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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gummizusammensetzung
und einen Reifen, welcher aus dieser Gummizusammensetzung hergestellt
ist. Mehr spezifisch betrifft sie eine Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche mit
besserem Gleichgewicht hinsichtlich Reifenverarbeitbarkeit, Abrollwiderstand
und Naßrutschfestigkeit,
und einen Reifen mit einer aus dieser Gummizusammensetzung hergestellten
Lauffläche.
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In
den letzten Jahren ist das globale Bewußtsein hinsichtlich Resourcen
und Energieeinsparung angestiegen, und in der Kraftfahrzeugindustrie
werden aktiv Untersuchungen hinsichtlich eines Reifens mit niedrigem
Treibstoffverbrauch mit reduziertem Abrollwiderstand aktiv durchgeführt, um
den Treibstoffverbrauch wirtschaftlich zu machen. Eine effektive
Methode zur Reduzierung des Abrollwiderstandes eines Reifens ist die
Methode des Ersatzes von einigem oder dem gesamten Ruß, welcher
konventionellerweise als Verstärkungsmittel
verwendet wurde, durch Siliziumdioxid. Da die Anforderungen an die
Reifen ansteigen, ist jedoch die Antwort hierauf lediglich durch
die Methode der Verwendung von Siliziumdioxid nicht länger zufriedenstellend,
und es besteht eine Notwendigkeit für weitere Verbesserungen der
Leistungsfähigkeit.
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Neben
niedrigem Treibstoffverbrauch wird ein breiter Bereich von Eigenschaften
bei einem Kraftfahrzeugreifen gefordert, beispielsweise Naßrutschfestigkeit,
Abriebwiderstand und Verarbeitbarkeit, und verschiedene ausgeklügelte Versuche
wurden durchgeführt.
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Beispielsweise
besteht ein Stand der Technik zum Zweck der Verbesserung der Naßrutschfestigkeit im
Kompoundieren von Metallsilicicat mit der Gummizusammensetzung (JP-A-2001-40143). Jedoch führt dies nicht
zur Erfüllung
von verschiedenen anderen Funktionen wie Abriebfestigkeit, Abrollwiderstand
und Verarbeitbarkeit.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Gummizusammensetzung mit besserem Ausgleich hinsichtlich Verarbeitbarkeit,
Abrollwiderstand und Naßrutschfestigkeit,
sowie ein aus dieser Gummizusammensetzung hergestellter Reifen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gummizusammensetzung,
welche wenigstens einen Gummi, ausgewählt aus der aus Diengummis
und Naturgummi bestehenden Gruppe, und pro 100 Gew.-Teile dieses
Gummis 30 bis 120 Gew.-Teile Siliziumdioxid und 5 bis 40 Gew.-Teile
Zirkoniumsilikat, das einen Durchschnittsteilchendurchmesser von
höchstens
10 μm hat,
umfaßt.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls einen Reifen mit einer Lauffläche, die
aus der zuvor genannten Gummizusammensetzung hergestellt ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Detail im folgenden erläutert.
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Die
Gummizusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine
Gummikomponente, Siliziumdioxid und Zirkoniumsilikat.
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Die
zuvor genannte Gummikomponente ist Diengummi und/oder ein Naturgummi.
Beispiele von Diengummi sind beispielsweise Styrol-Butadiengummi,
Butadiengummi, Isoprengummi und dergleichen, und Mischungen von
diesen können
ebenfalls verwendet werden.
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Obwohl
es keine Einschränkungen
hinsichtlich des Siliziumdioxids gibt, können Siliziumdioxid des Trockenverfahrens
(Kieselsäureanhydrid),
Siliziumdioxid des Naßverfahrens
(Kieselerdehydrat) und dergleichen verwendet werden. Von diesen
ist Siliziumdioxid des Naßverfahrens
bevorzugt. Bevorzugte Beispiele von Siliziumdioxid des Naßverfahrens
sind Ultrasil VN3 (Produktname), erhältlich von Degussa Co., Nipsil
VN3 AQ (Produktname), erhältlich
von Nippon Silica Industrial Co., Ltd.
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Als
Siliziumdioxid kann beispielsweise Siliziumdioxid mit einer durch
Stickstoffadsorption bestimmten spezifischen Oberfläche (N2SA) von 50 bis 300 m2/g
in der Zusammensetzung verwendet werden. Wenn die N2SA
von Siliziumdioxid geringer als 50 m2/g
ist, haben die Effekte zur Modifizierung der Dispersion und zur Verstärkung die
Neigung kleiner zu werden, und wenn die N2SA
von Siliziumdioxid 300 m2/g übersteigt,
wird die Dispersion schlecht und der Wärmeaufbau hat die Neigung anzusteigen.
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Die
Menge von Siliziumdioxid, welche einzumischen ist, beträgt 30 bis
120 Gew.-Teile, mehr bevorzugt 40 bis 90 Gew.-Teile, am meisten bevorzugt 45 bis 80
Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Gummikomponente. Wenn
die Menge von Siliziumdioxid geringer als 30 Gew.-Teile ist, nehmen
Naßrutschfestigkeit
und Verstärkungseigenschaft
ab, und wenn die Menge von Siliziumdioxid größer als 120 Gew.-Teile ist,
wird die Viskosität
hoch beim Kneten und die Verarbeitbarkeit nimmt ab.
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Es
ist bevorzugt, daß das
Zirkoniumsilikat feines Pulver ist und daß der Durchschnittsteilchendurchmesser
höchstens
10 μm, bevorzugt
höchstens
2 μm beträgt. Wenn
der Durchschnitt steilchendurchmesser von Zirkoniumsilikat größer als
10 μm ist,
nehmen Abriebfestigkeit und Schnittabplatzfestigkeit ab.
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Die
Menge von Zirkoniumsilikat, welche eingemischt werden soll, beträgt 5 bis
40 Gew.-Teile, bevorzugt 8 bis 30 Gew.-Teile, mehr bevorzugt 10
bis 20 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Gummikomponente.
Wenn die Menge von Zirkoniumsilikat geringer als 5 Gew.-Teile ist,
können
ausreichende Effekte nicht erreicht werden, und wenn die Menge von
Zirkoniumsilikat größer als
40 Gew.-Teile ist, nimmt die Abriebfestigkeit ab.
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In
der vorliegenden Erfindung kann durch Verwendung von Siliziumdioxid
und Zirkoniumsilikat zusammen, verglichen mit ihrer alleinigen Verwendung,
der Effekt von verbessertem Ausgleich zwischen Abriebfestigkeit,
Abrollwiderstand und Naßrutschfestigkeit
erreicht werden.
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In
der Gummizusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann ein Silankupplungsmittel
ebenfalls in gemeinsamer Verwendung mit Siliziumdioxid kompoundiert
werden.
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Beispiele
von Silankupplungsmitteln schließen ein: Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid,
Bis(triethoxysilylpropyl)disulfid, Triethoxysilylpropylisocyanat,
Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, γ-Methacyloxypropylmethyldimethoxysilan, γ-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-(Polyethylenamino)propyltrimethoxysilan,
N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan,
N'-Vinylbenzyl-N-trimethoxysilylpropylethylendiaminsalz
und dergleichen. Von diesen sind Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid,
Bis(triethoxysilylpropyl)disulfid, Triethoxysilylpropylisocyanat
und γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan
bevorzugt. Und Bis(triethoxysilylpropyl)disulfid ist mehr bevorzugt.
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Die
Menge von Silankupplungsmittel, welche zu kompoundieren ist, beträgt bevorzugt
4 bis 14 Gew.-%, mehr bevorzugt 6 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die
Menge von Siliziumdioxid. Wenn die Menge des Silankupplungsmittels
geringer als 4 Gew.-%
ist, haben Abriebfestigkeit und Naßrutschfestigkeit die Neigung abzunehmen,
und wenn die Menge des Silankupplungsmittels größer als 14 Gew.-% ist, ist
die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften trotz einer Steigerung
der Kosten gering.
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Weiterhin
kann neben der Gummikomponente, dem Siliziumdioxid, dem Zirkoniumsilikat
und dem Silankupplungsmittel ein Kompoundierungsmittel, welches
allgemein in der Gummizusammensetzung verwendet wird, wie Ruß, Verarbeitungsöl, Zinkoxid,
Wachs, Antioxidans, Vulkanisationsmittel oder Vulkanisationsbeschleuniger
entsprechend zu der Gummizusammensetzung der vorliegenden Erfindung
einkompoundiert werden.
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Die
Gummizusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird durch Vermischen
der Gummikomponente, des Siliziumdioxids und beliebiger anderer
Kompoundierungsmittel, je nach Notwendigkeit, durch Anwendung der üblichen
Verarbeitungsmaschine wie einer Walze, einem Banbury-Mischer, einem
Kneter und dergleichen erhalten.
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Der
Reifen der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung der zuvor
genannten Gummizusammensetzung als eine Reifenlauffläche entsprechend
dem konventionellen Verfahren hergestellt. Spezifisch wird die Gummizusammensetzung,
wenn sie noch nicht vulkanisiert ist, durch Extrusion in Form der
Reifenlauffläche
verarbeitet, wobei jeder Reifenteil zusammen auf einer Reifenherstellungsmaschine
in der konventionellen Verfahrensweise zur Herstellung eines nicht-vulkanisierten
Reifens verarbeitet wird. Ein Reifen wird dann durch Erhitzen und
unter Druck Setzen dieser nicht-vulkanisierten Reifen in der Vulkanisationsvorrichtung
erhalten. Der auf diese Weise erhaltene Reifen hat ein ausgezeichnetes
Gleichgewicht von Verarbeitbarkeit, Abrollwiderstand und Naßrutschfestigkeit.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die
folgenden Beispiele erläutert, ist
jedoch nicht hierauf beschränkt.
In den Beispielen und Vergleichsbeispielen werden die folgenden
Materialien verwendet.
| Naturgummi: | RSS
#3 |
| S-SBR: | Nipol
NS116R, erhältlich
von Zeon Corporation (Menge von Styroleinheit: 20 Gew.-%, Menge
von 1,2-Dieneinheit: 60 Gew.-%) |
| Siliziumdioxid: | Zeosil
1165MP, erhältlich
von Rhoia Co., Ltd. |
| Zirkoniumsilikat: | Micropacks
SS, erhältlich
von Hakusui Tech Co., Ltd. (Durchschnittsteilchengröße: 2 μm oder weniger
in 100%) |
| Silankupplungsmittel: | Si69,
erhältlich
von Degussa Co. |
| Verarbeitungsöl: | Diana
Process AH 40, erhältlich
von Idemitsu Kosan Co., Ltd. |
| Zinkoxid: | Zinc
Oxide No. 2, erhältlich
von Mitsui Mining and Smelting Co., Ltd. |
| Wachs: | SUN
NOC Wachs, erhältlich
von Ohuchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd. |
| Stearinsäure: | KIRI,
erhältlich
von NOF Corporation |
| Antioxidans: | Santoflex
13 ((N-1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin),
erhältlich
von FLEXSYS CO. |
| Schwefel: | Schwefel,
erhältlich
von Karuizawa Seirensho Kabushiki Kaisha. |
| Vulkanisationsbeschleuniger
CBS: | Nocceler
CZ-G (N-Cyclohexyl-2-benzothiazolylsulfenamid), erhältlich von
Ohuchi Shinko Kagaku Kogyo Co. Ltd. |
| Vulkanisationsbeschleuniger
DPG: | Soxinol
D (Diphenylguanidin), erhältlich
von Sumitomo Chemical Co., Ltd. |
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BEISPIELE 1 UND 2 UND
VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 3
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Verarbeitungsmethode
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Das
Ausgangsmaterial Kautschuk und die zu kompoundierenden Materialien
mit Ausnahme von Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger wurden
unter Verwendung eines Banbury-Innenmischers gemischt, basierend
auf dem Kompoundierungsrezept, das in den Tabellen 1 und 2 gezeigt
ist. Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger wurden dann zu dem
erhaltenen Meisteransatz auf einer offenen Walze zugesetzt, um die
Gummizusammensetzung für
die Reifenlauffläche
herzustellen. Anschließend
wurden die jeweiligen Gummizusammensetzungen der Beispiele 1–2 und der
Vergleichsbeispiele 1–3
als Lauffläche
für Luftreifen verwendet,
und die folgenden Untersuchungen auf Eigenschaften wurden durchgeführt.
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(Abrollwiderstand)
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Der
Abrollwiderstand wurde entsprechend der üblichen Methode unter den Bedingungen
einer Belastung von 4,66 kN, einem Innendruck von 200 kPa und einer
Geschwindigkeit von 80 km/Stunde gemessen. Der Abrollwiderstand
ist als ein Index zu dem Wert von Vergleichsbeispiel 1 mit 100 entsprechend
der folgenden Gleichung (Abrollwiderstandindex) angegeben. Je größer der
Index ist, um so geringer ist der Abrollwiderstand und um so besser
ist diese Eigenschaft. (Abrollwiderstandsindex)
= (Abrollwiderstandswert von Vergleichsbeispiel 1) ÷ (Abrollwiderstandswert
von Beispiel oder Vergleichsbeispiel) × 100.
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(Naßrutschfestigkeit)
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Der
Bremsabstand aus der Anfangsfahrgeschwindigkeit von 64 km/h wurde
auf einer naßen
Asphaltstraße
gemessen. Bei dem Test wurde ein japanisches Kraftfahrzeug mit vorne
eingebautem Motor und Vorderradantrieb mit einer Reifengröße von 185/65R14
benutzt. Die Naßrutschfestigkeit
wurde als ein Index zu dem Wert von Vergleichsbeispiel 1 mit 100
entsprechend der folgenden Gleichung (Naßrutschindex) wiedergegeben.
Je größer der
Index ist, um so besser ist die Naßrutschfestigkeit. (Naßrutschindex)
= (Bremsabstandswert von Vergleichsbeisiel 1) ÷ (Bremsabstandswert von Beispiel
oder Vergleichsbeispiel) × 100.
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(Abriebfestigkeit)
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Ein
Reifen mit der erhaltenen Lauffläche
wurde auf einem japanischen Kraftfahrzeug mit vorne eingebautem
Motor/Vorderradantrieb installiert. Nachdem das Kraftfahrzeug 15.000
km auf einer gepflasterten Straße
gefahren war, wurde die gefahrene Distanz, bei welcher die Reifenlauffläche um 1
mm abgenutzt war, verglichen, und der Wert wurde als ein Index zu
dem Wert von Vergleichsbeispiel 1 mit 100 entsprechend der folgenden
Gleichung (Abriebfestigkeitsindex) wiedergegeben. Je größer der
Index ist, um so ausgezeichneter ist die Abriebfestigkeit. (Abriebfestigkeitsindex) = (Wert der gefahrenen
Distanz im Beispiel oder Vergleichsbeispiel) ÷ (Wert der gefahrenen Distanz
im Vergleichsbeispiel 1) × 100.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Im
Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1, bei welchem Zirkoniumsilikat
nicht in die mit Siliziumdioxid kompoundierte Gummizusammensetzung
einkompoundiert war, und zu Vergleichsbeispiel 2, in welchem eine
kleine Menge von Zirkoniumsilikat einkompoundiert war, war der Ausgleich
zwischen Abriebfestigkeit, Verarbeitbarkeit, Naßrutschfestigkeit und Abrollwiderstand
in den Beispielen 1–2
verbessert, bei welchen die geeignete Menge von Zirkoniumsilikat
einkompoundiert worden war.
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Andererseits
waren in Vergleichsbeispiel 3, in welchem eine große Menge
von Zirkoniumsilikat einkompoundiert worden war, die Abriebfestigkeit
und die Verarbeitbarkeit beträchtlich
herabgesetzt, obwohl der Abrollwiderstand und die Naßrutschfestigkeit
zugenommen hatten.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung kann das Gleichgewicht zwischen Verarbeitbarkeit,
Abriebfestigkeit, Abrollwiderstand und Naßrutschfestigkeit durch Einkompoundieren
einer spezifischen Menge von Siliziumdioxid und Zirkoniumsilikat
in der Gummizusammensetzung im Vergleich zum Stand der Technik verbessert
werden.