DE4315919A1

DE4315919A1 - Kautschukzusammensetzung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE4315919A1
Application number: DE4315919A
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Yamazaki; Yasunori Fukuta; Yoshihide Fukahori
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: FR2691973B1; JPH05320427A; DE4315919B4; US5376700A; JP3196317B2; FR2691973A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kautschuk- bzw. Gummizusammen setzung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung; sie be trifft insbesondere eine Kautschuk- bzw. Gummizusammenset zung mit einer hohen Reibungskraft auf einer gefrorenen (eisbedeckten) Straßenoberfläche oder einer Straßenober fläche mit einem Wasserfilm, die eine ausgezeichnete Ab riebsbeständigkeit aufweist und sich eignet als Material für die Herstellung von Reifen-Laufflächen oder Schuhsoh len, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Wenn ein Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche bei einer niedrigen Temperatur während der Wintersaison, insbeson dere auf einer Straßenoberfläche, auf der sich ange frorenes Wasser oder angefrorener Schnee befindet unter Ausbildung einer Eisoberfläche, fährt, ist die Reibungs kraft zwischen einem Laufflächen-Kautschuk bzw. -Gummi ei nes Reifens, der an dem Fahrzeug montiert ist, und dem Eis deutlich niedriger als die Reibungskraft gegenüber einer nicht vereisten trockenen Straßenoberfläche. Deshalb wird aus Gründen der Fahrsicherheit des Fahrzeugs auf einer ge frorenen (eisbedeckten) Straßenoberfläche verhindert, daß die Reibungskraft zwischen dem Laufflächen-Kautschuk bzw. -Gummi des Reifens und dem Eis abnimmt, durch Montieren von Spike-Reifen an dem Fahrzeug oder durch Montieren von Ketten auf dem äußeren Umfang der Reifen. Im Falle des Montierens von Reifen, an denen Reifenketten befestigt sind, oder von Spikereifen an dem Fahrzeug wird jedoch dann, wenn das Fahrzeug entlang einer Kurve fährt oder plötzlich startet oder abstoppt, die Straßenoberfläche durch die Spikes der Spike-Reifen oder durch die Reifen- Ketten beschädigt. Dann wird die beschädigte Straßenober fläche teilweise pulverisiert, das Pulver wird hoch gewir belt und die dabei entstehenden Stäube werden auf den Scheiben des Fahrzeugs abgelagert, wenn die Straßenfläche getrocknet ist. Außerdem tritt dann, wenn ein Fahrzeug, an dem Spike-Reifen oder Reifen mit daraufmontierten Ketten befestigt sind, auf der Straßenoberfläche fährt, das Pro blem auf, daß die Spikes der Reifen oder die Reifenketten auf die Straßenoberfläche aufprallen und Geräusche erzeu gen.

Im Hinblick auf die vorstehenden Angaben wurde in den letzten Jahres eine Methode entwickelt zur Erzielung einer Verbesserung an dem Laufflächen-Gummi selbst zur Erhöhung der Reibungskraft. Ein erstes Verfahren besteht darin, einen Laufflächen-Gummi auf geeignete Weise aufzublasen (aufzublähen) unter Erzeugung von geschlossenen Zellen (vgl. das offengelegte japanische Patent Sho 63-89 547). Das heißt, da die Oberfläche des dabei erhaltenen Laufflä chen-Gummis mit einer großen Anzahl von Poren bedeckt ist, kann sie hohe Reibungseigenschaften auf Eis besitzen auf grund eines Ansaugeffekts an der vereisten Oberfläche, ei nes Wasserabsorptionseffekts und der Entstehung von Ener gieverlusten, die eine Mikrobewegung der Poren begleitet. Dieses Verfahren wird in den modernen Reifen-Laufflächen bereits angewendet und die entsprechenden Produkte sind im Handel erhältlich als spikefreie Reifen. Außerdem wurde auch bereits ein Verfahren untersucht, bei dem verschie dene Arten von Störteilchen (wie z. B. Naturprodukte, wie Sand- oder Splitt-Arten) einem Laufflächen-Gummi zugesetzt werden und Poren gebildet werden durch Herausfallen dieser störenden Zusätze während des Abrollens der Reifen. Dieses Verfahren ist identisch mit dem obengenannten Aufblas-Ver fahren im Hinblick auf den Mechanismus zur Erhöhung der Reibungskraft auf Eis.

Bei einer zweiten Methode werden verschiedene Arten von Materialien mit hoher Härte in einen Laufflächen-Gummi ein gemischt zur Erzielung einer Verbesserung der Reibungs kraft zwischen dem Laufflächen-Gummi und Eis durch Ausnut zung des Scheuereffekts des Materials mit hoher Härte auf der vereisten Oberfläche (japanische Patentpublikation Sho 46-31 732, offengelegtes japanisches Patent Sho 51-14 803 und japanische Patentpublikation Sho 56-52 057). Dies ist eine Methode zur Erhöhung der Reibungskraft des Laufflä chen-Gummis auf Eis durch einen Mechanismus, der grundle gend verschieden ist von demjenigen der ersten Methode. In der Tat ist es so, daß die Reibungskraft des Laufflächen- Gummis auf Eis um so mehr ansteigt, je mehr Material mit hoher Härte zugemischt wird.

Für das Gummimaterial, das beispielsweise mit der Straßen oberfläche in Kontakt steht, ist natürlich eine wesentli che Bedingung die, daß das gewünschte Leistungsvermögen erzielt werden kann, und daß außerdem die Abriebsbeständigkeit ausgezeichnet ist. Das heißt, selbst dann, wenn die Reibungskraft auf Eis ausgezeichnet ist, fehlt die praktische Verwendbarkeit als Laufflächen-Gummi, wenn seine Abriebsbeständigkeit schlecht ist.

Nach keinem der vorstehend beschriebenen existierenden Verfahren kann jedoch ein Kautschukmaterial (Gummi material) erhalten werden, das sowohl eine hohe Rei bungskraft auf Eis als auch eine hohe Abriebsbeständigkeit aufweist. Eine Kompatibilität zwischen einer hohen Rei bungskraft auf Eis und einer hohen Abriebsbeständigkeit ist extrem schwierig auch im Falle eines Kautschuks bzw. Gummis, in den ein Material hoher Härte eingearbeitet wor den ist, und es wurde bisher angenommen, daß diese Eigen schaften in einem unvermeidlichen Gegensatz zueinander stehen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die obenge nannten Probleme des Standes der Technik zu überwinden und eine Kautschuk- bzw. Gummizusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die gute Eigenschaften in bezug auf eine hohe Reibungskraft auf Eis bei gleichzeitig hoher Abriebsbe ständigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zusammensetzung anzugeben.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kautschuk zusammensetzung (Gummizusammensetzung), bei der Teilchen einer hohen Härte in einem Kautschuk- bzw. Gummimaterial dispergiert sind, wobei eine Gummi- bzw. Kautschuk-phile Überzugsschicht auf den Teilchen mit hoher Härte erzeugt wird durch eine Wirbelschicht-Beschichtungsbehandlung.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstel lung der obengenannten Kautschuk- bzw. Gummizusammenset zung, das umfaßt die Erzeugung einer Kautschuk- bzw. Gummi-philen Überzugsschicht auf der Oberfläche von Teil chen mit hoher Härte mittels eines Wirbelschicht-Beschich tungsverfahrens und das Dispergieren der in der vorstehend beschriebenen Stufe erhaltenen Teilchen mit hoher Härte in einem Kautschuk- bzw. Gummimaterial.

Das heißt, die vorliegende Erfindung basiert im Prinzip auf der vorstehend beschriebenen zweiten Methode, sie weist jedoch ein bemerkenswertes neuartiges Merkmal auf in Bezug auf das Verfahren, nach dem der Kautschuk bzw. das Gummi durch ein Material mit hoher Härte verstärkt wird, insbesondere in Bezug auf die Oberflächen behandlungsmethode für die einzumischenden Teilchen mit einer hohen Härte.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(A) und 1(B) schematische Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform einer Wirbelschicht-Beschichtungsvor richtung erläutern, wie sie zur Erzeugung einer Kautschuk- bzw. Gummi-philen Überzugsschicht nach dem erfindungsgemä ßen Wirbelschicht-Beschichtungsverfahren verwendet wird; und

Fig. 2 eine erläuternde Darstellung, die ein Verfahren zur Messung des Reibungskoeffizienten auf Eis erläutert.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.

Die Fig. 1(A) und 1(B) stellen schematische Quer schnittsansichten dar, die eine Ausführungsform einer Wir belschicht-Beschichtungsvorrichtung erläutern, wie sie für die Erzeugung einer Kautschuk- bzw. Gummi-philen Überzugs schicht unter Anwendung des erfindungsgemäßen Wirbel schicht-Beschichtungsverfahrens verwendet wird.

In der dargestellten Vorrichtung wirken ein rotierender Strom, hervorgerufen durch die Rotation einer sich drehen den Scheibe 2 und einer sich drehenden Klinge 3, die am Boden in einem Behälter 1 angeordnet sind, und ein Wirbel strom, hervorgerufen durch einen heißen Gasstrom, der am Boden 1A in das Innere des Behälters 1 eingeleitet und am oberen Ausgang 1B daraus ausgetragen wird, in Kombination miteinander auf die in den Behälter 1 eingeführten, zu be schichtenden Teilchen ein. Dies ermöglicht die Erzeugung eines homogenen hochkonzentrierten Teilchen-Wirbelbettes 4 (eine Schicht, in der die einzelnen Teilchen aufsteigen und strömen ohne Koagulation) in dem Behälter (Fig. 1 (A)). Wenn dann eine Beschichtungslösung 5 aus einer Sprüheinrichtung 6 versprüht wird durch Einführen einer Injektionsdüse 6A in den unteren Abschnitt des Behälters, werden die Teilchen auf ihrer gesamten Oberfläche mit der Beschichtungslösung vollständig überzogen in einem Zu stand, in dem sie nicht aneinander stoßen und keine Ober fläche und rückwärtige Oberfläche gegenüber dem eingeführ ten Strom der Sprühlösung ausbilden. Da die Teilchen durch den heißen Gasstrom getrocknet werden, können gleichzeitig Teilchen erzeugt werden, die mit dem Beschichtungsmaterial einzeln fest überzogen sind, ohne daß eine Koagulation auftritt (Fig. 1(B)).

Die Bildung eines gleichförmigen hochkonzentrierten Teil chen-Wirbelbettes ist unerläßlich für die Erzielung eines gleichförmigen und festen Überzugs, der ermöglicht wird erstens durch die Kombination aus dem rotierenden Strom, der erzeugt wird durch die Rotation der sich drehenden Scheibe und der sich drehenden Klinge, und dem Wirbel strom, der erzeugt wird durch das Einblasen vom Boden des Behälters her und das Absaugen und Austragen aus dem obe ren Auslaß des Behälters. Dadurch ist es möglich, ein einheitliches, hochkonzentriertes Teilchen-Wirbelbett selbst für Teilchen mit einem hohen spezifischen Gewicht, wie z. B. Keramikteilchen, und Teilchen mit einer großen Korngröße (etwa 0,84 mm (20 mesh)) zu erzeugen, aus denen bisher keine Teilchen-Wirbelschicht erzeugt werden kann, so daß Teilchen mit einer hohen Härte, die eine gleichmä ßige und feste Überzugsschicht aufweisen, hergestellt wer den können.

In dieser Vorrichtung kann, da die Überzugsschicht auf der Oberfläche der Teilchen allmählich erzeugt werden kann durch wiederholtes Beschichten und Trocknen, auch eine solche Beschichtungslösung, die eine hohe Viskosität hat und in diesem Zustand nicht versprüht werden kann, verwen det werden durch Verdünnen und Aufbringen derselben in kleinen Portionen, um so die Dicke der Überzugsschicht allmählich zu erhöhen. Außerdem kann die Dicke der Über zugsmaterial-Schicht gegebenenfalls leicht kontrolliert (gesteuert) werden. Auf diese Weise ist es unter Anwendung des Wirbelschicht-Beschichtungsverfahrens unter Verwendung beispielsweise der in den Fig. 1(A) und 1(B) dargestellten Vorrichtung möglich, eine Kautschuk- bzw. Gummi-phile Überzugsschicht aufzubringen und auszubilden, die am be sten geeignet ist, um auch Teilchen mit einer hohen Härte, die kein Bindungsvermögen gegenüber Kautschuk (Gummi) aufweisen, mit einem Matrix-Kautschuk bzw. -Gummi zu ver binden, wodurch gleichzeitig beide Eigenschaften der Kautschuk- bzw. Gummi-Zusammensetzung, in welche die Teil chen eingemischt worden ist, d. h. ihre hohe Reibungskraft auf Eis und ihre hohe Abriebsbeständigkeit verbessert wer den können.

Im Falle der Bildung einer Kautschuk-philen Überzugs schicht unter Anwendung eines Wirbelschicht-Beschichtungs verfahrens, bei dem die in Fig. 1 dargestellte Wirbel schicht-Beschichtungsvorrichtung verwendet wird, variieren die Spezifikationen der Vorrichtung und der Behandlungsbe dingungen in Abhängigkeit von der Art oder Größe der zu behandelnden Teilchen mit hoher Härte, der Viskosität der verwendeten Beschichtungslösung, der Dicke der zu erzeu genden Überzugsschicht oder dgl. und sie können nicht all gemein angegeben werden. So wird beispielsweise die Be handlung vorzugsweise unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Drehzahl der rotierenden Scheibe: 400-450 UpM
Drehzahl der rotierenden Klinge: 450-500 UpM
Temperatur des heißen Gasstromes: 50-70°C
Strömungsgeschwindigkeit des heißes Gasstromes: 0,4-0,5 m³/min
Viskosität der Beschichtungslösung: 50-100 mPa·s
Injektionsmenge der Beschich tungslösung: 10-20 ml/min.

Die Drehrichtungen der rotierenden Scheibe und der rotie renden Klinge sind vorzugsweise entgegengesetzt zueinan der.

Nachstehend werden die erfindungsgemäß verwendeten Teil chen mit hoher Härte näher beschrieben.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Teilchen mit hoher Härte handelt es sich vorzugsweise um Teilchen mit hoher Härte, die eine Vickers-Härte (Hv) von mehr als 20 aufwei sen, und es können beliebige organische und anorganische Materialien verwendet werden, so lange sie eine solche Härte besitzen. Genannt werden können insbesondere bei spielsweise solche aus Keramikmaterialien, wie Al₂O₃, ZnO, TiO₂, SiC, Si, C, SiO₂, Ferrit, Zirkoniumdioxid und Magnesiumoxid; Metallen, wie Fe, Co, Al, Ca, Mg, Na, Cu und Cr sowie Legierungen, Messing, rostfreiem Stahl oder dgl. aus diesen Metallen und außerdem aus Nitriden, Oxi den, Hydroxiden, Carbonaten, Sulfaten und dgl. dieser Me talle sowie aus Naturprodukten, wie Pulverisaten aus Glas, Kohlenstoff, Carborundum, Glimmer, Zeolith, Kaolin, As best, Montmorillonit, Bentonit, Graphit, Siliciumdioxid und Kieselerde (Kieselsäuresand), Holz, Sirasu-Hohlkugeln, Kohle und Gestein sowie ferner aus verschiedenen Arten von Kunststoffen.

Als geeignete Kunststoffe können genannt werden thermopla stische Materialien, wie Polystyrol, Polyethylen, Polypro pylen, ABS, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat, Poly carbonat, Polyacetal, Nylon, Polyätherchlorid, Polyte trafluorethylen, Acetylcellulose und Ethylcellulose, sowie wärmehärtbare Kunststoffe, wie Phenolharz, Harnstoffharz, Alkydharz, ungesättigtes Polyesterharz, Epoxyharz und Me lamin.

Die Teilchen mit hoher Härte können massive, hohle oder geschäumte Produkte (poröse Materialien) sein.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Vickers-Härte (Hv) der Teilchen mit hoher Härte vorzugsweise größer als 20, be sonders bevorzugt größer als 150 und ganz besonders bevor zugt größer als 500. Daher können im Hinblick auf die Härte unter den obengenannten spezifischen Beispielen vor zugsweise genannt werden harte Kunststoffe, Metalle und Keramikmaterialien und besonders bevorzugt können genannt werden Metalloxid-Keramikmaterialien, wie Siliciumdioxid, Glas, SiO₂ und Al₂O₃.

Die Teilchengröße der Teilchen mit hoher Härte beträgt zweckmäßig 0,019 bis 0,84 mm (800-20 mesh), insbesondere 0,030 bis 0,50 mm (500-30 mesh) und besonders bevorzugt 0,038 bis 0,30 mm (400-50 mesh).

Wenn eine Kautschuk-phile Überzugsschicht auf der Oberflä che der Teilchen mit hoher Härte wie vorstehend beschrie ben erzeugt wird zur Verbesserung des Bindungsvermögens gegenüber einem Kautschukmaterial, in das die Teilchen eingemischt werden, kann ein Verfahren zum Beschichten mit einem Klebstoff genannt werden, der in der Lage ist, das Kautschukmaterial und die Teilchen mit hoher Härte fest miteinander zu verbinden. In diesem Falle kann nicht nur ein Klebstoff, der beide fest miteinander verbinden kann, verwendet werden, sondern es können auch zwei Arten von Klebstoffen, die jeweils in der Lage sind, sich mit einem von ihnen fest zu verbinden, miteinander kombiniert werden durch Aufbringen eines Zwei-Schichten-Überzugs. Das heißt, es kann eine Klebstoffschicht, die in der Lage ist, sich mit dem Kautschukmaterial fest zu verbinden, erzeugt wer den unter Verwendung einer Klebstoffschicht, die in der Lage ist, sich mit den Teilchen mit hoher Härte fest zu verbinden.

Es ist auch möglich, einen Überzug aus einem Kautschukma terial als Klebstoff auf die Teilchen mit hoher Härte auf zubringen. In diesem Falle kann das Kautschukmaterial als Klebstoff sein ein Kautschukmaterial als Matrix oder ein Kautschukmaterial einer anderen Mischung. Im Falle der Verwendung eines Kautschukmaterials einer Mischung, die von dem Kautschukmaterial der Matrix verschieden ist, kann ein Latex-, Emulsions- oder thermoplastischer Kautschuk als Kautschuk-Bestandteil dafür verwendet werden, der ver schieden ist von üblichem festem Kautschuk. Unter den Kautschukmaterialien als Klebstoff wird ein Chloro kautschuk-Material besonders bevorzugt verwendet.

Es ist auch extrem wirksam, die Teilchen mit einer hohen Härte mit einem Harz zu überziehen. In diesem Falle sind wirksame Harze beispielsweise Polyester, hydroxylierter Polyester, Polyätherpolyol, Polycaprolacton-polyol, hydro xyliertes Polyester-polyisocyanat, Epoxyharz, Acrylharz, Ethylen-vinylacetat, Phenolharz, Tolylendiisocyanat, Gly cidyläther von Bisphenol A, Polysiloxan, Siliconharz (PVA (Polyvinylalkohol), PMMA (Polymethylmethacrylat), Polyvi nylacetat, Polyacrylsäure, Pech, Methylmethacrylat und Styrol.

Außerdem ist im Falle der Beschichtung der Oberfläche der Teilchen mit hoher Härte mit dem vorstehend beschriebenen Beschichtungsmaterial die Dicke (L) der Überzugsschicht vorzugsweise geringer als der Durchmesser der Teilchen mit hoher Härte (oder der Durchmesser einer Kugel mit einem mit demjenigen eines aktuellen Teilchens hoher Härte iden tischen Volumen) (L_O) (L L_O), vorzugsweise L 1/2 L_O und besonders bevorzugt L 1/4 L_O.

Die vorstehend beschriebenen verschiedenen Arten von Be schichtungsverfahren können einzeln oder in Form einer Kombination von zwei oder mehr derselben angewendet wer den, d. h. die Überzugsschicht kann aus zwei oder mehr Ar ten von Materialien hergestellt werden.

Wenn die einer solchen Oberflächenbehandlung unterzogenen Teilchen mit hoher Härte dem Kautschukmaterial erfindungs gemäß zugemischt werden, kann eine Art von Teilchen allein verwendet werden oder es können zwei oder mehr Arten von Teilchen mit hoher Härte aus unterschiedlichem Material, mit unterschiedlicher Korngröße und unterschiedlicher Oberflächenbehandlung derselben in Kombination verwendet werden.

Bezüglich der zugemischten Menge der Teilchen hoher Härte ist eine größere Menge bevorzugt, da diese eine höhere Reibungskraft des resultierenden Kautschukmaterials, verg lichen mit dem Reibungskoeffizienten des resultiereden Kautschukmaterials auf Eis, ergeben kann. Wenn die zuge mischte Menge erhöht wird, nimmt dagegen die Abriebsbe ständigkeit (Verschleißfestigkeit) abrupt ab. Daher be trägt die gewünschte Zumischungsmenge an Teilchen hoher Härte erfindungsgemäß vorzugsweise 2 % V_f 20 %, insbe sondere 3 % V_f 16 % und besonders bevorzugt 4 % V_f 13 %, wobei V_f für den Volumenanteil der Teilchen mit ho her Härte in einer die Teilchen mit hoher Härte enthalten den Kautschukzusammensetzung (Intrinsic-Volumenanteil) steht.

Erfindungsgemäß besteht keine spezielle Beschränkung in bezug auf die Kautschukzusammensetzung als Matrix und es können übliche Kautschukzusammensetzungen verwendet wer den. Es können nämlich übliche Kautschukzusammensetzungen, enthaltend oder bestehend aus einem Kautschuk, im Gemisch mit verschiedenen Arten von Füllstoffen, Ölen und Vulkani sationsmitteln, verwendet werden, wobei überhaupt keine Störungen auftreten, und es können die gewünschten Pro dukte erhalten werden durch Verkneten des Kautschukmateri als mit den Teilchen hoher Härte, auf welche die Oberflä chenbehandlung angewendet worden ist, und anschließende Vulkanisation.

Wie vorstehend beschrieben, besteht eine erste Methode zur Erhöhung der Reibungskraft des Laufflächen-Kautschuks bzw. -Gummis darin, eine größere Anzahl von Poren in dem Lauf flächen-Gummi zu erzeugen, und die zweite Methode besteht darin, Teilchen mit einer hohen Härte zuzumischen. Die vorliegende Erfindung gehört zu der zweiten Methode und ein Ziel der Erfindung besteht darin, hohe Reibungseigen schaften und eine hohe Abriebsbeständigkeit (Verschleiß festigkeit) miteinander kompatibel zu machen, die bisher als unvermeidlich gegensätzlich zueinander angesehen wur den. Bezüglich des Phänomens der Erhöhung der Reibungs kraft des Gummi- bzw. Kautschukmaterials beruhen die erste Methode und die zweite Methode auf Mechanismen, die von einander verschieden sind, und daher führt die kombinierte Anwendung der ersten Methode mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu überhaupt keinen Problemen, sondern ist eher ein wirksames Verfahren. Das heißt, es ist wirksam, in dem Kautschukmaterial Poren zu erzeugen, indem man bewirkt, daß in die Kautschukzusammensetzung, die mit Teilchen ho her Härte gemischt wird, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden, Störteilchen mit einer schlechten Haftung einzu blasen oder zuzugeben, um dadurch den ersten Mechanismus und den zweiten Mechanismus, wie vorstehend beschrieben, gleichzeitig zu entwickeln. Es ist aber auch nötig, der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Abriebsbeständigkeit (Verschleißfestigkeit) ausreichend Aufmerksamkeit zu schenken.

Bekanntlich muß, damit eine Funktion, insbesondere eine dynamische Funktion, theoretisch auf ein Mischsystem über tragen werden kann, jede der das Mischsystem aufbauenden Komponenten vollständig gebunden sein. Das heißt, es ist nicht übertrieben, zu sagen, daß der Grad des Bindungsver mögens zwischen jeder der das Mischsystem aufbauenden Kom ponenten den Grad des Leistungsvermögens und die Funktion des Materials bestimmt.

Daher ist es in einer Kautschukzusammensetzung, die mit Teilchen einer hohen Härte gemischt ist, ein extrem wich tiger Faktor, ob die Teilchen mit hoher Härte, die als Verstärkungsmaterial eingemischt sind, mit dem Matrix- Kautschuk fest verbunden sind oder nicht, sowohl in bezug auf die Reibungseigenschaften als auch in bezug auf die Abriebsbeständigkeit (Verschleißfestigkeit).

Erfindungsgemäß wird eine Kautschuk-phile Überzugsschicht auf der Oberfläche der Teilchen mit hoher Härte, die kein Bindungsvermögen gegenüber dem Kautschukmaterial aufwei sen, erzeugt beispielsweise durch ein Wirbelschicht-Be schichtungsverfahren unter Verwendung einer speziellen Wirbelschicht-Beschichtungsvorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wodurch das Bindungsvermögen gegenüber dem Kautschukmaterial verbessert wird und wodurch es er möglicht wird, hohe Reibungseigenschaften auf Eis und eine hohe Abriebsbeständigkeit miteinander kompatibel zu ma chen. Als Oberflächenbehandlungsverfahren zum Beschichten eines Materials zur Verbesserung der Bindung an den Ma trix-Kautschuk auf der Oberfläche der Teilchen mit hoher Härte wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, beispielsweise ein Tauch/Trocknungs-Verfahren oder ein Sprüh/Trocknungs-Verfahren. Das Bindungsvermögen zwischen den Teilchen mit hoher Härte und dem Kautschukmaterial konnte durch das Verfahren jedoch nicht verbessert werden und es war unmöglich, die Reibungseigenschaften auf Eis und die Abriebsbeständigkeit (Verschleißfestigkeit) mit einander kompatibel zu machen. Dies ist darauf zurückzu führen, daß die einzelnen Teilchen mit hoher Härte als Keime bei keinem dieser Verfahren vollständig mit dem Be schichtungsmaterial überzogen werden können und daß außer dem selbst dann, wenn Teilchen ausreichend beschichtet werden, das Bindungsvermögen zwischen den Teilchen und dem Matrix-Kautschuk unzureichend war, weil keine feste Be schichtungsmaterial-Schicht auf der Oberfläche der Teil chen gebildet wurde.

Das heißt, bei dem Tauch/Trocknungs-Verfahren werden die Teilchen in eine Beschichtungslösung eingetaucht und ein Beschichtungslösungsüberschuß wird entfernt, danach wird getrocknet. Bei diesem Verfahren haben die Teilchen jedoch die Neigung, daß sie miteinander koagulieren und es ist schwierig, sie wieder in einzelne Teilchen aufzutrennen durch Zerstörung der Koagulation, wenn das Beschichtungs material fester ist. In den meisten Fällen wird das Be schichtungsmaterial in der Trennstufe zerstört, wodurch Teilchen freigelegt werden, so daß keine Teilchen gebildet werden können, die vollständig mit dem Beschichtungsmate rial überzogen sind, und daher kann keine ausreichende Bindung gegenüber dem Matrix-Kautschuk gewährleistet wer den.

Von dem Sprüh/Trocknungs-Verfahren kann gesagt werden, daß es sich dabei handelt um ein Verfahren zur Verbesserung des Trocknungsprozesses bei dem vorstehend beschriebenen Beschichtungsverfahren, bei dem die in die Beschichtungs lösung eingetauchten Teilchen zusammen mit der Beschich tungslösung aus einer Düse in einen Trocknungsbehälter von hoher Temperatur eingesprüht werden und die die Oberfläche der Teilchen bedeckende Beschichtungslösung sofort ge trocknet wird unter Bildung eines Überzugsschicht-Materi als. Bei diesem Verfahren wird jedoch beim Einspritzen ein Beschichtungslösungsüberschuß getrocknet, was den Nachteil mit sich bringt, daß die zu beschichtenden Teilchen und Teilchen aus dem Beschichtungsmaterial miteinander ver mischt werden, und es hat die Beschränkung, daß die Beschichtungslösung für die Injektion eine niedrige Visko sität und ein hohes Fließvermögen haben sollte, wodurch die Beschichtungslösung und die Dicke der auf der Oberflä che der Teilchen gebildeten Überzugsmaterial-Schicht Beschränkungen unterliegen, so daß kein zufriedenstellen der Überzug aufgebracht werden kann zur Verbesserung der Bindung zwischen den Teilchen und dem Matrix-Kautschuk.

Dagegen können bei der erfindungsgemäßen Wirbelschicht-Be schichtungsbehandlung diese Probleme gelöst werden und es kann eine Kautschuk-phile Überzugsschicht, welche die Bin dung gegenüber der Kautschuk-Matrix verbessern kann, auf der Oberfläche der Teilchen mit hoher Härte, die kein Bin dungsvermögen gegenüber dem Kautschukmaterial aufweisen, zuverlässig erzeugt werden und die Teilchen mit hoher Härte können fest an den Matrix-Kautschuk gebunden werden, so daß hohe Reibungseigenschaften auf Eis und eine hohe Abriebsbeständigkeit der mit den Teilchen gemischten Kautschukzusammensetzung miteinander kompatibel gemacht werden können.

Mit der erfindungsgemäßen Kautschukzusammensetzung wird ein Kautschukmaterial mit ausgezeichneten Reibungseigen schaften auf Eis und auch mit einer ausgezeichneten Ab riebsbeständigkeit (Verschleißfestigkeit) geschaffen.

Die erfindungsgemäße Kautschukzusammensetzung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, ist industriell sehr gut geeignet als Kautschukmaterial (Gummimaterial) bei spielsweise für Reifen-Laufflächen oder Schuhsohlen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Bei spiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert, ohne je doch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Es wurden Kautschukzusammensetzungen hergestellt durch Mi schen von SiO₂-Teilchen mit einer hohen Härte (Korngröße 0,10 bis 0,05 mm (150-300 mesh), Vickers-Härte (Hv) 1100), auf welche die in der Tabelle I angegebene Oberflä chenbehandlung angewendet worden war, in einer Menge von 10 Vol. -% mit einem Kautschukmaterial mit der nachstehend angegebenen Zusammensetzung und es wurden der Reibungsko effizient auf Eis (µ) und die relative Abriebsmenge der selben unter Anwendung der folgenden Verfahren gemessen und die Ergebnisse sind in der Tabelle I angegeben.

Das Vergleichsbeispiel 1 zeigt die Ergebnisse für eine Kautschukzusammensetzung, die nicht mit den Teilchen mit einer hohen Härte gemischt worden war, und das Ver gleichsbeispiel 3 zeigt die Ergebnisse einer Kautschukzu sammensetzung, die mit Teilchen mit einer hohen Härte ge mischt worden war, auf welche die Oberflächenbehandlung nicht angewendet wurde.

Zusammensetzung des Kautschukmaterials (phr)
natürlicher Kautschuk (NR)
100
Ruß (HAF)	60
Stearinsäure (StA)	3
Zinkoxid (ZnO)	5
Schwefel (S)	1,5

Messung des Reibungskoeffizienten auf Eis (µ)

Wie in Fig. 2 dargestellt, wurde eine Kautschukprobe 7 mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 10 mm in Rotation versetzt, während sie mittels eines Einstell-Bol zens 8 auf stationäres Eis 9 gepreßt wurde, und es wurde die durch die Rotation erzeugte Reibungskraft nachgewiesen mittels einer Straßenzelle und es wurde der dynamische Reibungskoeffizient (µ) errechnet.

Die Messung wurde bei einer solchen Temperatur durchge führt, daß auf einer Eisoberfläche ein dünner Wasserfilm gebildet wurde und der Reibungskoeffizient auf ein Minimum herabgesetzt wurde (-2°C), bei einem auf die Oberfläche ausgeübten Druck von 12 kg/cm² und einer Umfangs-Rotati onsgeschwindigkeit der Probe von 200 cm/s.

Messung der relativen Abriebsmenge

Die relative Abriebsmenge wurde bei der gleichen Probe wie vorstehend beschrieben gemessen unter Verwendung einer Raum-Abriebs-Testvorrichtung vom Lambourn-Typ bei Raumtem peratur, bei einem Oberflächendruck von 9 kg/cm², bei ei nem Rutschverhältnis (slip ratio) von 60 % und bei einer Umfangs-Rotationsgeschwindigkeit der Probe von 50 cm/s, und sie wurde angegeben als Relativwert, bezogen auf die Menge im Falle der Probe des Vergleichsbeispiels 1, die auf den Wert 100 festgesetzt wurde.

Tabelle I

Aus der obigen Tabelle I ist folgendes zu ersehen:

Das Vergleichsbeispiel 1 zeigt die Ergebnisse für ein Kautschukmaterial mit einer Basiszusammensetzung, die keine Teilchen mit hoher Härte enthält, dessen Reibungsko effizient auf Eis (µ) 0,04 betrug und dessen Abriebsmenge 100 betrug (Standard-Abriebsmenge). In den anderen Bei spielen wurden SiO₂-Teilchen, die unterschiedlichen Ober flächenbehandlungen unterzogen wurden, dem Basis- Kautschukmaterial in einer Menge V_f = 10,0 % zugemischt.

In Beispiel 1 wurden Teilchen hergestellt und zugemischt, die mit chlorierten Kautschuk-Klebstoffen beschichtet wor den waren unter Anwendung des Wirbelschicht-Beschichtungs verfahrens. Das heißt, die SiO₂-Teilchen wurden zuerst in einen Behälter 1 einer Wirbelschicht-Beschichtungsvorrich tung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, eingeführt und es wurden beschichtete Teilchen hergestellt unter Anwendung eines Verfahrens, bei dem eine sich drehende Scheibe 2 am Boden des Behälters mit 450 UpM gedreht wurde und eine sich drehende Klinge 3 mit 450 UpM in entgegengesetzter Richtung gedreht wurde, ein heißer Gasstrom bei 60°C mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,45 m³/min in den Be hälter eingeleitet wurde zur Erzeugung einer aufgewirbel ten Teilchenschicht 4 darin und danach eine Klebstofflö sung mit 20 ml/min eingesprüht wurde, um dadurch eine Überzugsschicht aus dem Klebstoff in einer vorgegebenen Menge zu erzeugen. Dann wurden die beschichteten Teilchen mit dem Kautschukmaterial gemischt.

Im Vergleichsbeispiel 2 wurden mit einem Klebstoff be schichtete und getrocknete Teilchen unter Anwendung eines bereits existierenden Tauch/Trocknungs-Verfahrens zuge mischt. In dem Vergleichsbeispiel 3 wurden unbehandelte Teilchen zugemischt.

Aus der Tabelle I ist zu ersehen, daß die Teilchen des Beispiels 1 einen höheren Reibungskoeffizienten auf Eis (µ) und eine ausgezeichnete Abriebsbeständigkeit aufwie sen, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel 2 und dem Ver gleichsbeispiel 3.

Andererseits wurden die SiO₂-Teilchen in dem Vergleichs beispiel 3 keiner Oberflächenbehandlung unterzogen und sie wiesen einen geringen Reibungskoeffizienten auf Eis (m) und eine extrem schlechte Abriebsbeständigkeit auf.

Die obengenannten Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsge mäße Oberflächenbehandlung der Teilchen mit einer hohen Härte extrem wirksam ist sowohl im Hinblick auf das Oberflächenbehandlungsmaterial als auch im Hinblick auf das Oberflächenbehandlungsverfahren zur Verbesserung des Reibungskoeffizienten und der Abriebsbeständigkeit.

Aus den obigen Ergebnissen ist zu ersehen, daß die erfin dungsgemäße Kautschukzusammensetzung, der Teilchen mit ei ner hohen Härte, die unter Anwendung des Wirbelschicht-Be schichtungsverfahrens mit einer Kautschuk-philen Überzugs schicht versehen worden sind, zugemischt worden sind, sowohl ausgezeichnete hohe Reibungseigenschaften als auch eine ausgezeichnete Abriebsbeständigkeit aufweist.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist je doch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlas sen wird.

Claims

1. Kautschukzusammensetzung, in der Teilchen mit einer hohen Härte in einem Kautschukmaterial dispergiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen mit einer hohen Härte unter Anwendung eines Wirbelschicht- Beschichtungsverfahrens mit einer Kautschuk-philen Überzugsschicht versehen sind.

2. Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Teilchen mit einer hohen Härte be stehen aus oder umfassen Teilchen aus Keramikmaterialien, harten Kunststoffen oder Metallen mit einer Vickers-Härte von mehr als 20.

3. Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Teilchen mit einer hohen Härte be stehen aus oder umfassen Teilchen aus Silica, SiO₂ oder Al₂O₃.

4. Kautschukzusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korn größe der Teilchen mit einer hohen Härte in dem Bereich von 0,18 bis 0,84 mm (80 bis 20 mesh) liegt.

5. Kautschukzusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Kautschuk-philen Überzugsschicht um eine Schicht han delt, die einen Klebstoff, ein Kautschukmaterial für einen Klebstoff oder ein Harz enthält oder daraus besteht.

6. Kautschukzusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Überzugsschicht kleiner ist als der Durchmesser der Teilchen mit einer hohen Härte.

7. Kautschukzusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil chen mit einer hohen Härte in einer Menge von 2 bis 20 Vol.-% in der Kautschukzusammensetzung enthalten sind.

8. Verfahren zur Herstellung einer Kautschukzusammenset zung, insbesondere einer solchen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es die fol genden Stufen umfaßt:
Erzeugung einer Kautschuk-philen Überzugsschicht auf der Oberfläche von Teilchen mit einer hohen Härte unter Anwen dung eines Wirbelschicht-Beschichtungsverfahrens und Dispergieren der in der obigen Stufe erhaltenen Teilchen mit einer hohen Härte in einem Kautschukmaterial.