DE2544168A1

DE2544168A1 - Kautschukmischung fuer luftreifen

Info

Publication number: DE2544168A1
Application number: DE19752544168
Authority: DE
Inventors: James William Messerly
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1974-10-09
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1976-04-22
Also published as: BR7506501A; JPS5164555A; US3983919A; AU496851B2; AU8505475A; FR2287349A1; GB1527882A; CA1061025A; IT1048228B

Description

Dr.-ing. Holzhäuser
Dipl.-Met. Goldbach
Dipl.-lnq. Schieferdecker

Patentanwälte 2. Oktober 1975

eO5 O F F E N B A C H AM MAIN
■ !errnstraße 37 ■ Telefon 88 83 84 Dr.H. / F

The B.F. Goodrich Company 500 South Main Street Akron, Ohio 44 318 /USA

Kautschukmischung für Luftreifen

Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung für Luftreifen.

Wenn aus aufgepumpten Luftreifen die Luft infolge von Durchlochungen, Platzen des Schlauches oder sonstigen plötzlichen Beschädigungen entweicht, so legt sich der Reifen plötzlich zusammen. Hierdurch wird er schwer beschädigt, weil die Nabe ihn zerschneidet, das Cordgewebe bricht und der Belag abgescheuert wird, so daß der Reifen unbrauchbar wird. Es sind bereits zahlreiche Versuche gemacht worden, um Luftreifen gegen solche Be-

6098¹TMOSA

254416a

Schädigungen durch Verwendung von Hilfsvorrichtungen zu schützen, um ein Zusammendrücken der Reifen zu vermeiden. Derartige Vorrichtungen sind kostspielig, aufwendig und erfüllen im allgemeinen auch ihre Aufgabe nicht mit Sicherheit.

Es wurde gefunden» daß mit einer relativ geringen Änderung der Struktur Luftreifen geschaffen werden können, welche sich nicht vollständig zusammenlegen, wenn sie ihre Luft verlieren und welche daher dem Fahrer gestatten, sein Fahrzeug weiter zu benutzen, ohne auf der Straße einen Reifenwechsel vornehmen zu müssen. Solche Reifenkonstruktionen beruhen im allgemeinen auf einer Versteifung der Seitenwand des Reifens, um die Abbiegung zu verringern, wenn das Gewicht des Fahrzeugs auf den nicht aufgepumpten Reifen drückt.

Eine derartige Reifenkonstruktion ist beispielsweise in der Patentanmeldung · ... „.· der Anmelderin (unsere Akte 15 233) beschrieben« Eine Voraussetzung zur Herstellung eines solchen Reifens - gleichgültig ob er aufgepumpt oder leer ist - liegt darin, daß das Seitenwandmaterial, welches am stärksten abgebogen wird, aus

β 0 9 817/1094

25AA168

einem elastomeren Material mit einem hohen Elastizitätsmodul und einer geringen Federung besteht. Kautschukmischungen, welche diese besondere Kombination von Eigenschaften aufweisen, ändern sich während der Lebensdauer des betreffenden Luftreifens, so daß ein Reifen zwar, wenn er neu ist, befriedigt, jedoch nach einigen Monaten oder Jahren der Benutzung diese Eigenschaften verliert.

Der Hauptzweck der Erfindung liegt demgemäß darin, eine Kautschukmischung für Seitenwände von Luftreifen zu schaffen, die permanent einen hohen Modul und eine geringe Federung besitzt, gleichgültig, ob der Reifen aufgepumpt oder ohne Luft läuft.

Gemäß der Erfindung besteht eine Kautschukmischung für die Seitenwände von Luftreifen von Kraftfahrzeugen, die aufgepumpt oder nicht aufgepumpt laufen, im wesentlichen aus Naturkautschuk oder aus synthetischem cis-Polyisopren-Kautschuk, welcher chemisch identisch mit Naturkautschuk ist oder aus einer Mischung beider Kautschukarten. Der Kautschuk wird zur Verstärkung mit einem wesentlichen Anteil von Ruß vermischt und ferner mit einem geringen Anteil von härtbarem Phenolharz, welches beispielsweise durch

609817/1094

Mischen von Resorcin mit Hexamethylentetramin hergestellt wird. Zusätzlich enthält die Mischung übliche Vulkanisierungszuschläge und Antioxydans (Antioxydantien) oder Antioxonantien·

Mischungen, welche die vorstehenden Bestandteile enthalten, sind bekannt und weisen im Anfang nach der Vulkanisierung befriedigende Eigenschaften auf_o Naturkautschuk unterliegt jedoch, wenn er längere Zeit Wärme ausgesetzt ist, der Reversion, d.h. das ursprünglich steif vulkanisierte Material mit hohem Modul erweicht sich und die Modul-Werte werden immer geringer und nähern sich denjenigen des ursprünglichen, unvulkanisierten Rohkautschuks, welche zu niedrig sind, um befriedigend das Gewicht durch einen unaufgepumpten Reifen aufzunehmen. Es sind ferner andere Elastomere bekannt, welche nicht der Reversion unterliegen, wie z.B. Butadien-Styrol-Kautschuk, welche in weitem Umfang zur Herstellung von Kraftfahrzeugreifen für Personenkraftwagen und andere Fahrzeuge von geringem Gewicht verwendet werden. Solche synthetischen Kautschukwerkstoffe haben jedoch eine so hohe Nahhfederung (Hysteresis), daß die starke Abbiegung, welche eintritt, wenn der Reifen ohne Luft läuft, eine schnelle Überhitzung und dadurch eine Zerstörung des Reifens bewirkt.

609817/1094

Es wurde nun gefunden, daß eine Mischung, welche sowohl frisch vulkanisiert als auch nach langer Benutzung ihren hohen Modul und ihre niedrige Federung ohne wesentliche Änderung beibehält, aus Naturkautschuk oder entsprechendem synthetischem Kautschuk hergestellt werden kann, wenn den oben erwähnten konventionellen Werkstoffen eine geringe Menge einer Kobaltmasse, vorzugsweise einer Kobaltseife, z.B. Kobalt-Stearat beigemischt wirdo

Kobaltmassen sind als Vernetzungsförderer bekannt und werden in weitem Umfang als Farbtrockner und als Katalysatoren zur Härtung der verschiedensten Arten von Kunstharzen benutzt. Sie wurden jedoch bei Kautschukmassen streng vermieden wegen ihrer bekannten Eigenschaft, eine schnelle Oxydation einzuleiten und damit ein schnelles Unbrauchbarwerden des Kautschuks.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß ein geeignetes Verhältnis von Kobaltseife in Verbindung mit geeigneten Mengen von hochaktiven Antioxydantien eine stabile Naturkautschukmischung ergibt, in welcher die oxidative Vernetzung so langsam stattzufinden scheint, daß sie dem Abbruch der Polymerketten, welche als Grund der Reversion von vulkanisiertem Naturkautschuk angesehen wird, entgegen-

- 6
809817/10 9 4

wirkt oder ihn ausgleicht.

In der Zeichnung ist im Querschnitt ein Reifen derjenigen Gattung dargestellt, für welchen die Kautschukmischung hauptsächlich bestimmt ist.

Die Mischung gemäß der Erfindung wird für die Seitenwände von Luftreifen derjenigen Gattung verwendet, bei welcher das Fahrzeuggewicht vollständig von den Seitenwänden des Reifens getragen wird, ohne daß sich die Lauffläche auf die Felge zusammenlegt. Sie ist insbesondere für Reifen

bestimmt, die Gegenstand der Patentanmeldung

(unsere Akte 15.233) sind.

Eine Ausführungsform dieses Reifens ist im Querschnitt in der Zeichnung dargestellt. Der Reifen 5 besteht aus einer Lauffläche 6 und einem Paar Seitenwänden 7 und 8, welche sich von der Lauffläche 6 zu den Ringwülsten 9 und 10 erstrecken. Der Reifen 5 ist durch eine konventionelle, nahezu undehnbare Textil- oder Metall-Cordlage 11 verstärkt, deren Einzelfäden in radialen Ebenen liegen. Die Cordlage 11 erstreckt sich vom Wulst 9 zum Wulst 10 und ist normalerweise um die Wülste herum nach außen in den

609817/1094

Seitenwandkautschuk geführt.

Zwischen Kronenteil 13 und Cordlage 11 und der Kautschuklauffläche 6 ist eine Gürtelstruktur 12 angeordnet. Der Gürtel ist von beliebiger konventioneller Bauart. Er ist in Umfangsrichtung praktisch undehnbar und gibt eine entsprechende Seitensteifheit, beispielsweise durch eine Kombination von Stahlcordlagen und Textilcordlagen mit entgegengesetzten kleinen Winkeln zur Mittelebene des Reifens und über die Laufflächenbreite.

Die Hauptverstärkungslage 11 ist in ihrer Gesamtheit in Kautschuk eingebettet, so daß sowohl auf ihrer Innenseite als auch auf ihrer Außenseite eine Kautschukschicht liegt.

Der Reifen unterscheidet sich von konventionellen Luftreifen dadurch, daß er wesentlich dickere Seitenwände hat, die ebenso dick sind wie die Lauffläche. Der Abstand der Verstärkungslage 11 ist - im Gegensatz zur üblichen Ausführung - von den Außenflächen nicht gleichmäßig.

In der Nähe der Wülste 9 und 10 liegt die Cordlage 11 dicht an der Innenfläche 14, welche bei einem schlauchlosen

609817/1094

2544ΊΒ8

Reifen von einer luftdichten Schicht gebildet wird. Die Kautschukschicht an den Wülsten 9 und 10 ist nur so dick, daß sie den Teil der Lage 11 bedeckt, welcher um die Wülste herumgewickelt ist. Das gleiche gilt für zusätzliche Textilstreifen, falls solche vorhanden sind. Oberhalb der Spitze des Felgenflansches 16 verdickt sich jedoch die Seitenwand plötzlich erheblich auf der Außenseite des Reifens und ihre Kontur legt sich gegen die Spitze des Fel^genflansches 16. Dieser Bereich ist in der Zeichnung mit 1st gekennzeichnet.

Anschließend nähert sich die Lage 11 der Außenfläche der Seitenwand. Diese mittlere Zone ist in der Zeichnung mit 2nd bezeichnet. Dies wird dadurch bewirkt, daß an der Innenseite der Cordlage 11 eine dicke Schicht 17 des Seitenwandkautschuks liegt.

Im weiteren Verlauf von den Wülsten 9_f10 weg und in Annäherung an die Lauffläche 6 nähert die Cordlage 11 sich wieder der Innenfläche. Dies wird durch die Anordnung einer dicken Kautschukschicht an jeder Schulter 18 des Reifens an der Außenseite der Cordlage 11 bewirkt.

609817/1094

Dieser Bereich ist in der Zeichnimg mit 3rd bezeichnet.

Durch die beschriebene Konstruktion wird bewirkt, daß bei Belastung des Rades mit nicht aufgepumpten Reifen eine radial einwärts gerichtete Kraft auf jede Seitenwand 7 und 8 wirkt, welche versucht, die Seitenwände an ihrem radialen Mittelpunkt M scharf abzubiegen. Da die Cordlage 11 praktisch undehnbar Ast, so ist diese Kraft bestrebt, die erste Zone des äußeren Seitenwandkautschuks zwischen der Cordlage und der Spitze 16 des Felgenflansches zusammenzudrücken. Sie ist ferner bestrebt, den inneren Seitenwandkautschuk in der zweiten Zone im Bereich des Mittelpunkts M kräftig zusammenzudrücken und schließlich auch den äußeren Schulter-Kautschuk in der dritten Zone.

Bei einem solchen entlüfteten Reifen tritt eine zyklische, beträchtliche Kompression und Entspannung ein. Eine möglichst geringe Nachfederung ist daher sehr wesentlich. Da die Kompression erheblich verstärkt wird, wenn kein innerer Reifendruck vorhanden ist, so ist eine möglichst geringe Nachfederung von ausschlaggebender Bedeutung im Notfall, um einen zerstörenden Temperaturanstieg zu vermeiden·

609^17/1094

Ebenso ist die Beibehaltung des anfänglich hohen Moduls sehr wesentlich, da seine Verringerung sich auf die zyklischen Kompressionen und Entspannungen unter einem bestimmten Gewicht auswirkt und daher eine Hilfsrolle bei der Verringerung der Hitzeentwicklung spielt.

Die neue erfindungsgemäße Mischung für die beiden Seitenwände kann hergestellt werden aus 100 Gewichtsteilen Naturkautschuk oder synthetischem Kautschuk mit etwa 35 bis 50 Teilen Verstärkungsruß und konventionellen Vulkanisierungsmittel, wie z.B. 1,5 Teilen Schwefel, 2 Teilen Dithiodimorpholin, 1,5 Teilen Cycbhexyl-benzothiazyl-sulfenamid und 10 Teilen Zinkoxyd. Die Mischung muß ferner hochaktive Antioxydans oder Antioxonants enthalten, wie z.B. 0,25 Teile Diphenyl-p-phenylen-diamine, 0,7 Teile Diphenylamin-aceton und zwei Teile Dimethyl-butylphenyl-p-phenylen-Diamin. Vorzugsweise enthält sie einen kleinen Anteil von bei Wärme aushärtbarem Harz, wie z.B. Phenol-Harz. Als solches dient vorzugsweise ein Resorcin-Formaldehydharz, wie es durch Mischung von 2,5 Teilen Resorcin und 1,6 Teilen Hexamethylentetramin erreicht wird, welches als Formaldehyde-donator wirkt. Diesen Ingredenzien werden sechs Teile Kobaltstearat oder eine äquivalente Kobaltmasse hinzugefügt, z.B. Kobaltnaphtenat.

- 11 - ;

609817/1094

Die Erfahrung hat gezeigt, daß synthetischer cis-Polyisopren-Kautschuk als Ersatz für Naturkautschuk nicht ganz dessen Stärke erreicht. Es ist daher zu empfehlen, nur Naturkautschuk oder eine Mischung von einem größeren Teil Naturkautschuk mit einem kleineren Anteil von synthetischem cis-Polyisopren Kautschuk zu verwenden. Beispielsweise kann eine geeignete Elastomer-Basis gebildet werden von einer plastifizierten Mischung Naturkautschuk von gerippten, geräucherten Blättern mit braunem Belag und dann ferner vermischt mit der Hälfte ihres Gewichtsanteils von synthetischem cis-Polyisopren-Kautschuk von 75 bis 90 Mooney Viskosität. Der Ausdruck "eis- Polyisopren" bedeutet in diesem Zusammenhang sowohl Naturkautschuk als auch seine synthetischen Äquivalente:..

Der Ruß kann ein beliebiger Verstärkungsruß sein, wie z.B. Gas-Ruß oder Abrieb-Ofenruß_o Die besten Ergebnisse werden z.Zt. mit einem hohen Anteil erreicht von Hochmodul-Ruß (high-modulus black), z.B. 40 Teilen von Ofenruß. Hierdurch wird der gewünschte hohe Modul ohne unerwünschte Vergrößerung der Nachfederung erreicht.

Die oben erwähnte besondere Kombination von Vulkanisations-

609817/1094

254*168

stoffen gibt ausgezeichnete Ergebnisse. Es stehen jedoch eine große Menge anderer Stoffe zur Verfügung, die verwendet werden können, wenn der Mischer mit ihnen gute Erfahrungen machte bei der Herstellung von Vulkanisationsprodukten mit stabilen physikalischen Eigenschaften_o Zur Zeit werden jedoch vorzugsweise Schwefel oder Schwefel-Donatoren zur Vulkanisation benutzt mit einem Beschleuniger vom Sulfenamidtyp und einem genügend hohen Anteil von Zinkoxydο

Weichmacher, wie z.B. OeIe, schmelzbare Harze und Fettsäuren sollen soweit wie möglich vermieden werden, da sie den genügend hohen Modul der Kautschukmischungen für die Seitenwände beeinträchtigen.

Die Kombination von hochaktiven Antioxydantien mit einer Kobaltmasse, ist für den Erfolg der Erfindung wesentlich, da ungenügende Antioxydantien sich auswirken könnten in einer Resinifikation des Kautschuks durch die katalytische Wirkung des Kobalts und ein ungenügender Anteil des Kobalts könnte sich auswirken in einem ungenügenden Ausgleich zwischen der normalen Reversion und der durch den Kobalt

(50981 7/1094

ausgelösten Vernetzung. Mit den hochaktiv substituierten Phenylendiamin-Antioxidantien sollten nicht weniger als 4 oder 5 Teile und nicht mehr als 8 Teile Kobalt-Stearate verwendet werden. Das feste Kobalt-Stearate ist anderen aktiven Kobalt-Mischungen, wie Z₀B₀ flüssigem Kobalt-Naphtenat vorzuziehen, da das Stearat ein fester Körper ist und daher den geringsten Erweichungseffekt auf die vulkanisierte Kautschukmasse hat.

Die vorstehend beschriebene Mischung wirkt unter normalen Betriebsbedingungen außerordentlich zufriedenstellend bei Reifen mit dickerer Seitenwand. Dies gilt insbesondere für entleerte Reifen wegen der Kombination eines hohen Moduls und einer geringen Nachfederung, so daß ein solcher Reifen ohne schädliche Faltenbildung und ohne Überhitzung mit relativ hoher Geschwindigkeit noch eine beträchtliche Strecke zurücklegen kann.

Eine beschleunigte Alterung solcher Mischungen infolge Einwirkung hoher Temperaturen über einen längeren Zeitraum ergibt zwar einen leichten Rückgang in der Festigkeit,

6 0 9 B 1 7 / 1 0 9 4

wobei jedoch der hohe Elastizitätsmodul und die niedrigere Nachfederung ohne wesentliche Änderungen erhalten bleiben. Diese wesentliche Kombination von Eigenschaften bleibt während der normalen Lebensdauer des Reifens bestehen. Dies war bisher nicht erreichbar, während es jetzt für den neuen Typ von Luftreifen möglich ist, welcher im durch Entweichen der Luft gegebenen Notfall sich nicht auf die Felge zusammenlegt.

Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für den Luftreifen gemäß der gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung . ... ... (unsere Akte Nr.15 233).

609817/1094

Claims

Ansprüche:

Stabile Hochmodul-Kautschuk-Mischung mit geringer Nachfederung für Luftreifen, bestehend aus einem im
wesentlichen aus vulkanisiertem cis-Polyisopren-Kautschuk, welcher einen Hochmodul-Ruß, eine aktive Kobaltmasse
und einen wirksamen Antioxydans enthält.
2. Mischung nach Anspruch 1, bei welcher die Kobaltmasse eine Kobaltseife ist.
3. Mischung nach Anspruch 2, bei welcher die Kobaltmasse ein Kobalt-Stearat ist.
4. Mischung nach Anspruch 1, bei welcher der Ruß ein
Ofenruß ist.
5. Mischung nach Anspruch 1, bei welcher das Antioxydans N-substituiertes p-Phenylen-diamin enthält.
6. Mischung nach Anspruch 1, enthaltend ein Phenol-Harz.

G09 8 17/1094
7. Hischung nach Anspruch 6, bei welcher das Phenol-Harz ein Resorcin - Formaldehydharz ist.
8. Mischung nach Anspruch 7, bei welcher die Kobaltmischung ein Kobalt-Stearat . ist und das Antioxidans N-substituiertes p-Phenylendiamin enthält.
9. Mischung nach Anspruch 8, bei welcher der größere Teil des cis-Polyisopren Naturkautschuk ist.
10. Luftreifen mit einer in ihrer Dicke der Lauffläche entsprechenden Seitenwand, bei welcher die Seitenwand aus einer Mischung gemäß Anspruch 1 besteht.
11. Luftreifen mit einer in ihrer Dicke der Lauffläche entsprechenden Seitenwand, aus welcher die Seitenwand aus einer Mischung gemäß Anspruch 9 besteht.
12. Luftreifen nach Anspruch 11 mit einer Verstärkungs-Cordeirilage, bei welchem der größere Teil der Dicke der Mittelzone der Seitenwand zwischen der Verstärkungs-i Cordeinlage und der Innenfläche des Reifens liegt.

609817/1094