DE2335481A1 - Kraftfahrzeugsicherheitsreifen - Google Patents

Description

BASP Aktiengesellscbaft 2335481

Unser Zeicben: O.Z. 30 000 Ks/L 6700 Ludwigsbafen, 11. JuIi 1973

Kraftfabrzeugsicb erb eitsreifen

Die vorliegende Erfindung "betrifft einen scblaucblosen Kraftfabrzeugsicberbeitsreifen, der mit einem Schaumstoff gefüllt
ist.

Die bekannten Kraftfabrzeugreifen besteben aus einem Außenraantel, der durcb eingepreßte Luft oder mit Hilfe eines luftgefüllten Gummiscblauebes auf die gewiinscbte Tragfäbigkeit und Elastizität gebracbt wird. Bei einer Bescbädigung des Außenmantels
eines scblaucblosen Reifens oder bei einer Bescbädigung des
Gummiscblauebs verliert der Reifen seine Formstabilität, weil der Innendruck im Reifen rascb absinkt. Es sind aucb Kraftfabrzeugreifen bekannt, die mit gescbäumtem Polyurethan ausgefällt sind. Der Reifendruck wird hierbei durcb die Menge und Zusammensetzung des gescbäumten Materials eingestellt (vgl. Rubber Age 102 (1970), Nr. 6, S. 47 bis 53). Da das Material erst im Reifen geschäumt wird, ist die Herstellung dieses Reifens sebr umstandlieb. Man erreicbt außerdem keine gleicbmäßige Verteilung des Scbaumstoffs im Reifen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftfabrzeugsieberbeitsreif en der eingangs definierten Art aufzuzeigen, der boben
periodiscben Stoßbeansprucbungen widersteben und einfacb berge st eilt werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß Erfindung dadurcb gelöst, daß man als
Schaumstoff gescblossenzellige Teilchen aus einem partiell kristallinen Olefinpolymerisat von Olefinen mit 2 bis 6 Koblenstoffatomen einsetzt.

Die gescblossenzelligen, gescbäumten Teilcben besteben aus einem Olefinpolymerisat, das bei einer Temperatur von 25⁰C eine Rönt-

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genkristallinität von mehr als 20 Gewichtsprozent hat. Geeignet sind "beispielsweise die Homopolymerisate von Äthylen, Propylen, Buten-1 und 4-Methylpenten-1. Verfahren zur Herstellung dieser Polymerisate sind bekannt. Vorzugsweise verwendet man zur Herstellung der geschlossenzelligen, geschäumten Teilchen Äthylenpolymerisate, die nach dem bekannten Hochdruck-Polymerisationsverfahren von Äthylen hergestellt werden, z.B. Polyäthylen einer Dichte von 0,918 bis 0,935 g/cnr und Copolymerisate des Äthylens mit anderen äthylenisch ungesättigten Verbindungen. Die Äthylencopolyraerisate enthalten mindestens 50 Gewichtsprozent Äthylen einpolymerisiert. Geeignete Comonomere sind beispielsweise Acrylsäure- und Methacrylsäureester, deren Esterkomponente sich von Alkoholen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ableitet, Vinylester von gesättigten Carbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie Vinylacetat und Vinylpropionat, Fumarsäure, Itaconsäure, Maleinsäure und deren Ester, Kohlenmonoxid, Acrylsäure und Methacrylsäure. Die Äthylencopolymerisate können auch zv/ei oder mehrere äthylenisch ungesättigte Verbindungen einpolymerisiert enthalten, beispielsweise Copolymerisate aus Äthylen, Vinylacetat und Äthylacrylat. In Betracht kommen außerdem Copolymerisate aus Äthylen und Propylen, Äthylen und Buten-1 und Äthylen und 4-Methylpenten-1. Diese Polymerisate werden nach den bekannten Niederdruck-Polymerisationsverfahren (Polymerisieren mit Hilfe von Ziegler- oder Phillips-Katalysatoren) hergestellt. Der Schmelzindex der Olefinpolymerisate liegt zwischen 0,1 und 200 g/10 min (19O°C/2,16 kg, bestimmt nach .ASTM D 1238-65 T). Zur Herstellung der geschäumten Olefinpolymerisatteilchen kann man auch von einer Mischung mehrerer Olefinpolymerisate ausgehen, beispielsweise einer Mischung aus Mederdruckpolyäthylen der Dichte 0,940 bis 0,965 g/cnr und Hochdruckpolyäthylen der Dichte 0,918 bis 0,930 g/cm⁵ im Verhältnis 1 : 1 oder einer Mischung aus Hochdruckpolyäthylen und einem Copolymerisat aus Äthylen und Vinylacetat.

Die Herstellung von geschäumten, geschlossenzelligen Teilchen aus den genannten Olefinpolymerisaten ist bekannt. So kann man beispielsweise ein Olefinpolymerisat oder eine Mischung mehrerer Olefinpolymerisate in einem Extruder mit einem flüchtigen Treibmittel, wie Butan, Pentan, 1,2-Dichlortetrafluoräthan, 2,2-Di-

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metbylbutan usw., bei Temperaturen oberhalb des Kristallitschmelzpunktes des Olefinpolymerisates mischen, die Mischung auf eine Temperatur abkühlen, die in der Nähe des EriBtallitscbmelzpunktes des Olefinpolyraerisates liegt, und die blähfähige Mischung dann durch eine Lochdiise auspressen. Dabei schäumt das Extrudat auf und wird sofort zerkleinert. Man erhält vollständig geschäumte Teilchen aus einem Olefinpolymerisat. In Abhängigkeit vom Treibmittel diffundiert das in den Zellen des Schaumstoffes verbliebene restliche Treibmittel schneller aus den Zellen als die Luft in die Zellen eindringt. Dadurch entsteht in den Zellen der geschäumten Olefinpolymerisatteilchen ein Unterdruck, so daß die geschäumten Teilchen schrumpfen. Lagert man die geschrumpften Teilchen längere Zeit an der Luft, so nehmen sie das ursprüngliche Volumen der vollständig geschäumten Teilchen wieder ein. Um diesen Vorgang zu beschleunigen, kann man die geschrumpften, geschäumten Olefinpolymerisatteilchen auch bei einer Temperatur bis ca. 20⁰C unterhalb des Kristallitscbmelzpunktes des Olefinpolymerisates und höheren Drücken, beispielsweise bis zu 10 Atmosphären in Luft oder inerten Gasen lagern. Man erhält dann geschlossenzellige, vollständig geschäumte Teilchen aus einem Olefinpolymerisat mit einea Durchmesser von 3 bis 40, vorzugsweise 5 bis 20 mm. Das Schüttgewicht der Teilchen beträgt 10 bis 100, vorzugsweise bis 50 g/l. Neben vollständig geschlossenzelligen Schaumstoffen eignen sich auch solche, die bis zu 30 fi offene Zellen haben.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt man geschrumpfte Olefinpolymerisatteilchen ein. Die geschrumpften Olefinpolymerisatteilchen fallen entweder direkt bei der Herstellung der geschäumten Teilchen an oder man erhitzt die geschäumten Teilchen und kühlt sie rasch ab. Es ist außerdem möglich, vollständig geschäumte, geschlossenzellige Olefinpolymerisatteilchen im Vakuum zu lagern und dann dem atmosphärischem Druck auszusetzen. Dabei schrumpfen die Teilchen ebenfalls. Man kann aber auch die vollständig geschäumten Teilchen mit Kohlendioxid oder Ammoniak behandeln, so daß diese Gase in die Seilen der Teilchen eindringen und die Teilchen dann in einer Luftat^osphäre lagern. Die Teilchen schrumpfen, v/eil

ü ur.ä Ammoniak schneller aus den Zellen der Teilchen 409886/0035 _₄_

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entweichen als Luft in die Zellen eindringen kann. Unter geschrumpft en Teilchen sollen im vorliegenden Zusammenhang geschäumte Teilchen verstanden werden, deren Volumen kleiner ist als das der vollständig geschäumten Teilchen und bei denen das in den Zellräumen eingeschlossene Gas nicht im Gleichgewicht mit der die Teilchen umgehenden Atmosphäre ist. Ihr Volumen beträgt in der Regel 25 bis 75 $, vorzugsweise 30 bis 50 $, des Volumens der vollständig geschäumten Teilchen.

In einer weiteren bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung verwendet man gescblossenzellige, geschäumte Teilchen, die vernetzte Anteile enthalten. Derartige Teilchen werden beispielsweise hergestellt, indem man die oben beschriebenen vollständig geschäumten oder geschrumpften Olefinpolymerisatteilchen mit energiereichen Strahlen einer Dosis zwischen 10 und 80, vorzugsweise zwischen 40 und 60 Mrad bestrahlt. Vorzugsweise bestrahlt man die geschäumten Olefinpolymerisatteilchen mit Elektronenstrahlen, daneben aber auch mit Röntgen- oder Kobaltstrählen. Nach der Strahlenbehandlung enthalten die geschäumten Teilchen 20 bis 85, vorzugsweise 30 bis 70 Gewichtsprozent vernetzte Anteile. PUr die Vernetzung eignen sich insbesondere Polyäthylen einer Dichte von 0,918 bis 0,935 g/cm^, Ätbylencopolymerisate und Polypropylen.

Es ist auch möglich, schaumförmige vernetzte Teilchen zu verwenden, die durch Erhitzen einer Mischung aus einem Olefinpolymerisat, einem gasabspaltenden Treibmittel und einem Peroxid und Zerkleinern des Sobaumstoffes hergestellt werden. TJm derartige Mischungen zu schäumen, erhitzt man sie auf Temperaturen oberhalb des Zersetzungspunktes des Peroxids und des gasabspaltenden Treibmittels. Verfahren zur Herstellung dieser Schaumstoffe sind bekannt. PUr die Erfindung geeignete geschlossenzellige, geschäumte Olefinpolymerisatteilchen können rund, zylinderförmig, strangförmig oder würfelförmig ausgebildet sein.

Die geschäumten, geschlossenzelligen Olefinpolymerisatteilchen können die üblichen Zusatzstoffe enthalten, die man Olefinpolymerisaten einverleibt, beispielsweise Stabilisatoren, Flammschutzmittel, Farbstoffe, Gleitmittel, Füllstoffe oder andere

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Polymerisate, wie Polyisobutylen, Polybutadien-!_f3 oder Polyisopren.

Den erfindungsgemäßen scblauchlosen Kraftfahrzeugsieberbeitsreifen erbält man, wenn man die oben bescbriebenen geschlossenzelligen, gescbäumten Teilchen aus einem Olefinpolymerisat z.B. durch eine gasdicbt verscbließbare Öffnung in der Felge in den Raum zwiscben Felge und Reifenmantel bringt und anscbließend ein Gas aufpreßt. Das Aufpressen des Gases kann durcb die gasdicht verscbließbare Öffnung oder durcb ein separates Ventil erfolgen. Als Gase eignen sieb alle gegenüber den verwendeten Polyolefinen inerten Gase, z.B. Luft, Stickstoff oder Kohlendioxid. Der Gasdruck im Reifen liegt im allgemeinen zwiscben 0,1 und 5, vorzugsweise zwiscben 0,5 und 2,5 atü. Füllt man einen Kraftfabrzeugreifen mit vollständig gescbäuraten Teilchen aus einem Olefinpolymerisat und preßt anscbließend ein inertes Gas auf, so verringert sieb zunäcbst das Volumen der gescbäumten, geschlossenzelligen Teilchen. Die gescbäumten, gescbrumpf·^ ten Teilchen debnen sieb dann jedoch wieder aus, bis sie ibr ursprüngliches Volumen erreicbt baben. Dies ist dann der Fall, wenn der Druck des Gases im Reifen gleich.dem Druck in den einzelnen Zellen der gescbäumten, gescblossenzelligen Olefinpolymerisatteilcben ist. Wie bereits angedeutet, ist es besonders vorteilbaft, geschrumpfte, gescbäumte Olefinpolymerisatteilcben oder aucb Profile mit sogenannten Begasungskanälen zu verwenden. Es ist hierbei nämlicb möglieb, eine besonders gleichmäßige Füllung des Kraftfabrzeugreifens zu erzielen. Da nämlicb das Volumen der gescbrumpften Teilen en in der Regel nur 25 bis 75 i» des Volumens der vollständig gescbäumten Teilchen beträgt, dehnen sieb die Teilcben unter dem Druck des aufgepreßten Inertgases aus, so daß sie den Hohlraum fast vollständig ausfüllen. Der Luftdruck im Reifen ändert sieb dadurcb praktisch nicht.

Gescbäumte, geseblossenzellige und vernetzte Olefinpolymerisatteilcben werden dann angewendet, wenn von dem Material eine . böbere Wärmestandfestigkeit verlangt wird.

Bei einer Bescbädigung des erfindungsgemäßen Reifens sinkt zwar der Gasdruck an der scbadbaften Stelle im Reifen zwiscben den Schaumstoffteilcben auf Atmospbärendruck ab, der Kraftfabrzeug-

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reifen bebalt jedoch seine Formstabilität. Da der Druck in den Zellen der geschäumten Teilchen größer ist als in dem Raum, in dem die Beschädigung des Reifens eingetreten ist, dehnen sich die vollständig geschäumten Teilchen weiter aus, so daß die Steifigkeit des Reifens nur geringfügig und der Gesamtreifendruck zunächst nur unwesentlich vermindert wird. Der Druck in den einzelnen Zellen der geschäumten Teilchen wird nun infolge von Diffusionsvorgängen durch die Zellwand langsam abgetaut, so daß die Gefahr einer plötzlichen Änderung der Fahreigenschaften des Reifens ausgeschlossen ist. Wenn keine oder praktisch keine interpartikulären Kanäle vorhanden sind, was vor allem beim Verwenden von geschrumpften Teilchen erreicht werden kann, so ist bei einer Beschädigung der Reifendecke zunächst nicht mit einem Druckabfall im Innern des Reifens zu rechnen, weil sich die Teilchen ausdehnen und die schadhafte Stelle in der Reifendecke abdichten.

TJm die Wärmeabfuhr im Reifen zu verbessern, beschichtet man die geschäumten Olefinpolymerisatteileben mit Metallpulver, beispielsweise mit Kupfer- oder Aluminiumpulver oder legt flexible Metallbänder zwischen die geschäumten Teilchen. Die geschäumten Teilchen können auch mit Graphit, Talkum, Paraffinöl oder Rizinusöl beschichtet werden. Dadurch wird die Wärmeentwicklung im Reifen während des Betriebes verringert bzw. die Wärmeableitung begünstigt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Automobilreifen wird mit geschrumpften, annähernd kugelförmigen Teilchen aus einem Polyäthylen, das eine Dichte von 0,918 g/cm5 und einen Scbmelziridex von 1,5 g/10 min hat, gefüllt und anschließend mit 1,4 atü Luft aufgepreßt. Der Durchmesser der geschäumten, geschlossenzelligen Polyäthylenteilchen beträgt 4 bis 5 mm, das Schüttgewicht 30 g/l. Die geschrumpften Teilchen wurden erbalten, indem man vollständig geschäumte Teilohen, die ein Raumgewiobt von 12 g/l und einen mittleren Durchmesser

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von 6 bis 8 mm batten, bei einem Druck von 550 Torr 40 Minuten lagert. Fach 4-8 Stunden wird eine Beschädigung des Reifens simuliert, indem man die eingepreßte Luft entspannt. Der Reifen batte nacbwie vor eine sebr gute Formstabilität sowie unverändert günstige Fabreigenschaften.

Beispiel 2

Ein LKW-Reifen wird mit gescbrumpften Teilchen aus vernetzten Polyäthylen-Scbaumstoffsträngen, die einen Durcbmesser von 10 mm, eine Länge von 45 mm und ein Schüttgewicbt von 14 g/l haben, gefüllt und anschließend mit 1,9 atü Luft aufgepreßt. Das Polyätbylen bat eine Diebte von 0,918 g/cm3 und einen Scbmelzindex von 3,8 g/10 min und enthält 45 Gewicbtsprozent vernetzte Anteile. Das Volumen der gescbrumpften Folyätbylen- Scbaumstofistränge gegenüber den nicbt gescbrumpften betrug 60 $. Nacb 3 Tagen wird eine Beschädigung des Reifens simuliert, indem man die eingepreßte Luft entspannt. Aucb nacb der simulierten Beschädigung zeigt der Kraftfabrzeugreifen die gewünschten Eigenschaften in Bezug auf Formstabilität und Festigkeit.

Beispiel 3

Wie nach Beispiel 1 werden gescbrümpfte Schaumpartikeln aus syndiotaktischem Polypropylen, das eine Dichte von 0,905 g/om3 hat, in einen Automobilreifen eingefüllt. Der Durcbmesser der gesohäunten, niobt geaohrumpften, gesohlossenzelligen Polypropylenschaumteilohen beträgt 6 bis 7 mm, das Sohüttgewicht 35 g/l. Diese Teilchen wurden im Vakuum bei 650 Torr zur Erreichung der Schrumpfung 60 Minuten gelagert. Der erhaltene Reifen besteht sebr gut die simulierte Beschädigung. Außerdem besitzt er eine sehr gute Wärmestabilität.

Beispiel 4

Ein Automobilreifen wird mit strahlenvernetzten Sohaumpartikeln (35 Gewichtsprozent unlösliche Anteile) aus einem Polyäthylen das 4,5 Gewichtsprozent Vinylacetat copolymerisiert enthält, eine Dichte von 0,924 g/om? und einen Scbraelzinäex von 3,7 g/ 10 min bat, gefüllt. Die geschäumten Teilchen, die einen mitt-

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leren Durcbmesser von 12 mm und ein Scbtittgewicbt von 13 g/l aufweisen, werden mittels einer mit Druckluft arbeitenden Plillpistole durcb eine Öffnung in der Felge in den Reifen eingepreßt .

Bereits nacb 20 Stunden wird eine Beschädigung des Reifens simuliert, indem man die eingepreßte Luft entspannt. Der Reifen zeigt nocb in diesem Zustand sebr gute Päbreigenscbaften.

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Claims (4)

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1. ^Schlauchloser Kraftfahrzeugsich erb eitsreif en, der mit einem .^^/Schaumstoff gefällt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schaumstoff gescblossenzellige, geschäumte Teilchen aus einem partiell kristallinen Olefinpolymerisat von Olefinen mit 2 his 6 Kohlenstoffatomen einsetzt.

2. Schlauchloser Kraftfabrzeugsicberheitsreifen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man geschlossenzellige, geschäumte Teilchen einsetzt, die geschrumpft sind.

3. Schlauchloser Kraftfahrzeugsicherheitsreifen gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenzelligen, geschäumten Teilchen vernetzte Anteile enthalten.

4. Verfahren zur Herstellung eines schlauchlosen Kraftfahrzeugsicherheitsreifens gemäß den Ansprächen 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man geschlossenzellige, geschäumte Teilchen aus einem partiell kristallinen Olefinpolymerisat von Olefinen mit 2 his 6 Kohlenstoffatomen in den Raum zwischen Pelge und dem Reifenmantel bringt und anschließend ein Gas aufpreßt.

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