DE102019200555A1 - Reinforcement layer for objects made of elastomeric material, preferably for pneumatic vehicle tires, and pneumatic vehicle tires - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine gummierte Verstärkungslage für Gegenstände aus elastomerem Material, vorzugsweise für Fahrzeugluftreifen, wobei die Verstärkungslage eine Vielzahl an parallelen und beabstandet zueinander angeordneten Festigkeitsträgern aufweist, wobei jeder Festigkeitsträger ein Cord ist, welcher aus wenigstens zwei verdrehten Multifilamentgarnen endverdreht ist, wobei zumindest eines der Multifilamentgarne Polyamid 6-Filamente enthält und wobei die Multifilamentgarne einen Garntiter (Feinheit) ≤ 1680 dtex aufweisen, Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrzeugluftreifen, enthaltend diese Verstärkungslage.Für eine Optimierung des Wärmeaufbaus und der Haltbarkeit weist der Cord in der Verstärkungslage eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von ≥ 70 cN/tex gemäß ASTM D885-16 auf.The invention relates to a rubberized reinforcement layer for objects made of elastomeric material, preferably for pneumatic vehicle tires, the reinforcement layer having a multiplicity of parallel reinforcement members spaced apart from one another, each reinforcement member being a cord which is twisted from at least two twisted multifilament yarns, at least one of which Multifilament yarns contains polyamide 6 filaments and the multifilament yarns have a yarn titer (fineness) ≤ 1680 dtex. The invention further relates to a pneumatic vehicle tire containing this reinforcement layer. For an optimization of the heat build-up and durability, the cord in the reinforcement layer has a fineness-related maximum tensile force of ≥ 70 cN / tex according to ASTM D885-16.
Description
Die Erfindung betrifft eine gummierte Verstärkungslage für Gegenstände aus elastomerem Material, vorzugsweise für Fahrzeugluftreifen, wobei die Verstärkungslage eine Vielzahl an parallelen und beabstandet zueinander angeordneten Festigkeitsträgern aufweist, wobei jeder Festigkeitsträger ein Cord ist, welcher aus wenigstens zwei verdrehten Multifilamentgarnen endverdreht ist, wobei zumindest eines der Multifilamentgarne Polyamid 6-Filamente enthält und wobei die Multifilamentgarne einen Garntiter (Feinheit) ≤ 1680 dtex aufweisen, Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrzeugluftreifen, enthaltend diese Verstärkungslage.The invention relates to a rubberized reinforcement layer for objects made of elastomeric material, preferably for pneumatic vehicle tires, the reinforcement layer having a multiplicity of parallel reinforcement members spaced apart from one another, each reinforcement member being a cord which is twisted from at least two twisted multifilament yarns, at least one of which Multifilament yarns contains polyamide 6 filaments and the multifilament yarns have a yarn titer (fineness) ≤ 1680 dtex. The invention further relates to a pneumatic vehicle tire containing this reinforcement layer.
Verstärkungslagen für Gegenstände aus elastomerem Material wie beispielsweise technische Gummiprodukte und Fahrzeugluftreifen haben größte Bedeutung und sind dem Fachmann im Allgemeinen bekannt. Die Verstärkungslagen weisen eine Vielzahl an verstärkenden, fadenförmigen Elementen, den sogenannten Festigkeitsträgern, auf. Diese sind vollständig in elastomeres Material eingebettet. Die Festigkeitsträger dieser Verstärkungslagen weisen beispielsweise die Form von Geweben oder kalandrierten, endlos gespulten Festigkeitsträgern auf.Reinforcement layers for objects made of elastomeric material, such as technical rubber products and pneumatic vehicle tires, are extremely important and are generally known to the person skilled in the art. The reinforcement layers have a large number of reinforcing, thread-like elements, the so-called strength members. These are completely embedded in elastomeric material. The reinforcements of these reinforcement layers have, for example, the form of woven fabrics or calendered, endlessly wound reinforcements.
Die gummierten Verstärkungslagen geeigneter Größe und Ausbildung werden mit weiteren Bauteilen zusammengefügt, um ein technisches Gummiprodukt oder einen Fahrzeugluftreifen zu bilden. Dabei verstärken die gummierten Verstärkungslagen das betreffende Produkt.The rubberized reinforcement layers of a suitable size and design are joined together with other components to form a technical rubber product or a pneumatic vehicle tire. The rubberized reinforcement layers reinforce the product in question.
Als Festigkeitsträger für die Verstärkungslagen von Gummiprodukten können unterschiedlichste Materialien eingesetzt werden. Bekannt sind z. B. Festigkeitsträger aus Stahl oder textile Festigkeitsträger. Als textile Festigkeitsträger kommen in der Gummiindustrie z. B. Festigkeitsträger aus Polyamid, Rayon oder Polyester zum Einsatz.A wide variety of materials can be used as reinforcement for the reinforcement layers of rubber products. Are known for. B. steel reinforcement or textile reinforcement. As textile reinforcements in the rubber industry, for. B. reinforcements made of polyamide, rayon or polyester are used.
Unter „Multifilamentgarn“ ist im Rahmen dieser Anmeldung ein Multifilamentgarn zu verstehen, welches verdreht ist und somit als Festigkeitsträger die Konstruktion x1 aufweist und welches den Prozess der Heißverstreckung incl. Imprägnierung bereits durchlaufen hat.
Ein Cord besteht im Rahmen dieser Anmeldung aus wenigstens 2 miteinander verdrehten Multifilamentgarnen.In the context of this application, “multifilament yarn” is to be understood as a multifilament yarn which is twisted and thus has the construction x1 as a reinforcement and which has already undergone the process of hot drawing, including impregnation.
Within the scope of this application, a cord consists of at least 2 multifilament yarns twisted together.
Bei Fahrzeugluftreifen werden Corde als Festigkeitsträger beispielsweise im Wulstbereich, als Karkassmaterial, für Gürtellagen und in der Gürtelbandage eingesetzt, wobei als Material für die textilen Festigkeitsträger sowohl Rayon und Polyamide sowie unterschiedliche Polyestertypen zum Einsatz kommen.In pneumatic vehicle tires, cords are used as reinforcements, for example in the bead area, as carcass material, for belt plies and in the belt bandage, with rayon and polyamides and different types of polyester being used as the materials for the textile reinforcements.
Aus der
Auch Polyamid 6-Garne (Polycaprolactam-Garne) sind als Festigkeitsträger in Gummiprodukten einsetzbar, allerdings haben diese Garne für eine ausreichende Festigkeit oft einen relativ großen Durchmesser. Das hat beim Einsatz in Reifenbauteilen den Nachteil, dass die kalandrierte Lagenstärke im Reifen erhöht ist. Dies führt wiederum zu einem größeren Wärmeaufbau im Fahrbetrieb des Reifens, wenn diese Lagen Walkkräften ausgesetzt sind. Durch diesen Wärmeaufbau kommt es zu Einbußen im Hochgeschwindigkeitsverhalten (high speed performance) und im Rollwiderstand. Verwendet man Garne mit einem kleineren Durchmesser, kann man für eine höhere Festigkeit auch die Anzahl der Corde innerhalb der Verstärkungslagen erhöhen, dadurch können sich aber Haltbarkeitsprobleme ergeben, da die lokale Belastung im Gummi zwischen den Corden zu hoch wird.Polyamide 6 yarns (polycaprolactam yarns) can also be used as reinforcements in rubber products, but these yarns often have a relatively large diameter for sufficient strength. When used in tire components, this has the disadvantage that the calendered layer thickness in the tire is increased. This in turn leads to a greater build-up of heat when the tire is in operation when these layers are exposed to flexing forces. This heat build-up leads to losses in high speed performance and rolling resistance. If yarns with a smaller diameter are used, the number of cords within the reinforcement layers can also be increased for higher strength, but this can lead to problems with durability, since the local load in the rubber between the cords becomes too high.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gummierte Verstärkungslage bereit zu stellen, die bei ausreichender Festigkeit hinsichtlich ihres Wärmeaufbaus und der Haltbarkeit in den resultierenden Gummiprodukten weiter optimiert ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, einen Fahrzeugluftreifen bereitzustellen, der eine vorgenannte Verstärkungslage aufweist und welcher einen verbesserten Rollwiderstand aufweist.The invention has for its object to provide a rubberized reinforcement layer which is further optimized with sufficient strength in terms of its heat build-up and durability in the resulting rubber products. It is also the object of the invention to provide a pneumatic vehicle tire which has a aforementioned reinforcement layer and which has an improved rolling resistance.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Cord in der eingangs beschriebenen Verstärkungslage eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von ≥ 70 cN/tex gemäß ASTM D885-16 aufweist.The object is achieved in that the cord in the reinforcement layer described at the outset has a fineness-related maximum tensile force of ≥ 70 cN / tex in accordance with ASTM D885-16.
Es lassen sich mit Corden mit der genannten Höchstzugkraft gummierte Verstärkungslagen erzeugen, die trotz eines sehr kleinen Durchmessers der Corde eine hohe Gesamtfestigkeit aufweisen. Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung des Wärmeaufbaus in den mit diesen Verstärkungslagen erzeugten Gummiprodukten. Durch die noch dünneren Corde kann die Menge an Gummierungsmaterial weiter reduziert werden. Neben der Einsparung von Materialkosten resultiert dies in einer dünneren Gummierungslage, die beispielsweise bei Einsatz als Karkasslage in Fahrzeugluftreifen zu einer Gewichtreduzierung und deutlich geringerem Wärmeaufbau bei Walk- und Fliehkrafteinwirkung führt. Letzteres wirkt sich positiv auf den Rollwiderstand und das Hochgeschwindigkeitsverhalten aus. Zudem kann mit diesen Festigkeitsträgerlagen mit geringerer Cordfadendichte eine gleiche Belastbarkeit bei besserer Haltbarkeit erzielt werden. Die Corde liegen dann nicht so dicht und verringern dadurch die Belastung des Gummimaterials zwischen den Corden.Rubberized reinforcement layers can be produced with cords with the maximum tensile force mentioned, which despite a very small diameter of the cords have a high overall strength. This enables a further improvement in the heat build-up in the reinforcement layers produced Rubber products. The amount of rubber material can be further reduced by the even thinner cords. In addition to saving material costs, this results in a thinner rubber layer, which, for example when used as a carcass layer in pneumatic vehicle tires, leads to a reduction in weight and significantly less heat build-up when exposed to walking and centrifugal forces. The latter has a positive effect on rolling resistance and high-speed behavior. In addition, with these reinforcement layers with a lower cord density, the same resilience can be achieved with better durability. The cords are then not as tight and thus reduce the load on the rubber material between the cords.
Die erfindungsgemäße Verstärkungslage erfüllt insbesondere in Bezug auf Bruchkraft, E-Modul, Ermüdungsbeständigkeit und Bruchdehnung die Anforderungen für den Einsatz insbesondere im Fahrzeugreifen.The reinforcement layer according to the invention meets the requirements for use in particular in vehicle tires, in particular with regard to breaking strength, elastic modulus, fatigue resistance and elongation at break.
Die Multifilamentgarne für die Corde der Verstärkungslage werden so hergestellt, dass ein Rohgarn ohne jegliche Drehung ersponnen wird, welches im Anschluss in einer Zwirnmaschine verdreht wird.The multifilament yarns for the cords of the reinforcement layer are produced in such a way that a raw yarn is spun without any twist, which is then twisted in a twisting machine.
Das Multifilamentgarn wird zu einem zum Kalandrieren einsatzfähigen Gewebe konvertiert, indem man die dem Fachmann bekannten Schritte:
- - der Verdrehung der Multifilamentgarne zur gewünschten Cordkonstruktion
- - des Herstellens einer Cordlage enthaltend den gewünschten Festigkeitsträger
- - der Gummi-Haftungsaktivierung des Cordes, beispielsweise mittels eines RFL-Dips durchführt.
- - the twisting of the multifilament yarns to the desired cord construction
- - The production of a cord layer containing the desired reinforcement
- - The rubber adhesion activation of the cord, for example by means of an RFL dip.
Es ist auch möglich, dass die Multifilamentgarne asl so genannte Single-End-Corde hergestellt werden, d. h., sie werden verdreht und mit einer Gummi-Haftungsaktivierung versehen. Erst später werden sie zu einer Cordlage, z. B. durch Aufspulen, verarbeitet.It is also possible for the multifilament yarns to be produced as so-called single-end cords, i.e. that is, they are twisted and provided with rubber adhesion activation. Only later do they become a cord layer, e.g. B. processed by winding.
Der Spinn- und der Konvertierprozess sind so ausgelegt, dass der Cord eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von ≥ 70 cN/tex gemäß ASTM D885-16 aufweist.The spinning and converting process are designed so that the cord has a fineness-related maximum tensile strength of ≥ 70 cN / tex according to ASTM D885-16.
Innerhalb der Garne eines Verstärkungscordes können Filamante aus unterschiedlichen Materialien vorhanden sein, wobei zumindest eines der Multifilamentgarne Polyamid 6-Filamente enthält. So können beispielsweise weitere Garne aus Filamenten unterschiedlichen Materials bestehen. Sind innerhalb des Verstärkungscordes Garne aus unterschiedlichem Material vorhanden, handelt es sich um einen sogenannten Hybridcord.Filamante made of different materials can be present within the yarns of a reinforcing cord, at least one of the multifilament yarns containing polyamide 6 filaments. For example, other yarns can consist of filaments of different materials. If there are yarns made of different materials within the reinforcement cord, it is a so-called hybrid cord.
Als weitere Materialien für die Filamente und Garne kommen beispielsweise Polyester, andere aliphatische und aromatische Polyamide als Polyamid 6, Aramid, Polyetherketon, Polyketon, Polyethylennaphthalat, Viskose, Naturfasern oder Glasfasern in Frage. Durch geeignete Materialauswahl kann der Verstärkungscord gezielt in seinen Eigenschaften eingestellt werden.Other materials for the filaments and yarns include, for example, polyesters, aliphatic and aromatic polyamides other than polyamide 6, aramid, polyether ketone, polyketone, polyethylene naphthalate, viscose, natural fibers or glass fibers. The properties of the reinforcement cord can be specifically adjusted by suitable material selection.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen aber die (alle) Multifilamentgarne aus Polyamid 6-Filamenten. Derartige Garne lassen sich einfach spinnen und erstverdrehen und zum Cord endverdrehen.According to an advantageous development of the invention, however, the (all) multifilament yarns consist of polyamide 6 filaments. Such yarns can be easily spun and twisted and finally twisted into a cord.
Zweckmäßig ist es, wenn der Cord die Konstruktion x2 oder x3 aufweist. Ein Cord aus 2 oder 3 Garnen weist eine bessere Ermüdungsbeständigkeit als ein verdrehtes Multifilamentgarn auf. Bei Konstruktionen höher als x3 nehmen die Twistkosten nachteilig stark zu, während andere Eigenschaften, wie beispielsweise die feinheitsbezogene Festigkeit nachteilig abnehmen können.It is useful if the cord has the construction x2 or x3. A cord of 2 or 3 yarns has better fatigue resistance than a twisted multifilament yarn. With constructions higher than x3, the twist costs increase disadvantageously, while other properties, such as the fineness-related strength, can decrease disadvantageously.
Vorteilhaft ist es, wenn der Cord der Verstärkungslagen eine Konstruktion von 800x2 bis 1680x2 aufweist. Auf diese Weise sind im Zusammenspiel mit der hohen Höchstzugkraft besonders dünne Verstärkungslagen realisierbar. Insbesondere werden Vorteile in Bezug auf die Ermüdungseigenschaften und den Rollwiderstand eines Fahrzeugluftreifens, der die erfindungsgemäße Verstärkungslage einsetzt, sowie in Bezug auf die Prozessfähigkeit der Verstärkungslagenherstellung erzielt.It is advantageous if the cord of the reinforcement layers has a construction of 800x2 to 1680x2. In this way, particularly thin reinforcement layers can be realized in conjunction with the high maximum tensile force. In particular, advantages are achieved in relation to the fatigue properties and the rolling resistance of a pneumatic vehicle tire which uses the reinforcement layer according to the invention, and in relation to the process capability of the reinforcement layer production.
Um eine ausreichende Ermüdungsbeständigkeit der Verstärkungscorde zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn der Twistfaktor α eines jeden Multifilamentgarnes oder des Cordes in einem Bereich von 150 bis 250, vorzugsweise in einem Bereich von 175 und 225, liegt, wobei sich der Twistfaktor α nach folgender Formel berechnet: α=Twist [t/m] . (Feinheit [tex]/1000)1/2. Der Twistfaktor ist ein Maß für die Endverdrehung pro Meter des Cordes, bezogen auf die Feinheit des Cordes. Die angegebenen Bereiche für den Twistfaktor stellen einen vorteilhaften Kompromiss bezüglich Ermüdungsbeständigkeit und Festigkeit dar. Ein geringerer Twistfaktor wäre nachteilig in Bezug auf die Ermüdungbeständigkeit, ein höherer Twistfaktor würde eine geringere Festigkeit des Festigkeitsträgers bedeuten.In order to obtain sufficient fatigue resistance of the reinforcing cords, it is advantageous if the twist factor α of each multifilament yarn or cord is in a range from 150 to 250, preferably in a range from 175 and 225, the twist factor α being as follows Formula calculated: α = twist [t / m]. (Fineness [tex] / 1000) 1/2 . The twist factor is a measure of the final twist per meter of the cord, based on the fineness of the cord. Set the specified ranges for the twist factor an advantageous compromise in terms of fatigue resistance and strength. A lower twist factor would be disadvantageous in terms of fatigue resistance, a higher twist factor would mean a lower strength of the reinforcement.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Corde in einer Dichte von 60 bis 120 epdm (ends per decimeter), vorzugsweise in einer Dichte von 60 bis 100 epdm, in der Verstärkungslage angeordnet. Durch die im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte feinheitsbezogene Höchstzugkraft des Cordes mit Polyamid 6-Filamenten kann dieser in einer geringeren Dichte in der Verstärkungslage angeordnet sein, wodurch eine höhere Haltbarkeit erzielt wird, die Herstellung dieser Lage einfacher wird und ebenfalls ein Kostenvorteil aufgrund des verringerten Einsatzes an Festigkeitsträgern erreicht ist. Es besteht ebenfalls ein geringeres Risiko, dass das Halbzeug beim Schneiden in die benötigte Streifenbreite beschädigt wird.According to a preferred development of the invention, the cords are arranged in the reinforcement layer in a density of 60 to 120 epdm (ends per decimeter), preferably in a density of 60 to 100 epdm. Due to the increased fineness-related maximum tensile strength of the cord with polyamide 6 filaments compared to the prior art, the cord can be arranged in a lower density in the reinforcement layer, as a result of which a higher durability is achieved, the production of this layer is easier and also a cost advantage due to the reduced Use of reinforcement is achieved. There is also less risk of the semi-finished product being damaged when it is cut into the required strip width.
Für eine weitere Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit und eine Reduzierung der Kosten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Höchstzugkraft der Lage HL = Höchstzugkraft (gemäß ASTM D885-16) / epdm zwischen 15 und 25 kN liegt.For a further improvement in fatigue resistance and a reduction in costs, it has proven to be advantageous if the maximum tensile force of the layer HL = maximum tensile force (according to ASTM D885-16) / epdm is between 15 and 25 kN.
Um eine zuverlässige Haftung von textilen Festigkeitsträgern zum Gummi zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, den erfindungsgemäßen Verstärkungscord mit einer Haftimprägnierung, z.B. mit einem RFL-Dip im 1- oder 2-Bad-Verfahren, zu versehen.In order to ensure reliable adhesion of textile reinforcements to the rubber, it is expedient to coat the reinforcing cord according to the invention with an adhesive impregnation, e.g. to be provided with an RFL dip in a 1 or 2 bath process.
Die erfindungsgemäße Verstärkungslage kann in unterschiedlichsten elastomeren Erzeugnissen, wie Riemen, Fördergurten, Schläuchen oder Luftfedern, eingesetzt werden.The reinforcement layer according to the invention can be used in a wide variety of elastomeric products, such as belts, conveyor belts, hoses or air springs.
Vorteilhaft ist es, wenn die Verstärkungslage eine Gürtellage eines Diagonal-Gürtelreifens ist. Die Verstärkunglage ist aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften besonders für den Einsatz als Gürtellage geeignet. Man erhält Reifen mit guter Haltbarkeit und einem niedrigen Rollwiderstand.It is advantageous if the reinforcement layer is a belt layer of a diagonal belt tire. Due to its physical properties, the reinforcement layer is particularly suitable for use as a belt layer. You get tires with good durability and low rolling resistance.
Die Verstärkunglage kann aber alternativ auch als Karkasslage eines Fahrzeugluftreifens eingesetzt werden. Auch hier ergeben sich im Reifen dann Vorteile im Hinblick auf die Haltbarkeit und Rollwiderstand durch eine reduzierte Lagenstärke.Alternatively, the reinforcement layer can also be used as the carcass layer of a pneumatic vehicle tire. Here, too, there are advantages in terms of durability and rolling resistance in the tire due to a reduced layer thickness.
Die Erfindung wird in Bezug auf den Fahrzeugluftreifen gelöst, indem dieser eine vorbeschriebene gummierte Verstärkungslage aufweist. Der Fahrzeugluftreifen weist einen verbesserten Rollwiderstand auf. Bei einer höheren Festigkeitsträgerdichte in der Verstärkungslage weist der Fahrzeugluftreifen eine verbesserte Hochgeschwindigkeitsperformance auf.The invention is achieved in relation to the pneumatic vehicle tire in that it has a rubberized reinforcement layer as described above. The pneumatic vehicle tire has improved rolling resistance. With a higher reinforcement density in the reinforcement layer, the pneumatic vehicle tire has an improved high-speed performance.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments, but without being restricted to these.
In der Tabelle 1 sind unterschiedliche gummierte Festigkeitsträgerlagen mit ihren Eigenschaften aufgeführt, wobei alle Verstärkungslagen Corde bestehend aus Polyamid 6-Filamenten aufweisen.
Bei den Corden in den Lagen gemäß der Erfindung wurde der Twist angehoben, um denselben Twistfaktor zu erhalten. Ausgehend von einer Lage mit einem Cord aus dem Stand der Technik mit einer Feinheit von 1870 dtex konnten Lagen mit gleicher Höchstzugkraft erhalten werden, allerdings mit Corden einer Feinheit von nur 1400 dtex. Auf diese Weise gelingt es, dünnere Verstärkungslagen bei gleicher Festigkeit zu erhalten. In the cords in the layers according to the invention, the twist was raised in order to obtain the same twist factor. Starting from a layer with a cord from the prior art with a fineness of 1870 dtex, layers with the same maximum tensile strength could be obtained, but with cords of a fineness of only 1400 dtex. In this way it is possible to obtain thinner reinforcement layers with the same strength.
Dies führt in Gummiprodukten, insbesondere Fahrzeugreifen, mit einer solchen Verstärkungslage zu einer Gewichtreduzierung und deutlich geringerem Wärmeaufbau bei Walk- und Fliehkrafteinwirkung. Die Haltbarkeit wird verbessert und bei Reifen erzielt man positive Effekte im Hinblick auf den Rollwiderstand und das Hochgeschwindigkeitsverhalten.In rubber products, in particular vehicle tires, with such a reinforcement layer, this leads to a reduction in weight and significantly less heat build-up when subjected to flexing and centrifugal forces. The durability is improved and tires have positive effects in terms of rolling resistance and high-speed behavior.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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