DE1704815B1

DE1704815B1 - Verfahren zum herstellen von streifen oder lagen aus nylon fuer den aufbau von treibriemen o.dgl

Info

Publication number: DE1704815B1
Application number: DE19671704815
Authority: DE
Inventors: Holt John Eliot
Original assignee: Moldex Inc
Current assignee: Moldex Inc
Priority date: 1966-02-21
Filing date: 1967-02-21
Publication date: 1974-02-07
Also published as: DE1704815C2; CH459545A; US3340235A; GB1176426A

Description

Es handelt sich bei der Erfindung um ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Damit ist von einem Stande der Technik ausgegangen, wie er sich aus der britischen Patentschrift 970127 ergibt.

Im bekannten Fall bietet die hohe Druckstreckung die Voraussetzung dafür, daß - im Gegensatz zur Zugstreckung, bei der eine Breiteneinschnürung des Werkstücks eintritt und die deshalb hier nicht anwendbar ist, weil die fertigen Streifen ihre Ausgangsbreite im wesentlichen beibehalten sollen - die Streifenbreite im wesentlichen erhalten bleibt. Die bekannte Druckstreckung führt zu erhöhter Zugfestigkeit und zu geringerer Dehnung, also Längung bei Belastung.

Es handelt sich von der Aufgabe her im vorliegenden Fall darum, die Streifen so weiterzubehandeln, daß die immer noch zu hohe unproportionale Dehnung unter Last, wie sie sich aus F i g. 5 (vgl. Kurve 67, 65) der folgenden Beschreibung für nur druckgestreckte Streifen ergibt, durch ein mehr lineares BeIastungs-Dehnungsverhalten des Streifens weiter erniedrigt und gleichzeitig die (bei 68, 69 in F i g. 5 sichtbare) bleibende Restdehnung beseitigt wird, so daß der Riemen nach Aufhören der Belastung annähernd auf seine Ausgangslänge zurückgeht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahme gelöst, wie sie der kennzeichnende Teil des Anspruchs 1 angibt.

Die Lösung der Aufgabe besteht mit anderen Worten darin, daß die druckgestreckten Streifen durch Zug um etwa 10% warm nachgestreckt werden.

An sich ist, wie zum Stande der Technik ferner auszuführen ist, ein kombiniertes Druck-Zugstrecken in einem zeitlichen Nacheinander in warmem Zustand bei Nylonstreifen bekannt, und zwar ebenfalls zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften (vgl. britische Patentschrift 992202; belgische Patentschrift 642250). Anders als bei der Erfindung dient aber dort die vorausgehende Druckstreckung des Streifens dem Zweck, eine Erwärmung beim Ziehen einzusparen, die Ziehgeschwindigkeit zu erhöhen und die Ziehkraft zu verkleinern. Beachtlich ist ferner, daß im bekannten Fall die Druckstreckung der Streifen mit einer erheblichen Verbreiterung der Streifen teilweise bis auf den doppelten Wert ihrer Ausgangsbreite einhergeht, während es bei der Erfindung gerade auf die annähernde Erhaltung der Streifenausgangsbreite ankommt. Es wird zwar auch im bekannten Fall insgesamt eine Festigkeitssteigerung ίο und eine Dehnungsverminderung der Streifen erreicht. Wesentlich ist aber, daß im bekannten Fall sehr kleine Druckstreckungs- und außerordentlich große Zugstreckungswerte bis zu 1600% zur Anwendung gelangen, während bei der Erfindung gezielt hohe Druckstreckungswerte von 255 bis 270% und Zugstreckungswerte von nur etwa 10% benutzt werden, und zwar mit der aus der Aufgabe ersichtlichen anderen Zielsetzung.

Die Erfindung beruht, wie später noch weiter ausgeführt werden wird - anders als der Stand der Technik - auf der Erkenntnis, daß Nylon (über seine theoretisch maximale Zugstreckungs-Längung von etwa Λ 250% bei Raumtemperatur hinaus) durch Druck- ™ Streckung auf 255 bis 270% bleibend gestreckt, durch eine nur etwa 10%ige zusätzliche Warmzugstreckung insoweit veredelt werden kann, als annähernd sein Dehnungsverhalten linearisiert und seine Restdehnung zum Verschwinden gebracht wird.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 einen Extruder zur Erzeugung eines dünnen Nylonstreifens oder Nylonlage,

F i g. 2 eine vergrößerte Einzelheit hinter dem Extruder,

F i g. 3 eine Walzenanordnung, durch die die extrudierte Nylonlage hindurchläuft,

F i g. 4 eine Teilaufsicht auf die fertige. Nylonlage, F i g. 5 ein Diagramm, welches die Belastungskurven zweier Nylonlagen zeigt, von denen die eine nur einer Druckstreckung und die andere nach der Erfindung einer Druck- und Zugstreckung unterworfen ist, F i g. 6 eine Walzenanordnung zur Ausübung der Zugstreckung auf die Nylonlage gemäß der Erfindung. | Durch einen üblichen Extruder 10 mit Zufuhrtrichter 12 und Steuerungen 16 und 18 wird Nylonpulver zum Schmelzen gebracht und durch eine Düse 14 zu einem Streifen oder einer Lage extrudiert. Die Ober- und Unterkanten der z. B. 30 cm und mehr breiten Düse drücken die Polyamidmasse als Polster 22 gegen die Oberfläche einer metallischen Formwalze 24, von der und einer zweiten Formwalze 26 das Material mit einer Dicke entsprechend dem Walzenabstand zu einer Bahn 28 abgezogen wird und nach Umlenkung durch eine Walze 30 über ein z. B. aus Gummi bestehendes Spannwalzenpaar 32 einer Aufwickelspule 34 zugeführt wird. Durch das Abziehen des Materials aus dem Polster 22 wird ein Streifen bzw. eine Lage gleichmäßiger Dicke erreicht. Die so in bekannter Weise hergestellte Nylonlage besitzt bei Raumtemperatur eine übliche Zerreißfestigkeit von etwa 850 kg/ cm², die jedoch nicht für die Verwendung bei Treibriemen oder Fördergurten ausreicht.

Um die Zerreißfestigkeit und sonstige Eigenschaf ten der hergestellten Nylonlage zu verbessern, wird auf die Lage eine bekannte Drucklängung bzw. Druckstreckung ausgeübt (vgl. britische Patentschrift 970127). Hierzu wird die Lage 28 von der auf eine

Abstützung 36 gesetzten Spule 34 abgenommen und nach Fig. 3 einer Maschine 38 zugeführt und durchläuft ein auf einer Temperatur von 135 bis 163° C gehaltenes Walzenpaar 40, 42, um das Material der Bahn 28 zu erweichen. Dabei ist für die Spule 34 eine Bremse vorgesehen, um die Lage 28 straffzuhalten.

Hinter den Walzen 40, 42 durchläuft die Lage ein ebenfalls auf 135 bis 163° C gehaltenes Druckwalzenpaar 44, 46, dessen freier Abstand jedoch wesentlich kleiner als die Dicke der Lage 28 ist, so daß die Lage 28 zusammengedrückt und entsprechend gelängt wird, ohne daß die entstehende Lage 28a in der Breite geändert wird, da die Walzen die Lage durch ihre Griffigkeit gegen seitliche Expansion oder Kontraktion halten. Nach Abkühlung der Lage 28a durch die Kühlwalzen 48,50 auf Raumtemperatur wird die Lage über die motorisch angetriebenen, mit Gummi belegten Abzugswalzen 52,54 mit einer Spannung von etwa 230 bis 450 kg abgezogen und auf eine Spule 56 in einem Ständer 58 mittels eines Motors aufgewickelt.

Bei einer speziellen Ausführung der Behandlungsmaschine 38 wurde zur Erzeugung ausgezeichneter Ergebnisse festgestellt, daß alle Walzen 40 bis 50 aus oberflächenglattem Stahl mit einem Durchmesser von 30 cm und einer Länge von 50 cm hergestellt waren, und die beiden Druckwalzen 44 und 46 wurden gemeinsam mit einer Drehzahl von 1,6 bis 6,3 pro Minute durch einen Elektromotor von 15 PS angetrieben. Zur Erzeugung der gewünschten Drucklängung bzw. Kompressionsorientierung wurde die Nylonlage dreimal durch diese Maschine hindurchgeschickt. Beim ersten Durchgang wurde die Lage in der Dicke von 2,5 cm auf 1,6 cm reduziert, im zweiten Durchgang auf 1,12 cm und im dritten Durchgang auf 0,09 cm. Dies läßt etwa eine Veränderung der Dicke um 0,025 cm bei Feuchtigkeitsabsorption zu, so daß die schließliche Dicke der Lage 28a etwa 0,1 cm betrug.

Die Druckwalzen 44 und 46 sind im Aufbau den Kalanderwalzen gleich und führen im Effekt einen Warmwalzvorgang auf die Nylonlage 28 aus, wobei sie eine gewünschte glatte Oberfläche erzeugen und gleichzeitig die Nylonlage längen. Die auf diese Weise gelängte Lage, z.B. um 270%, d.h. uüi das 2,7fache der ursprünglichen Länge, wird eine Zerreißfestigkeit zwischen 2240 kg/cm² und 3150 kg/cm' aufweisen, in Abhängigkeit von der Nylonart, die a!« Ausgangsprodukt verwendet wird. Somit kann die durch Kompression orientierte Lage eine Zerreißfestigkeit aufweisen, die drei- bis vierfach so groß ist als die ursprünglich hergestellte Lage.

Wenn Nylon durch das Streckverfahren unter Zug orientiert wird, ist festzustellen, daß dann eine endgültige obere Grenze in der Größe der permanenten Längung vorliegt, die erreicht werden kann. Diese obere Grenze, die als theoretisch maximale Längung des Nylons bezeichnet werden kann, ändert sich mit Änderungen in der Nylonart und Temperatur. Das Nylon kann physikalisch durch Belastung über diese Grenze hinausgestreckt werden, aber wenn diese Belastung nachläßt, wird das Nylon auf die maximale Längungsgrenze zurückgehen. Wenn jedoch eine Nylonlage gespritzt wird und eine Drucklängung durch das vorbeschriebene Verfahren erfolgt, ist es möglich, eine permanente Längung oberhalb des theoretischen Maximums zu erreichen. Speziell wurde festgestellt, daß ein Nylonprodukt mit merklich besseren Eigenschaften erreicht wird, wenn es mit einer permanenten Längung erzeugt wird, die zwischen 5 und 20% größer ist als die theoretisch maximale Längung. Wenn z. B. eine Nylonart verwendet wird, die eine theoretisch maximale Längung von 250% bei Raumtemperatur aufweist, so wird ein Nylonprodukt mit einer permanenten Längung zwischen 255% und 270% bei Raumtemperatur spezielle vorteilhafte Eigenschaften der beschriebenen Art aufweisen.

Eine Nylonlage 28, die nicht durch Durchlauf durch

ίο die Druckwalzen 44 und 46 orientiert worden ist, wird sich bis zu 8 % unter einer Zerreiß-Prüfbelastung von 175 kg/cm² längen. Die fertige Lage 28a, die durch die Maschine 38 nach Fig. 3 produziert ist, um eine maximale Zerreißfestigkeit aufzuweisen, verlängert

»5 sich selten mehr als um 1 % bis 1,5 % unter einer Prüfbelastung von 175 kg/cm². In bestimmten extremen Fällen können jedoch Längungen bis zu etwa 4% beobachtet werden. Obgleich dieser geringe Längungsgrad eine erhebliche Verbesserung gegenüber der Längung zeigt, die bei nichtbehandelten Nylonlagen zu beobachten ist, ist sie störend, wenn die Nylonlage verwendet wird, um geschichtete Bänder zur Kraftübertragung, wie Förderbänder od. dgl. herzustellen, die starken Beanspruchungen unterworfen sind. Die

»5 Längung ist besonders störend, da sie gewöhnlich unter einer zugeführten Beanspruchung etwa in Größe der Zerreißfestigkeit auftritt, denen Treibriemen und Förderbänder im gewöhnlichen Betrieb unterworfen sind.

Die Belastungseigenschaften einer durch Kompression orientierten Lage sind in Fig. 5 dargestellt, in der die Kurve 63 die Belastungskurve einer Nylonlage zeigt, nachdem sie durch Kompression orientiert worden ist, wie oben auseinandergesetzt wurde. Die Kurve 63 ist aus dem Diagramm eines Versuches auf einem Instronprüfer der Instron-Corporation Canton erhalten worden. Bei der Durchführung der Prüfung wurde die Spannungsbelastung auf einen Wert von 20000 Pfund pro Quadratzoll (psi) (1400 kg/cm²) eingestellt, und die Belastung wurde dann umgekehrt und um den gleichen Betrag (2 Zoll pro Minute) auf den nichtbelasteten Zustand reduziert. In Fig. 5 zeigt die Kurve 65 das Verhalten während der Umkehrung der Belastung von Maximum zurück auf Null oder unbelastetem Zustand. Es ist zu beobachten, daß die Kurve 63 einen anfänglichen geradlinigen Teil 64 aufweist, in welchem sich die Längung im wesentlichen als eine Funktion des Anstiegs in der Spannung bzw. Belastung erhöht. Jedoch bei etwas unterhalb von

10 000 psi (etwa 700 kg/cm²) liegender Belastung besitzt die Kurve 63 einen ebenen Teil 66, der nicht linear ist, d. h., dort erfolgt ein wesentlicher Anstieg in der Längung oder Deformation während eines sehr kleinen Anstiegs in der Spannungsbelastung. Die Kurve versucht dann, sich zu begradigen entlang des Kurventeiles 67. Sobald die Spannungsbelastung aufhört, erfolgt ein gradueller Anstieg in der Wiederherstellungsgröße, wie sich aus der Kurve 65 ergibt.
Die Kurve 65 schneidet jedoch die Ordinatenachse in erheblichem Abstand vom Ursprungs- oder Null-Punkt der Kurve 63, d. h., die Lage hat eine wesentliche Deformation oder Längung nach Wegnahme der Belastung zurückbehalten. Anschließend setzt die Nylonlage die Wiederherstellung in Richtung ihrer ursprünglichen Länge über eine Zeit von 10 Minuten nach Wegnahme der Belastung fort, aber sie stabilisiert sich an einem Punkt 69 auf der Ordinatenachse. Damit behält die Bahn eine Deformation in Form ei-

Kurven 70 und 71 die Belastungscharakteristik der Lage 2Sb, wenn sie der gleichen Prüfung unterworfen wird wie nach den Kurven 63 und 65. Es ist ersichtlich, daß dort eine überraschende Verminderung in der nichtlinearen Eigenschaft der Kurve 70, verglichen mit der Kurve 63 auftritt. Dies ist z.B. besonders wichtig, wenn die Lage in einem Bereich verwendet werden soll, in dem die Spannungsbelastung dem allgemeinen Belastungsbereich des Teiles 66 der Kurve ίο 63 entspricht. Wenn z. B. die Lage 28a für einen Treibriemen verwendet werden soll, und zwar innerhalb des normalen Bereiches von hochbelasteten Treibriemen, und die Belastung würde sich während der Benutzung zwischen 8000 psi (560 kg/cm²) und 12000

vorstehend in Verbindung mit den Kurven 63 und 65 »5 psi (840 kg/cm²) ändern, so würde der Betrieb den der Fig. 5 erörtert wurde. Dementsprechend ist in Bereich des Teiles 66 der Kurve 63 umfassen. Bei Fig. 6 eine zusätzliche Maschine gezeigt, die als Mo- 8000 psi (560 kg/cm²) würde die Längung bei Nicht-

belasten weniger als 2% betragen, und wenn ein Anstieg auf 12000 psi (840 kg/cm²) vorhanden wäre, ao so würde die Längung auf eine Größenordnung von 7 auf 8% ansteigen. Die Bedingungen können so sein, daß diese Prozentsatzänderung in der Gesamtlänge des Treibriemens die eigentliche Arbeit des Treibriemens wesentlich stören würde. Andererseits wird bei einer Lage 2Sb mit den Merkmalen der Kurve 70 ein Anstieg von 8000 psi auf 12000 psi eine Änderung in der Treibriemenlänge verursachen, welche innerhalb des zulässigen Bereiches für den eigentlichen Betrieb liegt.

Neben der Verbesserung in bezug auf die nichtlinearen Eigenschaften der Lage verbessert die Zugorientierung die Eigenschaften zur Rückkehr der Lage auf die ursprüngliche Länge. Bei dem Muster, aus dem die Kurven 63 und 65 erreicht wurden, kehrt die Lage ursprünglich auf den Punkt 68 zurück, der eine etwas oberhalb von 6% Restlängung anzeigt und dann langsam auf den Punkt 69 zurückkehrt, der etwas weniger als 5% Restlängung anzeigt. Bei der Lage 286 erfolgt die unmittelbare Rückkehr beim Punkt 75, der etwa

kräfte aus, so daß die Orientierung nur durch Recken 40 zwei Prozent Restlängung anzeigt, und in einer Zeit erreicht wird. Die Drehzahl der Walzen 152 und 154 von 10 Minuten anschließend erfolgt die Rückkehr

ner permanenten Längung. Bis hier wurde der Stand der Technik nach der britischen Patentschrift 970127 beschrieben.

Nach der Erfindung wird die durch Druck orientierte Nylonlage, wie sie oben beschrieben ist, weiter mittels eines Zugstreckens behandelt, um eine zusätzliche Orientierung bzw. Längung zu erzeugen. Es wurde festgestellt, daß eine solche zusätzliche Orientierung durch Strecken überraschenderweise verbesserte Eigenschaften hervorruft, indem die fertige Lage eine Belastungscharakteristik aufweist, die linearer als die gleiche Lage vor der Zugorientierung ist. Weiterhin hindert oder schaltet im wesentlichen die Zugstreckung die permanente Deformation aus, die

difikation der Fig. 3 betrachtet werden kann und die dazu benutzt wird, eine zusätzliche Zuglängung auf die Lage 28a auszuüben.

Die Walze 56 der durch Kompression orientierten Nylonlage 28 ist auf einem Ständer 136 montiert und die Lage wird durch eine Zugorientierungsmaschine 138 hindurchgeführt. Die Maschine 138 besitzt beheizte Walzen 140 und 142, Bremswalzen 144 und 146, die ebenfalls beheizt sind, ein Paar Zugwalzen 152 und 54 und eine Aufwickeleinheit 160 auf einen Ständer 158, um die Lage auf eine Walze 156 aufzuwickeln. Die Walze 154 wird von einem Motor 155 und von einem Antriebsrad 157 angetrieben, um die Lage 28 b unter Zugspannung zu setzen und sie zu längen. Die Walze 56 wird gegen eine freie Bewegung durch eine Bremse auf dem Ständer 136 gehalten. Die Lage 28a wird rechts durch die Walzen 140,142,144 und 146 unter Spannung gehalten und wird durch die Walzen 152 und 154 gezogen. Die Lage wird beheizt, um das Recken im Bereich zwischen den Walzen 144 und 146 und den Walzen 152 und 154 zu fördern. Die Walzen 144 und 146 üben jedoch keine Druckist so, daß sie die Länge der Lage im wesentlichen um 10% der Länge vor dem Recken erhöhen. Es ist wesentlich, daß das Recken nur zu einem leichten Einschnüren führt, z. B. um etwa 0,6 cm bei einer Nylonlage von 50 cm Breite. Im Gegensatz zu dem wesentlichen Einschnüren, welches eintreten würde bei der gleichen Nylonlage, die nicht durch Kompression orientiert ist, wird somit die Lage 28a durch Recken auf den Punkt 76, der etwas mehr als 1 % Restlängung anzeigt. Es ist zu betonen, daß diese Eigenschaft der Rückkehr auf die ursprüngliche Länge ein wichtiges Merkmal der Lage 286 ist.

Die Vorteile der Erfindung können am besten erreicht werden, indem das Nylon während der Kompressionsorientierung bei erhöhter Temperatur bearbeitet wird, d. h. innerhalb des Bereiches von 135 bis

orientiert, ohne daß eine wesentliche Verringerung 50 etwa 163° C. In wirtschaftlichen Anwendungsfällen, der Lagenbreite eintritt. bei denen die Erfindung verwendet wird, wird das fer-

daß das

Es wurde vorstehend erwähnt, daß das Recken durch beheizen der Lage gefördert wird. Wenn auch diese Beheizung nicht kritisch ist, so beträgt die Temperatur der beheizten Walzen beispielsweise 160° C.

Obgleich das Material, welches um 10% gereckt worden ist, mehrere Male durch die Vorrichtung nach Fig. 6 hindurchlaufen kann, um den Reckungsgrad bis um etwa 25% der ungereckten Länge zu erhöhen, wird keine zusätzliche Verbesserung in den Eigenschaften durch eine solche Erhöhung erreicht. Dementsprechend wird das Material nicht um mehr als etwa 10% der ursprünglichen Länge gereckt, ein Verfahren, welches mittels eines einzigen Durchganges durch die Vorrichtung nach Fig. 6 durchgeführt werden kann.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 5 zeigen die tige Produkt mit Wasser angefeuchtet, um ein Feuchtigkeitsgleichgewicht zu erreichen, und dies verursacht ein geringes Ansteigen in der Dicke der Lage.

Bei einem Ausführungsbeispiel einer wirtschaftlichen Anwendung der Erfindung war die Lage 28 47,8 cm breit und 0,1 cm dick und die Zerreißfestigkeit betrug 10650 psi (770 kg/cm²). Nach der Kompressionsorientierung war die Lage 28a 46,8 cm breit und 0,07 cm dick und die Zerreißfestigkeit betrug 40,860 psi (2950 kg/cm²). Die Orientierung erhöhte die Länge so, daß 250 cm der Lage 28 auf 712 cm der Lage 28a anstiegen, d.h. eine Erhöhung um 285 % der ursprünglichen Länge. Gemessen in der Dickenherabsetzung betrug die Kompressionsorientierung 273 %, aber der Abfall in der Breite von 47,8 cm auf 46,8 cm stellte eine leichte Einschnürung dar. Dies stellt die Tatsache in Rechnung, daß die Länge auf

285'-r der ursprünglichen Länge erhöht wurde, während die Herabsetzung in der Dicke an/eigen würde, daß die Erhöhung in der Länge 273^r'r sein sollte. Es wurde festgestellt, daß eine extreme Schwächung erzeugt wird, wenn die Kompressionsorientierung wesentlich oberhalb der Größe des Ausführungsbeispieles liegt. Die zusätzliche Zugorientierung erhöht jedoch nicht die Schwächung, und dieser zusätzliche Schritt erlaubt einen weiteren Anstieg in der Orientierung, wie oben auseinandergesetzt ist.

Eine Lage, die entsprechend der Erfindung hergestellt wird, hat sich als sehr ausreichend in vielen industriellen Anwendungsfällcn erwiesen. Die Lage oder Schicht ist äußerst stabil in den physikalischen Eigenschaften und wird nicht leicht durch Stoß zu Bruch führen oder beschädigt. Wenn sie als eine Lage in einem Treibriemen verwendet wird, gewährleistet eine etwas elastische Eigenschaft ohne beanstandbare permanente Reckung slabilc Arbeitsbedingungen bereits unmittelbar nach der Montage bzw. Installation. Ebenso besitzen die Umlenkungcn und die Treibriemengrößen minimale Abmessungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPT

309 586/390

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Streifen oder Lagen aus Nylon für den Aufbau von Treibriemen od. dgl., bei dem der Streifen zunächst bei Temperaturen von 135 bis 163° C durch Druckstreckung auf dem Wege des Walzens im wesentlichen ohne Verminderung seiner Ausgangsbreite auf 255 bis 270% seiner Ausgangslänge bleibend gestreckt wird, wobei die druckgestreckten Streifen auf Grund der Molekularorientierung in Längsrichtung eine gegenüber dem Ausgangsstreifen erhöhte Zugfestigkeit und eine bei Belastung verminderte Längung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (28a) nach dem Druckstrecken in bekannter Weise unter Beheizung zusätzlich zuggestreckt werden, und zwar um etwa 10% ihrer Länge nach dem Druckstrekken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugstrecken bei etwa 160° C erfolgt.