CH456367A - Fahrzeuggummireifen - Google Patents

Description

  
 



  Fahrzeuggummireifen
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugreifen mit verbesserter Lauffläche und ein Verfahren zu dessen Herstellung.



   Luftreifen werden im allgemeinen dadurch angefertigt, dass man mehrere Gewebelagen (sogen. Leinwand) auf einer zylindrischen Form übereinanderschichtet und dann eine Lauffläche aus zähem Gummi aufbringt. Beim Reifenaufbau muss darauf geachtet werden, dass unter anderem eine Gummimischung verwendet wird, welche sowohl hinsichtlich der Haftfähigkeit als auch der Abnützung zufriedenstellende Ergebnisse ergibt, und bei welcher eine übermässige Hitzestauung, Rissbildung usw. vermieden wird.



   Die Hitzestauung ist insbesondere bei grossen Reifendimensionen, z. B. Nutzfahrzeugreifen, ein besonders schwierig zu lösendes Problem. Natürlicher Gummi war bisher die einzige Gummiart, aus welcher wirklich erfolgreiche Laufflächen für schwere Reifen hergestellt werden konnten. Man hat auch verschiedene synthetische Gummiarten ausgiebig ausgewertet, jene aber, welche hinsichtlich der Hitzestauung die Prüfungen erfolgreich bestanden, versagten dann aber bei den nachfolgenden Prüfungen in einem oder mehreren Punkten, von denen alle für einen Reifen unumgänglich erforderlich sind. Unter diesen für Nutzfahrzeugreifen unerlässlichen Eigenschaften seien die folgenden aufgezählt: Widerstandsfähigkeit gegen Laufflächenrisse, Widerstandsfähigkeit gegen Wandungsrisse, gute Abriebfestigkeit, gutes Haftvermögen auf der Strasse usw.



   Die Erfindung bezweckt demnach die Schaffung eines Fahrzeugreifens mit verbesserter Lauffläche, welcher insbesondere die genannten Eigenschaften in hohem Masse aufweist.



   Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden nun durch Verwendung einer besonderen Gummimischung in der Lauffläche, die Polybutadien enthält, erreicht.



  Die erfindungsgemässen Fahrzeugreifen mit Kappen/Basis-Struktur der Lauffläche sind nun dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe aus Gummi, der durch Vulkanisation einer Polybutadien und elastomeres Butadien Styrol-Copolymer in einem Gewichtsverhältnis von   1 : 4    bis   3 : 1    enthaltenden Kautschukmischung entstanden ist, und die Basis aus Gummi, der durch Vulkanisation einer Polybutadien und Polyisopren in einem Gewichtsverhältnis von   1 : 4    bis   3 :

   1    enthaltenden Kautschukmischung entstanden ist, besteht, wobei in beiden Polybutadienen wenigstens 30 % der Monomereinheiten in   cis-1,4-Konfiguration    vorliegen und höchstens 15 % des Butadiens durch   1,2-Addition    polymerisiert sind, und im Polyisopren wenigstens   80 %    der Monomereinheiten in   cis-1,4-Konfiguration    vorliegen.



   Der Reifenaufbau kann aus den Fig. 1 und 2 ersehen werden, wobei in Fig. 1 die Laufflächenkappe 11 bis zu den Laufflächenschultern reicht, während in Fig. 2 die Laufflächenkappe 11 auch einen Teil der Seitenwände überdeckt. In den Figuren ist die Textil Karkasse mit 10 bezeichnet. Normalerweise ist die Basis 12 direkt mit der Karkasse des Reifens vereinigt.



  Es kann aber auch die Basis mit der Karkasse durch einen Bindegummi verbunden, oder dazwischen eine Leinwandschicht eingesetzt sein.



   Die Dicke der beiden Laufflächenschichten kann in einem weiten Bereich schwanken, man hat jedoch festgestellt, dass die Basis wenigstens 1,5 mm dick ist und die Kappe sollte sich wenigstens 1,5 mm unter die Rillenbasis erstrecken. Wie gesagt, sind insbesondere grosse Lastwagenreifen sehr der Zerstörung durch Hitze ausgesetzt, so dass die Erfindung insbesondere für solche Reifen von grossem Nutzen sein wird, z. B. für Grössen von 9,00 und darüber.



   Die 1 ,4-Polybutadiengummi, welche in den erfindungsgemässen Mischungen für Kappe und Basis Verwendung finden, sind in der Literatur, auch in Patentschriften, ausführlich beschrieben worden. Eine zweckmässige Art Polybutadiengummi herzustellen besteht darin, einen Katalysator zu verwenden, welcher aus Trialkylaluminium, z. B. Triäthylaluminium oder Triisobutylaluminium und Titantetrachlorid, wie im belgischen Patent Nr.   551 851    beschrieben, erhalten wird.



  Ein solcher Katalysator wird deshalb bevorzugt, weil  mit diesem hohe Gehalte an cis-1,4-Konfiguration erreicht werden. Es wurde nämlich im allgemeinen beobachtet, dass die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften und die Lebensdauer der Reifen bei Verwendung von   cis-1    ,4-Polybutadienpolymeren in direkter Beziehung zum cis-1,4-Polymergehalt steht.   Cis-1,4-Ge-    halte von über   90 %    können nun unter Verwendung der obgenannten Katalysatoren erreicht werden. Zur Herstellung der genannten Polybutadiene können weitere Hinweise den nachstehenden Publikationen entnommen werden: 1.  New Controlled-Structure Polymer of   Butadienea,   
Rubber and Plastic Age, March 1961, 276, 282    (W. W.

   Crouch),    2.    1,CCis    Polybutadiene  , Gummi und Asbest,
Band 13, 1026 (1960), 3.  Compounding Diene Rubber and Testing  (Ward
A.   Smith    and James M. Willis) Rubber Age,
Band 87, Nr. 5 (1960).



   Gummimischungen, welche eine Mischung von 1,4 Polybutadien und GRS-Polymer für die Kappe und eine Mischung von   1, 4-Polybutadien    und Polyisoprengummi für die Basis der erfindungsgemässen Reifen enthalten, können mit herkömmlichen Zusätzen, z. B. mit Russ oder Streckölen, vermischt und unter Zusatz von Schwefel, Beschleunigern und Antioxydationsmitteln vulkanisiert werden. Es wurde festgestellt, dass eine Lauffläche mit besten Betriebseigenschaften erhalten wird, wenn in der Kappe ein Schleifruss enthalten ist.



   In den folgenden Beispielen beziehen sich die Teile auf Gewichtsteile für je 100 Gewichtsteile Kautschuk.



   Beispiel 1
Kappe Basis Bestandteile: Rohgummiblätter 32,5 Kreppgummi 17,50   Öl-gestreckter    Styrol-Butadien
Kautschuk (SBR, 1712)   68,85 -      cis-1, 4-Polybutadien    (PBD) 50,00 50,00 Russ (ASTM,   N550)    47,00 Russ (ASTM, N220)   70    Öl mit mittlerem Siedepunkt  (über etwa 1500   C) -    15,00   Stearinsäure    2,00 Diaryl-p-phenylendiamin  (Antioxydationsmittel) 0,75    Phenyl-ss-naphthylamin 0,35    Phenyl-a-naphthylamin 1,00 Diphenylguanidin 0,75 Zinkoxyd 3,00 5,00 Schwefel 1,25 1,50 Naphthen-Strecköl  (104B, ASTM, D2226) 20,00 2,2'-bis-Benzothiazoldisulfid 0,70 0,50 Morpholin-benzothiazyl sulfenamid   -    0,50
214,55 173,

  60
Beispiel 2
Nachstehend werden 2 Mischungen für Laufflächenkappen angegeben.



     20%      PBD/75%    PBD/    80%    SBR 25% SBR Ölgestrecktes SBR (1712) 110,00 34,38 Cis-1,4-Polybutadien 20,00   75,00    Russ (ASTM, N550) 70 70 Öl mit Siedepunkt über etwa
1500C 12 20 Diaryl-p-phenylendiamin  (Antioxydationsmittel) 1,90 2,00 Paraffinwachs   0,80    0,80 Mikrokristallines Wachs 3,00 3,00 Stearinsäure 2,00 2,00 Zinkoxyd 3,00 3,00 Benzothiazyldisulfid 0,70 0,90 Diphenyl-guanidin 0,75 0,75 Schwefel 1,50 1,15
225,65 212,98
Am besten verwendet man, wie gesagt, 20 bis 75 % Polybutadien (PBD). Werden über   75 %    PBD verwendet, so wird die Verarbeitung auf normalen Gummimaschinen recht schwierig, da eine ungenügende Kohäsion und Klebrigkeit vorliegt und sich auf dem Walzenstuhl kein Fell bildet.

   Mischungen von PBD und SBR, welche weniger als   20 %    PBD enthalten, zeigen im allgemeinen schlechten Rippenrisswiderstand. Solche Mischungen neigen häufig dazu, in der Kappe die Rissbildung sogar zu fördern.



   Eine der wichtigsten Eigenschaften von Lastwagenreifen ist die Widerstandsfähigkeit gegen die Rippenrissbildung. Die Rippenrissbildung ist ein Fachausdruck, dessen Mass anzeigt, wie leicht sich Gummiteile von der Lauffläche abtrennen lassen, wenn der Gummi gegen scharfe Kanten, z. B. eine Randsteinkante, gepresst wird. Diese Rippenrissbildung ist besonders bei schwer beladenen Lastwagen anzutreffen. Um die Rippenrissbildung bei verschiedenen Versuchen zur Beanspruchung von Laufflächen bestimmen zu können, wurde ein Lastwagen verwendet, welcher schwer beladen wurde und dessen hintere Doppelreifenräder wiederholt rückwärts und vorwärts in einem kleinen Neigungswinkel über eine Zementrandsteinkante gefahren wurden.



   Die   Laufflächentemperatur    der Reifen wurde ermittelt, indem man sie auf einem Dynamometer entsprechend den Vorschriften des USA-Bureau of Standards gegen ein glattes Schwungrad von 170 cm laufen liess. Alle Reifen wurden bei einer Geschwindigkeit von 56,3 km/Stunde und bei Normaldruck der Reifen geprüft. Während einer Einfahrzeit von 3 Stunden wurden die Reifen mit 85 % ihrer zulässigen Belastung gefahren. Nach dieser Zeit wurde die Belastung auf die maximal zulässige Belastung des Reifens erhöht und der Reifen gefahren, bis ein weiterer Temperaturanstieg festgestellt wurde.

   Die Temperatur wurde mit einem Thermoelement gemessen, welches durch die Lauffläche hindurch bis zur Verbindungslinie der Lauf  fläche mit der Karkasse eingeführt wurde, wobei die Messungen sowohl in der mittleren Profilrippe als auch in den beiden äusseren Profilrippen vorgenommen wurden.



   Die Abnützung der Lauffläche wurde durch Fahrversuche auf der Strasse ermittelt, wobei die Reifen auf einem Sattelschlepper mit   Tandem achs antrieb    sowie Einachsantrieb geprüft wurden. Die Prüfung wurde bei 72,4 km/Stunde durchgeführt, wobei die Reifen auf normalen Druck gepumpt waren und eine Überlast von 15 % trugen. Die Reifen wurden vorerst auf die hintere Tandemachse, dann auf die vordere und schliesslich auf die Vorderräder aufgezogen, um hierauf von der einen Wagenseite auf die andere Wagenseite, vom Vorderrad zur vorderen Tandemachse und dann zur hinteren Tandemachse gewechselt. Dieser Reifenwechsel-Zyklus erfolgte jeweils nach etwa 1100 bis 1300 km.



  Die Rillentiefe wurde bei jedem Wechsel gemessen und als Rillenverlust registriert. Alle Messungen wurden mit einem Kontrollreifen als Bezugsbasis verglichen. Die Laufflächenrissbildung der Reifen wurde visuell bei der Messung der Rillentiefe bestimmt. Für die Anfälligkeit der Laufflächen zur Rissbildung galt die Summe der in cm gemessenen Länge aller Risse in sämtlichen Rillen, die während der Prüfzeit auftraten.



   Um die allgemeinen Gebrauchseigenschaften des Reifens auszuwerten, wurden mehrere erfindungsgemässe Reifen geprüft. Alle in den Prüfungen verwendeten Reifen waren Lastwagenreifen der Dimension   10,00-20,    welche auf einer normalen Karkasse aufgebaut waren, wobei entsprechend der nachfolgenden Tabelle verschieden geformte Laufflächen gewählt wurden. Laufflächen mit Kappen/Basisstruktur wurden so aufgetragen, dass beide Mischungen gleichzeitig durch verschiedene Extrusionsöffnungen im angegebenen Verhältnis durch einen gemeinsamen Extrusionskopf ausgepresst wurden. Man kann natürlich Kappe und Basis auch separat auspressen und hierauf im noch heissen Zustand zusammenkleben. Alle angegebenen Auswertungen der Lauffläche im Vergleich mit Laufflächen aus natürlichem Gummi wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt.

   Als Vergleichsbasis der Abnützung der Lauffläche wurde die Abnützung des natürlichen Gummis mit 100 angenommen. Die Prüfergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.



   Laufflächenstruktur Vergleich Laufflächentemperatur Abnützung Risse Rippenrissfestigkeit zwischen: oC cm
I. Naturgummi und 129,5 100 0 gut
Naturgummi/PBD 128,9 117 0 sehr gut
II. Naturgummi und 124,4 100 0 gut
SBR 147,8 95 0 schlecht III. Naturgummi und 128,3 100   0,63    gut
SBR/PBD 155,6 138 0 gut IV. Naturgummi und   115,o    100 12,6 gut
Kappe aus SBR/PBD
Basis aus Naturgummi 104,4 117   28,0    sehr schlecht
V. Naturgummi und 123,9 100 0 gut
Kappe aus SBR/PBD
Basis aus   PBD/Naturgummi    121,1 134 0 gut
Die Laufflächen aus Naturgummi und diejenigen aus einer einzigen SBR-Schicht wurden nach Standardmethoden hergestellt, und enthielten 50 Teile Schleifruss auf 100 Teile Kautschuk, wobei eine übliche Vulkanisierung mit Schwefel erfolgte.

   Die SBR/PBD-Kappe und die Naturgummi/PBD-Basis entsprachen der in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung.



   Diese letztgenannten Laufflächen zeigten deutlich geringere Erhitzung beim Fahren und zeigten hinsichtlich der Rissbildung und Abnützung guten Widerstand.



  Dagegen liefen die Reifen mit Kappen aus SBR und PBD, und Basen aus natürlichem Gummi zwar ausserordentlich kühl, die Rissbildung in den Rillen und die Rippenrissbildung waren jedoch erheblich.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Fahrzeugreifen mit Kappen/Basis-Struktur der Lauffläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe aus Gummi, der durch Vulkanisation einer Polybutadien und elastomeres Butadien-Styrol-Copolymer in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 4 bis 3 : 1 enthaltenden Kautschukmischung entstanden ist, und die Basis aus Gummi, der durch Vulkanisation einer Polybutadien und Polyisopren in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 4 bis 3 :

   1 enthaltenden Kautschukmischung entstanden ist, besteht, wobei in beiden Polybutadienen wenigstens 30 % der Monomereinheiten in cis- 1,4-Konfiguration vorliegen und höchstens 15 % des Butadiens durch 1,2 Addition polymerisiert sind, und im Polyisopren wenigstens 80 % der Monomereinheiten in cis-1, 4-Konfigura- tion vorliegen.

   II. Verfahren zur Herstellung des Reifens gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kautschukmischungen gleichzeitig aus getrennten Öffnungen extrudiert und als Kappe und Basis übereinandergeschichtet werden.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Reifen gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyisopren ein Naturkautschuk oder eine Mischung von Naturkautschuk mit synthetischem Polyisoprenkautschuk ist.

   2. Reifen gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Karkasse und Laufflächenbasis eine oder mehrere Laufflächenleinwandschichten angeordnet sind.

   3. Reifen gemäss Patentanspruch I und Unteransprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe sich in die Seitenflächen hineinerstreckt.

   4. Reifen gemäss Patentanspruch I und Unteransprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe unter den Rillenböden mindestens 1,5 mm dick ist.

   5. Reifen gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis zwischen dem Polybutadien und dem Butadien-Styrol-Copolymer in der erstgenannten Kautschukmischung 1:1 beträgt und dass die zweitgenannte Kautschukmischung Polybutadien und Naturkautschuk im Gewichtsverhältnis 1:1 enthält.

   6. Reifen gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyisopren ein solches ist, welches durch Polymerisation von Isopren in Gegenwart eines stereospezifischen Katalysators erhalten wurde.