DE3920175C2 - Gummimischung für Fahrzeugreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gummimischung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Bei Fahrzeugreifen, insbesondere solchen für Sportwagen, kommt es zunächst auf die Fahrstabilität bei hohen Geschwindigkeiten an. Hierbei ist Maßstab tan δ, eine Größe, die ein Maß für die Greif­ festigkeit, d. h. die Reibungshaftung zwischen Reifen und Straße ist. Je größer tan δ ist, um so besser ist die Greiffestigkeit des Reifens. Man mißt im allgemeinen tan δ bei 0° (= nasse Straße) und bei 60° (= trockene Straße).

Eine weitere wichtige Größe bei Reifen ist die Bruchfestigkeit T_B (N/mm²) d. h. die Spannungsfestigkeit bis zum Bruch. Je höher die Bruchfestigkeit ist, um so besser ist es.

Schließlich ist auch der Verschleißwiderstand (V) von Bedeutung. Bei diesem geht man von einem Vergleichsbeispiel aus, und gibt in Prozent die Abnutzung des Testvulkanisats an. Es gilt also

Diese Größen werden beeinflußt durch die verschiedenen Komponenten und ihre prozentualen Mengen in der Gummimischung sowie die Eigen­ schaften der Komponenten.

Bei einer bekannten Mischung der eingangs erwähnten Art (US-PS 4 703 079) ist nichts über die Glasübergangstemperatur (Tg) des Sty­ rol-Butadien-Gummis, den ΔDBP-Wert des Rußes N103 und den ΔDst- Wert des Rußes N103 bekannt. Diese Größen sind im Hinblick auf die Greiffestigkeit, die Bruchfestigkeit und den Verschleißwiderstand von Reifen von großer Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gummimischung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die hinsichtlich der Greiffe­ stigkeit, der Bruchfestigkeit und des Verschleißwiderstandes opti­ mal ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß dem Kennzeichen des An­ spruchs 1 gelöst.

Wie sich aus der beigefügten Tabelle 3 ergibt, sind für Gummimi­ schungen der erfindungsgemäßen Art die erwähnten kritischen Größen (Greiffestigkeit, Bruchfestigkeit und Verschleißwiderstand) und eine weitere Größe, nämlich die Bruchenergie, besser als in be­ kannten Fällen.

Es sei erwähnt, daß eine weitere Gummimischung für Reifen bekannt ist (US-PS 4 477 621). Diese unterscheidet sich jedoch in mehrfa­ cher Hinsicht von der Mischung gemäß der Erfindung: So ist bei der bekannten Mischung N₂SA im Bereich von 35 bis 105 m²/g, bei der erfindungsgemäßen Mischung hingegen im Bereich von 140-160 m²/g. Über die Glasübergangstemperatur werden in der US-PS 4 477 621 keine Ausführungen gemacht. Entsprechendes gilt für den ΔDst-Wert.

Erfindungsgemäß gehört der Dien-Gummi zu der Gruppe natürlicher Gummi, Polyisopren-Gummi, Butadien-Gummi, Butyl-Gummi und haloge­ nierter Butyl-Gummi.

N₂SA ist definiert als: Stickstoffadsorptionsoberflächen­ bereich (m²/g). Die Messung wird gemäß ASTM D-3037-78 "Standard Methods of Testing Carbon Black-Surface Area by Nitrogen Adsorption", Method C, gemacht.

DBP ist definiert als Dibutyl-Phthalat-Adsorption (ml/100 g): JIS K-6221 (1982), "Method of Testing Carbon Black for Rubbers", Section 6.1.2 (1), Method A.

ΔDBP ist bestimmt als: DBP vermindert um 24M 4 DBP. Diese Adsorption wird gemessen gemäß ASTM D-3493.

ΔDst ist definiert durch "Aggregate Size Distribution of Dst Diameter". Auf diese Weise wird die Partikelgröße nie­ dergeschlagener Rußteilchen bestimmt, wobei man das Prin­ zip ausnutzt, daß ein bestimmtes Material mit größerem Stokes-Durchmesser in größerem Umfang diffus gemacht wer­ den kann. Eine Zentrifugalklassifikation wird mittels ei­ ner Scheibenzentrifuge durchgeführt, die von der Firma Joyce Loebl Co., England, geliefert wird. Eine Rußmenge wird getrocknet und genau abgewogen. Dann erfolgt eine Zusetzung einer wässrigen Lösung, die 20 Volumen-% Äthanol und ein Oberflächenentspannungsmittel enthält. Dadurch wird eine Dispersion geschaffen mit einer Konzen­ tration von 5 mg/100 ccm. Die vollständige Dispersion wird ultraschallbehandelt. In die Zentrifuge wird bei 8000 Umdrehungen pro Minute 10 ml einer Spindelflüssig­ keit in destilliertem Wasser gegeben, dann folgt eine Zu­ gabe von 0,5 ml eines Puffers in 50 Volumen-% Äthanol und schließlich die Zugabe von 0,5 bis 1,0 ml der Ruß­ dispersion mittels einer Spritze. Dann folgt eine Zentri­ fugierung, um eine Verteilungskurve der Aggregate zu er­ halten. ΔDst ist bestimmt als die halbe Breite der maxi­ malen Absorption des resultierenden Histogramms.

Der N₂SA des gemäß der Erfindung eingesetzten Rußes liegt in einem Bereich von 140 bis 160 m²/g. Ist der Wert kleiner als 140 m²/g, so ist die Gummimischung weniger wider­ standsfähig gegenüber Verschleiß. Ist der Wert größer als 160 m²/g, wird der Gummi unangenehm heiß.

DBP ist größer als 120 ml/100 g, da eine kleine­ re Adsorption nicht eine Verbesserung des Verschleißwi­ derstandes und der Fahrstabilität mit sich bringt.

ΔDBP ist größer als 30 ml/100 g. Kleinere Werte führen zu einer Verschlechterung bezüglich des tan δ bei hohen Temperaturen und insofern zu einer unstabilen Fahrstabilität.

ΔDst ist nicht größer als 50 nm. Eine Überschrei­ tung dieser Grenze führt zu einer schnellen Abnutzung und einer schlechten Fahrstabilität.

Die Menge an Ruß, die zugesetzt wird, sollte in dem Be­ reich von 50 bis 200 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Ge­ wichtsteile des Basisgummis liegen. Kleinere Mengen führen nicht zu einer Verbesserung in der Verschleißfe­ stigkeit, wohingegen größere Mengen dazu führen, daß der Ruß sich nicht gleichmäßig in dem Basisgummi verteilt. Das hätte zur Folge, daß die physikalischen Eigenschaften des Gummis verschlechtert sind.

Die erfindungsgemäße Gummimischung kann, wenn gewünscht, mit verschiedenen weiteren Additiven, die allgemein be­ kannt sind, vermischt werden. So können Vulkanisierungs­ beschleuniger, Vulkanisierungsaktivatoren, Antioxidantien, Weichmacher, Füller u. dgl. zugesetzt werden. Als Vulkani­ sierungsmittel kommt beispielsweise Schwefel in Frage.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert. Alle Angaben sind Gewichtsteile, es sei denn, es wird etwas anderes ausdrücklich erwähnt.

Erfindungsbeispiele 1-5 Vergleichsbeispiele 1-15

Es wurden verschiedene Gummimischungen hergestellt, wie sich im einzelnen aus Tabelle 3 ergibt. Die SBR-Gummis und die Ruße ergeben sich aus den Tabellen 1 und 2. Die Mischungen wurden geknetet und bei 148°C 30 Minuten lang vulkanisiert.

Alle Vulkanisate wurden auf tan δ bei 0°C und 60°C, Spannungsfestigkeit bis zum Bruch (T_B), Bruchenergie und Verschleißfestigkeit bei Bedingungen, die sich weiter unten ergeben, getestet, wobei die Ergebnisse sich aus Tabelle 3 ergeben.

tan δ

Die Messungen wurden mit einem Viskoelastizitätsspektro­ meter von Iwamoto Seisakusho Co., Japan, gemacht mit einer Beanspruchung von 10 ± 2%, einer Frequenz von 20 Hz und einer Temperatur von 0° und 60°C. Diese Be­ dingungen entsprachen einer Reifengriffigkeit auf nasser Straße bei 0°C und auf trockener Straße bei 60°C. Je hö­ her der Wert, um so höher die Greiffestigkeit.

Spannungsfestigkeit (T_B)

Diese Festigkeit wurde gemacht, um die Bruchfestigkeit des Vulkanisats festzulegen. JIS K-6301 folgte. Je höher der Wert war, um so größer ist die Bruchfestigkeit.

Bruchenergie

Dieser Wert wurde bestimmt durch den Bereich, der erfor­ derlich ist für einen Bruch bei einer Kraftspannungskurve. Je höher der Wert ist, um so besser ist es.

Abnutzungswiderstand

Es wurde eine Abnutzungsmaschine gemäß dem Goodrich Pico-Typ verwendet. Die Abnutzung wurde gemäß folgender Gleichung bestimmt:

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3 (Fortsetzung)

Claims (2)

1. Gummimischung für Fahrzeugreifen, insbesondere für deren Lauffläche,
bestehend aus 100 Gew.-Teilen eines Basisgummis, hergestellt aus wenigstens einem Styrol-Butadien-Gummi oder aus einer Mischung hiervon mit einem anderen Dien-Gummi und
50-200 Gew.-Teilen Ruß mit folgenden Werten:
N₂SA (= Stickstoff Adsorptions-Oberflächenbereich): 140-160 m²/g
DBP (= Dibutyl-Phthalat-Adsorption): größer als 120 ml/100 g
dadurch gekennzeichnet,
daß die Glasübergangstemperatur (Tg) des Styrol-Butadien-Gummis größer als -40°C ist, und
daß der Ruß ein ΔDBP (= DBP minus 24M 4 DBP) größer als 30 ml/100 g und
ein ΔDst (= Aggregat-Größen-Verteilung des Dst-Durchmessers) klei­ ner als 50 nm hat.

2. Gummimischung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dien-Gummi zu der Gruppe natür­ licher Gummi, Polyisopren-Gummi, Butadien-Gummi, Butyl- Gummi und halogenierter Butyl-Gummi gehört.