DE69301385T2

DE69301385T2 - Radialer Luftreifen

Info

Publication number: DE69301385T2
Application number: DE69301385T
Authority: DE
Inventors: Naohiko Kikuchi; Yuichi Saito
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: AU4212693A; EP0581549B1; DE69301385D1; CA2101129C; EP0581549A1; AU669532B2; CA2101129A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Radialreifen.
Um die Laufstabilität eines Reifens zu verbessern, sind bislang verschiedene Vorschläge durchgeführt worden. Z. B. offenbarte die Japanische Patent Kokai Nr. 63-81137 eine verstärkte Gummizusammensetzung für Reifen, worin eine kurze Faser mit Gummi durch ein Silankopplungsmittel verklebt wird. Jedoch sind die Laufstabilität und der Laufkomfort antinomische Eigenschaften zueinander und daher wird der Fahrkomfort unterlegen, wenn die Laufstabilität verbessert wird. Um diese antinomischen Eigenschaften zu verbessern, schlug die Japanische Patent Kokai Nr. 2-162102 einen Luftreifen vor, welcher eine Gummischicht mit kurzen Fasern umfaßt, die in einem Winkel von 45 ± 20ºC zu der Umfangsrichtung des Reifens als den Seitenwände ausgerichtet sind. Jedoch sind diese Reifen bezüglich der Laufstabilität und des Fahrkomforts nicht befriedigend und weiter gibt es ein Problem des Reifengewichtes.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen leichtgewichtigen Radialreifen mit verbesserter Laufstabilität genauso wie exzellentem Fahrkomfort und Abrollwiderstand zu schaffen.
Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung einen Radialreifen mit einer Lauffläche, einer Seitenwand und einem Wulst, wobei die Seitenwand eine Gummizusammensetzung umfaßt mit:
(1) einer Gummikomponente, die aus 40 bis 70 Gewichtsteilen eines Butadiengummis und 30 bis 60 Gewichtsteilen eines natürlichen und/oder eines Isoprengummis besteht; und
(2) 10 bis 30 Gewichtsteilen einer kurzen Faser und nicht mehr als 30 Gewichtsteilen eines Rußes, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Gummikomponente, dadurch gekennzeichnet, daß nicht weniger als 90 % der kurzen Faser in einem Winkel von ± 20º zu der Umfangsrichtung des Reifens orientiert sind und das Verhältnis E*a/E*b des komplexen Elastizitätsmoduls E*a bei der Richtung der Ausrichtung zum komplexen Elastizitätsmodul E*b bei einer Richtung senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung nicht weniger als 3 beträgt und weiter die Dicke der Seitenwände nicht mehr als 6 mm beträgt.
Vorzugsweise weist der Ruß eine Iodadsorption von 30 bis 90 mg/g auf.
Weitere Aspekte der Erfindung werden unten ersichtlich werden.
Die Gummizusammensetzung kann irgendeine sein, welche ein elastomeres Gummi durch Vulkanisierung bildet. Von jenen, die verwendbar sind, sind Butadiengummi, natürliches Gummi und Isoprengummi besonders bevorzugt. In der vorliegenden Erfindung werden 30 bis 60 m Teile an Gewicht des natürlichen Gummis und/oder Isoprengummis in 40 bis 70 Gewichtsteilen des Butadiengummis formuliert.
Die kurze Faser kann z. B. Nylon, Polyester, Aramid, Rayon, Baumwolle oder dergleichen sein, die allein oder in Kombination davon verwendet werden. Die kurze Faser kann oberflächenbehandelt sein, um die Adhäsion mit der Gummikomponente zu verbessern.
Für die Seitenwand des Reifens der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, die kurze Faser in einem Winkel von ± 20º zu der Umfangsrichtung des Reifens auszurichten. Dadurch können sowohl Laufstabilität als auch Fahrkomfort verbessert werden. Wenn die kurze Faser nicht bei der vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist, wird die Laufstabilität kaum verbessert.
In der vorliegenden Erfindung ist es auch wichtig, daß ein Verhältnis E*a des komplexen Elastizitätsmoduls E*a bei einer orientierungsrichtung zu dem komplexen Elastizitätsmodul E*b senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung nicht weniger als 3 beträgt, vorzugsweise 3,5 bis 10,0. Wenn das Verhältnis kleiner als 3 ist, wird das Handhabungsansprechen dürftig. Der komplexe Elastizitätsmodul wird, wie mit Bezug auf die Beispiele erklärt, durch ein viskoelastisches Spektrometer bestimmt.
Die Menge der kurzen Faser beträgt 10 bis 30 Gewichtsteile, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Gummikomponente. Wenn die Menge der kurzen Faser kleiner als 10 Gewichtsteile ist, wird die Laufstabilität kaum verbessert. Wenn die Menge größer als 30 Gewichtsteile ist, werden sowohl Abrollwiderstand als auch Fahrkomfort beeinträchtigt.
Die Länge (L) der kurzen Faser beträgt vorzugsweise 20 um oder mehr, insbesondere 50 bis 500 um. Weiter beträgt ein Verhältnis (L/D) der Länge (L) zum Durchmesser (D) der kurzen Faser vorzugsweise 200 oder mehr, insbesondere 200 bis 2000. Wenn das Verhältnis kleiner als 200 ist, kann das Gummi nicht mit hinreichender Stärke versehen werden.
Als der Ruß kann z. B. HAF (kommerziell von Show Cabot Co), FEF (kommerziell erhältlich von Mitsubishi Kasei Co), GPF (kommerziell erhältlich von Tokai Carbon Co) oder dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise können jene mit einer Iodadsorption von 30 bis 90mg/g verwendet werden. Wenn die Iodadsorption kleiner als 30mg/g ist, ist der Verstärkungseffekt niedriger, was mehr Zersetzung der Stärke und des Schnittwiderstandes von der bevorzugten Situation zur Folge hat. Wenn sie mehr als 90mg/g beträgt, ist die Wärmeerzeugung größer und der Abrollwiderstand wird zersetzt.
Die Menge des Kohlenstoffes, die hinzuzufügen ist, beträgt nicht mehr als 30 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen der Gummikomponente. Wenn die Menge 30 Gewichtsteile überschreitet, wird die Wärmeerzeugung des Gummis größer und der Abrollwiderstand wird ebenfalls größer. D.h., die Umfangsrichtung des Reifens ist mit einem hohen elastischen Modul versehen, indem eine geeignete Menge der kurzen Faser mit einer vorbestimmten Größe zur Umfangsrichtung ausgerichtet wird, und zur gleichen Zeit die Menge des Rußes, welcher die Härte des Gesamtgummis erhöht, verringert wird. Dadurch können der Abrollwiderstand und die Laufstabilität gut ausgeglichen werden und die Verringerung bezüglich des Gewichtes kann erreicht werden.
Für die Gummizusammensetzung, welche den Radialreifen der vorliegenden Erfindung bildet, können Additive wie Öl, Antioxidationsmittel, Wachs, Vulkanisationsbeschleuniger und dergleichen weiter formuliert werden.
Die obigen Komponenten werden gemäß dem herkömmlichen Verfahren gemischt, um eine Gummizusammensetzung für eine Seitenwand zu erhalten. Dies wird mit den anderen Komponenten (Lauffläche und Wulst usw.) kombiniert und dann in einer Form vulkanisiert, um einen Reifen zu bilden. In der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, daß die Dicke der Seitenwand des Reifens 6 mm oder weniger beträgt. Dadurch wird die Ausrichtungseigenschaft der kurzen Faser erhöht und der Abrollwiderstand wird verbessert und weiter wird Verringerung bezüglich des Gewichtes erreicht. Wenn die Dicke 3 mm überschreitet, wird das interne Elastizitätsmodul beeinträchtigt und die orientierungseigenschaften der internen kurzen Faser wird beeinträchtigt und weiter wird der Abrollwiderstand beeinträchtigt.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leichtgewichtradialreifen mit verbesserter Laufstabilität genauso wie exzellentem Fahrkomfort und Abrollwiderstand geschaffen.
Die folgenden Beispiele und vergleichenden Beispiele illustrieren die vorliegende Erfindung weiter, sind aber nicht dazu ausgelegt, den Umfang derselben zu beschränken.

Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5.

Eine Gummizusammensetzung wurde gemäß der Formulierung hergestellt, die in Tabelle 1 gezeigt ist, und dann zu einem Reifen (Reifengröße 175/70R13) gebildet. In den Beispielen 1 bis 4 wurde eine kurze Faser in einem Winkel von ± 20ºC zu der Umfangsrichtung des Reifens ausgerichtet. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 war die kurze Faser ausgerichtet wie in Tabelle 1 gezeigt. Die Dicke der Seitenwand betrug 4 mm.
Für diese Reifen wurden die folgenden Punkte evaluiert. Alle Tests wurden mit einem Innenseitendruck von 2.Skp/cm² ausgeführt.
Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
Die Evaluierung wurde wie folgt durchgeführt:

(1) Abrollwiderstand

Ein Abrollwiderstand wurde bestimmt, indem ein Abrollwiderstandstester bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h und einer Last von 350 kp verwendet wurde. Die Zahlen in Tabelle 1 sind Indices, welche so berechnet wurden, daß die Reifen der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 4 100 betragen. Je größer die Zahl, desto besser der Abrollwiderstand.

(2) Laufstabilität (trockener Zustand)

Eine Person fuhr in einem Wagen mit einem 1600 ccm- Vordermotor -Frontantrieb (FF), der mit vier Testreifen der vorliegenden Erfindung ausgerüstet war und fuhr auf einer trockenen Asphaltstraße einer Reifenteststrecke der Sumitomo Rubber Co, Okayama Prefecture, Japan. Nach dem Fahren wurden das Handhabungsanprechen, das Starrheitsgefühl, der Griff und dergleichen organoleptisch in drei Stufen evaluiert. Je größer die Zahl, desto besser die Laufstabilität.

(3) Laufstabilität (naßer Zustand)

Auf die gleiche Weise wie oben beschrieben, außer daß der Test auf einer naßen Asphaltstraße durchgeführt wurde, wurden das Handhabungsansprechen und das Greifen in drei Graden evaluiert. Je größer die Zahl, desto besser die Laufstabilität.

(4) Fahrkomfort

Auf die gleiche Weise wie jene, die oben beschrieben wurde, außer daß der Test auf einer trockenen Straße mit Unterschieden bezüglich des Niveaus, Belgischen Block (Straße gepflastert mit Steinen) und Bitzman- Block (Straße gepflastert mit kleinem Stein) durchgeführt wurde, wurden Rüttelgefühl, Aufwärtsstoßen und Dämpfung in drei Graden evaluiert. Je größer die Zahl, desto besser der Fahrkomfort.
(5) Das komplexe Elastizitätsmodul wurde mit einem viskoelastischem Spektrometer gemessen. Die Meßbedingungen waren wie folgt:
Temperatur - 70ºC
Frequenz 10Hz
anfängliche Belastung = 10 %
dynamische Belastung - 1 %
Maschine - VSE-FIII verfügbar von Iwamoto Seisakusho Co Ltd. TABELLE 1 kurze Faser¹ Ruß¹ Orientierungsrichtung der kurzen Faser 2) Abrollwiderstand Laufstabilität (trocken) (naß) Fahrkomfort 1) Gewichtsteile 2) C: Umfangsrichtung R: Radialrichtung 45º: 45º Richtung 3) E*a: komplexer Elastizitätsmodul bei einer Orientierungsrichtung E*b: komplexer Elastizitätsmodul bei einer Richtung senkrecht zur der Orientierungsrichtung
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, sind die Reifen der Beispiele 1 bis 4 überlegen bezüglich des Abrollwiderstandes, der Laufstabilität und des Fahrkomforts im Vergleich mit Vergleichsbeispielen 1 bis 5.

Beispiele 5 bis 7 und Vergleichsbeispiele 6 bis 7.

Eine Probe wurde hergestellt gemäß der Formulierung, die in der Tabelle 2 gezeigt ist, und die Leistungsfähigkeitscharakteristiken des Reifens (in dem Fall der Änderung der Dicke einer Seitenwand) wurden evaluiert. Die Seitenwände wurden gebildet, indem mit einem Seitenwandextrudierer oder Kalander extrudiert wurde. Die kurze Faser wurde in der Extrusionsrichtung ausgerichtet, d. h. nahezu die gesamte kurze Faser war in einem Winkel von ± 20ºC (Mittelwert 0º) zu der Umfangsrichtung des Reifens ausgerichtet. Indem das Oberflächenelastizitätsmodul (E*s) und das interne Elastizitätsmodul (E*I) gemäß dem folgenden Verfahren gemessen wurde, wurde der Einfluß der Dicke auf die Änderung des Orientierungswinkels in dem Oberflächen- und internen Teil evaluiert. Die Resultate sind in Tabelle 2 gezeigt.
Unterschiede der Ausrichtung in dem Oberflchen- und internen Teil sind gezeigt verglichen zu dem Verhältnis des elastischen Moduls. Je größer das Verhältnis, desto kleiner die Differenz bezüglich der Ausrichtung der Oberflächen- und internen Teile. Dies zeigte, daß die kurze Faser ebenfalls zu der Umfangsrichtung in dem internen Teil ausgerichtet war. Dies zeigt auch, daß je kleiner die Dicke der Seitenwand, desto größer das Verhältnis des elastischen Moduls, und daß die kurze Faser gleichförmig bei der Oberfläche und dem internen Teil ausgerichtet ist.
Obwohl der Abrollwiderstand verringert wird, wird die Laufstabilität kaum beeinträchtigt und ist im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 7 überlegen.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, hinsichtlich des Reifens des Vergleichsbeispiels 6, worin eine Dicke der Seitenwand 6 mm überschreitet, war der Abrollwiderstand bemerkenswert beeinträchtigt.

Beispiele 8 bis 9 und Vergleichsbeispiele 8 bis 9

Eine Probe wurde hergestellt gemäß der Formulierung, die in Tabelle 3 gezeigt ist, und die Leistungsfähigkeitscharakteristiken (in dem Fall, daß eine Menge einer kurzen Faser geändert wird) wurden evaluiert. Weiter war die Orientierungsrichtung der kurzen Faser in einer gegebenen Richtung (der Umfangsrichtung) und die Dicke der Seitenwand konstant (4 mm). Diese Resultate sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, ist hinsichtlich des Reifens vom Vergleichsbeispiel 8, worin die Menge der kurzen Faser nicht mehr als 10 % Gewicht betrug, die Laufstabilität nicht verbessert. Hinsichtlich des Reifens von Vergleichsbeispiel 9, worin die Menge der kurzen Faser 30 Gewicht-% überschreitet, war der Abrollwiderstand beeinträchtigt und der Fahrkomfort war ebenfalls beeinträchtigt. TABELLE 2 kurze Faser Ruß Dicke der Seitenwand (mm) Oberflächenelastizitätsmodul (E*s) kgf/cm² interner Verhältnis des Elastizitätsmodul ¹) Abrollwiderstand Laufstabilität (trocken) 1) Verhältnis von elastichem Moduel : E*I/E*S x 100 2) E*a: komplexer Elastizitätsmodul bei einer Orientierungsrichtung E*b: komplexer Elastizitätsmodul bei einer Richtung senkrecht zur der Orientierungsrichtung TABELLE 3 kurze Faser Ruß Abrollwiderstand Laufstabilität (trocken) (naß) Fahrkomfort

Claims

1. Ein Radialreifen mit einer Lauffläche, einer Seitenwand und einem Wulst, wobei die Seitenwand eine Gummizusammensetzung umfaßt mit:

(i) einer Gummikomponente, die aus 40 bis 70 Gewichtsteilen eines Butadiengummis und 30 bis 60 Gewichtsteilen eines natürlichen Gummis und/oder eines Isoprengummis besteht, und

(ii) 10 bis 30 Gewichtsteilen einer kurzen Faser und nicht mehr als 30 Gewichtsteilen eines Russes, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Gummikomponente,

dadurch gekennzeichnet,

daß nicht weniger als 90 % der kurzen Faser in einem Winkel von ± 20ºC zu der Umfangsrichtung des Reifens ausgerichtet sind, und das Verhältnis E*a/E*b des komplexen Elastizitätsmoduls E*a bei der Richtung der Ausrichtung zu dem komplexen Elastizitätsmodul E*b bei einer Richtung senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung nicht weniger als 3 beträgt, und weiter die Dicke der Seitenwand nicht mehr als 6 mm beträgt.

2. Ein Radialreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Iodadsorption des Russes 30 bis 90 mg/g beträgt.

3. Ein Radialreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Faser aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nylon, Polyester, Aramid, Rayon und Baumwolle besteht.

4. Ein Radialreifen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der kurzen Faser 50 bis 500 um beträgt.

5. Ein Radialreifen nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (L/D) der Länge (L) zum Durchmesser (D) der kurzen Faser 200 bis 2000 beträgt.