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Verfahren zur selbsttätigen Abdichtung von aufpumpbaren Gegenständen,
insbesondere schlauchlosen Reifen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Abdichten von Verletzungen bei mit Luft aufgepumpten Gegenständen und insbesondere
auf Gegenstände, wie Schläuche für Luftreifen und schlauchlose Luftreifen, die im
Innern mit einer Schicht aus Abdichtungsmaterial versehen sind.
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Es ist üblich, gewisse Arten von Luftschläuchen in der Gegend des
Laufkranzes mit einer Schicht vom Abdichtungsmaterial zu versehen, das durch Eindringen
spitziger Körper durch die lufthaltende Wand verursachte Löcher verschließt und
abdichtet. Diese Technik wurde beim Aufkommen der schlauchlosen Reifen auch auf
diese übertragen, wobei eine Schicht aus Abdichtungsmaterial an der Innenseite der
lufthaltenden Wand in der Gegend des Laufkranzes eines solchen Luftreifens aufgebracht
wird, um ein bei Ve@letzungen des Reifens selbsttätig wirkendes Abdichtungsmittel
zu erhalten.
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Natürlicher Kautschuk, der als solches Abdichtungmittel verwendet
worden ist, ist aus verschiedenen Gründen nicht befriedigend. Es wurde deshalb für
den angegebenen Zweck allgemein ein Material benutzt, das aus einem teilweise polymerisierten,
kautschukartigen Mischpolymerisat besteht, und zwar aus einer größeren Menge eines
Isoolefins mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen und einer kleineren Menge eines offenkettigen,
konjugierten Diolefins mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen (USA.-Patentschrift 2 566 384).
Dieses Mischpolymerisat ist allgemein unter dem Namen »Butylkautschuk« bekannt.
Butylkautschuk enthaltende Materialien, die in mancher Hinsicht als Abdichtungsmaterialien
befriedigend sind, besitzen jedoch im vulkanisierten Zustand gegenüber Reifenteilen
aus einem Kautschuk, der von Butylkautschuk verschieden ist, eine sehr geringe Haftfestigkeit,
sofern nicht kostspielige und komplizierte Maßnahmen während der Reifenfabrikation
getroffen werden, um eine gute Haftfestigkeit sicherzustellen. Es ist jedoch selbst
bei Aufwendung großer Sorgfalt und Mühe bei der Reifenfabrikation schwierig, zwischen
einem Butylkautschuk enthaltenden Abdichtungsmaterial und den angrenzenden. Reifenteilen
eine Haftfestigkeit zu erzielen, die der Belastung durch: die während des Betriebes
des Reifens auf der Straße auftretende hohe Zentrifugalkraft widerstehen würde.
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Eine andere Schwierigkeit, die bei Verwendung von Butylkautschuk enthaltenden
Abdichtungsmaterialien in Erscheinung tritt, besteht darin, daß nach einer längeren
Betriebsdauer die Oberfläche des Abdichtungsmaterials rissig wird, so daß dieses
ein unansehnliches Aussehen erlangt und an den Rißstellen ein mangelhaftes Abdichtungsvermögen
aufweist.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Abdichtungsverfahren. zu finden, das
gegenüber den vulkanisierten Kautschukkomponenten eines Reifens ein besseres Haftvermögen,
gleichzeitig aber auch gute Abdichtungseigenschaften aufweist.
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Außerdem soll erreicht werden, daß das Abdichtungsmaterial trotz der
starken Zentrifugalwirkung der Rotation bei hoher Geschwindigkeit im Laufteil oder
Laufkranz eines Luftreifens oder eines Luftreifenschlauches an Ort und Stelle verbleibt.
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Fig. 1 zeigt einen teilweise perspektivisch gezeichneten Schnitt durch
einen schlauchlosen Luftreifen; Fig. 2 ist ein teilweise perspektivisch gezeichneter
Schnitt durch einen nagelsicheren Schlauch; Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht,
mit herausgebrochenem Teil, eines aufpumpbaren nagelsicheren Gegenstandes, und Fig.
4 ist eine perspektivische Ansicht, mnit herausgebrochenem Teil, eines anderen aufpumpbaren
nagelsicheren Gegenstandes.
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Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Abdichtungsmaterial
ein Copolymerisat aus einer größeren Menge Diolefn, insbesondere Butadien und einer
kleineren- Menge arylsubstituierten Äthylenmomomer, insbesondere Styrol verwendet
wird, das bei unter 14,5° C liegenden Temperaturen polymerisiert und mit einer bestimmten
Menge, emulgiertem Weichmacher koaguliert wurde. Ein Mischpolymerisat dieser Art
wird gewöhnlich als mit C51 gestreckter »Kaltkautschuk« bezeichnet. Es wurde gefunden,
daß bei Temperaturen von 50° C mischpolymerisierte
Mischpolymerisate
von Butadien und Styrol für Abdichtungsmaterialien im allgemeinen ungeeignet sind,
daß hingegen die bei unter 14,5° C liegenden Temperaturen polymerisierten und mit
Weichmacher koagulierten Mischpolymere von Butadien und Styrol im allgemeinen gute
Abdichtungsmaterialien liefern, sofern sie mit ungewöhnlich großen Mengen Weichmacher
vermengt werden. Als Polymerisationstemperaturen für die Herstellung geeigneter
Mischpolymere eignen sich beispielsweise: 14,5°, 50, -100, -180 und -25,50 C.
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Der in Fig. 1 gezeigte schlauchlose Luftreifen 1 weist einen Körperteil
2; nicht streckbare Wulstteile 3 und 4 und einen Laufteil 5 auf. Um die unter Druck
befindliche Luft während des Laufens des Luftreifens an einem Fahrzeug zurückzuhalten,
ist die gesamte den lufthaltenden Hohlraum abgrenzende Innenfläche des Reifens mit
einem luftundurchlässigen Futter 6 aus vulkanisiertem. Kautschuk überzogen. Dieses
Futter kann aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk bestehen. Das Abdichtungsmaterial
7 bedeckt denjenigen Flächenteil des Futters 6, der im Bereich jenes Reifenteils
liegt, der als Reifenkranz bezeichnet werden kann und der an die die Straße berührende
Lauffläche des Laufbandes angrenzt.
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In Fig. 2 ist ein nagelsicherer Luftreifenschlauch 9 dargestellt.
Dieser Schlauch weist eine luftundurchlässige Kautschukwand 10 auf, die mit einem,
zum Aufpumpen des Schlauches mit Druckluft bestimmten Ventil 11 versehen ist. Der
Schlauch ist gegen die durch Durchlöcherung verursachten Luftverluste mittels einer
Abdichtungsschicht 12 im Laufteil geschützt. Diese Schicht besteht aus dem nachfolgend
beschriebenen neuartigen Material.
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In Fig. 3 ist ein aufpumpharer Kautschukball dargestellt, der ein
Ventil 31, eine biegsame Wandung 32 und eine zum selbsttätigen Verschließen und
Abdichten von Löchern bestimmte Schicht 33 aufweist. In Fig. 4 ist ein anderer aufpumpbarer
Gegenstand, z. B. ein Gummischwimmring, der ein Ventil 40, eine biegsame Wandung
41 und: eine zum Verschließen und Abdichten von Löchern bestimmte Schicht 42 aufweist,
dargestellt.
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Um das Abdichtungsvermögen des erfindungsgemäßen Abdichtungsmaterials
bei verschiedenen Temperaturen zu bestimmen, wird ein Luftreifen auf ein Prüfrad
montiert und zwecks Aufwärmung über eine Strecke von 16,1 km laufen gelassen. Vier
Nägel von 6,35 cm Länge werden hierauf, in den Reifen hineingehämmert, worauf das
Prüfrad über eine Strecke von 161 km rollen. gelassen wird. Das Prüfrad wird dann
abmontiert, und nach 30 Minuten werden zwei der Nägel aus dem Reifen herausgezogen.
Das Rad samt Reifen wird in. Wasser eingetaucht, um festzustellen, ei) aus den Nagellöchern
Luft entweicht. Die Resultate dieser Prüfung werden als gut, genügend oder unbefriedigend
bezeichnet.
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Nach der Warmprüfung wird der Reifen während 18 Stunden abkühlen gelassen,
worauf die restlichen beiden Nägel herausgezogen werden. Das Rad samt Reifen wird
erneut in Wasser eingetaucht, um festzustellen, ob aus den. Nagellöchern Luft entweicht.
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Bei einem weiteren Prüfversuch wird ein mit einem zu prüfenden Abdichtungselement
versehener Luftreifen auf ein Rad montiert und über ein Brett geführt, aus welchem
sechs Nägel von 6,35 cm Länge herausragen. Der Reifen wird in Wasser eingetaucht,
um festzustellen, ob aus den Nagellöchern Luft entweicht. Die in der nun folgenden
Beschreibung verschiedener Ausführungsformen des Abdichtungsmaterials angeführten
Teile sind Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Mischpolymerisat.
Aus den oben angeführten Bestandteilen wurde in einer Zweiwalzenmühle ein Abdichtungsmaterial
gemischt, das dann auf die gewünschten Abmessungen geformt wurde, um eine in den
Laufteil eines Reifens passende Abdichtungsschicht zu erzeugen. Der Reifen wurde
vulkanisiert und auf ein Prüfrad montiert: Der Reifen wurde den oben beschriebenen
Prüfversuchen mit dem Nagelbrett und den einzelnen Nägeln unterzogen. Die Resultate
dieser Prüfversuche waren befriedigend.
| Beispiel 2 |
| Teile |
| Niedertemperatur-Polymerisat .............. 100,00 |
| Weichmacher im Polymerisat*) ............. 37,50 |
| Eisenoxyd................................. 37,00 |
| Zinkoxyd ................................. 4;00 |
| Kautschukweichmacher . .. .. . . .. . . .. . . . .. . . . 50;00 |
| Klebeigmachendes Mittel und Weichmacher . . 40,Q0 |
| Schwefel .................................. 0,80 |
| Borsäure .................................. 0;50 |
| Vulkanisationsbeschleuniger ................ 0;:50 |
| Kautschukantioxydans ..................... 1'r50 |
| 271,85 |
| *) Dem Mischpolymerisat während der Herstellung zugesetzt. |
Aus den oben angeführten Bestandteilen wurde in einer Zweiwalzenmühle ein Abdichtungsmaterial
gemischt, das in den gewünschten Abmessungen verformt wurde, um eine in den Laufteil
eines Luftreifens passende Abdichtungsschicht zu erzeugen. Der Reifen wurde vulkanisiert
und auf ein Prüfrad montiert. Der Reifen wurde den oben beschriebenen Prüfversuchen
unterzogen. Die Prüfungsresultate waren befriedigend.
| Beispiel 3 |
| Teile |
| Niedertemperatur-Polymerisat .............. 100,00 |
| Weichmacher im Polymerisat*) ............. 50;00 |
| Eisenoxyd ................................. 37,00 |
| Zinkoxyd ................................. 4;00 |
| Kautschukweichmacher ..................... 50;00 |
| Klebrigmachendes Mittel ................... 40,00 |
| Schwefel .................................. 0,80 |
| Borsäure .................................. 0,50 |
| Vulkän.isationsbeschleuniger ................ 0,50 |
| Anti.oxydans .............................. 1,50 |
| 284,30 |
| *) Dem Mischpolymerisat während der Herstellung zugesetzt |
Aus den oben angeführten Bestandteilen wurde in einer Zweiwalzenmühle
ein. Abdichtungsmaterial gemischt, das auf die gewünschten Abmessungen verformt
wurde, um eine in den Laufteil eines Luftreifens passende Abdichtungsschicht zu
erzeugen. Der Reifen wurde vulkanisiert und auf ein Rad montiert. Der Reifen wurde
den oben beschriebenen Nagelprüfversuchen unterzogen. Die Prüfungsresultate waren
befriedigend.
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Dauerprüfung Unter Verwendung einer Abdichtungsschicht, die aus dem
im Beispiel 1 beschriebenen Material bestand, wurden schlauchlose Luftreifen hergestellt.
Die: Abdichtungsschicht erstreckte sich über einen Bogen. von
| Nagelbrett- Fließen Abdichtung Rißbildung |
| Beispiel prüfversuch des Abdichtungs- von Nagellöchern in der |
| materials Abdichtungsschicht |
| 1 gut keines gut keine |
| 2 gut keines gut keine |
| 3 gut keines gut keine |
| Kontrolle gut leichtes genügend mäßig |
Die abdichtende Wirkung des neuen Materials bei Naageleinstichen beruht wahrscheinlich
darauf', daß das Abdichtungsmaterial an dem durch die Reifenwandung in den lufthaltenden
Hohlraum hineinragenden Nagel haftet und beim Herausziehen des Nagels durch diesen
in das zurückbleibende Loch hineingezogen wird, wodurch das. Loch verschlossen und
der lufthaltende Hohlraum .gegen Luftverluste geschützt wird.
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Die die Zusammensetzung des Abdichtungsmaterials betreffenden Beispiele
sind ausschließlich erläuternder Natur. Art und Menge: der Bestandteile können verändert
werden. So kann man beispielsweise die Mengen des Beschleunigers und des Schwefels
je nach der Art des zu vulkanisierenden, aufpumpbaren Gegenstandes sowie der Vulkanisationswärme
und -zeit verändern, um einen optimalen Vulkanisationszustand zu erzielen. Um ein
optimales Abdichtungsvermögen zu erhalten, ist es jedoch zweckmäßig, einen Gehalt
an für die Vulkanisierung verfügbarem Schwefel zu haben, der zwischen 0,2 und 0,80
Gewichtsteile, bezogen auf 100 Teile Mischpolymer, schwankt.
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Als Diolefine kann man für das kautschukartige Mischpolymer auch andere
offenkettige konjugierte Diolefine als Butadien verwenden, beispielsweise Piperylen,
2, 3-Dimethyl-butadien-1, 3, 3-Methyl-pentadien-1, 3, 2-Methyl-pentadien-1, 3, Hexadien-1,
3, Hexadien-2, 4, Isopren und andere. Die Verwendung von Butadien-1, 3 und Styrol
wird bevorzugt, ist jedoch nicht unumgänglich.
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Als Beispiele von mit Arylgruppen substituierten Äthylenmonomeren,
die mit dem monomeren Dien polymerisierbar sind; können Styrol, a-Methylstyrol p-Chlorstyrol,
p-Methoxystyrol, Vinylnaphthalin und andere genannt werden. Die Verwendung von Styrol
wird bevorzugt, ist jedoch nicht unumgänglich.
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Der Eisenoxydgehalt kann je nach der Art von Reifen, in welchem das
Abdichtungselement verwendet werden soll, zwischen 15 und 45 Gewichtsteilen, bezogen
auf das Gewicht des Mischpolyymerisates, schwanken. Das Eisenoxyd sollte zweckmäßig
kupferfrei sein oder einen Kupfergehalt von höchstens 0,06 0/0 aufweisen. Der Eisenoxydgehalt
ist zweckmäßig nicht kleiner als 23%. Das Eisenoxyd besitzt zweckmäßig eine solche
Korngröße, daß mindestens 990/o der Teil-180° C an der Innenseite des Laufteiles
der einzelnen Luftreifen. Die restlichen. 180° C der Innenseite des Laufteiles wurden
mit einer Abdichtungsschicht überzogen, die aus einem gewöhnlichen, Butylkautschuk
enthaltenden Abdichtungsmaterial bestand. Die Reifen wurden auf einem Prüfrad in
zu wenig aufgepumptem und überlastetem Zustand über eine Strecke von 10461 km laufen
gelassen, um die beiden Abdichtungsschichten hinsichtlich Riß- und Blasenbildung
miteinander zu vergleichen. Die im folgenden zusammengestellten Resultate der Prüfung
zeigen die erhöhte Leistungsfähigkeit des neuartigen Materials, das ein mit einer
ungewöhnlich großen Menge öl gestrecktes, bei niederer Temperatur polymerisiertes
Butadien-Styrol-Polymerisat enthält. chen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von 0,043 mm hindurchgehen.
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An Stelle von Eisenoxyd kann man Calciumcarbonat in gleichen Mengenverhältnissen
verwenden. Das Calciumcarbonat soll vorzugsweise eine solche Korngröße aufweisen,
daß 1000/o der Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,149
mm und mindestens 990/o der Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von 0,043 mm hindurchgellen. Der Feuchtigkeitsgehalt dieses Materials sollte vorzugsweise
0,25 Gewichtsprozent nicht übersteigen. Die oben angeführte feine Teilchengröße
des Eisenoxyds und Calciumcarbonats wird benötigt, um dem Abdichtungsmaterial eine
gute Beständigkeit gegen das Rissigwerden zu verleihen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Abdichtungsmaterials beruhen auf
der Verwendung eines Weichmachergehaltes, der weit über jenem liegt, welcher normalerweise
beim Verarbeiten von natürlichem Kautschuk und von synthetischen kautschukartigen
Polymeren verwendet wird. In der folgenden Tabelle sind jene Weichmachermengen,
die für gewisse synthetische Kautschukarten als die maximal zulässigen Mengen galten,
bezogen auf die Gewichtsteile des verwendeten Mischpolymers, angeführt.
| Kautschukart Gewichtsteile |
| Reifenlaufband-Kautschuk ....... 60 |
| Reifenkörper-Kautschuk ......... 50 |
| Reifenschlauch-Kautschuk ........ 30 |
| Butylkautschuk enthaltendes Ab- |
| dichtungsmaterial für Reifen- |
| schläuche ..................... 60 |
Gemäß der Erfindung werden Weichma.cherchargen von über 80 Gewichtsteilen, bezogen
auf den Kautschukgehalt, verwendet. Das klebrigmachende Mittel übt ebenfalls eine
weichmachende Wirkung auf den Kautschuk aus und, obwohl es in den, obigen Beispielen
als »klebrigma,chendes Mittel« bezeichnet ist, trägt dazu bei, das Abdichtungsmaterial
weichzumachen. Als Weichmacher eignen sich Petroleumöle, Petroleumharze sowie Terpentinöl
u. dgl. Als klebrigmachende
Mittel können synthetische Harze, wie
z. B. Cumaron-Inden-Harze, Esterharz, Kolophonium, und andere für die Kautschukindustrie
bestimmte, im Handel erhältliche Produkte verwendet werden.