Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gummi-Luftreifen, der
eine Gummi-Lauffläche mit einem Oberschicht/Basis-Aufbau
aufweist. Konkreter betrifft die Erfindung einen derartigen
Reifen, der eine Laufflächen-Basis aus einer elastomeren
Zusammensetzung aufweist.
Hintergrund
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Gummi-Luftreifen werden oft mit einer Gummi-Lauffläche mit
Oberschicht/Basis-Aufbau hergestellt. Ein derartiger Aufbau
ist beispielsweise in EP-A-142857 offenbart.
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Typischerweise enthält der äußere Oberschicht-Teil der
Lauffläche die sichtbaren Laufflächen-Rillen und -Stollen oder
die angehobenen Teile und ist für die Berührung mit dem Boden
gedacht. Der Oberschicht-Teil schließt üblicherweise eine
derartige Laufflächen-Konfiguration ein und dehnt sich
typischerweise bis zu einer Laufflächen-Tiefe von gerade
unterhalb der Rillen der Lauffläche aus. Der Kautschuk für den
Oberschicht-Teil wird typischerweise so compoundiert, daß er
gute Bodenhaftung, gute Laufflächen-Abnutzung und einen guten
Rollwiderstand liefert.
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Der Gummi-Basis-Teil der Lauffläche ist unterhalb des
Oberschicht-Teils positioniert und dadurch, daß er selbst ein Teil
der Lauffläche ist, befindet er sich zwischen der äußeren
Laufflächen-Oberschicht und einem darunter liegenden
Stützgürtel- oder Karkassen-Teil des Reifens. Ein derartiger
Reifenaufbau ist wohlbekannt. Der Kautschuk für die Basis wird
typischerweise so compoundiert, daß er den Rollwiderstand und
die Haltbarkeit des Reifens erhöht.
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Oft ist ein Hauptgrund für die Unterteilung einer Lauffläche
in einen äußeren Oberschicht-Teil und einen unteren darunter
liegenden Basis-Teil, daß eine Laufflächen-Basis
bereitgestellt
wird, die den Rollwiderstand des Reifens verringert.
Ansonsten könnte eine Laufflächen-Zusammensetzung aus einer
einzigen Zusammensetzung zufriedenstellend sein, so daß die
Lauffläche durch und durch aus der Laufflächen-Oberschicht
zusammengesetzt ist.
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In einem Aspekt kann der Oberschicht/Basis-Gummi-Komposit so
konstruiert sein, daß er den Rollwiderstand des Reifens
verbessert, ohne daß die Traktion (die Bodenhaftung) oder die
Laufflächen-Abnutzung unbilligerweise geopfert werden. Ein
derartiger oft wünschenswerter Aspekt kann üblicherweise mit
einem einzigen Laufflächen-Compound nur schwierig erhalten
werden, da beispielsweise die Verringerung des
Rollwiderstandes typischerweise auf Kosten der Traktion und/oder der
Laufflächen-Abnutzung erhalten wird.
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In einem weiteren Aspekt würde es so scheinen, daß eine
Erhöhung der Dicke (der Abmessung) des Kautschuk-Compounds für
die Basis eine zusätzliche Verbesserung beim
Reifen-Rollwiderstand liefern würde (geringerer Widerstand gegen das Rollen
des Reifens, üblicherweise unter Belastungs-Bedingungen).
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Es wurde jedoch beobachtet, daß die Erhöhung der Dicke des
Kautschuks für die Laufflächen-Basis während des Formens und
Vulkanisierens des Reifens zu einem extremen Eindringen von
Spitzen der Basis des Basis-Kautschuks in die Stollen des
Oberschicht-Kautschuks selbst führen kann. Somit werden
Elemente der Basis veranlaßt, sich merklich nach außen in den
Oberschicht-Teil des Reifens auszudehnen. Dies ist von
Nachteil, sowohl weil sich dadurch eine Rillen-Rißbildung in
der Laufflächen-Oberschicht entwickeln kann, als auch
hauptsächlich weil die Stollen der Oberschicht während der
Verwendung des Reifens abgetragen werden und dadurch der
freigelegte Basis-Compound in Kontakt mit der Straße kommt, was zu
einer schlechten Traktion und Laufflächen-Abnutzung führt.
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Eine Schwierigkeit eines derartigen Eindringens von
Basisspitzen wird möglicherweise augenfällig, wenn sich die Reifen-
Lauffläche während der Verwendung so abnutzt, daß die
Laufflächen-Oberschicht dünner wird und die Basis-Spitzen
schließlich freigelegt werden und in Berührung mit der
Straßenoberfläche kommen. Die resultierende freigelegte Laufflächen-
Oberfläche liefert dann möglicherweise keine optimalen
Laufflächeneigenschaften gegenüber der Straßenoberfläche.
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Das Phänomen des Eindringens von Basis-Spitzen in den Stollen-
Teil die Oberschicht geht hauptsächlich darauf zurück, daß die
Viskosität des nicht vulkanisierten Basis-Kautschuks oft
geringer ist als die Viskosität des Oberschicht-Kautschuks.
Deshalb kann es sein, daß während des Formens und
Vulkanisierens des Reifens unter Bedingungen von Wärme und Druck der
Basis-Kautschuk eine größere Fließ-Tendenz zeigt als der
Oberschicht-Kautschuk und deshalb eine Verlagerung des Basis-
Kautschuks während der Formung des Oberschicht-Kautschuks zu
Stollen und Rillen zuläßt.
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Es ist deshalb wünschenswert, die Viskosität des nicht
vulkanisierten Basis-Kautschuk-Compounds zu erhöhen, während
man die zufriedenstellende Zähigkeit (Rückprall-Wert) des
vulkanisierten Basis-Kautschuk-Compounds beibehält.
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In einem Aspekt kann die Viskosität des nicht vulkanisierten
Basis-Kautschuks ohne weiteres mit herkömmlichen
Compoundierungs-Komponenten wie beispielsweise durch Erhöhung des Ruß-
Gehalts und gegebenenfalls durch Verringerung des Öl-Gehalts
erhöht werden. Man nimmt jedoch an, daß eine derartige Technik
dazu neigt, das Gesamtkonzept einer Laufflächen-Basis zunichte
zu machen, da sie dazu neigt, die Hysterese des Kautschuk-
Compounds zu erhöhen, was typischerweise zu einem schlechteren
Rollwiderstand des Reifens führt.
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Die Verwendung von trans-1,4-Polybutadien ist für verschiedene
Zwecke offenbart worden, einschließlich beispielsweise Reifen-
Laufflächen-Kautschuk-Compounds und der Erhöhung der
Grünfestigkeit von Kautschuk-Mischungen (siehe japanische
Patentveröffentlichungen Nr. 60-133036; 62-101504 und 61-143453 und
US-Patent Nr. 4510291).
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In einzigartiger Weise ist trans-1,4-Polybutadien in seinem
unvulkanisierten Zustand bei Raumtemperatur auf Grund seiner
hohen Kristallinität ein thermoplastisches Harz statt ein
Kautschuk. Da es viele Doppelbindungen in seiner Hauptkette
enthält, kann es jedoch geeignet mit Elastomeren gemischt und
zusammen damit vulkanisiert werden.
Offenbarung und Durchführung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Gummireifen mit einer
Gummi-Lauffläche mit einem Oberschicht/Basis-Aufbau wie in Anspruch 1
definiert bereitgestellt. Weiter wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Gummi-Luftreifens wie in Anspruch 5
angegeben bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
werden in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Vorzugsweise ist ein derartiges trans-1,4-Polybutadien dadurch
gekennzeichnet, daß 75 bis 85 Prozent seiner wiederkehrenden
Butadien-Einheiten eine trans-1,4-isomere Struktur, 12 bis 18
Prozent seiner Einheiten eine 1,2-Struktur und 3 bis 8 Prozent
seiner Einheiten eine cis-1,4-Struktur aufweisen, und daß es
im unvulkanisierten Zustand einen ersten Haupt-Schmelzpunkt
im Bereich von 35ºC bis 45ºC und einen zweiten untergeordneten
Schmelzpunkt im Bereich von 55ºC bis 65ºC aufweist.
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In einem Aspekt der Erfindung wird es bevorzugt, daß der
Mooney (ML1+4)-Wert der unvulkanisierten compoundierten
Kautschuk-Zusammensetzung für die Basis innerhalb von 15
Einheiten eines derartigen Wertes für die besagte
unvulkanisierte compoundierte Kautschuk-Zusammensetzung für die
Oberschicht liegt. Insbesondere wird es bevorzugt, daß der
Mooney (ML1+4)-Wert der unvulkanisierten compoundierten
Kautschuk-Zusammensetzung für die Basis geringer ist als ein
derartiger Wert für die unvulkanisierte
Kautschuk-Zusammensetzung für die Oberschicht. Somit kann beispielsweise der
Mooney (ML1+4)-Wert für die besagte compoundierte Kautschuk-
Zusammensetzung für die Basis im Bereich von 30 bis 60 liegen
und für den compoundierten Kautschuk-Compound für die
Oberschicht im Bereich von 45 bis 75 liegen. Für die Zwecke der
vorliegenden Beschreibung beziehen sich die "compoundierten"
Kautschuk-Zusammensetzungen auf die entsprechenden Kautschuk-
Zusammensetzungen, die mit geeigneten
Compoundierungs-Komponenten wie beispielsweise Ruß, Öl, Stearinsäure, Zinkoxid,
Siliciumdioxid, Wachs, Antiabbaumitteln, Harz(en), Schwefel
und Beschleuniger(n) compoundiert worden sind.
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Es wurde beobachtet, daß die Zugabe des obigen trans-1,4-
Polybutadien-Harzes zu der Kautschuk-Zusammensetzung für die
Laufflächen-Basis den Einsatz einer 50-prozentigen Zunahme in
der Abmessung (Dicke) einer Laufflächen-Basis ermöglicht,
während man die Abmessung der Laufflächen-Oberschicht um einen
entsprechenden Betrag verringert und somit die Gesamtdicke des
Oberteil/Basis-Aufbaus beibehält, ohne daß man das Eindringen
von Basis-Spitzen in der
Oberschicht/Basis-Laufflächenkombination verstärkt. Man würde erwarten, daß dies die Hysterese
des Oberschicht/Basis-Komposits vermindert und zu einer
Verbesserung des Rollwiderstandes führt.
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Dieses Phänomen legt in einzigartiger Weise die Herstellung
einer verbesserten Reifen-Lauffläche nahe, indem es den
Einsatz einer Laufflächen-Oberschicht mit starker hoher
Traktion und/oder guten Laufflächen-Abnutzungseigenschaften
zusammen mit einer dickeren Laufflächen-Basis erlaubt, ohne
den Rollwiderstand merklich zu opfern.
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Somit ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung auf
ein Verfahren zur Herstellung eines Gummi-Luftreifens mit
einer Lauffläche mit Oberschicht/Basis-Aufbau gerichtet,
welches umfaßt das Formen und Vulkanisieren eines
unvulkanisierten
pneumatischen Gummireifens in einer Form durch Pressen
des Reifens nach außen gegen eine Formoberfläche unter
Bedingungen von Wärme und Druck, um mindestens den
Laufflächen-Kautschuk des Reifens zu veranlassen zu fließen und
gegen die Formoberfläche zu vulkanisieren, wobei die
Verbesserung umfaßt, daß man für die Laufflächen-Basis den Basis-
Kautschuk der vorliegenden Erfindung bereitstellt.
Vorzugsweise liegt der Mooney (ML1+4)-Wert der compoundierten
Kautschuk-Zusammensetzung für die Basis innerhalb von 15
Einheiten eines derartigen Wertes für die compoundierte
Kautschuk-Zusammensetzung für die Oberschicht. Dies ist in
Kombination mit der Verwendung des trans-1,4-Polybutadiens
wichtig, um das Fließen oder das Eintreten von Spitzen des
Basis-Kautschuks in den Oberschicht-Kautschuk während der
Reifenvulkanisationsoperation zu verlangsamen.
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Die relativ niedrigen Schmelzpunkte des erforderlichen trans-
1,4-Polybutadiens sind insbesondere deshalb ein Vorteil, weil
sie zu keiner merklichen Verarbeitungsschwierigkeit führen,
da sie merklich unter typischen Verarbeitungstemperaturen für
Laufflächen-Kautschuke sind, während andere potentielle
Verfahren, die für die Verminderung des Eindringens von Basis-
Spitzen in Betracht gezogen werden könnten und die Verwendung
größerer Mengen an Füllstoffen oder von Harzen mit höheren
Erweichungspunkten beinhalten, zu Verarbeitungsschwierigkeiten
führen würden.
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Das trans-1,4-Polybutadien, das in der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, kann hergestellt werden mit Hilfe von
anionischer Polymerisation durch absatzweise Polymerisation von 1,3-
Butadien in einem organischen Lösungsmittel und in Anwesenheit
von Kobaltoctoat und Triethylaluminium als Katalysatorsystem
mit einem para-alkylsubstituierten Phenol als Katalysator-
Modifizierungsmittel.
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In signifikanter Weise zeigt das trans-1,4-Polybutadien in
seinem unvulkanisierten Zustand zwei definierte Schmelzpunkte;
einen Haupt-Schmelzpunkt und einen untergeordneten
Schmelzpunkt. Vorzugsweise liegen der erste und der zweite Schmelz
punkt um mindestens 15ºC und üblicherweise etwa 20ºC
auseinander.
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Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann die
Kautschuk-Zusammensetzung für die Laufflächen-Oberschicht
mindestens einen Kautschuk umfassen, der beispielsweise
ausgewählt ist aus Naturkautschuk, cis-1,4-Polyisopren-
Kautschuk, 3,4-Polyisopren-Kautschuk,
Styrol/Butadien-Copolymer-Kautschuken,
Styrol/Isopren/Butadien-Terpolymer-Kautschuken und cis-1,4-Polybutadien-Kautschuk. Vorzugsweise
umfaßt sie eine Kombination von Naturkautschuk oder cis-1,4-
Polyisopren-Kautschuk und cis-1,4-Polybutadien-Kautschuken.
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Dem Fachmann ist ohne weiteres klar, daß die Kautschuk-
Zusammensetzungen der Oberschicht- und Basis-Kautschuke mit
Hilfe von Verfahren, die auf dem Gebiet der Compoundierung von
Kautschuken allgemein bekannt sind, compoundiert würden, wie
beispielsweise durch Mischen der verschiedenen mit Schwefel
vulkanisierbaren Kautschuk-Komponenten mit verschiedenen
gemeinhin verwendeten Additiv-Materialien wie beispielsweise
Vulkanisations-Milfsstoffen wie z.B. Schwefel, Aktivatoren,
Verzögerern und Beschleunigern, Verarbeitungsadditiven wie
beispielsweise Ölen, Harzen einschließlich klebrig machender
Harze, Siliciumdioxiden und Weichmachern, Füllstoffen,
Pigmenten, Fettsäure, Zinkoxid, Wachsen, Antioxidantien und
Antiozonantien, peptisierenden Mitteln und verstärkenden
Materialien wie beispielsweise Ruß. Wie dem Fachmann bekannt
ist werden die oben erwähnten Additve in Abhängigkeit von der
beabsichtigten Verwendung des mit Schwefel vulkanisierbaren
und mit Schwefel vulkanisierten Materials (der Kautschuke)
ausgewählt und üblicherweise in herkömmlichen Mengen
verwendet.
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Typische Zugaben von Ruß umfassen etwa 20 bis 100
Gewichtsteile an Dien-Kautschuk (TpH), vorzugsweise 30 bis 60 TpH.
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Typische Mengen an klebrig machenden Harzen, falls eingesetzt,
umfassen 0,5 bis 10 TpH, üblicherweise 1 bis 5 TpH. Typische
Mengen an Verarbeitungs-Hilfsstoffen umfassen 1 bis 20 TpH.
Derartige Verarbeitungs-Hilfsstoffe können beispielsweise
einschließen aromatische, naphthenische und/oder paraffinische
Verarbeitungsöle. Siliciumdioxid, falls eingesetzt, kann in
Mengen von 5 bis 25 TpH verwendet werden, oft mit einem
Siliciumdioxid-Kupplungsmittel. Repräsentative Siliciumdioxide
können beispielsweise hydratisierte amorphe Siliciumdioxide
sein. Typische Mengen an Antioxidantien umfassen 1 bis 5 TpH.
Repräsentative Antioxidantien können beispielsweise sein
Diphenyl-p-phenylendiamin und andere wie beispielsweise
diejenigen, die in Vanderbilt Rubber Handbook (1978), Seiten
344 - 346, offenbart sind. Typische Mengen an Antiozonantien
umfassen 1 bis 5 TpH. Typische Mengen an Fettsäuren, falls
eingesetzt, die Stearinsäure einschließen können, umfassen 0,5
bis 3 TpH. Typische Mengen an Zinkoxid umfassen 2 bis 5 TpH.
Typische Mengen an Wachsen umfassen 1 bis 5 TpH. Oft werden
mikrokristalline Wachse eingesetzt. Typische Mengen an
Peptisierungsmitteln umfassen 0,1 bis 1 TpH. Typische
Peptisierungsmittel können beispielsweise Pentachlorthiophenol und
Dibenzamidodiphenyldisulfid sein. Die Anwesenheit und
relativen Mengen der obigen Additive werden nicht als Aspekt der
vorliegenden Erfindung, die hauptsächlicher auf die Verwendung
von angegebenen Kautschuk-Mischungen in Reifen-Laufflächen,
insbesondere hinsichtlich des Einschlusses von
trans-Polybutadien in der Laufflächen-Basis als mit Schwefel
vulkanisierbare Zusammensetzungen gerichtet ist, angesehen.
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Die Vulkanisation wird in Anwesenheit eines
Schwefel-Vulkanisationsmittels durchgeführt. Beispiele für geeignete Schwefel-
Vulkanisationsmittel umfassen elementaren Schwefel (freien
Schwefel) oder Schwefel abgebende Vulkanisatonsmittel,
beispielsweise ein Amindisulfid, polymeres Polysulfid oder
Schwefel-Olefin-Addukte. Vorzugsweise ist das Schwefel-
Vulkanisationsmittel elementarer Schwefel. Wie dem Fachmann
bekannt werden Schwefel-Vulkanisationsmittel in einer Menge
im Bereich von 0,5 bis 4 TpH oder unter gewissen Umständen
sogar bis hinauf zu etwa 8 TpH eingesetzt, wobei ein Bereich
von 1,5 bis 2,25 bevorzugt ist.
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Beschleuniger werden eingesetzt, um die Zeit und/oder die
Temperatur, die für die Vulkanisation und für die Verbesserung
der Eigenschaften des Vulkanisats erforderlich sind, zu
steuern. In einer Ausführungsform kann ein einziges
Beschleunigersystem eingesetzt werden, d.h. ein primärer
Beschleuniger. Herkömmlicherweise wird ein primärer Beschleuniger in
Mengen im Bereich von 0,5 bis 2,0 TpM verwendet. In einer
anderen Ausführungsform werden Kombinationen von zwei oder
mehr Beschleunigern verwendet, ein primärer Beschleuniger, der
allgemein in einer größeren Menge (0,5 bis 1,0 TpH) verwendet
wird, und eine Sekundär-Beschleuniger, der im allgemeinen in
kleineren Mengen (0,05 - 0,50 TpH) eingesetzt wird, um die
Eigenschaften des Vulkanisats zu aktivieren und zu verbessern.
Es ist bekannt, daß Kombinationen dieser Beschleuniger einen
synergistischen Effekt für die endgültigen Eigenschaften
liefern und etwas besser sind als diejenigen, die unter
Verwendung eines dieser Beschleuniger allein hergestellt
wurden. Zusätzlich können Beschleuniger mit verzögerter
Wirkung eingesetzt werden, die durch normale
Verarbeitungstemperaturen nicht beeinflußt werden, aber zufriedenstellende
Vulkanisation bei üblichen Vulkanisationstemperaturen liefern.
Geeignete Typen von Beschleunigern, die in der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden können, sind Amine, Disulfide,
Guanidine, Thioharnstoffe, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide,
Dithiocarbamate und Xanthate. Vorzugsweise ist der primäre
Beschleuniger ein Sulfenamid. Wenn ein zweiter Beschleuniger
verwendet wird, ist der Sekundär-Beschleuniger vorzugsweise
eine Guanidin-, Dithiocarbamat- oder Thiuram-Verbindung. Die
Anwesenheit und relativen Mengen von
Schwefel-Vulkanisationsmitteln und Beschleuniger(n) werden nicht als Aspekt der
vorliegenden Erfindung, die hauptsächlicher auf die Verwendung
van angegebenen Kautschuk-Mischungen in Reifen-Laufflächen,
insbesondere den Einschluß von trans-Polybutadien in der
Laufflächen-Basis, gerichtet ist, angesehen.
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Der Reifen kann durch vielfältige Verfahren, die für den
Fachmann ohne weiteres offensichtlich sind, gebaut, in eine
bestimmte Gestalt gebracht, geformt und vulkanisiert werden.
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Der hergestellte Reifen der vorliegenden Erfindung wird durch
dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannte Verfahren in
herkömmlicher Weise geformt und vulkanisiert.
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Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele, in denen sich Teile und Prozentsätze auf das Gewicht
beziehen, falls nichts anderes angegeben ist, besser
verstanden werden.
BEISPIEL I
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Mischungen von Dien-Kautschuken und trans-1,4-Polybutadien mit
zwei Erweichungspunkten von etwa 40ºC und 60ºC, die die
folgende in Tabelle 1 gezeigte Rezeptur umfaßten, wurden als
Experimente A und B hergestellt. Experiment B wird als
Kontrolle angesehen.
Tabelle 1
Teile
Material
Exp. A
Exp. B
(Kontrolle)
Naturkautschuk
Synthetisches cis-1,4-Polyisopren
trans-1,4-Polybutadien¹
Ruß
Verarbeitungsöl (paraffinisch)
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Es wurden herkömmliche, bevorzugte Mengen an
Antiabbaumittel(n)
(para-Phenylendiamin-Typ), klebrig machendem Harz,
Fettsäure, Zinkoxid, Peptisierungsmittel, Schwefel und
Beschleuniger vom Sulfenamid-Typ eingesetzt.
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1. Ein trans-1,4-Polybutadien für die vorliegende Erfindung,
durch einen hohen Gehalt an trans-1,4-Polybutadien (80
Prozent trans-1,4-) gekennzeichnet.
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Das trans-1,4-Polybutadien für dieses Beispiel war dadurch
gekennzeichnet, daß es einen trans-1,4-Gehalt von etwa 80
Prozent, einen cis-1,4-Gehalt von etwa 5 Prozent und einen
Vinyl-1,2-Gehalt von etwa 15 Prozent aufwies. Es war weiter
dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zahlenmittel des
Molekulargewichts (Mn) von etwa 205000 und ein Gewichtsmittel des
Molekulargewichts (Mw) von etwa 430000 besaß. Zusätzlich war
es dadurch gekennzeichnet, daß es eine Tg von etwa -75ºC und
Schmelzpunkte (Tm) von 40ºC (Haupt-Schmelzpunkt) und 60ºC
(untergeordnet) aufwies. (Sowohl Tg als auch Tm wurden mit
Hilfe eines Differentialscanning-Kalorimeters bei 10ºC pro
Minute bestimmt).
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Ein derartiges trans-1,4-Polybutadien kann geeigneterweise
durch absatzweise Polymerisation von 1,3-Butadien in einer
aliphatischen Kohlenwasserstoff-Lösung (z.B. Hexan) in
Anwesenheit eines Katalysators aus Kobaltoctoat und
Triethylaluminium mit p-Dodecylphenol-Modifizierungsmittel hergestellt
werden, obwohl es auch durch kontinuierliche Polymerisation
mit einem geeigneten Gelierungsinhibitor hergestellt werden
kann.
BEISPIEL II
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Die hergestellten Kautschuk-Zusammensetzungen wurden bei einer
Temperatur von 150ºC 20 Minuten lang vulkanisiert und die
resultierenden vulkanisierten Kautschuk-Proben wurden
hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften beurteilt, wie
in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. Die experimentellen Proben
A und B entsprechen den experimentellen Proben A und B von
Beispiel I.
Tabelle 2
Eigenschaften
Exp. A
Exp. B
(Kontrolle)
MPT-Viskosität (KPA)¹
Mooney-Viskosität²
Rückprall³ (%)
Reißen (Strebler-Haftung)&sup4;(N)
Modul bei geringem Zug (MPa)&sup5;
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1. Ein Maß für die Scherviskosität, gemessen mit Hilfe eines
Monsanto-Verarbeitungsfähigkeits-Testgeräts unter
Bedingungen einer konstanten Scherrate.
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2. ML (1 plus 4) bei 100ºC des unvulkanisierten
compoundierten Kautschuks.
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3. Der Rückprallwert wurde bestimmt mit Hilfe eines Pendel-
Rückprall-Tests, eine Art von Verfahren, die dem Fachmann
auf dem Gebiet der Bestimmung von Kautschuk-Eigenschaften
wohlbekannt ist. Er ist eine Eigenschaft des
vulkanisierten Kautschuks.
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4. Haftung an sich selbst. Dies ist eine Eigenschaft des
vulkanisierten Kautschuks.
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5. Bestimmt mit einem Dynamic Viscoelastic Rheovibron-
Instrument, einem Testgerät von Toyo Baldwin Company,
Ltd. - eine vulkanisierte Eigenschaft zeigend.
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Somit sind die Viskositäten des unvulkanisierten Kautschuks
für Experiment A merklich höher, während seine vulkanisierten
Eigenschaften, Rückprall, Reißen und Modul ähnlich sind.
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1,4-Polybutadien wird als ausgezeichneter Kandidat für die
Anwendung in der Laufflächen-Basis angesehen.
BEISPIEL III
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Mischungen von Dien-Kautschuken und trans-1,4-Polybutadien mit
zwei Erweichungspunkten von 40ºC und 60ºC, die die Rezeptur
von Beispiel I mit Modifikationen, in Tabelle 3 gezeigt,
umfaßten, wurden als Experimente B und C hergestellt.
Experiment B wird als Kontrolle angesehen und ist ähnlich oder
äquivalent zu der Kontrolle B von Beispiel I.
Tabelle 3
Teile
Material
Exp. B
Exp. C
(Kontrolle)
Naturkautschuk
Synthetisches cis-1,4-Polyisopren
trans-1,4-Polybutadien¹
Ruß
Verarbeitungsöl (paraffinisch)
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Herkömmliche, bevorzugte Mengen an Antiabbaumittel(n) (para-
Phenylendiamin-Typ), klebrig machendem Harz, Fettsäure, Wachs,
Zinkoxid, Peptisierungsmittel, Schwefel und Beschleuniger vom
Sulfenamid-Typ wurden eingesetzt.
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1. Ein trans-1,4-Polybutadien für diese Erfindung,
gekennzeichnet durch einen hohen trans-1,4-Polybutadien-Gehalt
(80 Prozent trans-1,4-).
BEISPIEL IV
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Die hergestellten Kautschuk-Zusammensetzungen von Beispiel III
wurden bei einer Temperatur von 150ºC 20 Minuten lang
vulkanisiert und die resultierenden vulkanisierten Kautschuk-Proben
wurden hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften
beurteilt, wie in der folgenden Tabelle 4 gezeigt. Die
experimentellen Proben B und C entsprechen den experimentellen
Proben B und C von Beispiel III.
Tabelle 4
Teile
Material
Exp. B
Exp. C
(Kontrolle)
Zugfestigkeit (MPa)
Modul (300%) (MPa)
Dehnung (Prozent)
Rückprall¹ (%)
Reißen (Strebler-Haftung)² (N)
Modul bei geringem Zug (MPa)³
ML klein (Mooney-Viskosität)&sup4;
Spinnen-Form-Fluß&sup5; (mm)
Grünfestigkeit&sup6; (MPa)
bei 40% Dehnung
bei 600% Dehnung
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1. Der Rückprall-Wert ist bestimmt mit Hilfe eines Pendel-
Rückprall-Tests, eines Typs von Verfahren, das dem
Fachmann auf dem Gebiet der Bestimmung von Kautschuk-
Eigenschaften wohlbekannt ist.
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2. Ein Maß für die Haftung an sich selbst.
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3. Gemessen bei einer Dehnung von 0,5%. Mit einem
Rheovibron-Gerät getestet.
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4. Mooney klein, MS(1+4), bei 100ºC, des unvulkanisierten
compoundierten Kautschuks.
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5. Ein Maß für das Fließen in der Form unter Wärme und Druck
- siehe Du Pont Mold Flow-Beispiel in Vanderbilt Rubber
Handbook (1978, Seite 507).
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6. Maß für die Spannung des unvulkanisierten Kautschuk-
Compounds.
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Die Beobachtung der physikalischen Eigenschaften des
Kautschuk-Komposits zeigte, daß die Viskosität des
unvulkanisierten Compounds zunahm, während eine zufriedenstellende
Zähigkeit (Rückprall-Wert) des vulkanisierten Kautschuks
beibehalten wurde.
BEISPIEL V
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Gummi-Luftreifen der Größe P195/75R14, Radialreifen mit
Stahlgürtel, die Gummi-Laufflächen mit einem
Oberschicht/Basis-Aufbau aufwiesen, wurden hergestellt. Zwei Reifen wiesen
einen Basis-Kautschuk auf, der aus der
Kautschuk-Zusammensetzung, die in Experiment C von Beispiel III gezeigt ist,
zusammengesetzt war, und zwei Reifen wiesen einen Basis-
Kautschuk auf, der aus dem Kontroll-Experiment B von Beispiel
III zusammengesetzt war.
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Die Reifen werden hierin entsprechend als Reifen B-1 und
B-2 bzw. Reifen C-1 und C-2 identifiziert. Die Reifen B-1 und
C-1 wiesen Laufflächen-Basen mit Grün-Dicken von 0,13 cm (0,05
Inch) auf und die Reifen B-2 und C-2 wiesen Laufflächen-Basen
mit Grün-Dicken (unvulkanisiert) von 0,19 cm (0,075 Inch) auf.
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Querschnitte der vulkanisierten Reifen wurden erhalten und
ihre Laufflächen-Oberschicht-Basis-Grenzflächen wurden visuell
inspiziert.
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Für die Reifen mit Laufflächen mit einer Basis-Zusammensetzung
des Experiments C wurden im Vergleich zu den Reifen mit einer
Basis-Zusammensetzung von Kontrollexperiment B eine merkliche
Verminderung des Eindringens von Basis-Spitzen in die
Laufflächen-Oberschicht beobachtet.
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Diese Reifen zeigen, daß der Einschluß von
trans-1,4-Polybutadien in die Lauffläche einen sehr klaren Effekt bei der
Verminderung des Eindringens von Basis-Spitzen in die
Laufflächen-Oberschicht ausübt.
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In der Tat ist der sichtbare Effekt bei Reifen B-2 (Kontrolle)
und Reifen C-2 (unter Verwendung von trans-1,4-Polybutadien
in der Laufflächen-Basis) noch dramatischer. Diese Reifen
wiesen die dickere Laufflächen-Basis auf und deshalb würde
man erwarten, daß sie einen größeren Grad an Eindringen von
Basis-Spitzen in die Laufflächen-Oberschicht zeigen. Beim
Kontrollreifen B-2 gab es ein beträchtliches und erwartetes
Eindringen von Basis-Spitzen. Beim experimentellen Reifen C-
2 gab es wenig oder kein Eindringen von Basis-Spitzen.
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Deshalb wird festgestellt, daß ein spezieller Vorteil der
vorliegenden Erfindung, in der eine Reifen-Lauffläche
verwendet wird, die aus einem äußeren Oberschicht-Teil und einem
inneren darunter liegenden Basis-Teil zusammengesetzt ist, der
Einsatz von trans-1,4-Polybutadien-Kautschuk in der Kautschuk-
Zusammensetzung für die Laufflächen-Basis, um das Eindringen
von Basis-Spitzen in die Laufflächen-Oberschicht während der
Reifenformungs- und -vulkanisationsoperation zu verlangsamen,
ist.
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Dieser Aspekt kann dort von speziellem Vorteil sein, wo eine
dickere Laufflächen-Basis in einem
Laufflächen-Oberschicht/Basis-Aufbau
gewünscht wird, wobei die Basis zäher ist
und somit wünschenswerterweise zur Verminderung des
Rollwiderstandes des Reifens selbst beiträgt.
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Somit wird davon ausgegangen, daß bei der Durchführung der
vorliegenden Erfindung das trans-1,4-Polybutadien-Polymer vor
der Vulkanisation als verstärkender Kunststoff-Füllstoff wirkt
und während des Formens des Reifens den Fluß des Kautschuks
für die Laufflächen-Basis in den Oberschicht-Kautschuk
begrenzt, während jedoch während der Vulkanisation der trans-
1,4-Polybutadien-Kunststoff schmilzt und sich mit der Polymer-
Matrix mischt und sich im Zuge der Vulkanisation in ein
kautschukartiges Polymer umwandelt, was zu einer hochzähen
vulkanisierten Polymer-Mischung führt.