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Die Erfindung betrifft einen Kautschukreifen mit Ruß-verstärkter Karkasse und
quantitativ Kieselsäure-verstärkter Kautschuklauffläche, wobei die Lauffläche eine
dünne Kautschuk-Deckschicht darauf aufweist, welche eine quantitative Menge
elektrisch leitfähigen Rußes enthält, eine Beschichtungszusammensetzung dafür
und ein Auftragsverfahren.
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In einem Aspekt betrifft die Erfindung einen Kautschukreifen mit
Schwefelvulkanisierter, Ruß-verstärkter Karkasse und Schwefelvulkanisierter Lauffläche in
Kronen/Protektor-Bauweise und insbesondere eine
Kronen/Protektorflügel-Bauweise, worin die Laufflächenkrone quantitativ mit Kieselsäure verstärkt ist und der
darunterliegende Protektor, oder Protektorflügel, der sich über einen Teil der
Karkasse erstreckt, Ruß verstärkt ist, worin die Laufflächenkrone einen dünnen
Kautschuk-Überzug auf zumindest einem Teil ihrer Außenoberfläche aufweist,
welcher sich über zumindest einen Teil einer Außenoberfläche des Protektors oder
Protektorflügels, welcher sich benachbart zur Laufflächenkrone befindet, erstreckt,
wobei der Kautschuk-Überzug einen quantitative Menge an elektrisch leitfähigem
Ruß enthält und mit der Laufflächenkrone und dem Protektor oder Protektorflügel
covulkanisiert ist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Herstellung und
Zusammensetzung einer Beschichtungszusammensetzung dafür auf Wasser-Basis
und ein damit verbundenes Verfahren zur Beschichtung einer derartigen
Reifenlauffläche.
Hintergrund
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Kautschuk-Luftreifen werden herkömmlicherweise mit einer Kautschuklauffläche
hergestellt, bei der es sich um eine Mischung von verschiedenen Kautschuken,
typischerweise Schwefel-vulkanisierbaren Elastomeren auf Dien-Basis, handeln
kann. Der Reifenkautschuk einschließlich seines Laufflächen-Bereichs ist
typischerweise mit verstärkendem Ruß-Füllstoff verstärkt.
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Für die Zwecke dieser Beschreibung versteht man unter einem Reifen einen aus
einer Umfangs-Lauffläche und einer stützenden Karkasse dafür zusammengesetzten
Reifen. Unter der Karkasse versteht man eine aus relativ herkömmlichen Elementen,
welche Seitenwände, Wulste, Innenisolierung und die stützenden Karkassenlagen
einschließlich Gewebe-verstärkter Lagen umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt
sind, zusammengesetzte Karkasse. Unter einem Schulterbereich eines Reifens
versteht man den Bereich des Reifens, an dem seine Seitenwand auf seine
Lauffläche trifft. Es handelt sich normalerweise nicht um eine scharfe Trennlinie und
ihre tatsächliche Position kann von Reifen zu Reifen ein wenig variieren. Der
Wulstbereich der Karkasse ist typischerweise aus einem relativ undehnbaren Bündel
von Drähten zusammengesetzt, welches in einem Ruß-verstärkten Kautschuk
eingeschlossen ist und dazu konzipiert ist, eine Metallfelge zu kontaktieren, auf
welcher der Reifen selbst montiert ist, um eine Reifen/Felgen- oder Reifen/Rad-
Einheit zu bilden, welche selbst herkömmlicherweise daran angepaßt ist, an einem
Fahrzeug montiert zu werden. Die Felge besteht typischerweise aus Stahl oder
Aluminium oder einer Legierung davon und ist somit elektrisch leitfähig, da man
davon ausgeht, daß das Metall einen sehr geringen Widerstand gegen
Elektrizitätsfluß aufweist. Der hierin für die Metallfelge verwendete Ausdruck Metall
soll elektrisch leitfähige Metalle, wie z. B. die oben genannten Stahl- und
Aluminiumfelgen bedeuten, wie für Fachleute ersichtlich ist.
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Es wird darauf hingewiesen, daß bei einigen Reifenbauweisen Ruß-verstärkte
Kautschuk-Komponenten, wie z. B. Abplatzschutz und Wulstschutzbänder, in dem
Wulstbereich des Reifenaufbaus positioniert werden können, um zur Dämpfung der
Wulstkomponente gegen die Metallfelge beizutragen. Im Zusammenhang dieser
Beschreibung soll ein Hinweis auf die oben genannte Wulst-Komponente der
Reifenkarkasse, sofern nicht anders angegeben, derartige andere Kautschuk-
Komponenten miteinschließen.
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In der Praxis wird Druckluft in den von der Metallfelge und der Luftreifen-Karkasse
umschlossenen Hohlraum eingebracht.
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Derartige Bauelemente, oder Komponenten, eines Luftreifens und einer
Reifenkarkasse sowie eine derartige Reifen/Rad- oder Reifen/Felgen-Einheit sind
Fachleuten, die mit derartiger Reifentechnik vertraut sind, wohlbekannt.
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Kautschuk an sich wird im allgemeinen als ein starker elektrischer Isolator oder, mit
anderen Worten, ein ziemlich schlechter elektrischer Leiter erachtet.
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Obwohl er immer noch einen Grad an Widerstand gegen Ladungsfluß bereitstellt,
besitzt ein Ruß-verstärkter Kautschuk-Fahrzeugreifen eine erheblich höhere
elektrische Leitfähigkeit, oder einen geringeren Widerstand gegen Elektrizitätsfluß,
als Kautschuk ohne Ruß-Verstärkung.
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Hierin wird davon ausgegangen, daß zwischen der elektrisch leitfähigen Metallfelge
einer Reifen/Rad- (Reifen/Felgen-)Einheit und dem Boden über den Ruß-verstärkten
Kautschuk des Reifens einschließlich seiner Boden-kontaktierenden Laufflächen-
Komponente für eine derartige an einem Fahrzeug, welches über den Boden rollen
soll, montierte Reifen/Felgen-Einheit ein ununterbrochener Weg für die Ableitung von
Elektrizität geschaffen wird.
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Hierin wird davon ausgegangen, daß auf diese Weise potentielle elektrische Energie,
die durch Komponenten des oder in einem sich bewegenden Fahrzeug gebildet
worden sein kann, während seine Reifen oder Reifen/Rad-Einheiten umlaufen und
über den Boden rollen, von der Felge einer Reifen/Felgen-Einheit über die
Rußverstärkte Kautschukbahn der Reifenkarkasse und -lauffläche, unter der hierin in
erster Linie die äußere Kautschukoberfläche des Reifens verstanden wird, an den
Boden abgeleitet wird.
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Somit wird hierin in einem Aspekt davon ausgegangen, daß der Ruß-verstärkte
Kautschuk der Reifenkarkasse und die damit verbundene Lauffläche normalerweise
einen ununterbrochenen Weg für die Ableitung elektrischer Energie bereitstellen und
dadurch das Entstehen und/oder das Ansammeln von elektrostatischer Aufladung
unter dynamischen Bedingungen eines umlaufenden Reifens an einem über den
Boden rollenden Fahrzeug verzögern oder verhindern.
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Während die meisten Ruß-Typen bis zu einem gewissen Grad elektrisch leitfähig
sind, sind manche Ruß-Typen elektrisch leitfähiger als andere und werden oft als
elektrisch leitfähige Ruß-Typen bezeichnet. Es versteht sich oder wird angenommen,
daß derartige elektrisch leitfähige Ruß-Typen manchmal mit verschiedenen
industriellen Produkten verwendet werden, bei denen elektrische Leitfähigkeit ein Faktor bei
ihrer Brauchbarkeit ist. Soweit bekannt ist, werden derartige elektrisch leitfähige
Ruß-Typen jedoch in erster Linie deswegen nicht für kommerziell hergestellte
Rußverstärkte Kautschuk-Reifenlaufflächen verwendet, weil derartige als elektrisch
leitfähig bezeichnete Ruß-Typen normalerweise nicht als die besten
Kautschukverstärkenden Ruß-Typen für Kautschuk-Reifenlaufflächen erachtet werden.
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Für die Zwecke dieser Erfindung handelt es sich bei elektrisch leitfähigen Ruß-Typen
um diejenigen, die, wenn sie in einer Menge von 50 ThK mit einem Elastomer auf
Dien-Basis, wie z. B. einem durch Emulsionspolymerisation hergestellten
Styrol/Butadien-Copolymer, gemischt werden und die resultierende Mischung
Schwefel-vulkanisiert wird, eine Zusammensetzung liefern, die gemäß ASTM D257-
66, Mod G, wie im folgenden beschrieben, einen elektrischen Oberflächenwiderstand
von 10000 Ohm oder weniger zeigt.
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In einem Aspekt können manchmal Ruß-verstärkte Kautschukreifen hergestellt
werden, welche äußere Kautschuklaufflächen aufweisen, die dazu konzipiert sind,
den Boden zu kontaktieren, die quantitativ mit Kieselsäure verstärkt sind und somit
nur minimale Mengen, wie z. B. 10 ThK oder weniger, Ruß enthalten.
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Obwohl die verschiedenen anderen Komponenten des Reifens, nämlich die oben
genannte Reifenkarkasse, quantitativ mit Ruß verstärkt sind und somit einen
gewissen Grad an elektrischer Leitfähigkeit besitzen, besitzt bei einer derartigen
Kieselsäure-verstärkten Reifenlaufflächen-Bauweise die Kieselsäure-verstärkte
Lauffläche selbst eine wesentlich geringere elektrische Leitfähigkeit oder mit anderen
Worten einen wesentlich höheren elektrischen Widerstand und erzeugt somit eine
gewisse elektrische Isolierwirkung zwischen der Reifenkarkasse und dem Boden. Ein
derartiger Reifenaufbau besitzt eine erheblich verringerte Neigung, statische
Elektrizität, welche durch einen dynamischen Zustand des Umlaufens des Reifens
an einem fahrenden Fahrzeug entstehen kann, von dem Reifen an den Boden und
insbesondere von der Metallfelge einer Reifen/Felgen-Einheit an die
Außenoberfläche der Reifenlauffläche und von dort an den Boden abzuleiten. Somit
wird das Potential für das Entstehen, oder den Anstieg, statischer Elektrizität für
einen derartigen Reifenaufbau als höher erachtet als für einen ähnlichen Reifen mit
einer Ruß-verstärkten Lauffläche.
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Es ist deshalb wünschenswert, einen bestimmten Weg für die Ableitung von
statischer Elektrizität für einen derartigen Reifen mit einer Kautschuklauffläche mit
quantitativer Kieselsäure-Verstärkung und, wenn überhaupt, minimaler Ruß-
Verstärkung bereitzustellen.
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Zugegebenermaßen könnte man daran denken, einen Überzug aus einer
Rußhaltigen Kautschukzusammensetzung über der Außenoberfläche der
Kieselsäureverstärkten Kautschuklauffläche aufzubringen, um die Ableitung von Elektrizität zu
erleichtern, indem man eine Verbindung zwischen dem Ruß-verstärkten Kautschuk-
Seitenwandbereich des Reifens und dem Boden herstellt, während der Reifen an
dem Fahrzeug umläuft. In der Tat werden oft Elastomer/Ruß-Überzüge, welche
entweder als Zusammensetzungen auf Wasser-Basis oder auf der Basis eines
organischen Lösungsmittels aufgebracht werden können und manchmal als
Vorhärtlacke bezeichnet werden, oft auf verschiedene Oberflächen grüner, oder
unvulkanisierter, Reifenbauweisen aufgebracht, bevor der Reifen vulkanisiert wird.
Ein Zweck derartiger Vorhärtlacke besteht darin, die Reibung zwischen dem Reifen
und seiner zugehörigen Vulkanisationsform zu verringern und den Luftaustritt
zwischen dem Reifen und der Form während des Vulkanisationsvorganges zu
erhöhen. Siehe z. B. US-A-4 857 397 und US-A-4 329 265.
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Es ist jedoch anerkannt, daß sich ein dünner äußerer Kautschuk-Überzug, wenn er
auf eine Reifenlaufflächen-Oberfläche aufgebracht wird, bei Verwendung des
Reifens relativ schnell abnutzt, während der Überzug auf Oberflächen in den Rillen
in einer Reifenlauffläche, die eine Stollen/Rillen-Bauweise aufweist, zurückbleibt.
Deshalb wird hierin davon ausgegangen, daß nur ein sehr kleiner Teil des Überzugs
auf den Wänden der Reifenlaufflächen-Stollen tatsächlich zur Verfügung steht, um
direkt dem Boden ausgesetzt oder damit kontaktiert zu werden, um die Ableitung von
Elektrizität von dem Reifen an den Boden zu erleichtern.
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Deshalb wird hierin davon ausgegangen, daß ein derartiger dünner Ruß-haltiger
Kautschuk-Überzug, um praktisch zu sein, sehr stark elektrisch leitfähig sein muß,
um elektrische Ladung von den Wänden der Kieselsäure-verstärkten Kautschuk-
Reifenlaufflächenrillen an den Boden abzuleiten, ohne auf einen Überzug an der
Außenoberfläche der Reifenstollen selbst zurückzugreifen.
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Obwohl die Ableitung von erzeugter elektrischer Energie möglicherweise nicht
vollständig verstanden wird, nimmt man an, daß die Elektrizität in erster Linie auf der
Oberfläche der Ruß-verstärkten Kautschukoberfläche der Reifenkarkasse und des
oben genannten Überzugs von der Stahlfelge an den Boden weitergeleitet wird.
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Es ist äußerst wünschenswert, daß ein derartiger Überzug als filmbildende
Rußhaltige Kautschukzusammensetzung auf Wasser-Basis aufgebracht wird. Wenn
gewünscht wird, daß der Schichtüberzug beim Aufbringen auf die
Kautschukoberfläche eine filmbildende Beschaffenheit aufweist, versteht man
darunter, daß er eine im wesentlichen kontinuierliche Schicht auf der
Laufflächenoberfläche und schließlich den Oberflächen der Rillen darin bildet. Es ist
auch wünschenswert, daß der Überzug angemessen an der Reifenlaufflächen-
Oberfläche und letztlich ihren Rillenwänden haftet.
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Es stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar, eine
Kautschukzusammensetzung auf Wasser-Basis zu formulieren, die aus einer
Mischung von Kautschuklatex und Dispersion von elektrisch leitfähigem Ruß in
Wasser zusammengesetzt ist, welche nach dem Auftragen auf eine unvulkanisierte
Kautschukzusammensetzung innerhalb eines annehmbaren Zeitraumes trocknet, um
unter kommerziellen Fertigungsbedingungen praktisch zu sein. Es ist bekannt, daß
kommerzielle elektrisch leitfähige Ruß-Wasser-Dispersionen herkömmlicherweise in
Konzentrationen in der Größenordnung von 20 bis 25 Gew.-% Ruß geliefert werden.
Die meisten synthetischen Kautschuklatices werden kommerziell z. B. in Elastomer-
Konzentrationen in der Größenordnung von etwa 40-43 Gew.-% für Polybutadien-
Kautschuk und 40 bis 50 Gew.-% für Styrol-Butadien-Copolymer-Elastomere
bereitgestellt. Naturkautschuk könnte als Latex mit 65 bis 70% Kautschuk
bereitgestellt werden. Es wird hierin davon ausgegangen, daß man von einer
Mischung einer solchen zuvor genannten relativ verdünnten elektrisch leitfähigen
Ruß-Dispersion mit derartigen zuvor genannten synthetischen Latices erwarten
würde, daß sie eine Mischung in Wasser liefert, welche zu verdünnt ist, und deshalb
zu viel Wasser enthält, um für kommerzielle Reifenherstellungsverfahren, bei denen
relativ kurze Trocknungszeiten für den Überzug erwünscht sind, von hohem
praktischen Nutzen zu sein, sofern die Zusammensetzung nicht auf eine heiße
Kautschukoberfläche aufgebracht wird und/oder externe Wärme auf den Überzug
einwirkt, nachdem er auf die Kautschukoberfläche aufgetragen wurde.
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In einem Aspekt ist es für eine in herkömmlicher Weise aus einer Kombination von
Stollen und Rillen zusammengesetzte Reifenlauffläche erwünscht, daß die Rillen mit
der Ruß-verstärkten Kautschukschulter des Reifens, dem Bereich des Reifens, an
dem die Seitenwand und die Lauffläche aufeinandertreffen, in Verbindung stehen,
damit der Überzug mit dem Ruß-verstärkten Kautschukbereich des Reifens, nämlich
der Reifenkarkasse und dem Laufflächenprotektor in einer Kronen/Protektor-
Laufflächenbauweise in Verbindung steht.
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Bei einer Kronen/Protektor-Reifenlaufflächen-Bauweise, welche Fachleuten auf
einem solchen Gebiet wohlbekannt ist, und für die Zwecke dieser Erfindung geht
man davon aus, daß die Krone im wesentlichen Kieselsäure verstärkt ist und ihr
Protektor im wesentlichen Ruß verstärkt ist.
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Es ist deshalb wünschenswert, daß der Kautschuk-Überzug (1) eine quantitative
Menge an elektrisch leitfähigem Ruß für die Ableitung von elektrischer Energie unter
den oben genannten Bedingungen enthält, (ii) mit der Kautschuk-Reifenlauffläche
covulkanisiert ist, so daß er integral mit der Lauffläche und den Wänden von Rillen
eines aus Stollen und Rillen zusammengesetzten Reifenlaufflächen-Aufbaus ist, (iii)
äußerst dünn sind, so daß sich das Volumen des Reifens nicht nennenswert erhöht
und die Laufflächeneigenschaften der Lauffläche nicht beeinflußt werden, und (iv)
als Zusammensetzung auf Wasser-Basis mit einer geeignet kurzen Trocknungszeit
aufgetragen werden kann, um in einem Fertigungsverfahren von praktischem Nutzen
zu sein.
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Hierin wird davon ausgegangen, daß die Aussage, daß der Kautschuk-Überzug eine
quantitative Menge an elektrisch leitfähigem Ruß enthält, bedeutet, daß der Überzug
eine ausreichende Menge des Rußes enthalten sollte, um eine elektrische Ladung in
geeigneter Weise abzuleiten, obwohl man annimmt, daß eine zu hohe Ruß-
Konzentration in dem Kautschuk-Überzug eine übermäßige Rißbildung an der
Kautschuk-Oberfläche des Überzugs zur Folge hätte und somit dem Aspekt einer
kontinuierlichen Überzugsschicht im Wege stünde. Hierin wird auch in Betracht
gezogen, daß in der Praxis die Dünne des Überzugs wichtig ist, um das Volumen
des Reifens in seiner Vulkanisationsform nicht zu erhöhen und die
Laufflächeneigenschaften des Reifens nicht nennenswert zu beeinträchtigen. In der
Tat wird in einem Aspekt erwartet, daß sich die Schicht auf der Außenoberfläche der
Reifenlaufflächen-Stollen während der Verwendung des Reifens abnutzt.
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Damit ein derartiger Überzug erfolgreich auf Wasser basiert, wird hierin davon
ausgegangen, daß die Beschichtungszusammensetzung aus einer Mischung von (1)
einer oder mehreren wäßrigen Kautschuk-Emulsionen mit einem basischen pH, die
aus einem oder mehreren durch Emulsionspolymerisation hergestellten
synthetischen Kautschuken und Naturkautschuklatex ausgewählt sind, und (ii) einer
Dispersion von Ruß in Wasser mit einem basischen pH zusammengesetzt sein
sollte. Hierin wird davon ausgegangen, daß der basische pH normalerweise für die
oben genannten synthetischen und Naturkautschuk-Emulsionen zu erwarten wäre
und äußerst wünschenswert und für die Ruß-Dispersion vielleicht erforderlich ist,
damit eine Zugabe der Ruß-Dispersion zu dem Latex den Kautschuk nicht vorzeitig
aus der Emulsion ausfällt oder eine Koagulierung desselben bewirkt.
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Es wird auch gewünscht, daß die Beschichtungszusammensetzung auf Wasser-
Basis die Oberfläche des zu beschichtenden Kautschuks benetzt und beim Trocknen
eine kontinuierliche Schicht darauf bildet. Es versteht sich, daß der Grund-
Beschichtungszusammensetzung für einen derartigen Zweck ein oder mehrere
Benetzungsmittel und vielleicht ein Eindicker, Entschäumungsmittel,
Konservierungsmittel und Biozid zugegeben werden könnten.
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Die hierin verwendeten Ausdrücke "quantitativ mit Kieselsäure verstärkt" und
"quantitativ Kieselsäure-verstärkter Kautschuk" und dergleichen, die in Verbindung
mit Kautschuk-Reifenlaufflächen verwendet sein können, beziehen sich auf solche
Kautschuk-Laufflächen, die Kieselsäure im Bereich von im Bereich von 40 bis 90
ThK und gegebenenfalls Ruß-Verstärkungsfüllstoff in einer Menge von bis zu etwa
10 ThK enthalten.
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Der hierin und gemäß gängiger Praxis verwendete Ausdruck "ThK" bezieht sich auf
"Teile eines jeweiligen Materials pro 100 Gewichtsteile Kautschuk".
Zusammenfassung und Durchführung der Erfindung
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Gemäß dieser Erfindung wird eine Kautschukzusammensetzung auf Wasser-Basis
bereitgestellt, welche eine Mischung von (A) mindestens einem aus durch wäßrige
Emulsionspolymerisation hergestelltem Styrol/Butadien-Copolymer-Kautschuklatex,
durch Emulsionspolymerisation hergestelltem Polybutadien-Latex und cis-1,4-
Polyisopren-Naturkautschuklatex ausgewähltem Latex und (B) einer wäßrigen
Dispersion von elektrisch leitfähigem Ruß umfaßt, worin der Ruß in einer Menge von
25 bis 200, vorzugsweise 40 bis 100, ThK darin vorhanden ist und worin die
Kautschuk/Ruß-Zusammensetzung in getrocknetem und Schwefel-vulkanisiertem
Zustand dadurch gekennzeichnet ist, daß sie gemäß ASTM-Test D257-66, Mod. G
einen spezifischen Oberflächenwiderstand von weniger als 10000 Ohm aufweist.
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In der Praxis und in einem Aspekt kann die Kautschukzusammensetzung auf
Wasser-Basis eine Mischung von (A) mindestens einem wäßrigen Styrol/Butadien-
Copolymer-Kautschuklatex mit einem pH im Bereich von 8,5 bis 12,5 und einer
Kautschuk-Konzentration von 50 bis 75, manchmal vorzugsweise 65 bis 75%, darin
und gebundenem Styrol in dem Kautschuk von 23 bis 35% und einem cis-1,4-
Polyisopren-Naturkautschuklatex mit einem pH im Bereich von 9 bis 11 und einer
Kautschuk-Konzentration von 50 bis 70 Gew.-% darin und, gegebenenfalls, einem
zusätzlichen durch Emulsionspolymerisation hergestellten Polybutadien-Latex mit
einem pH im Bereich von 8 bis 10 und einer Kautschuk-Konzentration im Bereich
von 40 bis 60 Gew.-% darin, und (B) einer wäßrigen Dispersion von elektrisch
leitfähigem Ruß mit einem pH im Bereich von 8 bis 10 mit einer Ruß-Dispersion von
20 bis 30 Gew.-% darin umfassen, worin der Ruß in einer Menge von 25 bis 200,
vorzugsweise 40 bis 100, ThK vorhanden ist und worin die Kautschuk/Ruß-
Zusammensetzung in getrocknetem und Schwefel-vulkanisiertem Zustand dadurch
gekennzeichnet ist, daß sie gemäß ASTM-Test D257-66, Mod. G einen spezifischen
Oberflächenwiderstand von weniger als 10000 Ohm aufweist.
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Hierin wird davon ausgegangen, daß ein wichtiger und wesentlicher Kern dieser
Erfindung darin besteht, eine (i) einen Kautschuklatex und (ii) eine Dispersion eines
elektrisch leitfähigen Rußes in Wasser umfassende
Beschichtungszusammensetzung auf Wasser-Basis zu schaffen und auf eine
Kieselsäureverstärkte Kautschuk-Reifenlauffläche aufzutragen.
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Während anerkannt wird, daß Mischungen von Kautschuk und Ruß auf organischer
Lösungsmittel- und manchmal Wasser-Basis zusammengesetzte Vorhärt-Überzüge
seit vielen Jahren auf unvulkanisierte Reifenoberflächen aufgetragen werden, nimmt
man an, daß die Formulierung und der zuvor erwähnte Auftrag der vorbeschriebenen
Zusammensetzung auf Wasser-Basis in dieser Erfindung neu und erfinderisch ist.
Insbesondere werden Styrol/Butadien-Latices herkömmlicherweise mit Kautschuk-
Konzentrationen in der Größenordnung von 20 bis 35 Gew.-% Elastomer hergestellt.
Es ist bekannt, daß konzentrierte Styrol/Butadien-Latices, die die erforderlichen 60
bis 72 Gew.-% Elastomer enthalten, praktisch nur durch Fraktionierung oder
anderweitige Entfernung eines Teils des Wassers aus dem Latex, um die Kautschuk-
Konzentration zu erhöhen und somit seine Wasser-Konzentration zu verringern,
hergestellt werden. Es ist bekannt, daß derartige Latices mit dem wesentlich
höheren Elastomer-Gehalt häufiger verwendet werden, z. B. bei der kommerziellen
Herstellung von Schaumgummi-Produkten.
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Hierin wird davon ausgegangen, daß der durch Emulsionspolymerisation hergestellte
Polybutadien-Latex mit einem herkömmlichen Kautschuk-Gehalt des Elastomers von
40 bis 50 Gew.-%, oder falls erhältlich sogar bis zu 60%, zu verdünnt ist, um in
dieser Erfindung quantitativ von praktischem Nutzen zu sein, sofern er nicht als
Additiv oder zusätzlich zu den anderen Latices für die
Beschichtungszusammensetzung verwendet wird oder sofern die Konzentration desselben in dem
Latex nicht auf über 60% erhöht wird, vorausgesetzt, daß der Überzug nicht auf eine
heiße Kautschukoberfläche aufgetragen wird und/oder kein externes Erhitzen
angewandt wird.
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Die Verwendung einer nichtionischen oder anionischen Dispersion des Rußes in
Wasser, im Vergleich zu einer von einem kationischen Dispergiermittel abgeleiteten
Dispersion desselben, wird als wichtig erachtet, damit die Ruß-Dispersion mit dem
Kautschuklatex kompatibel ist, wie dem Fachmann auf dem Gebiet von
Kautschuklatex klar ist.
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In der Praxis wird es als wichtig erachtet, ein Benetzungsmittel zuzugeben, um eine
Benetzung der unvulkanisierten Kautschukoberfläche durch die Kautschuk-
Beschichtungszusammensetzung auf Wasser-Basis zu erleichtern. Gewöhnlich
werden 1 bis 3 ThK eines Benetzungsmittels verwendet, etwas abhängig von der
Zusammensetzung der unvulkanisierten Kautschukoberfläche einschließlich ihres
Ölgehalts. Typischerweise verwenden
Kautschuk-Oberflächenzusammensetzungen, die höhere Konzentrationen an Kautschuk-Weichmacheröl enthalten,
Kautschuk-Beschichtungszusammensetzungen auf Wasser-Basis mit höheren
Konzentrationen an Benetzungsmitteln, um die Kautschukoberfläche wirksam zu
benetzen. Eine derartige Anpassung der Verwendung von Benetzungsmitteln wird
bei Fachleuten auf dem Gebiet des Beschichtens als bekannt vorausgesetzt.
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Der Ausdruck "Latex" wird hierin verwendet, um anzugeben, daß die
Kautschukemulsionen so, wie sie hergestellt oder gewonnen wurden, ohne erneutes
Lösen oder Emulgieren aus einem Trockenkautschuk, verwendet werden.
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Es wird davon ausgegangen, daß dieser elektrische Widerstandswert wesentlich
niedriger ist als bei normalen Ruß-verstärkten Kautschukzusammensetzungen, die
herkömmlicherweise für Reifenlaufflächen verwendet werden. Es wird deshalb als
notwendig erachtet, elektrisch leitfähige Rußarten für einen derartigen Zweck zu
verwenden, welche den zuvor genannten elektrischen Oberflächenwiderstand
gemäß dem ASTM-Test D257-66, Mod. G von weniger als 10000 Ohm erzeugen,
wenn sie mit Schwefel-vulkanisierbarem Kautschuk in einer Menge von 50 ThK Ruß
gemischt werden und die Kautschukzusammensetzung schwefelvulkanisiert wird.
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Dieser maximale spezifische elektrische Widerstand für den vulkanisierten Überzug
wird als wichtig erachtet, da auf die dünne Überzugsschicht auf den Wänden der
Rillen der Reifenlauffläche zurückgegriffen werden soll, nachdem sich der Überzug
in der Außenoberfläche der Laufflächenstollen abgenutzt hat.
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Hierin wird davon ausgegangen, daß der zuvor genannte spezifische
Oberflächenwiderstand es zuläßt, eine Vorhersage über die Fähigkeit des Überzugs
auf der Reifenoberfläche, Elektrizität abzuleiten, zu treffen.
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In der Tat wird eine derartige Kautschuk-Beschichtungszusammensetzung hierin in
vielerlei Hinsicht für eine Kieselsäure-verstärkte
Kautschuk-Reifenlaufflächenzusammensetzung, die selbst gemäß dem ASTM-Test D257-66, Mod. G einen
spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von mindestens 1000000000 Ohm
aufweisen kann, als wünschenswert erachtet, um einen bestimmten Weg für die
geeignete Ableitung von Elektrizität von dem Reifen an die Straße bereitzustellen.
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Gemäß dieser Erfindung wird weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Kautschuk-
Reifenlauffläche bereitgestellt, welches die Schritte (A) des Aufbringens eines
Überzugs aus der Zusammensetzung auf Wasser-Basis dieser Erfindung auf eine
Außenoberfläche einer Krone einer unvulkanisierten, Schwefel-vulkanisierbaren
Kautschuk-Reifenlauffläche in Kronen/Protektor-Bauweise in der Weise, daß sich der
Überzug auch über einen Teil einer Außenoberfläche des darunterliegenden
Laufflächenprotektors, welcher sich benachbart zur Außenoberfläche der
Laufflächenkrone befindet, erstreckt und diesen bedeckt, und (B) des Trocknens des
Überzugs umfaßt; worin der Kronenkautschuk 40 bis 90 ThK Kieselsäure und bis zu
10 ThK Ruß enthält und der darunterliegende Protektorkautschuk z. B. 30 bis 50 ThK
Ruß enthält und somit als Ruß verstärkt bezeichnet wird.
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Das Verfahren wird auch in Erwägung gezogen, wenn die Außenoberfläche einer
unvulkanisierten Laufflächen-Masse unter Ausschluß der Oberflächen der
Laufflächen-Masse, welche andere Komponenten des Reifenaufbaus kontaktieren,
mit dem Überzug dieser Erfindung beschichtet wird, bevor die Laufflächen-Masse in
den Reifenaufbau eingebaut wird.
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Gemäß dieser Erfindung wird außerdem ein Kautschuk-Luftreifen bereitgestellt,
welcher aus (i) einer äußeren, entlang des Umfangs verlaufenden
Schwefelvulkanisierten, mit Stollen und Rillen gebildeten Kautschuk-Laufflächenkomponente,
welche eine quantitative Kieselsäure-Verstärkung in einer Menge von 40 bis 90 ThK
und weniger als 10 ThK Ruß enthält, und (ii) einer Karkassen-Komponente, welche
Schwefel-vulkanisierte Ruß-verstärkte Kautschuk-Komponenten, die mindestens 40
ThK Ruß enthalten, umfaßt, zusammengesetzt ist.
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Gemäß dieser Erfindung wird weiter eine derartiges Verfahren zur Herstellung eines
Reifens bereitgestellt, worin die Lauffläche eine Kronen/Protektorflügel-Bauweise
aufweist, worin sich der Flügel des Protektors ausgehend von dem Protektor seitlich
nach außen und radial nach innen über den Seitenwandbereich der Karkasse des
Reifens erstreckt und worin sich der Überzug über zumindest einen Teil einer
Außenoberfläche des Protektorflügels, welcher sich benachbart zur Außenoberfläche
der Laufflächenkrone befindet, erstreckt und diesen bedeckt, und die Innenseite
zwischen dem Protektorflügel der Lauffläche und der Seitenwand der
Reifenkarkasse ausnimmt.
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Es wird allgemein davon ausgegangen, daß der dünne, getrocknete und
covulkanisierte Überzug dieser Erfindung eine Dicke auf der Reifenoberfläche von
weniger als 0,005 cm besitzt.
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Mit dem Ausdruck "covulkanisiert" ist gemeint, daß die
Beschichtungszusammensetzung zusammen mit dem Reifen vulkanisiert wird und dadurch im
Gegensatz zu einem einfachen Laminat integral damit wird. Die Covulkanisation
kann normalerweise durch autogene Vulkanisation des dünnen Überzugs nach
seinem Trocknen über den freien Schwefel auf der Oberfläche des Reifens erfolgen.
Alternativ können der Beschichtungszusammensetzung Vulkanisationsmittel als
Dispersion derselben auf Wasser-Basis, welche einen oder mehrere Schwefel-
Vulkanisationsbeschleuniger und/oder Schwefel umfassen kann, zugegeben werden.
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In einem Aspekt kann die Kautschukzusammensetzung auf Wasser-Basis dieser
Erfindung geeigneterweise z. B. durch die Schritte des Mischens des Latex oder der
Latices mit der Dispersion von Ruß in Wasser hergestellt werden.
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Mit durch Emulsionspolymerisation hergestelltem E-SBR ist gemeint, daß Styrol und
1,3-Butadien als wäßrige Emulsion copolymerisiert werden. Diese sind Fachleuten
auf diesem Gebiet wohlbekannt.
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Es ist bevorzugt, daß der durch Emulsionspolymerisation hergestellte
Styrol/Butadien-Copolymerkautschuk (E-SBR) einen mittleren bis relativ geringen
Styrolgehalt im Bereich von z. B. 23 bis 35% gebundenem Styrol aufweist.
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Der cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk ist Fachleuten auf dem Gebiet der
Kautschuk-Technik wohlbekannt.
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Bei der Durchführung dieser Erfindung kann der Ruß-verstärkte Überzug für die
quantitative Kieselsäure-verstärkte Kautschuklauffläche geeigneterweise z. B. durch
Sprühen oder Bürsten auf die Lauffläche aufgebracht werden.
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Die Reifen-Einheit wird in einer geeigneten Form unter den Bedingungen einer
erhöhten Temperatur, z. B. im Bereich von 150 bis 180ºC, vulkanisiert.
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Die begleitenden Zeichnungen werden zum weiteren Verständnis der Erfindung
bereitgestellt, obwohl die Erfindung nicht auf das in den Zeichnungen Dargestellte
beschränkt sein soll. In den Zeichnungen sind
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Fig. 1 eine perspektivische Querschnittsansicht eines unvulkanisierten
Reifenaufbaus, welche einen über dessen Laufflächen-Komponente aufgetragenen
Überzug dieser Erfindung zeigt, worin die Lauffläche eine Kronen/Protektorflügel-
Bauweise aufweist.
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Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines vulkanisierten Reifens, welche eine Lauffläche
in Kronen/Protektorflügel-Bauweise zeigt, worin die Laufflächenkrone aus Stollen
und Rillen gebildet ist, zusammen mit einem Teil einer stützenden Karkassen-
Komponente zusammen mit einem Überzug dieser Erfindung auf den
Außenoberflächen der Lauffläche, was speziell die Wände der Laufflächenrillen
umfaßt.
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Fig. 3, 4 und 5 sind horizontale Querschnittsansichten verschiedener extrudierter,
unvulkanisierter rechteckiger Streifenkonstruktionen aus Laufflächen-Massen, die
den auf ihre Außenoberflächen aufgetragenen Überzug dieser Erfindung zeigen.
Insbesondere zeigt Fig. 3 eine Laufflächen-Masse, mit einer Laufflächenkrone über
einem Protektorflügel, worin der Flügel aus der gleichen
Kautschukzusammensetzung besteht wie der Protektor, Fig. 4 zeigt eine solche
Bauweise, bei der der Flügel aus einer anderen Kautschukzusammensetzung
besteht als der Protektor, und Fig. 5 zeigt eine ähnliche Bauweise, bei der der
Laufflächenprotektor keinen Flügel aufweist.
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Fig. 6 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines vulkanisierten
Reifenaufbaus, welche eine Laufflächen-Kronen/Protektorflügel-Bauweise zeigt,
worin die Flügel einen Teil der Seitenwände in der Laufflächenkrone, welche aus
Stollen und Rillen gebildet ist, bedecken, worin die Rillen mit dem Schulterbereich
des Reifens in Verbindung stehen, zusammen mit einer stützenden Karkasse, wobei
sie weiter den covulkanisierten Überzug dieser Erfindung über den Oberflächen der
Lauffläche einschließlich den Oberflächen der Stollen und Rillen und eines Teils der
zuvor genannten Flügel zeigt.
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Fig. 7 zeigt ebenfalls die Lauffläche von Fig. 6, bei welcher sich der Überzug an
einem Teil der Außenoberfläche der Stollen des Reifens abgenutzt hat, wobei der
Überzug auf den Oberflächen von Wänden der Rillen zurückbleibt.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen ist ein Reifenaufbau 1 mit einer entlang des Umfangs
verlaufenden Laufflächen-Komponente versehen, welche aus einer
Laufflächenkrone 2 und einem Laufflächenprotektor 6 zusammengesetzt ist, worin
der Laufflächenprotektor 6 eine Flügelverlängerung 17 aufweist, die hierin als
Protektorflügel bezeichnet werden kann. Der Reifen besitzt eine Karkasse 3, welche
aus Wülsten 5 zusammengesetzt ist, die von Ruß-verstärktem Kautschuk
umschlossen sind, Ruß-verstärkte Seitenwände 4 und stützende Karkassenlagen 10
und einen Gürtel 11.
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Die Kautschuk-Laufflächenkrone 2 enthält eine quantitative Menge an Kieselsäure,
nämlich etwa 65 ThK, und eine minimale Menge an Ruß, nämlich etwa 6 ThK.
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Der Kautschuk-Laufflächenprotektor 6 und der damit verbundene Flügel 17, falls
vorhanden, sind mit mindestens 40 ThK Ruß Ruß verstärkt, ebenso wie der
Seitenwand-Kautschuk 4 und der Kautschuk für den Wulst 5.
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Ein Überzug 7 auf Wasser-Basis, welcher einen elektrisch leitfähigen Ruß in einer
Menge von 50 ThK enthält, wird auf die Oberfläche der Laufflächenkrone 2
aufgebracht, welche sich über einen Teil der Außenoberfläche des
Laufflächenprotektors 6 oder des Laufflächenprotektorflügels 17 erstreckt. Wenn die
Lauffläche vor dem Einbau in eine Reifenkarkasse vorbeschichtet wird, reicht der
Überzug 7 in einen Bereich auf dem Laufflächenprotektor 6 oder dem Protektorflügel
17 hinein, welcher die Oberfläche desselben, welche auf die Reifenkarkasse
aufgebracht werden soll, ausschließt.
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Der Überzug 7 wird getrocknet und die Einheit aus beschichteter Lauffläche und
Karkasse wird vulkanisiert, um einen Reifen mit einer Laufflächen-Konfiguration 18,
welche Stollen 12 und Ritten 13 aufweist, zu bilden, wodurch der covulkanisierte
Überzug 7 somit integral mit den Wänden und der Unterseite der Rillen 13 und der
Außenoberfläche der Stollen 12 ist. In der Tat steht der Überzug darauf direkt mit
dem Schulterbereich und dadurch dem Laufflächenprotektor oder dem
Protektorflügel, je nachdem, in Verbindung, um eine elektrisch leitfähige Bahn von
der Lauffläche zum Wulstbereich des Reifens zu bilden.
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In einem Aspekt hat sich der Überzug 7 von der Außenoberfläche der
Laufflächenstollen 12 abgenutzt, so daß die Stollen 20 mit den zugehörigen Rillen
13, welche den covulkanisierten Überzug 7 auf ihren Wänden und Unterseiten
enthalten, zurückbleiben.
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Alternativ kann der Überzug 7 auf eine extrudierte, unvulkanisierte Laufflächen-
Masse 14, 15 oder 16 aufgebracht werden, woraufhin die beschichtete Laufflächen-
Masse in den Reifenaufbau 1 eingebaut wird, woraufhin die Einheit unter
Bedingungen einer erhöhten Temperatur und eines erhöhten Drucks vulkanisiert
wird, um einen vulkanisierten Reifen zu bilden.
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Auf diese Weise wird ein ununterbrochener Weg aus Elastomeren auf Dien-Basis
zwischen dem zuvor genannten Überzug 7 und der Wulst-Komponente 5 des
Reifens bereitgestellt, wobei die Wulst-Komponente 5 so in dem Reifenaufbau
positioniert ist, daß sie eine Metallfelge in einer Reifen/Felgen-Einheit kontaktiert,
wobei die Reifen/Felgen-Einheit selbst nicht gezeigt ist.
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In der Praxis wird der Überzug 7 als die zuvor genannte Zusammensetzung auf
wäßriger Basis aufgebracht und getrocknet, woraufhin die Einheit unter geeigneten
Vulkanisationsbedingungen vulkanisiert wird und der getrocknete Überzug 7 mit der
Außenoberfläche der Lauffläche 2 des Reifenaufbaus covulkanisiert wird.
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Da die Fläche des Überzugs, die dem Boden ausgesetzt wird, hierin als relativ
gering erachtet wird, insbesondere nachdem sie sich von der Außenoberfläche der
Reifenlaufflächen-Stollen abgenutzt hat, nimmt man an, daß es für die Zwecke
dieser Erfindung zur Bereitstellung einer elektrischen Ableitbahn wichtig ist, daß der
Ruß für den Überzug 7 ein elektrisch leitfähiger Ruß-Typ ist.
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Über einem Bereich, der zur Lauffläche wird, und über einem Bereich, der zu den
der Lauffläche benachbarten Miniflügel wird, befindet sich ein Kautschuk-Überzug,
der eine quantitative Menge an elektrisch leitfähigem Ruß enthält.
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Es ist wichtig, daß der Überzug den Bereich des extrudierten Kautschuks, der mit
anderen Bereichen des Reifenaufbaus in Berührung kommt, wenn die Laufflächen-
Kautschukmasse in den Reifenaufbau eingebaut wird, nicht einschließt. Dieser
Aspekt soll verhindern, daß der Kautschuk die Haftung der verschiedenen
Komponenten an der Lauffläche bei der Vulkanisation des Reifenaufbaus
beeinträchtigt.
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Der Reifenaufbau mit der beschichteten Laufflächen-Masse wird in einer geeigneten
Form geformt und vulkanisiert, um einen Reifen mit einer Lauffläche zu bilden,
welche mit hierin als Stollen und Rillen bezeichneten Komponenten ausgebildet ist.
Der Überzug, der mit dem Reifen covulkanisiert wird, bedeckt die Außenoberfläche
der Stollen und die Wände und Unterseiten der Rillen und reicht bis zu dem
Rußverstärkten Kautschuk der Flügel, die sich nun im Schulterbereich des Reifens
zwischen der Lauffläche und den Seitenwänden befinden.
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Während der auf eine geeignete starre Metallfelge an einem Fahrzeug montierte und
aufgepumpte Reifen über den Boden rollt, wird durch den zuvor genannten elektrisch
leitfähigen Überzug ein Weg für die Ableitung von Elektrizität zwischen der
Lauffläche, und somit dem Boden, und Schulterbereichen des Reifens geschaffen.
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Wenn sich der Überzug auf den Boden-kontaktierenden Außenoberflächen der
Laufflächen-Stollen abnutzt, wird durch den Überzug auf den Wänden der
Laufflächen-Rillen ein Stromweg zwischen dem Boden und der Schulter des Reifens
aufrechterhalten, da eine Rillenbahn bis zu den Schulterbereichen des Reifens
reicht.
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Bei der Durchführung dieser Erfindung werden Schwefel-vulkanisierbare Elastomere
für die Lauffläche, einschließlich ihrer Krone und ihres Protektors oder
Protektorflügels, sowie den Karkassen-Kautschuk, mit dem der Laufflächenprotektor
oder -protektorflügel in Berührung steht, in Erwägung gezogen. Während die
Auswahl des Kautschuks für das grundlegende Funktionieren dieser Erfindung nicht
als kritisch erachtet wird, werden Elastomere auf Dien-Basis aufgrund ihrer
Kohlenstoff-Kohlenstoff Doppelbindungen, die für eine Schwefel-Vulkanisation zur
Verfügung stehen, direkt in Erwägung gezogen. Repräsentative Beispiele für
verschiedene Schwefel-vulkanisierbare Elastomere für eine derartige Verwendung,
welche hierin jedoch nur als Beispiele angegeben sind und nicht als erschöpfend
verstanden werden sollen, sind cis-1,4-Polyisopren-Naturkautschuk und synthetische
Polymere und Copolymere von Dienen wie Isopren und Butadien, einschließlich
Polyisopren, Polybutadien und Isopren/Butadien-Copolymerer und Copolymerer
davon mit aromatischen Vinyl-Verbindungen wie Styrol und α-Methylstyrol, für die
Styrol/Butadien-Copolymere, ganz gleich ob durch organische Lösungs- oder durch
wäßrige Emulsionspolymerisation hergestellt, repräsentativ sind. Derartige
Elastomere sind zur Verwendung bei der Herstellung von Reifen bekannt.
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Die herkömmlich eingesetzten Kieselsäure-haltigen Pigmente, die in Kautschuk-
Compoundieranwendungen verwendet werden, sind gewöhnlich gefällte
Kieselsäure-haltige Pigmente (hierin als Kieselsäure bezeichnet).
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Bei den verwendeten Kieselsäure-haltigen Pigmenten kann es sich um gefällte
Kieselsäuren handeln, wie z. B. diejenigen, die durch Ansäuern eines löslichen
Silicats, z. B. Natriumsilicat, erhalten werden.
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Die unter Verwendung von Stickstoffgas gemessene BET-Oberfläche der
Kieselsäure kann z. B. im Bereich von 50 bis 300, alternativ 120 bis 200, m²/g liegen.
Ein BET-Verfahren zur Messung der Oberfläche ist in dem Journal of the American
Chemical Society, Band 60, Seite 304 (1930) beschrieben.
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Die Kieselsäure kann auch einen Dibutylphthalat(DBP)-Absorptionswert im Bereich
von z. B. 100 bis 400 und gewöhnlich, wie bekannt ist, 150 bis 300 aufweisen.
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Vielfältige handelsübliche Kieselsäuren können zur Verwendung in dieser Erfindung
in Betracht gezogen werden, wie z. B., nur als Beispiel und ohne Beschränkung,
kommerziell unter dem Warenzeichen Hi-Sil von PPG Industries erhältliche
Kieselsäuren mit den Bezeichnungen 210, 243 usw.; von Rhone-Poulenc erhältliche
Kieselsäuren mit den Bezeichnungen Z1165MP und Z165GR, und von Degussa AG
erhältliche Kieselsäuren mit z. B. den Bezeichnungen VN2 und VN3 usw.
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Wenn eine quantitative Kieselsäure-Verstärkung für eine Kautschuk-Reifenlauffläche
verwendet wird, wird die Kieselsäure herkömmlicherweise mit einem Kupplungsmittel
oder einem manchmal als Verstärkungsmittel bezeichneten Mittel verwendet.
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Verbindungen, die in der Lage sind, sowohl mit der Kieselsäure-Oberfläche als auch
dem Kautschukelastomer-Molekül derart zu reagieren, daß die Kieselsäure veranlaßt
wird, eine verstärkende Wirkung auf den Kautschuk auszuüben, von denen viele
Fachleuten auf diesem Gebiet allgemein als Kupplungsmittel oder Kuppler bekannt
sind, werden oft verwendet. Derartige Kupplungsmittel können z. B. mit den
Kieselsäure-Teilchen vorgemischt oder vorumgesetzt werden oder der
Kautschukmischung während der Kautschuk/Kieselsäure-Verarbeitungs- oder
-Mischstufe zugegeben werden. Wenn das Kupplungsmittel und Kieselsäure der
Kautschukmischung während der Kautschuk/Kieselsäure-Misch- oder
-Verarbei
tungsstufe getrennt zugegeben werden, nimmt man an, daß sich das
Kupplungsmittel dann in situ mit der Kieselsäure vereinigt.
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Insbesondere können derartige Kupplungsmittel z. B. aus einem Silan
zusammengesetzt sein, welches eine konstituierende Komponente, oder Einheit,
(den Silan-Anteil), welche in der Lage ist, mit der Kieselsäure-Oberfläche zu
reagieren, und auch eine konstituierende Komponente, oder Einheit, welche in der
Lage ist, mit dem Kautschuk, insbesondere einem Schwefel-vulkanisierbaren
Kautschuk, der Kohlenstoff-Kohlenstoff Doppelbindungen oder Nicht-Sättigung
enthält, zu reagieren, aufweist. Auf diese Weise dient der Kuppler dann als
Verbindungsbrücke zwischen der Kieselsäure und dem Kautschuk und fördert somit
den Kautschuk-Verstärkungsaspekt der Kieselsäure.
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In einem Aspekt geht das Silan des Kupplungsmittels anscheinend, möglicherweise
durch Hydrolyse, eine Bindung mit der Kieselsäure-Oberfläche ein, und die
Kautschuk-reaktive Komponente des Kupplungsmittels vereinigt sich mit dem
Kautschuk selbst.
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Zahlreiche Kupplungsmittel werden zur Verwendung bei der Vereinigung von
Kieselsäure und Kautschuk gelehrt, wie z. B. Silan-Kupplungsmittel, die eine
Polysulfid-Komponente, oder -Struktur, wie z. B. Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid,
enthalten.
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Für Fachleute ist leicht ersichtlich, daß die Kautschukzusammensetzung des
Laufflächenkautschuks sowie die Karkassenkautschuke mit Hilfe von auf dem Gebiet
des Kautschuk-Compoundierens allgemein bekannten Verfahren, wie z. B. Mischen
der verschiedenen Schwefel-vulkanisierbaren konstituierenden Kautschuke mit
verschiedenen herkömmlicherweise verwendeten Additiv-Materialien, wie z. B.
Vulkanisations-Hilfsmitteln wie Schwefel, Aktivatoren, Verzögerern und
Beschleunigern, Verarbeitungs-Zusätzen wie Ölen, Harzen einschließlich
klebrigmachender Harze, Kieselsäuren und Weichmachern, Füllstoffen, Pigmenten,
Fettsäure, Zinkoxid, Wachsen, Antioxidationsmitteln und Ozonschutzmitteln,
Peptisiermitteln und Verstärkungsmaterialien, wie z. B. Ruß, compoundiert werden
würden. Wie Fachleuten bekannt ist, werden die oben erwähnten Additive je nach
dem beabsichtigten Verwendungszweck des Schwefel-vulkanisierbaren und
Schwefelvulkanisierten Materials (der Kautschuke) ausgewählt und gewöhnlich in
herkömmlichen Mengen verwendet.
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Typische Zugabemengen an Ruß für diese Erfindung, falls verwendet, sind
obenstehend angegeben. Obwohl nicht erwartet wird, daß sie in dem bei der
Durchführung dieser Erfindung eingesetzten Laufflächenkautschuk verwendet
werden, können typische Mengen an klebrigmachenden Harzen 0,5 bis 10 ThK,
gewöhnlich 1 bis 5 ThK, umfassen. Typische Mengen an Verarbeitungs-Hilfsmitteln
umfassen 1 bis 50 ThK. Derartige Verarbeitungs-Hilfsmittel können z. B. aromatische,
naphthenische und/oder paraffinische Weichmacheröle umfassen. Typische Mengen
an Antioxidationsmitteln umfassen 1 bis 5 ThK. Repräsentative Antioxidationsmittel
können z. B. Diphenyl-p-phenylendiamin und andere sein, wie z. B. jene, die in dem
Vanderbilt Rubber Handbook (1978), Seiten 344-346 offenbart sind. Typische
Mengen an Ozonschutzmitteln, falls verwendet, umfassen 1 bis 5 ThK. Typische
Mengen an Fettsäuren oder Metallsalzen derselben, ganz gleich, was verwendet
wird, bei denen es sich z. B. um Stearinsäure und/oder Zinkstearat handeln kann,
umfassen 0,5 bis 3 ThK. Typische Mengen an Zinkoxid umfassen 2 bis 5 ThK.
Typische Mengen an Wachsen umfassen 1 bis 5 ThK. Oft werden mikrokristalline
Wachse verwendet. Man würde annehmen, daß typische Mengen an
Peptisiermitteln, falls verwendet, 0,1 bis 0,3 ThK umfassen. Typische Peptisiermittel
können z. B. Pentachlorthiophenol und Dibenzamidodiphenyldisulfid sein.
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Die Vulkanisation von Kautschuk wird allgemein oft in Gegenwart eines Schwefel-
Vulkanisationsmittels durchgeführt. Beispiele für geeignete Schwefel-
Vulkanisationsmittel umfassen elementaren Schwefel (freien Schwefel) oder
Schwefel abgebende Vulkanisationsmittel, z. B. ein Amindisulfid, polymeres
Polysulfid oder Schwefel-Olefin-Addukte. Vorzugsweise handelt es sich bei dem
Schwefel-Vulkanisationsmittel um elementaren Schwefel. Wie Fachleuten bekannt
ist, werden Schwefel-Vulkanisationsmittel für Schwefel-vulkanisierbare
Kautschuk
zusammensetzungen im allgemeinen in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 4 ThK
oder in einigen Fällen sogar bis zu 8 ThK verwendet, wobei ein Bereich von 1,5 bis
2,5, manchmal 2 bis 2,5, bevorzugt ist.
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Beschleuniger werden im allgemeinen für viele Schwefel-vulkanisierbare Kautschuk-
Zusammensetzungen verwendet, um die für die Vulkanisation erforderliche Zeit
und/oder Temperatur zu steuern und die Eigenschaften des Vulkanisats zu
verbessern. Verzögerer könnten ebenfalls verwendet werden, um die
Vulkanisationsgeschwindigkeit zu steuern. Z. B. kann in einigen Fällen zur
Vulkanisation Schwefel-vulkanisierbarer Kautschukzusammensetzungen ein
einziges Beschleunigersystem, d. h. ein Primärbeschleuniger, verwendet werden.
Wenn ein Vulkanisationsbeschleuniger verwendet wird, werden herkömmlicherweise
ein oder mehrere Primärbeschleuniger in Gesamtmengen im Bereich von z. B. 0,5 bis
4, vorzugsweise 0,8 bis 1,5, ThK verwendet. In einer anderen Ausführungsform
könnten Kombinationen eines Primär- und eines Sekundärbeschleunigers verwendet
werden, wobei der Sekundärbeschleuniger in Mengen von 0,05 bis 3 ThK verwendet
wird, um z. B. die Eigenschaften des Vulkanisats zu aktivieren und zu verbessern.
Man könnte erwarten, daß Kombinationen dieser Beschleuniger eine synergistische
Wirkung auf die End-Eigenschaften ausüben und etwas besser sind als jene, die
durch Verwendung jedes Beschleunigers allein hergestellt werden. Außerdem
könnten manchmal Beschleuniger mit verzögerter Wirkung verwendet werden, die
von normalen Verarbeitungstemperaturen nicht beeinflußt werden, jedoch bei
gewöhnlichen Vulkanisationstemperaturen eine zufriedenstellende Vulkanisation
liefern. Geeignete Arten von Beschleunigern, die in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können, sind Amine, Disulfide, Guanidine, Thioharnstoffe,
Thiazole, Thiurame, Sulfenamide, Dithiocarbamate und Xanthate. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Primärbeschleuniger um ein Sulfenamid. Wenn ein zweiter
Beschleuniger verwendet wird, ist der Sekundärbeschleuniger vorzugsweise eine
Guanidin-, Dithiocarbamat- oder Thiuram-Verbindung. Das Vorhandensein und die
relativen Mengen an Schwefel-Vulkanisationsmittel und Beschleuniger(n) werden
nicht als Aspekt dieser Erfindung erachtet, welche primärer auf die Verwendung von
Kieselsäure als verstärkendem Füllstoff in Verbindung mit einem Kupplungsmittel
gerichtet ist.
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Wie hierin erörtert, werden das Vorhandensein und die relativen Mengen der obigen
Additive, falls vorhanden, soweit nicht anders angegeben jedoch nicht als
wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung erachtet, welche primärer auf das
Aufbringen vorgeschriebener Überzüge auf Oberflächen von quantitativ
Kieselsäureverstärkten Kautschuk-Reifenlaufflächen gerichtet ist, insbesondere wenn auf eine
autogene Schwefel-Vulkanisation des Überzugs auf der Kautschuk-Oberfläche
zurückgegriffen wird.
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Der Reifen kann mit Hilfe vielfältiger Verfahren, welche für Fachleute auf einem
derartigen Gebiet leicht ersichtlich sind, gebaut, geformt, gepreßt und vulkanisiert
werden.
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Die Erfindung ist mit Bezug auf die folgenden Beispiele, in denen sich die Teile und
Prozentsätze, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht beziehen, besser zu
verstehen.
BEISPIEL I
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Ein modifiziertes ASTM-Verfahren D257-66 wird zur Messung des
Oberflächenwiderstands von Kautschukzusammensetzungen, die Ruß und/oder
Kieselsäure enthalten, verwendet. Die Modifizierung des hierin verwendeten ASTM-
Verfahrens bestand im wesentlichen in einer Modifizierung der Spannung des
ASTM-Verfahrens durch Senken derselben von 500 Volt auf 0,1 Volt, um einer
Messung des sehr geringen Oberflächenwiderstands von beschichteten Kautschuk-
Proben dienlich zu sein. Dieses modifizierte ASTM-Verfahren wird hierin als ASTM
D257-66, Mod. G bezeichnet. Das Mod. G ist keine offizielle ASTM-Bezeichnung,
wurde keinem ASTM-Ausschuß zur Überprüfung vorgelegt und bezieht sich nur auf
die hierin verwendete zuvor genannte Modifizierung.
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Die Proben-Herstellung und die für ASTM D257-66 verwendeten jeweiligen
Spannungen sind wie folgt in den folgenden TABELLEN I und II veranschaulicht.
A. Geräteausrüstung
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Für die hierin vorgenommenen Messungen wurde die folgende Geräteausrüstung
von Keithley Instruments, Inc. aus Cleveland, Ohio, USA verwendet:
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1) Modell 6105, Widerstandsadapter
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2) Modell 487, Picoamperemeter/Spannungsquelle, geregelte Stromversorgung,
einstellbar von 1 mv bis 505 V.
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Für die Messungen des spezifischen Oberflächenwiderstands werden Scheiben
vulkanisierter Kautschukzusammensetzungen mit einem Durchmesser von 10,2 cm
und einer Dicke von etwa 0,2 cm verwendet, wobei die Dicke für die in der wie folgt
beschriebenen Weise herzustellenden beschichteten Scheiben etwas größer,
nämlich 0,002 bis 0,005 cm größer, ist.
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Der spezifische Oberflächenwiderstand wird mit Hilfe einer Formel berechnet, die wie
folgt dargestellt werden kann:
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x = (P/g) (R)
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worin 1) R der elektrische Oberflächenwiderstand in Ohm,
gemessen nach dem ASTM-Verfahren D257-66, ist
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2) P die effektive Reichweite der abgeschirmten Elektrode
für die verwendete spezielle Elektrodenanordnung oder
5,4 Zoll mal π (13,4 cm · π) ist
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3) g der Abstand zwischen den Elektroden oder 0,125 Zoll
(0,32 cm) ist.
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Für das zuvor genannte Modell 6105, welches Ringelektroden verwendet, wird P/g
mit 53,4 angegeben.
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Nach richtiger Plazierung des Prüfstücks in dem Gerät Modell 6105 und Anlegen
angemessener Spannungen für die Stromversorgung wird der Strom auf dem
Elektrometer des Geräts abgelesen und der Wert des Oberflächenwiderstands läßt
sich durch die folgende Berechnung finden:
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R = (53,4/I) (V)
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worin 1) R der Oberflächenwiderstand der Probe ist
-
2) V die über die Stromversorgung angelegte Spannung in
Volt oder Millivolt ist
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3) Ider von dem Elektrometer abgelesene Strom-Wert ist.
B. Proben-Herstellung
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Kautschukzusammensetzungen wurden mit Ruß-Verstärkung und mit Kieselsäure-
Verstärkung hergestellt. Die Bestandteile für die Zusammensetzungen wurden in
zwei Stufen gemischt, nämlich einer ersten Stufe für die Grund-Bestandteile gefolgt
von einer zweiten Stufe für die Vulkanisationsmittel. Ein derartiges Mischverfahren
ist Fachleuten auf dem Gebiet des Kautschuk-Mischens wohlbekannt. In der ersten
Stufe wurden die Bestandteile in einem Kautschukmischer etwa 3 Minuten lang bei
einer Temperatur von etwa 160-170ºC gemischt. Im Anschluß daran wurde die
Mischung aus dem Mischer entnommen und auf etwa 25ºC abkühlen gelassen. Für
die zweite Stufe wurde dann die Mischung zusammen mit vulkanisierenden
Bestandteilen etwa 1,5 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 110ºC in einem
Kautschukmischer gemischt, woraufhin die fertige Mischung, oder
Zusammensetzung, aus dem Mischer entnommen und auf etwa 25ºC abkühlen gelassen wurde.
Die resultierende Zusammensetzung wurde unter den Bedingungen erhöhter
Temperaturen von etwa 150ºC für die Ruß-verstärkten und Kieselsäure-verstärkten
Kautschukzusammensetzungen etwa 18 Minuten lang vulkanisiert.
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Die Kautschukzusammensetzungen für die Zwecke dieses Beispiels werden als
Zusammensetzung Bsp. X für den Ruß-verstärkten Kautschuk und
Zusammensetzung Bsp. Y für den Kieselsäure-verstärkten Kautschuk bezeichnet.
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Die jeweiligen Zusammensetzungen umfaßten die in der folgenden TABELLE I
gezeigten Materialien.
TABELLE 1
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1. cis-1,4-Polybutadien-Elastomer, erhältlich als Budene 1207 von
The Goodyear Tire & Rubber Company
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2. Durch Emulsionspolymerisation hergestelltes Styrol/Butadien-Copolymer-
Elastomer mit 23,5% gebundenem Styrol, welches 28,13 Teile Kautschuk-
Weichmacheröl und somit 75 Teile E-SBR enthielt, erhältlich als Plioflex 1712
von The Goodyear Tire & Rubber Company
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3. Als Z1165MP bezeichnete Kieselsäure von Rhone-Poulenc
-
4. Eine Mischung von Bis(3-ethoxysilylpropyl)tetrasulfid und Ruß in einem
Verhältnis von 50/50 als X50S von Degussa
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5. Aromatisches Kautschuk-Weichmacheröl
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6. Mischung von mikrokristallinen Wachsen
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7. Antioxidationsmittel vom p-Phenylendiamin-Typ
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8. Tetramethylthiuramdisulfid-Beschleuniger
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C. Kautschuk-Beschichtungszusammensetzungen auf Wasser-Basis
Elektrisch leitfähigen Ruß enthaltende Kautschukzusammensetzungen auf Wasser-
Basis, die quantitative Mengen an elektrisch leitfähigem Ruß enthielten, wurden
hergestellt. Die Zusammensetzungen auf Wasser-Basis wurden durch Mischen
wäßriger Latex-Emulsionen mit einer Dispersion von elektrisch leitfähigem Ruß in
Wasser hergestellt.
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Eine Oberfläche von unvulkanisierten Probescheiben aus der zuvor genannten
Kieselsäure-verstärkten Kautschuk-Formulierung Y wurde durch Bürsten mit den
Kautschukzusammensetzungen auf Wasser-Basis, die den elektrisch leitfähigen Ruß
enthielten, beschichtet.
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Die beschichteten Scheiben wurden bei einer Temperatur von etwa 150ºC etwa 18
Minuten lang vulkanisiert. Es wird hierin davon ausgegangen, daß die Überzüge mit
den Zusammensetzungen covulkanisierten. Es wurde davon ausgegangen, daß die
Überzüge eine geschätzte Dicke von 0,002 bis 0,005 cm aufwiesen.
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Die den elektrisch leitfähigen Ruß enthaltenden Kautschuk-
Beschichtungszusammensetzungen auf Wasser-Basis umfaßten die in der
folgenden Tabelle 2 gezeigten Materalien oder Bestandteile. Etwa 1 ThK eines
Benetzungsmittels wurde in der Formulierung als Surfynol 465, epoxyliertes
Tetramethyldecindiol, von Air Products verwendet.
TABELLE II
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1. Naturkautschuk-Latex (cis-1,4-Polyisopren) mit einem Kautschuk-Gehalt von
etwa 60 Gew.-% und einem pH von etwa 10,8.
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2. Durch Emulsionspolymerisation hergestellter Styrol/Butadien-Copolymer-
Elastomerlatex mit einem Elastomer-Gehalt von etwa 70 Gew.-%, worin das
Copolymer etwa 23% gebundenes Styrol enthält, und einen pH von etwa 10,5
aufweisend, erhältlich als LPF 5356 von The Goodyear Tire & Rubber
Company.
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3. Etwa 20 Gew.-% Ruß enthaltende Ruß/Wasser-Dispersion mit einem pH von
etwa 9, erhältlich als AQUABLAK 320 von Borden Chemicals als elektrisch
leitfähige Ruß-Dispersion.
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Die gemessenen Oberflächenwiderstände der Proben X und Y und der zuvor
genannten beschichteten Proben (Scheiben) aus der Zusammensetzung Y nach
ASTM D257-66, mit angepaßten Spannungen, sind in Tabelle 3 gezeigt.
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Aufgrund des festgestellten äußerst geringen Oberflächenwiderstands war es
erforderlich, die Spannung auf nur 0,5 Volt und sogar nur 0,1 Volt zu senken, um das
Amperemeter des Geräts nicht zu überlasten.
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Es wird darauf hingewiesen, daß das zuvor genannte ASTM-Verfahren D257-66,
Mod. G die vorgeschriebene Spannung von 0,1 Volt verwendet.
TABELLE III
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1. ÜL bedeutet einfach, daß das Milliamperemeter des Geräts überlastet war.
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Hierin wird davon ausgegangen, daß diese Beispiele zeigen, daß ein geeigneter
Stromweg durch Aufbringen des in dieser Erfindung verwendeten Überzugs, welcher
aus einer Mischung von Kautschuklatex und elektrisch leitfähigem Ruß
zusammengesetzt ist, auf eine relativ isolierende Kieselsäure-verstärkte
Kautschukoberfläche gebildet werden kann. Es wird weiter davon ausgegangen, daß
diese Beispiele zeigen, daß ein derartiger Überzug mit einer geeigneten
Trocknungszeit bei der Herstellung von Reifen mit aus einem isolierenden
Kieselsäure-verstärkten Kautschuk zusammengesetzter Lauffläche aufgebracht
werden kann, um einen geeigneten Stromweg zum Ableiten elektrischer Energie von
dem Reifen an den Boden zu schaffen.