DE69312451T2

DE69312451T2 - Kautschukmischung für Reifen mit hohem Elastizitätsmodul und geringer Hysterese

Info

Publication number: DE69312451T2
Application number: DE69312451T
Authority: DE
Inventors: Roy M Freeman; William L Hergenrother; Fredrick J Ravagnani
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: ES2104028T3; EP0604833A2; DE69312451D1; EP0604833A3; EP0604833B1; JPH06220253A; CA2111615A1

Description

Die Erfindung betrifft neue vulkanisierbare Kautschuk-Compounds mit hohem Modul und niedriger Hysterese. Diese Compounds können in verschiedenen Komponenten von Luftreifen und insbesondere in Sicherheitsluftreifen verwendet werden, die eine derartige Wandsteifheit haben, daß wenn der Reifen beim Fahren ein Loch erhält, er die Last des Fahrzeugs so tragen kann, daß hohe Geschwindigkeiten über relativ lange Strecken fortgeführt werden können, bis der Reifen repariert oder ersetzt werden kann. Insbesondere können die erfindungsgemäßen Compounds in Komponenten von Sicherheitsreifen mit hohem Profil mit einer Abschnittshöhe von mindestens 12,7 cm (5 inch) verwendet werden. Eine derartige Reifenkomponente ist ein Seitenteileinsatz. Während die erfindungsgemäßen Compounds Bestandteile enthalten können, die derzeit im Handel erhältlich sind, waren die spezielle Kombination und die Verhältnismengen, in denen sie verwendet werden, bislang noch nicht bekannt.
Über die Jahre wurden verschiedene Reifenkonstruktionen entwickelt, die es gestatten, daß der Reifen im halbplatten oder im platten Zustand weiterlaufen kann, wie es beispielsweise nach einer Lochbildung und dem Luftverlust der Fall ist, und dies über ausgedehnte Zeiträume und mit relativ hohen Geschwindigkeiten, damit der Fahrer das Fahrzeug sicher zu einem geeigneten Ort zur Reparatur oder zum Ersatz des Reifens fahren kann. Bestimmte dieser Sicherheitsreifen, die oftmals als "Flachlauf-Reifen" (run flat tires) bezeichnet werden, sind für bestimmte Anwendungszwecke erfolgreich gewesen und sie schließen verschiedene Konstruktionstypen ein. Viele dieser Reifen mit Flachlauf- Eigenschaften erreichen ihre Flachlauf-Eigenschaften durch einen Ersatz der Verstärkungsschichten oder Elemente des relativ steifen elastomeren Materials in den Seitenteilbereichen des Reifens, wodurch es möglich gemacht wird, daß der Reifen das Fahrzeug selbst dann trägt, wenn ein vollständiger Verlust des Innenluftdrucks erfolgt.
Beispiele für verschiedene bekannte Reifen mit flachen Laufeigenschaften werden in den folgenden Patenten angegeben:
Die U.S. Patentschrift Nr. 3 911 987 beschreibt einen Motorradreifen mit niedrigem Profil, der eine elastomere Innenverstärkung aufweist, die es möglich macht, daß der Reifen über eine kurze Zeitspanne mit wenig oder keinem Luftdruck aufgeblasen bleibt. Diese Verstärkungsschicht hat eine Shore-A-Härte von mindestens 45, vorzugsweise im Bereich von 60 bis 90, und sie ist entweder in Außenrichtung von zwei Reifenkörperkarkassenschichten oder zwischen den zwei Karkassenschichten angeordnet. Diese elastische Verstärkung ist mit variierenden Dicken konstruiert, und sie ist in Querschnitte aufgeteilt, um abrupte Veränderungen der effektiven Härte des Seitenteils und der Verstärkungsschicht zu eliminieren.
Die U.S. Patentschrift Nr. 3 949 798 beschreibt eine weitere Konstruktion von Reifen mit Flachlauf-Eigenschaften eines Reifens mit niedrigem Profil, der Verstärkungskautschukeinsatzstreifen aufweist, die zwischen den Innenstreifen, angebracht zwischen der Innenauskleidung und der Rumpfschichtkarkasse der Reifenseitenwand, angeordnet sind.
Die U.S. Patentschrift Nr. 3 954 131 beschreibt einen Sicherheitsreifen mit elastomeren Innenverstärkungen in den Seitenteilen, die es gestatten, daß der Reifen über kurze Zeitspannen mit wenig oder überhaupt keinem Luftdruck in dem Reifen verwendet werden kann. Die elastomeren Seitenverstärkungen haben variierende Dicken, und sie sind in Außenrichtung der Reifenkarkasse angeordnet.
Die U.S. Patentschrift Nr. 4 067 372 beschreibt einen radialen Luftreifen mit inneren Verstärkungen in seinen Seitenteilen, die aus Hartkautschuk gebildet sind, und die in Kombination mit den Rumpfcarcassenschichten und Reifenwulstkautschukeinsätzen verwendet werden, um den Trägerteilen des Reifens zusätzliche Steifheit zu verleihen. Die Rumpfcarcassenschichten sind in Außenrichtung der Kautschukeinsätze angeordnet, und sie sind aus mehreren Cordgeweberadialschichten hergestellt, und sie dehnen sich vollständig zu dem Wulstbereich des Reifens aus.
Die U.S. Patentschrift Nr. 4 202 393 beschreibt einen Motorradreifen mit niedrigem Profil, der Seitenteilverstärkungen hat, um den Lauf im flachen Zustand zu gestatten. Die Verstärkungen bestehen aus einem elastischen Füllkörper mit einer Verstärkungsschicht, die vollständig um den elastischen Füllkörper herum angeordnet ist.
Die U.S. Patentschrift Nr. 4 203 481 beschreibt eine Reifenkonstruktion mit flachem Lauf mit Verstärkungseinsätzen aus einem Kautschuk-Compound mit hohem Modul und niedriger Hysterese, die in Einwärtsrichtung der Verstärkungskarkassenschichten des Reifens angeordnet sind.
Die U.S. Patentschrift Nr. 4 261 405 beschreibt eine weitere Konstruktion für Reifen mit flachem Lauf für einen Reifen mit niedrigem Profil, der einen speziell konstruierten Kautschukeinsatz aufweist, der zwischen der Innenauskleidung und der Rumpfschichtkarkasse, die im Seitenteil des Reifens angeordnet ist, um die erforderliche Steifigkeit zu erhalten, daß das Fahrzeug in nicht aufgeblasenem Zustand getragen wird.
Die U.S. Patentschrift 4 287 924 beschreibt einen weiteren Sicherheitsreifen mit flachem Lauf, der Seitenverstrkungselemente aufweist. Diese Elemente bestehen aus zwei Komponenten, wobei die eine flexibler ist als die andere und die eine Härte von mehr als 70 haben. Das andere Element hat eine Hrte von zwischen 80 und 95. Diese Verstärkungselemente sind von den Karkassenschichten des Reifens umschlossen, und sie weisen eine wärmeleitende Schicht auf, die zwischen den zwei Komponenten der Stützungselemente angeordnet sind, um Erhitzungsprobleme in den dicksten Teilen der Stützungselemente zu lindern.
Die U.S. Patentschrift Nr. 4 365 659 beschreibt einen Sicherheitsreifen mit Flachlauf, der Seitenteilverstärkungen hat, die aus einem Kautschuk mit niedrigem Hitzeaufstau hergestellt sind. Sie sind zwischen einer Innenschutzschicht und den äußeren Karkassenschichten des Reifens angeordnet.
Die U.S. Patentschrift Nr. 4 917 164 beschreibt die Verwendung von halbmondförmigen Verstärkungsschichten in den Seitenteilen des Reifens, damit dieser über kurze Zeiträume ohne oder mit nur geringem Luftdruck laufen kann. Die Vestärkungsschichten haben eine variierende Dicke, und sie weisen eine Shore-A-Härte von zwischen 65 und 85 auf. Sie sind zwischen der Innenauskleidung und den Karkassenschichten des Reifens angeordnet. Die Wanddicke der Verstärkungselemente liegt zwischen 1 und 12 Millimeter.
Obgleich viele dieser Reifenkonstruktionen mit Flachlauf- Eigenschaften der vorgenannten Patentschriften sich für bestimmte Anwendungszwecke als erfolgreich erwiesen haben, beziehen sich alle diese Konstruktionen auf Reifen mit niedrigem Profil, d.h. Reifen mit einer Abschnittshöhe von weniger als 12,7 cm (5 inch), die gewöhnlich in Hochleistungsfahrzeugen (wie Rennautos) oder Motorrädem gefunden werden. Sie bauen fast vollständig auf der Steifigkeit des elastomeren Einsatzes auf, um die Unterstützung für den nichtaufgeblasenen Reifen zu ergeben. Weiterhin tragen diese Hochleistungs- und Motorradreifen relativ geringere Lasten im Vergleich zu den höheren Gewichten, die von den größeren Automobilen getragen werden, bei denen Reifen mit größerer Abschnittshöhe verwendet werden.
Die Bereitstellung eines Reifens mit Flachlauf mit einer Reifenkonstruktion mit hohem Profil, d.h. ein Flachlauf- Reifen mit einer Abschnittshche von 12,7 cm (5 inch) oder mehr, hat sich aber aufgrund der relativ großen Seitenteilverstärkungselemente als nicht erfolgreich erwiesen. Diese wären erforderlich, um den Reifen im nichtaufgeblasenen Zustand angemessen zu unterstützen, damit der Reifen über eine relativ große Strecke mit hoher Geschwindigkeit laufen kann. Die erforderlichen relativ großen Kautschuk- Einsätze würden nämlich das Gewicht des Reifens zu einer nicht annehmbaren Grenze steigern und die Laufeigenschaften stark verschlechtern. Bei einer Verminderung oder Veränderung der Menge oder des Typs des Materials in diesen relativ großen Seitenteileinsätzen, um das Gewicht des Reifens zu vermindern und seine Laufeigenschaften zu verbessern, würde innerhalb der Einsätze des Flachlaufs eine zu starke Hitzeerzeugung erfolgen, was zu einer raschen Zerstörung führen würde, so daß die gewünschten Flachlauf- Eigenschaften bei üblichen Schnellstraßengeschwindigkeiten nicht erhalten würden, die für solche Reifen bei den meisten Personenkraftwagen angestrebt werden.
Weiterhin wurde im Stand der Technik noch kein vulkanisierbarer Kautschuk-compound beschrieben, der einen genügend hohen Modul zur Verwendung in Reifenkomponenten oder Strukturelementen besitzt, so daß es gestattet wird, daß der resultierende Reifen Flachlauf-Eigenschaften hat. Es besteht daher ein Bedarf nach einem Kautschuk-Compound zur Verwendung in solchen Komponenten, wie Seitenteileinsätzen für Sicherheitsluftreifen oder Flachlauf-Reifen. Dieser Bedarf ist durch bekannte Kautschuk-Compounds noch nicht erfüllt worden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines vulkanisierbaren Kautschuk-Compounds mit hohem Modul, niedriger Hysterese und einer Shore-A-Härte innerhalb eines speziellen hohen Bereichs.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines vulkanisierbaren Kautschuk-Compounds wie oben, der zur Herstellung von Komponenten oder Strukturelementen von Luftreifen mit Flachlauf-Eigenschaften verwendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines vulkanisierbaren Kautschuk-Compounds wie oben, der zur Herstellung von Komponenten von Luftreifen mit einer Abschnittshöhe von 12,7 cm (5 inch) oder höher verwendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines vulkanisierbaren Kautschuk-Compounds, der zur Herstellung von Strukturkomponenten von Luftreifen mit Einschluß von Seitenteileinsätzen, Rumpffüllstrukturen, Hochgeschwindigkeitseinsatzstrukturen und dgl. geeignet ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines vulkanisierbaren Kautschuk-Compounds mit den Eigenschaften eines hohen Moduls, einer niederen Hysterese und einer genügenden Steifigkeit, um für die Herstellung von Luftreifen geeignet zu sein und um den erforderlichen Verstärkungseffekt zu ergeben, der benötigt wird, damit der Reifen das Fahrzeug im Flachlauf-Zustand stützen kann.
Mindestens eine der vorgenannten Aufgaben, zusammen mit den Vorteilen gegenüber bekannten Kautschuk-Compounds und der Verwendung in pneumatischen Reifen, wird aus der folgenden Beschreibung der Erfindung, wie hierin beschrieben und beansprucht, gelöst.
Allgemein betrifft die- Erfindung einen mit Schwefel vulkanisierbaren Kautschuk-Compound mit hohem Modul, niedriger Hysterese und hoher Härte, wenn gehärtet, wobei der Compound dadurch charakterisiert ist, daß er 25 bis 55 Gew.- Teile Polyisopren, 75 bis 45 Gew.-Teile eines Dienpolymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polybutadien, Homopolymeren und Gemischen davon, mit bis zu 25 Gew.-% eines Styrolbutadien-Copolymeren auf insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk,
wobei 60 bis 80 Gew.-% des Kautschuks mit einem Metallsalz einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure gepfropft sind,
50 bis 70 Gew.-Teile Verstärkungsfüllstoff pro 100 Gew.- Teile Kautschuk und
mindestens 4 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.-Teile Kautschuk umfaßt,
und wobei, wenn gehärtet, der mechanische Modul des Kautschuk-Compounds 9,7 MPa bis 13,3 MPa (1400 psi bis 4000 psi) bei einer Spannung von 15% beträgt, sein Tan Delta- Wert von 0,03 bis 0,20, gemessen bei 100ºC, einer Ablenkung von 7% und 10 Hz, beträgt, und seine Shore-A-Härte von 80 bis 97 bei 23ºC beträgt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Komponente oder ein Strukturelement für einen Luftreifen, die bzw. der den vorgenannten Kautschuk-Compound umfaßt.
Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Luftreifen mit Flachlauf-Eigenschaften, die durch mindestens eine Strukturkomponente verliehen worden sind, die den vorgenannten Kautschuk-Compound umfaßt.
Die Zeichnung stellt eine Querschnittsansicht eines Reifens mit hohem Profil dar, dessen Konstruktion erfindungsgemß für einen Flachlauf-Betrieb ausgestaltet ist.
Wie oben erwähnt, betrifft die Erfindung vulkanisierbare Kautschuk-Compounds mit hohem Modul, niederer Hysterese und einem speziellen Härtebereich, die für die Herstellung von Luftreifen mit hohem Aspektverhältnis, insbesondere von Sicherheitsreifen mit Flachlauf-Eigenschaften, geeignet sind. Die physikalischen Eigenschaften, die für die Strukturkomponenten eines Flachlauf-Reifens erforderlich sind, und die die erfindungsgemäßen Compounds haben, schließen die Steifigkeit, einen niedrigen Hitzeaufstau und eine gute Hitzebeständigkeit ein. Die Steifigkeit, bestimmt durch einen hohen Modul und eine hohe Härte, ist erforderlich, um eine Verschiebung des Seitenteils beim Flachlauf oder bei Bedingungen eines zu geringen Aufblasens zu minimieren. Der niedrige Hitzeaufstau ist den niederen Hystereseeigenschaften der Compounds zuzuschreiben, die kühler laufen, und die dem Reifen bei Flachlauf-Betriebsbedingungen eine erhöhte Lebensdauer verleihen. Schließlich ist auch eine gute Hitzebeständigkeit notwendig, um die Lebenszeit des Reifenbetriebs bei Flachlauf- Bedingungen zu erhöhen. Für eine gute Hitzebeständigkeit ist es notwendig, daß der Compound gute Alterungs- und Umkehrwiderstandseigenschaften hat.
Die erfindungsgemäßen Kautschuk-Compounds umfassen natürliches oder synthetisches Polyisopren, wobei natürliches Polyisopren bevorzugt wird, und elastomere Dienpolymere mit Einschluß von Polybutadien und Styrolbutadien-Copolymeren. Die Kautschuk-Compounds ergeben die erforderliche niedere Hysterese und die erforderlichen niederen Hitzeaufstaueigenschaften. Der Polybutadien-Kautschuk ergibt die niedere Hysterese und die niedere bleibende Verformung. Das Polyisopren liefert die niedere Hysterese und die hohe Zugfestigkeit. Ein geeigneter Polybutadien-Kautschuk ist elastomer und hat einen 1,2-Vinylgehalt von 1 bis 3 Prozent und einen cis-1,4-Gehalt von 96 bis 98 Prozent. Andere Butadien-Kautschuke mit hohem Vinylgehalt mit bis zu 12 Prozent 1,2-Gehalt können auch unter geeigneten Einstellungen des Niveaus der anderen Komponenten verwendet werden, so daß praktisch alle beliebigen elastomeren Polybutadiene mit hohem Vinylgehalt verwendet werden können. Der Dienpolymergehalt des Kautschuk-Compounds kann bis zu etwa 25 Gew.-% von Styrolbutadien-Randomcopolymeren, vorzugsweise 7 bis 10 Gew.-%, betragen.
Der hohe Modul und die hohen Härteeigenschaften können durch Verwendung bestimmter Metallsalze von α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren erreicht werden. Die Metallsalze haben die Formel
(RCO&sub2;)xM
worin R eine α,β-ethylenisch ungesättigte acyclische Gruppierung mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Zimtsäure und Crotonsäure ist, wobei Acrylsäure und Methacrylsäure bevorzugt werden. M steht für ein Metallion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Zink, Barium, Aluminium, Zinn, Zirconium, Lithium und Cadmium, wobei Zink und Magnesium bevorzugt werden; und x ist eine ganze Zahl, die der Wertigkeit von M entspricht. Ein besonders bevorzugtes Salz für diesen Zweck ist Zinkdimethacrylat£
Erfindungsgemäß wird Zinkdimethacrylat oder ein anderes Metallsalz einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure mit mindestens einem der hierin beschriebenen Kautschukpolymeren in einer Pfropfreaktion so kombiniert, daß das Metallsalz in das Polymerskelett des resultierenden gepfropften Polymeren eingearbeitet wird. Insbesondere wird Zinkdimethacrylat vorzugsweise auf die Kautschukpolymeren durch Umsetzung mit freien Radikalen gepfropft.
Das Pfropfcopolymere kann durch ein relativ unkompliziertes Verfahren hergestellt werden. So kann das Pfropfcopolymere in der Weise hergestellt werden, daß zuerst ein ungesättigter Kohlenwasserstoffkautschuk des oben beschriebenen Typs, wie Polybutadien, in einem Lösungsmittel, wie Hexan, aufgelöst wird, daß sodann ein Metallsalz einer ungesättigten Carbonsäure, wie Zinkdimethacrylat zu der Polymerlösung gegeben wird, daß ein Freie-Radikale-Initiator, wie Azobisisobutyronitril, zu der Polymerlösung gegeben wird, und daß das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 40º bis 150ºC über einen Zeitraum von 0,1 bis 100 Stunden erhitzt wird, um das Pfropfcopolymere zu bilden.
Es ist bekannt, daß Zinkdimethacrylat, wenn es als Pigment zu bestimmten Kautschuk-Compounds gegeben wird, einen hohen Modul und hohe Härte-Eigenschaften verleiht. Wenn jedoch das Metallsalz zu den Kautschukpolymeren bei der Pfropfreaktion gegeben wird, dann werden dem Kautschuk- Compound auch überlegene Eigenschaften, wie Biegeermüdungsfestigkeit, im Vergleich zu solchen Compounds verliehen, bei denen das Zinkdimethacrylat lediglich als Pigment zugesetzt wurde.
Die erfindungsgemäßen Kautschuk-Compounds enthalten 25 bis 55 Gew.-Teile Polyisoprenw und 45 bis 75 Gew.-Teile eines Dienpolymeren mit hohem Vinylgehalt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polybutadienhomopolymeren und Gemischen davon mit bis zu 25 Gew.-% Styrolbutadien-Copolymer kautschuk auf insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk (phr). Ein Teil mindestens eines dieser Kautschukpolymeren ist als gepfropftes Polymeres vorhanden. Anders ausgedrückt, der Gesamtkautschuk-Compound schließt einen Teil von Polyisopren und Polybutadien, der nicht gepfropft ist, und einen Teil, der Teil des gepfropften Polymeren geworden ist, ein. Der gepf ropfte Teil kann von jedem Kautschukpolymerteil oder von einem Teil von beiden genommen werden.
Das erfindungsgemäße gepfropfte Kautschukpolymere umfaßt 60 bis 80 Gew.-% Basis(d.h. Substrat)polymeres und 40 bis 20 Gew.-% Metallsalzpfropfmittel, wie Zinkdimethacrylat.
Weiterhin enthalten die erfindungsgemäßen Compounds etwa 50 bis 70 phr Ruß als Füllmaterial mit niederer Hysterese. Besonders gut ist FEF-Ruß (Schnellextrusionsofenruß) geeignet. Es handelt sich um einen Ruß mit relativ hoher Struktur und großer Teilchengröße, nämlich einer Teilchengröße von 40 nm und einer spezifischen Oberfläche von 40 m²/g. Weitere Diskussionen solcher Rußsorten finden sich in der Literatur. Vergleiche z.B. The Vanderbilt Rubber Handbook, Seiten 408-424, RT Vanderbilt Co., Norwalk, CT 06855 (1979) und Rubber Technology, 2. Ausgabe, Seiten 51- 59, Van Nostrand Reinhold Corporation (1973).
Die erfindungsgemäßen Compounds werden durch Schwefel anstelle von Peroxiden gehärtet. Somit ist ein Schwefelhärtungsmittel, wie Schwefel oder ein Schwefeldonator erforderlich. Minimal werden mindestens 4 phr Schwefel oder eine äquivalente Menge eines Donors zu dem Compound gegeben, um einen hohen Modul zu erhalten. Erfindungsgemäß wird die Zugabe eines Schwefel-in-Öl-Gemisches im allgemeinen bevorzugt, wobei das Gemisch 80 Gew.-Teile Schwefel und 20 Gew.-Teile Öl umfaßt. Die verwendeten Öle sind herkömmliche Kautschukprozessöle. Herkömmliche Härtungsbeschleuniger können gleichfalls eingesetzt werden, um eine schnelle Erzeugung des Moduls während der Härtung zu erhalten. Die erfindungsgemäßen Compounds schließen auch 1 bis 3 phr eines Antioxidationsmittels und eines Antiozonmittels herkömmlichen Typs ein (verwendet in den üblichen Mengen), um dem Compound eine gute Hitzebeständigkeit zu verleihen.
Was die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kautschuk-Compounds betrifft, so ist ein normalisierter mechanischer Modul von 9,7 MPa bis 13,3 MPa (1400 psi bis 4000 psi) geeignet, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 17,9 MPa und 19,3 MPa (2600 psi und 2800 psi) liegt, wobei ungefähr 18,6 MPa (2700 psi) am meisten bevorzugt werden. Diese Moduh sind im Flachlauf-Betriebszustand (0 Mpa Aufgepumpt) ausgedrückt und bei einer Spannung von 15% gemessen. Der Härtebereich liegt innerhalb von 80 und 97 auf der Shore-A-Härteskala bei 23ºC. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 80 und 90, wobei 88 am meisten bevorzugt wird. Gleichermaßen hat die Hysterese, gemessen bei 100ºC bei 10 Hz und 7% Ablenkung einen Tan Delta (δ)-Wert von zwischen 0,03 und 0,20, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 0,03 und 0,11 und der am meisten bevorzugte Bereich zwischen 0,03 und 0,08 fällt.
Als Beispiel für einen erfindungsgemäßen hartvulkanisierbaren Kautschuk-Compound mit hohem Modul und niederer Hysterese wird in Tabelle I als Compound 1 angegeben. Das mit Zinkmethacrylat gepfropfte Polybutadien wird als Zn(Ma)&sub2;PBD in Tabelle I angegeben. Alle Nichtkautschukteile werden auf der Basis von Gew.-Teilen pro 100 Gew.- Teile Kautschuk (phr) angegeben. Rechts der Verbindung Nr. 1 listet die Tabelle I einen Bereich von geeigneten Mengen jeder Komponente auf. Es ist zu beachten, daß die Bereiche für Polyisopren und Polybutadien den Polyisopren- und Polybutadienkautschuk selbst und als Teil des gepfropften Polymeren einschließen. Somit wird kein Bereich für das mit Zinkmethacrylat gepfropfte Polymere angegeben.
Die erfindungsgemäßen Compounds können herkömmliche Antioxidationsmittel, Antiozonmittel und Beschleuniger, wie für Compound I gezeigt, enthalten. Naturgemäß sind derartige Komponenten dem Fachmann gut bekannt und die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf die Verwendung irgendwelcher besonderer Antioxidationsmittel, Antiozonmittel oder Beschleuniger oder ihre Mengen beschränkt. Gleichermaßen ist die Durchführung der Erfindung nicht auf den speziellen Ansatz von Compound I begrenzt. TABELLE I HARTVULKANISIERBARE KAUTSCHUK-COMPOUNDS MIT HOHEM MODUL UND NIEDERER HYSTERESE
* = enthält 35 phr Polybutadien und 17 phr Zinkmethacrylat
a) 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin (TMQ)
b) N-Octyl, N'-Phenyl-p-phenylendiamin
c) 2-(Morpholinothio)benzothiazolsulfenamid (MBS)
d) Tetramethylthiurammonosulfid (TMTM)
e) Benzothiazyldisulfid (MBTS)
Der Compound 1 wurde 15 Minuten lang bei 170ºC gehärtet. Dann wurden die physikalischen Eigenschaften gemessen. Sie sind in Tabelle II zusammengestellt. TABELLE II PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON COMPOUND 1
Aus den Ergebnissen aus Tabelle II wird ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Kautschuk-Compound einen hohen Modul, eine niedere Hysterese und eine relativ hohe Shore-A-Härte ergab.
Wie oben ausgeführt, können die erfindungsgemäßen Kautschuk-Compounds zur Herstellung von Komponenten von Luftreifen verwendet werden. In der Zeichnung wird ein Querschnitt eines Reifens dargestellt, wobei typische Komponenten eines Luftreifens mit hohem Profil gezeigt sind. Der durch das Bezugszeichen 1 bezeichnete Reifen schließt einen Laufteil 2, der in einem Paar von Laufschultern 3 angrenzend an ein Paar Seitenteile 4 endigt. Diese erstrecken sich radial von den axialen Außenschultern 3 zu einem Teil von Wulstteilen, die allgemein mit 6 angegeben sind. Wie in einem typischen Luftreifen, schließt das Innere des Reifens eine Innenauskleidung 7, gebildet aus einem gegenüber Luft hochundurchlässigen Material in Kombination mit einem Paar von Rumpfschichten 8 und 9, die die Carcasse des Reifens bilden, ein. Die Rumpfschichten 8 und 9 erstrecken sich um den Wulstteil 6 herum und endigen in Aufwärtsenden 10 bzw. 11. Jeder Wulstteil 6 besteht aus einem üblicherweise ringförmigen Wulstteil 13 und einem Wulstfüllkörper von im allgemeinen dreiecksförmigem Querschnitt 14. Vorzugsweise werden abrasive Gummistreifen 16 mit dem fertigen Reifen verformt und sie sind so angepaßt, daß sie angrenzend an jede Flanke des Radrandes angeordnet sind, auf das der Reifen montiert wird.
Übliche Verstärkungsgürtel aus Draht und/oder Gewebe 12 sind zwischen den Rumpfkarkassenschichten 8 und 9 und dem Laufteil 2 angeordnet. Diese Reifenkomponenten sind alle innerhalb des integral gebildeten inneren und äußeren Kauttschukgehäuses enthalten, die die Seitenteile des Reifens bilden. Die Höhe des Reifenabschnitts wird als "H" angegeben. Erfindungsgemäß wird eine Höhe von mindestens 12,7 cm (5 inch) oder mehr in Betracht gezogen. Derartige Reifen werden hierin als Reifen mit hohem Profil bezeichnet. Bei der Nomenklatur von Reifen für Personenkraftwagen, z.B. P 225/60 R 16, bedeutet die Zahl 225 die Abschnittsbreite des Reifens in Millimeter. 16 gibt den Reifendurchmesser in Inch an und 60 gibt das prozentuale Verhältnis der Höhe des Reifenabschnitts gegenüber der Abschnittsbreite, d.h. das Aspektverhältnis an. So weit illustriert die obige Reifenkonstruktion eine allgemeine Luftreifenkonstruktion, die variieren kann.
Zusätzlich schließt der in der Zeichnung dargestellte Reifen mehrere neue Komponenten ein, die den Erhalt eines Sicherheitsluftreifens mit hohem Profil unterstützen. Eine davon ist der Seitenteileinsatz, der ein Paar von im allgemeinen halbmondförmigen elastomeren Verstärkungselementen 21 umfaßt, die zwischen der Innenauskleidung 7 und den Rumpfschichten 8 und 9 angebracht sind, und sich von den angrenzenden Laufschultern 3 des Laufteils 2 entlang des Seitenteils des Reifens zu einer Position im allgemeinen angrenzend an den Apex 22 des Wulstfüllkörpers 14 erstrecken. Eine weitere Komponente umfaßt ein Paar von schrägen Verstärkungsstreifen oder -schichten 25, die zwischen den Seitenteilen 4 und den Rumpfkarkassenschichten 8 und 9 angeordnet sind und elastomere Verstärkungselemente 21, wobei sich die letzteren entlang des Seitenteils des Reifens zu einer Position unterhalb des Apex 22, des Wulstfüllkörpers 14 erstrecken. Hinsichtlich einer detaillierteren Beschreibung einer derartigen Reifenkonstruktion, die insbesondere als Sicherheitsreifen für eine Flachlauf-Betrieb ausgestaltet ist, wird auf die gleichzeitig anhängige Anmeldung US-Serien-Nr. 07/680.714 der Patentinhaberin Bezug genommen. Auf die Offenbarung wird Bezug genommen.
Die erfindungsgemäßen Kautschuk-Compounds sind besonders gut für die Anwendung bei den Seitenteileinsätzen 21 geeignet. Weiterhin können sie in dem Wulstfüllkörper 14 verwendet werden. Naturgemäß sind die erfindungsgemäßen Compounds nicht auf die Herstellung von Komponenten für Luftreifen begrenzt, sondern sie können überall da Einsatz finden, wo ein Kautschuk-Compound mit hohem Modul, niederer Hysterese und relativ hohen Shore-A-Härteeigenschaften gewünscht wird, wie für den Fachmann ersichtlich wird.
Zusammenfassend sollte aus den vorstehenden Beispielen und der Beschreibung klar werden, daß die erfindungsgemäßen Compounds verbesserte physikalische Eigenschaften haben, die ihrerseits das Flachlaufverhalten von Luftreifen verbessern, wenn sie zur Herstellung von Komponenten eingesetzt werden, die in diese eingearbeitet werden. Naturgemäß ist die Erfindung nicht auf den Naturkautschukansatz von Compound 1, der als Beispiel angegeben ist, oder auf typische Kautschukpolymere, wie hierin beschrieben, begrenzt. Das Beispiel ist lediglich angegeben worden, um die Durchführung der Erfindung zu demonstrieren. Der Fachmann kann ohne weiteres weitere Kautschuk-Compounds mit hohem Modul und niederer Hysterese gemäß der vorstehenden Offenbarung auswählen.
Weiterhin sollte, wie bereits angegeben, die Erfindung nicht auf die Verwendung von solchen Kautschuk-Compounds als Seitenteileinsätze für Luftreifen oder sogar auf Komponenten von Luftreifen als solche begrenzt sein.

Claims

1. Mit Schwefel-vulkanisierbarer Kautschuk-Compound mit hohem Modul, niedriger Hysterese und hoher Härte, wenn gehärtet, wobei der Compound dadurch charakterisiert ist, daß er 25 bis 55 Gew.-Teile Polyisopren, 75 bis 45 Gew.-Teile eines Dienpolymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polybutadien, Homopolymeren und Gemischen davon, mit bis zu 25 Gew.-% eines Styrolbutadien-Copolymeren auf insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk,

wobei 60 bis 80 Gew.-% des Kautschuks mit einem Metallsalz einer α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure gepfropft sind,

50 bis 70 Gew.-Teile Verstärkungsfüllstoff pro 100 Gew.- Teile Kautschuk und

mindestens 4 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.-Teile Kautschuk umfaßt,

und wobei, wenn gehärtet, der mechanische Modul des Kautschuk-Compounds 9,7 MPa bis 13,3 MPa (1400 bis 4000 psi) bei einer Spannung von 15% beträgt, sein Tan Delta-Wert von 0,03 bis 0,20, gemessen bei 100ºC, einer Ablenkung von 7% und 10 Hz, beträgt, und seine Shore A-Härte von 80 bis 97 bei 23ºC beträgt.

2. Mit Schwefel -vulkanisierbarer Kautschuk-Compound nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pfropfpolymere 20 bis 40 Gew.-% Metallsalz der α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure umfaßt.

3. Mit Schwefel-vulkanisierbarer Kautschuk-Compound nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsalz der α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure Zinkdimethacrylat ist.

4. Mit Schwefel-vulkanisierbarer Kautschuk-Compound nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfüllstoff Ruß umfaßt.

5. Strukturkomponente für Luftreifen, umfassend 25 bis 55 Gew.-% Polyisopren, 75 bis 45 Gew.-Teile eines Dienpolymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polybutadien, Homopolymeren und Gemischen davon, mit bis zu 25 Gew.-% eines Styrolbutadien-Copolymeren auf insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk,

50 bis 70 Gew.-Teile Verstärkungsfüllstoff pro 100 Gew.- Teile Kautschuk und

mindestens 4 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.-Teile Kautschuk,

6. Strukturkomponente für Luftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pfropfpolymere 20 bis 40 Gew.-% Metallsalz der α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure umfaßt.

7. Strukturkomponente für Luftreifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsalz der α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure Zinkdimethacrylat ist.

8. Strukturkomponente für Luftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfüllstoff Ruß umfaßt.

9. Strukturkomponente für Luftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß sie einen Seitenteileinsatz mit halbmondförmigem Querschnitt umfaßt.

10. Strukturkomponente für Luftreifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Wulst- Füllstoff umfaßt.

11. Luftreifen mit flachen Laufeigenschaften, die durch mindestens eine Strukturkomponente verliehen worden sind, umfassend 25 bis 45 Gew.-Teile Polyisopren, 75 bis 45 Gew.- Teile eines Dienpolymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polybutadien, Homopolymeren und Gemischen davon, mit bis zu 25 Gew.-% eines Styrolbutadien-Copolymeren auf insgesamt 100 Gew.-Teile Kautschuk,

50 bis 70 Gew.-Teile Verstärkungsfüllstoff pro 100 Gew.- Teile Kautschuk und

mindestens 4 Gew.-Teile Schwefel pro 100 Gew.-Teile Kautschuk,

12. Luftreifen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pfropfpolymere 20 bis 40 Gew.-% Metallsalz der α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure umfaßt.

13. Luftreifen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsalz der α,β-ethylenisch ungesättigten Carbonsäure Zinkdimethacrylat ist.

14. Luftreifen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfüllstoff Ruß um-

15. Luftreifen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Seitenteileinsatz mit halbmondförmigem Querschnitt umfaßt.

16. Luftreifen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Wulst-Füllstoff umfaßt.