DE60225624T2 - Luftreifen enthaltend ein Stahlseil zur Verstärkung von Gummi und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen, welcher einen Kautschuk verstärkenden Stahlcord enthält, bei dem in dem auf eine Oberfläche eines mit Kupfer enthaltendem Metall plattierten Stahldrahtes aufzubringenden Öl eine Kobaltverbindung enthalten ist, um die Zersetzung des Kautschuks zu verhindern, während die Haftung mit dem Kautschuk beibehalten wird, und, um die Lebensdauer des Reifens bei einer gleichzeitigen Verringerung der Kosten zu verbessern, sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
- Beschreibung des Standes der Technik
- Ein Stahlcord, welcher zur Verstärkung eines Kautschukprodukts, wie beispielsweise eines Reifens, eingesetzt wird, muss eine gute Haftung mit dem Kautschuk aufweisen, um mit dem Kautschuk einen Verbundstoff auszubilden. Es sind verschiedene Techniken offenbart worden, um eine ausreichende Haftung zwischen dem Stahlcord und dem Kautschuk zu erreichen.
- Beispielsweise offenbart die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-49786 - Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. 1-153783 - Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-11637 - Durch die zuvor beschriebenen Techniken war es allerdings schwierig, eine gute Haftung zwischen dem Kautschuk und dem Stahlcord sicherzustellen und unter Verwendung des Stahlcords einen ökonomischen Reifen zu liefern.
- Aus diesem Grund ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Oberfläche des Stahlcords mit Messing plattiert wird, während zu der Kautschukzusammensetzung ein Kobaltsalz oder dergleichen als ein Haftungshilfsmittel zugegeben wird und die beiden miteinander verklebt werden.
- Der Stahlcord mit der Messingplattierung weist allerdings Probleme auf, wie beispielsweise an der Oberfläche des Stahlcords während des Transports oder während der Herstellungsschritte der Reifen angesammelten Rost und die Verringerung der Haftung mit dem Kautschuk, welche aus der Oxidation und Alterung der plattierten Oberfläche resultieren.
- Die Zugabe einer Kobaltverbindung zu Kautschuk ist deshalb nachteilhaft, weil sich die Molekülkette des Kautschuks in dem unvulkanisierten Zustand möglicherweise zersetzen kann und die Kosten der Zugabe extrem hoch sind.
- Die
EP 1 243 692 A2 , welche Stand der Technik nach Art. 54 (3) EPÜ ist, offenbart ein Verfahren zum Behandeln eines Metallcords umfassend das Kontaktieren des Metallcords mit einem naphthenischen Öl, das zwischen 1 und 53 Gewichtsprozent eines löslichen Kobaltsalzes enthält. - Die
EP 0 137 986 A1 betrifft ein Verfahren zum Verbessern der Metallhaftung zwischen einer vulkanisierbaren Kautschukzusammensetzung und Messing- oder mit Messing plattierten Metallverstärkungselementen umfassend die Schritte des Aufbringens eines haftungsfördernden Additivs auf die Oberfläche wenigstens einer der vulkanisierbaren Kautschukzusammensetzung oder der Messing- oder mit Messing plattierten Metallverstärkungselemente, Kontaktieren des vulkanisierbaren Kautschuks mit den Messing- oder den mit Messing plattierten Metallverstärkungselementen mit dem haftungsfördernden Additiv dazwischen und daran anschließend das Aushärten des Kautschuks. - Die
US 5,221,559 offenbart ein Verfahren zum Behandeln einer Verstärkung, wie beispielsweise einer aus mit Messing plattiertem Stahl hergestellten Verstärkung, um ihre Haftung mit einer Zusammensetzung auf Basis von vulkanisiertem Kautschuk zu verbessern, umfassend den Schritt des Platzierens der Oberfläche der Verstärkung in Kontakt mit einer wasserfreien Lösung aus wenigstens einem Element aus der Gruppe bestehend aus Kobaltverbindungen, Nickelverbindungen und Verbindungen aus beiden in wenigstens einem organischen Lösungsmittel, welches eine oder mehrere Hydroxylgruppen enthält. - Die
WO 99/55809 - Die
JP 62-078,291 - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Luftreifens, welcher einen Stahlcord mit einer verbesserten Haftung an Kautschuk enthält, und die Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens für den Stahlcord.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Kautschuk verstärkende Stahlcord des Luftreifens einen Stahldraht auf, welcher mit Kupfer enthaltendem Metall plattiert ist und auf seiner Oberfläche aufgebracht Naphthenprozessöl oder aromatisches Prozessöl als Mineralöl, welches eine Kobaltverbindung enthält, aufweist, wobei die Konzentration der Kobaltverbindung in dem Mineralöl 0,3 bis 10,0 Massenprozent beträgt.
- In dem Kautschuk verstärkenden Stahlcord gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Öl Mineralöl, nämlich Naphthenprozessöl oder aromatisches Prozessöl.
- Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Kautschuk verstärkenden Stahlcords bereit, welches einen Aufbringungsschritt des Aufbringens von Naphthenprozessöl oder aromatischem Prozessöl als Mineralöl, das eine Kobaltverbindung enthält, auf einen mit Kupfer enthaltendem Metall plattierten Stahldraht, wobei die Konzentration der Kupferverbindung in dem Mineralöl 0,3 bis 10,0 Massenprozent beträgt, und den Schritt des Verdrillens der Stahldrähte umfasst.
- Die vorgenannten und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen, offensichtlicher.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die
1 ist eine Querschnittsansicht eines Stahldrahts gemäß der vorliegenden Erfindung. - Die
2 ist eine Querschnittsansicht eines Stahlcords gemäß der vorliegenden Erfindung. - Die
3 ist eine Darstellung, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlcords gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Der Kautschuk verstärkende Stahlcord gemäß der vorliegenden Erfindung enthält als eine Komponente einen Stahldraht, welcher mit Kupfer enthaltendem Metall plattiert ist und auf seiner Oberfläche mit Mineralöl beschichtet ist, welches eine Kobaltverbindung enthält. Als die Kupfer enthaltende Metallplattierung ist eine Kupfer und Zink enthaltende Messingplattierung bevorzugt. Die Plattierung ist allerdings nicht hierauf beschränkt und Nickel, Kobalt oder dergleichen können als anderes mögliches Metall betrachtet werden. Die Erfinder haben herausgefunden, dass, wenn eine Mineralölschicht, welche eine Kobaltverbindung enthält, auf einer Oberfläche eines Stahldrahts vorgesehen ist, welcher mit Kupfer enthaltendem Metall plattiert ist, und die so hergestellten Stahldrähte verdrillt werden, um einen Stahlcord herzustellen, zufrieden stellende Haftungseigenschaften zwischen dem Stahlcord und dem Kautschuk sichergestellt werden können und die Verwendungsmenge von teurer Kobaltverbindung verringert werden kann. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf dieser Erkenntnis gemacht.
- Als die Kobaltverbindung kann vorzugsweise ein Kobaltsalz von organischen Säuren, wie beispielsweise Kobaltstearat, Kobaltnaphthenat, Kobaltoleat, Kobaltlinoleat oder Kobaltharz, eingesetzt werden. Das Kobaltsalz der organischen Säure weist eine gute Affinität mit Öl und Kautschuk auf und stellt eine gute Haftung zwischen dem Stahlcord und dem Kautschuk sicher.
- Als Kautschuk kann hier Kautschuk vom Dientyp eingesetzt werden. Insbesondere können vorzugsweise Naturkautschuk, Polyisoprenkautschuk, Butadienkautschuk und Styrolbutadiencopolymerkautschuk geeigneterweise eingesetzt werden. Es ist ebenfalls möglich, wenn dies erforderlich ist, ein Additiv einzuführen, wie beispielsweise Ruß, Silika, Kalziumcarbonat, Prozessöl, Schwefel, Vulkanisationsbeschleuniger oder ein Antioxidationsmittel.
- Als das Öl wird ein Mineralöl als Kobaltverbindung enthaltendes Medium eingesetzt, weil das Mineralöl eine gute Affinität zu Kautschuk aufweist. Als Mineralöl wird Naphthenprozessöl oder aromatisches Prozessöl eingesetzt.
- Die Konzentration der Kobaltverbindung in dem Öl beträgt 0,3 bis 10 Massen-%. Wenn die Konzentration der Kobaltverbindung weniger als 0,3 Massen-% beträgt, wird die Haftungsstärke zwischen dem Stahlcord und dem Kautschuk gering, und, wenn die Konzentration der Kobaltverbindung 10 Massen-% überschreitet, erhöhen sich die Herstellungskosten, weil die Menge an Kobaltverbindung erhöht ist.
- Die
1 ist eine Querschnittsansicht eines Stahldrahtes, welcher den Kautschuk verstärkenden Stahlcord gemäß der vorliegenden Erfindung ausbildet. Auf der äußeren Umfangsfläche des Stahldrahts1 ist eine Ölschicht2 vorgesehen. - Die
2 zeigt eine Querschnittsansicht des Kautschuk verstärkenden Stahlcords gemäß der vorliegenden Erfindung. Drei Stahldrähte1 sind verdrillt, um einen Kautschuk verstärkenden Stahlcord10 auszubilden. Die Anzahl der zu verdrillenden Stahldrähte1 ist nicht auf drei beschränkt. - Das Herstellungsverfahren für einen Kautschuk verstärkenden Stahl gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Aufbringungsschritt des Aufbringens von Mineralöl, welches eine Kobaltverbindung enthält, auf einem Stahldraht, welcher mit Kupfer enthaltendem Metall plattiert ist, und den Schritt des Verdrillens der so hergestellten Stahldrähte.
- Bei dem Aufbringungsschritt wird ein eine Kobaltverbindung enthaltendes Mineralöl auf wenigstens einen Stahldraht aufgebracht. Insbesondere wird das Mineralöl im Allgemeinen vor dem Verdrillen des Stahlcords auf wenigstens einen der Stahldrähte aufgebracht, um die Bearbeitbarkeit beim Verdrillen zu verbessern. Die Kobaltverbindung wird hier dem Öl zugegeben und das die Kobaltverbindung enthaltende Öl wird auf den Stahldraht aufgebracht.
- Die
3 illustriert das Herstellungsverfahren für den Kautschuk verstärkenden Stahlcord gemäß der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Erfindung bezeichnet Stahlcord einen Cord, welcher durch Verdrillen von Stahldrähten geschaffen wird. Es gibt drei Zuführungswalzen4 , auf denen jeweils ein Stahldraht vorgesehen ist. An einer Durchgangslinie A von der Zuführungsrolle4 zu einer Trommel5 wird auf wenigstens einen Stahldraht ein eine Kobaltverbindung enthaltendes Mineralöl aufgebracht. An der Trommel5 werden drei Stahldrähte miteinander verdrillt, um den Stahlcord auszubilden. Daran anschließend passiert der Stahlcord durch die Trommeln6 ,7 und8 und wird durch eine Aufnahmetrommel9 aufgenommen. - Als Verfahren zum Aufbringen von einer Kobaltverbindung enthaltendem Mineralöl auf einen Stahldraht können Eintauchen, Sprühen oder Verteilen verwendet werden. Das Öl kann aufgebracht werden, nachdem die Stahldrähte miteinander verdrillt sind.
- In dem Luftreifen gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kautschuk verstärkende Stahlcord als ein Verstärkungselement eingesetzt. Der Kau tschuk verstärkende Stahlcord kann als jedes Teilstück eingesetzt werden, wo das Verstärkungselement verwendet wird. Beispielsweise kann dieses für eine Karkasse, für eine Bandschicht oder für eine Gürtelschicht eingesetzt werden.
- Beispiele
- (Beispiel 1)
- Ein Stahldraht, welcher so gezogen worden ist, dass dieser einen Durchmesser von 0,27 mm aufwies, wurde mit 63 Massen-% Kupfer und 37 Massen-% Zink enthaltendem Messing plattiert und es wurde darauf ein 0,6 Massen-% Kobaltnaphthenat enthaltendes Mineralöl gesprüht. Dann wurden drei so hergestellte Stahldrähte miteinander verdrillt und es wurde ein Stahlcord hergestellt. Als das Mineralöl wurde von Sanoil Corporation vertriebenes SANSEN 310 eingesetzt.
- Als Beschichtungskautschuk für den Stahlcord wurde eine Kautschukzusammensetzung, welche die in der Tabelle 1 aufgeführten Additive enthielt, eingesetzt.
- Tabelle 1
Zugegebene Mittel Massenteile Naturkautschuk (NR) 100 Ruß (HAF) 60 Weißer Zink 8 Antioxidationsmittel (*1) 2 Mineralöl 2 Vulkanisationsbeschleuniger (*2) 1 Schwefel 5 Kobaltnaphthenat 0 - *1: 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydrochinolincopolymer
- *2: DZ: N,N'-Dicyclohexyl-2-benzothiazolylsulfenamid
- Der Stahlcord wurde mit der zuvor genannten Kautschukzusammensetzung beschichtet und bei einer Temperatur von 165°C für 18 Minuten vulkanisiert, um eine Probe für die Haftung bei feuchter Hitze auszubilden. Daran anschließend wurde die so ausgebildete Probe für die Haftung bei feuchter Hitze bei 80°C in einem Ofen mit einer relativen Feuchtigkeit von 95% für 120 Stunden belassen und es wurde ein Abziehtest durchgeführt. Der Abziehtest wurde auch durchgeführt, nachdem die hergestellte Probe für Haftung bei feuchter Hitze für 0 Stunden belassen wurde.
- Die Ergebnisse der Abziehuntersuchung werden als Zahlenwerte bis auf die zehnte Stelle gemäß dem nachfolgenden Evaluierungsverfahren wiedergegeben:
- 5 Vollständig mit Kautschuk beschichtet und es ist keine plattierte Oberfläche des Stahlcords sichtbar
- 4 es sind 3 bis 6 Abschnitte der plattierten Oberfläche des Stahlcords sichtbar
- 3 es sind 13 bis 20 Abschnitte der plattierten Oberfläche des Stahlcords sichtbar
- 2 es sind 13 oder mehr Abschnitte der plattierten Oberfläche des Stahlcords sichtbar, wohingegen wenigstens 60% des Gesamtkörpers mit Kautschuk beschichtet sind
- 1 es sind weniger als 30% des Stahlcords mit Kautschuk beschichtet
- Das Ergebnis des Abziehtests gemäß dem Beispiel 1 ist in der Tabelle 3 dargestellt.
- (Beispiel 2)
- Das Beispiel 2 wurde unter derselben Bedingung wie das Beispiel 1 hergestellt, ausgenommen, dass Mineralöl, welches 1,0 Massen-% Kobaltnaphthenat enthielt, auf den Stahlcord gesprüht wurde. Das Ergebnis des Abziehtests gemäß dem Beispiel 2 ist in der Tabelle 3 gezeigt.
- (Vergleichsbeispiel 1)
- Das Vergleichsbeispiel 1 wurde unter derselben Bedingung wie das Beispiel 1 hergestellt, ausgenommen, dass kein Kobaltnaphthenat enthaltendes Mineralöl auf den Stahlcord aufgesprüht wurde, und die in der untenstehenden Tabelle 2 aufgeführten Additive enthaltender Kautschuk als an dem Stahlcord zu befestigende Kautschukzusammensetzungen eingesetzt wurden. Das Ergebnis des Abziehtests des Vergleichsbeispiels 1 ist ebenfalls in der Tabelle 3 dargestellt.
- Tabelle 2
Zugegebene Mittel Massenteile Naturkautschuk (NR) 100 Ruß (HAF) 60 Weißer Zink 8 Antioxidationsmittel (*1) 2 Mineralöl 2 Vulkanisationsbeschleuniger (*2) 1 Schwefel 5 Kobaltnaphthenat 1 - Der wie in dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellte Stahlcord wurde in den in der Tabelle 1 gezeigten Kautschuk eingebettet und es wurde eine Gürtelschicht hergestellt. Gleichermaßen wurde der wie in dem Beispiel 2 hergestellte Stahlcord mit der in der Tabelle 1 gezeigten Kautschukzusammensetzung beschichtet und es wurde eine Gürtelschicht hergestellt.
- Unter Verwendung der jeweiligen Gürtelschichten wurden Reifenproben geformt und es wurde die Hochgeschwindigkeitslauflebensdauer der Reifen evaluiert. Die Bedingungen zum Formen der Reifenproben waren wie folgt:
Karkasse: eine Lage von 1670 dtex/2 Polyester (50 Enden)
Cordwinkel mit Bezug zu der Umfangsrichtung: 90°
Gürtelschicht: 2 Stahlcorde (40 Enden)
Cordwinkel mit Bezug zu der Umfangsrichtung: +20°, –20°
Reifengröße: 195/65R15. - "Enden" bezieht sich hier auf die Anzahl der eingebetteten Corde für jede 5 cm der Lage.
- Der Hochgeschwindigkeitslauflebensdauertest wurde unter den nachfolgenden Bedingungen durchgeführt. Es wurde ein Prüftestgerät eingesetzt, die Umgebungstemperatur wurde auf 25 ± 5°C eingestellt, die Reifenproben wurden auf Felgen aufgebracht und die Laufgeschwindigkeit wurde ausgehend von 170 km/Std. alle 10 Minuten schrittweise um 10 km/Std. mit einem Innendruck von 280 kPa und einer Last von 492 kgf erhöht und das Laufen wurde fortgesetzt, bis der Reifen durchgefallen war. Die Laufentfernung, bis ein Fehler auftrat, wurde als ein Index angegeben, wobei das Vergleichsbeispiel 1 die Referenz mit 100 ist. Ein größerer Indexwert bedeutet eine bessere Hochgeschwindigkeitslauflebensdauer. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
Vergleichsbeispiel 1 Beispiel 1 Beispiel 2 Gürtelschicht Durchmesser des Stahldrahts (mm) 0,27 0,27 0,27 Verdrillter Stahlcord 1 × 3 × 0,27 1 × 3 × 0,27 1 × 3 × 0,27 Menge an Kobaltnaphthenat in dem Öl (Massen-%) 0 0,6 1 Menge an Kobaltnaphthenat in der Kautschukmischung (Massen-%) 0,56 0 0 Physikalische Eigenschaft Ergebnis des Abziehtests (80°C – relative Feuchtigkeit von 95%, 0 Stunden) 4,3 4,4 4,5 Ergebnis des Abziehtests (80°C – relative Feuchtigkeit von 95%, 120 Stunden) 3,6 3,7 3,9 Ergebnis des Hochgeschwindigkeitslauflebensdauertests 100 - 103 - Aus den Ergebnissen des Abziehtests wird verstanden, dass der Kautschuk verstärkende Stahlcord gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Haftung zu Kautschuk aufweist. Aus den Ergebnissen des Hochgeschwindigkeitslauflebensdauertests wurde herausgefunden, dass der Luftreifen unter Verwendung des Kautschuk verstärkenden Stahlcords der vorliegenden Erfindung eine bessere Lebensdauer aufweist. In der Tabelle 3 bezeichnet ein verdrillter Stahlcord von 1 × 3 × 0,27 einen Stahlcord, welcher durch Verdrillen von drei Stahldrähten mit einem Durchmesser von jeweils 0,27 mm hergestellt worden ist.
- Der Stahlcord gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine einzigartige Struktur auf, welche durch Verdrillen von Stahldrähten ausgebildet wird, welche jeweils mit einem Kupfer enthaltenden Metall plattiert sind und deren Oberfläche mit einem, eine Kobaltverbindung enthaltenden Öl beschichtet sind. Durch solch eine Struktur wird die Haftung mit dem Kautschuk verbessert. Ferner ist der Luftreifen unter Verwendung des Stahlcords gemäß der vorliegenden Erfindung ökonomisch und weist eine bessere Lebensdauer auf.
- Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert worden ist, wird klar verstanden werden, dass dieselbe lediglich als Illustration und Beispiel gedacht ist und nicht zum Zwecke der Beschränkung gedacht ist und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung lediglich durch die beigefügten Patentansprüche beschränkt wird.
Claims (4)
- Luftreifen, welcher als ein Verstärkungselement einen Kautsuchuk verstärkenden Stahlcord (
10 ) enthält, der verdrillte Stahldrähte (1 ) umfasst, welche mit Kupfer enthaltendem Metall plattiert sind und welche auf ihrer Oberfläche als Mineralöl (2 ) aufgebrachtes Naphthenprozessöl oder aromatisches Prozessöl, welches eine Kobaltverbindung enthält, aufweisen, wobei die Konzentration der Kobaltverbindung in dem Mineralöl (2 ) 0,3 bis 10,0 Massenprozent beträgt. - Luftreifen nach Anspruch 1, wobei die Kobaltverbindung aus der aus Kobaltstearat, Kobaltnaphthenat, Kobaltoleat, Kobaltlinoleat und Kobaltharz bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
- Verfahren zur Herstellung eines Kautschuk verstärkenden Stahlcords (
10 ) umfassend einen Aufbringungsschritt des Aufbringens von Naphthenprozessöl oder von aromatischem Prozessöl als Mineralöl (2 ), welches eine Kobaltverbindung enthält, auf einen mit Kupfer enthaltendem Metall plattierten Stahldraht (1 ), wobei die Konzentration der Kobaltverbindung in dem Mineralöl (2 ) 0,3 bis 10,0 Massenprozent beträgt, und einen Schritt des Verdrillens der so hergestellten Stahldrähte (1 ). - Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kobaltverbindung aus der aus Kobaltstearat, Kobaltnaphthenat, Kobaltoleat, Kobaltlinoleat und Kobaltharz bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
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