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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Streifens aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung mit darin
eingemischten Kurzfasern gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Luftreifens.
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Für einen
schlauchlosen Luftreifen wurde die Verwendung eines Laufflächengummis
mit in der Radialrichtung des Reifens ausgerichteten Kurzfasern
vorgeschlagen, um den Reibungskoeffizienten auf einer eisbedeckten
Straßenoberfläche zu erhöhen. In
der offenbarten japanischen Patentanmeldung JP-A-2001-130 228, die
der EP-A-1 097 825 entspricht, ist solch ein Reifen offenbart, wobei
der Laufflächengummi,
wie in 7 gezeigt, durch Zick-Zack-Falten einer sehr dünnen Bahn
(a) aus einem unvulkanisierten Kautschuk mit Kurzfasern, die zu
der Normalrichtung zu der Faltrichtung hin ausgerichtet sind, hergestellt
wird. In diesem Fall sind nahezu alle Kurzfasern (f) in einer Richtung
und zwar in der radialen Richtung des Reifens ausgerichtet, wodurch
der Reibungskoeffizient effizient erhöht ist. Es ist jedoch schwierig,
die Kurzfasern für
eine Verstärkung
des Laufflächengummis
zu verwenden, wenn die Fasern in der Reifenumfangsrichtung ausgerichtet
sind, um den Laufflächengummi
zu verstärken.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Herstellen eines Streifens aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung
mit darin eingemischten Kurzfasern bereitzustellen, bei dem die Kurzfasern
in zumindest zwei Richtungen ausgerichtet sind, sodass es, wenn
er als Laufflächengummi
eines Reifens verwendet wird, möglich
wird, nicht nur den Reibungskoeffizienten auf der eisbedeckten Straßenoberfläche zu erhöhen, sondern
auch den Laufflächengummi
zu verstärken.
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Dieses
Ziel wird gemäß der Erfindung
durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch das Verfahren nach
Anspruch 5 erreicht. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Streifens aus
einer unvulkanisierten Kautschukmischung mit darin eingemischten
Kurzfasern, dass eine Mischung aus unvulkanisiertem Kautschuk und
Kurzfasern extrudiert wird, um einen Streifen aus der Mischung zu
bilden und die Kurzfasern in zu der Extrusionsrichtung hin auszurichten,
und dass der Streifen mit Nadeln in einer Dickenrichtung des Streifens
durchstochen wird, um die Kurzfasern in der Durchstichrichtung auszurichten.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
grafische Darstellung ist, die ein Verfahren zum Herstellen eines
Streifens aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 eine
vergrößerte schematische
Querschnittsansicht ist, die einen Prozess des Ausrichtens von Kurzfasern
zu der Dickenrichtung des Streifens hin zeigt;
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3 und 4 Draufsichten
sind, die jeweils ein weiteres Beispiel des Streifens aus einer
unvulkanisierten Kautschukmischung zeigen;
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5 eine
schematische Querschnittsansicht eines hergestellten Luftreifens
ist;
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6 ein
Graph ist, der eine Beziehung zwischen dem Ausrichtungsprozentsatz
Y, der Anzahl N von durchstochenen Punkten und dem Durchmesser einer
Nadel D zeigt; und
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7 ein
Verfahren zum Herstellen eines relativ dicken Streifens aus einem
unvulkanisierten Kautschuk zeigt, in dem die Kurzfasern in der Dickenrichtung
des Streifens ausgerichtet sind.
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In
dieser Ausführungsform
ist ein Verfahren zum Herstellen eines Streifens aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung
G gemäß der vorliegenden
Erfindung in ein Verfahren zum Herstellen eines Luftreifens (nachfolgend
als das „Reifenherstellungsverfahren" bezeichnet) enthalten.
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Das
Reifenherstellungsverfahren umfasst die Schritte, dass ein Streifen
aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung G hergestellt wird;
ein unvulkanisierter Reifen unter Verwendung des Streifens G aufgebaut
wird; und der Reifen in einer Form vulkanisiert wird.
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Der
Streifen aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung G kann verwendet
werden, um verschiedene Reifenkomponenten, zum Beispiel einen Laufflächengummi,
einen Seitenwandgummi, einen Wulstkernreiter und dergleichen zu
bilden. In dem unten erwähnten
Beispiel wird er verwendet, um den Laufflächenabschnitt des Reifens zu
bilden.
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Eine
beispielhafte Reifenstruktur für
einen Radialreifen für
Personenwagen ist in 5 gezeigt, wobei der Reifen 1 einen
Wulstabschnitt 2, ein Paar Seitenwände 3 und ein Paar
Wulstabschnitte 4 aufweist und mit einem Wulstkern 5 in
jedem Wulstabschnitt 4, einer Karkasse 6, die
sich zwischen den Wulstabschnitten 4 erstreckt, und einem
Gürtel 7,
der radial außerhalb
der Karkasse 6 unter dem Laufflächenabschnitt 2 angeordnet ist,
versehen ist.
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Die
Karkasse 6 ist aus zumindest einer Lage 6A von
Korden, die radial unter einem Winkel von 75 bis 90 Grad in Bezug
auf die Umfangsrichtung des Reifens angeordnet sind, zusammengesetzt.
Die Karkasslage 6A erstreckt sich zwischen den Wulstabschnitten 4 durch
den Laufflächenabschnitt 2 und
Seitenwandabschnitte 3 hindurch und ist um den Wulstkern 5 in
jedem Wulstabschnitt 4 umgeschlagen, um ein Paar Umschlagabschnitte 6b und
einen Hauptabschnitt 6a dazwischen zu bilden. Die Karkasse 6 in
diesem Beispiel ist aus einer einzigen Lage 6A von Korden
zusammengesetzt, die radial unter 90 Grad angeordnet sind.
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Die
Wulstabschnitte 4 sind jeweils an der radialen Außenseite
des Wulstkerns 5 mit einem sich radial nach außen verjüngenden
Wulstkernreiter 8 versehen, der in den Umschlagabschnitt 6b und
Hauptabschnitt 6 gewickelt ist.
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Der
Gürtel 7 umfasst
zumindest zwei gekreuzte Breakerlagen 7A und 7B von
Korden mit einem hohen Elastizitätsmodul,
die unter einem Winkel von 10 bis 35 Grad in Bezug auf die Umfangsrichtung
des Reifens gelegt sind. Der Gürtel 7 in
diesem Beispiel ist nur aus zwei gekreuzten Breakerlagen 7A und 7B zusammengesetzt.
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Radial
außerhalb
des Gürtels 7 ist
ein Laufflächengummi 9 angeordnet.
Der Laufflächengummi 9 in diesem
Beispiel umfasst eine Basislaufflächengummischicht 9b,
die an der radialen Außenseite
des Gürtels 7 ange ordnet
ist, und eine Protektorlaufflächengummischicht 9a,
die darauf angeordnet ist, um eine Laufflächenfläche 2S zu definieren.
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Die
Protektorlaufflächengummischicht 9a ist
aus einer Kautschukmischung hergestellt, die darin mit bidirektional
ausgerichteten Kurzfasern (f) versehen ist, wobei ein bestimmter
Prozentsatz der Kurzfasern (f) in der radialen Richtung des Reifens
ausgerichtet ist und der Rest allgemein in der Umfangsrichtung des
Reifens ausgerichtet ist.
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Die
Protektorlaufflächengummischicht 9a wird
gebildet, indem der oben erwähnte
Streifen G aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung in einem
Prozess zum Aufbauen eines unvulkanisierten Reifens, um den Reifen
gewickelt wird. Der verwendete Kautschukstreifen G ist derart, dass
etwa 10 bis 30% der Kurzfasern (f) in der Dickenrichtung des Streifens
ausgerichtet sind und der Rest in der Längsrichtung des Streifens ausgerichtet
ist.
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1 zeigt
das Verfahren zum Herstellen des Kautschukstreifens G.
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Zunächst werden
unvulkanisierter Kautschuk und Kurzfasern (1) gemischt und die Mischung
(MX) wird durch eine Düse
eines Werkzeugs eines Extruders (nicht gezeigt) zu einem Knüppel extrudiert
und der Knüppel
der Mischung (MX) läuft
durch einen Einzug oder Spalt zwischen Walzen (CR) eines Kalanderwalzensystems
(CS), wobei nahezu alle Kurzfasern (f) in der Extrusionsrichtung
und der Längsrichtung
des Materialstreifens G0 ausgerichtet werden (nachfolgend als der „erste
Ausrichtungsprozess S1" bezeichnet).
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Als
Nächstes
wird der Materialstreifen G0 in einer Dickenrichtung mit Nadeln 10 durchstochen,
um die Kurzfasern (f) in der Durchstichrichtung des Streifens auszurichten
(nachfolgend als der „zweite
Ausrichtungsprozess S2" bezeichnet).
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Die
Durchstichrichtung kann quer zu einer bestimmten Richtung hin sein.
Im Fall der Protektorlaufflächengummischicht 9a ist
die Durchstichrichtung jedoch senkrecht zur Oberfläche des
Streifens G0.
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Wie
in 2 gezeigt, weist jede Nadel 10 einen
konstanten Durchmesser D in dem Hauptabschnitt 10B und
ein spitzes Ende 10A auf. Der Durchmesser D ist vorzugsweise
in einem Bereich von 0,4 mm bis 2,2 mm festgelegt. In dem in 1 gezeigten
Beispiel sind die Nadeln 10 in einer Basis BS wie einem
Nadelspitzenhalter für
ein Blumenarrangement eingesetzt.
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Die
oben erwähnte
Mischung (MX) umfasst 1 bis 40 Gew.-% Fasern, deren Durchmesser
in einem Bereich von 5 bis 100 Mikrometer und deren Länge in einem
Bereich von 200 bis 400 Mikrometer in Bezug auf 100 Gew.-% des Kautschukbasismaterials
liegt.
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Für die Kurzfasern
(f) können
verschiedene faserartige Materialien, z. B. organische Fasern wie
z. B. aromatisches Polyamid, Vinylon, Polyester, Nylon, Rayon und
dergleichen, anorganische Fasern wie z. B. Glas, Kohlenstoff, Grafit
und Metall, Haarkristalle aus anorganischen Stoffe oder organischen
Stoffe wie z. B. Polyoxymethylen, cis-1,2-Polybutadien, Siliciumkarbid,
Wolframkarbid, Aluminiumoxid und dergleichen verwendet werden.
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Die
Anzahl N an von Nadeln 10 durchstochenen Positionen ist
vorzugsweise in einem Bereich von 180 bis 500 pro 100 mm2 festgelegt, wenn der Nadeldurchmesser D
in einem Bereich von nicht kleiner als 0,4 mm, aber kleiner als
0,8 mm liegt. Wenn der Nadeldurchmesser D in einem Bereich von nicht
kleiner als 0,8 mm, aber nicht größer als 2,2 mm liegt, ist die
Anzahl N vorzugsweise in einem Bereich von 80 bis 450 pro 100 mm2 festgelegt.
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Ferner
ist es, um die Kurzfasern wirksam zu der Durchstichrichtung hin
auszurichten, zu bevorzugen, dass die Temperatur des Materials des
Kautschukstreifens G0 während
des Durchstechens in einem Bereich von 40 bis 130 Grad C, vorzugsweise
von 40 bis 100 Grad C liegt, sodass der Kautschuk eine Beweglichkeit aufweist.
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In
dem ersten Ausrichtungsprozess S1 werden die Kurzfasern (f) allgemein
in der Längsrichtung
des Streifens ausgerichtet.
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In
dem zweiten Ausrichtungsprozess S2 folgen der Kautschuk und die
Kurzfasern (f) um die Nadel 10 herum der Nadel 10 und
es erfolgt eine lokale Bewegung K in der Durchstichrichtung. Nachdem
die Nadel 10 herausgezogen wurde, verschwindet das Loch,
die bewegten Kurzfasern (f) bleiben jedoch. Demgemäß sind die
Kurzfasern (f) zu der Durchstichrichtung hin ausgerichtet.
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Infolgedessen
ist in dem Kautschukstreifen G ein bestimmter Prozentsatz der Kurzfasern
(f) in der Dickenrichtung des Streifens ausgerichtet und der Rest
bleibt allgemein in der Längsrichtung
des Streifens ausgerichtet, und zwar sind die Kurzfasern (f) bidirektional
ausgerichtet.
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Im
Fall der Protektorlaufflächengummischicht 9a ist
es zu bevorzugen, dass etwa 10 bis 30% der Kurzfasern (f) in der
Dickenrichtung des Streifens in dem Bodenkontaktteil ausgerichtet
sind. Anders ausgedrückt, es
ist nicht immer notwendig, dass die gesamte Fläche des Streifens G0 durchstochen
wird. Es ist möglich, nur
einen notwendigen Bereich, zum Beispiel einen Bereich, der mit dem
Boden in Kontakt kommt, zu durchstechen.
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3 zeigt
ein noch weiteres Beispiel des Streifens G, wobei der durchstochene
Bereich R in der Längsrichtung
diskontinuierlich ist und sich jeder Bereich R über die gesamte Breite erstreckt.
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4 zeigt
ein weiteres Beispiel des Streifens G, wobei der durchstochene Bereich
R in der Längsrichtung
kontinuierlich ist, jedoch jeder Kantenteil nicht durchstochen ist.
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Es
ist nicht immer notwendig, dass die Anzahl N über den durchstochenen Bereich
R konstant ist. Sie kann geändert
werden, um einen gewünschten
Ausrichtungsprozentsatz in Übereinstimmung
mit der Position zu erhalten.
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In
dem Verfahren zum Aufbauen eines unvulkanisierten Reifens kann ein
kennzeichnendes Merkmal ein Verfahren zum Herstellen des Laufflächenabschnitts 2 durch
Wickeln oder Aufbringen des oben erwähnten Streifens sein. Die weiteren
Prozesse und der Prozess zum Vulkanisieren des Reifens können herkömmlich sein,
weshalb die Beschreibungen davon weggelassen sind.
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Bestätigungstest
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Unter
Verwendung eines Kautschukmaterialstreifens G0 mit einer Dicke von
4 mm und mit 20 Gew.-% Kurzfasern (Durchmesser 10 Mikrometer, Länge 400
Mikrometer) in Bezug auf 100 Gew.-% des Kautschukbasismaterials
wurde der Prozentsatz Y einer Ausrichtung in der Dickenrichtung
durch Ändern
des Durchmessers D einer Nadel und der Anzahl N von durchstochenen
Punkten erhalten. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1
gezeigt und in 6 aufgetragen.
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Des
Weiteren wurde der Prozentsatz Y nur durch Ändern der Temperatur erhalten.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Wie
in den Tabellen 1 und 2 und in 6 gezeigt,
ist es möglich,
den Ausrichtungsprozentsatz durch Ändern der Anzahl N, des Durchmessers
D und/oder der Temperatur zu steuern oder einzustellen. Daher bietet dies
auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Richtungseigenschaft
für Kautschukartikel
wie z. B. einen gerichteten Elastizitätsmodul, eine gerichtete Steifigkeit
und dergleichen.
