NO319094B1 - Pneumatisk bildekk for bruk pa is - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et pneumatisk dekk med bane som inneholder silika-forsterkning og som består av en eller flere dien-baserte svovel-vulkaniserbare elastomerer med Tg under -30 °C, sammen med minst ett tilsetningsstoff for å forbedre dekkbanens gripeevne på is og sammen med et koplingsmiddel for å kople silika og tilsetningsstoffet til elastomeren(e).

Bakgrunn

I noen land med forholdsvis strenge, lange vintrer, som f.eks. i noen deler av de skandinaviske land, er vinterdekk med pigger forholdsvis omfattende brukt for å forbedre dekkets gripeevne på isete veier. Bruk av piggdekk, nemlig dekkbaner som inneholder metallpigger, har imidlertid noen ganger blitt i det minste delvis begrenset på grunn av mulig skade på veiene.

I mange år er det blitt anvendt vinterdekk uten pigger med dekkbane av gummimaterialer bestående av elastomerer som har lave glassomvandlingstemperaturer (Tg), nemlig Tg under -30 °C. Slike elastomerer med lav Tg er typisk blitt anvendt for å hindre eller i det minste redusere tendensen hos dekkbaner av gummimaterialer til å bli for harde ved svært lave brukstemperaturer.

Også silika-forsterkning av utvalgte elastomerer er blitt brukt i dekkbaner beregnet for vinterforhold. Se f.eks. US patentskrift nr. 5 616 639.

Andre gummimaterialer for vinterdekk som er utformet for å forbedre dekkets gripeevne på is, innbefatter de forannevnte gummier med lav Tg, samt bruk av mykgjørere for lave temperaturer utformet for å gi en generell reduksjon i dekkmaterialets hardhet ved lave temperaturer.

Imidlertid er det fortsatt ansett som ønskelig å tilveiebringe dekkbaner med forbedret gripeevne på veier som er islagte i lengre tidsperioder.

Historisk har det noen ganger vært anvendt vesentlige mengder silika-forsterkning i kombinasjon med et koplingsmiddel for silika, som en primær eller dominerende forsterkning i forskjellige gummiblandinger i gummidekkbaner. Se blant annet US patentskrifter nr. 4 519 430, 5 066 721, 5 227 425 og 5 616 639. Anvendelse av forskjellige koplingsmidler for å oppnå forsterkning av gummimaterialet ved å kople silikaet til elastomeren(e) er vel kjent. Imidlertid anses en slik silika/-kopler-forsterkning alene ofte ikke å være fullt ut tilstrekkelig til å oppnå en hensiktsmessig forbedring i dekkbanens gripeevne på is.

Selv om det må erkjennes at cellulosefibrer tidligere har vært foreslått anvendt i banen på dekk for anleggsmaskiner for å redusere propageringen av kutt i dekkbanens gummiblanding, og at bindingssystemer av type resorcinol/formaldehyd noen ganger har vært benyttet til å binde slike fibre til harpiksnettverket i dekkbanens gummimateriale, så synes målet ikke å ha vært å oppnå dekkmaterialer med gripeevne på is.

I beskrivelsen av denne oppfinnelse anvendes begrepene "gummi" og "elastomer" om hverandre, så sant annet ikke er angitt. Begrepene gummi-"materiale" eller -"kompound" anvendes her, så sant annet ikke er angitt, som generell henvisning til et materiale hvor en eller flere gummier er intimt blandet eller er blandet med forskjellige bestanddeler eller materialer. Et begrep som "kompounderingsbestanddel" anvendes her, så sant annet ikke er angitt, som generell henvisning til bestanddeler som anvendes ved fremstilling av gummimaterialer eller -kompounder. Slike begreper er velkjente av fagfolk innen området blanding og kompoundering av gummi.

Begrepet "pph" anvendes her i henhold til konvensjonell praksis som henvisning til vektdeler av det respektive materiale per 100 vektdeler gummi.

Tg for en gummi eller gummikompound anvendes her, så sant annet ikke er angitt, som henvisning til glassomvandlingstemperaturen. Denne kan konvensjonelt bestemmes f.eks. med differensiell skanning-kalorimetri med en oppvarmingshastighet på 10 °C/min. Det er underforstått at slik bestemmelse av Tg er vel kjent av fagfolk på området.

Sammenfatning og praktisering av oppfinnelsen

I henhold til denne oppfinnelse tilveiebringes et pneumatisk dekk som er kjennetegnet ved at det har en bane av et gummimateriale med en Shore A-hardhet i området fra 45 til 65, fortrinnsvis fra 50 til 60, og som omfatter, basert på 100 vektdeler gummi, (a) fra 95 til 100 pph av minst en dien-basert elastomer som har Tg under -30 °C, og tilsvarende inntil 5 pph av minst én dien-basert elastomer med Tg på -30 °C eller over, typisk fra -30 °C til -10 °C, (b) fra 30 til 110 pph, alternativt fra 50 til 100 pph,.med forsterkende fyllstoff omfattende (i) utfelt silika som inneholder silanol-grupper på overflaten, (ii) sot, hvor det forsterkende fyllstoff består av fra 10 til 107 pph, alternativt fra 30 til 97 pph, silika og fra 3 til 20 pph sot, (c) fra 2 til 30 pph, alternativt fra 5 til 25 pph, av minst ett tilsetningsstoff valgt blant (i) minst én organisk fiber med hydroksylgrupper på overflaten, valgt blant cellulosefibrer og trefibrer, og (ii) hule, sfæriske keramiske partikler med silanolgrupper på overflaten, og (d) minst et koplingsmiddel med en gruppe som er reaktiv overfor silanolgruppene på silikaet og de keramiske partikler, og overfor hydroksylgruppene på cellulose-og/eller trefibrene, og en annen gruppe som er interaktiv med minst en av de nevnte dien-baserte elastomerer.

I praksis er det vanligvis ønskelig å anvende et vektforhold mellom koplingsmiddel og silika pluss tilsetningsstoffer) på fra 1/8 til 1/20, selv om dette forhold kan variere betraktelig, i en viss grad avhengig av det valgte tilsetningsstoff og konsen-trasjonen av silanol- eller hydroksyl-grupper som er på overflaten eller som ellers er tilgjengelig for å reagere, alt etter forholdene.

I praksis kreves det at gummimaterialet i dekkbanen, i svovelherdet tilstand, har en Shore A-hardhet innen det angitt område for å forbedre gripeevnen på is. Selv om Shore A-hardheten som kjent bestemmes ved romtemperatur (dvs. ca. 23 °C), så er det ønskelig med et forholdsvis lavt område for Shore A-hardheten, hvilket angir et forholdsvis mykere, vulkanisert bane-gummimateriale. Bestemmelse av Shore A-hardhetsverdier er vel kjent av fagfolk på området.

Ved ett aspekt av oppfinnelsen kan de organiske fibrer være cellulosefibrer. Ved et annet aspekt kan organiske fibrer være trefibrer, som er en form av cellulosefibrer som også inneholder ligniner. I beskrivelsen av denne oppfinnelse er begrepet "cellulosefibrer" ment å utelukke "trefibrer", selv om trefibrer er en forholdsvis uren form av cellulose og har et fysisk mindre lengde/bredde-forhold.

Ved et ytterligere aspekt er de hovedsakelig sfæriske, hule partikler ment å bestå av aluminiumsilikatglass.

For målene med denne oppfinnelse er det ønskelig at cellulosefibrene har en midlere fiberlengde på fra 50 til 5000 fim, fortrinnsvis fra 100 til 2000 jLim, og et midlere lengde/bredde-forhold (lengde/diameter-forhold) fra 5/1 til 200/1, fortrinnsvis fra 10/1 til 100/1. Trefibrene anvendt for å oppnå målene med denne oppfinnelse er vesentlig stumpere enn cellulosefibrene, med et midlere lengde/bredde-forhold på fra 2/1 til 50/1, fortrinnsvis fra 3/1 til 20/1, og med en midlere fiberlengde fra 20 til 2500 fim, fortrinnsvis fra 50 til 1500 fim.

De hule keramiske partikler har fortrinnsvis en midlere diameter fra 30 til 500 fim, fortrinnsvis fra 30 til 150 fim.

I et gummimateriale for en dekkbane er kombinasjonen av det partikkelformige, utfelte silika og tilsetningsstoffene, sammen med den kjemiske binding av slike materialer til elastomeren(e) med lav Tg ved hjelp av et koplingsmiddel, ansett å være ny og skille seg vesentlig fra tidligere praksis. For en dekkbane er denne kombinasjon av trekk i virkeligheten ment å være et viktig aspekt av oppfinnelsen med hensyn på å forbedre gripeevnen på is for en dekkbane.

Det antas blant annet at en silanenhet i et alkoksysilan-basert koplingsmiddel reagerer med hydroksylgruppene på overflaten av cellulose- eller trefibrene, eller med silanol-

gruppene på de hule, kuleformede keramiske partikler, samt silanolgruppene på overflaten av silikapartiklene, under den mekaniske varmblanding av gummimaterialet når kompounderingsbestanddelene blandes med gummien.

Det antas at en ytterligere gruppe i koplingsmidlet, som f.eks. en polysulfidbro inneholdt i koplingsmiddelet, reagerer med den/de dien-baserte elastomer(er) under bearbeiding og herding av gummimaterialet, og derved koples silikaet og fibrene og/eller de keramiske partikler til elastomeren(e) i gummimaterialet for dekkbane-kompounden.

En slik koplingsreaksjon for silikapartiklene er kjent som viktig for effektiv forsterkning av gummimaterialer for anvendelse i dekkbaner.

For denne oppfinnelse anses den forannevnte koplingsreaksjon mellom de nevnte fibrer og/eller keramiske partikler, alt etter hva som er tilfelle, som viktig når det gjelder å forbedre dekkbanens gripeevne på is, som følge av tendensen til kjemisk å forankre og binde slike tilsetningsstoffer i gummimaterialet i dekkbanen.

I praksis og i følge ett aspekt av oppfinnelsen, menes de kuleformede partikler og fiberformede tilsetningsstoffer å virke gjennom å øke dekkbanens effektive overflate i kontakt med isen, ved f.eks. at gumrnibanens friksjon på veioverflaten får gummien til å slites bort og delvis eksponere de innlemmede tilsetningsstoffer, hvilket resulterer i at dekkbanen får en øket overflate sammenlignet med en glatt dekkoverflate uten slike tilsetningsstoffer. Etter å ha kjørt dekkene på vei, kan en visuell observasjon av dekkbanens overflate vise tallrike fibrer og/eller kuleformede partikler, alt etter hva som er aktuelt, forankret i overflaten som er delvis eksponert. Det er et faktum at de kuleformede partikler kan slites mot veioverflaten når dekket ruller på veien, og en del av partiklene kan få kuleformen modifisert, eller de kan fraktureres eller på annet vis brekkes, slik at de ikke beholder kuleformen under bruk. Det refereres imidlertid her fortsatt til slike partikler som kuleformede partikler. Når slike fibrer eller keramiske partikler fjernes på grunn av dekkets friksjon mot veien, vil dekkets eksponerte overflate bli vesentlig mer ru enn hos en dekkbane uten slike tilsetningsstoffer inneholdt i gummimaterialet i dekkbanen. Det vil være åpenbart at en mer ru baneoverflate har større overflateareal i kontakt med isen enn en jevnt slitt tradisjonell baneflate. Dette er en hypotese angående hvordan man kan oppnå forbedret gripeevne på is for dekkbanen.

Ved praktiseringen av denne oppfinnelse anses det viktig at elastomerene i gummimaterialet i dekkbanen har Tg under -30 °C. Hensikten med å begrense elastomerene til slike som har Tg under -30 °C, er å hindre, eller unngå, at gummimaterialet blir for hardt ved bruk ved svært lave omgivelsestemperaturer.

Representative elastomerer for anvendelse ved denne oppfinnelse innbefatter blant annet, så lenge de har Tg på under -30 °C, f.eks. cis-l,4-polybutadien med høyt innhold på minst 92 % cis-l,4-struktur, cis-l,4-polybutadien med et middels innhold på 35-45 %, vanligvis ca. 42 %, cis-l,4-struktur, vinylpolybutadien med et middels vinyl-1,2-innhold på 40-70 % og med Tg i området fra -30 °C til -60 °C, cis-l,4-polyisopren som kan være naturgummi, isopren/butadien-kopolymerer, styren/butadien-kopolymerer, styren/isopren-kopolymerer og styren/isopren/butadien-terpolymerer. Det erkjennes at en eller flere slike elastomerer kan representere variasjoner med Tg på eller over -30 °C, imidlertid er det et viktig aspekt ved denne oppfinnelse at kun slike varianter av elastomerer som har Tg lavere enn -30 °C velges. Således vil elastomerer som 3,4-polyisopren, emulsjonspolymeriserte styren/butadien-kopolymerelastomerer som inneholder minst 40 % enheter avledet fra styren, og vinylpolybutadien-elastomerer med et høyt innhold på over 70 % med 1,2-vinylgrupper, i den utstrekning slike elastomerer har Tg over -30 °C, være ment å bli utelukket fra anvendelse i banene på dekkene ifølge denne oppfinnelse.

Selv om det utelukkende er foreskrevet elastomerer med Tg på under -30 °C, så er det tatt i betraktning at ved praktiseringen av denne oppfinnelse kan det være innlemmet i gummimaterialet opp til 5 vekt% av andre elastomerer, innbefattende elastomerer listet opp over, hvor noen kan ha Tg på -30 °C eller over, selv om dette ikke er den foretrukne gummiblanding for dekkene ifølge denne oppfinnelse.

Cellulosefibrene anvendt for å oppnå målene med denne oppfinnelse, er et kjemisk raffinert produkt og vil således skille seg fra trefibrer. Trefibrer, som kjemisk kan være en form av cellulose, er vanligvis ikke så høyt raffinert, og som diskutert foran er de forholdsvis urene cellulosefibrer i den betydning at de også inneholder ligniner og andre organiske stoffer, slik det er vel kjent av fagfolk på området. Cellulosefibrer kan fremstilles ved forskjellige prosesser, som f.eks. oppmaling eller hammermølleoppmaling av tre eller treflis for å oppnå en fiberaktig tremasse, og deretter kjemisk raffinering av tremassen for å oppnå en masse som er fiberaktig av natur men hvor ligninet er fjernet. Representative eksempler på cellulosefibrer blir noen ganger betegnet i henhold til opprinnelseskilden, så som f.eks. løvtre-, mykved- og hardved-cellulose.

Beskrivelsene av tre- og cellulose-fibrer presentert over, er kun ment å være belysende og er ikke ment på noen måte å være begrensende.

Cellulosefibrene kan ha en renhet på fra 90 til 100 %. Det er underforstått at trefibrene er ment å være en noe mindre ren versjon av cellulosefibrene ved at de inneholder ligniner, samt andre organiske stoffer, i tillegg til cellulose.

Forskjellige cellulosefibrer kan være slike som f.eks. forskjellige kvaliteter av "Arbocel" fra firma Rettenmaier, et eksempel på slike er "Arbocel B400". Forskjellige trefibrer kan f.eks. være forskjellige kvaliteter "Lignocel" fra firma Rettenmaier, et eksempel på slike er "Lignocel HB 120".

De hule, hovedsakelig kuleformede, keramiske partikler består av en aluminiumsilikat-glass-blanding. Et representativt eksempel på slike partikler er keramiske mikrosfærer som noen ganger kalles "cenosfærer". Slike materialer er tilgjengelige, f.eks. forskjellige kvaliteter av "Tecfil" fra Filtec Ltd., UK. Eksempler på slike er "Tecfil T85LD" og "Tecfil 125".

De hule, kuleformede keramiske partikler for anvendelse ved denne oppfinnelse, som diskutert foran, kan kjennetegnes ved at de har en midlere partikkelstørrelse på fra 30 til 500 fim, fortrinnsvis fra 30 til 150 /im. Veggtykkelsen i de hule, kuleformede partikler kan variere slik at det leder til en tilsynelatende densitet i området fra 0,7 til 1,1.

Tallrike koplingsmidler beregnet på anvendelse for kopling av silika og dien-baserte elastomerer kan anvendes ved praktiseringen av denne oppfinnelse for kopling av både silikaet og tilsetningsstoffene til den/de dienbaserte elastomer(er) i gummimaterialet for dekkbanen. F.eks. kan det anvendes de forskjellige alkoksysilan-baserte koplingsmidler som er angitt i de forannevnte patentskrifter, og som inneholder en polysulfid-bro, som f.eks. bis(trialkoksysilylalkyl)polysulfid med fra 2 til 8, vanligvis gjennomsnittlig fra 2 til 5, svovelatomer i svovelbroen hvor alkylgrupper kan være valgt blant f.eks. metyl-, etyl- og propylradikaler, og hvor alkoksygruppene fortrinnsvis er valgt blant metoksy- og etoksygrupper. Et representativt eksempel kan være bis(trietoksysilylpropyl)polysulfid.

De silisiumholdige pigmenter som er vanlig benyttet ved gummikompoundering, kan anvendes som silikaet ved denne oppfinnelse, innbefattende pyrogeniske og utfelte silisiumholdige pigmenter (silika), selv om utfelt silika er foretrukket.

De silisiumholdige pigmenter som fortrinnsvis benyttes ved denne oppfinnelse, er utfelt silika, som f.eks. slike som er oppnådd ved surgjøring av et løselig silikat, f.eks. natriumsilikat.

Det silisiumholdige pigment (silika) kan f.eks. ha en største partikkelstørrelse i området fra 50 til 10.000 Ångstrøm, fortrinnsvis mellom 50 og 400 Å. Pigmentets BET-overflateareal, målt ved å anvende nitrogengass, er i området fra 80 til 300 m<2>/g, selv om det ofte er i området fra 100 til 200, og til og med kan være opp til ca. 360 m<2>/g. BET-metoden for måling av overflateareal er beskrevet i Journal of the American Chemical Society, Volume 60, p. 304(1930).

Silikaet kan typisk ha en absorpsjonsverdi for dibutylftalat (DBP) i området fra 150 til 350, og vanligvis fra 200 til 300 cnvVlOO g.

Silikaet kan ha en gjennomsnittlig største partikkelstørrelse f.eks. i området fra 0,01 til 0,05 fim bestemt med elektronmikroskop, selv om silikapartiklene også kan ha mindre størrelse.

Forskjellige kommersielt tilgjengelige silikaer kan komme i betraktning for anvendelse ved denne oppfinnelse, som f.eks., uten begrensning, silika fra PPG Industries under varemerket "Hi-Sil" med betegnelser 210, 243, etc; fra Rhone-Poulenc, som f.eks. "Zeosil 1165MP"; fra Degussa AG, med betegnelser som f.eks. VN2, VN3, BV 3370GR; og fra J.M Huber Company, som f.eks. "Hubersil 8745".

Det vil være åpenbart for fagfolk på området at gummimaterialer for gummibanen kan kompounderes ved metoder som er allment kjent innen faget gummikompoundering, slik som å blande forskjellige svovelvulkaniserbare dien-holdige polymerer med forskjellige vanlig anvendte tilsetningsmaterialer som f.eks. herdemidler som svovel, aktivatorer, retarderere og akseleratorer, bearbeidingshjelpemidler som oljer, harpikser innbefattende klebriggj ørende harpikser, og mykgjørere, pigmenter, fettsyre, sinkoksid, voks, antioksidanter og antiosonanter, peptiserende midler og forsterkende fyllstoffer som f.eks. silika og silika-sot-blanding. Som kjent av fagfolk på området vil tilsetningsstoffene nevnt over, avhengig av tiltenkt bruk av de svovelvulkaniserbare og svovelvulkaniserte kompounder eller banekompounder, vanligvis bli brukt i konvensjonelle mengder.

Typiske tilsetninger av sot og silika for denne oppfinnelse, er angitt nedenfor. Det kan anvendes forskjellige typer sot, særlig gummiforsterkende sot. F.eks. kan det anvendes de i ASTM angitte typer N-299, N-234, N-220, N-134, N-l 15 og N-l 10, selv som slike eksempler ikke er ment å være begrensende. Utvelgelse av sottyper med sikte på optimalisering, ligger godt innenfor kunnskapene hos en som har kunnskaper innen gummikompoundering for dekkbaner. Utvelgelsen er i en viss grad avhengig av tiltenkt bruk, formål og de egenskaper hos dekkbanen skal ha. Typiske mengder klebriggjørende harpikser, om brukt, omfatter fra 0,5 til 10 pph, vanligvis fra 1 til 5 pph. Typiske mengder bearbeidingshjelpemidler omfatter fra 1 til 80 pph. Slike bearbeidingshjelpemidler kan f.eks. innbefatte aromatiske, nafteniske og/eller parafiniske bearbeidingsoljer eller mykgjørere, eller polyestere med middels molekylvekt. Typiske mengder antioksidanter utgjør fra 1 til 5 pph. Representative antioksidanter kan f.eks. være difenyl-p-fenylendiamin og andre som f.eks. slike som er beskrevet i The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), pp. 344-346. Typiske mengder antiosonanter utgjøre fra 1 til 5 pph. Typiske mengder fettsyrer, om brukt, kan innbefatte stearinsyre og utgjør fra 0,5 til 4 pph. Typiske mengder sinkoksid utgjør fra 2 til 5 pph. Typiske mengder vokser utgjør fra 1 til 5 pph. Ofte anvendes mikrokrystallinske vokser. Typiske mengder peptiseringsmidler utgjør fra 0,1 til 1 pph. Typiske peptiseringsmidler kan f.eks. være pentaklortiofenol og dibenzamidodifenyldisulfid. En antioksidant kan f.eks. være av type para-fenylendiamin og/eller dihydrotrimetylkinolin.

Vulkaniseringen utføres i nærvær av et svovel vulkaniserende middel. Eksempler på egnede svovelvulkaniserende midler innbefatter elementært svovel (fritt svovel) eller svoveldonerende vulkaniseringsmidler, som f.eks. et amindisulfid, polymert polysulfid eller svovel-olefin-addukter. Fortrinnsvis er det svovelvulkaniserende middel elementært svovel. Som kjent av fagfolk på området, så anvendes svovelvulkaniserende midler i en mengde i området fra 0,5 til 4 pph, med et område fra 1 til 2,5 pph som foretrukket.

Akseleratorer anvendes for å regulere tiden og/eller temperaturen som kreves for vulkanisering, og for å forbedre vulkanisatets egenskaper. Retarderere anvendes også for å regulere startpunktet for vulkaniseringen.

Ved en utførelsesform kan det anvendes ett enkelt akseleratorsystem, dvs. primær akselerator. Konvensjonelt og fortrinnsvis anvendes en primær akselerator i totale mengder fra 0,5 til 4 pph, fortrinnsvis fra 0,8 til 2,5 pph. Ved en annen utførelsesform kan kombinasjoner av en primær og/eller en sekundær akselerator anvendes, hvor den sekundære akselerator anvendes i mengder f.eks. fra 0,05 til 3 pph, for å aktivere herdingen og forbedre vulkanisatets egenskaper. Egnede typer akseleratorer som kan anvendes ved den forelig-gende oppfinnelse er bl.a. aminer, disulfider, guanidiner, tioureaer, tiasoler, tiuramer, sulfenamider, ditiokarbamater og xantater. Fortrinnsvis er den primære akselerator sul-fenamid. Dersom det anvendes en sekundær akselerator, så er denne fortrinnsvis en guanidin-, ditiokarbamat- eller tiuram-forbindelse.

Utvelgelsen og mengdene av de forskjellige kompounderingsbestanddeler anses ikke å være kritisk for å oppnå målene med denne oppfinnelse, unntatt der hvor dette kan være særlig understreket på annet sted i denne beskrivelse, og kan justeres eller modifiseres av brukeren slik det bedømmes hensiktsmessig for å oppnå en dekkbane med ønskede egenskaper.

Dekket kan bygges, formes, støpes og herdes ved forskjellige metoder som vil være åpenbare for dem som har kunnskaper på området, og som er basert på gummikompoundene angitt i de representative eksempler. Deler og prosenter er basert på vekt, så sant annet ikke er angitt.

I de følgende eksempler er det fremstilt gummiblandinger av materialene angitt i tabeller 1, 2 og 3.1 tabellene er verdiene for materialene angitt i "pph", og disse er vanligvis avrundet til nærmeste hele del.

Gummiblandingens eller -kompoundens fysiske egenskaper er også angitt i tabeller 1, 2 og 3. Slike egenskaper innbefatter kompoundens stivhet angitt som 300 % modulus og kompoundens hardhet angitt som Shore A-hardhet. Slike spesifikasjoner er vel kjent av fagfolk på området.

Dekkets bruksegenskaper er også reflektert i tabeller 1, 2 og 3, med hensyn til akselerasjon og bremsing på is angitt i normaliserte verdier. Sammenligningsverdier over 100 representerer forbedrede dekk-egenskaper. Akselerasjonsverdier på kunstis eller naturis er målt som tiden for akselerasjon fra en fast hastighet til en gitt høyere hastighet, idet start-og slutthastighet ved testen avhenger av banen anvendte for å gjennomføre testen (f.eks.: testbanens lengde og tilgjengelig bremseområde), og kjøretøy anvendt ved testen. Bremse-verdier på is bestemmes ved å måle bremseavstanden inntil kjøretøyet er brakt til fullstendig stopp fra en gitt starthastighet, idet starthastigheten, som for akselerasjonsverdiene, er avhengig av anvendt testbane ved gjennomføringen av testen. For å sammenligne akselerasjons- og bremsetester med dekk av forskjellige gummiblandinger, var test-betingelsene de samme for eksperiment- og kontroll-dekkene.

Gummiblandingene eller -kompoundene ble fremstilt ved å blande bestanddelene i flere påfølgende ikke-produserende trinn (uten svovel og tilhørende herdeakselerator(er) sammen med nedbrytingshindrende midler) ved temperaturer på ca. 165 °C, fulgt av et siste produksjonsblandetrinn ved en temperatur på ca. 105 °C, hvor herdemidler og nedbrytingshindrende midler var tilsatt. En gummiblander (av Banbury-type) ble anvendt.

De resulterende gummikompounder ble deretter ekstrudert i form av bane-strimler som i sin tur ble bygd på dekkstammer, og den resulterende samling ble vulkanisert i en egnet form ved en temperatur på ca. 160 °C slik at det ble dannet et dekk av størrelse 195/65R15.

Eksempel 1

Sammenlignende gummiblanding A er en silika-forsterket gummiblanding. Den inneholder ikke tre- eller cellulosefibrer eller keramiske kuler. Blandingen har Shore A-hardhet og dynamisk stivhet (300 % modulus) med verdier som her betraktes normalt å være ønskelige for banematerialer for vinterdekk.

Sammenlignende gummiblanding B består av elastomerer med forholdsvis lav Tg forsterket med silika, sammen med en silika-kopler, med verdier for hardhet og dynamisk stivhet som er lavere enn tilsvarende for sammenlignende gummiblanding A. Slike tiltak for å forbedre dekkenes (dekkbanenes) isegenskaper anses å være vel kjent av fagfolk på området. Blanding B inneholder ikke noen tre- eller cellulosefibrer eller keramiske kuler. Som det fremgår av datane vist i tabell 1, så hadde dekket med bane av blanding B en vesentlig forbedring i akselerasjon på is med nesten 18 %, sammenlignet med et dekk med bane av blanding A. Imidlertid ble det med blanding B ikke oppnådd noen vesentlig forbedring ved bremsing på is. Slike klassiske tiltak ved kompounderingen for å forbedre dekkets is-egenskaper, som illustrert med en bane av blanding B i forhold til blanding A, synes således bare å medføre forbedring når det gjelder akselerasjon på is, og ikke bremsing på is.

Eksperimentblandinger C og D representerer modifikasjoner av blanding B ved at de inneholder 20 pph tre- eller cellulose-fibrer i stedet for 20 pph silika. Blandinger C og D inneholder også ytterligere 20 pph olje for gummibearbeiding i den hensikt å oppnå samme Shore A-hardhet som hos blanding B. Ut fra dataene i tabell 1 er det åpenbart at dekkene med baneblandinger som inneholder fibrer (kompounder C og D) gir signifikante forbedringer når det gjelder akselerasjon og bremsing på is, sammenlignet med et dekk med en bane av blanding B uten fibrene. Konklusjonen er derfor at ved å bytte ut en del av silikaet med tre- eller cellulose-fibrer, så forbedres dekkets egenskaper ved bremsing på is.

Blanding E er en modifikasjon av blanding B ved at den inneholder 20 pph keramiske kuler i stedet for 20 pph silika. Det er åpenbart at anvendelse av keramiske kuler forbedret is-egenskapene for blanding E, sammenlignet med sammenligningsmaterialet B uten keramiske kuler.

Det er åpenbart ut fra resultatene fra testing av egenskaper på is for kompounder C, D og E, at sammenlignet med sammenligningsmaterialet B så vil delvis erstatning av silikafyllstoffet i dekkbanens gummiblanding med enten fibrer eller hule keramiske kuler forbedre dekkenes generelle egenskaper på is, særlig bremsing på natur-is.

Eksempel 2

Den følgende tabell angår sammenligningsmateriale F og eksperimentmaterialet G. Sammenligningsmaterialet F er vist uten det spesielle tilsetningsmateriale som er innbefattet i eksperimentmaterialet G. Eksperimentmaterialet G er likt sammenligningsmaterialet F, med unntak av at noe av silikaet er erstattet med cellulose- og tre-fibrer.

Trefibrene og cellulosefibrene er de samme som er anvendt i eksempel 1, likeledes bestanddelene i gummikompounden, unntatt der hvor det er angitt.

Resultatene bekrefter at dekk som inneholder cellulose- og trefibrer som en delvis erstatning for silika-fyllstoffet (eksperimentmateriale G), har forbedrede egenskaper på is sammenlignet med et tilsvarende silika-forsterket gummimateriale (sammenligning F) uten fibrene.

Det skal bemerkes at det ble anvendt en annen kombinasjon av elastomerer og andre konsentrasjoner av silika og fibrer enn anvendt i materialene i eksempel 1. Dette underbygger det trekk ved oppfinnelsen at tilsetningen av materialer for å forbedre egenskapene på is ikke er begrenset til elastomerblandingene og fiber- og fyllstoff-nivåene i eksempel 1.

Eksempel 3

I den følgende tabell 3 er sammenligningende gummi-

blanding H lik sammenligningsblanding B anvendt i eksempel 1.

De angitte eksperimentelle gummiblandinger I og J har samme sammensetning som sammenligningende gummiblanding H, med unntak av at en liten mengde av enten trefibrer eller cellulosefibrer ble anvendt i tillegg til en liten mengde ekstra koplingsmiddel. Ikke noe silika ble erstattet ved å tilsette fibrer. Det ble heller ikke tilsatt noen ytterligere mengde gummibearbeidingsolje, og dette resulterte i gummiblandinger som hadde høyere verdier for Shore A-hardhet enn sammenligningsblanding H.

Det ble anvendt samme trefibrer og cellulosefibrer som i eksemplene foran, og dette gjelder også kompounderingsbestanddelene, unntatt der hvor det er angitt.

Det kan lett ses at dekk med baner bestående av de eksperimentelle gummiblandinger I og J med fibertilsetninger, ga svært signifikante forbedringer i akselerasjon på is, sammenlignet med dekket med bane av sammenligningende gummiblanding H.

Ved bremsing på is viste imidlertid dekket med bane av eksperimentblanding K, som inneholdt trefiber, en svak reduksjon i egenskaper, og dekket med bane av eksperimentblanding J, som inneholdt cellulosefibrer, ga en signifikant forbedring i egenskaper.

Claims (11)

1. Pneumatisk dekk, karakterisert ved at det har en bane av et gummimateriale med Shore A-hardhet i et område fra 45 til 65, og som omfatter, basert på 100 vektdeler gummi, (a) fra 95 til 100 pph av minst en dien-basert elastomer med Tg under -30 °C, og tilsvarende inntil 5 pph av minst én ytterligere dien-basert elastomer med Tg på -30 °C eller over, (b) fra 30 til 110 pph forsterkende fyllstoff omfattende (i) utfelt silika som inneholder silanolgrupper på overflaten og (ii) sot, hvilket forsterkende fyllstoff består av fra 10 til 107 pph silika og fra 3 til 20 pph sot, (c) fra 2 til 30 pph av minst ett tilsetningsstoff valgt blant (i) minst én organisk fiber med hydroksylgrupper på overflaten, valgt blant cellulosefibrer og trefibrer, og (ii) hule, kuleformede, keramiske partikler med silanolgrupper på overflaten, og (d) minst ett koplingsmiddel med en gruppe som er reaktiv overfor silanolgruppene på silikaet og de keramiske partikler og overfor hydroksylgruppene på cellulose- og/eller tre-fibrene, og en annen gruppe som er interaktiv med minst én av de dien-baserte elastomerer.

2. Dekk ifølge krav 1, karakterisert ved at silikaet er kjennetegnet ved å ha et BET-overflateareal i området fra 80 til 360 m<2>/g, og en DBP-absorpsjonsverdi i et område fra 150 til 350cm3/100 g.

3. Dekk ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at cellulosefibrene i dekkbanen har et midlere lengde/bredde-forhold i området fra 5/1 til 200/1, og en midlere lengde i området fra 50 til 5000 /im.

4. Dekk ifølge krav 1, karakterisert ved at tre-tilsetningsstoffet i dekkbanen er fibrer som inneholder lignin, som har et midlere lengde/bredde-forhold i området fra 2/1 til 50/1 og som har en midlere lengde i området fra 20 til 2500 fim.

5. Dekk ifølge krav 1, karakterisert ved at tilsetningsstoffet i dekkbanen er kuleformede, hule, keramiske partikler med en midlere diameter i området fra 30 til 500 fim og at de består av en aluminosilikat-blanding.

6. Dekk ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at cellulosefibrene inneholdt i dekkbanen har et midlere lengde/- bredde-forhold i området fra 5/1 til 200/1, og en midlere lengde i området fra 50 til 5000 fim, at trefibrene inneholdt i dekkbanen inneholder lignin, har et midlere lengde/bredde-forhold i området fra 2/1 til 50/1 og en midlere lengde i området fra 20 til 2500 fim, og at de kuleformede, hule, keramiske partikler inneholdt i dekkbanen har en midlere diameter i området fra 30 til 500 fim og at de består av en aluminosilikat-blanding.

7. Dekk ifølge krav 6, karakterisert ved at cellulosefibrene har en renhet på fra 90 vekt% til 100 vekt%.

8. Dekk ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at cellulosefibrene inneholdt i dekkbanen har et midlere lengde/- bredde-forhold i området fra 10/1 til 100/1 og en midlere lengde i området fra 100 til 2000 fim, at trefibrene inneholdt i dekkbanen inneholder lignin har et midlere lengde/bredde-forhold i området fra 3/1 til 20/1 og en midlere lengde i området fra 50 til 1500 fim, og at de kuleformede, hule, keramiske partikler inneholdt i dekkbanen har en midlere diameter i området fra 30 til 150 fim og at de består av en aluminosilikat-blanding.

9. Dekk ifølge krav 1-8, karakterisert ved at den dien-baserte elastomer med Tg under -30 °C inneholdt i dekkbanen, er minst én elastomer, og forutsatt at hele blandingen har Tg under -30 °C, så er elastomeren valgt blant cis-l,4-polybutadien som inneholder minst 92 % cis-l,4-struktur, cis-l,4-polybutadien som inneholder fra 35 til 45 % cis-l,4-struktur, vinyl-polybutadien med fra 40 til 70 % vinyl-1,2-innhold, cis-l,4-polyisopren, isopren/butadien-kopolymerer, styren/butadien-kopolymerer, styren/isopren-kopolymerer og styren/isopren/butadien-terpolymerer.

10. Dekk ifølge krav 1-9, karakterisert ved at koplingsmiddelet er et bis-(trialkoksysilylalkyl)polysulfid med fra 2 til 8 sammenbindende svovelatomer i svovelbroen, og hvor vektforholdet mellom koplingsmiddel og silika pluss tilsetningsstoffer) er i området fra 1/8 til 1/20.

11. Dekk ifølge krav 1-10, karakterisert ved at koplingsmiddelet er et bis-3(trietoksysilylpropyl)polysulfid som inneholder gjennomsnittlig fra 2 til 5 sammenbindende svovelatomer i svovelbroen.