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Die Erfindung betrifft einen Luftreifen mit einer Laufzone und einer gegossenen Karkasse mit mindestens teilweise verstärkungsgewebefreien Seitenwänden, sowie ein Verfahren zur Herstellung seiner Karkasse.
Der erfindungsgemässe Luftreifen ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände aus einer Anzahl von Lagen aus flexiblem Polymermaterial mit einem berechneten Molekulargewicht von mindestens 10000 und einer Shore A Durometerhärte von mindestens 20 bestehen, wobei eine Reihe dieser Lagen Polymermaterial mit niederem Festigkeitsmodul enthält, das eine Young-Biegefestigkeit von etwa 700 bis etwa 35000 kPa aufweist, zwischen Lagen mit niederem Festigkeitsmodul Lagen mit höherem Festigkeitsmodul angeordnet sind, die Polymermaterial mit einer Young-Biegefestigkeit von etwa 21000 bis etwa 700000 kPa enthalten, und wobei die Young-Biegefestigkeit der Lagen mit höherem Festigkeitsmodul mindestens doppelt so hoch ist wie die der nächsten benachbarten Lagen mit niederem Festigkeitsmodul.
Die Erfindung betrifft somit einen laminierten Luftreifen, der frei von verstärkenden Gewebeeinlagen sein kann und der aus einer Anzahl von alternierenden Lagen aus Polymermaterial mit hohem Festigkeitsmodul und Polymermaterial mit niedrigem Festigkeitsmodul besteht, wobei als Beispiele für Polymermaterial mitniederem Festigkeitsmodul synthetischer Kautschuk und Polyurethankautschuk sowie Elastoplaste, undals Beispiele für Material mit hohem Festigkeitsmodul verschiedene Elastoplaste, sowie Polycarbonate, Nylon, Epoxydharze und Polystyrol genannt werden. Durch die alternierenden harten und weichen Schichten erhält der Reifen die angestrebte Lebensdauer und Biegereissfestigkeit. Die Polymerlagen mit niedrigem Festigkeitsmodul im Reifen können eine Young-Biegefestigkeit von 2100 bis 14000 kPa oder darüber aufweisen.
Die Lagen mithohemFestigkeitsmodul des Reifens können eine Young-Biegefestigkeit von 21000 bis 350000kPa oder darüber aufweisen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Karkasse dieses Reifens ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass auf eine ringförmige Form eine erste durchgehende Lage und anschliessend eine zweite durchgehende Lage aus Polymermaterial aufgebracht und dieser Vorgang unter Ausbildung eines härtbaren Laminates wiederholt wird, das dann unter Hitzeeinwirkung in einer toroidalen Gestalt gehärtet wird, wobei jede Lage im gehärteten Polymermaterial ein berechnetes Molekulargewicht von mindestens 10000 und eine Shore A Durometerhärte von mindestens 20 aufweist und eine Anzahl dieser Lagen mit einem niederen Festigkeitsmodul vorgesehen ist, deren Young-Biegefestigkeit etwa 700 bis etwa 35000 kPa beträgt, und zwischen den Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul weitere Lagen angeordnet sind, die einen Zugfestigkeitmodul bei 10% Längung aufweisen,
der in einer Richtung mindestens das Doppelte des entsprechenden Moduls der Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul in dieser Richtung beträgt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung dieses Reifens werden demgemäss die einzelnen Schichten aus flüssigen Polymermaterialien, z. B. aus fliissigem Polyurethanpolymeren, gebildet, und der Reifen wird in einer Form hergestellt, wo die Lagen durch Aufsprühen oder anderes Aufbringen des flüssigen Polymeren auf die Innenwand der Form gebildet werden, während die Form gedreht wird, oder auf andere Weise eine drehende Relativbewegung zwischen der AufbringvorrichtungundderFormhergestelltwird.
Die Erfindung betrifft somit Luftreifen, die Abschnitte aufweisen, in denen keine verstärkenden Gewebeeinlagen vorgesehen sind, und insbesondere laminierte Luftreifen, die harte und weiche Lagen aufweisen, die so angeordnet sind, dass eine hohe Biegereissfestigkeit erzielt wird.
In der Reifenindustrie ist es seit langer Zeit bekannt, dass gewebeverstärkte Luftreifen viele Nachteile aufweisen und dass es wünschenswert wäre, einen verstärkungsfreien Reifen zu schaffen, der mittels eines weniger aufwendigen Arbeitsverfahrens herstellbar ist. Das konventionelle Verfahren zur Herstellung von Luftreifen ist nicht nur langsam und teuer, wobei zur Herstellung jedes Reifens eine oder mehrere Gummiarten und/oder Verstärkungsgewebe separat verarbeitet werden müssen, die verschiedenen Lagen kalandriert und aufgebracht sowie endlich alle Komponenten von Hand aus zum Reifen zusammengestellt werden müssen, sondern das konventionelle Luftreifenherstellungsverfahren eignet sich auch nicht dazu, auf irgendeine Weise automatisiert zu werden, was die Arbeitskosten verringern sowie die Qualität und die Einheitlichkeit der Reifen verbessern wurde.
Ein weiterer Grund für zu hohe Herstellungskosten bei der normalen Reifenherstellung ist der grosse Platzbedarf, dies an erster Stelle durch die vielen grossen Vulkanisierpressen, in denen jeweils ein grüner Reifen nach dem andern gehärtet wird, was jeweils von etwa 12 min bis mehr als 20 min Zeit beansprucht, und zweitens durch die Vorrichtungen zum Verarbeiten und Mischen des Kautschuks wie z. B. Mühlen, Banbury-Mischer, Extruder, Kalander und Reifenherstellungsmaschinen.
Weitere Probleme, die sich bei der Herstellung konventioneller gewebeverstärkter Reifen ergeben, resultieren aus der Schwierigkeit, die vielen Komponenten des Reifens gleichmässig anzuordnen, sowie den zylindrischen Vorformling auf der flachen Trommel durch einheitliche Ausdehnung in die endgültige, toroidale Form zu bringen. Mit dem laminierten Reifen der Erfindung werden einige dieser Probleme beseitigt.
Auf der Suche nach einer Reifenbauart und Herstellungsmethode, bei der keine Laminierung von Kordgeweben und Kautschukbestandteilen sowie der nachfolgende, von Hand aus durchzuführende Aufbau von Gewebelagen nötig ist, wurde seitens der Reifenindustrie versucht, zumindest die Reifenkarkasse durch For-
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men oder Giessen eines flüssigen Polymeren, z. B. eines Polyurethans, in die geeignete Form herzustellen. Der in der US-PS Nr. 2,902, 072 beschriebene Reifen weist eine Lauffläche sowie innere und äussere Seitenwände auf, wobei der Zwischenraum zwischen den inneren und äusseren Seitenwänden durch zelliges Poly- urethan gefüllt ist.
Die US-PS Nr. 3, 208, 500 beschreibt die Herstellung einer Luftreifenkarkasse durch Formen eines Polyurethans oder Polyamids zu einer einzigen, im allgemeinen homogenen Schicht. Die US-PS
Nr. 3, 274, 322 beschreibt ein Verfahren zum Fliessformen eines Materials wie z. B. Polyurethan, unter Verwendung einer Abstreifrakel, wobei ein Materialstreifen hergestellt wird, der anschliessend zu einer Reifenkarkasse geformt werden kann. Die US-PS Nr. 3,386, 485 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines gewebefreien Luftreifens aus einem aus einer Anzahl vorgeschlagener Polymeren und Copolymeren ausgewählten Material durch getrenntes Ausformen der ringförmigen Hälften eines Reifens, wobei diese beiden Hälften anschliessend in einer andern Presse miteinander verbunden werden.
Die US-PS Nr. 3, 396, 773 beschreibt die Anwendung der Zentrifugalgiesstechnik zur Herstellung eines Reifens, von dem angegeben wird, dass er eher ein Vollreifen als ein Luftreifen ist. Das allgemeine Konzept des Zentrifugalgiessens bei der Herstellung von Luftreifen ist in der US-PS Nr. 3, 555, 141 beschrieben, welche ein Verfahren offenbart, bei dem eine erhitzte Form, deren innere Oberfläche der äusseren Form des Reifens entspricht, in Drehung versetzt wird, während flüssiges Polyurethan in die Form eingebracht wird.
Durch die Drehung der Form beginnt das Polyurethan in der Form zu fliessen und bedeckt die gesamte innere Oberfläche der Form, wobei eine feste Schablone, die die Form des Innenprofils des Reifens hat, dazu dient, das Material in derselben Weise wie eine Abstreifrakel zu verteilen. In der US-PS Nr. 3,701, 374 wird eine verstärkungsgewebefreie Luftreifenkarkasse beschrieben, die aus einem Polyurethan und einem andern Elastomeren bestehen kann, sowie Verfahren, um den Reifen mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften herzustellen.
Die DE-OS 2416185 betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kraftfahrzeugreifen aus flüssigen aushärtenden Kunststoffen, bei dem das Reaktionsgemisch aus in der Form beweglich angeordneten Düsen auf die Forminnenwand aufgesprüht wird. Zu diesem Zweck kann die Düseneinheit und/oder die Form eine Rotationsbewegung ausführen. Zur Bildung der Lauffläche und des Wulstbereiches des Reifens können die Düsen einleitend mit einem besonderen Reaktionsansatz. beschickt werden. Die Patentschrift enthält keinen Hin-
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flächenmischung in die Form gestopft und dann die Karkasse an die Lauffläche angegossen wird, worauf die Vulkanisierung des Gesamtreifens erfolgt. Ein Schichtaufbau der Karkasse ist nicht vorgesehen.
In ähnlicher Weise betrifft die US-PS Nr. 3, 833, 043 einen Luftreifen ohne Verstärkungseinlagen abge- sehen von Wülsten, bei dem Laufflächenzone und Karkasse aneinander angeformt oder angegossen werden sowie der Gesamtreifen dann vulkanisiert wird, und bei dem Laufflächenzone und Karkasse in üblicher Weise aus verschiedenen Mischungen bestehen. Wieder ist keine mehrlagige Karkasse geoffenbart.
Obwohl viele der bei der konventionellen Reifenherstellung auftretenden Probleme durch die Herstellung von Reifen in Übereinstimmung mit den obigen Druckschriften verringert oder vermieden werden können, gibt es auch bei der Herstellung der gegossenen Reifen, wie sie in den obigen Patentschriften erläutert werden, eine Reihe ernsthafter Probleme, und die Verwendung dieser besonderen Reifen hat sich nicht verbreitet. Von der Seite der Lebensdauer des Reifens her betrachtet, ist das Hauptproblem der gegossenen Reifen das Biegeermiidungs versagen. DerAuf lagebereich eines Reifens wird durch das Gewicht des Fahrzeuges verformt, so dass während der Benutzung des Reifens der Gummi in diesem Bereich kontinuierlich einer Biegebeanspruchung unterworfen ist.
Bei konventionellen gewebeverstärkten Reifen nimmt das Stützgewebe beispielsweise mindestens 85% des Aufblasdruckes auf, wogegen der Gummi selbst weniger als 15% davon aufnimmt. Soll nun die Gewebeverstärkung ohne Veränderung der allgemeinen Reifenform weggelassen werden, würde es notwendig sein, einen Gummi mit höherem Festigkeitsmodul einzusetzen, damit der Reifen seine
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ten die Tendenz, dass sich ein Riss ausbildet, der während der fortgesetzten Biegebeanspruchung des Reifens so lange grösser wird, bis der Reifen platzt oder zumindest gefährlich wird. Bei Verwendung einer Gewebeverstärkung ist es möglich, weichere Gummiarten zu verwenden, bei denen sich dieses ernste Biegeermü- dungsproblem nicht zeigt.
Bei der Herstellung eines gewebeeinlagenfreien Reifens unter Verwendung von steiferen Polymeren, die nunmehr die notwendige Widerstandsfähigkeit haben müssen, ist jedoch die Biegeermüdung ein extrem ernstes Problem. Versuchsergebnisse bezüglich gewebeeinlagenfreier Reifen zeigen, dass diese Reifen grundsätzlich infolge von Biegungsrissen in den Seitenwänden versagen.
Gemäss der Erfindung erhält man einen verbesserten Reifen dadurch, dass eine neue laminierte Karkassenkonstruktion vorgeschlagen wird, bei der eine Reihe von Lagen aus einem Polymermaterial mit einem relativ geringen Zugfestigkeitsmodul, sowie eine Reihe von Lagen aus Polymermaterial mit einem relativ
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hohen Zugfestigkeitsmodul, wie z. B. zwischen 35000 bis 350000 kPa,-eingesetzt werden. Diese einzelnen
Lagen werden vorzugsweise alternierend und in einer solchen Art und Weise vorgesehen, dass die Reifenkar- kasse die gewünschte Stärke und Steifigkeit erhält, wogegen gleichzeitig eine viel grössere Biegeermüdungs- festigkeit erzielt wird, als dies mit einem homogenen Aufbau möglich wäre.
Die erfindungsgemässen Luftreifen werden vorzugsweise aus fliessfähigen Polymermaterialien hergestellt, die bei den Verarbeitungstemperaturen eine solche Viskosität haben, dass sie fliessen können und die ge- wünschen Reifenlagen in einer annehmbaren Zeitspanne bilden. Dabei können diese fliessfähigen Polymeren sowohl nach dem Drehgiessverfahren als auch nach andern Formverfahren verarbeitet werden.
Bei der Verwendung von fliessfähigen Polyurethanpolymeren wird gemäss der Erfindung bevorzugt, eine 'Form mit der gewünschten Ringgestalt des Reifens vorzusehen, auf die Innenfläche dieser Form eine im allgemeinen gleichförmige Lage aus Polymermaterial aufzubringen, die dann gehärtet oder mindestens teilweise härten gelassen wird, und anschliessend eine weitere im allgemeinen gleichmässige Lage mit einem verschiedenenFestigkeitsmodul aufzubringen. Es wird eine grosseAnzahl vonLagen inder beschriebenenWei- se aufgebracht und gehärtet, so lange bis die gewünschte Dicke erzielt worden ist.
Um die einzelnen Lagen in die gewünschte Form zu bringen bzw. eine gleichmässige Dicke dieser Lagen zu erzielen, kann eine Ab- streifrakel verwendet werden, wobei zu diesem Zwecke auch eine Drehbewegung zwischen der Form und der Abstreifrakel vorgesehen werden kann. Wird ein flüssiges Polymermaterial durch eine Sprühdüse oder eine andere Beschichtungsvorrichtung aufgebracht, kann zwischen der Form und der Aufbringungsvorrichtung während des Aufbringens des flüssigen Polymeren eine Relativbewegung vorgesehen werden, z. B. durch Drehen der FormmitBezugauf die Beschichtungsvorrichtung oder umgekehrt.
Nach Wunsch können die fliess- fähigen Materialien so gemischt und so behandelt werden, dass das nötige Härten einer Lage vor dem Aufbringen der nächsten Lage während lediglich einer oder zwei Umdrehungen der Form vor sich geht.
Diese Drehgiessmethode kann verwendet werden, um eine grosse Anzahl von verschiedenen Lagen aus Po- lyurethan oder andern geeigneten Polymeren in verschiedenen Dicken von 0, 0254 bis 2, 54 mm zu bilden.
Vorzugsweise alternieren die harten und weichen Lagen, es sind jedoch viele verschiedene Anordnungsweisen möglich, um die gewünschte Biegerissfestigkeit zu erzielen.
Wird nach eine m Aspekt der Erfindung ein Luftreifen-beim obigen Verfahren durch Verwendung von fliessfähigen Polyurethanpolymeren hergestellt, kann der Zugfestigkeitsmodul und die Härte der verschiedenen Lagen durch Veränderung der Menge oder des Typs des verwendeten Härters und durch Veränderung des Molekulargewichtes oder des Typs des verwendeten Polyurethanpolymeren beeinflusst werden.
Imfolgendenwird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemässen Reifens, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Seitenwand des Reifens nach Fig. l, die Fig. 3, 4 und 5 Querschnitte von Seitenwänden entsprechend Fig. 2 bezüglich anderer Reifenausführungsformen gemäss der Erfindung und Fig. 6 einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von laminierten Luftreifen mittels des erfindungsgemässen Verfahrens zeigen.
In Fig. 1 erkennt man einen Luftreifen --10-- mit einem Laufflächenabschnitt --12-- und zwei Seitenwän- den-14-. Es wird darauf hingewiesen, dass Fig. 1 teilweise schematisch ausgeführt ist und dass im Lauf- flächenabschnitt-12-- bekannte Verstärkungseinlagen, wie z. B. Gürtel, vorgesehen sein können, ohne dass indenSeitenwändenGewebe-oder andere Verstärkungen vorgesehen sind. Mit andern Worten kann der Querschnitt des Reifens im allgemeinen so wie in der US-PS Nr. 3, 701, 374 oder in den andern eingangs erwähnten Patentschriften ausgebildet sein.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass, obwohl der Reifen vorzugsweise eine toroidale Querschnittsausbildung zeigt, sich die Erfindung auch auf Reifen spezielleren Querschnittes bezieht, wie sie beispielsweise in der US-PS Nr. 3, 840, 060 beschrieben sind. Am Reifen oder an der Felge können übliche Mittel vorgesehen sein, um den Wulstbereich des Reifens zu verstärken oder zu seiner Fixierung an der Felge beizutragen.
Der erfindungsgemässe Reifen --10-- wird vorzugsweise mit einer grösseren Anzahl von Lagen aus Polymermaterialhergestellt, die vorzugsweise eine im allgemeinen gleiche Dicke aufweisen und die benachbarte Lage vollständig bedecken. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform weist die Reifenkarkasse und jede der Seitenwände --14-- ein Laminat mit 13 Lagen auf, das aus alternierenden Lagen mit hohem Festigkeitsmodul H und mit niedrigem Festigkeitsmodul L gebildet ist. An der Innenfläche und an der Aussenfläche des Reifens ist jeweils eine Lage L mit geringem Festigkeitsmodul angeordnet, wogegen alle andern Lagen auch eine Lage H mit hohem Festigkeitsmodul beinhalten.
Auf Grund dieser besonderen Ausführungsform ist es möglich, einen Reifen der gewünschten Stärke und Steifigkeit unter Verwendung von Lagen mit einem hohen Festigkeitsmodul zu erhalten, wobei aber gleichzeitig die Tendenz, Biegerisse zu bilden, auf ein Minimum reduziert ist. Ein 13-lagiges Laminat ist in vielen Fällen vorteilhaft, aber auch mit einer andern Lagenzahl können gute Resultate erhalten werden.
Fig. 3 zeigt eine weitere 13-lagige Ausführungsform, bei der neben den Lagen H mit hohem Festigkeitsmodul und den Lagen L mit geringem. Festigkeitsmodul Lagen M mit einem mittleren Festigkeitsmodul vor-
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gesehen sind. Die Anordnung ähnelt der gemäss Fig. 2 darin, dass die Lagen H und L regelmässig aufeinander- folgen, wobei die Lagen L mit niedrigem Festigkeitsmodul an der Innen- und Aussenseite des Reifens ange- ordnet sind, im gegebenen Fall ist jedoch eine Lage M mit mittlerem Festigkeitsmodul zwischen jeder La- ge L und der nächstfolgenden Lage H angeordnet. Auf diese Weise wird es möglich, Lagen H mit extrem ho- hem Festigkeitsmodul zu verwenden, ohne dass beim Übergang von einer Lage H auf eine Lage L eine abrup- te Veränderung des Festigkeitsmoduls auftritt.
Wenn bei einem Reifen eine sehr grosse Lagenzahl, wie z. B.
25 bis 50 oder darüber, vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, mehr als eine Lage mit mittlerem Festig- keitsmodul zwischen einer Lage mit niederem Festigkeitsmodul und einer Lage mit hohem Festigkeitsmodul anzuordnen.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform gemäss der Erfindung, wobei die Lagen mit niedrigem und die
Lagen mit hohem Festigkeitsmodul wie in Fig. 2 gezeigt, im Mittelabschnitt des Laminats miteinander abwechseln, wobei aber jeweils mehrere der aussen liegenden Lagen aus demselben Material mit niedrigem Festigkeitsmodul gebildet sind. Gemäss dieser Figur sind die ersten drei Lagen sowohl an der Innenseite als auch an der Aussenseite der Karkasse Lagen L mit niedrigem Festigkeitsmodul. Ein Grund für diese Art des Aufbaues besteht darin, dass sowohl die inneren als auch die äusseren Oberflächenabschnitte des Reifens grösseren Biegebeanspruchungen unterworfen sind, die von Material mit niedrigem Festigkeitsmodul besser vertragen werden.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die verschiedenen Lagen verschiedene Dicken aufweisen. Bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 2, 3 und 4 haben alle dargestellten Lagen dieselbe Dicke, es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass verschiedene Variationen und Dicken vorgesehen werden können, und dass es oft vorteilhaft ist, die Lagen mit einem niedrigen Festigkeitsmodul etwas dicker zu machen, als die Lagen mit hohem Festigkeitsmodul. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 alternieren die Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul mit den Lagen mit hohem Festigkeitsmodul, wie in Fig. 2 gezeigt, mit der Ausnahme, dass an der Innenseite der Karkasse zwei Lagen L mit niedrigem Festigkeitsmodul vorgesehen sind.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Reifen können viele verschiedene Verfahren angewendet werden.
Beispielsweise kann der grüne Reifen durch Ausbildung eines zylindrischen Laminats mit 10 oder mehr Lagen und nachfolgendes Expandieren des Laminats aus einer zylindrischen in eine toroidale Gestalt gebildet werden, in einer Weise, die etwas dem konventionellen Flachbandverfahren ähnelt. Weiterhin kann der Reifen auch so gebildet werden, dass die Lagen auf das Laminat aufgebracht werden, während das Laminat bereits eine toroidale Form oder einen andern gewünschten Querschnitt aufweist, wie dies im nachfolgenden beschrieben wird.
Erfindungsgemässe Reifen wurden versuchsweise dadurch hergestellt, dass auf die äussere Oberfläche einer Metallform in Handarbeit eine Anzahl von Lagen flüssigen Polymermaterials mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke aufgetragen wurde. Eine andere mögliche Weise, einen erfindungsgemässen Reifen herzustellen ist die, nacheinander ungehärtete Kautschukbahnen od. dgl. unter Ausbildung von Lagen aufeinander aufzubringen. Verfahren, die Handarbeit erfordern, sind aber auf Grund der extremen Herstellungskosten möglicherweise unpraktisch. Um derartige Kosten zu reduzieren, wird vorzugsweise flüssiges Polymermaterial und eine automatische Vorgangsweise angewendet.
Die zur Herstellung der Reifen gemäss der Erfindung verwendbaren Polymermaterialien sind Elastomeren, elastoplastische Materialien oder Kunststoffe mit hohem Festigkeitsmodul. Die weicheren Lagen des Reifens mitniedrigemFestigkeitsmodul werden aus Elastomeren und/oder elastoplastischen Materialien hergestellt, wogegen die härteren Lagen des Reifens mit einem hohen Festigkeitsmodul vorzugsweise aus den elastoplastischen Materialien oder aus Kunststoffen mit hohem Festigkeitsmodul hergestellt werden.
Die Elastomeren sind gekennzeichnet durch Glasumwandlungstemperatur unter etwa -20oC, Young-Biegefestigkeiten im Bereich von 700 bis 42200 kPa und die Fähigkeit, Längungen von 100% oder mehr ohne bleibende Verformung oder Reissen zu vertragen. Unter den erfindungsgemäss günstig verwendbaren Elastomeren sind Polyurethangummi, Naturgummi, Polybutadien und verschiedene andere synthetische Gummitypen, insbesondere Styrolbutadiengummi.
Die elastoplastischen Polymermaterialien können Young-Biegefestigkeiten im Bereich von 21100 bis 350000 kPa aufweisen. Bei Raumtemperatur erreichen diese Materialien durchschnittlich die Streckgrenze
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wie bei-spielsweise Styrol-butadien-styroltriblookpolymeren, Polyesterblockpolymeren, segmentierte Polyurethanpolymeren und Ionomeren.
Die Kunststoffmaterialien mit einem hohen Festigkeitsmodul weisen Young-Biegefestigkeiten von 350000kPa oder darüber auf, wobei die Streckgrenze und/oder der Dehnungsbruch bei Längungen unter etwa L5% erreicht werden. Die Materialien haben Glas- oder Schmelzumwandlungstemperaturen oberhalb von
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100 C. Geeignete Materialien aus dieser Gruppe sind Zusammensetzungen aus Polyamiden, Polycarbonaten, Epoxydharzen und Polystyrolen.
Die Elastomermaterialien, die in den Lagen mit niederem Festigkeitsmodul des erfindungsgemässen Reifens Verwendung finden, sollten eine Glasumwandlungstemperatur unter etwa -20oC aufweisen und können Gruppen beinhalten, die zur Bildung von covalenten Quervernetzungen fähig sind. Das Molekulargewicht der Ketten zwischen den covalenten Quervernetzungen beträgt vorzugsweise etwa 5000 bis 40000, insbesondere 8000 bis 20000.
Im allgemeinen sollte das Polymermaterial, aus dem die verschiedenen Lagen des laminierten Reifens gemäss der Erfindung gebildet sind, ein berechnetes Molekulargewicht von mindestens 10000 und eine Shore A Durometerhärte von mindestens 20 aufweisen, überdies vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mindestens
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gem Festigkeitsmodul hat vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 14100'kPa.
Es besteht ein allgemeiner Zusammenhang zwischen der Shorehärte und der Young-Biegefestigkeit wie folgt :
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<tb>
<tb> Shorehärte <SEP> Young-Biegefestigkeit
<tb> (B. <SEP> S. <SEP> & I. <SEP> R. <SEP> H.) <SEP> kPa
<tb> 30 <SEP> 915 <SEP>
<tb> 50 <SEP> 2180
<tb> 75 <SEP> 9420
<tb>
Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung angegebenen Werte für die Shorehärte und für die Young-Biegefestigkeit allgemein diesen Zusammenhängen entsprechen müssen.
Die Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul im ausgehärteten Reifen zeigen vorzugsweise eine YoungBiegefestigkeit im Bereich von 2110 bis 35000 kPa, gewöhnlich im Bereich von 3500 bis 21100 kPa. Die bevorzugte Härte hängt ab von der Dicke der verschiedenen Lagen, ihrer Anordnung, von der Steifigkeit der härteren Lagen und andern Faktoren.
Die Lagen mit hohem Festigkeitsmodul im ausgehärteten Reifen zeigen eine Young-Biegefestigkeit im Bereich von 21100 bis 704000 kPa, was gewöhnlich mindestens das Doppelte des entsprechenden Wertes bezüglich der benachbarten Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul bedeutet ; die bevorzugten Werte liegen im Bereich von etwa 3500 bis 350000 kPa-. Das Verhältnis der Young-Biegefestigkeit der harten Lagen des laminierten Reifens zu dem der weichen Lagen kann bis zu 300 : 1 betragen, es liegt aber häufiger im Bereich von 3 : 1 bis 20 : 1 bei PKW-Reifen.
Der bevorzugte Festigkeitsmodulfür die härteren Lagen hängt natürlich von vielen Faktoren ab und sollte so ausgewählt werden, dass der zusammengesetzte Reifen den angestrebten Gesamtfestigkeitsmodul und die angestrebte Steifigkeit aufweist. Beispielsweise dann, wenn die laminierte Karkasse des Reifens zu 50 Gew.-% aus Polymermaterial mit hohem Festigkeitsmodul und zu 50 Gew.-% aus Polymermaterial mit niedrigem Festigkeitsmodul besteht, kann die Young-Biegefestigkeit der weicheren Lagen 3500 bis 14100kPa und für die harten Lagen 28100 bis 56300 kPa betragen. Wird auf der andern Seite die Menge des Materials mit hohem Festigkeitsmodul auf nur 25 Gew. -% erniedrigt, kann die Young-Biegefestigkeit auf 70400 bis 105500 kPa, oder vielleicht auf 141000 kPa erhöht werden.
Im allgemeinen sollte das Gesamtgewicht der Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul in der Karkasse des laminierten Luftreifens mindestens gleich sein mit dem Gesamtgewicht der Lagen mit hohem Festigkeitsmodul, wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist, und es ist vorteilhaft, Material mit niedrigem Festigkeitsmodul sowohl an der Innen- als auch an der Aussenseite des Laminats, vorzugsweise an der Aussenfläche der Seitenwände, vorzusehen.
Die Lagenanzahl kann gering gehalten werden, um die Herstellungskosten zu verringern, es wird jedoch bevorzugt, mindestens 7 Lagen und insbesondere mindestens 9 Lagen zu verwenden. In Abhängigkeit von der Dicke der Lagen, die von 0, 0254 bis 2, 54 mm betragen kann, kann die Anzahl der Lagen von 5 bis 1000 variieren. Bei Lagendicken im Bereich von 0, 127 bis zu 1, 27 mm liegt die Lagenanzahl vorzugsweise im Bereich von 7bis 100. Vorzugsweise ist weiterhin die Dicke der Lagen gleichmässig oder im allgemeinen gleichmässig, und jede Lage ist in Umfangsrichtung gesehen vorzugsweise durchgehend und undurchbrochen, dies ist jedoch nicht wesentlich. Während der Herstellung des Reifens können die Lagen deformiert werden, beispielsweise wenn der Reifen nach der Ausbildung des Laminats geformt wird, bevor er ganz ausgehärtet wird.
Durch Variieren der Anzahl von Lagen, ihrer Dicke, der Anordnung der Lagen und der Härte der verwendeten Polymeren ist es möglich, in Übereinstimmung mit der Erfindung eine unendliche Anzahl verschie-
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dener laminierter Reifen herzustellen.
Gewöhnlich werden jedoch die einfacheren Anordnungen bevorzugt, bei denen die Lagen mit niedrigem
Festigkeitsmodul sowie die Lagen mit hohem Festigkeitsmodul jeweils untereinander dieselbe Härte aufwei- sen. Um die Adhäsion zwischen den Lagen zu verbessern, ist es vorteilhaft, alle Lagen aus im allgemeinen demselben Polymertyp zu machen (d. h. aus Polyurethan). Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass Haftprobleme durch Verwendung von Klebstoffen oder Haftvermittlern, oder Perforationen in den Lagen, oder auf verschiedene andere Arten gelöst werden können.
Gute Resultate werden erzielt, wenn alle Lagen mit hohem Festigkeitsmodul aus demselben elastopla- stischen Material mit einer Streckgrenzendehnung von etwa 5 bis etwa 10% und einer Young-Biegefestigkeit von 35000 bis 141000 kPa bestehen, und alle Lagen mit niederem Festigkeitsmodul aus demselben Elasto- mermaterial mit einer Bruchdehnung von mindestens 50% und einer Young-Biegefestigkeit von 3500 bis 14100kPa, gebildetsind. Die Zugfestigkeitder Lagen mit hohem Festigkeitsmodul sollte mindestens 14100 kPa vorzugsweise mindestens 21100 kPa, betragen.
Bei einem speziellen Laminat der in Fig. 3 illustrierten Art können die Lagen L eine Young-Biegefestig- keit von 2110 bis 7040 kPa, die Lagen M eine Young-Biegefestigkeit von 7040 bis 21100 kPa und die Lagen H eine Young-Biegefestigkeit von 70400 bis 350000 kPa aufweisen.
Die erfindungsgemässen laminierten Reifen können auf viele verschiedene Arten aus härtbaren Bahnen aus Kautschuk oder Kunststoff oder fliessfähigen Polymermaterialien, im zweiten Fall durch Zentrifugal- giessen oder Extrusion gebildet werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein fliessfähiges und härtbares Polymermaterial mit einer derartigen Viskosität bei Verarbeitungstemperaturen verwendet, dass das Material unter seinem eigenen Gewicht in einer vertretbaren Zeitspanne fliesst. Das Material für die Lagen mit niedrigem Festigkeitsmodul sollte so sein, dass es in einer vertretbaren Zeitspanne aushärtet, um eine
Zugfestigkeit vorzugsweise von mindestens 7040 kPa zu ergeben.
Das gemäss der Erfindung bevorzugte Polymermaterial ist ein fliessfähiges Polymeres wie beispielsweise ein Polyurethan, das schnell gehärtet werden kann und in einer automatischen Anlage leicht verarbeitbar ist.
Die Viskosität des Polymermaterials kann durch Verwendung von Lösungsmitteln oder Plastifizierungsmit- tem, durch Anwendung von Hitze, oder durch geeignete Auswahl von Härtern, durch Auswahl der Härtetemperaturen oder in irgendeiner andern Weise eingestellt werden. Wie im nachfolgenden genauer beschrieben, kann eine grosse Anzahl verschiedener Polymerer eingesetzt werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung eines Luftreifens wird vorzugsweise das Reifenlaminat durch Aufsprühen oder durch anderes Aufbringen von härtbarem, flüssigem Polymermaterial auf die Innenseite einer breiten Form gebildet. Dies kann ohne oder mit Anwendung einer Abstreifrakel zur Formung der Lagen geschehen.
In Fig. 6 ist in teilweise schematischer Weise eine Form dargestellt, die zur Herstellung eines laminierten Reifens Verwendung finden kann. Wie ersichtlich, besteht die Form, die das allgemeine Bezugszei- chen --20-- trägt, aus einer linken Formhälfte --22L-- und einer rechten Formhälfte --22R--. Die Formhälften sind an kreisscheibenförmigen Halteplatten --24L und 24R-- angeordnet, die ihrerseits mit Lager- blöcken --26L und 26R-- verbunden sind. Diese Anordnung gewährleistet, dass die aus den Formhälften, Halteplatten und Lagerblöcken gebildete Einheit frei um die hohle Achse --30-- auf Kugellagern --28-- rotieren kann.
Innerhalb der Achse --30-- sind zwei Sprührohre --32 und 34-- so angeordnet, dass flüssiges Polymeres in die Form eingebracht werden kann. Das Polymere wird von den Sprühdüsen an den Enden der Rohre - 32 und 34-- auf die innere Oberfläche des Formhohlraumes aufgesprüht. Die Enden der Sprührohre werden durch einen ringförmigen Halter --36--, der auf der Achse --30-- montiert ist, in ihrer Lage fixiert. An den beiden Enden des ringförmigen Halters --36-- sind an dessen Peripherie Kugellager --38-- angeordnet, auf denen sich die Formhälften --22L und 22R-- abstützen, so dass die Formhälften mit Bezug auf die Achse --30-- frei rotierbar sind. Die Achse --30-- und der Halter --36-- können ihrerseits entweder fest oder drehbar angeordnet sein.
Wie gezeigt, kann die Innenfläche der durch die Formhälften --22L und 22R-- gebildeten Form so ausgebildet sein, dass der Luftreifen, der aus der Lauffläche und den Seitenwänden besteht, vollständig innerhalb der Form --20-- hergestellt werden kann. Jedoch kann die Form auch so ausgebildet sein, dass in ihr nur die laminierte Karkasse gebildet wird, auf welche die Lauffläche anschliessend an das Entfernen der Karkasse aus der Form --20-- aufgebracht wird.'In diesem Fall können verschiedene Vorgehensweisen angewendet werden, um die Lauffläche aufzubringen, und es wird darauf hingewiesen, dass bei Bedarf unterhalb der Lauffläche Verstärkungseinlagen, wie Gürtel, angeordnet werden können.
Aus Fig. 6 erkennt man, dass die Sprühdüse bzw. die Sprtihdüsen so ausgelegt sind, dass sie das-flüssige Polymere sowohl auf die äussere Radialfläche als auch auf die inneren Seitenflächen der Form sprühen, wie dies in gestrichelten Linien dargestellt ist, die sich vom Ende des Rohres --34-- weg erstrecken. Mit andern Worten versprühen die Sprühdüsen das flüssige Polymere so, dass auf der gesamten inneren Oberfläche der Form eine Lage mit im wesentlichen gleicher Dicke erzeugt wird.
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destens 8 Kohlenstoffatome. Ausgezeichnete Resultate werden unter Verwendung von aromatischen Diisocy- anaten wie Toluyldiisocyanate (TDI), 4, 4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder andern Diphenylalkandiiso- cyanaten od. dgl. erhalten.
Beispielsweise kann das organische Diisocyanat eine 80 : 20 oder 65 : 35 Mischung von 2, 4- und 2, 6-Toluyldiisocyanat sein. i Die zur praktischen Verwendung gemäss der Erfindung geeigneten Diisocyanate enthalten vorzugsweise 8 bis 20 Kohlenstoffatome und umfassen die verschiedenen Toluyldiisocyanate, die verschiedenen Naphthalin- diisocyanate, die verschiedenen Phenylendiisocyanate und die verschiedenen Diphenylalkandiisocyanate, wie sie inder US-PS Nr. 3, 701, 374 beschrieben sind, wobei die gesamte Offenbarung dieser Patentschrift durch die
Bezugnahme auf diese Druckschrift für die vorliegende Erfindung gegeben ist. Geeignete Diisocyanate sind z. B.
3, 3'-Dimethyl-4, 4'-diphenylmethandiisocyanat, 3, 3' -Dimethyl-4, 4'-biphenyldiisooyanat, 3, 3'-Dimethoxy- - 4, 4'-biphenyldiisocyanat u. dgl. Weiterhin können Mischungen aus den verschiedenen genannten Diisocy- anaten eingesetzt werden.
Die gemäss der Erfindung eingesetzten Polyurethane des geeigneten Molekulargewichtes können auf ver-
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Alkohol oder ein Polyäther oder Polyester mit Hydroxylendgruppen und einem organischen Diisocyanat umgesetzt werden, um ein flüssiges VDrpolymeres mit einem Molekulargewicht von 800 bis 20000, indem im wesentlichen die Endgruppen entweder alle Hydroxylgruppen oder alle Isocyanatgruppen sind, gebildet wird, und das Vorpolymere kann anschliessend mittels Diaminen, Diolen oder Diisocyanaten gehärtet werden, in Abhängigkeit davon, welche Endgruppen im Vorpolymeren vorliegen.
Die bevorzugten Polyurethane werden durch Umsetzen der Hydroxylgruppen von Polyalkylenglykolen mit einem Molekulargewicht von 800 bis 20000 mit Diisocyanaten unter Bildung eines Vorpolymeren erhalten, wobei dann eine Kettenverlängerung durchgpfiihrtwirdunddas Vorpolymere mittels eines Diamin- oder Dioläthers, wie z. B. MOCA oder einem Alkylenglykol, gehärtet werden.
Die zur Herstellung des Polyurethans verwendbaren Polyester mit Hydroxylendgruppen können die Reaktionsprodukte einer Polycarbonsäure und eines polyhydrischen Alkohols sein, wie z. B. in der US-PS Nr. 3, 208, 500 beschrieben. Beispielsweise kann der Alkohol Äthylenglykol oder Propylenglykol sein. Die aktive Wasserstoffatome enthaltende organische Verbindung zur Reaktion mit den Isocyanatgruppen kann auch ein polyhydrischer Polythioäther oder ein Polyesteramid sein, wie in der US-PS Nr. 3, 208, 500 beschrieben, wobei vorzugsweise ein polyhydrischer Polyalkylenäther verwendet wird.
Der Äther kann beispielsweise das Kondensationsprodukt eines Alkylenoxyds mit einem Glykol, wie z. B.
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od. dgl.Styroloxyd und Mischungen aus diesen Verbindungen.
Bei der Bildung von flüssigen Vorpolymeren zur Verwendung im erfindungsgemässen Verfahren wird bevorzugt, das organische Diisocyanat (vorzugsweise MDI oder TDI) mit Polyalkylenglykolen mit MoLekulargewichten im Bereich von 800 bis 20000, insbesondere Polyalkylenglykole mit Alkylengruppen von 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Polyäthylenglykol, Polypropylenglykol, Polytrimethylenglykol, Polytetramethylenglykol, Polyhexamethylenglykol, Copolymeren solcher Glykole mit hohem Molekulargewicht und Mischungen der oben genannten Polyalkylenglykole umzusetzen.
Die bevorzugten Vorpolymeren weisen Isocyanatgruppen auf und können mit verschiedenen Diaminen gehärtetwerden. Vorzugsweise enthalten diese Diamine einen zentralen organischen Rest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, der an 2 Aminogruppen gebunden ist, wie z. B. Äthylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexame-
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ätherkette mit hohem Molekulargewicht steht, Ri der organische Rest des Diisocyanats ist und R2 den organischen Zentralrest des Diamins bedeutet. Diese Polymertype mit dem geeigneten Molekulargewicht ergibt ausgezeichnete Resultate bei der praktischen Durchführung der Erfindung, wenn es zur Herstellung der Lagen mithohem und mit niedrigem Festigkeitsmodul des Reifenlaminats Verwendung findet.
Die Härte und der Festigkeitsmodul dieser Polyurethanpolymeren kann beispielsweise durch Erhöhung des Isocyanat-und'Gly- kol-oder Diamingehaltes des Systems erhöht werden.
Der für die Verwendung zur Herstellung von Luftreifen gemäss der Erfindung ausgewählte Polyurethantyp hängt von der Art des anzuwendenden Herstellungsverfahrens ab. Das zum Versprühen bestgeeignete Polyurethan ist nämlich möglicherweise nicht das beste bezüglich einer Filmextrusion oder bezüglich eines andern Verfahrens.
Es gibt bereits im Handel erhältliche flüssige Polyurethangummi, die zur praktischen Durchführung der
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Erfindung Verwendung finden können. So können beispielsweise gute Resultate mit Adiprene L-100 Vorpoly- meren (4, 1%NCO), Adiprene L-167 Vorpolymeren (6, 3%NCO) und Adiprene L-315 Vorpolymeren (9, 5%NCO) erhalten werden, die von E. I. du Pont de Nemours & Co. hergestellt werden. Diese flüssigen Vorpolymeren können mit konventionellen Diaminen gehärtet werden, wie z. B. MOCA, Caytur 7 oder Caytur 21 (4, 4'-Me- thylen-bis-anilin) unter Anwendung eines Äquivalentgewichtsverhältnisses von Diamin : Vorpolymerem von etwa 0, 95 bis etwa 1, 10. Caytur 7 ist eine eutektische Mischung von m-Phenylen und Cumoldiamin.
Die Polyurethan-Vorpolymeren, wie z. B. Adlprenell-Vorpolymeren, konnen beispielsweise aus TDI und einem Polyalkylenglykol oder Polyol, wie Poly (tetramethylenätherdiol) hergestellt werden, und ähnliche Vor- polymeren können unter Verwendung von MDI an Stelle von TDI oder unter Verwendung eines etwas verschie- denen Polyols erhalten werden. Verschiedene Polyalkylenglykole und Polyalkylenätherpolyole können einge- setzt werden, u. zw. sowohl Diole als auch Triole, und die Vorpolymeren können entweder HO- oder NCO-
Endgruppen enthalten, wobei letzteres bevorzugt wird.
Das beim erfindungsgemässen Luftreifen verwendete Polymermaterial kann auch ein Polyamidkunststoff sein, wie Nylon 66, Nylon 610 oder Nylon 6. Es können verschiedene langkettige künstliche polymere Amide verwendet werden, die wiederkehrende Amidgruppen als integralen Teil der Hauptkette des Polymeren auf- weisen, z. B. solche die durch Kondensation von Diaminen und zweibasigen Säuren, solche die durch Konden- sation von Polycarbonsäuren mit Polyaminen, oder solche die durch Polykondensation von Caprolactam erhalten werden.
Es können verschiedene Triamine eingesetzt werden, wie Äthylentriamin u. dgl., aber es werden bevor- zugt Diamine verwendet. Geeignete Diamine sind beispielsweise Äthylendiamin, Diäthylendiamin, Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin, Phenylendiamin u. dgl. sowie Mischungen aus den aufgezählten Verbindungen.
Zur Herstellungder Polyamide können verschiedene mehrbasische Säuren im Bereich von Bernsteinsäure bis Sebacinsäure verwendet werden, beispielsweise Bernsteinsäure, Aconsäure, Adipinsäure, Äpfelsäure, Itaconsäure, Fumarsäure u. dgl.
Die zur Verwendung in Gummiluftreifen verwendbaren Polyamide, die zur praktischen Durchführungder Erfindung verwendbar sind, werden in der US-PS Nr. 3, 208, 500 beschrieben, auf die hier als Grundlage Bezug genommen wird. Die bevorzugten Polyamide sind solche, die aus Diaminen und zweibasischen Säuren hergestellt wurden, wie z. B. die Reaktionsprodukte von Hexamethylendiamin oder einem ähnlichen Diamin mit einer zweibasischen Säure, wie Adipinsäure oder Sebacinsäure.
Während es viele verschiedene Typen von Polymeren gibt, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung Verwendung finden können, erscheinen als aussichtsreichste Polymeren die Polyurethane und die Polyamide oder Nylontypen, wie sie im allgemeinen in der US-PS Nr. 3, 208, 500 abgehandelt werden.
Derzeit sind die praktisch günstigsten Polymeren die Polyurethane, insbesondere die Polyätherurethane und die Polyesterurethane.
Ein Vorteil der Polyurethane ist der, dass sie in flüssiger Form mit zum Versprühen oder zum Verteilen geeigneten Viskositäten erhaltbar sind. Weiterhin können sie sowohl für die Lagen mit hohem als auch für die mit niedrigem Festigkeitsmodul verwendet werden, was das Haftungsproblem herabsetzt. Weiterhin ist es möglich, Polyurethane verschiedenen Molekulargewichtes miteinander zu vermischen, um Produkte mit den geeigneten Eigenschaften zu erhalten.
Beispielsweise kann der laminierte Luftreifen gemäss der Erfindung unter Verwendung von Adiprene L-42 (Molekulargewicht etwa 3000) für die Lagen mit einem niedrigen Festigkeitsmodul und Adiprene L-167 (Molekulargewicht etwa 1330) für die Lagen mit hohem Festigkeitsmodul hergestellt werden. Die Lagen mit hohemFestigkeitsmodulkönnenauchunter Verwendung einer Mischung aus 60 Gew.-Teilen Adiprene L-167 und 40 Gew.-Teilen Adiprene L-315 (Molekulargewicht etwa 900) hergestellt werden. Als Härter können MOCA, Caytur21 oder ein anderes geeignetes Diamin Verwendung finden, und das Plastifizierungsmittel, wenn überhaupt ein solches verwendet wird, kann Dioctylphthalat od. dgl. sein.
Der Härter sollte zu einer relativ schnellen Härtung führen, um die Zeitspanne zwischen dem Auftragen einer Lage und dem Auftragen der nächsten Lage auf einem Minimum zu halten.
Die Polyurethan-Vorpolymeren können auch zum Erhalt der gewünschten Eigenschaften auf verschiedene Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann Adipren L-167 (ein Vorpolymeres mit einer Brookfield-
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milage des gewünschten Typs zu bilden. Eine härtbare Polyurethanzusammensetzung kann beispielsweise durch Vermischen von 160Gew.-Teilen Adipren L-167 mit etwa 9Gew.-Teilen 1, 4-Butandiol, etwa 1, 6 Teilen Trimethylolpropan und einer kleinen Menge Dioctylphthalat erhalten werden.
Der laminierte Luftreifen gemäss der Erfindung wird vorzugsweise so konstruiert, dass die Reissfestigkeit
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etwa 30 bis 90 und eine Bruchdehnung von mindestens 50% (vorzugsweise mindestens 100%) aufweisen.
Die bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendeten härtbaren Polymeren müssen nicht flüssig sein, zur Arbeitserleichterung werden jedoch flüssige Polymeren bevorzugt. Die Viskosität der flüssigen Polymeren kann beispielsweise 1000 bis 50000 Centipoise betragen und sollte bei 300C weniger als 100000 centipoises sein. Die Viskosität kann durch Zusatz wesentlicher Mengen von Plastifizierungsmittel, wie z. B. Dioctylphthalat, eingestellt werden, wobei der Zusatz manchesmal 10 bis 20 Gew.-Teile Plastifi- zierungsmittel pro 100 Gew.-Teile Polymeres betragen kann.
In manchen Fällen können Lösungsmittel zusammen mit den Polymeren Verwendung finden, um die gewünsche Fliessfähigkeit einzustellen. Die Wahl der Lösungsmittel hängt von der Polymertyp und der Type des Härtungssystems ab. Es können verschiedene Lösungsmittel verwendet werden, beispielsweise Äthylacetat, Aceton, Toluol, Methyläthylketon, Xylol, ss-Äthoxyäthylacetat u. dgl. Vorzugsweise werden die Lösungsmittel in relativ reinem Zustand und wasserfrei eingesetzt.
Obwohl die Laminate des erfindungsgemässen Luftreifens in den Lagen mit niederem Festigkeitsmodul und den Lagen mit hohem Festigkeitsmodul wesentlich verschiedene Polymerformulierungen enthalten können, so wird darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäss auch vorgesehen ist, verbesserte Laminate mit ver- besserter Biegungsrissfestigkeit einzusetzen, bei denen für alle Lagen ähnliche Formulierungen gewählt werden, und wobei die Zugfestigkeitsmodule in irgendeiner Richtung (beispielsweise in Umfangs- oder radialer Richtung) in benachbarten Lagen wesentlich verschieden sind. Erfindungsgemäss kann ein Unterschied des Zugfestigkeitsmoduls in aufeinanderfolgenden Lagen H und L (z. B. in Fig. 2) bei Verwendung desselben Polymeren in beiden Lagen als Ergebnis einer verschiedenen Molekularorientierung des Kunststoffes in diesen Lagen erhalten werden.
Der Ausdruck"Zugfestigkeitsmodul"ist die Zugkraft, die auf einen Probekörper ausgeübt werden muss, um diesen auf eine vorgegebene Längung, beispielsweise 10,100 oder 200%, zu dehnen, und wird angegeben
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Bei einem laminierten Reifen gemäss der Erfindung (wie z. B. in Fig. 2) weist vorzugsweise jede Lage einen 10% Zugfestigkeitsmodul in eine Richtung auf, der mindestens etwa das doppelte des 10% Zugfestigkeitsmoduls der nächst anschliessenden Lage in derselben Richtung beträgt.
Beispielsweise kann der gewünsche Unterschied bezüglich des Zugfestigkeitsmoduls zwischen den Lagen H und L in den verschiedenen Ausführungsformen gemäss den Fig. 2 bis 5 durch molekulare Orientierung des Materials oder durch Verwendung von verschiedenen Polymeren in verschiedenen Lagen, oder beide der genannten Massnahmen erreicht werden.
Einerder Vorteile der Verwendung der gleichen oder ähnlicher Polymeren in benachbarten Lagen ist es, dass dabei sehr einfach eine gute Haftung erzielt wird.
Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck "Teile" bedeutet Gewichtsteile und der Ausdruck "Polymeren"schliesst Homo- oder Copolymeren mit ein, wenn nicht ausdrücklich anders erwähnt.
Der Ausdruck "fliessfähig" in bezug auf ein Polymermaterial zeigt an, dass das Material eine solche Viskosität aufweist, dass es während der Verarbeitung fliessen kann. Die Viskosität kann beispielsweise 100 bis 10000 Centipoise bei 300C betragen, und sollte bei dieser Temperatur nicht über 100000 Centipoise hinausgehen.
Beispiel l : Dieses Beispiel zeigt die wesentlich verbesserte Festigkeit eines erfindungsgemässen Reifens gegenüber der Ausbreitung einer Schnittverletzung oder der Bildung von Rissen. Um diese Festigkeit zu zeigen, wurden laminierte und homogene Probestücke einem De Mattia-Biegetest unterworfen, wobei zwischen jedem laminierten Probestück und dem homogenen Probestück, das aus einer Mischung der beim Laminat verwendeten Materialien in denselben Verhältnissen hergestellt worden war, Vergleiche gezogen wurden. Jede der Proben hatte eine Breite von 2, 54 cm, eine Dicke von 6, 35 mm und eine Länge von 15, 2 cm.
Die Proben wurden 2 h lang bei 1210C unter Druck gehärtet, wonach sie weitere 2 h bei 800C in einer Heizkammer nachgehärtet wurden. Dann wurde an der Stirnseite der Probe ein 2, 54 mm langer Schnitt senkrecht zur Oberfläche der Probe angebracht. Der Ermüdungstest wurde auf einer De Mattia-Biegemaschine durchgeführt, welche die Probe bei Raumtemperatur 333 mal/min abbiegt, wodurch sich der angebrachte Schnitt seitlich über die Breite der Probe ausbreitet.
Für dieses Experiment wurden zwei verschiedene Materialformulierungen verwendet, die im folgenden mit --100 und 167-- bezeichnet werden und die folgende Zusammensetzung aufwiesen :
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<tb>
<tb> Bestandteile <SEP> Gew.-Teile
<tb> "100" <SEP> "167"
<tb> Adiprene <SEP> L-100 <SEP> (1) <SEP> + <SEP> 100 <SEP> - <SEP>
<tb> Adiprene <SEP> L-167 <SEP> (2) <SEP> + <SEP> - <SEP> 100 <SEP>
<tb> DC-203 <SEP> (3l <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Dioctylphthalat
<tb> (Plastifizierungsmittel) <SEP> 10,0
<tb> Caytur21 <SEP> (4) <SEP> + <SEP> 20, <SEP> 3 <SEP> 31, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 130, <SEP> 4 <SEP> 131, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
+ (1) und (2) sind flüssige Vorpolymeren wie oben be- schrieben, (3)
ist ein flüssiges Silikon-Formtrenn- und Emulgierungsmittel von Dow Corning und (4) ist eine 5 0% ige Dispersion eines Methylendianilin/Natri- umchlorid-Komplexes in Dioctylphthalat von Du Pont.
Aus diesen Formulierungen wurden oben beschriebene Probestücke geformt und mittels des De MattiaTests die Anzahl von Biegungen ermittelt, nach denen der ursprünglich 2, 54 mm lange Schnitt 1, 27 cm lang geworden war. Die Ergebnisse finden sich in der nachstehenden Tabelle, in der auch verschiedene andere Eigenschaften der Laminate aufscheinen.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Eigenschaft <SEP> Formulierung
<tb> "100" <SEP> "167"
<tb> 10% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm" <SEP> 11, <SEP> 25 <SEP> kpcm"2 <SEP> 26, <SEP> 00 <SEP>
<tb> psi <SEP> 160 <SEP> psi <SEP> 370
<tb> MPa <SEP> 1, <SEP> 1030 <SEP> MPa <SEP> 2, <SEP> 5507 <SEP>
<tb> 100% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm-2 <SEP> 28,5 <SEP> kpom-2 <SEP> 48,5
<tb> psi <SEP> 405 <SEP> psi <SEP> 690
<tb> MPa <SEP> 2, <SEP> 7920 <SEP> MPa <SEP> 4, <SEP> 7568 <SEP>
<tb> 200% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm-2 <SEP> 35,9 <SEP> kpcm-2 <SEP> 60,5
<tb> psi <SEP> 510 <SEP> psi <SEP> 860
<tb> MPa <SEP> 3, <SEP> 5159 <SEP> MPa <SEP> 5, <SEP> 9288 <SEP>
<tb> Bruchfestigkeit <SEP> kom-2 <SEP> 144 <SEP> kpcm <SEP> 161
<tb> psi <SEP> 2055 <SEP> psi <SEP> 2290
<tb> MPa <SEP> 14, <SEP> 167 <SEP> MPa <SEP> 15,
<SEP> 787 <SEP>
<tb> Bruchdehnung <SEP> 750% <SEP> 575%
<tb> Härte
<tb> Shore <SEP> A <SEP> 83 <SEP> 91
<tb> Shore <SEP> D <SEP> 29 <SEP> 42
<tb> De <SEP> Mattia-Biegetest
<tb> (Anzahl <SEP> Biegungen) <SEP> 500 <SEP> 1000
<tb>
Dann wurden Probekörper aus beiden Materialien unter Verwendung der Formulierungen 100 und 167 hergestellt und dem De Mattia-Biegetest unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse bezüglich der Mischungen und der Laminate sind in der folgenden Tabelle 2 angeführt. Dabei ist das in Tabelle 2 angeführte Verhältnis immer das Verhältnis der Zusammensetzung 100 zur Zusammensetzung 167 bezüglich der Mischungen, und in den Laminaten ist immer eine Lage aus dem Material 100 mehr als aus dem Material 167, wobei jeweils beide Aussenlagen aus dem Material 100 bestehen.
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Tabelle 2
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<tb>
<tb> Eigenschaft <SEP> 3 <SEP> Schichten <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> Schichten <SEP> 3 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> 7 <SEP> Schichten <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 3 <SEP> 9 <SEP> Schichten <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 4
<tb> 10% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm <SEP> -2 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 20 <SEP> 13'20, <SEP> 8 <SEP> 14, <SEP> 4 <SEP> 15, <SEP> 8 <SEP> 141 <SEP> 17, <SEP> 6 <SEP>
<tb> psi <SEP> 225 <SEP> 285 <SEP> 185 <SEP> 295 <SEP> 205 <SEP> 225 <SEP> 200 <SEP> 250
<tb> MPa <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 1, <SEP> 965 <SEP> 1, <SEP> 275 <SEP> 2, <SEP> 034 <SEP> 1, <SEP> 413 <SEP> 1, <SEP> 551 <SEP> 1, <SEP> 379 <SEP> 1, <SEP> 724 <SEP>
<tb> 100% <SEP> Festigkeitsmodul <SEP> kpcm-2 <SEP> 32,7 <SEP> 35,9 <SEP> 26,4 <SEP> 37,3 <SEP> 29,5 <SEP> 30,6 <SEP> 30,2 <SEP> 32,
4
<tb> psi <SEP> 465 <SEP> 510 <SEP> 375 <SEP> 530 <SEP> 420 <SEP> 435 <SEP> 430 <SEP> 460
<tb> MPa <SEP> 3, <SEP> 206 <SEP> 3, <SEP> 516 <SEP> 2, <SEP> 585 <SEP> 3, <SEP> 654 <SEP> 2, <SEP> 895 <SEP> 2, <SEP> 999 <SEP> 2, <SEP> 964 <SEP> 3, <SEP> 171 <SEP>
<tb> Bruchfestigkeit <SEP> kpcm" <SEP> 129 <SEP> 170 <SEP> 69, <SEP> 6 <SEP> 134 <SEP> 78 <SEP> 136, <SEP> 5 <SEP> 112, <SEP> 5 <SEP> 154
<tb> psi <SEP> 1840 <SEP> 2420 <SEP> 990 <SEP> 1910 <SEP> 1110 <SEP> 1940 <SEP> 1600 <SEP> 2190
<tb> MPa <SEP> 12, <SEP> 68 <SEP> 16, <SEP> 68 <SEP> 6, <SEP> 825 <SEP> 13, <SEP> 17 <SEP> 7, <SEP> 652 <SEP> 13, <SEP> 37 <SEP> 11, <SEP> 03 <SEP> 15,
<SEP> 10 <SEP>
<tb> Bruchdehnung <SEP> 660% <SEP> 730% <SEP> 445% <SEP> 565% <SEP> 470% <SEP> 650% <SEP> 575% <SEP> 720% <SEP>
<tb> Härte
<tb> Shore <SEP> A-86-87-84-86 <SEP>
<tb> ShoreD-33-32-32-34
<tb> De <SEP> Mattia-Biegetest
<tb> (Anzahl <SEP> Biegungen) <SEP> 1500 <SEP> 1600 <SEP> 5000 <SEP> 1000 <SEP> 6000 <SEP> 1750 <SEP> 5200 <SEP> 1400
<tb>
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Wie oben erwähnt, bezieht sich die zweite Spalte der Tabelle 2, die die Überschrift 3 Schichten trägt, auf Ergebnisse bezüglich eines laminierten Probestückes aus zwei äusseren Lagen aus dem Material 100 und
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verschiedenen Anteilen der beiden Materialien 100 und 167.
Beispielsweise kann das aus 9 Lagen bestehende laminierte Probestück mit dem homogenen Probestück verglichen werden, das aus einer 5 : 4-Mischung aus dem Material 100 mit dem Material 167 erhalten wurde, und das in der letzten Spalte angeführt ist.
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass bei einer laminierten Probe gegenüber einer homogenen Probe ein deutlicher Anstieg bezüglich der Lebensdauer zu bemerken ist, wie z. B. 400 bis 500%, wobei die laminierten Probestücke weiterhin die physikalischen Eigenschaften aufweisen, die den bei einem Luftreifen erwarteten Bedingungen entsprechen.
Die Ergebnisse bezüglich der Bruchfestigkeit und der Bruchdehnung sind etwas unregelmässig, dieses Verhalten tritt jedoch bei Belastungen auf, die weit über den bei der praktischen Verwendung auftretenden Belastungen liegen, und dieses etwas unregelmässige Verhalten der Probestücke bezüglich der Bruchfestigkeit und Bruchdehnung dürfte auf kleine Fehlstellen in den Probekörpern zurückzuführen sein, die zwar diese Eigenschaften, nicht aber das Biegeverhalten beeinflussen, wo eine wesentliche Verbesserung bezüglich der Biegeermüdung erzielt wurde.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Luftreifenmiteiner Laufzone und einer gegossenen Karkasse mit mindestens teilweise verstärkungs- gewebefreien Seitenwänden, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände aus einer Anzahl von Lagen aus flexiblem Polymermaterial mit einem berechneten Molekulargewicht von mindestens 10000 und einer Shore A Durometerhärte von mindestens 20 bestehen, wobei eine Reihe dieser Lagen Polymermaterial mit niederem Festigkeitsmodul enthält, das eine Young-Biegefestigkeit von etwa 700 bis etwa 35000 kPa aufweist, zwischen Lagen mit niederem Festigkeitsmodul Lagen mit höherem Festigkeitsmodul angeordnet sind, die Polymermaterial mit einer Young-Biegefestigkeit von etwa 21000 bis etwa 700000kPa enthalten,
und wobei die Young-Biegefestigkeit der Lagen mit höherem Festigkeitsmodul mindestens doppelt so hoch ist wie die der nächsten benachbarten Lagen mit niederem Festigkeitsmodul.
2. LuftreifennachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen mit hohem Festigkeits- modul eine Young-Biegefestigkeit von etwa 3500 bis 350000 kPa aufweisen.
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keitsmodul eine Young-Biegefestigkeit von etwa 3500 bis etwa 21000 kPa aufweisen.