DE69632005T2

DE69632005T2 - Faserverbundwerkstoff und Luftreifen damit

Info

Publication number: DE69632005T2
Application number: DE69632005T
Authority: DE
Inventors: Ryuji Chuo-ku Izumoto; Teruo Chuo-ku Miura; Koshiro Chuo-ku Monji; Shinichi Chuo-ku Iwasaki; Kentaro Chuo-ku Fujino; Masayuki Chuo-ku Ohashi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2016-11-07
Also published as: EP0771836B1; EP0771836A2; DE69632005D1; US5975173A; EP0771836A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pneumatikreifen, dessen Reifenlaufflächenbereich ein Faserkompositmaterial mit verbesserter Ausrichtung der Fasern und exzellentem Reibungswiderstand gegenüber Eis verwendet wird, und der deutlich verbesserte Laufeigenschaften, wie beispielsweise Bremsverhalten, Traktion und Kurvenverhalten, auf vereisten Strassen aufweist (diese Eigenschaften werden nachfolgend als "Eigenschaften auf Eis" bezeichnet).
Beschreibung des Standes der Technik:
Die Eigenschaften eines Matrixmaterials werden häufig verbessert durch Verwendung eines Materials mit Elastizität, wie beispielsweise eines Gummis oder eines Elastomers, als Matrix, und Beimengung von Füllstoffen, Fasern oder dergleichen in die Matrix. Beispielsweise offenbart die japanische Offenlegungsschrift (JP-A-) 4-38206 ein Verfahren zur Steuerung der Steifigkeit eines Reifens durch Zugabe von kurzen Fasern zum Matrixgummi. JP-A-3-152140 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften auf Eis durch herausfallende Fasern, die in das Matrixgummi eines Reifens zugegeben wurden. Auf diese Weise kann durch Beimischung kurzer Fasern in die Matrix, wie beispielsweise dadurch, dass die kurzen Fasern entweder an der Matrix anhaften oder nicht daran anhaften, ein Material mit verschiedenen Funktionen erhalten werden.
Die durch die Beimischung der kurzen Fasern erzielten Funktionen werden durch die Ausrichtung der kurzen Fasern innerhalb der Matrix hervorgebracht.
Im allgemeinen werden kurze Fasern (10), wie in 1 gezeigt, zum Zeitpunkt der Beimengung zur Matrix (12) Spannung, Wärme und dergleichen ausgesetzt, so dass sie zu kurzen Fasern (14) werden (siehe 2), die durch Wärmeschrumpfung geschrumpft wurden. In diesem geschrumpften Zustand, wie in 2 gezeigt, werden die kurzen Fasern (14) mit der Matrix (12) vermischt. Da das Kompositmaterial geschrumpfte Fasern enthält, werden folglich die Funktionen, die durch die Ausrichtung der Fasern erhalten werden, verschlechtert.
Da die Ausrichtung der kurzen Fasern in einem herkömmlichen Kurzfaser-Kompositmaterial verschlechtert wird, ist es schwierig, die physikalischen Eigenschaften, die durch die Beimengung kurzer Fasern hervorgerufen werden, zu steuern, die Anisotropie der kurzen Fasern wird verschlechtert und die Funktionen, wie beispielsweise die Eigenschaften auf Eis eines Pneumatikreifens, in dessen Laufflächenbereich ein solches Material verwendet wird, werden verschlechtert. Dieses Phänomen ist in Fällen, in denen die kurzen Fasern keiner Haftungsverarbeitung zur Anhaftung der kurzen Fasern an die Matrix unterworfen wurden, im Vergleich zu Fällen, in denen die kurzen Fasern einer solchen Haftungsverarbeitung unterworfen wurden, deutlicher ausgeprägt.
JP-A Nrn. 4-38206, 4-176707 und 4-176708 offenbaren beispielsweise als einen Pneumatikreifen, der mit einer geschäumten Gummischicht ausgerüstet sind (nachfolgend "aufgeschäumter Reifen"), einen Reifen, der als stollenfreier Reifen verwendet wird, und worin Schaumgummi und kurze Fasern in der Reifenlauffläche verwendet werden. Die in diesen Veröffentlichungen offenbarten Technologien zur Verbesserung der Eigenschaften auf Eis richten die Fasern in der Reifenumfangsrichtung aus und erhöhen die Steifigkeit zur Verbesserung des Kanteneffekts. Andererseits werden in diesen Technologie Anstrengungen unternommen, die Steifigkeit durch Abscheidung der Fasern entlang der Richtung senkrecht zur Umfangsrichtung nicht anzuheben, da eine niedrigere Steifigkeit zur Verbesserung der Reibungswirkung (nachfolgend "Haftwirkung"), die auftritt, wenn das Gummi eine vereiste Strassenoberfläche kontaktiert, wichtig ist. Auf diese Weise können der Kanteneffekt und die Haftwirkung gleichzeitig erzielt werden.
Tatsächlich werden jedoch selbst dann, wenn die Fasern, wie oben beschrieben, ausgerichtet und vermischt werden, unter Fasern, die der Anhaftungsverarbeitung zur Anhaftung an das Gummi unterworfen werden, sowie Fasern, die einer solchen Verarbeitung nicht unterworfen werden, diejenigen Fasern, die kleiner sind als eine bestimmte Grösse, aufgrund des Füllstoffeffekts zu einer Zunahme der Steifigkeit des Laufflächengummis auch in einer Richtung senkrecht zur Ausrichtungsrichtung führen. Wenn ferner eine Aufschäumung durchgeführt wird, wird darüber hinaus die Ausrichtung der Fasern in der Umfangsrichtung des Reifens ungeordnet, und in einem gegenwärtigen stollenfreien Reifen, in dem als Lamellen bekannte Rillen in dichter Konzentration im Laufflächenbereich ausgebildet sind, wird die Ausrichtung der beigemischten Fasern durch die Klingen, die zur Ausbildung der Lamellen verwendet werden, noch stärker ungeordnet, wenn der Reifen vulkanisiert wird. Als Ergebnis nimmt die Reifensteifigkeit in radialer Richtung, die für die Haftwirkung wichtig ist, zu, und es wird kaum eine Verbesserung der Eigenschaften auf Eis beobachtet.
JP-A-63-89547 offenbart eine Schaumgummizusammensetzung, worin ein faseriges Material zufällig verteilt beigemischt ist. In diesem Fall nimmt das Elastizitätsmodul in allen Richtungen zu, da keine Ausrichtung der Fasern durchgeführt wird, so dass nur eine geringe Verbesserung der Eigenschaften auf Eis vorhanden ist.
JP-A-4-38207 offenbart die Verbesserung der Wasserentfernungswirkung und der Eigenschaften auf Eis durch Beimischung kurzer Fasern mit schlechter Anhaftung an Schaumgummi, so dass das Schäumungsgas sich um die kurzen Fasern ansammelt und kontinuierliche Zellen bildet. Tatsächlich ist die Schaumbildungsreaktion jedoch nicht um die kurzen Fasern herum konzentriert. Da jedoch kurze Fasern mit schlechter Anhaftung an Gummi beigemischt werden, ist es für die Fasern leicht, durch die tatsächliche Verwendung des Reifens auf einem fahrenden Fahrzeug abzufallen. Dieses Abfallen lässt konkave Bereiche im Reifen zurück, die zu einer wasserentfernenden Wirkung führen. Wenn jedoch steife Fasern, wie beispielsweise Aramidfasern oder Carbonfasern, verwendet werden, nimmt die Härte des gesamten Gummis zu, was die Haftwirkung in nachteiliger Weise beeinträchtigt. Wenn andererseits, wie oben beschrieben, allgemeine organische Fasern, wie Nylonfasern oder Polyesterfasern, verwendet werden, warmschrumpfen die Fasern während des Formgebungsprozesses, und die Konfiguration der Fasern verändert sich von der in 1 gezeigten Konfiguration zu derjenigen gemäss 2. Daher ist der Wasserfluss, der von der Bodenkontaktoberfläche des Reifens zu entfernen ist, nicht glatt, und es ist für das Wasser schwierig, von der Bodenkontaktoberfläche wirksam entfernt zu werden, so dass eine ausreichende Verbesserung der Eigenschaften auf Eis nicht erzielt werden kann. Wenn solche organische Fasern verwendet werden, tritt in diesem Fall ferner auch der Nachteil auf, dass, wenn die Fasern kleiner sind als eine vorgegebene Grösse, ein Füllstoffeffekt auftritt und die Härte des Gummis zunimmt.
Wie oben beschrieben, führten herkömmliche Kombinationen von Schaumgummi und kurzen Fasern zu Nachteilen, wie beispielsweise einer Zunahme der Härte des Gummis. Obwohl die Laufeigenschaften auf trockenen und nassen Strassen verbessert sein kann, war die Verbesserung der Eigenschaften auf Eis, die ein fundamentales Ziel stollenfreier Reifen darstellt, unzureichend.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Ein erfindungsgemässes Ziel ist die Bereitstellung eines Pneumatikreifens, in dessen Laufflächenbereich ein Faserkompositmaterial mit verbesserter Ausrichtung der Fasern und exzellenten Reibungseigenschaften auf Eis verwendet wird, und der eine verbesserte Reibung auf Eis besitzt.
Ein weiteres erfindungsgemässes Ziel ist die Bereitstellung eines Pneumatikreifens, in dem eine Kombination aus kurzen Fasern und Schaumgummi in der Reifenlauffläche verwendet wird, und der gleichzeitig im Vergleich zum Stand der Technik eine exzellente wasserentfernende Wirkung und eine ausreichende Haftwirkung zeigt und herausragende Laufeigenschaften auf verschiedenen vereisten Strassenoberflächen von extrem niedrigen Temperaturen bis um 0°C und keine Verschlechterung irgendeiner der Eigenschaften des Reifens zeigt.
Zur Überwindung der oben beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik haben die hiesigen Erfinder die mechanischen Eigenschaften von Fasern, wie beispielsweise Festigkeit und Dehnung, und die thermischen Eigenschaften von Fasern, wie beispielsweise das Warmschrumpfverhältnis, untersucht, und ihre Anstrengungen auf die Minderung der Schrumpfung von Fasern beim Anlegen von Spannung und Wärme zum Zeitpunkt der Formgebung fokussiert.
Die hiesigen Erfinder haben auch die Eigenschaften der kurzen Fasern untersucht, die dem Laufflächengummi beigemischt werden, wie beispielsweise die Konfiguration der Fasern, die Mischungsmaterialien in dem festen Gummi (der Gummimatrix), der physikalischen Eigenschaften des Gummis, das Expansionsverhältnis, den Zellendurchmesser und das Verhältnis zwischen Zellendurchmesser und dem Durchmesser der kurzen Fasern. Die hiesigen Erfinder haben dadurch herausgefunden, dass die oben beschriebenen Ziele mit den nachfolgend beschriebenen Mitteln erreicht werden konnten und haben auf diese Weise die vorliegende Erfindung erhalten.
Folglich wird erfindungsgemäss ein Pneumatikreifen bereitgestellt, der einen Reifenlaufflächenbereich umfasst, der Reifenlaufflächenbereich umfasst ein geschäumtes Faserkompositmaterial, das kurze Fasern und ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus einem geschäumten Material aus einem vernetzten Gummi und einem geschäumten Material aus einem thermoplastischen Elastomer, worin die kurzen Fasern ausgewählt sind aus organischen synthetischen Fasern, regenerierten Fasern und natürlichen Fasern, die Fasern zeigen ein Warmschrumpfungsverhältnis von 8 % oder weniger bei einer Formgebungstemperatur des Kompositmaterials von 140–200°C, eine durchschnittliche Länge von 0,1–100 mm, einen durchschnittlichen Durchmesser von 1–150 μm und ein Längenverhältnis von 5-1.000, und die kurzen Fasern wurden keiner Anhaftungsverarbeitung zur Anhaftung der kurzen Fasern an das geschäumte Material unterworfen.
Bevorzugte Ausführungsformen dieses Pneumatikreifens sind in den anliegenden Ansprüchen 2 bis 13 beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN:
1 ist eine schematische Ansicht, die den Zustand kurzer Fasern zeigt, bevor die kurzen Fasern beigemischt werden;
2 ist eine schematische Ansicht, die den warmgeschrumpften Zustand kurzer Fasern bei der Formgebungsverarbeitung eines herkömmlichen Kompositmaterials zeigt;
3A, 3B, 3C sind erläuternde Ansichten, die die Bildung eines wasserentfernenden Zustands auf der Laufflächenoberfläche durch kurze Fasern darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
Bei Temperaturen von 140–200°C, den Formgebungstemperaturen für das erfindungsgemäss verwendete Kompositmaterial, muss das Warmschrumpfverhältnis der in dem Faserkompositmaterial verwendeten kurzen Fasern ≤ 8 % sein, und im Hinblick auf die Erzielung vorteilhafter Wirkungen ist es ≤ 4 %, und weiter bevorzugt ≤ 2 %. Wenn das Warmschrumpfverhältnis 8 % übersteigt, schrumpfen die kurzen Fasern während des Beimischens, und die gewünschte Ausrichtung der kurzen Fasern in der Matrix kann nicht erzielt werden. Ein Pneumatikreifen, in dem ein solches Kurzfaser-Kompositmaterial im Laufflächenbereich verwendet wird, zeigt eine deutliche Verschlechterung der Eigenschaften auf Eis.
Verfahren zur Steuerung des Warmschrumpfverhältnisses der kurzen Fasern auf ≤ 8 % schliessen folgendes ein: (1) Durchführung des Ziehprozesses, der während des Verspinnens der Fasern bewirkt wird, bei einer Temperatur, die höher ist als die Formgebungstemperatur des Kompositmaterials aus der Matrix und den kurzen Fasern (mit diesem Verfahren werden bessere Wirkungen erzielt, wenn kurze Fasern mit einer niedrigen Zugspannung und einer niedrigen Zugvergrösserung verwendet werden); und (2) Wärmebehandeln der kurzen Fasern vor der Formgebung bei einer Temperatur, die höher ist als die Formgebungstemperatur des Kompositmaterials aus der Matrix und den kurzen Fasern, oder die dieser entspricht.
Die in dem erfindungsgemässen Faserkompositmaterial verwendeten kurzen Fasern sind nicht sonderlich beschränkt, vorausgesetzt, dass das Warmschrumpfverhältnis bei den Formgebungstemperaturen des Kompositmaterials ≤ 8 % ist. Im Hinblick auf die Erzielung vorteilhafter Wirkungen werden jedoch eine oder mehrere Arten von Fasern verwendet, ausgewählt aus organischen synthetischen Fasern, regenerierten Fasern und natürlichen Fasern. Beispiele für organische Synthetikfasern schliessen Nylon, Polyester und Kevlar ein. Ein Beispiel für regenerierte Fasern ist Rayon, und Beispiele für natürliche Fasern schliessen Baumwolle und Wolle ein. Unter diesen Fasern sind Nylonfasern und Polyesterfasern, deren Warmschrumpfung leicht gesteuert werden kann, im Hinblick auf die Erzielung vorteilhafter Wirkungen bevorzugt. In dem erfindungsgemässen Faserkompositmaterial werden vorzugsweise kurze Fasern mit den folgenden Abmessungen verwendet: Die durchschnittliche Länge ist 0,1–100 mm, und im Hinblick auf die Erzielung vorteilhafter Wirkungen vorzugsweise 0,5–50 mm, weiter bevorzugt 1–20 mm; der durchschnittliche Durchmesser ist 1–150 μm, im Hinblick auf die Erzielung guter Wirkungen vorzugsweise 5–100 μm, weiter bevorzugt 10–60 μm, und das Seitenverhältnis ist 5-1.000, vorzugsweise 7-800, und weiter bevorzugt 10-500. Wenn die Durchschnittslänge weniger als 0,1 mm oder mehr als 100 mm beträgt, wenn der Durchschnittsdurchmesser weniger als 1 μm ist oder 150 μm übersteigt, oder wenn das Seitenverhältnis weniger als 5 oder grösser als 1.000 ist, ist es schwierig, irgendeine Verbesserung der Funktionen des Kompositmaterials, die durch die Ausrichtung der kurzen Fasern hervorgerufen wird, hervorzubringen.
Die Zugabemenge der kurzen Fasern beträgt 0,1–80 Vol.% des Volumens der Matrix, und im Hinblick auf die Erzielung vorteilhafter Wirkungen vorzugsweise 0,5–30 Vol.%, weiter bevorzugt 1–10 Vol.%. Wenn die Zugabemenge weniger als 0,1 Vol.% beträgt, wird es schwierig, einen Unterschied der physikalischen Eigenschaften aufgrund der Zugabe der kurzen Fasern festzustellen. Wenn die Zugabemenge der kurzen Fasern mehr als 80 Vol.% beträgt, ist die Zugabemenge zu gross und es wird schwierig, die Ausrichtung zu steuern.
Die erfindungsgemässen Wirkungen werden unabhängig davon erzielt, ob die in dem erfindungsgemässen Faserkompositmaterial verwendeten Fasern einer Verarbeitung unterworfen werden, die zur Anhaftung der kurzen Fasern an die Matrix wirksam ist. Die Wirkungen sind jedoch in Fällen, in denen eine solche Anhaftungsverarbeitung nicht durchgeführt wird, stärker ausgeprägt.
Die in dem Faserkompositmaterial verwendete Matrix ist/sind ein oder mehrere Typ(en), ausgewählt aus geschäumten Materialien aus vernetzten Gummis und thermoplastischen Elastomeren.
Beispiele für das vernetzte Gummi schliessen natürliches Gummi (NR), Butadiengummi (BR), Isoprengummi (IR), Styrol-Butadien-Gummi (SBR), halogeniertes Butylgummi und Mischungen daraus ein. Unter diesen wird im Hinblick auf die Wirkungen ein vernetztes Gummi mit einer JIS A-Härte von vorzugsweise 20–95°, weiter bevorzugt 30–80°, verwendet.
Beispiele für das thermoplastische Elastomer schliessen Nylons (die in vielen Gleitrollen und dergleichen verwendet werden), Urethane, Polyester und Mischungen daraus ein.
In das Gummi können in geeigneter Weise Beimischungsmittel, die üblicherweise in der Gummiindustrie verwendet werden, z.B. Füllstoffe, wie Russ, Vulkanisationsmittel, wie Schwefel, Stearinsäure, Zinkoxid, Vulkanisationsbeschleuniger, Antioxidantien, Weichmacher und dergleichen beigemischt werden. Üblicherweise verwendete dritte Komponenten, wie beispielsweise Gleitmittel, Antioxidationsmittel, Pigmente, Weichmacher oder dergleichen, können in geeigneter Weise in das Elastomer beigemischt werden.
Die zuvor genannten, geschäumten Materialien werden erhalten durch Aufschäumen der oben genannten Gummis oder Elastomere.
Der Schaumbildner, der bei der Herstellung des in dem Faserkompositmaterial verwendeten geschäumten Materials verwendet wird, kann beispielsweise Ammoniumbicarbonat oder Natriumbicarbonat sein, die Kohlendioxid erzeugen, oder eine Nitrososulfonylazoverbindung, die Stickstoff erzeugt. Beispiele für die Nitrososulfonylazoverbindung schliessen Dinitroso, Pentamethylentetramin, N,N'-Dimethyl-N,N'-dinitrosophthalamid, Azodicarbonamid, N,N'-Dinitrosopentamethylentetramin, Benzolsulfonylhydrazid, Toluolsulfonylhydrazid, p,p'-Oxy-bis(benzolsulfonylhydrazid), p-Toluolsulfonylsemicarbazid und p,p'-0xy-bis(benzolsulfonylsemicarbazid) ein. Der Schaumbildner kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Vulkanisationstemperatur ausgewählt werden. Darüber hinaus schliessen Beispiele für das Schaumbildungshilfsmittel Harnstoffe ein.
Die folgenden Zusatzmittel können nach üblicher Praxis in geeignete Weise zugegeben werden: Weichmacher, Vulkanisationsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationshilfsmittel, Antioxidationsmittel und, in Abhängigkeit vom Einzelfall, Farbmittel oder Ladungsverhinderungsmittel.
Wenn die kurzen Fasern mit einem Schaumgummi vermischt werden, ist der durchschnittliche Zelldurchmesser der Zellen des Schaumgummis vorzugsweise 10–300 μm, und weiter bevorzugt 30–100 μm. Wenn der durchschnittliche Zelldurchmesser weniger als 10 μm beträgt, wird der Effekt der Aufschäumung der Matrix nicht erzielt, wohingegen bei einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von mehr als 300 μm die Ausrichtung der kurzen Fasern durch das Aufschäumen stark ungeordnet wird, und die erfindungsgemässen Wirkungen nicht erzielt werden können.
Das Expansionsverhältnis (Vs) wird durch die folgende Gleichung (1) dargestellt: Vs = { (P0 – Pg) / (p1 – pg) – 1} × 100 (%) (1) worin p₁ die Dichte (g/cm³) einer Schaumgummischicht ist, p₀ ist die Dichte (g/cm³) eines Festphasenbereichs der Schaumgummischicht und p_g ist die Dichte (g/cm³) des in den Zellen der Schaumgummischicht enthaltenen Gases. Die Schaumgummischicht wird durch einen massiven Gummiphasenbereich und durch die Zellen, die durch den massiven Gummiphasenbereich gebildet werden, d.h. den Gasanteil innerhalb der Zellen, gebildet.
Da die Dichte p_g des Gasanteils nahezu Null und im Vergleich mit der Dichte p₀ des massiven Gummiphasenanteils extrem klein ist, entspricht die obige Gleichung (1) im wesentlichen der folgenden Gleichung (2): Vs = (P0 / P1 – 1) × 100 (%) (2)
Das Expansionsverhältnis ist vorzugsweise 3–50 %, und weiter bevorzugt 5–30 %. Wenn das Expansionsverhältnis weniger als 3 % ist, werden die Wirkungen des Aufschäumens nicht erzielt. Wenn das Expansionsverhältnis 50 übersteigt, gerät die Ausrichtung der kurzen Fasern durch das Aufschäumen in starke Unordnung, und die erfindungsgemässen Wirkungen werden nicht erzielt.
Das Faserkompositmaterial ist ein faserverstärktes Kompositmaterial, worin die kurzen Fasern, die mit dem Matrixgummi vermischt sind, zu einem hohen Grad innerhalb der Matrix ausgerichtet sind, und das eine exzellente Anisotropie der physikalischen Eigenschaften besitzt. Daher kann das erfindungsgemässe Faserkompositmaterial für einen weiten Bereich von Gummiartikeln oder für Bauteile davon verwendet werden. Beispielsweise ist das Faserkompositmaterial extrem wirksam als ein Material für Bauteile eines Reifens, und insbesondere für den Laufflächenbereich. Deutliche Wirkungen werden in bezug auf die Eigenschaften der Reibung auf Eis und dergleichen eine Reifens, in dem das erfindungsgemässe Faserkompositmaterial verwendet wird, hervorgebracht. Ferner kann das Material auch als Faserkompositmaterial für verschiedene Arten industrieller Güter, die eine Faserverstärkung des Matrixgummis benötigen, z.B. Bänder und Gleitrollen, und insbesondere Bänder, verwendet werden.
Ein Schaumgummireifen, für dessen Laufflächenbereich das oben beschriebene Faserkompositmaterial verwendet wird, wird nachfolgend detailliert als eine erfindungsgemässe Ausführungsform beschrieben. Die kurzen Fasern, die in die Schaumgummischicht des erfindungsgemässen geschäumten Reifens beigemischt sind, fallen während der Fortbewegung eines Fahrzeuges, an dem der Reifen verwendet wird, heraus, wodurch Fliesswege für Wasser gebildet werden, und die Wirkung der Entfernung von Wasser von der Bodenkontaktoberfläche des Reifens wird verbessert. Ferner verbinden sich die konkaven Bereiche der Spuren, die durch das Herausfallen der kurzen Fasern gebildet werden, mit den konkaven Bereichen des Schaums, wenn der Reifen während der Fortbewegung des Fahrzeugs abnutzt, so dass ein wirksamerer wasserentfernender Zustand auf der Laufflächenoberfläche gebildet wird. Ferner wird die Gummimatrix aufgrund des Füllstoffeffekts nicht übermässig gehärtet.
Die 3A bis 3C illustrieren die Ausbildung eines wasserentfernenden Zustands auf der Laufflächenoberfläche durch die kurzen Fasern. Zunächst liegen in anfänglichen Stufen der Fortbewegung des Fahrzeuges, wie in 3A gezeigt, die Zellen (18) und kurze Fasern (10) in der Laufflächenoberfläche (16) vor, die im wesentlichen mit einer Strassenoberfläche in Kontakt steht. Nachdem das Fahrzeug sich fortbewegt hat werden, wie in 3B gezeigt, konkave Bereiche (20) in den Spuren ausgebildet, die durch das Herausfallen der kurzen Fasern (10) gebildet wurden, und diese konkaven Bereiche (20) bilden Fliesswege. Anschliessend werden mit fortschreitender Abnutzung, wie in 3C gezeigt, Netzwerke (22) von Fliesswegen zur Entfernung von Wasser gebildet, ausgehend von den konkaven Bereichen der Zellen (18) und den konkaven Bereichen (20) in den Spuren, die durch das Herausfallen der kurzen Fasern gebildet werden. Auf diese Weise wird die wasserentfernende Wirkung noch weiter verbessert.
Die Länge der in dem erfindungsgemässen geschäumten Reifen verwendeten kurzen Fasern ist 0,5–3 mm und vorzugsweise 1,5–2,5 mm. Wenn die Länge weniger als 0,5 mm beträgt, ist die Ausbildung von Fliesswegen zur Entfernung von Wasser unzureichend. Wenn die Länge mehr als 3 mm beträgt, wird die Gummimatrix übermässig hart und die Bearbeitbarkeit wird verschlechtert. Ferner muss die Länge der kurzen Fasern kleiner sein als der kleinste Abstand zwischen den Lamellen der Reifenoberfläche. Wenn die Faserlänge grösser ist als der geringste Abstand zwischen den Lamellen wird die Verarbeitbarkeit deutlich verschlechtert.
Der Durchmesser der kurzen Fasern beträgt 30–100 μm und vorzugsweise 40–80 μm. Wenn der Durchmesser weniger als 30 μm beträgt, wird die Gummimatrix deutlich. hart. Wenn der Durchmesser mehr als 100 μm beträgt, nimmt die Anzahl an kurzen Fasern pro Einheitsfläche ab und die Ausbildung für Fliesswege für die Entfernung von Wasser ist unzureichend.
Das Seitenverhältnis (Länge/Durchmesser) der kurzen Fasern beträgt 5–100 und vorzugsweise 15–75. Wenn das Seitenverhältnis weniger als 5 beträgt, ist die Ausbildung von Fliesswegen unzureichend. Ein Seitenverhältnis von mehr als 100 führt zu einer Verschlechterung der Bearbeitbarkeit und zu einer Gummimatrix, die übermässig hart ist.
Das Warmschrumpfverhältnis bei den Reifenformgebungstemperaturen von 140–200°C, und vorzugsweise 170°C, ist ≤ 8 % und vorzugsweise 1–4 %. Wenn das Warmschrumpfverhältnis grösser als 8 % ist, wird die Wellenbildung des Materials durch die Warmschrumpfung in jedem der Prozesse des Knetens, Extrudierens und Vulkanisierens, denen das Material unterworfen wird, deutlicher ausgeprägt, und die Ausbildung von Fliesswegen für die Wasserentfernung wird unzureichend. Damit die Gummimatrix nicht zu hart wird, ist ein Warmschrumpfverhältnis von 1 % oder mehr bevorzugt. Im Hinblick auf die Herstellung sollten die Fasern während des Knetprozesses zum Zeitpunkt der zweiten Knetstufe zugegeben werden, damit das Material nicht wiederholten Heizzyklen unterworfen wird. Wenn die kurzen Fasern zum Zeitpunkt der ersten Knetstufe zugegeben werden, ist es bevorzugt, dass die kurzen Fasern in einem Zustand eingeführt werden, in dem die Mooney-Viskosität der Gummiverbindung niedrig ist, nachdem die Gummiverbindung in mehreren Prozessen gemischt wurde.
Die zugegebene Menge der kurzen Fasern beträgt, auf 100 Gew.-Teile der Gummikomponente auf Dienbasis, 1–15 Gew.-Teile und vorzugsweise 3–10 Gew.-Teile. Wenn die zugegebene Menge weniger als 1 Gew.-Teil beträgt, ist die Ausbildung von Fliesswegen unzureichend. Wenn die zugegebene Menge 15 Gew.-Teile übersteigt, nimmt die Abnutzungsbeständigkeit deutlich ab und die Gummimatrix wird übermässig hart.
Die Materialien, die für die kurzen Fasern, die in dem erfindungsgemässen geschäumten Reifen verwendet werden, verwendet werden, sind die gleichen, wie sie in dem oben beschriebenen Faserkompositmaterial verwendet werden.
Der durchschnittliche Zelldurchmesser der Schaumgummischicht auf der Lauffläche des erfindungsgemässen geschäumten Reifens beträgt 10–120 μm und vorzugsweise 20–100 μm. Wenn der durchschnittliche Zelldurchmesser weniger als 10 μm beträgt, nimmt die Flexibilität des Gummis bei niedrigem Temperaturen ab und die Wasserentfernungswirkung ist unzureichend. Wenn der durchschnittliche Zelldurchmesser 120 μm übersteigt, wird die Abnutzungsbeständigkeit verschlechtert und die Spannungsrückstellkraft und die Beständigkeit gegen bleibende Verformung unter Belastung des Schaumgummis werden verschlechtert. Ferner ist das Expansionsverhältnis 3–50 %, vorzugsweise 15–40 %. Wenn das Expansionsverhältnis weniger als 3 % beträgt, kann keine Verbesserung der Eigenschaften auf Eis beobachtet werden. Wenn das Expansionsverhältnis ≥ 50 % ist, nehmen die Abriebbeständigkeit sowie die Steuerungsstabilität auf trockenen und nassen Strassenoberflächen deutlich ab.
Bei der Herstellung der Schaumgummischicht, die in dem erfindungsgemässen geschäumten Reifen verwendet wird, sind die Schaumbildner und Schaumbildungshilfsmittel die gleichen wie diejenigen, die in den geschäumten Materialien des oben beschriebenen Faserkompositmaterials verwendet werden.
Der massive Gummiphasenanteil (Matrixgummi) der Schaumgummischicht wird aus einer Gummikomponente auf Dienbasis gebildet, die 70–20 Gew.-Teile natürliches Gummi (NR) und 30–80 Gew.-Teile Polybutadiengummi (BR) einschliesst, vorzugsweise 50–30 Gew.-Teile NR und 50–70 Gew.-Teile BR. Wenn die Menge an NR 70 Gew.-Teile in 100 Gew.-Teilen des Gummis auf Dienbasis übersteigt, wird die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen verschlechtert. Wenn die Menge an NR weniger als 20 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile des Gummis auf Dienbasis beträgt, werden die Abbaueigenschaften verschlechtert und es treten zahlreiche Brüche der Blöcke und Lamellen auf. Wenn die Menge an BR weniger als 30 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile des Gummis auf Dienbasis beträgt, nimmt ferner die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen ab. Wenn die Menge an BR mehr als 80 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile des Gummis auf Dienbasis beträgt, werden die Abbaueigenschaften verschlechtert und die Steuerungsstabilität auf nassen Strassen (nachfolgend als "Nass-Performance" bezeichnet) wird deutlich verschlechtert.
In dem erfindungsgemässen geschäumten Reifen wird auf 100 Gew.-Teile des Gummis auf Dienbasis Russ in einer Menge von 5–55 Gew.-Teilen, vorzugsweise 10–50 Gew.-Teilen, und Silica in einer Menge von 5–55 Gew.-Teilen, vorzugsweise 30–50 Gew.-Teilen, beigemischt. Wenn Russ in einer Menge von weniger als 5 Gew.-Teilen verwendet wird, ist die Abriebbeständigkeit und die Nass-Performance unzureichend, und bei einer Menge von mehr als 55 Gew.% Russ nimmt die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen ab. Entsprechend sind bei einer Verwendung von weniger als 5 Gew.-Teilen Silica die Abriebbeständigkeit und die Nass-Performance unzureichend, wohingegen bei einer Verwendung von mehr als 55 Gew.-Teilen Silica die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen verschlechtert wird.
Es ist bevorzugt, die Zugabemenge an Silica anzuheben, wenn der Anteil an BR, das in 100 Gew.-Teilen des Gummis auf Dienbasis enthalten ist, zunimmt. Wenn beispielsweise der Anteil an BR 50 % beträgt, ist es bevorzugt, dass mindestens 30 Gew.-Teile Silica verwendet werden.
Es ist bevorzugt, dass die Stickstoffabsorptionspezifische Oberfläche (N₂SA) des Russes und des Silicas, die in dem erfindungsgemässen geschäumten Reifen verwendet werden, 120–170 m²/g bzw. 180–250 m²/g betragen. Wenn die Stickstoffabsorption-spezifischen Oberflächen kleiner sind als die oben angegebenen Bereiche, kann eine ausreichende Abriebbeständigkeit nicht garantiert werden, wohingegen bei zu hohen Stickstoffabsorption-spezifischen Oberflächen die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen und die Verarbeitbarkeit verschlechtert werden. Die Stickstoffabsorption-spezifische Oberfläche (N₂SA) ist hier ein Wert, der gemäss ASTM D4830-93 berechnet wird.
Die Härte bei 0°C des Laufflächengummis des erfindungsgemässen geschäumten Reifens ist ≤ 52 und vorzugsweise 40–49. Wenn die Härte bei 0°C grösser als 52 ist, ist die Haftwirkung unzureichend, und insbesondere die Güte auf Eis bei niedrigen Temperaturen wird verschlechtert. Wenn andererseits die Härte bei 0°C weniger als 40 beträgt, wird die Steuerungsstabilität auf trockenen und nassen Strassen stark verschlechtert.
Es ist bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen dem durchschnittlichen Zelldurchmesser und dem Durchmesser der kurzen Faser in der Reifenlauffläche des erfindungsgemässen geschäumten Reifens die folgende Gleichung erfüllt: –30 ≤ durchschnittlicher Zelldurchmesser – Durchmesser der kurzen Fasern ≤ 40 (μm)
Es ist weiter bevorzugt, dass dieses Verhältnis die folgende Gleichung erfüllt: 0 ≤ durchschnittlicher Zelldurchmesser – Durchmesser der kurzen Fasern ≤ 30 (μm)
Diese Verhältnisgleichungen sind wichtig im Hinblick auf die Steuerung der Abriebkonfiguration, so dass durch Fortbewegung auf dem Reifen, nachdem kurze Fasern abgefallen sind, Fliesswege gebildet werden, die zur Entfernung von Wasser vorteilhafter sind. Wenn die Differenz zwischen durchschnittlichem Zelldurchmesser und Durchmesser der kurzen Fasern grösser ist als der obere Grenzwert oder kleiner als der untere Grenzwert der obigen Gleichung, ist in jedem Fall die Ausbildung von Fliesswegen unzureichend, und es gibt kaum eine Verbesserung der Eigenschaften auf Eis.
Zusätzlich zu den oben angegebenen Zumischungskomponenten kann folgendes in geeigneter Weise in die Schaumgummischicht des erfindungsgemässen geschäumten Reifens beigemischt werden: Antioxidationsmittel, Wachse, Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationsmittel, Silan-Kupplungsmittel, Dispergiermittel, Stearinsäure, Zinkoxid, Weichmacher (z.B. aromatische Öle, naphthenische Öle, Paraffinöle), Weichmacher auf Esterbasis, flüssige Polymere (z.B. flüssiges Polyisoprengummi, flüssiges Polybutadiengummi) und dergleichen. Ferner können bei Bedarf Füllstoffe, wie beispielsweise CaCO₃, MgCO₃, Al(OH)₃, Ton und dergleichen, zugegeben werden.
Der erfindungsgemässe geschäumte Reifen kann als eine sogenannte Kappenbasisstruktur ausgebildet werden, worin die Schaumgummischicht die Aussenseite (Oberseite) des Laufflächenbereichs bildet, und eine andere Gummischicht befindet sich auf der Innenseite des Laufflächenbereichs. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Innenseite des Laufflächenbereichs nicht geschäumt ist und dass deren Härte 55–70 beträgt und grösser ist als die Härte der Aussenseite des Laufflächenbereichs.
BEISPIELE
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung genauer anhand der folgenden Beispiele beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die nachfolgenden Beispiele beschränkt ist.
Herstellung von Fasern:
Die Fasern, die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen verwendet wurden und die unterschiedliche Warmschrumpfverhältnisse aufweisen, wurden hergestellt, indem der nach dem Spinnen durchgeführte Ziehprozess variiert wurde. Die Fasern wurden keiner Adhäsionsverarbeitung unterworfen. Die Messungen wurden wie folgt durchgeführt:
(1) Konfiguration der Fasern:
Die Fasern wurden bei 20- bis 400-facher Vergrösserung im Lichtmikroskop fotografiert. Die Längen und Durchmesser von über 100 Fasern wurden gemessen und die Durchschnittswerte wurden berechnet. Die Konfiguration der Fasern wird durch diese Durchschnittswerte ausgedrückt.
(2) Warmschrumpfverhältnis der Fasern:
Das Warmschrumpfverhältnis bei 170°C wurde gemäss dem Trockenwarmschrumpfverhältnisverfahren (A) (Filamentschrumpfverhältnis), wie in JIS L1073 festgelegt, gemessen.
(3) Durchschnittlicher Zelldurchmesser und Expansionsverhältnis Vs:
Eine blockförmige Probe wurde aus einem Laufflächengummi (geschäumtes Material) eines Testreifens ausgeschnitten. Bei einer 100- bis 400-fachen Vergrösserung im Lichtmikroskop wurde eine Fotografie des Querschnitts der Probe aufgenommen. Die Zelldurchmesser von 20 oder mehr geschlossenen Zellen wurden gemessen. Der Durchschnittswert dieser Durchmesser wurde berechnet und als durchschnittlicher Zelldurchmesser verwendet.
Die Dichte p₁ (g/cm³) der oben beschriebenen blockförmigen Probe wurde gemessen, die Dichte p₀ (g/cm³) eines Laufflächenanteils eines ungeschäumten Gummis (massive Gummiphase) wurde gemessen, und Vs wurde unter Verwendung der obigen Gleichung (2) berechnet. (4) E'(∥)/E' (⟘)
Das Lagerungselastizitätsmodul (E') der dynamischen Viskoelastizität wurde gemessen, und das Verhältnis der dynamischen Viskoelastizität in Ausrichtungsrichtung (∥) zur dynamischen Viskoelastizität in der Richtung (⟘) senkrecht zur Ausrichtungsrichtung wurde als physikalische Eigenschaft verwendet, die das Ausmass der Ausrichtung wiedergibt. Wenn die Fasern in zufälliger Ausrichtung beigemischt sind, ist E'(∥)/E'(⟘) = 1. Wenn das Verhältnis mehr als 1 beträgt, ist die Ausrichtung um so höher, je grösser dieses Verhältnis wird.
Zur Messung der dynamischen Viskoelastizität unter den folgenden Messbedingungen wurde ein Spektrometer verwendet, das von Toyo Seiki hergestellt war: Temperatur = Raumtemperatur, Frequenz = 50 Hz, anfängliche Last = 150 g und Amplitude = 1 %. Es wurde eine Probe mit einer Breite von 6 mm, einem Durchmesser von 2 mm und einer Länge von 20 mm zwischen den die Probe haltenden Spannfuttern gemessen.
(5) JIS-Härte:
Der Härte der Reifenlaufflächenoberfläche bei 0°C wurde gemäss JIS K6301 gemessen.
(6) Eigenschaften auf Eis:
Der Index der Eigenschaften auf Eis gibt die Bremseigenschaften auf Eis wieder. Es wurde ein Reifen der Grösse 185/7013 verwendet. In den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurden 4 Testreifen auf einen 1.500 cm³ PKW montiert und es wurde der Bremsweg auf Eis bei einer Geschwindigkeit von 20 km/h bei einer Aussentemperatur von 0 bis –3°C gemessen. In den Beispielen 9 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 5 bis 11 wurden 4 Testreifen auf einem 1.600 cm³ PKW montiert, und es wurde der Bremsweg auf Eis bei einer Geschwindigkeit von 20 km/h bei Aussentemperaturen von –1 bis –8°C gemessen.
Die Eigenschaften auf Eis wurden gemäss der folgenden Gleichung (3) berechnet.
In den Beispielen 5 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 3 und 4 wurde zur Darstellung der Wirkungen geschäumter Matrizen die Eigenschaft des geschäumten Kontrollreifens (Vergleichsbeispiel 3), in dem ein Laufflächenmaterial verwendet wurde, dem Polyesterfasern (Durchmesser: 32 μm Länge: 2 mm, Zugabemenge: 5 Vol.%, Warmschrumpfverhältnis: 13,7 %) beigemischt waren, mit einem Index von 100 angegeben.
Zur Darstellung der Eigenschaften der geformten Reifen der Beispiele 9 bis 16 und der Vergleichsbeispiele 5 bis 11 wurden die Eigenschaften eines Kontrollreifens (Beispiel 9) mit einem Index von 100 angegeben. Die minimale Länge zwischen den Lamellen in den Testreifen betrug 3 mm. Die in den Beispielen 9 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 7 bis 11 verwendeten kurzen Fasern waren Polyesterfaser-Monofilamente.
BEISPIEL 1
Kurze Polyesterfasern mit einem Durchmesser von 32 μm, einer Länge von 2 mm und einem Warmschrumpfverhältnis von 7,2 % wurden zu einer Faserkomponente in einer Menge von 5 Vol.% der Gummikomponente zugegeben. Die Zumischungskomponenten aus Tabelle 1, ausser dem Schaumbildern und Harnstoff, wurden in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengen zugegeben und die Mischung wurde für 5 Minuten bei 150°C unter Verwendung einer Labo-Plasto-Mühle (hergestellt von Toyo Seiki) geknetet. Anschliessend wurden der Schaumbildern und Harnstoff in den in Tabelle 1 angegebenen Zugabemengen zugegeben und die Mischung wurde für eine weitere Minute bei 80°C unter Verwendung der Labo-Plasto-Mühle geknetet. Diese Mischung wurde mit Walzen für 1 Minute bei 60°C zu Platten gezogen und dann für 20 Minuten bei 160°C vulkanisiert. Das Verhältnis E'(Ausrichtungsrichtung) / E'(senkrechte Richtung) des Vulkanisats wurde gemessen, und das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben. Es wurde ein Pneumatikreifen hergestellt, in dessen Laufflächenbereich diese Zusammensetzung verwendet wurde, und die Reibungseigenschaft des Reifens auf Eis wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
BEISPIELE 2 UND 3
Die Beispiele 2 und 3 wurden in der gleichen Weise durchgeführt wie Beispiel 1, ausser dass in Beispiel 2 die kurzen Polyesterfasern ein Warmschrumpfverhältnis von 3,7 % aufwiesen, und in Beispiel 3 wiesen die kurzen Polyesterfasern ein Warmschrumpfverhältnis von 1,4 % auf. Es wurden Vulkanisate und Reifen hergestellt, und das Verhältnis E'(Ausrichtungsrichtung) / E'(senkrechte Richtung) und die Eigenschaft auf Eis für jedes der Beispiele 2 und 3 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Vergleichsbeispiel 1 wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, ausser dass in Vergleichsbeispiel 1 das Warmschrumpfverhältnis der kurzen Polyesterfasern 13,7 % betrug. Es wurden ein Vulkanisat und Reifen hergestellt, und das Verhältnis E'(Ausrichtungsrichtung) / E'(senkrechte Richtung) und die Eigenschaften auf Eis wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
BEISPIEL 4
Kurze Nylonfasern mit einem Durchmesser von 35 μm, einer Länge von 2 mm und einem Warmschrumpfverhältnis von 5,4 wurden zu einer Gummikomponente in einer Menge von 5 Vol.% der Gummikomponente zugegeben. In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurden ein Vulkanisat und Reifen hergestellt, und das Verhältnis E'(Ausrichtungsrichtung) / E'(senkrechte Richtung) und die Eigenschaften auf Eis wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Vergleichsbeispiel 2 wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 durchgeführt, ausser dass in Vergleichsbeispiel 2 das Warmschrumpfverhältnis der kurzen Nylonfasern 16,2 betrug. Es wurden ein Vulkanisat und Reifen hergestellt, und das Verhältnis E'(Ausrichtungsrichtung) / E'(senkrechte Richtung) und die Eigenschaften auf Eis wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
TABELLE 1 Schaumgummimischungsbestandteile
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, ist die Ausrichtung der Fasern in dem erfindungsgemässen Faserkompositmaterial deutlich überlegen, und die Reibungseigenschaften der Pneumatikreifen auf Eis, in deren Laufflächenbereich dieses Faserkompositmaterial verwendet wird, ist deutlich verbessert.
Wie aus den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ersichtlich ist, ist die Ausrichtung der Fasern in dem Faserkompositmaterial schlecht, wenn das Warmschrumpfverhältnis der Fasern ausserhalb des in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung festgelegten Bereichs fällt, und die Reibungseigenschaften von Pneumatikreifen auf Eis, in deren Laufflächenbereich die Faserkompositmaterialien der Vergleichsbeispiele verwendet werden, sind deutlich verschlechtert.
BEISPIELE 5 BIS 12
Die jeweiligen Gummizusammensetzungen für eine Reifenlauffläche der Beispiele 5 bis 12 wurden hergestellt durch Veränderung der Arten und Mengen an kurzen Fasern, sowie durch Veränderung des Expansionsverhältnisses und der Härte durch Einstellung des Verhältnisses von natürlichem Gummi und des cis-1,4-Polybutadiengummis, der Mengen an Russ und Silica, des Schaumbildners und der Konzentration der Vernetzung gemäss den Zusammensetzungsformulierungen, wie sie in Tabelle 3 angegeben sind.
VERGLEICHSBEISPIELE 3 BIS 9
Die jeweiligen Gummizusammensetzungen für eine Reifenlauffläche der Vergleichsbeispiele 3 bis 9 wurden gemäss den Zusammensetzungsformulierungen hergestellt, die in Tabelle 4 aufgeführt sind.
Die Vergleichsbeispiele 3 und 4 sind Fälle, in denen keine kurzen Fasern eingeschlossen wurden. Vergleichsbeispiel 5 ist ein Fall, in dem das Warmschrumpfverhältnis der kurzen Fasern gross ist. In Vergleichsbeispiel 6 haben die kurzen Fasern einen grossen Durchmesser und eine hohe Härte.
Vergleichsbeispiel 7 ist ein Fall, in dem die kurzen Fasern kurz sind. In Vergleichsbeispiel 8 sind zuviele kurze Fasern enthalten, und die Härte der Gummizusammensetzung ist hoch. Vergleichsbeispiel 9 ist ein Fall, in dem das Gleichgewicht zwischen durchschnittlichem Zelldurchmesser und dem Durchmesser kurzen Fasern schlecht ist, und die Härte der Gummizusammensetzung ist hoch.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Gummizusammensetzungen wurden entsprechende Testreifen hergestellt.
Anmerkungen:

1: UBEPOL 150L
2: A: N134 (N₂SA): 146 m²g); B: N234 (N₂SA): 126 m²g)
3: Nipsil AQ (hergestellt von Nippon Silica Industrial Co., Ltd.)
4: Si69 (hergestellt von Degussa Co.)
5: N-Isopropyl-N'-phenyl-p-phenylendiamin
6: Dibenzothiazyldisulfid
7: N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamid
8: Dinitrosopentamethylentetramin
9: Azodicarbonamid

Wie aus den Tabellen 3 und 4 ersichtlich ist, zeigen die erfindungsgemässen geschäumten Reifen im Vergleich zu herkömmlichen Reifen eine exzellente wasserentfernende Wirkung und gleichzeitig eine ausreichende Haftwirkung ohne Verschlechterung der jeweiligen Eigenschaften des Reifens. Ferner sind die Eigenschaften auf Eis des erfindungsgemässen geschäumten Reifens bei verschiedenen Bedingungen von extrem niedrigen Temperaturen bis um 0°C ebenfalls überlegen.

Claims

Pneumatikreifen, der einen Reifenlaufflächenbereich umfasst, der Reifenlaufflächenbereich umfasst ein geschäumtes Faserkompositmaterial, das kurze Fasern und ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus einem geschäumten Material aus einem vernetzten Gummi und einem geschäumten Material aus einem thermoplastischen Elastomer, worin die kurzen Fasern ausgewählt sind aus organischen synthetischen Fasern, regenerierten Fasern und natürlichen Fasern, die Fasern zeigen ein Warmschrumpfungsverhältnis von 8 oder weniger bei einer Formgebungstemperatur des Kompositmaterials von 140–200°C, eine durchschnittliche Länge von 0,1–100 mm, einen durchschnittlichen Durchmesser von 1–150 μm und ein Längenverhältnis von 5-1.000, und die kurzen Fasern wurden keiner Anhaftungsverarbeitung zur Anhaftung der kurzen Fasern an das geschäumte Material unterworfen.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, worin eine Faser/Schaumgummi-Kompositschicht mit geschlossenen Zellen auf mindestens einer Oberfläche einer Reifenlauffläche, die im wesentlichen mit der Strassenoberfläche in Kontakt kommt, bereitgestellt wird, worin die Schaumgummischicht einen durchschnittlichen Zelldurchmesser von 10–120 μm und ein Expansionsverhältnis von 3–50 % aufweist, der Festphasen-Gummianteil der Schaumgummischicht umfasst 5–55 Gew.-Teile Russ, 55–5 Gew.-Teile Silica, eine Diengummikomponente, die 70–20 Gew.-Teile natürliches Gummi und 30–80 Gew.-Teile Polybutadiengummi umfasst, und 1–15 Gew.-Teile der genannten kurzen Fasern, in bezug auf 100 Gew.-Teile der Diengummikomponente, und die Härte der Oberfläche der Reifenlauffläche beträgt 52 oder weniger bei 0°C, und die kurzen Fasern haben eine durchschnittliche Länge von 0,5-3 mm, die kürzer ist als der minimale Lamellenabstand an der Reifenoberfläche, sowie einen durchschnittlichen Durchmesser von 30–100 μm und ein Längenverhältnis von 5–100.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 2, worin das Warmschrumpfungsverhältnis der kurzen Fasern 8 % oder weniger bei einer Reifenformgebungstemperatur von 170°C beträgt.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 2, worin die Stickstoffabsorptions-spezifische Oberfläche (N₂SA) des Russes 120–170 m²/g und die N₂SA des Silica 180–250 m²/g beträgt.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 2, worin der durchschnittliche Zelldurchmesser des geschäumten Materials aus vernetztem Gummi und des geschäumten Materials aus thermoplastischem Elastomer und der durchschnittliche Durchmesser der kurzen Fasern die durch die folgende Gleichung ausgedrückte Beziehung erfüllen: –30 ≤ durchschnittlicher Zelldurchmesser – durchschnittlicher Durchmesser der kurzen Fasern ≤ 40 (μm).
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, worin das Warmschrumpfungsverhältnis der kurzen Fasern 4 % oder weniger bei Formgebungstemperaturen des Kompositmaterials von 140–200°C beträgt.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, worin die Zugabemenge der kurzen Fasern, in bezug auf das geschäumte Material, 0,1–80 Vol.% des Volumens des geschäumten Materials beträgt.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, worin die kurzen Fasern eine durchschnittliche Länge von 0,5–3 mm, ein Längenverhältnis von 5–100 und einen durchschnittlichen Durchmesser von 30–100 μm aufweisen.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, worin der Reifenlaufflächenbereich Lamellen aufweist, und die kurzen Fasern eine Länge haben, die kürzer ist als der minimale Lamellenabstand.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, worin das geschäumte Material aus einem vernetzten Gummi und das geschäumte Material aus einem thermoplastischen Elastomer einen durchschnittlichen Zelldurchmesser von 10–120 μm und ein Expansionsverhältnis von 3–50 aufweisen.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, der ferner mindestens ein Zusatzmittel enthält, ausgewählt aus einem Weichmacher, einem Vulkanisationsmittel, einem Vulkanisationsbeschleuniger, einem Vulkanisationshilfsmittel, einem Antioxidationsmittel, einem Farbstoff, einem Antistatikmittel, einem Füllstoff, einem Gleitmittel, einem Antioxidationsmittel, einem Pigment, einem Wachs, einem Silan-Kupplungsmittel, einem Dispergiermittel, einer Stearinsäure, einem Zinkoxid, einem Weichmacher auf Esterbasis und einem flüssigen Polymer.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, der ferner 5–55 Gew.-Teile Silica auf Basis des Schaumgummimaterials umfasst.
Pneumatikreifen gemäss Anspruch 1, der ferner 5–55 Gew.-Teile Russ auf Basis des Schaumgummimaterials umfasst.