannte Elastomermatrix, ein Quellmittel und ein Vulkanisationssystem umfaßt, in einem Innenmischer geknetet.

Dieser erste Schritt ist durch eine Auswurftemperatur von etwa 120°C gekennzeichnet.
Man wird vermerken, daß die vernetzbare und expandierbare Zusammensetzung, die dazu bestimmt ist, eine erfindungsgemäße Unterlage zu bilden, im Unterschied zur Vergleichszusammensetzung Wasser aufweist.
Man wird auch vermerken, daß die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen Verschnitt von Kieselsäure und Ruß als verstärkenden Füllstoff enthält, wohingegen die Vergleichszusammensetzung einen verstärkenden Füllstoff enthält, der nur aus Ruß gebildet ist.
Die Mengen der verschiedenen Bestandteile, die den Mischer eingebracht werden, um diese zwei vernetzbaren Zusammensetzungen zu erhalten, sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgelistet.
Tabelle 1: (pce: Gewichtsanteile auf hundert Elastomerteile).
Man wird vermerken, daß die hydratisierte Kieselsäure, die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet wird, einerseits einen Masseanteil an Wasser aufweist, der etwa gleich 18% ist (die erfindungsgemäße Zusammensetzung weist so eine Wassermenge von ungefähr 4 pce auf), und andererseits spezielle Oberflächeneigenschaften BET und CTAB, die den Eigenschaften der Kieselsäure "Zeosil 1165 MP" entspricht, besitzt.
Es ist zu vermerken, daß die vernetzbare und expandierbare Zusammensetzung, die dazu bestimmt ist, die Unterlage nach der Erfindung zu bilden, die zweifache Quellmittelmenge aufweist als die Vergleichszusammensetzung.

– In einem zweiten Schritt des Herstellungsverfahrens wird eine Extrusion der Kautschukzusammensetzung durchgeführt, die im Verlauf des ersten Schritts erhalten wurde, um einen Rohling einer vernetzbaren und expandierbaren Unterlage mit vorgegebenem Querschnitt herzustellen, der in diesem Beispiel dazu eingerichtet ist, um im vernetzten und expandierten Zustand Motorradreifen auszustatten, die den vorgenannten Größen entsprechen.

Die Temperatur, die für diese Extrusion verwendet wird, ist niedriger oder gleich 100°C.

– In einem dritten Aushärteschritt wird eine vorläufige Aushärtung des nach Ende des zweiten Schrittes erhaltenen Rohlings in einem Formwerkzeug durchgeführt, worauf der vorgehärtete Rohling einer Expansion und einer Vulkanisation in einem Ofen vom Drehtellertyp unterzogen, um eine vernetzte und durch thermische Zersetzung des Quellmittels expandierte Unterlage zu erhalten.

Die Vulkanisationstemperatur liegt im Bereich von 140°C bis 160°C.
Es ist festzustellen, daß der Wassergehalt des vernetzbaren und expandierbaren Rohlings, der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, etwa 4 pce beträgt, während der Gehalt an Wasser in dem Rohling, der dazu bestimmt ist, die Vergleichsunterlage zu bilden, ungefähr 0,5 pce bzw. Gew.-% beträgt (das Wasser in diesem Vergleichsrohling stammt im wesentlichen einerseits von den Wassermolekülen, die mit dem Ruß verbunden sind, und andererseits der umgebenden Feuchtigkeit, die durch die Kautschukzusammensetzung absorbiert wird).
Man wird auch vermerken, daß die Gegenwart von Kieselsäure in dem verstärkenden Füllstoff des erfindungsgemäßen Rohlings es gestattet, die Zersetzung des Quellmittels während der vorläufigen Aushärtung zu verhindern und demzufolge ein Entformen zu gestatten, das den vorgehärteten Rohling nicht zerbrechlich macht. Tatsächlich wurde bestätigt, daß der Rohling nach dem Ausformen keine Risse auf seinem Umfang an der Stelle der Verbindungsflächen des Formwerkzeugs zur vorläufigen Aushärtung aufweist.
II. Vergleich der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Unterlage und der Vergleichsunterlage:

– Es sollten die jeweiligen Dichten der vernetzten und expandierten erfindungsgemäßen Unterlage und Vergleichsunterlage, die durch das vorgenannte Verfahren erhalten wurden, verglichen werden.

Die nachfolgende Tabelle II führt mittlere Dichten auf, die für jede dieser Unterlagen erhalten wurden, sowie Dichten, die am Kern und am Umfang erhalten wurden (für jede erhaltene Unterlage mit 60 mm Radius nennt man "Kern der Unterlage" ein torusförmiges, massives Volumen, dessen Querschnitt, der konzentrisch zu dem der genannten Unterlage verläuft, einen Radius von 50 mm aufweist, und man nennt "Umfang der Unterlage" ein hohles, torusförmiges Volumen, das das verbleibende Volumen der Unterlage darstellt und dessen Querschnitt ein Kranz mit einer radialen Bereite von 10 mm ist).
TABELLE II:
Diese Ergebnisse zeigen, daß der Gradient der Dichte zwischen dem Umfang und dem Kern der Unterlage bei der erfindungsgemäßen Unterlage höher ist als bei der Vergleichsunterlage. Tatsächlich ist dieser Dichtegradient, der auf der stark exothermen Zersetzung des Quellmittels während der Expansion beruht, umso ausgeprägter, je höher die Menge an Quellmittel, die im anfänglichen thermomechanischen Schritt verwendet wird, ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist festzustellen, daß die Temperaturen im Kern und am Umfang der Rohlinge im Verlauf der Expansion 190°C bzw. 150°C erreichen, während das Azobisformamid, das als Quellmittel verwendet wird, beginnt, sich in der verwendeten Zusammensetzung bei einer Temperatur von 140°C zu zersetzen.
Man hat versucht, die verbleibende Menge an Quellmittel (Azobisformamid) in der genannten vernetzten und expandierten, erfindungsgemäßen Unterlage zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurde die Menge des Quellmittels bestimmt, die in einer Vielzahl von Scheiben der Unterlage vorliegt (torusförmige Sektoren, die durch Radialschnitte erhalten wurden), und zwar durch die Flüsssigchromatographie, gekoppelt mit einem Spektro meter für ultraviolettes/sichtbares Licht. Das Azobisformamid wird mittels externer Eichung quantifiziert. Die Extraktionsbedingungen und die verwendeten, chromatographischen Bedingungen sind nachfolgend angegeben.
Die Extraktion des Azobisformamid der Zusammensetzung wurde mit einem Gemisch von Extraktionslösungsmitteln durchgeführt, das aus 50% DMSO (Dimethylsulfoxid "Aldrich", Grad HPLC, d. h. 99,9% Reinheit) und 40% Toluol (Toluol "RP Normapur" vom Typ "Prolabo" für die Analyse, 99,5% Reinheit) besteht. Das Toluol gestattet es, die Zusammensetzung der Scheibe aus der Unterlage aufquellenzu lassen, während das DMSO das Azobisformamid löst, das in dieser Zusammensetzung enthalten ist. Man verwendet 1,8 ml dieses Lösungsmittelgemisches auf 30 mg der Zusammensetzung.
Diese Extraktion wurde 6 Tage auf einer Rüttelmaschine durchgeführt, wobei dann am Ende der Extraktion 0,2 ml Methanol zugesetzt wurden (Methanol "RP Normapur" vom Typ "Prolabo" für die Analyse, 99,8% Reinheit), um das Elastomer von neuem zu koagulieren und die chromatographische Kolonne nicht zu verunreinigen. Dann wurde die erhaltene Lösung mittels eines Filters des Typs PTFE/Polypropylen "Millex" gefiltert, der eine Porosität von 0,5 μm aufwies. Man hat 1 bis 2 ml des erhaltenen Filtrats entnommen und in einem Fläschchen konditioniert, um 10 μl in das chromatographische System einzuspritzen.
Die verwendeten Chromatographiebedingungen sind die folgenden:

– Chromatographische Kolonne: Unter der Bezeichnung "Lichrosphere" vertrieben (Länge 25 cm, Innendurchmesser 4,0 mm). stationäre Phase: "Diol"-gepfropfte Kieselsäure, mit einem Partikeldurchmesser von 5 μm.
– Extraktionsmittel: Gemisch von 90% Ethylacetat "Aldrich" Grad HPLC (99,8% Reinheit) und 10% Cyclohexan "Carlo Erba" (mindestens 99,8% Reinheit).
– Durchsatz: 1 ml/min.
– Einspritzvolumen: 10 μl.
– Meßeinrichtung: UV-Spektrophotometer mit Diodenbrücke "Waters 996", mit Überstreichen der Wellenlängen λ zwischen 200 und 400 nm (die Erfassungswellenlänge λ_max von Azobisformamid beträgt 254 nm).
– Lösungsmittel: für die Eichung löst man Azobisformamid in einem Gemisch aus DMSO/Toluol/Methanol in den Verhältnissen 50/40/10 (%).

Mit diesem quantitativen Meßverfahren Dosierungsmethode werden mehrere, unterschiedliche Scheiben der genannten, erfindungsgemäßen Unterlage analysiert, wobei jede verdichtet und homogenisiert wurde. Diese Analyse führt zu einer mittleren Menge an Azobisformamid, die 5,9 Gew.-% in der erfindungsgemäßen, vernetzten und expandierten Unterlage beträgt, im Gegensatz zur genannten Vergleichsunterlage, die im vernetzten und expandierten Zustand eine deutlich geringere Menge an Quellmittel aufweist.
Eine mikroskopische Analyse der beiden, erhaltenen Unterlagen zeigt im übrigen, daß im Fall der erfindungsgemäßen Unterlage die außen liegenden Zellen eine Form aufweisen, die sich einem länglichen Polyeder annähert, während sie im Fall der Vergleichsunterlage eine Form vom Typ eines regelmäßigeren Polyeders (im wesentlichen die Form eines Dodekaeders) besitzen.

– Man hat versucht, die Volumenänderung der erfindungsgemäßen Unterlage mit der der Vergleichsunterlagezu vergleichen, und zwar während einer Erwärmung dieser beiden Unterlagen von einer Anfangstemperatur von 20°C auf eine Temperatur von mindestens 100°C, gefolgt von einer Abkühlung von dieser letzten Temperatur auf die Anfangstemperatur von 20°C.

Die erhaltenen Ergebnisse sind der Form von Indices in den nachfolgenden Tabellen III und IV angegeben.

– In der Tabelle III bezeichnet V0 einen Index des Anfangsvolumens, der auf 100 normiert ist, und zwar für jede Unterlage, die eine Temperatur von 20°C hat. V1 bezeichnet den Volumenindex einer jeden Auflage nach der Erwärmung im Ofen von 20°C auf 100°C, und V0' bezeichnet den Volumenindex einer jeden Unterlage nach der Abkühlung von 100°C auf 20°C.

Ein Index über 100, der einer Erwärmung oder Abkühlung folgt, zeugt von einem Quellen der Unterlage (ein Index kleiner als 100 zeugt vom Schrumpfen der Unterlage).
Tabelle III:
Daraus läßt sich einerseits ableiten, daß die erfindungsgemäße Unterlage sich infolge einer Erhöhung ihrer Innentemperatur auf eine Temperatur, bei welcher das Wasser beginnt, zu verdampfen, in größerem Maße ausdehnt als die Vergleichsunterlage, und andererseits, daß diese erfindungsgemäße Unterlage nach der Rückkehr auf ihre Anfangstemperatur wieder ein Volumen einnimmt, das näher bei ihrem anfänglichen Volumen liegt als für die Vergleichsunterlage.

– In der Tabelle IV bezeichnet V0 den selben Index des anfänglichen Volumens, der auf eine Basis von 100 normiert ist, für jede Unterlage, die eine Temperatur von 20°C hat. V1' bezeichnet den Index des Volumens einer jeden Unterlage nach einer Erhitzung im Ofen von 20°C auf 150°C, und V0'' bezeichnet den Index des Volumens einer jeden Unterlage nach einer Abkühlung von 150°C auf 20°C.

Tabelle IV:
Man leitet daraus einerseits ab, daß die erfindungsgemäße Unterlage sich nach einer Erhöhung ihrer Innentemperatur auf 150°C viel mehr ausdehnt, und andererseits, daß diese erfindungsgemäße Unterlage im Gegensatz zur Vergleichsunterlage, die sich zusammenzieht, ein Volumen erreicht, das um 42% größer ist als ihr Ausgangsvolumen, wenn man wieder zur Ausgangstemperatur zurückkehrt.
Diese Erhöhung des Volumens der erfindungsgemäßen Unterlage wurde bei der Fahrt bei Druck Null unter schwierigen Bedingungen bestätigt, wenn sie eine Reifen-Rad-Einheit für ein Motorrad ausstattet.
Man hat nämlich ermittelt, daß das Volumen dieser Unterlage nach einer Fahrt bei Druck Null und Entnahme der Reifen-Rad-Einheit um 65% zugenommen hat, bezogen auf das Anfangsvolumen der Unterlage vor dieser Fahrt, wobei diese Erhöhung größer ist als die, die bei der vorgenannten Behandlung im Ofen bei 150°C gemessen wurde.
Anders ausgedrückt, die Tabellen III und IV zeigen, daß die erfindungsgemäße Unterlage, insbesondere dank der verhältnismäßig hohen Menge des Quellmittels, das sie enthält, ein Quellpotential aufweist, das während einer Fahrt bei Druck Null viel höher ist als bei der Vergleichsun terlage, wobei sich dieses Quellpotential in einem Abrollen unter einem höheren Druck im Inneren des Reifens auswirkt.

– Es sollte außerdem die innere Erwärmung bei der Fahrt mit Druck Null der erfindungsgemäßen Unterlage mit der der Vergleichsunterlage verglichen werden.

Man ist zu diesem Zweck zu einem Rollversuch mit Reifen-Rad-Einheiten übergegangen, die mit der erfindungsgemäßen Unterlage bzw. mit der Vergleichsunterlage versehen waren, und zwar auf einem Trommelprüfstand mit glatter Trommel mit einem Durchmesser von einem Meter, und hat die Entwicklung der Innentemperatur einer jeden Unterlage durch ein "Anbohren" des Kerns der Unterlage durch den Reifen einer jeden Reifen-Rad-Einheit verfolgt (mittels einer Sonde mit 2 mm Durchmesser).
Man hat für jede Unterlage die Reifen-Rad-Einheit verwendet, deren Abmessungen im Abschnitt I erwähnt wurden.
Die Ladebedingungen auf der Reifen-Rad-Einheit und die Fahrgeschwindigkeit wurden derart gewählt, daß sie denen nahekommen, die sich auf Sonderprüfungen der Art "rallye-raid" beziehen. Genauer gesagt, die Last Z, der jede Reifen-Rad-Einheit unterzogen wurde, betrug 210 kg, was einer üblichen Last entspricht, die auf dem Hinterrad eines "rallye-raid" Motorrades aufliegt. Was die Fahrgeschwindigkeit angeht, so wurde sie bei 150 km/h gehalten.
Der äquivalente Ausgangsdruck im Reifeninneren betrug 1,1 bar.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Abwesenheit von Stößen, die dieses Rollen kennzeichnet, auf die Temperaturentwicklung praktisch keinen Einfluß hat.
Das Diagramm der einzigen Figur trägt der Entwicklung der Innentemperatur einer jeden Unterlage während einer solchen Fahrt bei einem Luftdruck Null Rechnung.
Dieses Diagramm zeigt eine Stabilisierung der Innentemperatur der erfindungsgemäßen Unterlage bei einer Temperatur von etwa 150°C, im wesentlichen nach 20 Minuten Fahrt bei Luftdruck Null, während die Innentemperatur der Vergleichsunterlage, nach dieser Fahrdauer weiter zunimmt und nach 40 Minuten sogar 200°C überschreitet.
Es zeigt sich, daß die erfindungsgemäße Unterlage während mehrerer Stunden die Luftreifenfunktion des Mantels bei Fahrt mit Druck Null sicherstellen kann, ohne eine Verschlechterung aufzuweisen und ohne den genannten Mantel zu beschädigen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elastomeren, vernetzten und expandierten Sicherheitsunterlage mit geschlossenzelliger Zellstruktur, wobei die genannte Unterlage dazu bestimmt ist, auf einer Radfelge im Inneren eines Reifenmantels montiert zu werden, wobei das Verfahren darin besteht: – in einem ersten Schritt der thermomechanischen Bearbeitung eine Kautschukmischung zu kneten, die mindestens ein Dienelastomer, Wasser, ein Quellmittel zur späteren Bildung der Zellstruktur und ein Vulkanisationssystem enthält, – in einem zweiten Formgebungsschritt der am Ende des ersten Schrittes erhaltenen Kautschukmischung eine Form zu geben, um einen Rohling einer vernetzbaren und expandierbaren Unterlage mit vorbestimmtem Querschnitt zu erhalten, und – in einem dritten Aushärtungsschritt den im zweiten Schritt erhaltenen Rohling einer vorläufigen Aushärtung in einer Form zu unterziehen und dann den vorgehärteten und entformten Rohling einer Expansion und einer Vulkanisation zu unterziehen, um eine vernetzte und durch Zersetzen des Quellmittels expandierte Unterlage zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, zur Durchführung des ersten Schrittes ein Dienelastomer, das einen Molanteil an Einheiten, die aus Dienen hervorgegangen sind, unter 15% besitzt, und eine Wassermenge zu verwenden, die im Bereich von 3 bis 6 pce reicht (pce: Gewichtsanteile auf hundert Anteile an Elastomer(en)).
Verfahren zur Herstellung einer vernetzten und expandierten Sicherheitsunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, das Quellmittel bei der Durchführung des ersten Schrittes in einer Menge von 15 bis 30 pce zu verwenden.
Verfahren zur Herstellung einer vernetzten und expandierten Sicherheitsunterlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, bei der Durchführung des ersten Schritts dem Dienelastomer einen verstärkenden Füllstoff zuzufügen, der Ruß und 10 bis 30 pce Kieselsäure enthält.
Verfahren zur Herstellung einer vernetzten und expandierten Sicherheitsunterlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, als Dienelastomer ein Copolymer aus Isobutylen und einem Comonomer zu verwenden, das aus Isopren oder p-Methylstyrol besteht.
Verfahren zur Herstellung einer vernetzten und expandierten Sicherheitsunterlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, Azobisformamid als Quellmittel zu verwenden.
Elastomere, vernetzte und expandierte Sicherheitsunterlage mit geschlossenzelliger Zellstruktur, die durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erhalten wurde, wobei die genannte Unterlage dazu bestimmt ist, auf einer Radfelge im Inneren eines Luftreifenmantels montiert zu werden, und wobei die genannte Unterlage mindestens ein Dienelastomer enthält, das einen Molanteil an Einheiten, die aus Dienen hervorgegangen sind, von weniger als 15% sowie einen verstärkenden Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der verstärkende Füllstoff Kieselsäure in einer Weise enthält, daß die Kieselsäure in der Unterlage in einer Menge von 10 bis 30 pce vorliegt, und dadurch, daß die Unterlage auch ein Quellmittel in einer Menge von mehr als 2 pce enthält.
Elastomere, vernetzte und expandierte Sicherheitsunterlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellmittel in einer Menge von mehr als 5 pce vorliegt.
Elastomere, vernetzte und expandierte Sicherheitsunterlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dienelastomer ein Copolymer aus Isobutylen und einem Comonomer ist, das aus Isopren oder p-Methylstyrol besteht.
Elastomere, vernetzte und expandierte Sicherheitsunterlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellmittel aus Azobisformamid besteht.
Verfahren zur Verringerung der inneren Erhitzung einer Sicherheitsunterlage mit geschlossenzelliger Zellstruktur beim Abrollen, die auf einer Radfelge im Inneren eines Luftreifenmantels montiert ist, um eine Reifenfunktion des Mantels nach einem Druckabfall sicherzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, eine vernetzte und expandierte Unterlage zu verwenden, die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erhalten wurde.