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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Radialreifen für Personenwagen. Insbesondere bezieht sie sich
auf einen Radialreifen für Personenwagen mit
Antiblokkierbremssystemen.
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Personenwagen weisen gegenwärtig sehr hohe
Leistungsfähigkeit auf, weil viele Verbesserungen an Motoren und
anderen mechanischen und elektrischen Elementen der
Wagen durchgeführt worden sind. Zum Beispiel wird die
Leistungsausgabe von Motoren verstärkt und das
Karosseriegewicht wird verringert. Auch die Start-,
Beschleunigungs- und Kurvenfahreigenschaften werden
signifikant verbessert. Dieser Fortschritt erfordert
eine Verbesserung bezüglich der Bremseigenschaften, so
daß Wagen sicher auf jedem Straßenzustand anhalten
können, zum Beispiel trockenen Straßen, nassen Straßen,
Straßen verschiedener Reibung und rutschigen Straßen
(z.B. Eis- und Schneeoberflächen).
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Bei einem herkömmlichen Bremssystem werden auf einer
rutschigen Oberfläche wie einer Eisoberfläche Reifen
blockiert, unmittelbar daß die Bremsen angelegt sind,
und das Fahrzeug kann außer Kontrolle geraten. Dies ist
sehr gefährlich. Antiblockierbremssysteme (ABS) sind
daher seit 1978 verwendet worden. Dieses können
mechanische oder elektronische Systeme sein, in welchen
die Bremsen gelöst werden, sobald ein Reifen blockiert.
ABS kann ein Fahrzeug unter jedwedem Straßenzustand
sicher anhalten, ohne die Fahrzeugzustände zu stören
und Instabilität oder Verlust der Kontrolle zu
verursachen.
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Auf der anderen Seite zeigt Figur 1 die Beziehung
zwischen dem Schlupfverhältnis eines Reifens und sowohl
dem Reibungskoeffizient als auch der
Seitenführungskraft. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ergibt das
Schlupfverhältnis bei einem bestimmten Punkt einen
maximalen Wert, bei welchem das Bremsen am effektivsten
ist. Das Antiblockierbremssystem regelt das
Schlupfverhältnis von Reifen, um sie nahe ihrem maximalen Wert zu
halten. Im Gegensatz dazu weist die
Seitenführungskraftkurve einen Maximalwert bei Schlupfverhältnis Null auf
und nimmt ab, wenn das Schlupfverhältnis zunimmt. Wenn
ein Reifen vollständig blockiert ist (d.h. 100 %
Schlupfverhältnis), ist die Seitenführungskraft Null,
was so Verlust der Fahrzeugkontrolle verursacht. Wenn
sowohl Reibungskoeffizient als auch Seitenführungskraft
in Betracht gezogen werden, wird es bevorzugt, daß der
maximale Wert des Reibungskoeffizienten bei einem
niedrigeren Schlupfverhältnis im Hinblick auf die
Seitenführungskraft vorliegt, aber wenn er bei einem sehr
niedrigen Schlupfverhältnis vorliegt (d.h. kleiner als
10 %), wird es sehr schwierig, das Bremsen zu regeln.
Als eine Folge wird es bevorzugt, daß ein Maximalwert
des Reibungskoeffizienten bei einem Schlupfverhältnis
von 10 bis 20 % vorliegt, wie durch die diagonale
Fläche in Fig. 1 gezeigt. Radialreifen, welche diese
Eigenschaften aufweisen, sind daher für Personenwagen
besonders geeignet, die mit Antiblockierbremssystemen
ausgerüstet sind.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
Radialreifen zu schaffen, welcher
Leistungsfähigkeitseigenschaften in dem schattierten Bereich von Figur 1
aufweist, und welcher daher für Passagierfahrzeuge
besonders geeignet ist, die mit
Antiblockierbremssystemen ausgerüstet sind.
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Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung einen
Radialreifen für Passagierwagen mit einer Lauffläche und
einer Seitenwand, wobei die Lauffläche aus einer
Gummizusammensetzung mit einer Gummikomponente, einem
Verstärkungsmaterial und einem Vulkanisierungsmittel
gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gummikomponente zumindest 80 Gew.-% lösungspolymerisiertes
Styrolbutadiengummi enthält, welches einen Styrolgehalt von 15
bis 38 Gew.-% und einen Vinylgehalt in dem Butadienteil
von 20 bis 75 Gew.-% und eine Zufallsstyrolverteilung
aufweist, und die Lauffläche eine tan
δ-Spitzentemperatur von -40 bis -5ºC, eine Einseitenhalbbreite (W/2)
nahe der tan δ-Spitzentemperatur von 25 Grad oder
weniger und eine JIS-A-Härte von 56 bis 72 % aufweist,
wobei die tan δ-Spitzentemperatur und die
Einseitenhalbwertsbreite (W/2) aus einer Viskoelastizität (tan δ)-
Temperaturverteilungskurve erhalten wird, welche
bestimmt wird, indem ein Viskoelastizitätsspektrometer
bei einer Frequenz von 10 Hz, einer anfänglichen
Belastung von 10 % und einer Amplitude von ±0,25 % und
einer Temperaturanstiegsrate von 2ºC/min verwendet wird.
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Weitere Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden
nur beispielhaften Beschreibung ersichtlich, in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen
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Figur 1 die Beziehung zwischen dem
Schlupfverhältnis von Reifen und sowohl dem
Reibungskoeffizient als auch der
Seitenführungskraft zeigt;
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Figur 2 ein Beispiel einer
Viskoelastizitätstemperaturverteilungskurve zum Erklären
der Viskoelastizität (tan
δ)-Spitzentemperatur und einseitigen Halbwertsbreite
zeigt.
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Die Viskoelastizitätstemperaturverteilungskurve für
eine Reifenlaufflächengummiverbindung kann erhalten
werden, indem ein Viskoelastizitätsspektrometer verwendet
wird (verfügbar von Iwamoto Manufacturing Co Ltd). Der
Test wird bei einer Frequenz von 10 Hz, einer
anfänglichen Belastung von 10 %, einer Amplitude von ±0,25 %
und einer Temperaturanstiegsrate von 2ºC/min
ausgeführt. Figur 2 zeigt ein Beispiel einer allgemeinen
Viskoelastizitätstemperaturverteilungskurve, die bei
den obigen Bedingungen bestimmt wurde. In Figur 2 zeigt
die Abszisse die Temperatur und die Ordinate zeigt die
Viskoelastizität (tan δ). Die
Viskoelastizitätsspitzentemperatur wird durch Tg angezeigt. Die
Einseitenhalbwertsbreite ist als W/2 angedeutet und ist der Wert für
den Abstand zwischen zwei Punkten, wo die Linie 1/2
Spitzenviskoelastizität (tan δp) mit sowohl der
senkrechten Linie bei Tg als auch der aufgetragenen Kurve
geschnitten wird.
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Radialreifen sind im allgemeinen aus einer Lauffläche
und einer Seitenwand zusammengesetzt, aber bei der
vorliegenden Erfindung weist die Lauffläche bestimmte
spezifizierte Eigenschaften auf. Die Lauffläche kann auch
eine JIS-A-Härte von 56 bis 72, vorzugsweise 60 bis 68
aufweisen. Wenn die Härte kleiner als 56 ist, ist das
Gummi so weich, daß Seitenführungsleistung und
Seitenführungskraft niedriger sind und es schwierig ist, das
Fahrzeug zu wenden. Wenn sie mehr als 72 beträgt, ist
das Gummi so hart, daß der Fahrkomfort dürftig wird.
Auch wird die Kontaktfläche zwischen der Straße und dem
Reifen erniedrigt, was so die Griffeigenschaften des
Reifens erniedrigt.
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Die Lauffläche ist aus einer Gummizusammensetzung
hergestellt, welche eine Gummikomponente, ein
Verstärkungsmaterial und ein Vulkanisierungsmittel umfaßt. Das
Verfahren zum Erzeugen der Lauffläche der vorliegenden
Erfindung
ist Fachleuten bekannt, aber die Einstellung der
physikalischen Eigenschaften wie oben erwähnt, wird
allgemein durchgeführt, indem Gummikoinponenten,
vernetzende Agentien und Mengen an vernetzenden Agentien,
Vulkanisierungszeit und der gleichen ausgewählt werden.
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Wenn Tg kleiner als -40ºC ist, werden
Bremseigenschaften und Wendeeigenschaften bzw. Kurvenfahreigenschaften
verschlechtert. Wenn Tg größer als -5ºC ist,
verschlechtern sich Griffeigenschaften auf Winterstraßen
signifikant. Wenn die Halbwertsbreite größer als 25º ist, dann
steigt das Schlupfverhältnis, welches das maximale
Reibungsmaß anzeigt, zu mehr als 20 % an und erreicht
das Ziel der vorliegenden Erfindung nicht.
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Die für die Lauffläche der vorliegenden Erfindung
geeignete Gummikomponente enthält zumindest 80 Gew.-% eines
lösungspolymerisierten Styrolbutadiengummis, welches
einen Styrolgehalt von 15 bis 38 Gew.-% und einen
Vinylgehalt in dem Butadienteil von 20 bis 75 Gew.-%
aufweist, und welches eine Zufallsstyrolverteilung
aufweist. Wenn der Styrolgehalt außerhalb des obigen
Bereiches liegt, befindet sich Tg nicht innerhalb des
Bereiches von -40 bis -5ºC. Wenn der Vinylgehalt in dem
Butadienteil kleiner als 20 % ist, ist das Tg kleiner
als -40ºC und dies ist unerwünscht wegen der dürftigen
Bremseigenschaften. Wenn der Vinylgehalt größer als 75
% ist, wird die Gummistärke verschlechtert, um so eine
dürftige Abnutzungswiderstandsfähigkeit und dürftige
Lauffflächenrillenrißwiderstandsfähigkeit zu ergeben.
Wenn die Styrolverteilung nicht zufällig ist, das
heißt, wenn irgendein Styrolblockteil oder ein
styrolkontinuierlicher Teil vorliegt, dann ist die
Halbbreite (W/2) größer als 25º.
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Das Verstärkungsmaterial der Gummizusammensetzung ist
eines, welches für Gummilaufflächen verwendet wird, zum
Beispiel Ruß. Der Ruß weist vorzugsweise eine
Partikelgröße von 15 bis 35 Mikrometern auf. Partikelgrößen von
weniger als 15 Mikrometer erhöhen die exotherme Wärme
und den Abrollwiderstand und jene von mehr als 35
Mikrometern verringern die Abnutzungswiderstandsfähigkeit
und die Griffeigenschaften.
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Das Vulkanisierungsmittel ist im allgemeinen Schwefel,
aber andere (zum Beispiel organische Peroxide) können
verwendet werden.
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Die Gummizusammensetzung kann Additive wie Wachs, Öl,
Antioxidationsmittel, Füller,
Vulkanisationsbeschleuniger und dergleichen enthalten.
BEISPIELE
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Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden
Beispiele veranschaulicht, welche jedoch nicht als die
Erfindung auf ihre Details begrenzend ausgelegt ist.
Beispiel 1
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Synthetisches Gummi mit den Charakteristiken, wie sie
in Tabelle 1 gezeigt sind, wurde verwendet und eine
Gummizusammensetzung wurde aus den Bestandteilen und
Mengen, wie in Tabelle 2 gezeigt, hergestellt.
TABELLE 1
Styrolgehalt
Vinylgehalt in dem Butadienteil
Styrolverteilung
Emulsionspolymerisiertes Styrolbuadiengummi
Lösungspolymerisiertes
Zufällig
Einige Styrolsukzessionsteile
*1: Sumitomo Chemical Co., Ltd. SBR 1712
*2: Nippon Zeon Co., Ltd. NIPOL9520
*3: Nippon Zeon Co., Ltd. NIPOL9521
*4: Asahi Chemical Industry Co., Ltd. Toughden 1530
Aus ein Ölstreckungsmaß von 37/5 phr geschätzt.
Tabelle 2
Ölausgedehntes bzw.
ölgestrecktes Styrolbutadiengummi
Aromatenöl
Wachs
Antioxidationsmittel *
Stearinsäure
Zinkweiß (Oxid)
Schwefel
Vulkanisationsbeschleuniger
(* N, N¹-phenyl-p-phenylendiamin)
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Ein Reifen der Größe 225/50R16 wurde mit einer
Lauffläche der Gummizusammensetzung hergestellt. Ein
Schlupfverhältnis eines maximalen Reibungskoeffizienten wurde
aus der Reibungskoeffizient-Schlupfkurve erhalten. Ein
Bremstest und ein Wendetest wurde auf einer nassen
Straße mit einem Antiblockierbremssystem-Fahrzeug
(ABS-Fahrzeug) und einem Nicht-ABS-Fahrzeug mit diesen Reifen
durchgeführt. Die Resultate sind in Tabelle 3 gezeigt.
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Die Reifenlauffläche wurde auf einem JIS-A-Härtemeter
getestet und die Resultate sind ebenfalls in Tabelle 3
gezeigt. Eine Gummiprobe (4 mm x 2 mm x 40 mm) wurde
aus der Lauffläche genommen und auf einem Spektrometer
getestet, das von Iwamoto Manufacturing Co Ltd
verfügbar war, um eine
Viskoelastizitätstemperaturverteilungskurve zu erhalten. Die gemessene
Viskoelastizitätsspitzentemperatur und Einseitenhalbbreite sind in Tabelle 3
gezeigt.
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Eine Evaluierung des Reifens wurde wie folgt
durchgeführt:
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1. Schlupfverhältnis (%) bei welchem Max u vorliegt
Eine Schlupfverhältnis- und Reibungskoeffizient
(u)-Kurve wurde erhalten, wobei ein spezieller Traktor
bei einem Reifenaufpumpdruck von 2,4 kp/cm², einer Last
von 350 kp und einer Geschwindigkeit von 40 km/h
verwendet wurde. Max u wurde aus der Kurve erhalten.
2. Bremsindex
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Die Geschwindigkeit eines 2.000 ccm ABS-Testfahrzeugs
mit den Reifen der vorliegenden Erfindung bei einem
Aufpumpdruck von 2,4 kp/cm² wurde von 40 km/h auf 20 km/h
verringert, um eine Verzögerung zu erhalten. Die Zahlen
in Tabelle 3 sind Indizes, welche mit dem Reifen eines
Probe A-Satzes bei 100 berechnet wurden.
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Die Straßen für die Tests (1) und (2) waren eine
Asphaltstraße der Skid-Number bzw. des Reibbeiwertes von
ungefähr 50 und einer Betonstraße des Reibbeiwertes von
3. Wendeeigenschaften
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Ein 2.000 ccm Testfahrzeug wurde von einem erfahrenen
Testfahrer mit den Reifen der vorliegenden Erfindung in
einem Wendetest auf einer Asphaltoberfläche bei einem
Durchmesser von 50 m gefahren. Nach dem Fahren wurde
das Gefühl des Wendens auf einer Basis von fünf Graden
evaluiert. Je größer die Zahl, desto besser das Gefühl.
4. Rollwiderstand
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Rollwiderstand wurde bestimmt, wobei ein
Rollwiderstandtester bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h, einem
Aufpumpdruck von 2,4 kp/cm² und einer Last von 350 kp
verwendet wurde. Die Zahlen in Tabelle 3 sind Indizes,
welche so berechnet sind, daß der Reifen von Probe A
bei 100 liegt. Je kleiner die Zahl, desto besser der
Abrollwiderstand.
Tabelle 3
Vergleichsbeispiele
Beispiel
Probe-Nr.
Ölgedehntes SBR
Tan δ Spitzentemperatur
Einseitenhalbwertsbreite
Härte
Tan δ
Reifeneigenschaften
Abrollwiderstand
Nabasphaltstraßen
Nasse glatte Betonstraßen
Schlupfverhältnis (%) bei Max u
Bremsindex eines ABS-Fahrzeugs
Bremsindex von Nicht-ABS-Fahrzeug
Wendeeigenschaften
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Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, sind die
Einseitenhalbwertsbreiten der Beispiele der Erfindung kleiner
als jene der Vergleichsbeispiele und das Max u liegt
innerhalb des Schlupfverhältnisbereichs von 10 bis 20 %.
Die Naßbremseigenschaften und die Wendeeigenschaften
der erfinderischen Beispiele sind auf dem ABS-Fahrzeug
überlegen. Da der Reifen von Probe C ein höheres Tg und
eine höhere Härte aufweist, sind seine
Bremseigenschaften dürftig. Der Reifen von Probe D hat dürftige
Bremseigenschaften wegen des niedrigen Tg. Der Reifen von
Probe E weist dürftigen Abrollwiderstand auf.
Beispiel 2
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Dieses zeigt Reifen, die aus einer Mischung
synthetischer Gummis hergestellt sind. Die Gummis, die
verwendet werden, und die Bestandteile sind jene, die in
Tabellen 1 und 2 gegeben sind. Reifen wurden wie
allgemein in Beispiel 1 beschrieben hergestellt und die
Evaluierungen wurden auch wie allgemein in Beispiel 1
beschrieben, durchgeführt.
Tabelle 4
Vergleichsbeispiele
Beispiel
Probe-Nr.
Ölgedehntes SBR (Gewichtsprozent)
Tan δ Spitzentemperatur
Einseitenhalbwertsbreite
Härte
Tan δ
Reifeneigenschaften
Abrollwiderstand
Nabasphaltstraßen
Nasse glatte Betonstraßen
Schlupfverhältnis (%) bei Max u
Bremsindex eines ABS-Fahrzeugs
Bremsindex von Nicht-ABS-Fahrzeug
Wendeeigenschaften
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Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, werden, in dem Fall,
wo eine Mischung aus Styrolbutadiengummis mit
verschiedenem Tg verwendet wurde, die Einseitenhalbwertsbreiten
höher und die Schlupfverhältnisse, die Max u andeuten,
werden höher, was so die Bremseigenschaften
verschlechtert.
Beispiel 3
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Dieses zeigt Reifen, die aus einem
lösungspolymerisierten SBR mit einer Zufallsstyrolverteilung und einem
lösungspolymerisierten SBR mit einigen
Styrolsukzessionsteilen hergestellt wurden. Die Gummis, die verwendet
wurden, und die Bestandteile basieren auf Tabellen 1
und 2. Reifen wurden wie in Beispiel 1 allgemein
beschrieben hergestellt und auch die Evaluierungen wurden
wie allgemein in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt.
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Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, prägt das SBR mit
Zufallsstyrolverteilung gute Eigenschaften auf, aber das
SBR, das einige Styrolsukzessionsverteilung aufweist,
prägt dürftige Bremseigenschaften bei einem
ABS-Fahrzeug auf.
Tabelle 5
Vergleichsbeispiele
Beispiel
Probe-Nr.
Ölgedehntes SBR
Tan δ Spitzentemperatur
Einseitenhalbwertsbreite
Härte
Tan δ
Reifeneigenschaften
Abrollwiderstand
Nabasphaltstraßen
Nasse glatte Betonstraßen
Schlupfverhältnis (%) bei Max u
Bremsindex eines ABS-Fahrzeugs
Bremsindex von Nicht-ABS-Fahrzeug
Wendeeigenschaften