Innovative Materialien helfen Entwicklern, aus Reifen mehr herauszukitzeln

Zuletzt haben im Reifenbau verwendete Rohmaterialien vor allem durch Preissteigerungen von sich reden gemacht. Denn als Folge dessen werden auch die Reifen selbst teurer. Doch nicht auf deren Verkaufspreis wirken sich Kautschuk, Silica, Silane etc. aus – sie beeinflussen nicht zuletzt außerdem ihre Leistungseigenschaften.

Für den Laien sind Reifen einfach nur schwarz und rund. Innerhalb der Branche weiß man jedoch, dass eine Menge an Know-how und Technologie in ihnen steckt – selbst wenn sich das nicht immer in den Preisen widerspiegelt, die sich im Handel mit ihnen erzielen lassen. „Rollwiderstand, Nass- und Trockenhaftung, verbesserte Abriebfestigkeit und gutes Handling zählen in den Augen der Verbraucher zu den Haupteigenschaften eines guten Reifens“, sagt Sandra Hoffman, Global R&D Director Synthetic Rubber bei Trinseo. Der Anbieter von Materiallösungen und Hersteller von Kunststoffen, Latexbindemitteln und Synthesekautschuk gehört daher zu denjenigen Zulieferern der Reifenindustrie, die beständig an Lösungen arbeiten, um Reifen zukünftig noch immer noch ein bisschen besser bzw. leistungsfähiger zu machen. Denn vor allem ihre „inneren Werte“ bieten noch einiges an Potenzial. Bei alldem steht bekanntlich nicht zuletzt die Verringerung der vom Straßenverkehr ausgehenden Emissionen an Kohlendioxid besonders im Fokus angesichts des allgemein befürchteten Klimawandels durch dieses sogenannte Treibhausgas.

Da der Gesetzgeber die Emissionsgrenzwerte für Pkw und Nfz immer weiter heruntergeschraubt sind immer mehr auch energieeffizientere bzw. rollwiderstandsoptimierte und damit Kraftstoff sparende Reifen gefragt

Zumal die seitens des Gesetzgebers vorgegebenen entsprechenden Emissionsgrenzwerte für Pkw und Nutzfahrzeuge immer weiter heruntergeschraubt wurden und wohl auch weiter werden. Vor diesem Hintergrund sind natürlich auch energieeffizientere Fahrzeugkomponenten gefragt bzw. rollwiderstandsoptimierte und damit Kraftstoff einsparende Reifen. Um solche produzieren zu können, stellt Trinseo den Reifenherstellern schon heute entsprechende Kautschukmaterialien zur Verfügung. Doch arbeitet das Unternehmen nach den Worten von Dr. Sven Thiele, R&D Leader Process & Product Development Anionic/Synthetic Rubber bei der Trinseo Deutschland GmbH, freilich weiter an Polymerlösungen für energieeffiziente Sommer- und Winterreifen. Für experimentelle Zwecke seien sie bereits verfügbar, sagt er. „Normalerweise lassen sich diese Typen von leistungsstarken, funktionalisierten S-SBR nur schwer verarbeiten. Deshalb haben wir einen alternativen, hoch funktionalisierten (ölfreien) S-SBR-Typ entwickelt, der gute Extrusionseigenschaften und eine relativ geringe Viskosität der Polymer-Silica-Formulierung vorweist“, erklärt Thiele.

„Da die neuen experimentellen Kautschuktypen von Trinseo auch gute Abnutzungsmerkmale erkennen lassen, erwächst den Verbrauchern vermutlich ein Langzeitnutzen aus den zugehörigen Reifenserien”, meint er. Zudem ist Neodymium-Butadien-Kautschuk (Nd-BR) noch ein weiteres Produkt, das von Trinseo gegenwärtig als Ergänzung zu S-SBR entwickelt wird, um den aktuellen Bedürfnissen des Marktes nachzukommen. „Kohlendioxidemissionen und Kraftstoffeffizienz sind zwei Seiten derselben Medaille, und es besteht ein wachsender Bedarf an Werkstoffen, die zur Kraftstoffeffizienz beitragen. Wir sind der Überzeugung, dass Nd-BR dabei eine wichtige Rolle spielen werden“, erläutert Dr. Malte Wohlfahrt, der als Leader E-SBR/BR Synthetic Rubber R&D bei der Trinseo Deutschland GmbH an der Spitze der Forschungsanstrengungen des Unternehmens zum Anwendungspotenzial von Nd-BR-Kautschuktypen steht. Ergebnisse seiner Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit und Leistung einiger neuer Nd-BR-Typen hat der Zulieferer unlängst auf der Tire Technology Expo vorgestellt. Sie seien „wirklich sehr vielversprechend“, sagt Wohlfahrt.

Im Bemühen, die Kraftstoffeffizienz zukünftiger Profile weiter zu verbessern, ist die Evonik Industries AG ebenfalls nicht untätig geblieben und präsentiert sie mit „Polyvest ST“ eine Weiterentwicklung ihres Portfolios an Kautschukadditiven für Reifenanwendungen. Diese Erweiterung des Silica/Silan-System des Unternehmens und damit der Technologie, die hinter der Herstellung moderner Reifen stecke, habe – so der Essener Konzern – „das Potenzial, den Rollwiderstand von Reifen noch weiter zu senken und so die Umweltbelastung durch die Absenkung des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen deutlich zu reduzieren“. Tests an naturkautschukbasierten Gummimischungen sollen dies gezeigt haben. Lasse sich dank der sogenannten „Green-Tire“-Technologie, die unter anderem gefällte Kieselsäuren und Gummisilane wie Si 69 oder Si 266 aus dem Evonik-Portfolio enthalten, bereits heute der Rollwiderstand im Vergleich zu rußgefüllten Reifen um bis zu 30 Prozent senken, könnten Reifenhersteller ihre Produkte durch die Verbindung der bestehenden Technologie mit „Polyvest ST“ nun noch weiter optimieren, verspricht Dr. Kai-Steffen Krannig aus dem Innovationsmanagement des Unternehmens.

Als Besonderheit der Evonik-Neuentwicklung wird eine noch einmal verbesserte Kompatibilität von Kieselsäure und Kautschuk in Kombination mit Si 69 oder Si 266 herausgestellt. „Damit schreiben wir die erfolgreiche Entwicklung von Kautschukadditiven für die Reifenindustrie fort“, ist er überzeugt. So lasse sich das „magische Dreieck“ zwar nicht überwinden, aber zumindest ausweiten, heißt es weiter. Das hinter diesem Begriff stehende grundlegende Prinzip der Reifenentwicklung besagt bekanntlich, dass die Verbesserung einer der Kerneigenschaften des Reifens – Rollwiderstand, Nasshaftung und Abriebbeständigkeit – stets auf Kosten mindestens einer der anderen Eigenschaften geht. Evonik zufolge lassen sich mit der Neuentwicklung des Konzerns bestehende Zielkonflikte bezüglich dieser Leistungsparameter insofern also nach wie vor nicht auflösen, aber zumindest seien Kompromisse auf einem höheren Niveau realisierbar. Und Krannig ist optimistisch, dass durch geschickte Formulierung noch weitere Verbesserungen möglich sind.

Mit Solvays „Premium SW“ soll sich eine deutliche Verringerung des Rollwiderstandes von Reifen erzielen lassen bei einer gleichzeitigen Verlängerung ihrer Haltbarkeit

Durch die Kombination von „Ultrasil“-Silica und Silanen von Evonik lasse sich mit „grünen“ Reifen aus S-SBR-Kautschuk und samt Anwendung der Silica-/Silan-Technologie schon heute der Kraftstoffverbrauch entsprechend bereifter Fahrzeuge um fünf Prozent senken bzw. der Kohlendioxidausstoß von ihnen reduzieren, so das Unternehmen mit Blick auf interne Untersuchungen dazu. Denn Evonik hat sich demnach die Mühe gemacht, den Umweltbeitrag von Laufflächen „grüner“ Reifen aus Silica, Silan und S-SBR mit denen aus E-SBR mit Ruß als Füllstoff zu vergleichen: Und zwar nicht nur während der Nutzung, sondern „von der Wiege bis zur Bahre“, wie man selbst sagt. Aufgestellt wurde also eine umfassende Ökobilanz von der Herstellung der für sie benötigten Rohstoffe bis zum Produktlebensende der Reifen. In der Studie seien Wirkungskategorien wie das Treibhauspotenzial, das fotochemische Ozonbildungspotenzial und der Primärenergiebedarf untersucht worden, heißt es weiter.

Die definierte Funktionseinheit dabei ist die Nutzung von Silica, Silan und S-SBR in den Laufflächen von Pkw-Reifen über eine Fahrstrecke von 150.000 Kilometern gewesen. Zusätzlich hat Evonik eigenen Worten zufolge eine Sensitivitätsanalyse mit dem Benzinverbrauch bzw. der Kraftstoffeinsparung und der Lebensdauer als Parametern durchgeführt. Laut der Studie sollen die Emissionen und Umweltauswirkungen im Basisszenario durch die Silica-/Silan-Technologie in „grünen“ Reifen in jeder der als relevant betrachteten analysierten Wirkungskategorien erheblich verringert werden können. „So kann das Treibhauspotenzial während des gesamten Lebenszyklus um insgesamt 4,9 Prozent gesenkt werden. Durch die Verwendung von Silica, Silan und S-SBR anstelle von Ruß und E-SBR können über eine Fahrstrecke von 150.000 Kilometern Emissionen von bis zu 1,4 Tonnen Kohlendioxidäquivalenten vermieden werden“, so das Unternehmen.

Da das Thema Kraftstoffeinsparungen/Kohlendioxidemissionen innerhalb der Automobilbranche ein ganz heißes ist, verwundert nicht, dass auch andere Zulieferer der Reifenindustrie daran arbeiten, wie Reifen noch effizienter gemacht werden können. Zum Portfolio des Geschäftsbereiches Tire & Specialty Rubbers (TSR) von Arlanxeo gehören beispielsweise ebenso Kautschuke hauptsächlich für Anwendungen in der Reifenproduktion, die in den Innenlinern (den luftundurchlässigen Reifenschichten) sowie den Laufflächen, den Seitenwänden und sonstigen Reifenkomponenten eingesetzt werden. Vor Kurzem erst hat man zwei neue kommerziell verfügbare Lösungs-Styrol-Butadien-Kautschuke (S-SBR) der ersten bzw. zweiten Generation der Funktionalisierungstechnologien vorgestellt: „Buna FX 3234A-2“ und „Buna FX 5000“.

Hinter ersterer Variante verbirgt sich nach Unternehmensaussagen ein Hoch-Styrol-S-SBR mit funktionellen Gruppen, die dazu dienen, durch Interaktion mit Kieselsäure-Füllstoffen den Rollwiderstand bei Pkw-Reifenlaufflächen zu verringern. Es enthält Arlanxeo zufolge 37,5 phr TDAE-Öl und wurde insbesondere für Hochleistungssommerreifen konzipiert. „Buna FX 5000“ wird als Hoch-Vinyl-S-SBR mit der zweiten Generation an Funktionalisierungstechnologie des Anbieters beschrieben, das ebenfalls mit Kieselsäure-Füllstoffen interagiert und mit dem sich dank eines geringeren Rollwiderstandes der Kraftstoffverbrauch senken lässt. Dieses Produkt werde mit nur sieben phr TDAE-Öl verstreckt, was Compoundern die „Möglichkeit bietet, den Rollwiderstand durch Verringerung der Füllstoffanteile weiter zu optimieren“. Aufgrund einer Verringerung der dynamischen Steifigkeit bei niedrigen Temperaturen infolge eines verminderten Payne-Effekts, der durch die verbesserten Wechselwirkungen zwischen Polymer und Füllstoff begünstigt wird, soll „Buna FX 5000“ vor allem auch im Zusammenhang mit Ganzjahresreifen von Interesse sein.

Auch bei Solvay arbeitet man an entsprechenden Lösungen, und mit „Premium SW“ ist dem Unternehmen nach eigenen Angaben im Bereich hochdispergierenden Silicas ein Durchbruch gelungen. Damit sollen sich aber nicht nur die Leistungen von Pkw-, sondern genauso die von Lkw-Reifen verbessern lassen. Mit Blick auf Ultra-High-Performance-Reifen für das Pkw-Segment wird jedenfalls eine Verminderung des Rollwiderstandes um bis zu 25 Prozent bei Einsatz des Materials versprochen. Gleichzeitig verlängere sich die Haltbarkeit der mit „Premium SW“ in der Lauffläche hergestellten „Ökoreifen“ um 15 Prozent. Mit Blick auf Lkw-Reifen ist sogar von einer bis 30-prozentigen Verringerung des Rollwiderstandes die Rede bei unveränderter Haltbarkeit. „‚Premium SW‘ ist ein Durchbruch, der auf Solvays Innovationspipeline im Bereich Silica fußt. Es demonstriert unser Streben nach höherer Leistung bei der Technologie für kraftstoffeffiziente Reifen unserer Kunden. Wir tragen so wesentlich zu einer global nachhaltigeren Mobilität bei“, meint An Nuyttens, Präsident der Geschäftseinheit Silica Global bei Solvay.

Also selbst wenn alle Reifen von außen betrachtet nach wie vor natürlich vor allem schwarz und rund sind, so können die unterschiedlichen Ingredenzien beispielsweise für ihre Laufflächenmischung doch für erhebliche Leistungsunterschiede sorgen. Und dass hier noch nicht das Ende der Fahnenstange erreicht ist, wird von den Innovationen solcher Zulieferer der Reifenindustrie wie Arlanxeo, Evonik, Solvay oder Trinseo anschaulich belegt. cs/christian.marx@reifenpresse.de