DE69502577T2

DE69502577T2 - Luftreifen

Info

Publication number: DE69502577T2
Application number: DE69502577T
Authority: DE
Inventors: Uchu Kodaira City Tokyo Mukai; Hideaki Toda City Saitama Pref. Yokoyama
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2015-12-01
Also published as: JP3553707B2; EP0716120B1; ES2116687T3; DE69502577D1; US5749983A; EP0716120A1; JPH08225003A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Luftreifen, und insbesondere auf eine Verbesserung eines Laufflächen-Basisschichtgummis bei einem Luftreifen, der eine Deckschicht- und Basisschichtstruktur hat.
Da die Betriebsbedingungen von Luftreifen in der letzten Zeit härter geworden sind, haben die Anforderungen an den Laufflächengummi von Reifen beträchtlich zugenommen.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird als Gegenmaßnahme daher ein Laufflächengummi mit einer Deckschicht- und Basisschichtstruktur verwendet, bei dem sowohl die Deckgummischicht, als auch die Basisgummischicht wichtige Eigenschaften entwickelt, die mit jeder Schicht von Natur aus verbunden sind, und Eigenschaften kompensiert, die bei der jeweils anderen Schicht fehlen.
In der letzten Zeit wurde immer häufiger gefordert, die Abnutzungsfestigkeit von Reifen zu verbessern. Zu diesem Zweck wird synthetischer Gummi, der eine gute Abnutzungsfestigkeit hat, oder Ruß mit einer kleineren Partikelgröße, oder hochwertiger Ruß bei einem Laufflächen- Deckschichtgummi verwendet. Dies hat zur Folge, daß die Wärmeerzeugung des Laufflächen-Deckschichtgummis in unerwünschter Weise zunimmt, so daß versucht wird, das Volumen eines Laufflächen-Basisschichtgummis, der eine niedrige Wärmeerzeugung hat, so weit wie möglich zu erhöhen. In diesem Fall wird die Dicke des Laufflächen-Deckschichtgummis im Vergleich zu der Dicke des Laufflächen-Basisschichtgummis verringert, und daher wird der Laufflächen-Deckschichtgummi vollständig abgenutzt, wobei die Unterlage aus dem Laufflächen-Basisschichtgummi in einem Bodenkontaktgebiet in einer relativ kurzen Zeit freigelegt wird, wenn der Reifen gefahren wird. Daher ist es erforderlich, die Abnutzungsfestigkeit des Laufflächen- Basisschichtgummis auf ein Niveau einzustellen, das nahe bei der Abnutzungsfestigkeit des Laufflächen-Deckschichtgummis liegt. Im allgemeinen wird gefordert, daß der Laufflächen-Basisschichtgummi eine Abnutzungsfestigkeit hat, die mindestens 75% der bei dem Laufflächen- Deckschichtgummi geforderten Abnutzungsfestigkeit entspricht.
Daher wird der obenerwähnte hochwertige Ruß, der eine gute Abnutzungsfestigkeit hat, als Ruß für den Laufflächen-Basisschichtgummi verwendet, während die Menge des verwendeten Rußes verringert wird, um die Wärmeerzeugung des Laufflächen-Basisschichtgummis weiter zu verringern, wobei ein Teil des verwendeten Rußes durch einen gemischten Füllstoff aus Silika und Silan ersetzt wird.
Wenn der gemischte Silika-Silan-Füllstoff dem Laufflächen- Basisschichtgummi zugegeben wird, wird jedoch die Differenz des Elastizitätsmoduls zwischen dem Laufflächen-Basisschichtgummi und dem Laufflächen-Deckschichtgummi größer, und daher wird leicht das Phänomen hervorgerufen, daß Gummistücke aus dem Laufflächen-Deckschichtgummi ausbrechen (was im allgemeinen Ausbrechen genannt wird).
Außerdem wird versucht, einfach die Menge des verwendeten Rußes zu verringern, ohne dem Laufflächen-Basisschichtgummi den gemischten Silika- Silan-Füllstoff zuzugeben, um die Wärmeerzeugung des Basisschichtgummis zu verringern. In diesem Fall nimmt jedoch die Bruchfestigkeit des Laufflächen-Basisschichtgummis ab, und daher wird leicht Reißbruch hervorgerufen, und außerdem ist die Wärmeerzeugungs-Haltbarkeit in dem Laufflächen-Basisschichtgummi verschlechtert, so daß es schwierig ist, diese Maßnahme in der Praxis zu verwenden.
Andererseits ist es erforderlich, daß der Laufflächen- Basisschichtgummi bei niedriger Dehnung hart ist, aber bei hoher Dehnung relativ weich ist, um die Bruchfestigkeit des Laufflächen- Basisschichtgummis bei einem Luftreifen, der eine Lauffläche mit einer Deckschicht- und Basisschichtstruktur hat, zu verbessern.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die obenerwähnten Probleme der herkömmlichen Technik zu lösen, und einen Luftreifen mit einer Deckschichtund Basisschichtstruktur zu verwirklichen, bei dem die Ausbrechfestigkeit, die Bruchfestigkeit, und die Wärmeerzeugungs-Haltbarkeit bei einem Laufflächen-Basisschichtgummi verbessert sind.
Die Erfinder haben verschiedene Untersuchungen gemacht und herausgefunden, daß das obige Ziel erreicht werden kann, wenn dem Laufflächen-Basisschichtgummi ein bestimmtes gummiverstärkendes thermoplastisches Harz zugemischt wird, und als Ergebnis wurde die vorliegende Erfindung erhalten.
Gemäß der Erfindung wird ein Luftreifen verwirklicht, der eine Lauffläche mit einer Deckschicht- und Basisschichtstruktur hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gummi zusammensetzung mit 2-50 Gewichtsteilen eines gummiverstärkenden thermoplastischen Harzes, das nicht weniger als 10 Gewichtsprozent einer konjugierten Dienkautschukkomponente aufweist, wobei der Rest eine Harzkomponente ist, und das eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 100-140ºC hat, pro 100 Gewichtsteile Gummibestandteil bei einem Laufflächen-Basisschichtgummi der Lauffläche verwendet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das gummiverstärkende thermoplastische Harz 40-65 Gewichtsprozent der konjugierten Dienkautschukkomponente.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die konjugierte Dienkautschukkomponente Polybutadienkautschuk oder Styrol- Butadien-Copolymerkautschuk mit nicht mehr als 5% in Toluol unlöslichen Stoffen.
Die Harzkomponente bei dem gummiverstärkenden thermoplastischen Harz besteht vorzugsweise aus mindestens einem Vinylmonomer, das aus Acrylnitril, Styrol und α-Methylstyrol ausgewählt ist.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung weiter beschrieben.
Die Figur 1 dieser Zeichnung ist eine schematische partielle Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Luftreifens.
In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Luftreifen wiedergegeben. Dieser Reifen 1 weist auf: eine radiale Karkasse 2, die aus einer gummigetränkten einzelnen Stahlcordfadenlage besteht, einen Gürtel 3, der auf einem Kronenbereich der Karkasse angeordnet ist und aus vier Gürtelschichten zusammengesetzt ist, und eine Lauffläche 6 mit einer Deckschicht- und Basisschichtstruktur, die auf dem Gürtel 3 angeordnet ist und aus einem Laufflächen-Deckschichtgummi 4 und einem Laufflächen- Basisschichtgummi 5 besteht, wobei der Laufflächen-Basisschichtgummi 5 aus der oben festgelegten, erfindungsgemäßen Gummizusammensetzung hergestellt ist.
Als Gummibestandteil (d.h. Grundgummi), der bei der erfindungsgemäßen Gummizusammensetzung verwendet wird, kann Naturkautschuk, Polyisoprenkautschuk, Polybutadienkautschuk, Styrol-Butadien- Copolymerkautschuk und dergleichen, oder eine Mischung davon verwendet werden. Eine Mischung aus Naturkautschuk und/oder Polyisoprenkautschuk und Styrol-Butadien-Copolymerkautschuk wird gewöhnlich als Gummimischung verwendet.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Gummizusammensetzung natürlich mit geeigneten Mengen von gewöhnlich verwendeten Additiven versehen werden, die ausgewählt werden aus anorganischen Füllstoffen, wie Ruß, Silika und dergleichen, Weichmachern, wie aromatischem Ol, Spindelöl und dergleichen, einem Oxydationsinhibitor, einem Vulkanisiermittel, einem Vulkanisationsbeschleuniger, einem Beschleunigeraktivator und so weiter.
Das Mischverfahren für die erfindungsgemäße Zusammensetzung unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Das heißt, mit irgendeinem der Naßmischverfahren in einem Lösungsmittel und einem Trockenmischverfahren in einem Banburymischer oder dergleichen werden ähnliche Effekte erhalten.
Wenn die Menge der konjugierten Dienkautschukkomponente bei dem gummiverstärkenden thermoplastischen Harz kleiner als 10 Gewichtsprozent ist, sind gemäß der Erfindung die Kompatibilität und die Covulkanisierbarkeit mit dem Grundgummi verschlechtert, wodurch die Bruchdehnung beträchtlich verringert wird, und die Ausbrechfestigkeit des Reifens verschlechtert wird.
Vorzugsweise liegt die Menge der konjugierten Dienkautschukkomponente innerhalb eines Bereichs von 40-65 Gewichtsprozent, weil die obigen Eigenschaften in diesem Bereich beträchtlich verbessert sind. Wenn die Menge größer als 65 Gewichtsprozent ist, wird außerdem die Menge der Harzkomponente geringer, und bei dem sich ergebenden thermoplastischen Harz wird keine genügende Härte erreicht, so daß die Funktion als gummiverstärkendes thermoplastisches Harz nicht genügend entwickelt ist, und die Verbesserung der Leistungsmerkmale des Reifens, der aus der ein solches thermoplastisches Harz enthaltenden Gummizusammensetzung hergestellt ist, ist geringer.
Außerdem ist die Menge der in Toluol unlöslichen Stoffe der konjugierten Dienkautschukkomponente bei dem gummiverstärkenden thermoplastischen Harz vorzugsweise nicht größer als 5 Gewichtsprozent; wenn sie größer als 5 Gewichtsprozent ist, ist die verstärkende Wirkung bei einer Grenzfläche mit dem Grundgummi ungenügend, und daher tritt bei dem ganzen Laufflächen-Basisschichtgummi eine Verschlechterung der Bruchfestigkeit auf.
Außerdem hat die konjugierte Dienkautschukkomponente vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 600-3500A. Wenn die mittlere Partikelgröße kleiner als 600 Å ist, ist es ungenügend, die Funktion des gummiverstärkenden thermoplastischen Harzes auf die sich ergebende Gummizusammensetzung zu übertragen, und wenn die mittlere Partikelgröße größer als 3500 Å ist, wird die Wirkung der konjugierten Dienkautschukkomponente als Fremdstoff größer, und daher ist die Bruchfestigkeit des Reifens verringert.
Wenn bei dem bei der Erfindung verwendeten, gummiverstärkenden thermoplastischen Harz die Glasübergangstemperatur (Tg) niedriger als 100ºC ist, sind die Schnittfestigkeit und die Ausbrechfestigkeit bei hoher Temperatur schlecht, und wenn die Glasübergangstemperatur größer als 140ºC ist, ist die Dispergierbarkeit in dem Grundgummi beträchtlich verschlechtert, und außerdem ist die Ausbrechfestigkeit niedrig.
Wenn die Menge des gummiverstärkenden thermoplastischen Harzes kleiner als 2 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Gummibestandteils ist, ist keine Zugabewirkung erkennbar, und wenn die Menge größer als 50 Gewichtsteile ist, ist die Bruchdehnung geringer, und die Ausbrechfestigkeit niedrig.
Bei dem bei der Erfindung verwendeten, thermoplastischen Harz ergibt die konjugierte Dienkautschukkomponente eine zufriedenstellende Kompatibilität und Covulkanisierbarkeit mit der Gummigrundmasse, während die Harzkomponente die Härte des Gummis als Ganzes bei niedriger Dehnung erhöht, und dem Gummi als Ganzes Weichheit bei hoher Dehnung gibt. Wenn die Gummizusammensetzung, die ein solches gummiverstärkendes thermoplastisches Harz enthält, bei einem Laufflächen-Basisschichtgummi verwendet wird, können daher die Ausbrechfestigkeit, die Schnittfestigkeit, und die Wärmeerzeugungs-Haltbarkeit und dergleichen bei dem Laufflächen- Basisschichtgummi verbessert werden.
Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Erfindung wiedergegeben, wobei sie jedoch keine Begrenzung der Erfindung darstellen.
Eine Gummizusammensetzung für Laufflächen-Basisschichtgummi wird unter Verwendung von jedem der in der Tabelle 1 angegebenen, gummiverstärkenden thermoplastischen Harze A-G gemäß einem in den Tabellen 2 und 3 angegebenen Mischrezept hergestellt.
Dann wird ein Luftreifen der Reifengröße 10.00 R20 unter Verwendung der obigen Gummizusammensetzung bei dem Basisschichtbereich der Reifenlauffläche auf die übliche Weise hergestellt.
Der Gehalt an der konjugierten Dienkautschukkomponente, die Glasübergangstemperatur (Tg), und die Menge der in Toluol unlöslichen Stoffe in der Tabelle 1 werden wie folgt gemessen:

(1) Messung der Menge der konjugierten Dienkautschukkomponente.

Was die Harze A-E betrifft, so wird eine Probe des gummiverstärkenden thermoplastischen Harzes in einem thermischen Zersetzungsapparat, Modell JHP-3 (hergestellt von der Nippon Bunseki Kogyo Co., Ltd.) bei 590ºC während 3 Sekunden zersetzt, und dann durch eine Säule von DB 1 (hergestellt von J & W Scientific Corp. Länge: 30 m) eines Gaschromatographen (HP 5890A) innerhalb eines Temperaturmeßbereichs von 70- 300ºC bei einer Temperaturanstiegsrate von 15ºC/min geleitet, und dann mittels eines Flammenionisationsdetektors gemessen, um die Menge Butadien quantitativ zu bestimmen, wobei eine zuvor gemessene Eichkurve für Butadienkautschuk als Standard verwendet wird.
Außerdem wird der Gehalt an den Harzen F und G mittels des Verhältnisses zwischen der Menge der Gummikomponente und der Menge des gesamten eingefüllten Monomers, und des Umwandlungsgrades berechnet.

(2) Messung der Glasübergangstemperatur (Tg).

Tg wird unter Verwendung eines Differentialthermoanalysators (DSC 200, hergestellt von Seiko Denshi Kogyo K.K.) innerhalb eines Bereichs von -120ºC bis 180ºC bei einer Temperaturanstiegsrate von 10ºC/min unter einem Stickstoffstrom von 20 ml/min gemessen.

(3) Messung der Menge von in Toluol unlöslichen Stoffen (Gewichtsprozent).

1 g der konjugierten Dienkautschukkomponente wird zu 100 ml Toluol zugegeben, und bei Raumtemperatur während 48 Stunden stehengelassen. Danach werden die unlöslichen Stoffe durch Filtration mit einem Drahtnetz mit 100 Maschen entfernt, und das Filtrat wird unter vermindertem Druck destilliert, um das Toluol zu entfernen, und dann wird der sich ergebende Rückstand getrocknet, um die in Toluol löslichen Stoffe (X g) zu erhalten. Die in Toluol unlöslichen Stoffe werden gemäß der folgenden Formel berechnet:
Menge der in Toluol unlöslichen Stoffe (Gewichtsprozent) = [{(1-X) (g)}/1 (g)] x 100
Die Ausbrechfestigkeit, die Schnittfestigkeit und die Wärmeerzeugungs-Haltbarkeit in der Tabelle 3 werden bezüglich des obigen Reifens nach den folgenden Verfahren beurteilt.
Außerdem wird eine Beurteilung der Ausbrechfestigkeit und der Schnittfestigkeit vorgenommen, nachdem der Reifen an einem Lastwagen von 10 Tonnen angebracht wurde und auf einer schlechten Straße bei normalem JIS-Innendruck und normaler JIS-Last bis zu völliger Abnutzung (Mindestdicke der verbleibenden Rille nicht größer als 3 mm) gefahren wurde.

(4) Ausbrechfestigkeit.

Die Anzahl der ausgebrochenen Bereiche, die eine Fläche von nicht weniger als 1 cm² haben, wird in einem Bodenkontaktgebiet des Reifens gemessen.

(5) Schnittfestigkeit.

Die Anzahl der Schnitte, die den Gürtel erreicht haben, wird durch Ablösen des Laufflächen-Basisschichtgummis von der Reifenlauffläche gemessen.

(6) Wärmeerzeugungs-Haltbarkeit (Indexziffer).

Der Testreifen wird gemäß einem Trommeltest von JIS D4230 auf einer Trommel laufen gelassen, wobei die Laufstrecke bis zum Auftreten von Reifenbruch gemessen wird. Die Wärmeerzeugungs-Haltbarkeit wird durch eine Indexziffer wiedergegeben, auf der Basis der Indexziffer 100 für die Laufstrecke des Kontrollreifens. Je größer die Indexziffer ist, desto besser ist die Haltbarkeit. TABELLE 1
*1 ABS10: Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz
*2 UT30B, XT400: Acrylnitril-Butadien-Styrol-Harz, das einen wärmebeständigen Anteil umfaßt
*3 Carifex 1101: Handelsbezeichnung des Styrol-Butadien-Blockcopolymers
*4 AS230: Acrylnitril-Styrol-Harz
*5 Die Harze F und G werden wie folgt hergestellt:
In ein mit einem Rückflußkühler, einem Thermometer und einem Rührer versehenen Reaktionsgefäß werden emulsions-polymerisierter SBR als konjugierte Dienkautschukkomponente, 3 Gewichtsteile disproportionierte Harzseife, 0,2 Gewichtsteile t-Dodecyl-mercaptan, und α- Methylstyrol/Acrylnitril-maleimid als Harzkomponente eingefüllt, und dann werden 0,25 Gewichtsteile Natriumpyrophosphat, 0,35 Gewichtsteile Dextrose, 0,005 Gewichtsteile Ferrosulfat, und 0,6 Gewichtsteile Cumolhydroperoxid zugegeben, um die Polymerisation während 4 Stunden auszuführen. Der sich ergebende Copolymerlatex wird mit Schwefelsäure verfestigt, mit Wasser gewaschen, und dann getrocknet, um das gewünschte Harz F oder G zu erhalten. TABELLE 2
*1: N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin
*2: N-Cyclohexyl-2-benzothiazol-sulfonamid TABELLE 3
Wie aus den Ergebnissen der Tabelle 3 ersichtlich ist, haben die Luftreifen der Beispiele 1-8 eine ausgezeichnete Ausbrechfestigkeit, eine ausgezeichnete Schnittfestigkeit, und eine ausgezeichnete Wärmeerzeugungs- Haltbarkeit.
Wenn das gummiverstärkende thermoplastische Harz und die Menge dieses Harzes außerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung liegen, können andererseits, wie bei dem Vergleichsbeispiel 1 (Kontrolle) und den Vergleichsbeispielen 2-7 zu sehen ist, die Ausbrechfestigkeit, die Schnittfestigkeit und die Wärmeerzeugungs-Haltbarkeit bei dem Reifen nicht gleichzeitig verbessert werden.
Wie oben erwähnt wurde, ist es mittels der Erfindung möglich, Luftreifen zu verwirklichen, die eine ausgezeichnete Ausbrechfestigkeit, eine ausgezeichnete Schnittfestigkeit, und eine ausgezeichnete Wärmeerzeugungs-Haltbarkeit haben.

Claims

1. Luftreifen (1), der eine Lauffläche (6) mit einer Deckschicht- und Basisschichtstruktur hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gummizusammensetzung mit 2-50 Gewichtsteilen eines gummiverstärkenden thermoplastischen Harzes, das nicht weniger als 10 Gewichtsprozent einer konjugierten Dienkautschukkomponente aufweist, wobei der Rest eine Harzkomponente ist, und das eine Glasübergangstemperatur von 100-140ºC hat, pro 100 Gewichtsteile Gummibestandteil bei einem Laufflächen- Basisschichtgummi (5) der Lauffläche verwendet wird.

2. Luftreifen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gummiverstärkende thermoplastische Harz 40-65 Gewichtsprozent der konjugierten Dienkautschukkomponente enthält.

3. Luftreifen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konjugierte Dienkautschukkomponente Polybutadienkautschuk oder Styrol- Butadien-Copolymerkautschuk mit nicht mehr als 5% in Toluol unlöslichen Stoffen ist.

4. Luftreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzkomponente bei dem gummiverstärkenden thermoplastischen Harz aus mindestens einem Vinylmonomer besteht, das aus Acrylnitril, Styrol und α-Methylstyrol ausgewählt ist.