DE69212041T2

DE69212041T2 - Kautschukmischung für Reifen mit hohem Elastizitätsmodul und geringer Hysterese

Info

Publication number: DE69212041T2
Application number: DE69212041T
Authority: DE
Inventors: Christine L Morehart
Original assignee: Bridgestone Firestone Inc
Current assignee: Bridgestone Firestone Inc
Priority date: 1991-04-04
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2012-03-28
Also published as: ES2089271T3; KR920019855A; EP0509295A1; KR100231023B1; CA2065119A1; DE69212041D1; CA2065119C; US5367014A; JPH05186638A; EP0509295B1; JP3137419B2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein neues vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese. Solche Compounds können für verschiedene Komponenten von pneumatischen Reifen und insbesondere von pneumatischen Sicherheitsreifen verwendet werden. Letztere weisen eine derartige Wandsteife auf, daß beim Durchlöchern des Reifens während der Fahrt der Reifen die Last des Fahrzeugs so tragen kann, daß fortgeführte hohe Geschwindigkeiten über eine relativ große Strecke gestattet werden, bis der Reifen repariert oder ersetzt wird. Die erfindungsgemäßen Compounds können insbesondere in Komponenten von Sicherheitsreifen mit einem hohen Profil mit einer Profilhöhe von mindestens 12,7 cm (5 inch) verwendet werden. Eine derartige Reifenkomponente ist ein Seitenteil-Einsatz. Die erfindungsgemäßen Compounds enthalten viele Bestandteile, die derzeit im Handel erhältlich sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Über die Jahre sind verschiedene Reifenkonstruktionen entwickelt worden, die es gestatten, daß der Reifen in einem wenig aufgeblasenen Zustand oder im überhaupt nicht aufgeblasenen Zustand, wie nach einem Durchlöchern oder nach Verlust der Luft, über ausgedehnte Zeiträume und mit relativ hohen Geschwindigkeiten läuft, um es dem Lenker des Fahrzeugs zu ermöglichen, das Fahrzeug bis zu einem geeigneten Ort zur Reparatur oder zum Austausch des durchlöcherten Reifens zu fahren. Bestimmte dieser Sicherheitsreifen, die als "Flachlaufreifen" bezeichnet werden, sind für bestimmte Anwendungszwecke und für bestimmte Typen von Reifenkonstruktionen erfolgreich gewesen. Bei den meisten dieser Flachlaufreifen werden die Laufeigenschaften im flachen Zustand durch den Ersatz der Verstärkungsschichten oder -elemente durch relativ steife Elastomermaterialien in den Seitenteilen des Reifens erzielt, welche es ermöglichen, daß der Reifen das Gewicht des Fahrzeugs selbst bei einem vollständigen Verlust des Innenluftdrucks tragen kann.
Beispiele für verschiedene Flachlaufreifen-Konstruktionen des Standes der Technik sind in den folgenden Patentschriften beschrieben:
Die US-PS 3 911 987 beschreibt einen Motorradreifen mit niedrigem Profil, der eine elastomere Innenverstärkung hat, so daß der Reifen über eine kurze Zeitspanne mit geringem oder ohne Luftdruck aufgeblasen bleibt. Die Verstärkungsschicht hate eine Shore A-Härte von mindestens 45, vorzugsweise im Bereich von 60 bis 90, und sie ist entweder in Außenrichtung der zwei Reifenkörper-Karkassenschichten oder innerhalb der zwei Karkassenschichten angeordnet. Diese elastische Verstärkung ist mit variierender Dicke konstruiert. Sie ist im Querschnitt so dimensioniert, daß abrupte Veränderungen der wirksamen Härte des Seitenteils und der Verstärkungsschicht eliminiert werden.
Die US-PS 3 949 798 beschreibt eine weitere Flachlaufreifen- Konstruktion für einen Reifen mit niederem Profil, bei dem Verstärkungskautschuk-Einsatzstreifen zwischen den Innenstreifen, die zwischen der Innenauskleidung und der Mantel- Karkassenschicht des Reifen-Seitenteils angeordnet sind, aufweist.
Die US-PS 3 954 131 beschreibt einen Sicherheitsreifen mit elastomeren Innenverstärkungen in den Seitenteilen, um zu gestatten, daß der Reifen über kurze Zeitspannen mit geringem oder überhaupt keinem Luftdruck im Reifen verwendet werden kann. Die elastomeren Seitenverstärkungen haben variierende Dicken, und sie sind außerhalb der Karkasse angeordnet.
Die US-PS 4 067 372 beschreibt einen pneumatischen Radialreifen mit inneren Verstärkungen in seinen Seitenteilen, die aus hartem Kautschuk gebildet sind und die in Kombination mit den Rumpf-Karkassenschichten und den Reifenwulst-Einsätzen verwendet werden, um den Stützteilen des Reifens eine zusätzliche Steife zu verleihen. Die Mantel-Karkassenschichten sind außerhalb der Kautschukeinsätze angeordnet, und sie sind aus mehreren Radialkord-Stoffschichten gebildet. Sie erstrecken sich vollständig bis zum Rumpfbereich des Reifens.
Die US-PS 4 202 393 beschreibt einen Motorradreifen mit niederem Profil, der Seitenteilverstärkungen aufweist, um eine Flachlaufbedingung zu gestatten. Die Verstärkungen bestehen aus einem elastischen Füllstoff mit einer Verstärkungsschicht, die vollständig um den elastischen Füllstoff herum angeordnet ist.
Die US-PS 4 203 481 beschreibt eine Flachlaufreifen-Konstruktion mit Verstärkungseinsätzen aus einem Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese. Sie sind im Inneren der Verstärkungs-Karkassenschichten des Reifens angeordnet.
Die US-PS 4 261 405 beschreibt eine weitere Flachlaufreifen- Konstruktion für einen Reifen mit niederem Profil, die einen speziell konstruierten Kautschukeinsatz aufweist, der zwischen der Innenauskleidung und der Rumpf-Karkassenschicht im Seitenteil des Reifens angeordnet ist, um die erforderliche Steife zum Tragen des Fahrzeugs im nicht aufgeblasenen Zustand zu erzielen.
Die US-PS 4 287 924 beschreibt einen weiteren Flachlauf-Sicherheitsreifen mit Seitenteil-Verstärkungselementen. Diese Elemente bestehen aus zwei Komponenten, nämlich einer, die flexibler ist als die andere und eine Härte von mehr als 70 hat, und einer anderen mit einer Härte von zwischen 80 und 95. Diese Verstärkungselemente sind in den Karkassenschichten des Reifens eingeschlossen. Sie haben eine Wärmeleitschicht, die zwischen den zwei Komponenten der Unterstützungselemente angeordnet ist, um Erhitzungsprobleme in den dicksten Teilen der Unterstützungselemente zu mildern.
Die US-PS 4 365 659 beschreibt einen Flachlauf-Sicherheitsreifen mit Seitenteilverstärkungen, die aus einem Kautschuk mit niedrigem Hitzeaufstau hergestellt sind. Sie sind zwischen einer Innenschutzschicht und den äußeren Karkassenschichten des Reifens angeordnet.
Die US-PS 4 917 164 beschreibt die Verwendung von halbmondförmigen Verstärkungsschichten in den Seitenteilen des Reifens, damit der Reifen über kurze Zeiträume mit geringem oder überhaupt ohne Luftdruck laufen kann. Die Verstärkungsschichten haben eine variierende Dicke, und sie weisen eine Shore- A-Härte von zwischen 65 und 85 auf. Sie sind zwischen der Innenauskleidung und den Karkassenschichten des Reifens angeordnet. Die Wanddicke der Verstärkungselemente liegt zwischen 1 und 12 mm.
Obgleich sich viele dieser in den oben genannten Patentschriften beschriebenen Flachlaufreifen-Konstruktionen für bestimmte Anwendungszwecke als erfolgreich erwiesen haben, beziehen sich alle diese Konstruktionen auf Reifen mit niederem Profil, d.h. auf Reifen mit einer Profilhöhe von weniger als 12,7 cm (5 inch) des Typs, der sich gewöhnlich auf Hochleistungsfahrzeugen oder Motorrädern befindet. Sie bauen sich fast vollständig auf der Steife des elastomeren Einsatzes auf, um dem nicht aufgeblasenen Reifen eine Tragfähigkeit zu verleihen. Diese Hochleistungsreifen und Motorradreifen tragen kleinere Lasten im Vergleich zu den höheren Gewichten, die von größeren Autos getragen werden, bei denen Reifen mit größerem Abschnittsgewicht verwendet werden.
Bis jetzt hat sich die Bereitstellung eines Flachlaufreifens für eine Reifenkonstruktion mit hohem Profil, d.h. einem Reifen mit einer Profilhöhe von 12,7 cm (5 inch) oder mehr, als nicht erfolgreich erwiesen, was auf die relativ großen Seitenteil-Einsatzelemente zurückzuführen ist, die erforderlich wären, um den Reifen im nicht aufgeblasenen Zustand genügend zu unterstützen, daß der Reifen über eine relativ lange Strecke mit hoher Geschwindigkeit laufen kann. Die relativ großen Kautschukeinsätze, die erforderlich wären, würden das Gewicht des Reifens bis zu einer nicht annehmbaren Grenze erhöhen, und sie würden die Laufeigenschaften des Reifens stark verschlechtern. Bei einer Verminderung oder Veränderung der Menge des Materials oder des Materialtyps in diesen relativ großen Seitenwand-Einsätzen, um das Gewicht des Reifens zu vermindern und die Laufeigenschaften für Reifen mit hoher Profilhöhe zu verbessern, würde innerhalb der Einsätze beim Zustand des flachen Laufs überschüssige Hitze gebildet werden, was zu einer raschen Zerstörung des Reifens führen würde. In diesem Fall würden die gewünschten Flachlaufbedingungen bei üblichen Autobahngeschwindigkeiten für zufriedenstellenden Betrieb solcher Reifen auf den meisten Personenkraftfahrzeugen verhindert.
Weiterhin ist in dem vorstehend gewürdigten Stand der Technik ein vulkanisierbares Kautschukcompound mit genügend hohem Modul zur Verwendung in verschiedenen Komponenten eines pneumatischen Reifens, um zu gestatten, daß der resultierende Reifen Flachlaufeigenschaften hat, nicht beschrieben. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem Kautschukcompound, das für Komponenten, wie Seitenteil-Einsätze, in einem pneumatischen Sicherheitsreifen oder in einem Flachlaufreifen, insbesondere Reifen mit hohem Profil, d.h. Reifen mit einer Profilhöhe von 12,7 cm (5 inch) oder höher, was durch Verwendung der bekannten Kautschukcompounds noch nicht erzielt worden ist, verwendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein vulkanisierbares Kautschukcompound bereitzustellen, das einen hohen Modul, eine niedere Hysterese und einen besonderen Bereich der Shore-A-Härte hat.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein wie oben definiertes vulkanisierbares Kautschukcompound bereitzustellen, das zur Herstellung von Komponenten von pneumatischen Reifen verwendet werden kann, die Flachlaufeigenschaften haben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein vulkanisierbares Kautschukcompound wie oben bereitzustellen, das zur Herstellung von Komponenten von pneumatischen Reifen mit einer Profilhöhe von 12,7 cm (5 inch) oder höher verwendet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein vulkanisierbares Kautschukcompound bereitzustellen, das zur Herstellung von Komponenten von pneumatischen Reifen mit Einschluß von Seitenteil-Einsätzen, Wulst-Füllstoffmaterialien, Einsatzmaterial für hohe Geschwindigkeiten und dergleichen verwendet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul, niederer Hysterese und genügender Steife bereitzustellen, daß es für die Konstruktion von pneumatischen Reifen geeignet ist und daß es den notwendigen Verstärkungseffekt ergibt, der zum Tragen des Fahrzeugs im Flachlaufzustand erforderlich ist.
Mindestens eine oder mehrere der vorstehenden Aufgaben zusammen mit den Vorteilen gegenüber bekannten Kautschukcompouds und ihre Verwendung in pneumatischen Reifen, wie sie nachfolgend beschrieben werden, werden durch die hierin beanspruchte Erfindung gelöst.
Im allgemeinen betrifft die Erfindung ein mit Schwefel vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese, enthaltend 0 bis 65 Gew.-Teile Polyisopren; 25 bis 35 Gew.-Teile eines SBR-Masterbatches, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol; und 0 bis 65 Gew.-Teile Polybutadien, um insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk zu ergeben; 50 bis 60 Gew.-Teile eines Verstärkungs-Füllstoffs pro 100 Gew.- Teile Kautschuk; und mindestens 5 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew. -Teile Kautschuk.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Komponente für einen pneumatischen Reifen, umfassend ein vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese, das 0 bis 65 Gew.-Teile Polyisopren; 25 bis 35 Gew.-Teile eines SBR-Masterbatches, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol; und 0 bis 65 Gew.-Teile Polybutadien, um insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk zu ergeben; 50 bis 60 Gew.-Teile eines Verstärkungs-Füllstoffs pro 100 Gew.-Teile Kautschuk; und mindestens 5 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.-Teile Kautschuk enthält.
Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Reifen mit Flachlaufeigenschaften, die durch mindestens eine Komponente verliehen werden, welche ein vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese umfaßt, das 0 bis 65 Gew.-Teile Polyisopren; 25 bis 35 Gew.- Teile eines SBR-Masterbatches, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol; und 0 bis 65 Gew.-Teile Polybutadien, um insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk zu ergeben; 50 bis 60 Gew.-Teile eines Verstärkungs-Füllstoffs pro 100 Gew.-Teile Kautschuk; und mindestens 5 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.- Teile Kautschuk enthält.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Zeichnung stellt eine Querschnittsansicht einer Reifenkonstruktion dar, die für den Flachlaufbetrieb ausgestaltet ist.

BEVORZUGTE ART UND WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Wie oben zum Ausdruck gebracht, richtet sich die Erfindung auf vulkanisierbare Kautschukcompounds mit hohem Modul, niederer Hysterese und einem speziellen Härtebereich, um zur Herstellung von pneumatischen Reifen, insbesondere Sicherheitsreifen mit Flachlaufeigenschaften, geeignet zu sein. Die physikalischen Eigenschaften, die für die Komponente eines Flachlaufreifens erforderlich sind und die die erfindungsgemäßen Compounds aufweisen, schließen Steife, einen niederen Hitzeaufstau und eine gute Hitzebeständigkeit ein. Die Steife, die durch hohen Modul und hohe Härte bestimmt wird, ist erforderlich, um eine Seitenteilverschiebung im Flachlaufzustand oder im Unterdruckzustand zu minimieren. Ein niederer Hitzeaufstau wird Compounds mit niederer Hysterese zugeschrieben, die beim Lauf kühler sind und die die Lebensdauer des Reifens im Zustand des flachen Laufs erhöhen.
Schließlich ist auch eine gute Hitzebeständigkeit erforderlich, um die Lebensdauer des Reifens, der im Zustand des Flachlaufs läuft, zu erhöhen. Für eine gute Hitzebeständigkeit ist es erforderlich, daß das Compound eine gute Alterungs- und Reversions-Widerstandseigenschaft besitzt.
Die erfindungsgemäßen Kautschukcompounds umfassen ein Gemisch von drei elastomeren Polymeren: Polyisopren, Natur- oder synthetischer Kautschuk, wobei Naturkautschuk bevorzugt wird, einen SBR-( Styrol/Butadien-Kautschuk-)Masterbatch, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol, und elastomeres Polybutadien. Das SBR-Masterbatch, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol, ergibt hohe Modul- und hohe Härteeigenschaften. Derartige Harz-Masterbatches sind Emulsions-Masterbatches, und sie enthalten 40 bis 48 Gew.-% SBR-Emulsion und 60 bis 52 Gew.-% Harz mit hohem Gehalt an Styrol, wobei das Gesamtgewicht von verfügbarem Styrol in dem Harz-Masterbatchprodukt im Bereich zwischen etwa 56 bis 60 Gew.-% liegt. Diese Materialien sind von der Ameripol Synpol Company, einer Sparte der Uniroyal Goodrich Tire Company, unter den Warenbezeichnungen 1903 und 1904 erhältlich. Das Material 1903 enthält 48 Gew.-% SBR 1502 (Tg-Wert des BR etwa -100ºC; Tg-Wert des Styrols etwa +100ºC) und 52 Gew.-% Harz mit hohem Gehalt an Styrol (Tg-Wert etwa +100ºC), wobei insgesamt 56 Gew.-% verfügbares Styrol in dem Produkt enthalten sind. Das Material 1904 enthält 40 Gew.-% SBR 1502 (Tg-Wert des BR etwa -100ºC; Tg-Wert des Styrols etwa +100ºC) und 60 Gew.-% Harz mit hohem Gehalt an Styrol (Tg-Wert etwa +100ºC), wobei insgesamt 60 Gew.-% verfügbares Styrol in dem Produkt enthalten sind.
Die niederen Hysterese- und niederen Hitzeaufstaueigenschaften der erfindungsgemäßen Compounds sind auf den Polybutadien-Kautschuk zurückzuführen, der eine niedere Hysterese und eine niedere bleibende Kompressionsverformung ergibt. Das Polyisopren ergibt eine niedere Hysterese und eine hohe Zugfestigkeit. Ein geeigneter Polybutadien-Kautschuk ist elastomer und hat einen 1,2-(Vinyl)gehalt von etwa 1 bis 3% und einen cis-1,4-Gehalt von etwa 96 bis 98%. Andere Butadien-Kautschuke mit hohem Vinylgehalt mit einem 1,2-Gehalt von bis zu etwa 12% können auch bei einer Einstellung in dem SBR-Masterbatch mit hohem Styrolgehalt geeignet sein. Somit können praktisch alle beliebigen elastomeren Polybutadiene mit hohem Vinylgehalt verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Compounds enthalten etwa 0 bis 65 Gew.- Teile Polyisopren, etwa 25 bis 35 Gew.-Teile eines SBR-Masterbatches, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol, und etwa 0 bis 65 Gew.-Teile Polybutadien, um 100 Gew.-Teile Kautschuk (phr) zu ergeben. Weiterhin enthalten die erfindungsgemäßen Compounds etwa 50 bis 60 phr Ruß als Füllmaterial mit niederer Hysterese. Besonders gut geeignet ist FEF- (Schnellextrusions-Ofen-)Ruß, ein Ruß mit relativ hoher Struktur und großer Teilchengröße Weitere Beschreibungen solcher Ruße können in der Literatur gefunden werden [vgl. beispielsweise The Vanderbilt Rubber Handbook, S. 408-424, RT Vanderbilt Co., Norwalk, CT 06855, (1979)]. Die Compounds werden durch Schwefel anstelle von Peroxiden vulkanisiert. Somit ist kein Schwefel oder Schwefeldonor erforderlich. Minimal werden mindestens 5 phr Schwefel oder eine äquivalente Menge von Donor zugegeben, um einen hohen Modul zu erhalten. Herkömmliche Beschleuniger werden gleichfalls eingesetzt, um eine schnelle Modulerzeugung während des Vulkanisierens zu ergeben. Schließlich werden etwa 1 bis 2 phr eines Antioxidationsmittels und eines Antiozonmitteis herkömmlichen Typs in den üblichen Mengen verwendet, um eine gute Hitzebeständigkeit zu erhalten.
Was die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kautschukcompounds betrifft, würde ein mechanischer Modul von 12,4 MPa (1800 psi) bis 27,6 MPa (4000 psi) geeignet sein. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 17,9 MPa (2600 psi) und 19,3 MPa (2800 psi), wobei ungefähr 18,6 MPa (2700 psi) am meisten bevorzugt werden. Diese Moduli beziehen sich auf den Flachlauf-Betriebszustand (0 psi Aufblasung), und sie werden im 15%-Verformungsbereich gemessen. Die Härte sollte innerhalb von etwa 80 bis 97 auf der Shore-A-Härteskala bei 23ºC sein. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen etwa 85 und 91, wobei 88 am meisten bevorzugt wird. Gleichermaßen entspricht die Hysterese bei der Messung bei 100ºC, bei 10 Hz und einer Biegung von 7% einem Tan-Delta-(δ-)Wert von zwischen 0,03 und 0,20, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 0,03 und 0,11 und am meisten bevorzugt zwischen 0,03 und 0,07 fällt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das mit Schwefel vulkanisierbare Kautschukcompound
25 Gew.-Teile Polyisopren;
35 Gew.-Teile des SBR-Masterbatches, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol;
40 Gew.-Teile Polybutadien; und
50 Gew.-Teile eines Verstärkungs-Fülstoffs pro 100 Gew.-Teile Kautschuk.
Es ist von Vorteil, daß der Verstärkungs-Füllstoff Ruß ist. Es ist auch stark anzustreben, daß das mit Schwefel vulkanisierbare Kautschukcompound 6 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Teile Kautschuk enthält.
Die oben beschriebene Komponente ist besonders gut als Komponente für einen pneumatischen Reifen geeignet.
Ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes, hart vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese ist der Ansatz, der in Tabelle 1 als Compound 1 angegeben wird. Das SBR-Masterbatch, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol, wird in Tabelle I als Hochstyrol/SBR bezeichnet. Alle Nicht-Kautschukteile sind auf der Basis von Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile Kautschuk (phr) angegeben. In Tabelle I ist ein Bereich von geeigneten Mengen für jede Komponente angegeben. Die erfindungsgemäßen Compounds können herkömmliche Antioxidationsmittel, Antiozonmittel und Beschleuniger, wie für das Compound 1 angegeben, enthalten. Es wird darauf hingewiesen, daß derartige Komponenten für den Fachmann gut bekannt sind. Die Erfindung ist daher nicht auf die Verwendung irgendwelcher besonderer Antioxidationsmittel, Antiozonmittel oder Beschleuniger oder Mengen davon beschränkt. Gleichermaßen ist die Durchführung der Erfindung nicht auf den speziellen Ansatz des Compounds 1 beschränkt. TABELLE I Hart vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese COMPOUND 1 BEREICHE Naturkautschuk Hochstyrol/SBR Polybutadien FEF-Ruß Zinkoxid Stearinsäure Naphthenöl Antioxidansa Antiozonmittelb Schwefel Beschleunigerc Beschleunigerd a) 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin (TMQ) b) N'-Phenyl-p-phenylendiamin c) 2-(Morpholinothio)benzothiazolsulfenamid (MBS) d) Tetramethylthiurammonosulfid (TMTM)
Das Compound 1 wurde 40 Minuten lang bei 149ºC vulkanisiert. Danach wurden die physikalischen Eigenschaften bestimmt. Sie sind in Tabelle II zusammengestellt. TABELLE II Physikalische Eigenschaften des Compounds 1 Modul (nicht gealtert) Zugfestigkeit (psi) MPa % Dehnung (beim Bruch) Modul (gealtert) Zugfestigkeit (psi) MPa % Dehnung (beim Bruch Modul (niedere Dehnung) (psi) MPa Durometer Shore A MTS Tan δ Bieg. Pendelrückstellung Dynamischer Modul
Aus den Ergebnissen der Tabelle II wird ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Kautschukcompound einen höheren Modul, eine niedere Hysterese und eine relative hohe Shore-A-Härte hat.
Wie bereits oben zum Ausdruck gebracht, können die erfindungsgemäßen Kautschukcompounds zur Herstellung von Komponenten von pneumatischen Reifen verwendet werden. In der Zeichnung wird ein Querschnitt des Reifens angegeben, der typische Komponenten eines pneumatischen Reifens mit hohem Profil zeigt. Der durch das Bezugszeichen 1 angegebene Reifen weist einen Laufflächenteil 2 auf, der in einem Paar von Laufflächenschultern 3, angrenzend an ein Paar Seiteneinsätze 4, endet. Letztere erstrecken sich radial von den axialen äußeren Schultern 3 zu einem Paar von Wulstteilen, die allgemein als 6 angegeben sind. Wie in einem typischen pneumatischen Reifen schließt das Innere des Reifens eine Innenauskleidung 7, gebildet aus einem gegenüber Luft hochundurchlässigen Material, in Kombination mit einem Paar aus Mantelschichten 8 und 9, die die Karkasse des Reifens bilden, ein. Die Manteischichten 8 und 9 erstrecken sich um den Wulstteil 6 herum und enden in Aufwärts-Wandenden 10 bzw. 11. Jeder Wulstteil 6 besteht aus einem kreisförmigen Wulstdraht 13 und einem im allgemeinen dreieckig geformten Wulst-Füllstoff 14. Abschleifende Gummistreifen 16 sind vorzugsweise mit dem fertigen Reifen geformt, und sie sind so angepaßt, daß sie angrenzend an jeden Flansch des Reifenrandes, auf den der Reifen montiert werden soll, angeordnet sind.
Übliche Verstärkungsbänder aus Draht und/oder Stoff 12 sind zwischen den Mantel-Karkassenschichten 8 und 9 und dem Laufflächenteil 2 angeordnet. Diese Reifenkomponenten sind alle innerhalb der integral gebildeten Innen- und Außen-Kautschukgehäuse enthalten, die die Seitenteile bzw. Seitenwände des Reifens bilden. Die Profilhöhe des Reifens ist als "H" angegeben. Erfindungsgemäß wird eine Höhe von mindestens 5 inch oder höher in Betracht gezogen. Hierin wird von einem Reifen mit hohem Profil gesprochen. Bezogen auf Reifen von Personenwagen, wie P 225/60 R 16, stellt die Zahl 225 die Profilbreite des Reifens in mm dar. 16 gibt den Reifendurchmesser in inch an, und 60 gibt das Prozentverhältnis der Höhe des Reifenprofils zu der (Profil)Breite an. Somit ist die oben angegebene Reifenkonstruktion für eine allgemeine Konstruktion von pneumatischen Reifen, die variieren kann, illustrativ.
Weiterhin schließt der in der Zeichnung gezeichnete Reifen mehrere neue Komponenten ein, die dazu beitragen, einen pneumatischen Sicherheitsreifen mit hohem Profil zu ergeben. Eine davon ist ein Seitenteil-Einsatz, der ein Paar von im allgemeinen halbmondförmigen elastomeren Verstärkungselementen 21 umfaßt, die zwischen der Innenauskleidung 7 und den Rumpfschichten 8 und 9 angeordnet sind und die sich von angrenzenden Laufflächenschultern 3 des Laufflächenteils 2 entlang des Seitenteus des Reifens zu einer Position erstrecken, die im allgemeinen an den Scheitelpunkt 22 des Wulst-Füllstoffs 14 angrenzt. Eine weitere Komponente ist ein Paar geneigter Verstärkungsstreifen oder -schichten 25, die zwischen den Seitenwänden 4 und den Mantel-Karkassenschichten 8 und 9 und den elastomeren Verstärkungselementen 21 angeordnet sind. Letztere erstrecken sich entlang des Seitenteils des Reifens zu einer Position unterhalb des Scheitelpunkts 22 des Wulst- Füllstoffs 14. Eine genauere Beschreibung einer derartigen Reifenkonstruktion, die insbesondere für den Flachlaufbetrieb als Sicherheitsreifen ausgestaltet ist, findet sich in der US-PS 5 217 549.
Die erfindungsgemäßen Kautschukcompounds haben eine besondere Anwendbarkeit für die Seitenteil-Einsätze 21. Weiterhin können sie in dem Wulst-Füllstoff 14 verwendet werden. Naturgemäß ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Compounds nicht nur auf die Herstellung von Komponenten für pneumatische Reifen beschränkt, sondern sie können, wie es für den Fachmann ersichtlich wird, überall dort angewendet werden, wo ein Kautschukcompound mit hohem Modul, niederer Hysterese und relativ hoher Shore-A-Härte gewünscht wird.
Was die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kautschukcompounds betrifft, würde ein mechanischer Modul von 12,4 MPa (1800 psi) bis 27,6 MPa (4000 psi) geeignet sein. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen etwa 17,9 MPa (2600 psi) und 19,3 MPa (2800 psi), wobei ungefähr 18,6 MPa (2700 psi) am meisten bevorzugt werden. Diese Moduh beziehen sich auf den Flachlauf-Betriebszustand, und sie werden im 15% -Verformungsbereich gemessen. Der Härtebereich sollte innerhalb von etwa 80 bis 97 auf der Shore-A-Härteskala liegen. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen etwa 85 und 91, wobei 88 am meisten bevorzugt wird. Gleichermaßen entspricht die Hysterese, gemessen bei 10ºC, 10 Hz und einer Biegung von 7%, einem Tan δ-Wert von zwischen 0,03 und 0,11 und am meisten bevorzugt zwischen 0,03 und 0,07.
Zusammenfassend sollte aus dem vorstehenden Beispiel und der Beschreibung klar werden, daß die erfindungsgemäßen Compounds verbesserte physikalische Eigenschaften haben und daß sie ihrerseits das Flachlaufverhalten von pneumatischen Reifen verbessern, wenn sie dazu verwendet werden, Komponenten herzustellen, die in die Reifen eingearbeitet werden. Naturgemäß ist die Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht auf das als Beispiel angegebene Compound 1, das Naturkautschuk enthält, oder auf die Offenbarung der typischen Kautschukpolymeren eingeschränkt. Das Beispiel ist lediglich deswegen angegeben, um die Durchführung der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren. Die Fachleute können ohne weiteres andere Kautschukcompounds gemäß der obigen Offenbarung auswählen und formulieren, die einen hohen Modul und eine niedere Hysterese haben Schließlich ist, wie oben angegeben, die Erfindung nicht auf die Verwendung solcher Kautschukcompounds für Seitenwand-Einsätze für pneumatische Reifen oder sogar für Komponenten für pneumatische Reifen als solche begrenzt.

Claims

1. Mit Schwefel vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese, enthaltend:

0 bis 65 Gew.-Teile Polyisopren;

25 bis 35 Gew.-Teile eines SBR-Masterbatches, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol; und

0 bis 65 Gew.-Teile Polybutadien, um insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk zu ergeben;

50 bis 60 Gew.-Teile eines Verstärkungs-Füllstoffs pro 100 Gew.-Teile Kautschuk; und

mindestens 5 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.-Teile Kautschuk.

2. Mit Schwefel vulkanisierbares Kautschukcompound nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Modul im Bereich von etwa 12,4 MPa bis 27,6 MPa (1800 bis 4000 psi) im 15%-Verformungsbereich liegt.

3. Mit Schwefel vulkanisierbares Kautschukcompound nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Tan δ-Wert von 0,03 bis 0,20, gemessen bei 100ºC, einer Biegung von 7% und 10 Hz, hat.

4. Mit Schwefel vulkanisierbares Kautschukcompound nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Shore A-Härte von 80 bis 97 hat.

5. Mit Schwefel vulkanisierbares Kautschukcompound nach Anspruch 1, enthaltend:

25 Gew.-Teile Polyisopren;

35 Gew.-Teile des SBR-Masterbatches, enthaltend ein Harz mit hohem Gehalt an Styrol;

40 Gew.-Teile Polybutadien; und

50 Gew.-Teile eines Verstärkungs-Fülstoffs pro 100 Gew.-Teile Kautschuk.

6. Mit Schwefel vulkanisierbares Kautschukcompound nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungs-Füllstoff Ruß umfaßt.

7. Mit Schwefel vulkanisierbares Kautschukcompound nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin 6 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Teile Kautschuk enthält.

8. Komponente für einen pneumatischen Reifen, umfassend ein vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese, das folgendes enthält:

0 bis 65 Gew.-Teile Polyisopren;

50 bis 60 Gew. -Teile eines Verstärkungs-Füllstoffs pro 100 Gew.-Teile Kautschuk; und

mindestens 5 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew. -Teile Kautschuk.

9. Komponente für einen pneumatischen Reifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Modul des Kautschukcompounds im Bereich von etwa 12,4 MPa bis 27,6 MPa (1800 bis 4000 psi) im 15% -Verformungsbereich liegt.

10. Komponente für einen pneumatischen Reifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tan δ- Wert des Kautschukcompounds von 0,03 bis 0,20, gemessen bei 100ºC, einer Biegung von 7% und 10 Hz, beträgt.

11. Komponente für einen pneumatischen Reifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Shore A- Härte des Kautschukcompounds im Bereich von etwa 80 bis 97 liegt.

12. Komponente für einen pneumatischen Reifen nach Anspruch 8, umfassend:

25 Gew.-Teile Polyisopren;

40 Gew.-Teile Polybutadien; und

50 Gew.-Teile eines Verstärkungs-Fülstoffs pro 100 Gew. -Teile Kautschuk.

13. Komponente für einen pneumatischen Reifen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungs-Füllstoff Ruß umfaßt.

14. Komponente für einen pneumatischen Reifen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin 6 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.-Teile Kautschuk enthält.

15. Komponente für einen pneumatischen Reifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Seitenteil-Einsatz umfaßt.

16. Komponente für einen pneumatischen Reifen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Wulst-Füllstoff umfaßt.

17. Pneumatischer Reifen mit flachen Laufeigenschaften, die durch mindestens eine Komponente verliehen worden sind, welche ein vulkanisierbares Kautschukcompound mit hohem Modul und niederer Hysterese umfaßt, das

0 bis 65 Gew.-Teile Polyisopren;

mindestens 5 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.-Teile Kautschuk

enthält.

18. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Modul des Kautschukcompounds im Bereich von etwa 12,4 MPa bis 27,6 MPa (1800 bis 4000 psi) im 15%-Verformungsbereich liegt.

19. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Tan δ-Wert des Kautschukcompounds im Bereich von 0,03 und 0,20, gemessen bei 100ºC, einer Biegung von 7% und 10 Hz, liegt.

20. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Shore A-Härte des Kautschukcompounds etwa 80 bis 97 beträgt.

21. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kautschukcompound

25 Gew.-Teile Polyisopren;

40 Gew.-Teile Polybutadien; und

50 Gew. -Teile eines Verstärkungs-Fülstoffs pro 100 Gew. -Teile Kautschuk enthält.

22. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungs-Füllstoff Ruß umfaßt.

23. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin 6 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Teile Kautschuk enthält.

24. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente einen Seitenteil-Einsatz umfaßt.

25. Pneumatischer Reifen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente einen Wulst- Füllstoff umfaßt.