NO309773B1 - Gummimateriale for slitebane på dekk, samt bildekk som har en slik slitebane - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et gummimateriale for slitebane på dekk, samt bildekk som har en slik slitebane. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et gummimateriale for slitebanen på dekk med forbedret gripeevne på isete veier.

Bruk av piggdekk blir forbudt i henhold til lov for å hindre forurensning av støv forårsaket av piggdekk, og i kalde områder må det derfor anvendes piggfrie dekk i stedet for piggdekk. Som et resultat av forbedringer er det blitt utviklet piggfrie dekk med nesten samme gripeegenskaper som piggdekk, og disse er nå tatt i praktisk bruk.

Hystereserfiksjon, klebefriksjon og gravefriksjon er kjente faktorer for å regulere friksjonen mellom en slitebanegummi og en vei som har innvirkning på gripeevnen til et piggfritt dekk. På en vei med svært lav friksjonskoeffisient, slik som en isete vei, er friksjonen på grunn av hysteresetap svært liten. En stor del av friksjonen er således et resultat av klebefriksjon og gravefriksjon.

Slitebanemønster og overflatebetingelser for banegummien er viktige for å øke gravefriksjonskraften. Piggdekk frembringer en stor gravefriksjonskraft. Det har også vært gjort forsøk på å øke gravefriksjonskraften for piggfrie dekk, blant annet ved å anvende en ekspandert gummi eller ved å innlemme organiske fibrer i en banegummi for å øke ujevnheten i overflaten av slitebanen, og en viss effekt er oppnådd. Ujevnheter i slitebanens overflate har også en effekt når det gjelder å fjerne vannfilmen som dannes mellom dekkflaten og en isete vei, og således oppnå en øket ldebefriksjonskraft. Denne økning i klebefriksjonskraften er imidlertid et indirekte resultat av økningen av det aktuelle kontaktareal, og det er derfor en grense for hvor mye klebefriksjonskraften kan økes siden det er en grense for økningen av det aktuelle kontaktareal.

Selve gummien innvirker på økningen av tøebefriksjonskraften. Følgelig er det også effektivt for eksempel å benytte en myk gummi for således å øke kon-taktarealet med veien. For dette formål har det vært praktisert å minske mengden fyllstoff eller å anvende butadiengummi eller isoprengummi som vanskeligere blir harde selv ved lave temperaturer, eller å tilsette en mykner til gummien. Tilfreds-stillende resultater er imidlertid ikke oppnådd fordi banegummien må myknes svært mye sett i forhold til håndteringsstabilitet og slitestyrke.

De piggfrie dekk som benyttes i dag har gode egenskaper på snødekket vei sammenlignet med piggdekk, men kan ha dårligere gripeegenskaper enn piggdekk på isete vei, avhengig av veiforhold og værforhold, slik som temperatur. Det er således påkrevet med ytterligere forbedringer angående gripeegenskapene.

Det er et mål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et gummimateriale som er egnet for anvendelse i dekkbaner, særlig slitebaner på piggfrie dekk, og som er i stand til å oppvise utmerkede gripeegenskaper selv på isete veier.

Dette og andre mål med foreliggende oppfinnelse vil være åpenbare ut fra den etterfølgende beskrivelse.

Når det gjelder friksjon mellom is og dekk, er generelt is i nærheten av 0 °C glattest. Det er tenkelig at dette skyldes en smørende effekt av en vannfilm dan-net på grunn av friksjon ved tidspunktet for oppstarting eller bremsing av en bil. For å øke klebefriksjonskraften er det nødvendig å øke kontaktflaten mellom slitebanegummien og is gjennom å fjerne vannfilmen.

Ifølge konvensjonell teknikk lages det et mønster for å øke ujevnhetene i dekkets baneflate. Dette tiltak er effektivt for å øke klebefriksjonskraften gjennom å fjerne vannfilmen og øke gravefriksjonskraften. Det er imidlertid en grense for hvor mye den aktuelle kontaktflate kan økes ved å forse baneflaten med ujevnheter.

Således har de foreliggende oppfinnere den idé å gjøre det vanskeligere for vannet å klebe til en dekkoverflate og gjøre det lettere for vannet å bli frigjort og fjernet fra en dekkoverflate, i den hensikt å oppnå en økning i klebefriksjonskraften gjennom å forbedre varmavstøtningen fra overflaten av en gummi som generelt er hydrofob eller vannavstøtende.

Det er funnet at innlemmelse av et silyleringsmiddel i et gummimateriale er svært effektivt når det gjelder å øke tøebefriksjonskraften. Silyleringsmidlet reagerer lett med forbindelser som har et aktivt hydrogen, slik som en OH-gruppe, NHR-gruppe, COOH-gruppe, CONH-gruppe eller SH-gruppe som er til stede i et gummimateriale, for derved å gjøre forbindelsene hydrofobe. Således blir en hydrofil del i et gummimateriale beregnet anvendt til en slitebane gjort hydrofob for å gjøre selve banegummien vannavstøtende og derigjennom kunne regulere klebingen av vannfilmen som er til stede mellom is og banegummien, og vanndråpene som kleber til banegummiens overflate kan lett fjernes. Som et resultat kan den aktuelle kontaktflate mellom banegummien og isen økes for å øke klebefriksjonskraften.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes således et gummimateriale for slitebanen på dekk, kjennetegnet ved at det omfatter en gummibestanddel, 30-80 vektdeler av et sot og 2-15 vektdeler av et silyleringsmiddel pr. 100 vektdeler av gummibestanddelen, hvor silyleringsmidlet er minst én bestanddel valgt blant klorsilaner med formelen: hvor R<1>er en alkylgruppe eller fenylgruppe og n er 1, 2 eller 3; alkoksysilaner med formelen:

hvor R<2>er en alkylgruppe, R<3>er en alkylgruppe eller fenylgruppe og m er 1, 2 eller 3; og en heksaalkyldisilazan-forbindelse, hvor gummimaterialet har en kontaktvinkel mot vann som er minst 5% større enn kontaktvinkelen for det samme gummimateriale uten tilsatt silyleringsmiddel.

Silyleringsmidlet tjener til å gi dekkbaner en klebefriksjonskraft og således forbedre dekkenes gripeevne. En hydrofil del med en aktiv hydrogengruppe i slitebanegummien gjøres hydrofob gjennom innlemmelse av et silyleringsmiddel for at slitebanegummien skal bli vannavstøtende, hvorved klebingen av vann eller en vannfilm til banegummiens overflate kan begrenses, og vanndråper som kleber til slitebanegummiens overflate kan lett fjernes.

Gummimaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å tilveiebringe piggfrie dekk med forbedret gripeevne og gode egenskaper når det gjelder akselerasjon og bremsing på isete vei.

Gummier som viser liten økning i hardhet ved lave temperaturer, f.eks. naturgummi, isoprengummi og butadiengummi, anvendes fortrinnsvis som gummibestanddel i gummimaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse, for at det skal oppnås stor kontaktflate mot isete vei og derved øke dekkenes klebefriksjonskraft. Disse gummier kan anvendes alene eller i gummiblandinger. Gummibestanddelen kan inneholde en mindre mengde av andre gummier.

For å oppnå en ønsket hardhet kan sot innlemmes i gummimaterialet i en mengde på fra 30 til 80 vektdeler, fortrinnsvis fra 40 til 60 vektdeler, og mer foretrukket fra 40 til 50 vektdeler, pr. 100 vektdeler av gummibestanddelen. Når sotmengden er mindre enn 30 vektdeler, har slitebestandigheten og sprekkbestandig-heten en tendens til å avta. Når sotmengden er større enn 80 vektdeler, har den frem-stilte gummi en tendens til å bli hard under bruk, på grunn av varmedannelse.

Kjente silyleringsmidler som anvendes ved silylering av organiske eller uorganiske forbindelser, med andre ord organiske silisiumforbindelser med evne til å innføre en silyl-gruppe i organiske eller uorganiske forbindelser med aktivt hydrogen ved reaksjon med det aktive hydrogen, kan anvendes ved foreliggende oppfinnelse. Silyleringsmidlet velges blant klorsilan-forbindelser med formelen: hvor R<1>er en alkylgruppe eller fenylgruppe og n er 1, 2 eller 3; alkoksysilaner med formelen:

hvor R<2>er en alkylgruppe, R3 er en alkylgruppe eller fenylgruppe og m er 1, 2 eller 3; og en heksaalkyldisilazan-forbindelse. Representative eksempler på silyleringsmidler er blant annet klorsilan-forbindelser som tert-butyldimetylklorsilan, fenyltriklorsilan og difenyldiklorsilan, fortrinnsvis en di- eller triklorsilan-forbindelse; en alkoksysilan-forbindelse, fortrinnsvis et di- eller trialkoksysilan slik som fenyltrietoksysilan, isobutyltrimetoksysilan eller difenyldimetoksysilan; og en silazanforbindelse slik som heksametyldisilazan. Andre silyleringsmidler slik som N,0-bis-(trimetylsilyl)-acetamid og N,N'-bis-(trimetylsilyl)-urea er også anvendelige ved foreliggende oppfinnelse. Silyleringsmidlene kan anvendes alene eller som en blanding av disse.

Silyleringsmidlet anvendes i en mengde på fra 2 til 15 vektdeler, fortrinnsvis fra 3 til 8 vektdeler, pr. 100 vektdeler av gummibestanddelen. Når mengden silyleringsmiddel er mindre enn 2 vektdeler, vil effekten av silyleringsmidlet knapt vises. Når mengden er større enn 15 vektdeler, vil uomsatt silyleringsmiddel bløde ut til gummioverflaten og minske glidemotstanden, således at dette tenderer til å senke egenskapene på isete vei.

Dekkets slitebane av gummimaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse kan ha en kontaktvinkel mot vann som er økt med minst 5%, særlig minst 8%, sammenlignet med et gummimateriale som ikke inneholder noe silyleringsmiddel, nemlig det samme gummimateriale uten innlemmelse av et silyleringsmiddel.

For å øke dekkets dreneringseffekt eller skrapeeffekt, kan det innlemmes en organisk fiber i gummimaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse, eller det kan anvendes en ekspandert gummi som gummibestanddelen i materialet.

Gummimaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse kan inneholde slike tilsetningsstoffer for gummi som vanligvis anvendes ved produksjon av dekk, f.eks. antioksidant, mykgjører, aktivator som sinkoksid eller stearinsyre, vulkaniseringsakselerator og vulkaniseirngsmiddel slik som svovel.

Gummimaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse fremstilles på vanlig måte ved anvendelse av en gummibestanddel, sot, silyleringsmiddel og tilsetningsstoffer. Vanligvis blir bestanddelene, foruten vulkaniseirngsmiddel slik som svovel, og vulkaniseringsakselerator, forblandet ved en forhøyet temperatur for å danne en første gummiblanding. Vulkaniseirngsmidlet og vulkaniseringsakseleratoren tilsettes deretter til den første gummiblanding og blandes ytterligere med denne for å gi en endelig gummiblanding. Forblandingen utføres fortrinnsvis ved en temperatur fra 130 til 170°C siden reaksjonen med silyleringsmidlet ikke går tilstrekkelig ved en temperatur under 130 °C, og siden gummien har en tendens til å nedbrytes ved en temperatur over 170 °C. Forblandingstiden er vanligvis fra 1 til 10 minutter.

I tilfelle det anvendes en antioksidant, tilsettes denne vanligvis til gummien etter forblandingen, siden antioksidanten kan innvirke på reaksjonen med silyleringsmidlet. En antioksidant med lav reaktivitet kan tilsettes ved tidspunktet for forblanding, og dette foretrekkes med hensyn til dispergering.

Gummimaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse kan herdes på vanlig måte ved en temperatur fra 120 til 180 °C.

Gummimaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse er egnet for anvendelse i slitebaner på piggfrie dekk for personbiler, lastebiler og busser.

Foreliggende oppfinnelse omfatter videre bildekk som har en slitebane fremstilt av gummimaterialet nevnt over.

Foreliggende oppfinnelse beskrives og forklares nærmere ved hjelp av de følgende eksempler, hvor alle deler er vektdeler.

Eksempel 1

Gummimaterialer ble fremstilt i henhold til reseptene vist i tabell 1, ved å blande bestanddelene foruten svovel, akselerator og antioksidant, ved 150 ± 5 °C, tilsette resten av blandingen og deretter blande ved 110 ± 10 °C.

Eksempel 2

Piggfrie dekk 165R13 ble fremstilt ved å anvende g^immimaterialene A til I fremstilt i eksempel 1, i slitebanen.

Trykket i dekkene ble justert til 186 kPa. Dekkene ble festet til en 1500 cm3 FF-bil med et antilåsende bremsesystem, og akselerasjonstiden og bremeav-standen ble målt på en isdekket vei under følgende betingelser: Sted: Nayoro testbane hos Sumitomo Rubber Industries Industries, Ltd.

Lufttemperatur: -5°C

Istemperatur: -2°C

Akselerasjonstid

Bilen ble akselerert fra stillstand og nødvendig tid for å kjøre 50 m ble målt.

Resultatet er angitt som en indeks i forhold til resultatet oppnådd med dekket fremstilt av standard gummimateriale E, som ble satt til 100. Jo lavere indeks, jo bedre.

Bremselengde

Bilen ble kjørt med 30 km/h og så bremset. Den nødvendige avstand for å stanse bilen ble målt.

Resultatet er angitt som en indeks i forhold til resultatet oppnådd med dekket fremstilt av standard gummimateriale E, som ble satt til 100. Jo lavere indeks, jo bedre.

Kontaktvinkel for vann på gummioverflate

Økende og tilbakegående kontaktvinkel ble målt med en måleanordning for kontaktvinkel hvor vann gradvis ble ført til eller fra gjennom et glasskapillar slik at en vanndråpe på en prøve gradvis ble gjort stor eller liten. Med økende kontaktvinkel menes en kontaktvinkel målt når vanndråpen gradvis gjøres stor, og med tilbakegående kontaktvinkel menes en kontaktvinkel målt når vanndråpen gradvis gjøres liten. Kontaktvinkelen ble beregnet i henhold til følgende ligning:

hvor 0 er kontaktvinkelen og Øa er den økende kontaktvinkel og Ør er den tilbakegående kontaktvinkel.

Resultatet er angitt som en indeks i forhold til resultatet oppnådd med dekket fremstilt av standard gummimateriale E, som ble satt til 100.

Det foretrekkes at indeksen for kontaktvinkelen er minst 108, særlig minst 113.

Graden av vannavstøtning kan bestemmes kvantitativt ved å måle kontaktvinkelen mellom vann og en gummi. Jo større kontaktvinkel, jo høyere vannavstøtning har gummien.

Ved bestemmelse av kontaktvinkelen bør det anvendes et slikt antall prøver og målinger at et avvik på én enhet i middelverdien kan bestemmes med 5% signifikansnivå.

Resultatene er vist i tabell 2.

I eksempel 2-2a ble gummimaterialet fremstilt på samme måte som i eksempel 1, med unntak av at antioksidant ble tilsatt gummibestanddelen i forblandings-trinnet utført ved en temperatur på 150 ± 5 °C.

«i

Det vil forstås av resultatene vist i tabell 2 at dekkene med slitebane fremstilt av gummimaterialer A, B, C, D, H og I ifølge foreliggende oppfinnelse, har forbedret gripeevne på isete vei sammenlignet med dekket i eksempel nr. 2-5 fremstilt av gummimaterialet E som ikke inneholdt noe silyleringsmiddel. Dekket i eksempel nr. 2-6 viste ikke gode resultater fordi den anvendte mengde silyleringsmiddel var for stor. Dekket i eksempel nr. 2-7 viste heller ikke gode resultater fordi den anvendte mengde sot var for stor.

I tillegg til bestanddelene anvendt i eksemplene kan det anvendes andre bestanddeler slik som angitt i beskrivelsen, for å oppnå hovedsakelig de samme resultater.

Claims (4)

1. Gummimateriale for slitebane på dekk, karakterisert vedat det omfatter en gummibestanddel, 30-80 vektdeler av et sot og 2-15 vektdeler av et silyleringsmiddel pr. 100 vektdeler av gummibestanddelen, hvor silyleringsmidlet er minst én bestanddel valgt blant klorsilaner med formelen:

hvor R<1>er en alkylgruppe eller fenylgruppe og n er 1, 2 eller 3; alkoksysilaner med formelen:

hvor R er en alkylgruppe, R er en alkylgruppe eller fenylgruppe og m er 1, 2 eller 3; og en heksaalkyldisilazan-forbindelse, hvor gummimaterialet har en kontaktvinkel mot vann som er minst 5% større enn kontaktvinkelen for det samme gummimateriale uten tilsatt silyleringsmiddel.

2. Materiale ifølge krav 1, karakterisert vedat silyleringsmidlet er minst én bestanddel som er valgt blant klorsilan, alkoksysilan og silazan.

3. Materiale ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat gummibestanddelen er minst én bestanddel valgt blant naturgummi, isoprengummi og butadiengummi.

4. Bildekk, karakterisert vedat det har en slitebane fremstilt av gummimaterialet ifølge krav 1.