Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gummizusammensetzung für einen Clinch enthaltend Silica enthaltenden Ruß sowie auf einen Luftreifen unter Verwendung derselben.

Der Clinch, welcher das Verschleißteil auf der Felge ist, ist eine Reifenkomponente, welche eine schwere Last und eine extrem starke Hitzeentwicklung aufnehmen soll und beim Fahren die Steuerungsstabilität stark beeinflusst. Daher muss für den Clinch eine Gummizusammensetzung eingesetzt werden, welche eine ausreichende Härte aufweist, um eine schwere Last auszuhalten, und welche eine hohe Steifheit sowie niedrige Wärme erzeugende Eigenschaften aufweist. Des Weiteren muss eine solche Gummizusammensetzung eine Bruchdehnung (Dehnungseigenschaften) in einem Ausmaß aufweisen, das beim Reifenwechsel kein Abplatzen der Spitze stattfindet. Um eine gute Treibstoffeffizienz und ein verringertes Gewicht zu erreichen, ist in den letzten Jahren ferner eine Vereinfachung der Reifenstruktur, eine Verringerung der Reifenspurweite und eine Verringerung des Gewichtes des Reifencords vorangeschritten und die von Gummi- bzw. Kautschukzusammensetzungen geforderten Eigenschaften werden zunehmend anspruchsvoller. Selbst für einen Clinch ist eine Gummizusammensetzung mit einer exzellenten Steuerungsstabilität beim Fahren und mit guten Dehnungseigenschaften in einer ausgewogenen Weise erwünscht.

Im Hinblick auf Clinchgummi, für den eine Vielzahl an Eigenschaften erforderlich ist, ist in dem Stand der Technik die Verwendung von Polybutadienkautschuk enthaltend eine syndiotaktische Komponente offenbart worden (siehe JP-A-7-118444). Anstelle einer einzelnen Gummizusammensetzung ist ein durch Verbinden von mehreren Arten von Gummi mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Eigenschaften erhaltener Mehrschichtstrukturwulst erfunden worden (siehe JP-A-7-81335). Allerdings erhöht ein Mehrschichtaufbau des Clinch- und Wulstgummis den Aufwand beim Arbeitsablauf und die Entwicklung einer Clinchgummizusammensetzung mit einer exzellenten Ausgewogenheit der vorgenannten Eigenschaften ist eine dringende Aufgabe.

Üblicherweise wird als Verstärkungsmittel, welches in Gummizusammensetzungen für Reifen eingemischt ist, Ruß und Silica eingesetzt. Wenn allerdings Ruß alleine in eine Gummizusammensetzung eingemischt ist, besteht das Problem, dass die Bruchdehnung niedrig wird, und, wenn Silica alleine eingemischt wird, besteht das Problem, dass die Steuerungsstabilität unter schweren Bedingungen schlecht wird. Um die mit dem Einmischen von Ruß und Silica alleine verbundenen Probleme zu kompensieren, ist eine Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche bekannt, in der durch Einmischen einer spezifischen Menge an Silica enthaltendem Rußmaterial in den Reifenlaufflächenteil sowohl ein niedriger Rollwiderstand als auch eine hohe Abrasionsbeständigkeit erreicht wird (siehe JP-A-2000-198883). Allerdings ist diese Gummizusammensetzung nicht für die Verwendung in einem Clinch beabsichtigt und eine Gummizusammensetzung für einen Clinch, welche die Steuerungsstabilität und die Dehnungseigenschaften in einer ausgewogenen Weise erhöht, ist bis jetzt noch nicht erhalten worden.

In der EP 0 997 490 A1 und der EP 0 896 987 A1 werden Silica enthaltenden Ruß enthaltende Kautschukzusammensetzungen offenbart.

Die WO 96/37547 und WO 98/45361 beschreiben eine Elastomerverbindung, welche ein Elastomer sowie einen siliziumbehandelten Ruß enthält.

Die US 2002/0169242 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Rußes für eine Kautschukverstärkung enthaltend Styrol-Butadien-Copolymere, modifizierten Ruß, pulverförmigen Schwefel sowie einen Vulkanisationsbeschleuniger.

Die EP 0 879 847 A1 offenbart einen Füllstoff für eine Reifenverstärkung mit aus wenigstens sowohl Ruß als auch Silica gebildeten Partikeloberflächen.

Die EP 1 288 253 A1 beschreibt eine Kautschukzusammensetzung enthaltend 5 bis 150 Gewichtsteile eines anorganischen Füllstoffes, 0 bis 30 Gewichtsteile eines Silankupplungsmittels und 5 bis 100 Gewichtsteile Pflanzenöl basierend auf 100 Gewichtsteilen eines Dienkautschuks.

Die EP 0 847 880 A1 offenbart eine Kautschukzusammensetzung für einen Clinch enthaltend Naturkautschuk, Butadienkautschuk und Ruß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Gummizusammensetzung für einen Clinch, welche die Steuerungsstabilität und die Dehnungseigenschaften in einer ausgewogenen Weise verbessert.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen enthaltend einen Clinch unter Verwendung einer Gummizusammensetzung für einen Clinch enthaltend 20 bis 70 Gewichtsteile Silica enthaltenden Ruß und 0 bis 50 Gewichtsteile Ruß, Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger, basierend auf 100 Gewichtsteilen einer Kautschukkomponente, wobei die Gesamtmenge des Silica enthaltenen Rußes und des Rußes 50 bis 70 Gewichtsteile beträgt und das Verhältnis der Menge an Schwefel zu der Menge an Vulkanisationsbeschleuniger 1/4 bis 1/2 beträgt.

Die Gummizusammensetzung für einen Clinch gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Kautschukkomponente, Ruß, welcher Silica enthält (Silica enthaltender Ruß), Schwefel, Vulkanisationsbeschleuniger sowie Ruß. Der Clinch ist der Teil eines Reifens, welcher das Rad entlang des Bereiches der Seitenwand bis zu dem Kern direkt kontaktiert.

Die Kautschukkomponente kann jede Kautschukkomponente sein, welche herkömmlicherweise in Kautschukzusammensetzungen für Reifen eingesetzt wird und ist nicht besonders beschränkt.

Beispiele für die Kautschukkomponente sind Naturkautschuk (NR), Butadienkautschuk (BR), Isoprenkautschuk (IR), Styrol-Butadien-Copolymerkautschuk (SBR), Butylkautschuk (IIR), Acrylnitril-Styrol-Butadien-Copolymerkautschuk sowie Chloroprenkautschuk (CR). Diese können alleine oder zwei oder mehr Arten hiervon können zusammen eingesetzt werden. Von diesen werden für die Gummizusammensetzung für einen Clinch vorzugsweise NR, BR und IR eingesetzt.

Die Kautschukkomponente enthält vorzugsweise 30 bis 50 Gew.-% NR und/oder IR sowie 50 bis 70 Gew.-% BR. Wenn der Gehalt an NR und/oder an IR weniger als 30 Gew.-% beträgt oder der Gehalt an BR mehr als 70 Gew.-% beträgt, nimmt die Verarbeitbarkeit beim Kneten mit einer Walze ab, wird die Haftung der erhaltenen Kautschukkomponente mit der Reifeninnenschicht schlecht und besteht die Tendenz, dass die Wärme erzeugenden Eigenschaften schlecht werden. Wenn der Gehalt an NR und/oder an IR mehr als 50 Gew.-% beträgt und der Gehalt an BR weniger als 50% beträgt, besteht die Tendenz, dass die Verschleißeigenschaften schlecht werden.

Der Silica enthaltende Ruß, welcher in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, bezieht sich auf eine Verbindung, in der Ruß und Silica dreidimensional in einem Partikel vermischt sind und sowohl Ruß als auch Silica an der Partikeloberfläche freiliegen. Aufgrund der vorgenannten Struktur weist Silica enthaltender Ruß in einem Partikel einen Rußteil auf, welcher wenige auf der Oberfläche vorliegende funktionelle Gruppen aufweist sowie eine geringe chemische Bindungsfähigkeit mit Polymeren aufweist, sowie einen Silicateil, welcher viele auf der Oberfläche vorliegende funktionelle Gruppen aufweist und mit Polymeren über ein Bindemittel bindet, um den Hystereseverlust zu verringern. Durch den Einsatz von Silica enthaltendem Ruß, in dem die chemische Bindungsfähigkeit mit Polymeren durch den Gehalt an Silica in dem Ruß erhöht ist, können sowohl die Steuerungsstabilität als auch die Dehnungseigenschaften erreicht werden.

In dem Silica enthaltenden Ruß liegt sowohl der Rußteil als auch der Silicateil teilweise auf der Partikeloberfläche frei und der meiste Rußteil ist nicht von Silica bedeckt wie in dem Fall von Ruß, welcher mit Silica oberflächenbehandelt worden ist. Folglich ist die Bruchdehnung des Clinches unter schweren Bedingungen ausreichend verbessert, was ein durch den Einsatz von Ruß erhaltenes Merkmal ist. Auch aufgrund des enthaltenden Silicas ist die Anzahl der Oberflächenaktivitätspunkte des Silica enthaltenden Rußes höher als die von normalem Ruß, erhöht sich der gebundene Kautschuk und die Steifheit des Clinches kann verbessert werden.

Das Verfahren zum Herstellen von Silica enthaltendem Ruß ist nicht besonders beschränkt, aber vorzugsweise ist das Verfahren zum Herstellen von Silica enthaltendem Ruß ein Einschrittverfahren durch gleichzeitiges Reagieren von organischem Siloxan mit dem Rohmaterialöl. Das bevorzugte Herstellungsverfahren ist beispielsweise im Detail in der WO 96/37547 offenbart.

Das Gewichtsverhältnis von Silica zu Ruß beträgt in dem Silica enthaltenden Ruß vorzugsweise zwischen 0,1 und 25 Gew.-%. Die untere Grenze des Gewichtsverhältnisses beträgt besonders bevorzugt 0,5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 2 Gew.-%. Die obere Grenze des Gewichtsverhältnisses beträgt besonders bevorzugt 10 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 6 Gew.-%. Wenn das Gewichtsverhältnis weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, besteht die Tendenz, dass die Verbesserung der Bruchdehnung unzureichend wird, und, wenn das Gewichtsverhältnis mehr als 25 Gew.-% beträgt, besteht die Tendenz, dass die Steuerungsstabilität abnimmt.

Der Gehalt an Silica enthaltendem Ruß beträgt 20 bis 70 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente. Die untere Grenze des Gehaltes beträgt vorzugsweise 25 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 30 Gewichtsteile. Die obere Grenze des Gehaltes beträgt vorzugsweise 65 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 70 Gewichtsteile. Wenn der Gehalt weniger als 20 Gewichtsteile beträgt, ist der Effekt des Verbesserns der Bruchdehnung gering, und, wenn der Gehalt mehr als 70 Gewichtsteile beträgt, nimmt die Bruchdehnung ab.

Die durch Stickstoffadsorption gemessene spezifische Oberfläche (N₂SA) des Silica enthaltenden Rußes beträgt vorzugsweise zwischen 70 und 300 m²/g. Die untere Grenze des N₂SA ist besonders bevorzugt 100 m²/g und die obere Grenze beträgt besonders bevorzugt 250 m²/g. Wenn die N₂SA weniger als 70 m²/g beträgt, sind die Verstärkungseigenschaften gering und besteht die Tendenz, dass die Dehnung abnimmt. Wenn die N₂SA mehr als 300 m²/g beträgt, erhöht sich die Wärmeerzeugung zu sehr, so dass die Tendenz besteht, dass die Lebensdauer gering wird.

Die DBP-Adsorption des Silica enthaltenden Rußes beträgt vorzugsweise 70 bis 200 ml/100 g. Die untere Grenze der DBP-Adsorption beträgt besonders bevorzugt 90 ml/100 g und die obere Grenze beträgt besonders bevorzugt 150 ml/100 g. Wenn die DBP Adsorption weniger als 70 ml/100 g beträgt, besteht die Tendenz, dass die für die Steuerungsstabilität notwendige Steifheit abnimmt, und, wenn die DBP Adsorption mehr als 200 ml/100 g beträgt, wird die Dehnung schlecht und es besteht die Tendenz, dass die Verarbeitbarkeit beim Herstellen der Gummizusammensetzung schlecht wird.

Abgesehen von dem Silica enthaltenden Ruß kann die Gummizusammensetzung für einen Clinch gemäß der vorliegenden Erfindung Ruß enthalten, welcher üblicherweise als Verstärkungsmittel eingesetzt wird.

Der Gehalt an Ruß beträgt vorzugsweise 0 bis 50 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente. Die untere Grenze des Gehaltes beträgt besonders bevorzugt 10 Gewichtsteile und die obere Grenze beträgt besonders bevorzugt 45 Gewichtsteile. Wenn der Gehalt mehr als 50 Gewichtsteile beträgt, besteht die Tendenz, dass die Dehnung schlecht wird.

Die Gesamtmenge des Silica enthaltenden Rußes und des Rußes beträgt 50 bis 70 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente. Die untere Grenze der Gesamtmenge beträgt vorzugsweise 50 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 55 Gewichtsteile. Die obere Grenze des Gesamtgewichts beträgt vorzugsweise 65 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 70 Gewichtsteile. Wenn die Gesamtmenge weniger als 50 Gewichtsteile beträgt, ist der Effekt der Verbesserung der Steuerungsstabilität und der Bruchdehnung in einer ausgewogenen Weise unzureichend. Wenn die Gesamtmenge mehr als 70 Gewichtsteile beträgt, ist die Veränderung in der Bruchdehnung aufgrund von Alterung groß und eine vorteilhafte Gummizusammensetzung kann nicht erhalten werden.

Die durch Stickstoffadsorption gemessene spezifische Oberfläche (N₂SA) des Rußes beträgt vorzugsweise zwischen 60 und 130 m²/g. Wenn die N₂SA weniger als 60 m²/g beträgt, besteht die Tendenz, dass die Dehnung abnimmt. Wenn die N₂SA mehr als 130 m²/g beträgt, nimmt die Wärmeerzeugung zu sehr zu, so dass die Tendenz besteht, dass die Lebensdauer gering wird.

In die Gummizusammensetzung für einen Clinch gemäß der vorliegenden Erfindung wird Schwefel als Vulkanisierungsmittel und ein Vulkanisationsbeschleuniger, wie beispielsweise einer vom Sulfenamidtyp, eingemischt.

Das Verhältnis der Menge an Schwefel zu der Menge an Vulkanisationsbeschleuniger beträgt 1/4 bis 1/2. Wenn das Verhältnis weniger als 1/4 beträgt, verändert sich die Vernetzungsart der erhaltenen Gummizusammensetzung beträchtlich und wird nicht nur die Steuerungsstabilität schlecht, sondern besteht ebenfalls die Tendenz, dass die Bruchdehnung abnimmt. Wenn das Verhältnis mehr als 1/2 beträgt, ist die Veränderung der Eigenschaften der Gummizusammensetzung beim Fahren groß, was folglich unvorteilhaft ist.

In der Gummizusammensetzung für einen Clinch gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein Silankupplungsmittel zusammen mit dem Silica enthaltenen Ruß eingesetzt. Beispiele des Silankupplungsmittels sind Si69 (Bis-(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfid) sowie Si266 (Bis-(3-triethoxysilylpropyl)disulfid) erhältlich von Degussa Co. Von diesen wird aus Gründen einer vorteilhaften Verarbeitbarkeit vorzugsweise Si266 eingesetzt.

Die Menge des Silankupplungsmittels beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 8 Gewichtsteile basierend auf 100 Gewichtsteilen des Silica enthaltenen Rußes. Wenn die Menge weniger als 2 Gewichtsteile beträgt, ist der Kupplungseffekt mit Silica unzureichend und besteht die Tendenz, dass die Dehnung schlecht wird. Wenn die Menge mehr 8 als Gewichtsteile beträgt, können die Eigenschaften nicht verbessert werden und es besteht die Tendenz, dass die Kosten hoch werden.

Vorzugsweise wird in die Gummizusammensetzung für einen Clinch gemäß der vorliegenden Erfindung ein üblicherweise eingesetzter Weichmacher, wie beispielsweise Prozessöl, eingemischt.

Abgesehen von den vorstehenden Inhaltsstoffen können der Gummizusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung Additive zugegeben werden, welche in der Kautschukindustrie üblicherweise eingesetzt werden, wie beispielsweise Verstärkungsmittel, wie beispielsweise Silica, verschiedene Antioxidantien, Wachs, Stearinsäure und Zinkoxid.

Der Luftreifen gemäß der vorliegenden Erfindung nutzt die Gummizusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Clinch und wird durch das herkömmliche Verfahren hergestellt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung basierend auf den Beispielen im Detail beschrieben; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.

NR: RSS#3

BR 1: BR 130B erhältlich von Ube Industries, Ltd.

BR 2: VCR 412 erhältlich von Ube Industries, Ltd.

Ruß 1: Diablack I (N220) (N₂SA: 114 m²/g) erhältlich von Mitsubishi Chemical Corporation.

Ruß 2: Seast N (N330) (N₂SA: 74 m²/g) erhältlich von Tokai Carbon Co., Ltd.

Ruß 3: SHOWBLACK N550 (N₂SA: 42 m²/g) erhältlich von Showa Cabot Co., Ltd.

Silica: Ultrasil VN 3 erhältlich von Degussa Co.

Silica enthaltender Ruß: CRX2000 (enthaltend 4,7 Gew.-% Silica in N234 Ruß, N₂SA: 154,3 m²/g, DBP Ölabsorption: 113 ml/100 g, iodadsorptionsspezifische Oberfläche: 122 g/kg) erhältlich von Showa Cabot Co., Ltd.

Prozessöl: Diana Process Oil AH40 erhältlich von Idemitsu Kosan Co., Ltd.

Silankupplungsmittel: Si266 (Bis-(3-triethoxysilylpropyl)disulfid) erhältlich von Degussa Co.

Anioxidationsmittel: Ozonone 6C erhältlich von Seiko Chemical Co., Ltd.

Wachs: SUNNOC WAX erhältlich von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.

Stearinsäure: KIRI erhältlich von NOF Corporation.

Zinkoxid: Ginrei R erhältlich von Toho Zinc Co., Ltd.

Schwefel: Schwefel erhältlich von Tsurumi Chemicals Co., Ltd.

Vulkanisationsbeschleuniger: Nocceler NS (N-tert-Butyl-2-benzothiazolylsulfenamid) erhältlich von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.

Die in der Tabelle 1 gezeigten Komponenten außer Schwefel und dem Vulkanisationsbeschleuniger, 3 Gewichtsteile des Antioxidationsmittels, 2 Gewichtsteile Wachs, 1 Gewichtsteil Stearinsäure und 5 Gewichtsteile Zinkoxid basierend auf 100 Gewichtsteilen des Kautschuks wurden mit einem Banbury für 5 Minuten bei ungefähr 150°C geknetet. Dann wurden der Schwefel und der Vulkanisationsbeschleuniger in den in der Tabelle 1 gezeigten Mengen zu der erhaltenen Kautschukzusammensetzung zugegeben und die Mischung wurde unter Einsetzung einer offenen Doppelschneckenwalze für 5 Minuten bei ungefähr 80°C geknetet.

Durch das übliche Herstellungsverfahren wurde unter Einsatz der erhaltenen Kautschukzusammensetzung für einen Clinch ein Reifen geformt. Die Vulkanisierung wurde unter den Bedingungen von 175°C, 12 Minuten und 20 kgf durchgeführt und ein 225/55R17 Reifen für ein Kraftfahrzeug wurde hergestellt.

Die Gummihärte eines neuen Clinches wurde unter Einsatz eines JIS-A Härtemessgerätes bei 25°C gemessen.

Aus der Clinch-Gummizusammensetzung wurde ein neuer Reifen hergestellt und das Komplexmodul E* wurde unter Einsatz eines Viskoelastizitätsspektrometers hergestellt von Iwamoto Corporation bei 60°C unter den Bedingungen einer Frequenz von 10 Hz und einer dynamischen Belastung von 1,0% gemessen. Je kleiner der Wert ist, desto größer ist der E*-Wert, desto besser ist die Steuerungsstabilität und desto überlegener sind die Verschleißeigenschaften.

Der hergestellte Reifen wurde an ein 3.000 cm³ Hochleistungskraftfahrzeug montiert und der Steuerungsstabilitätstest wurde durch Fahren von 5 Runden auf einer Rundstrecke, wobei 1 Runde ungefähr 3 km entsprach, bei einer Temperatur von 20°C durchgeführt. 3 bezeichnet, dass die Steuerungsstabilität vorteilhaft ist; 2 bezeichnet, dass die Steifheit ein wenig unzureichend ist, und 1 bezeichnet, dass die Steifheit unzureichend ist.

Der Dehnungstest wurde für die Clinchzusammensetzung eines neuen Reifens gemäß der JIS K6251 unter Einsatz einer Typ-3 Hantel durchgeführt und die Bruchdehnung EB (%) wurde gemessen. (O) gibt die Daten der Eigenschaften eines neuen Produkts wieder und (A) gibt die Daten der Eigenschaften nach 100 Stunden des Alterns einem Ofen bei 80°C wieder. Der Retentionsgrad (%) wird wiedergegeben durch EB(A)/EB(O) × 100 und je größer der Wert ist, desto geringer ist die Veränderung in den Eigenschaften, was folglich vorteilhaft ist.

Die Aussehen des Clinches nach dem Steuerungsstabilitätstest durch tatsächliches Fahren wurde verglichen und die Anwesenheit von Verschleiß wurde visuell beobachtet. O bezeichnet, dass das Aussehen vorteilhaft war; &Dgr; bezeichnet, dass ein gewisser Verschleiß auftrat, und x bezeichnet, dass ein hoher Verschleiß auftrat.

Die Testergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Aus einem Vergleich der Beispiele und der Vergleichsbeispiele kann gesehen werden, dass die Ausgewogenheit der Steuerungsstabilität und der Dehnungseigenschaften vorteilhaft ist, wenn Silica enthaltener Ruß eingesetzt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch Einmischen einer spezifischen Menge von Silica enthaltendem Ruß und von Ruß in Kautschuk und durch Verwenden der erhaltenen Gummizusammensetzung für den Clinch eines Reifens die Steuerungsstabilität und die Dehnungseigenschaften in einer ausgewogenen Weise beträchtlich erhöht.