DE69217939T2 - Luftreifen mit einem mehrschichtigen Innenbelag - Google Patents
Luftreifen mit einem mehrschichtigen InnenbelagInfo
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Description
- Die innere Oberfläche eines Luftreifens umfaßt typischerweise eine elastomere Zusammensetzung, die dazu bestimmt ist, das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit aus der inneren Luftkammer des Reifens in die Karkasse zu verhindern oder zu verzögern. Sie wird oft als Zwischenlage bezeichnet. Zwischenlagen werden seit vielen Jahren auch in schlauchlosen Fahrzeug-Luftreifen verwendet, um das Austreten von zum Aufpumpen des Reifens verwendeter Luft zu verzögern oder zu verhindern, wodurch der Reifendruck aufrechterhalten wird. Kautschuke, wie z.B. Butyl- und Halogenbutyl-Kautschuke, die relativ luftundurchlässig sind, werden oft als Hauptanteil der Zwischenlagen verwendet.
- Die Zwischenlage wird normalerweise durch herkömmliche Kalandrier- oder Walzverfahren hergestellt, um einen unvulkanisierten compoundierten Kautschukstreifen mit angemessener Breite zu bilden, der manchmal als Gummistreifen bezeichnet wird. Typischerweise ist der Gummistreifen das erste Element des Reifens, das auf eine Reifenkonfektioniertrommel aufgebracht wird, über und um welches herum der restliche Reifen konfektioniert wird. Wenn der Reifen vulkanisiert wird, wird die Zwischenlage ein integraler covulkanisierter Bestandteil des Reifens. Reifen-Zwischenlagen und Verfahren zu ihrer Herstellung sind Fachleuten auf einem derartigen Gebiet wohlbekannt.
- Halogenbutyl-Kautschuk ist im allgemeinen der teuerste in einem Reifen verwendete Kautschuk. Angesichts des kompetitiven Reifenmarkts und der andauernden Notwendigkeit, die Kosten der Herstellung von Reifen zu senken, ohne daß die Eigenschaften Schaden nehmen, besteht die Notwendigkeit, die Kosten für Zwischenlagen, die eine derart wichtige Funktion bei dem Verhalten eines Reifens erfüllen, zu beseitigen oder erheblich zu verringern.
- Von Acrylnitril/Butadien-Copolymeren ist allgemein bekannt, daß sie hervorragende Luftundurchlässigkeit besitzen. Da Acrylnitril/Butadien-Copolymere herkömmlicherweise wirtschaftlicher sind als Halogenbutyl-Kautschuke, würde man hoffen, daß derartige Acrylnitril/Butadien-Copolymere als Zwischenlage verwendet werden können.
- Leider haben Acrylnitril/Butadien-Copolymere den Nachteil, daß sie bei niedrigen Temperaturen unannehmbare Biegeeigenschaften besitzen. Da ein in einer Zwischenlage verwendeter Kautschuk biegsam sein muß und ein Luftreifen während seiner Lebensdauer gewöhnlich auch sehr niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist, würde man erwarten, daß die Verwendung eines Acrylnitril/Butadien-Copolymers als Zwischenlage zu einem Versagen führt.
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einer mehrschichtigen Zwischenlage. Die Verwendung einer Deckschicht und eines mindestens dreischichtigen Laminats, wobei mindestens zwei Sperrschichten aus einem Acrylnitril/Dien-Copolymer bestehen, führt zu einer erheblichen Senkung der Kosten der Zwischenlage, wobei gleichzeitig die für Reifen-Zwischenlagen-Anwendungen erforderliche Gesamt-Sperrwirkung und Biegsamkeit aufrechterhalten werden.
- Offenbart wird ein Gummi-Luftreifen mit einer integralen Zwischenlage, die ein Kautschuk-Laminat mit einer Deckschicht und mindestens drei zusätzlichen Schichten umfaßt, worin die Deckschicht der Karkasse des Reifens am nächsten liegt und einen Schwefelvulkanisierten Kautschuk, der aus Naturkautschuk, Styrol-Butadien- Kautschuk und Mischungen davon besteht, umfaßt; und
- (a) mindestens zwei der drei Schichten Sperrschichten sind, die jeweils eine Schwefel-vulkanisierte Kautschuk-Zusammensetzung umfassen, welche bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk Gewichtsteile Acrylnitril/Dien-Copolymer mit einem Acrylnitril-Gehalt im Bereich von 30 bis 45% und 25 bis 150 Gewichtsteile eines plättchenförmigen Füllstoffes, der aus der Gruppe bestehend aus Talkum, Tonerde, Glimmer und Mischungen davon ausgewählt ist, enthält; und
- (b) die Dicke jeder Sperrschicht, die 100 Gewichtsteile Acrylnitril/Dien-Copolymer enthält, im Bereich von 25 µm bis 380 µm liegt; und
- (c) mindestens eine Nicht-Sperrschicht aus einem Schwefelvulkanisierten Kautschuk, der aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk, halogeniertem Butylkautschuk, Styrol/Butadien- Kautschuk, cis-1,4-Polybutadien, cis-1,4-Polyisopren, Styrol/Isopren/Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk und Mischungen davon ausgewählt ist, zwischen den beiden Sperrschichten aus Schwefel-vulkanisiertem Kautschuk, die 100 Teile Acrylnitril/Dien-Monomer enthalten, eingefügt ist.
- Die Zwischenlage der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Deckschicht und mindestens drei Schichten aus einer Schwefel -vulkanisierten Kautschuk- Zusammensetzung aufweist. Während drei Schichten das Minimum sind, wird erwägt, daß bis zu 100 Schichten verwendet werden können, da die Haupt- Beschränkung darin besteht, daß es möglich sein sollte, jede einzelne Schicht mit einer ausreichend geringen Dicke, die durch die Gesamtdicke der Zwischenlage ausgeglichen wird, herzustellen und aufeinanderzuschichten. Vorzugsweise umfaßt die Zwischenlage der vorliegenden Erfindung eine Deckschicht und ein Kautschuk-Laminat mit 5 bis 12 Schichten aus einer Schwefel-vulkanisierten Zusammensetzung. Überraschenderweise verringert ein Erhöhen der Anzahl an Schichten in dem Laminat (bei einer vorgegebenen Dicke) die Tieftemperatur-Steifigkeit (gemessen durch ASTM-1053-85). Ein Erhöhen der Anzahl an Schichten verringert auch den Modul bei geringer Belastung bei Raumtemperatur, während es den Modul bei hoher Belastung erhöht.
- Das Kautschuk-Laminat, das als Zwischenlage verwendet wird, enthält mindestens zwei Sperrschichten aus einer Schwefel-vulkanisierten Kautschuk-Zusammensetzung, wobei jede Schicht bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk (ThK) 100 ThK Acrylnitril/Dien-Copolymer mit einem Acrylnitril-Gehalt im Bereich von 30 bis 45% enthält. Die Acrylnitril/Dien-Copolymere sollen Acrylnitril/Butadien- und Acrylnitril/Isopren-Copolymere umfassen. Vorzugsweise ist das Acrylnitril/Dien-Copolymer ein Acrylnitril/Butadien-Copolymer. Das bevorzugte Acrylnitril/Dien-Copolymer hat einen Acrylnitril-Gehalt im Bereich von 32 bis 40%. Mit zunehmenden Anteilen an Acrylnitril nimmt die Luftdurchlässigkeit der Acrylnitril/Dien-Kautschukschicht zu. Leider nehmen die Biegeeigenschaften bei Gefriertemperaturen, d.h. unterhalb -35ºC, mit zunehmenden Anteilen an Acrylnitril ab. Die Mooney-Viskosität des Acrylnitril-Dien-Copolymers wird nicht als einschränkendes Merkmal erachtet.
- Das Acrylnitril/Dien-copolymer-Compound enthält 25 bis 150 ThK eines plättchenförmigen Füllstoffes. Repräsentative Beispiele für die plättchenförmigen Füllstoffe, die verwendet werden können, umfassen Talkum, Tonerde oder Glimmer. Vorzugsweise wird Talkum verwendet. Die bevorzugte Menge an plättchenförmigem Füllstoff hängt von dem gewählten Acrylnitril/Dien-Copolymer ab. Bei Verwendung eines Acrylnitril/Dien-Copolymers mit einem Acrylnitril-Gehalt von 30 bis 35% kann es z.B. bevorzugt sein, hinsichtlich der Gewichtsteile des plättchenförmigen Füllstoffes den oberen Bereich zu verwenden. Wenn man dagegen ein Acrylnitril/Dien-Copolymer mit einem Acrylnitril- Gehalt über 40% verwendet, kann man möglicherweise eine geringere Menge des plättchenförmigen Füllstoffes verwenden.
- Die Dicke jeder Acrylnitril/Dien-Copolymer-Sperrschicht in der Zwischenlage kann je nach der Anzahl von Schichten in dem Laminat sowie der gewünschten Gesamtdicke der Zwischenlage variieren. Allgemein liegt die Dicke jeder Acrylnitril/Dien-Copolymer-haltigen Sperrschicht im Bereich von 25 µm (1 Mil) bis 380 µm (15 Mil). Vorzugsweise liegt die Dicke jeder dieser Sperrschichten im Bereich von 100 µm (4 Mil) bis 320 µm (12 Mil).
- Zwischen den beiden Sperrschichten aus Schwefel -vulkanisiertem Kautschuk, der die 100 Teile Acrylnitril/Dien-Copolymer enthält, befindet sich mindestens eine Schicht (Nicht-Sperrschicht) aus einem herkömmlichen, in Luftreifen verwendeten Kautschuk.
- Repräsentative Beispiele für derartige Kautschuke umfassen Naturkautschuk, halogenierten Butylkautschuk, Butylkautschuk, cis- 1,4-Polyisopren, Styrol-Butadien-Kautschuk, cis-1,4-Polybutadien, Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk oder Mischungen davon. Vorzugsweise ist die Schicht aus Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk oder Mischungen davon zusammengesetzt.
- Die Dicke jeder Nicht-Sperrschicht in der Zwischenlage kann je nach der Anzahl an Schichten in dem Laminat sowie der gewünschten Gesamtdicke der Zwischenlage variieren. Allgemein kann die Dicke jeder Nicht-Sperrschicht im Bereich von 25 µm (1 Mil) bis 1143 µm (45 Mil) liegen. Vorzugsweise kann die Dicke jeder Nicht- Sperrschicht im Bereich von 100 µm (4 Mil) bis 508 µm (20 Mil) liegen.
- Während die Zwischenlage vielfältige Schichten aus verschiedenen Compounds aufweisen kann, handelt es sich bei der Deckschicht (der Schicht, die der Karkasse des Reifens am nächsten liegt) aus Kompatibilitätsgründen und insbesondere dann, wenn es sich bei dem angrenzenden Karkassen-Kautschuk um den gleichen Kautschuk wie die Deckschicht der Zwischenlage handelt, um eine Nicht-Sperrschicht.
- Die vielfältigen Kautschuk-Zusammensetzungen, die jede Schicht der Zwischenlage aufbauen, einschließlich Schichten, die den Acrylnitril/Dien-Kautschuk enthalten, können mit herkömmlichen Kautschuk-Compoundierbestandteilen compoundiert werden. Herkömmliche Bestandteile, die gewöhnlich in Kautschuk-Vulkanisaten verwendet werden, sind z.B. Ruß, klebrigmachende Harze, Verarbeitungs- Hilfsmittel, Antioxidationsmittel, Ozonschutzmittel, Stearinsäure, Aktivatoren, Wachse, Öle und Peptisiermittel. Wie Fachleuten bekannt ist, werden je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck des Schwefelvulkanisierten Kautschuks gewöhnlich bestimmte oben genannte Additive in herkömmlichen Mengen verwendet. Typische Zugabemengen an Ruß umfassen 10 bis 100 Teile pro 100 Gewichtsteile Kautschuk (ThK), vorzugsweise 50 bis 70 ThK. Typische Mengen an klebrigmachenden Harzen umfassen 2 bis 10 ThK. Typische Mengen an Verarbeitungs- Hilfsmitteln umfassen etwa 1 bis 5 ThK. Typische Mengen an Antioxidationsmittel umfassen 1 bis 10 ThK. Typische Mengen an Ozonschutzmitteln umfassen 1 bis 10 ThK. Typische Mengen an Stearinsäure umfassen 0,50 bis 2 ThK. Typische Mengen an Zinkoxid umfassen 1 bis 5 ThK. Typische Mengen an Wachsen umfassen 1 bis 5 ThK. Typische Mengen an Ölen umfassen 2 bis 30 ThK. Typische Mengen an Peptisiermitteln umfassen 0,1 bis 1 ThK. Das Vorhandensein und die relativen Mengen der obigen Additive sind kein Aspekt der vorliegenden Erfindung.
- Die Vulkanisation der Zusammensetzung zur Verwendung als Zwischenlage wird in Gegenwart eines Schwefel-Vulkanisationsmittels durchgeführt. Beispiele für geeignete Schwefel-Vulkanisationsmittel umfassen elementaren Schwefel (freien Schwefel) oder Schwefel-liefernde Vulkanisationsmittel, z.B. ein Amindisulfid, polymeres Disulfid oder Schwefel-Olefin-Addukte. Vorzugsweise ist das Schwefel-Vulkanisationsmittel elementarer Schwefel. Wie Fachleuten bekannt ist, werden Schwefel-Vulkanisationsmittel in einer Menge im Bereich von 0,2 bis 8,0 ThK verwendet, wobei ein Bereich von 0,5 bis 5,0 bevorzugt ist.
- Beschleuniger werden verwendet, um die für die Vulkanisation erforderliche Zeit und/oder Temperatur zu steuern und die Eigenschaften des Vulkanisats zu verbessern. Ein einziges Beschleuniger-System kann verwendet werden, d.h. ein Primärbeschleuniger in herkömmlichen Mengen im Bereich von 0,3 bis 5,0 ThK. Alternativ können Kombinationen von 2 oder mehr Beschleunigern verwendet werden, die aus einem Primärbeschleuniger, der im allgemeinen in einer größeren Menge (0,3 bis 5,0 ThK) verwendet wird, und einem Sekundärbeschleuniger, der im allgemeinen in geringeren Mengen (0,05-1,0 ThK) verwendet wird, bestehen können, um die Eigenschaften des Vulkanisats zu aktivieren und zu verbessern. Es ist bekannt, daß Kombinationen dieser Beschleuniger eine synergistische Wirkung auf die endgültigen Eigenschaften ausüben und diese etwas besser sind als diejenigen, die durch jeden Beschleuniger allein erzielt werden. Außerdem können Beschleuniger mit verzögerter Wirkung verwendet werden, die durch normale Verarbeitungstemperaturen nicht beeinflußt werden, jedoch bei gewöhnlichen Vulkanisationstemperaturen zufriedenstellende Vulkanisate erzeugen. Geeignete Arten von Beschleunigern, die verwendet werden können, sind Amine, Disulfide, Guanidine, Thioharnstoffe, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide, Dithiocarbamate und Xanthate. Vorzugsweise ist der Primärbeschleuniger ein Disulfid oder Sulfenamid. Wenn ein Sekundärbeschleuniger verwendet wird, ist der Sekundärbeschleuniger vorzugsweise eine Guanidin-, Dithiocarbamat- oder Thiuram- Verbindung.
- In der Praxis werden die vielfältigen Kautschuk-Zusammensetzungen verwendet, um ein Laminat zu bilden. Wie Fachleuten bekannt ist, werden die Schichten mit Hilfe einer Presse oder durch Hindurchleiten einer Kautschuk-Zusammensetzung durch eine Walze, einen Kalander, einen Mehrkopfextruder oder eine andere geeignete Vorrichtung hergestellt. Vorzugsweise werden die Schichten mit Hilfe eines Kalanders hergestellt, da man annimmt, daß eine größere Gleichmäßigkeit bereitgestellt wird. Dann werden die Schichten zu einem Laminat zusammengefügt. Das unvulkanisierte Laminat wird dann als innere Oberfläche (freiliegende Innenfläche) einer unvulkanisierten Gummireifen-Struktur, auch bekannt als Karkasse, ausgebildet. Dann wird die Zwischenlage mit der Reifenkarkasse während des Reifen- Vulkanisationsvorgangs unter Bedingungen von Wärme und Druck Schwefel-covulkanisiert. Die Vulkanisation des Reifens, der die Zwischenlage der vorliegenden Erfindung enthält, wird im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 100ºC und 200ºC durchgeführt. Vorzugsweise wird die Vulkanisation bei Temperaturen im Bereich von 110ºC bis 180ºC durchgeführt. Alle gewöhnlichen Vulkanisationsverfahren, wie z.B. Erwärmen in einer Presse oder Form, Erwärmen mit überhitztem Wasserdampf oder heißem Salz oder in einem Salzbad, können verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt das Erwärmen in einer Presse oder Form in einem Fachleuten auf dem Gebiet der Reifenvulkanisation bekannten Verfahren.
- Infolge dieser Vulkanisation wird die Zwischenlage ein integraler Bestandteil des Reifens, indem sie im Gegensatz zu einem einfachen anhaftenden Laminat damit covulkanisiert wird. Typischerweise weist die Zwischenlage der vorliegenden Erfindung eine unvulkanisierte Gummidicke im Bereich von 0,04 bis 0,4 cm auf. Vorzugsweise weist die Zwischenlage eine unvulkanisierte Gummidicke von 0,08 bis 0,2 cm auf. Als vulkanisierte Zwischenlage kann das Laminat eine Dicke im Bereich von 0,02 bis 0,35 cm haben. Vorzugsweise liegt die Dicke im Bereich von 0,04 bis 0,15 cm Dicke.
- Der Luftreifen mit der integralen Laminat-Zwischenlage kann in Form eines Pkw-Reifens, Lastwagenreifens oder einer anderen Art eines Diagonal- oder Radial-Luftreifens ausgebildet werden.
- Die folgenden Beispiele werden angeführt, um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, jedoch nicht zu beschränken.
- Eine Reihe von Laminaten wurde hergestellt, um die vielfältigen Aspekte der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Die Nicht- Sperrschicht-Compounds, die verwendet wurden, umfaßten (1) eine Naturkautschuk (NR)/Styrol-Butadien-Kautschuk (Plioflex (R) 1778)- Mischung in einem NR/SBR-Gewichtsverhältnis von 70/30, und (2) einen Styrol-Butadien-Kautschuk (Plioflex(R) 1502) als einzigen Kautschuk. Plioflex(R) 1502 ist ein Styrol-Butadien-Kautschuk (23% Styrol), der eine Mooney-Viskosität von 55 besitzt und von The Goodyear Tire & Rubber Company vertrieben wird. Die als Sperr-Compounds verwendeten NBRS umfaßten Chemigum (R) RCG-4908 (NBR-43) mit einem Acrylnitril- Gehalt von 43%, Chemigum (R) N-328B (NBR-39) mit einem Acrylnitril- Gehalt von 39% und Chemigum (R) N-628B (NBR-33) mit einem Acrylnitril- Gehalt von 33%. Chemigum (R) ist im Handel von The Goodyear Tire & Rubber Company erhältlich. Bei dem verwendeten Glimmer handelte es sich um einen 105 µm (150 mesh) trockenvermahlenen Phlogopit- Glimmer. Bei dem verwendeten Talkum handelte es sich um ultrafeines Magnesiumsilicat von hoher Reinheit. Bei dem verwendeten Ruß handelte es sich um einen ASTM N-660 (GPF)-Ruß mit einer Dibutylphthalat- Zahl (DPB) von 93 dm³/kg und einer Stickstoff-Fläche von 34 m²/g.
- Die NR/SBR-Nicht-Sperr-Compounds enthielten herkömmliche Mengen an Ruß, Weichmacheröl, Klebrigmachern, Vulkanisationsmitteln, Stearinsäure, Zinkoxid und Beschleunigern. 2,25 ThK Schwefel wurden verwendet. Diese Bestandteile wurden in einem Banbury-Mischer gemischt und auf einem Fertigbearbeitungswalzwerk zu Platten gezogen.
- Das SBR-Nicht-Sperr-Compound wurde wie folgt hergestellt: 100 Teile SBR, 50 Teile Glimmer, 30 Teile Talkum und herkömmliche Mengen an Ruß, Zinkoxid und Stearinsäure wurden einem #1 Banbury-Mischer zugeführt und 5,5 Minuten lang bei 65 UpM gemischt. Das Kautschuk- Compound wurde entnommen und auf einem Fertigbearbeitungswalzwerk zu Platten gezogen. Nach dem Abkühlen wurden 1,70 Teile Schwefel und herkömmliche Mengen an Beschleunigern zugegeben und 2 Minuten lang gemischt. Dann wurde das Kautschuk-Compound entnommen und auf einer Gummiwalze zu Platten gezogen.
- Gefüllte Sperr-Compounds wurden gemäß dem für gefüllte SBR-Nicht- Sperr-Compounds verwendeten Verfahren hergestellt, mit Ausnahme der verschiedenen NBRs, wobei man 100 Teile NBR, 20 Teile Talkum, 1,7 Teile Schwefel und herkömmliche Mengen an Ruß, Zinkoxid, Stearinsäure und Beschleunigern verwendete.
- Ungefüllte SBR-Compounds wurden hergestellt, indem man 100 Teile SBR und herkömmliche Mengen an Zinkoxid und Stearinsäure einem #1 Banbury-Mischer zuführte und zusammen 5 Minuten lang mischte. Dann wurde das Kautschuk-Compound entnommen, zu Platten gezogen und abgekühlt. Das resultierende Kautschuk-Compound wurde zusammen mit herkömmlichen Mengen an Beschleunigern in einem #1 Banbury-Mischer gemischt, indem man etwa die Hälfte der Kautschuk-Vormischung zuführte, 30 Sekunden lang bei 65 UpM mischte, den Rest der Bestandteile gefolgt von der restlichen Kautschuk-Vormischung zugab und weitere 3,5 Minuten lang mischte. Dann wurde das Kautschuk- Compound entnommen und mit einer Fertigbearbeitungswalze zu Platten gezogen.
- Die ungefüllten NBR-43-Gummi-Compounds wurden in der für das ungefüllte SBR-Compound beschriebenen Art und Weise hergestellt.
- Kalandrierte Schichten wurden durch Vorwärmen der Kautschuk-masse auf einer Kunststoffwalze und Kalandrieren derselben, um Schichten der gewünschten Dicke zu erhalten, wobei man die drei unteren Walzen eines Vierwalzen-Brustkalanders mit bei 74-77ºC gehaltenen Walzentemperaturen verwendete, und anschließendes Aufrollen mit einer Polyethylen-Rückseite hergestellt. Im Labor gepreßte Schichten wurden durch 5-minütige Verwendung einer hydraulischen Presse mit Abstandhaltern in der gewünschten Schichtdicke bei 95ºC und 1400 kg hergestellt.
- Laminate wurden durch Aufeinanderschichten von 10,16 cm² (4 Quadratzoll)-Schichten mit der gewünschten Dicke, wobei es sich bei den äußeren Schichten um Nicht-Sperrschichten handelte, hergestellt.
- Die Laminate wurden in einer 0,089 cm dicken 10,16 cm² (4 Quadratzoll)-Form 20 Minuten lang bei 150ºC vulkanisiert. Die Laminate wurden so, wie sie hergestellt worden waren, in die Form gelegt.
- Tabelle I unten führt das Nicht-Sperr-Compound, das Sperr-Compound, die Art des Füllstoffes (M = Glimmer, T = Talkum und CB steht für Ruß), die Bauweise (Anzahl an Schichten und Dicke jeder Schicht in Mil mit abwechselnden Schichten in Nicht-Sperr/Sperr/ Nicht-Sperr- Reihenfolge), die Sauerstoff-Durchlässigkeit für die Gesamtheit der in dem Laminat verwendeten Sperrschichten, die Sauerstoff- Durchlässigkeit für die Gesamtheit der in dem Laminat verwendeten Nicht-Sperrschichten, die Sauerstoff-Durchlässigkeit des gesamten Laminats (Sperr und Nicht-Sperr), die Zugfestigkeits-Eigenschaften für jedes Laminat und die Gehman-Module bei -35ºC auf. Der Gehman- Test (ASTM-1053-85) mißt einen Torsionsmodul bezogen auf einen Standard-Draht mit bekanntem Modul bei einer Reihe von Temperaturen. Die verwendete Beanspruchung ist relativ gering, ähnlich den Beanspruchungen, die eine Reifenkarkasse während der normalen Verwendung erfährt. Der Modul eines Materials ist ein Maß für die Steifigkeit. Da -35ºC eine Temperatur ist, die dort, wo Reifen eingesetzt werden können, gewöhnlich auftritt, ist die Steifigkeit der Zwischenlage bei dieser Temperatur wichtig. Je geringer der Modul der Probe (gemessen in psi) ist, desto biegsamer ist sie und desto weniger wahrscheinlich ist es, daß es beim Rollen des Reifens zu Rißbildung kommt. Sauerstoff-Durchlässigkeiten wurden auf einem Mocon Oxytran 10/so Coulometer-Instrument gemäß ASTM D-3985-81 gemessen. Tabelle I Laminate
- (c) = kalandrierte Schichten
- (p) = gepreßte Schichten
- 1 Mil = 25,4 µm Tabelle I (Fortsetzung) Laminate
- (c) = kalandrierte Schichten
- (p) = gepreßte Schichten
- 1 Mil = 25,4µm 1 psi = 6895 Pa
- Probe 1 ist ein Beispiel für ein Laminat unter Verwendung eines NBR mit hohem Acrylnitril-Gehalt für eine zwischen zwei Nicht- Sperrschichten angeordnete Sperrschicht. Für die kommerzielle Verwendung als eine durch diese Erfindung abgedeckte Zwischenlage würde ein Laminat normalerweise verdoppelt werden. Von den Nicht- Sperrschichten kann erwartet werden, daß sie hervorragende Haftung an der Reifenkarkasse bereitstellen.
- Das Probe 12-Laminat ist dem von Probe 1 ähnlich, mit der Ausnahme, daß das Nicht-Sperrschicht-Material geändert und hier ein SBR mit Glimmer-Füllstoff und Talkum verwendet wurde. Dieses Nicht-Sperr- Material hat eine Sauerstoff-Durchlässigkeit von 583 cm³/ 25,4 µm/645,12 cm²/d (cc/Mil/100 Zoll²/Tag) gegenüber gemessenen 2992 für die in Probe 1 verwendete Nicht-Sperr-Formulierung. Trotz dieses großen Unterschieds haben die beiden Laminate im wesentlichen die gleiche Sauerstoff-Durchlässigkeit. Der Unterschied hinsichtlich des Nicht-Sperr-Materials zeigt sich jedoch in den geringeren spezifischen Zugfestigkeits-Eigenschaften für das Laminat von Probe 12.
- Die Laminate von Proben 21 und 24 unterscheiden sich von Beispiel 12 in erster Linie durch den Acrylnitril-Gehalt des in der Sperr- Formulierung verwendeten NBR-Elastomers. Die Auswirkung des Acrylnitril-Gehalts auf die Durchlässigkeit ist offensichtlich. Die Durchlässigkeit des Laminats in Probe 12 betrug 195 cm³/ 25,4 µm/645,12 cm²/d (cc/Mil/100 Zoll²/Tag). Ein Senken des Acrylnitril-Gehalts von 43% auf 39% für das in dem Laminat von Probe 21 verwendete Sperr-Harz führt zu der Durchlässigkeit 225. Bei einem Acrylnitril-Gehalt des Sperr-Harzes von 33% zeigt das Laminat in Probe 24 einen starken Anstieg der Durchlässigkeit auf 430.
- Probe 20 stellt ein Laminat dar, das hinsichtlich der Zusammensetzung dem Laminat von Probe 21 ähnlich ist, jedoch mit wesentlich dünneren Sperrschichten. Die Wirkung auf die Durchlässigkeit ist minimal, doch die Wirkung auf die physikalischen Eigenschaften ist erheblich. Die Gehman-Module bei -35ºC für das Laminat in Probe 20 sind wesentlich niedriger als diejenigen, die für das Laminat von Probe 21 beobachtet wurden. Bei Raumtemperatur sind die spezifische Zugfestigkeit, Dehnung und der 300%-Modul für das Laminat in Probe 20 wesentlich höher, während der 10%-Modul für das Laminat von Probe 21 höher ist.
- Probe 14 veranschaulicht die Auswirkung eines zweiten Verfahrens zur Schichtherstellung. Wie aus den in Tabelle I aufgeführten Daten ersichtlich ist, führt die Herstellung von Schichten unter Verwendung einer hydraulischen Presse in der beschriebenen Art und Weise zu einer minimalen Änderung der Eigenschaften.
- Probe 19 (Kontrolle) ähnelt Probe 14, mit der Ausnahme, daß in die Sperrschicht kein Füllstoff eingeschlossen wurde. Dies führt zu einer erheblichen Erhöhung der Durchlässigkeit, was die Bedeutung eines Füllstoffes in der Sperrschicht für die Sperr-Eigenschaften des Laminats veranschaulicht. Proben 7-10 (Kontrollen) erläutern ebenfalls Fälle, in denen kein Füllstoff in der Sperrschicht vorhanden war.
- Die folgenden Proben wurden hergestellt, um die Breite der vorliegenden Erfindung weiter zu veranschaulichen. Die Nicht-Sperr- Kautschuke, die verwendet wurden, umfaßten (1) eine Naturkautschuk (NR)/Styrol-Butadien-Kautschuk (Plioflex (R) 1778)-Mischung in einem NR/SBR-Gewichtsverhältnis von 70/30 und (2) einen Styrol-Butadien- Kautschuk (Plioflex(R) 1507) als einzigen Kautschuk. Plioflex(R) 1507 ist ein Styrol-Butadien-Kautschuk (23% Styrol) und wird von The Goodyear Tire & Rubber Company vertrieben. Die als Sperr-Materialien verwendeten NBRs umfaßten Chemigum(R) N300 (NBR-39) mit einem Acrylnitril-Gehalt von 39% und Chemigum(R) NG24 (NBR-33) mit einem Acrylnitril-Gehalt von 33%. Der Glimmer und das Talkum waren die gleichen wie in Beispiel 1 verwendet.
- Die NR/SBR-Nicht-Sperr-Compounds wurden verarbeitet und enthielten die gleichen Bestandteile in den gleichen Mengen wie in Beispiel 1 verwendet.
- Das SBR-Nicht-Sperr-Compound wurde wie folgt hergestellt: 100 Teile SBR, 105,25 Teile Talkum und herkömmliche Mengen an Zinkoxid und Stearinsäure wurden einem #1 Banbury-Mischer zugeführt und 5,5 Minuten lang bei 65 UpM gemischt. Das Kautschuk-Compound wurde entnommen und auf einer Fertigbearbeitungswalze zu Platten gezogen. Nach dem Abkühlen wurden 1,1 Teile Schwefel und herkömmliche Mengen an Beschleunigern zugegeben und 2 Minuten lang gemischt. Dann wurde das Kautschuk-Compound ausgetragen und auf einer Gummiwalze zu Platten gezogen.
- Ein Talkum-gefülltes NBR-39-Compound wurde gemäß dem für das gefüllte SBR-Nicht-Sperr-Compound verwendeten Verfahren hergestellt, mit der Ausnahme, daß 100 Teile NBR-39 und 52,47 Teile Talkum verwendet wurden. Die gleiche Menge an Schwefel, Zinkoxid, Stearinsäure und Beschleunigern wurde verwendet.
- Ein Talkum-gefülltes NBR-33-Compound wurde gemäß dem für das gefüllte SBR-Nicht-Sperr-Compound verwendeten Verfahren hergestellt, mit der Ausnahme, daß 100 Teile NBR-33 und 75,8 Teile Talkum verwendet wurden. Die gleiche Menge an Schwefel, Zinkoxid, Stearinsäure und Beschleunigern wurde verwendet.
- Tabelle II unten führt das Nicht-Sperr-Compound, das Sperr-Compound, die Art des Füllstoffes (M = Glimmer, CB = Ruß oder T Talkum), die Bauweise und die Sauerstoff-Durchlässigkeit für das gesamte Laminat auf. Tabelle II Laminate (1)
- (1) Alle Laminate wurden kalandriert und in der Reihenfolge Nicht-Sperrschicht/Sperrschicht/Nicht-Sperrschicht angeordnet.
- 1 Mil = 25,4 µm
Claims (8)
1. Gummi-Luftreifen mit einer integralen Zwischenlage,
gekennzeichnet durch ein Kautschuk-Laminat mit einer Deckschicht
und mindestens drei weiteren Schichten, worin die Deckschicht
der Karkasse des Reifens am nächsten liegt und einen
Schwefelvulkanisierten Kautschuk, der aus Naturkautschuk, Styrol-
Butadien-Kautschuk und Mischungen davon besteht, umfaßt, und
(a) mindestens zwei der drei Schichten Sperrschichten sind,
die jeweils eine Schwefel-vulkanisierte Kautschuk-
Zusammensetzung umfassen, welche bezogen auf 100
Gewichtsteile Kautschuk
100 Gewichtsteile Acrylnitril/Dien-Copolymer mit einem
Acrylnitril-Gehalt im Bereich von 30 bis 45% und 25 bis
150 Gewichtsteile eines plättchenförmigen Füllstoffes, der
aus der Gruppe bestehend aus Talkum, Tonerde, Glimmer und
Mischungen davon ausgewählt ist, enthält; und
(b) die Dicke jeder Sperrschicht, die 100 Gewichtsteile
Acrylnitril/Dien-Copolymer enthält, im Bereich von 25 µm
bis 380 µm liegt; und
(c) zwischen den beiden Sperrschichten aus
Schwefelvulkanisiertem Kautschuk, der 100 Teile Acrylnitril/Dien-
Cöpolymer enthält, mindestens eines Schicht aus einem
Schwefel-vulkanisierten Kautschuk, der aus der Gruppe
bestehend aus Naturkautschuk, halogeniertem
Butylkautschuk, cis-1,4-Polybutadien, Styrol/Butadien-
Kautschuk, cis-1,4-Polyisopren, Styrol/Isopren/Butadien-
Kautschuk, Butylkautschuk oder Mischungen davon ausgewählt
ist, vorhanden ist.
2. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
plättchenförmige Füllstoff Talkum ist.
3. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dicke jeder der Sperrschichten, die 100 Gewichtsteile
Acrylnitril/Dien-Copolymer enthalten, im Bereich von 100 µm bis
320 µm liegt.
4. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Acrylnitril/Dien-Copolymer ein Acrylnitril/Butadien-Kautschuk
ist.
5. Luftreifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Acrylnitril/Butadien-Kautschuk einen Acrylnitril-Gehalt im
Bereich von 32% bis 40% aufweist.
6. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Laminat aus 5 bis 12 Schichten besteht.
7. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dicke der Nicht-Sperrschichten im Bereich von 25 µm bis 1143
µm liegt.
8. Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kautschuk-Laminat als vulkanisierte Zwischenlage eine
Gesamtdicke von 0,02 bis 0,35 cm aufweist.
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