DE69114431T2

DE69114431T2 - Reifen mit Lauffläcke.

Info

Publication number: DE69114431T2
Application number: DE69114431T
Authority: DE
Inventors: Tom Diminique Linster
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1990-09-24
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2011-09-13
Also published as: CA2036210A1; US5082901A; JPH04261446A; DE69114431D1; EP0477682A1; EP0477682B1; ATE130020T1

Description

Gebiet

Diese Erfindung betrifft einen Gummiluftreifen mit einer Gummilauffläche aus einer spezifizierten Kautschukzusammensetzung.

Hintergrund

Gummiluftreifen werden herkömmlicherweise mit einer Gummilauffläche hergestellt. Eine derartige Lauffläche ist oft aus einer Kautschukmischung zusammengesetzt.
In einem Aspekt kann der Kautschukverbundwerkstoff für die Lauffläche so ausgelegt sein, daß er den Rollwiderstand des Reifens verbessert ohne seine Bodenhaftung (Griffigkeit) oder Laufflächenabnutzung übermäßig zu opfern. Ein derartiger oft wünschenswerter Aspekt ist üblicherweise mit einem einzigen Laufflächenkautschuk-Compound schwer zu erreichen, da beispielsweise die Rollwiderstandreduzierung typischerweise auf Kosten der Bodenhaftung und/oder Laufflächenabnutzung erzielt wird.
Gummiluftreifen sind mit Laufflächen hergestellt worden, die für einen solchen Zweck aus Butadien/Styrol-Copolymer, Naturkautschuk und cis-1,4-Polybutadienkautschuk zusammengesetzt waren, worin der Butadien/Styrol-Kautschuk 20-25 Prozent Styrol enthielt. Bezogen auf 100 Gewichtsteile der Kautschukkomponente könnte eine derartige Lauffläche zum Beispiel aus etwa 50 Teilen Butadien/Styrol- Copolymer, das 20-25 Prozent Styrol enthält, etwa 25 Teilen natürlichem cis-1,4-Polyisopren und etwa 25 Teilen cis-1,4- Polybutadien zusammengesetzt sein.
EP-A-216 588 betrifft allgemein eine Reifenlauffläche, die aus einer Kautschukzusammensetzung aus 10-90 Teilen, bezogen auf 100 Teile, von mindestens einem Dienkautschuk mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von nicht mehr als -65ºC und 90-10 Teilen von mindestens einem Dienkautschuk mit einer Tg von nicht weniger als -55ºC zusammengesetzt ist. Butylkautschuk kann ebenfalls in der Mischung eingeschlossen sein. Ihr Beispiel 2 verwendet eine Mischung von Polybutadienkautschuk, Naturkautschuk und durch Emulsionspolymerisation hergestelltem Styrol/Butadien- Copolymer-Kautschuk für Polymere mit einer Tg von nicht mehr als -65ºC.
JP-A-62/260843 offenbart eine Reifenlauffläche, die, bezogen auf 100 Teile, aus 5-30 Teilen Polybutadienkautschuk mit einer Tg unter -70ºC, 5-50 Teilen Naturkautschuk und mindestens einem Styrol/Butadien-Copolymer-Kautschuk mit einer Tg über -50ºC zusammengesetzt ist.

Offenbarung und Durchführung der Erfindung

In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird ein Gummiluftreifen mit einer Gummilauffläche, wie in Anspruch 1 angeführt, bereitgestellt.
Vorzugsweise ist der cis-1,4-Polyisoprenkautschuk Naturkautschuk.
Typischerweise hat der Butadien/Styrol-Copolymer-Kautschuk eine Glasübergangstemperatur (Tg) im Bereich von -25 bis -50ºC, hat der cis-1,4-Polyisoprenkautschuk eine Tg im Bereich von -65 bis -85ºC und hat der cis-1,4-Polybutadienkautschuk eine Tg im Bereich von -75 bis -105ºC.
Die Tg repräsentiert die Glasübergangstemperatur der jeweiligen Kautschuke in ihrem unvulkanisierten, uncompoundierten Zustand. Sie kann durch ein Differentialscanningkalorimeter bei einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute bestimmt werden.
Es ist erforderlich, daß die Tg des Butadien/Styrol-Copolymer- Kautschuks um mindestens 3000 von der Tg des cis-1,4-Polyisopren- und des cis-1,4-Polybutadienkautschuks getrennt ist.
Die Bedeutung, daß die Kautschuke so charakterisiert sind, daß ihre Tgs deutlich durch eine meßbare Größe getrennt sind, ist&sub1; wird so angenommen, daß ein Kautschuk bei der Bereitstellung guter Bodenhaftung für die Lauffläche hilft und ein anderer Kautschuk bei der Bereitstellung guter Niedertemperatur-Flexibilität für die Lauffläche hilft.
Es wird angenommen, daß die Verwendung des Butadien/Styrol- Copolymer-Kautschuks mit dem höheren Anteil an Styrolgehalt (30- 35 Prozent) dabei hilft, den Reifen mit guter Bodenhaftung auf nasser Oberfläche auszustatten, insbesondere im Vergleich mit einem Butadien/Styrol-Copolymer-Kautschuk mit einem niedrigeren (20-25 Prozent oder weniger) Styrolgehalt.
Es ist dem Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres klar, daß die Kautschukzusammensetzungen der Lauffläche mit herkömmlichen Compoundierbestandteilen, wie Rußschwarz, Siliciumdioxid, Antiabbaumitteln, Weichmacheröl, Stearatsäure oder einem Zinkstearat, Zinkoxid, Schwefel-liefernden Materialien und Beschleunigern dafür, compoundiert werden.
Ein derartiges compoundieren von Kautschuk ist dem Fachmann auf diesem Gebiet wohlbekannt. Antiabbaumittel sind typischerweise vom Amin- oder Phenoltyp. Während Stearinsäure typischerweise als ein Kautschuk-Compoundierbestandteil bezeichnet wird, kann man darauf hinweisen, daß der Bestandteil selbst üblicherweise als Mischung von hauptsächlich aus Stearinsäure zusammengesetzten organischen Säuren mit mindestens einer von Ölsäure, Linolensäure und Palmitol- und/oder Palmitinsäure erhalten und verwendet wird. Die Mischung kann kleinere Mengen (weniger als etwa sechs Gewichtsprozent) Myristinsäure, Arachinsäure und/oder Arachidonsäure enthalten. Auf dem Gebiet der Kautschuk-Compoundierung wird ein solches Material oder eine solche Mischung herkömmlicherweise als Stearinsäure bezeichnet.
Dort, wo normale oder typische Kautschukcompoundiermengen oder -mengenbereiche derartiger Additive verwendet werden, werden sie ansonsten nicht als ein wesentlicher Teil der Erfindung betrachtet. Zum Beispiel könnten einige der Bestandteile in einem Aspekt als Verarbeitungshilfsstoffe klassifiziert werden. Derartige Verarbeitungshilfsstoffe können beispielsweise Kautschuk- Weichmacheröl, wie paraffinische, naphthenische und aromatische Weichmacheröle, die typischerweise im Bereich von etwa 2 bis etwa TpH verwendet werden; Wachse, wie mikrokristalline und paraffinische Wachse, die typischerweise in einem Bereich von etwa 1-5 TpH und oft in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 3 TpH verwendet werden; und Harze, üblicherweise als Klebrigmacher, wie zum Beispiel synthetischer Kohlenwasserstoff und Naturharze, die typischerweise in einem Bereich von etwa 1-5 TpH und oft in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 3 TpH verwendet werden, sein. Ein Vulkanisiermittel könnte als eine Kombination von Schwefel und Schwefel-Vulkanisationsbeschleuniger (n) für den Kautschukcompound (üblicherweise einfach als Beschleuniger bezeichnet) oder ein Schwefel-Donor/Beschleuniger klassifiziert werden. In einem Schwefel- und Beschleuniger-Vulkanisiermittel liegt die verwendete Schwefelmenge in einem Bereich von etwa 0,5 bis 5 TpH und üblicherweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 3 TpH; und der/die Beschleuniger, oft vom Sulfenamid-Typ, wird (werden) in einem Berech von etwa 0,5 bis etwa 3 TpH und oft in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 2 TpH verwendet. Der Begriff "TpH" bezieht sich auf Gewichtsteile des betreffenden Bestandteils pro einhundert Gewichtsteile Kautschuk in der Kautschukzusammensetzung. Ein derartiger Begriff wird auf dem Gebiet der Kautschukcompoundierung häufig verwendet.
Nach dem Mischen kann der compoundierte Kautschuk zu einer Reifenlauffläche gefertigt und unter Bedingungen von Wärme und Druck mittels Verfahren, die dem Fachmann auf diesem Gebiet wohlbekannt sind, vulkanisiert werden.
Der hergestellte erfindungsgemäße Reifen wird herkömmlicherweise durch Verfahren, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind, geformt und vulkanisiert.
Die Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele, in denen Teile und Prozente, sofern nicht anders angegeben, Gewichtsteile und -prozente sind, besser verstanden werden.

BEISPIEL I

Mischungen von Butadien/Styrol-copolymer-Kautschuk mit einer Tg von etwa -40ºC, cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk und cis-1,4- Polybutadienkautschuk mit Tgs von etwa -70ºC beziehungsweise etwa -105ºC wurden hergestellt, die die Kautschuke, das Rußschwarz und das Weichmacheröl, die in Tabelle 1 als Experimente A-D gezeigt sind, umfaßten. Die Tg des Butadien/Styrol-Copolymers war vom Naturkautschuk um 30ºC und vom Polybutadienkautschuk um 60ºC verschieden. Tabelle 1 Teile Material Styrol/Butadien-Kautschuk¹ Naturkautschuk² cis-1,4-Polybutadien³ Rußschwarz Weichmacheröl (aromatisch) 1. Styrol/Butadien-Oopolymer-Kautschuk, der etwa 35% Styrol enthält und eine Tg von etwa -40ºC hat. 2. Naturkautschuk (cis-1,4-Polyisopren) mit einer Tg von etwa -70ºC. 3. cis-1,4-Polybutadienkautschuk mit einer Tg von etwa -105ºC.
Der compoundierte Kautschuk enthielt auch herkömmliche Mengen Antiabbaumittel vom Paraphenylendiamin-Typ, Stearinsäure, Zinkoxid, Schwefel und Beschleuniger vom Sulfenamid-Typ.

BEISPIEL II

Die hergestellten Kautschukzusammensetzungen wurden etwa 18 Minuten bei einer Temperatur von etwa 150ºC vulkanisiert, und die resultierenden vulkanisierten Kautschukproben auf ihre physikalischen Eigenschaften bewertet, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. Die Versuchsproben A-D entsprechen den Versuchsproben A-D von Beispiel 1. Tabelle 2 Eigenschaften Zugfestigkeit (KPa) Modul (300%) Dehnung (%) Dynamischer Modul (ºC) tan delta (ºC)
Die Betrachtung der physikalischen Eigenschaften des Kautschukverbundwerkstoffs zeigt, daß Kautschukverbundwerkstoffe mit dualen Tgs verbesserte Eigenschaften in der Bodenhaftung bei Nässe und im Niedertemperatur-Verhalten und Rollwiderstand ergeben.
Der Beitrag des höheren Styrolgehalts für den Butadien/Styrol- Copolymer-Kautschuk wird als wichtig für die Naß-Bodenhaftung für eine Reifenlauffläche erachtet.
Auch wird der Beitrag des Erfordernisses, daß die Tg des Butadien/Styrol-oopolymers um mindestens 30ºC von den Tgs für die Natur-und Polybutadienkautschuke verschieden ist, als wichtig für das Reifenlaufflächen-Gleiten und Verhalten bei Nässe angesehen.

BEISPIEL III

Ein Gummiluftreifen mit einer Gummilauffläche, die aus der Kautschukzusammensetzung von Experiment D zusammengesetzt war, wurde hergestellt. Es wurde beobachtet, daß der Reifen die folgenden vorteilhaften Ergebnisse aufwies: (A) gute Bodenhaftung auf nassen Straßen; (B) gute Bodenhaftung auf Schnee und insbesondere Eis; und (C) gute Abriebfestigkeit und geringen Roliwiderstand.
Somit wird die Verwendung des Butadien/Styrol-Kautschuks mit sich von jenen des Naturkautschuks und Polybutadienkautschuks deutlich um mindestens 30ºC unterscheidenden Tgs für die Reifenlauffläche als vorteilhaft angesehen, da sie über einen weiten Bereich von Reifen-Betriebstemperaturen gutes Reifenverhalten bietet.
Ferner soll die Verwendung des höheren Styrolgehalts für den Butadien/Styrol-Copolymer-Kautschuk in der erforderlichen Kautschukmischung für eine Verbesserung der Bodenhaftung bei Nässe ohne nennenswerten Verlust der Winter-Bodenhaftung und des Rollwiders tands sorgen.
Zwar wurden zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Details gezeigt, doch wird es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen darin vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Luftreifen mit einer Gummilauffläche, worin der Laufflächenkautschuk, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Laufflächenkautschuks, umfaßt

(1) 40 bis 60 Gewichtsteile Styrol/Butadien-Copolymer- Kautschuk, der in seinem unvulkanisierten, uncompoundierten Zustand eine Tg in einem Bereich von -25ºC bis -50ºC und einen Styrolgehalt von 30 bis 35 Prozent aufweist;

(2) 20 bis 30 Gewichtsteile cis-1,4-Polyisoprenkautschuk, der in seinem unvulkanisierten, uncompoundierten Zustand eine Tg in einem Bereich von -65ºC bis -85ºC aufweist; und

(3) 20 bis 30 Gewichtsteile cis-1,4-Polybutadienkautschuk, der in seinem unvulkanisierten, uncompoundierten Zustand eine Tg in einem Bereich von -75ºC bis -105ºC aufweist,

wobei die Tg des Styrol/Butadien-Copolymer-Kautschuks um mindestens 30ºC höher als die Tgs des cis-1,4- Polyisoprenkautschuks und des cis-1,4-Polybutadienkautschuks ist.

2. Reifen nach Anspruch 1, worin der cis-1,4-Polyisoprenkautschuk Naturkautschuk ist.