-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Luftreifen, und insbesondere auf einen Luftreifen für
starke Beanspruchung.
-
Es ist von Luftreifen wohlbekannt, daß sie eine
Innenlage besitzen, welche sich radial innerhalb einer wegen
ihrer hohen Festigkeit verwendeten Karkasse von
Stahlcorden befindet. Falls jedoch Luft und Feuchtigkeit mit
Stahlkarkassencorden in Berührung kommen, werden die
Corde aufgrund der Gegenwart der Luft und der
Feuchtigkeit korrodiert, und infolgedessen sind die Corde
bruchgefährdet, und die Haftung zwischen den Corden und
dem uingebenden Gummimaterial der Karkasse kann leicht
zerstört werden. Als eine Hauptkomponente des
Innenlagenmaterials ist somit Butylkautschuk wegen seiner
hohen Undurchlässigkeit für Luft und Feuchtigkeit
eingesetzt worden.
-
Für die Gummizusammensetzungen für die Lauffläche, die
Karkasse und ähnliche Abschnitte wird vorzugsweise eine
Naturkautschuk enthaltende Gummizusammensetzung
eingesetzt, um Wärmeerzeugung bei Verwendung unter starker
Beanspruchung zu reduzieren. In Verbindung mit dieser
Materialauswahl wird halogenierter Butylkautschuk
häufig als die Innenlagen-Butylkautschukzusammensetzung
verwendet, weil er eine bessere Co-Vulkanisation (Grad
der Ähnlichkeit unter jeweiligen optimalen
vulkanisierenden Bedingungen, wie beispielsweise Temperatur
und Zeitdauer) zwischen der Naturkautschuk enthaltenden
Karkassengummi-Zusammensetzung und der Butylkautschuk
umfassenden Innenlage ergibt.
-
Eine einzig aus halogeniertem Butylkautschuk
hergestellte Innenlage wird jedoch unter dem Einfluß des
Sauerstoffs in der Luft und der im laufenden Reifen
erzeugten Wärme leicht hart, und dies in Kombination mit der
Biegebeanspruchung im laufenden Reifen ergibt
regelmäßig Risse in der Innenlage. Falls er wächst und somit
den Mittenabschnitt der Karkasse erreicht, ermöglicht
ein solcher Riß Luft und Feuchtigkeit, einzutreten, und
daher besteht eine Gefahr der Korrosion der
Karkassencorde, und infolgedessen gibt die Korrosion, wie vorher
erwähnt, Anlaß zum Karkassencordbruch oder zu
Abtrennungsproblemen aufgrund des Haftungsverlustes zwischen
den Karkassencorden und dem umgebenden Gummimaterial.
-
Somit ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
Luftreifen für starke Beanspruchung zu schaffen,
welcher frei von Rißerzeugungsproblemen aufgrund von
thermischem Härten ist, sogar wenn sich der Reifen, während
er läuft, auf eine hohe Temperatur erwärmt, und darüber
hinaus hochgradig undurchlässig für Luft und
Feuchtigkeit ist und infolgedessen in der Lage ist, ein
Auftreten von Karkassencordkorrosion zu verhindern.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Luftreifen
geschaffen, mit wenigstens einer
Karkassenverstärkungslage, bei der jede Kante mit einem jeweiligen Wulstkern
in Eingriff steht und jede der Kanten von der
Innenseite nach außen um jeden Wulstkern herum geschlagen
ist, und einer aus einer Gummizusammensetzung
hergestellten Innenlage, welche sich radial innerhalb der
Karkasse befindet, worin die Gummikomponente der
Innenlagen-Gummizusammensetzung lediglich aus Butylkautschuk
besteht, welcher halogenierten Butylkautschuk im
Bereich von 60 bis 95 Gewichtsprozent enthält.
-
In der nachstehenden Beschreibung bedeutet %
Gewichtsprozent, falls nicht anderweitig spezifiziert.
-
Der Halogengehalt in einem Molekül beträgt vorzugsweise
5,0% oder weniger, besonders bevorzugt 3,0% oder
weniger, oder noch bevorzugter 2,5% oder weniger, um das
thermische Härten bei hoher Temperatur im Betrieb des
Reifens zu minimieren. Außerdem beträgt der
Halogengehalt, um eine bessere Co-Vulkanisation mit der
Gummizusammensetzung in der Karkasse zu schaffen,
vorzugsweise 0,5% oder mehr, besonders bevorzugt 1,0% oder
höher.
-
Beispiele für den vorher erwähnten halogenierten
Butylkautschuk sind beispielsweise chlorierter
Butylkautschuk, bromierter Butylkautschuk und dergleichen.
Unter diesen ist bromierter Butylkautschuk besonders
geeignet, weil bromierter Butylkautschuk eine bessere
Co-Vulkanisation mit der Gummizusammensetzung in der
Karkasse ergibt.
-
Der halogenierte Butylkautschuk kann durch
Halogenierung gewöhnlichen Butylkautschuks erhalten werden,
welcher gewöhnlich für einen Automobilreifen (nachstehend
als "regulärer Butylkautschuk" bezeichnet) verwendet
wird. Der reguläre Butylkautschuk ist ein Isobutylen-
Isopren-Copolymer, welches normalerweise einen
Isoprengehalt, d.h. einen Grad, zu welchem das Polymer
ungesättigt ist, im Bereich von 0,6 bis 4,2 Molprozent
besitzt.
-
Nicht-halogenierter Butylkautschuk, welcher zusammen
mit dem halogenierten Butylkautschuk verwendet wird,
kann den vorher erwähnten regulären Butylkautschuk
darstellen.
-
Die Innenlagen-Gummizusammensetzung gemäß der
vorliegenden Erfindung kann so hergestellt sein, daß deren
Gummikomponente 60 bis 95%, vorzugsweise 70 bis 90%,
halogenierten Butylkautschuk und 5 bis 40%, vorzugsweise 10
bis 30%, des regulären Butylkautschuks enthält.
-
Eine Innenlagen-Gummizusammensetzung mit einem
halogenierten Butylkautschukgehalt in der Gummikomponente von
weniger als 60% weist ungenügende Charakteristika in
bezug auf Co-Vulkanisation mit der
Karkassengummizusammensetzung auf, was eine Gefahr von
Abtrennungsproblemen der Innenlage von der Karkasse ergibt. Im Gegensatz
dazu weist eine Innenlagen-Gummizusammensetzung mit
einem halogenierten Butylkautschukgehalt in der
Gummikomponente von mehr als 95% eine Tendenz auf, den
Ausbruch des Rißproblems zu ermöglichen.
-
Die Innenlagen-Gummizusammensetzung kann durch ein
Verfahren erhalten werden, worin eine Gummikomponente,
welche im wesentlichen aus spezifizierten jeweiligen
Mengen des halogenierten Butylkautschuks und des
regulären Butylkautschuks besteht, einer Erwärmung und
Mischung unterworfen wird, damit sie zur besonderen
Gummizusammensetzung wird, und die Zusammensetzung in die
gewünschte Form gebracht wird. Die Gummizusammensetzung
kann andere Bestandteile enthalten, welche
normalerweise in einer herkömmlichen Gummizusammensetzung
enthalten sind. Beispiele der vorher erwähnten anderen
Bestandteile sind: ein Bestandteil zum Verbessern der
Verstärkung des Gummis, z.B. Ruß, ein Bestandteil, welcher
als vulkanisierendes Agens dient, und um eine
verbesserte Verarbeitbarkeit zu schaffen, z.B. Prozeßöl, ein
Bestandteil, welcher auf Butylkautschuk als
Vulkanisations-Verzögerer wirkt und Anvulkanisation verhindert,
z.B. Magnesiumoxid, Mercaptobenzothiazyldisulfid
(nachstehend als MBTS bezeichnet), ein
Vulkanisationsbeschleuniger, z.B. Zinkblüte, ein vulkanisierendes
Agens, z.B. Schwefel, und dergleichen.
-
Eine Ausführungsform wird nun lediglich beispielhaft in
Verbindung mit der beigefügten schematischen Zeichnung
beschrieben, in welcher:
-
Figur 1 eine Querschnittsansicht eines
Luftreifens der vorliegenden Erfindung ist.
-
Figur 1 stellt einen Luftreifen 10 der Größe 11R 24.5
dar, mit einem Laufflächenabschnitt 3,
Seitenwandabschnitten 6, welche sich von beiden Kanten des
Laufflächenabschnitts 3 auf jeweilige Seiten des Reifens zu
erstrecken, und Wulstabschnitten 5, welche sich jeweils
an radial inneren Kanten beider Seitenwandabschnitte 6
befinden. Beide Kanten einer Karkasse 2 sind von den
axial inneren Seiten jeweils nach außen um ein Paar von
Wulstkernen 1 jeweils auf der rechtsgelegenen Seite und
auf der linksgelegenen Seite herum geschlagen, um mit
den Wulstkernen 1 in den Wulstabschnitten 5 in Eingriff
gebracht zu werden. Die Karkasse 2 umfaßt eine Lage
paralleler Stahlcorde, von denen jeder unter einen Winkel
von etwa 90º relativ zur peripheren (Reifen-)Richtung
gelegt ist. Die Karkasse kann erforderlichenfalls zwei
oder mehr Lagen umfassen.
-
Außerdem ist eine Wulstverstärkungslage 8 axial
außerhalb des Karkassencord-Umschlagabschnitts vorgesehen,
und ein Wulstkernreiter 9 befindet sich radial
außerhalb und angrenzend an den Wulstkern 1.
-
Desweiteren befindet sich eine Stahlcorde umfassende
Gürtellage 4 radial innerhalb der Lauffläche 3 und
radial außerhalb der Karkasse 2. Die Gürtellage 4 umfaßt
eine Vielzahl von Cordlagen mit Cordrichtungen, welche
sich unter einem relativ kleinen Winkel schneiden.
-
Der Luftreifen 10 besitzt radial innerhalb und
benachbart der Karkasse 2 eine Innenlage 7, und die Innenlage
7 ist, wie zuvor erwähnt, aus einer
Gummizusammensetzung hergestellt, welche 60 - 95% halogenierten
Butylkautschuk und 5 bis 40% regulären Butylkautschuk und
erforderlichenfalls andere hinzugefügte Bestandteile
enthält.
-
Nachstehend wird der Luftreifen der vorliegenden
Erfindung basierend auf mehreren Ausführungsformen weiter
erklärt, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf diese
Ausführungsformen begrenzt ist.
-
Detailausführungsformen 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele
1 bis 2 wurden, festgelegt gemäß Tabelle 1, gemischt.
Die Materialien in Tabelle 1 waren halogenierter
Butylkautschuk (Bromobutyl 2255 (Halogengehalt: 2%),
erhältlich von Exxon Chemical Japan Limited, Handelsname),
nicht-halogenierter Butylkautschuk (Butyl 265,
erhältlich von Exxon Chemical Japan Ltd, Handelsname), Ruß
(Niteron 555, erhältlich von Shin-Nittetsu Kagaku
Kabushiki Kaisha, Handelsname), Prozeßöl, Stearinsäure,
Magnesiumoxid und MBTS. Diese wurden alle gemischt und
geknetet. Dann, nachdem Zinkblüte und Schwefel
hinzugefügt wurden, wurde die Mischung weiter gemischt und
geknetet, und später wurden Test-Stücke (55mm lang, 55mm
breit, 4mm dick) hergestellt.
-
Zwecks Eigenschaftsmessung der Test-Stücke, (a)
Anvulkanisationszeit TL+2, (b) 90% vulkanisierende Zeit und
(c) maximales Drehmoment wurden durch einen
Rheometertest gemessen, und weitere
Nach-Vulkanisationseigenschaften (Härte und De-Mattia-Schnittwachstum) und
Haftungseigenschaft mit der Karkasse wurden ebenfalls
untersucht. Diese Messungen wurden auf folgende Weise
durchgeführt. Die Meßergebnisse sind ebenfalls in
Tabelle 1 gezeigt.
-
Die Werte der Anvulkanisationszeit TL+2, 90%
vulkanisierende Zeit und maximalen Drehmoments im Rheometertest
wurden bei einer Meßtemperatur von 1500 gemessen, wobei
ein Rheometer R-100 (erhältlich von Monsanto Japan Ltd,
Handelsname) verwendet wurde.
-
De-Mattia-Schnittwachstum als eine der
Nach-Vulkanisationseigenschaften wurde auf eine Weise gemessen, in
welcher ein 2mm breiter Riß bei einer Oberflächenspannung
von 60% auf einem Test-Stück vorbereitet und das Test-
Stück auf einem De-Mattia-Ermüdungstestgerät Biegungen
ausgesetzt war, so daß die Anzahl von Biegungen, welche
für die Rißbreite erforderlich waren, um 1mm zu
wachsen, sowohl im normalen (neuwertigen) Zustand als auch
im gealterten Zustand, in welchem das Test-Stück zuvor
durch Erwärmen von 150 Stunden bei einer Temperatur von
110ºC gealtert worden war, untersucht wurde.
-
Die Haftungseigenschaft an der Karkasse wurde durch
Haften von Stahlcorden an ein Test-Stück getestet, und
das Test-Stück mit der Gummizusammensetzung wurde Druck
und Vulkanisieren für 6 Minuten bei einem Druck von
30 kg/cm² und einer Temperatur von 150ºC ausgesetzt.
Die Haftungseigenschaft wurde dann basierend auf der
Prozedur des JIS (Japanischer Industriestandard) K 6301
bestimmt.
-
Die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse demonstrieren,
daß das Test-Stück des Vergleichsbeispiels 1, welches
einen höheren regulären Butylkautschukgehalt im
Butylkautschuk als die gemäß der vorliegenden Erfindung
vorbereiteten Test-Stücke aufweist, eine viel geringere
Haftungseigenschaft an der Karkasse als die Test-Stücke
der Beispiele 1 bis 5 ergab, obwohl das
Vergleichsbeispiel 1 lediglich eine kleine Veränderung aufgrund
von Alterung aufweist, und daß andererseits das Test-
Stück des Vergleichsbeispiels 2, welches keinen
regulären
Butylkautschuk im Butylkautschuk enthält, eine
deutliche Veränderung aufgrund von Alterung aufweist,
obwohl das Vergleichsbeispiel 2 genügend
Haftungseigenschaft mit der Karkasse ergibt.
-
Es wurde ein Luftreifen gemäß Beispiel 6 der Tabelle 3
der Größe 11R 24.5 mit dem in Figur 1 gezeigten Aufbau
hergestellt, in welchem die gleiche
Gummizusammensetzung des Beispiels 3 bei der Innenlage angewendet
wurde.
-
Ein weiterer Luftreifen, Vergleichsbeispiel 3 derselben
Größe und desselben Aufbaus wie Beispiel 6, wurde mit
der Lagen-Gummizusammensetzung des Vergleichsbeispiels
2 hergestellt.
-
Diese Reifen wurden einem Lauftest über 600 Stunden bei
einem Innendruck von 8,0 kg/cm², einer Belastung von
6200 kg und einer Geschwindigkeit von 20 km/Stunde
unterworfen, so daß die Veränderung in der
Innenlagenhärte zwischen vor und nach dem Laufen bestimmt werden
konnte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
-
Außerdem wurde vor dem Laufen ein Riß mit einer Tiefe
von 1mm und einer Länge von 1mm im
Verstärkungsabschnitt jedes Reifens vorbereitet, so daß das Wachstum
jedes Risses in mm nach dem zuvor erwähnten Laufen des
Reifens unter den beschriebenen Bedingungen gemessen
werden konnte. Die Ergebnisse sind auf der zweiten
Seite der Tabelle 1 gezeigt.
-
Die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse demonstrieren,
daß, sogar wenn der Reifen des Beispiels 6 einen auf
seinem Verstrebungsabschnitt zugefügten Riß aufweist,
der Riß nicht wächst, und daher, daß der Reifen des
Beispiels 6 für den praktischen Gebrauch geeignet ist.
-
Somit ist der Luftreifen der vorliegenden Erfindung
frei von Rißerzeugungsproblemen aufgrund von
thermischem Härten, sogar wenn sich der Reifen, während er
läuft, auf eine hohe Temperatur erwärmt, und darüber
hinaus ist der Luftreifen der vorliegenden Erfindung
hochgradig undurchlässig für Luft und Feuchtigkeit und
verhindert infolgedessen ein Auftreten von
Karkassencord-Korrosionsproblemen. Daher kann der Luftreifen der
vorliegenden Erfindung als ein Reifen für
beispielsweise schwere Fracht-LKW geeignet verwendet werden.
Tabelle 1
Komponenten (Gewichtsteile)
Butylkautschuk
Test-Stück Nr.
Ruß
Prozeßöl
Stearinsäure
Magnesiumoxid
Zinkblüte
Schwefel
halogenierter Butylkautschuk
regulärer Butylkautschuk
Tabelle 1 (Seite 2) -fortgesetzt
Gemessene Eigenschaften von Test-Stücken
Rheometer-Test
Nach-Vulkanisations-Eigenschaften
Test-Stück Nr.
Haftungseigenschaft mit Karkasse (kgf/cm)
Huarte (JIS A)
Dematcher-Schnitt-Wachstum (Anzahl)
Anvulkanisationszeit (Minuten)
90% vulkanisierende Zeit (Minuten)
Maximal-Drehmoment (Nm)
(pounds-inches)
neuwertig
gealtert (Stunden)
neu
Tabelle 2
Innenlagen-Härte (JIS A)
Innenlagen-Material
Riß-Wachstum (mm)
vor Lauf
nach Lauf
gleich dem Bsp.3