DE1779842B1

DE1779842B1 - Verfahren zum Herstellen einer vulkanisierbaren oder haertbaren,Glasfasern enthaltenden elastomeren Masse

Info

Publication number: DE1779842B1
Application number: DE19661779842
Authority: DE
Inventors: Alfred Marzocchi
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1965-05-07
Filing date: 1966-05-05
Publication date: 1972-04-27
Also published as: DE1779841B2; DE1579302B1; BE680553A; US3334166A; GB1117557A; CH448502A; DE1779841C3; SE321800B; NL6606254A; DE1779841A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer vulkanisierbaren oder härtbaren, Glasfasern enthaltenden elastomeren Masse, bei dem zu einem Elastomer Galsfasern in Form von Faserbündeln zugegeben und eingewalzt werden. Aus der britischen Patentschrift 916 117 kann schon die Maßnahme als bekannt entnommen werden, in Verbindung mit einem elastomeren System Glasfasern in Form von Faserbündeln zu verwenden.

Weiterhin ist aus der USA.-Patentschrift 1 347 918 ein Verfahren zur Herstellung einer härtbaren, Glasfasern enthaltenden elastomeren Masse für verstärkte Elastomerprodukte bekanntgeworden, bei dem eine Mischung aus einem Elastomer und Glasfasern gewalzt wird.

Dabei wird dem Elastomer von Anfang an der Hauptteil der Fasern beigegeben, worauf gewalzt wird. Anschließend wird zum Zwecke der Oberflächenvergütung eine verhältnismäßig faserarme elastomere Mischung auf die Oberfläche der zunächst hergestellten Mischung aufgebracht, in die letztere jedoch nicht mehr eingewalzt. Dieser Verfahrensschritt dient der Oberflächenvergütung. Es ergibt sich dann ein Erzeugnis, bei dem der größte Teil der elastomeren Matrix, nämlich alle oberflächenfernen Schichten nur gleichmäßig verteilte Einzelfasern enthält, was nicht zu der gewünschten weitgehenden Übertragung der Eigenschaften der Glasfasern auf das Endprodukt führt.

Bekannt sind die hohe Zugfestigkeit, die hohe Zähfestigkeit und die elastische Erholung bei Glasfasern, die mit einer außerordentlichen Stabilität verbunden sind; das Problem bei der Glasfaserverstärkung von Elastomeren besteht nun darin, die Glasfasern so zu behandeln und so in das zu verstärkende Erzeugnis einzulagern, daß ihre hervorragenden Eigenschaften voll zur Wirkung kommen.

Tatsächlich wurde eine gewerbliche Verwertung von Glasfasern bei dynamisch beanspruchten Elastomererzeugnissen, wie beispielsweise Reifen und Treibriemen bis heute im wesentlichen dadurch verhindert, daß die Glasfasern oder Glasfäden durch gegenseitiges Aneinanderscheuern sich abnutzten und außer-

dem nur eine sehr schlechte Übertragung der Eigenschaften der einzelnen in den Glasfasersträngen enthaltenen Glasfasern auf das Gesamterzeugnis erreicht wurde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer vulkanisier- oder härtbaren, Glasfasern enthaltenden elastomeren Masse anzugeben, das gewährleistet, daß im vulkanisierten oder gehärteten Erzeugnis die Eigenschaften der Glasfasern möglichst vollständig auf dieses übertragen sind und sich die Glasfasern im Erzeugnis, auch wenn dieses einer dynamischen Wechselbeanspruchung unterworfen wird, nicht gegenseitig abnutzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art und besteht darin, daß das Zugeben und Einwalzen der Glasfasern in einer kleineren Teilmenge vorab und in der Hauptmenge nach dem Einwalzen der Teilmenge erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt dabei das Einwalzen der Teilmenge in einer erheblich größeren Zahl von Walzdurchgängen als das Einwalzen der Hauptmenge.

Zweckmäßigerweise werden die Glasfaserbündel vor dem Zugeben mit einer Zusammensetzung imprägniert, die eine mit dem Elastomer verträgliche elastomere Komponente enthält, wobei gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Glasfasern vor dem Imprägnieren mit einer Schlichte überzogen werden, die ein Verankerungsmittel zur Bildung eines festen Verbunds zwischen den Glasfasern und der elastomeren Matrix enthält.

Indem man die Glasfasern einer solchen kombinierten Behandlung unterzieht, kann man sich ihre vorzüglichen Eigenschaften im stärkeren Maße in elastomeren Erzeugnissen zu Nutze machen. Durch das Anbringen eines Verankerungsmittels an der Oberfläche der Glasfasern wird die Verbindung zwischen der Glasoberfläche und dem elastomeren Material gesteigert. Da die Imprägniermischung, die nach, dem Aufbringen der Schlichte auf den Glasfaserstrang aufgebracht wird, ein elastomeres Material enthält, das mit der kontinuierlichen Phase des Erzeugnisses verträglich ist, sind die Glasfasern insgesamt nach Einbettung in das Elastomer voneinander getrennt, so daß auf diese Weise eine Zerstörung der Glasfasern durch gegenseitiges Scheuern verhindert wird.

Gleichzeitig können sich jedoch auf Grund des speziellen Walzverfahrens die Glasfasern in eine Vorzugsrichtung, nämlich in derjenigen der wirkenden Kraft orientieren, so daß in bestimmten Vorzugsrichtungen die Eigenschaften der Glasfasern besonders gut zur Geltung kommen; außerdem ergibt sich auf diese Weise eine wirksamere Verbindung des Glasfaserbündels mit dem elastomeren Werkstoff.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Glasfäden oder Fasern nicht zunächst zu Garnen oder Geweben bzw. zu Strängen zusammengesetzt werden müssen und auch nicht in

3 4

einer ganz genauen Lage im Endprodukt angeordnet boxylgruppe in der Karboxylatgruppe einer Wernersein müssen. Es ist möglich, die mit Hilfe des erfin- sehen Komplexverbindung; derartige Verankerpngsdungsgemäßen Verfahrens hergestellten Massen durch mittel können direkt auf die Glasfaseroberfläche auf-, übliche Formverfahren auszuformen, was ihre Ver- gebracht oder als Komponente in eine Schlichte einarbeitung gegenüber bekannten Verfahren erheblich 5 gebaut werden, die auf die Glasfäden beim Zusammenerleichtert. Es lassen sich, ausgehend von den hart- sammeln zu Strängen aufgebracht wird,
baren, Glasfasern enthaltenden elastomeren Massen Zusätzlich kann der feste Verbund durch Imprägnie-Erzeugnisse herstellen, bei denen eine optimale Über- ren der Stränge aus Glasfäden mit einer Zusämmentragung der Eigenschaften der Glasfasern auf das Er- Setzung verbessert werden, die einen elastomeren Zeugnis erzielt wird. io Werkstoff, vorzugsweise in vulkanisierbarem Zustand

Die, die Glasfasern enthaltenden Massen können enthält.

auch als Hilfsverstärkung in elastomeren Produkten Der Verbund zwischen den vorbehandelten Glasmit einer Verstärkung aus kontinuierlichen Glasfäden, fasern und dem elastomeren Material wird durch Baumwolle-, Polyamidharz- oder Polyesterfäden oder das Einarbeiten der Glasfasern in dieses Material er- -geweben Verwendung finden. Bei einer solchen An- 15 reicht; dabei können die bei der Kautschukverarbeiwendung dient die die Glasfasern enthaltende Masse tung üblichen Verfahrensschritte, wie Walzen oder der Hervorhebung der Eigenschaften der Hauptver- Kneten, herangezogen werden. Der Grad der Bearbeistärkung, indem die die Glasfasern enthaltende Masse tung der Mischung ist von wesentlichem Einfluß auf dazu beiträgt, die Hauptverstärkungselemente parallel den Verbund, jedoch sollte die Mischung nicht so stark zu halten und den Aufbau des Erzeugnisses zu stabili- 20 bearbeitet werden, daß die Länge der enthaltenen Glassieren; außerdem werden dadurch die Zugfestigkeit fasern herabgesetzt wird, da diese Länge für die Zug- und Formbeständigkeit erhöht. festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften von Bedeutung

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren ist. Im allgemeinen wurde festgestellt, daß beim Walzen

an Hand von Ausführungsbeispielen im einzelnen der Mischung zu flächenhaften Stücken wenigstens

näher erläutert; dabei zeigt 25 drei Durchgänge durch die Walzen vorteilhaft sind, um

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ein- den gewünschten Verbund zu erzielen, daß jedoch die

richtung zur kontinuierlichen Herstellung und Be- Festigkeitseigenschaften stark abfallen, wenn mehr als

handlung von Glasfäden, die zu Strängen zusammen- zehn Durchgänge durch die Walzen vorgenommen

gefaßt werden, werden, was möglicherweise auf ein Abbrechen der

F i g. 2 einen Teilschnitt durch einen Glasfaden- 30 Glasfasern zurückzuführen ist.

strang nach dem Aufbringen einer Schlichte auf die Die mit dem elastomeren Material vermischten

Glasfäden gemäß F i g. 1, Glasfasern müssen eine bestimmte Länge haben, um

F i g. 3 eine schematische Seitenansicht einer Ein- die gewünschten Festigkeitseigenschaften herbeizu-

richtung zum Imprägnieren der Glasfadenstränge, führen. Die mittlere Länge der Glasfasern muß min-

F i g. 4 einen Teilschnitt durch einen gemäß F i g. 3 35 destens ungefähr 6 mm sein, und die besten Ergebnisse

imprägnierten Glasfadenstrang, im Hinblick auf die Festigkeits- und Zähigkeitseigen-

F i g. 5 einen Schnitt durch einen mit dem Verfahren schäften sowie auf die Verarbeitbarkeit der Mischung

gemäß der Erfindung hergestellten Gummitreibriemen. werden dann erzielt, wenn die Glasfasern eine mittlere

Es wurde festgestellt, daß bei Erzielung eines festen Länge zwischen ungefähr 10 und 38 mm haben. Wie Verbundes zwischen der Oberfläche der einzelnen 4° noch zu erläutern sein wird, werden optimale Ergeb-Glasfasern und dem elastomeren Material die Eigen- nisse dann erzielt, wenn Glasfaserbündel größerer schäften der Glasfasern in ausreichendem Maße auf Länge und gesondert davon kürzere einzelne Fasern das Erzeugnis übertragen werden, wenn einfach Glas- eingearbeitet werden. Glasfasern der erwähnten Länfasern, oder zu einer Art Bündel zusammengefaßte gen können aus kontinuierlichen Glasfäden oder Glasfasern unter das elastomere Material gemischt 45 diskontinuierlichen Glasfasern, beispielsweise durch werden, so daß eine Zusammensetzung entsteht, die in Zerhacken oder Zuschneiden von Glasfaserbündeln, gewünschter Weise geformt werden kann. Es ent- auf die gewünschte Länge hergestellt werden,
stehen dann elastomere Erzeugnisse mit verbesserten Die Menge der einzuarbeitenden Glasfasern hängt Festigkeitseigenschaften, einer höheren Abriebfestig- von der zu erzielenden Festigkeit des Erzeugnisses ab. keit, verbesserter Flexibilität und Zähigkeit sowie 5° Optimale Festigkeitseigenschaften werden unter VerFormbeständigkeit und Reaktionsträgheit, ohne daß Wendung von mehr als 20 Gewichtsprozent — bezogen Glasfadenbündel zuvor in gewünschter Weise inner- auf die Endmischung — an Glasfasern erzielt, und nur halb des elastomeren Werkstoffes angeordnet werden äußerst selten ist es zweckmäßig, mehr als 50 Gewichtsmüssen. prozent Glasfasern der Mischung beizusetzen. Werden

Damit das bloße Vermischen der Glasfasern mit 55 mehr als 50 Gewichtsprozent Glasfasern zugefügt,

dem elastomeren Material zum Erfolg führt, muß eine so neigt die Zusammensetzung zum Verfilzen, so daß

Anzahl von Faktoren berücksichtigt werden. sie nicht mehr ausreichend fließt, um die Endprodukte

Zunächst muß ein fester Verbund zwischen den Glas- zu formen. Weniger als 20 Gewichtsprozent Glasfasern und dem elastomeren Material erzielt werden. fasern können ebenfalls verwendet werden, jedoch Dies wird dadurch erreicht, daß oberflächenbehandelte 60 nimmt dann der durch die Verstärkung erzielte Effekt Glasfasern verwendet werden, deren Überzug ein Ver- hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften entsprechend ankerungsmittel enthält, das den Verbund zwischen ab, und weniger als 3 Gewichtsprozent Glasfasern den Glasfasern und dem elastomeren Material erheb- haben nahezu keinerlei Verbesserungen mehr zur lieh fördert. Derartige Verankerungsmittel sind bei- Folge.

spielsweise Aminosiliziumwasserstoffe, wie gamma- 65 Eine maximale Verbesserung der Festigkeits- und

Aminopropyltriäthoxysilan, oder Siliziumwasserstoffe Zähigkeitseigenschaften des glasfaserverstärkten elasto-

mit einer Karboxylgruppe an einem Siliziumatom der meren Endprodukts kann dann nicht erreicht werden,

organischen Gruppe, oder eine Amino- oder Kar- wenn die Glasfasern sämtlich als Einzelfasern dem

elastomeren Werkstoff beigefügt werden. Wenigstens der größere Teil der Glasfasern sollte in der Form zugesetzt werden, daß mehrere Glasfasern beispielsweise zu Bündeln oder Strängen zusammengefaßt werden. Die besten Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn die Mehrheit der Glasfasern, vorzugsweise mehr als 60 ⁰J₀, in Form von Faserbündeln im elastomeren Werkstoff angeordnet sind, während der geringere Teil, bis maximal 30°/₀, der Glasfasern als Einzelfasern eingebaut werden, die von den Glasfaserbündeln getrennt sind; an Stelle von Einzelfasern können natürlich auch nur eine geringe Anzahl von Glasfasern umfassende Glasfaserbündel verwendet werden, wie sie beispielsweise beim Walzen und Kneten entstehen.

Eine Zusammensetzung der beschriebenen Art kann leicht dadurch erhalten werden, daß eine geringe Menge von Glasfasern in Form von Bündeln dem elastomeren Werkstoff vor dessen Bearbeitung zugefügt wird. Nachdem diese beiden Komponenten einer teilweisen Bearbeitung unterzogen worden sind, beispielsweise einer gewissen Anzahl von Durchgängen zwischen Walzen, wird der übrige Teil der Glasfaserbündel beigefügt, worauf die Verarbeitung vollends durchgeführt wird. Infolgedessen sind die zuerst zügesetzten Glasfasern von den nachfolgend zugesetzten Glasfaserbündeln separiert und gleichmäßiger über das elastomere Material verteilt, was die Folge der stärkeren Verarbeitung ist, wohingegen der größere Teil der Glasfaserbündel, der später hinzugefügt wurde, infolge des geringeren Verarbeitungsgrades mehr eine Bündelform beibehält, wobei diese Bündel ebenfalls über den elastomeren Werkstoff verteilt sind.

Die Kombination von mehr separierten Glasfasern mit Glasfaserbündeln gestattet es, daß sich die einzelnen Glasfasern innerhalb der Bündel ausrichten, so daß der Gummi mehr auf Schub statt auf Zug beansprucht wird, wohingegen die separierten Glasfasern die einzelnen Glasfaserbündel gewissermaßen miteinander verbinden, um eine Schwäche des Werkstoffes zwischen den Glasfaserbündeln oder gar ein Brechen an diesen Stellen zu vermeiden, was ja sonst häufig z. B. bei Reifen auftritt. Infolgedessen verbessert die Kombination von Einzelfasern mit einer Mehrheit von zu Bündeln zusammengefaßten Fasern in einem elastomeren Werkstoff dessen physikalische Eigenschaften.

Unter Elastomeren sollen im folgenden sowohl natürlicher Kautschuk als auch jeglicher synthetische.

Schichtungsvorrichtung 18 gezogen, um die einzelnen Glasfäden mit einer Schlichte 20 zu überziehen, wenn die Glasfäden zu einem Strang 22 zusammengefaßt werden, der auf eine schnell rotierende Trommel 24 aufgewickelt wird.

Die Schlichte kann durch einen Wischer oder eine Auftragungsrolle aufgebracht werden, die beide aus einem Vorratsbehälter 26 mit Schlichte beschickt werden. Die Schlichte für die Glasfäden setzt sich so zusammen, daß sie als Gleitmittel und Bindemittel dient, und sie enthält vorzugsweise ein Verankerungsmittel. Im folgenden werden typische Zusammensetzungen für eine solche Schlichte erläutert.

Beispiel 1

0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent gamma-Aminopropyl-

triäthoxysilan,

0,3 bis 0,6 Gewichtsprozent Glyzerin, Rest Wasser.

Beispiel 2

8,0 Gewichtsprozent teilweise dextrinierte Stärke, 1,8 Gewichtsprozent gehärtetes Pflanzenöl, 0,4 Gewichtsprozent Laurylaminazetat

(Netzmittel),

0,2 Gewichtsprozent nicht ionisierter Emulgator, 1,0 Gewichtsprozent Glycylat-Chlorchrom.

Beispiel 3

3,2 Gewichtsprozent gesättigtes Polyesterharz, 0,1 Gewichtsprozent Pelargonsäureesteramid,

gelöst in Essigsäure, 0,1 Gewichtsprozent Tetraäthylenpentamin-

Stearinsäure,

0,1 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol, 3,0 Gewichtsprozent Polyvinylpyrrolidon, 0,3 Gewichtsprozent gamma-Aminopropyl-

triäthoxysilan,

0,1 Gewichtsprozent Essigsäure, 93,1 Gewichtsprozent Wasser.

Die Schlichte wird einfach auf die Glasfäden aufgebracht, wenn diese zu einem Strang zusammengefaßt werden, und man läßt sie anschließend an der Luft trocknen.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das gamma-Aminopropyltriäthoxysilan als Verankerungsmittel durch einen anderen Aminosiliziumwasserstoff ersetzt werden, beispielsweise durch

organische Kautschuk wie Chloropren, Isopren, Iso- 50 gamma-Aminopropylvinyldiäthoxysilan, in (gammabutylen und Butylpolymere sowie Mischpolymere, wie Triäthoxysilylpropyl) Propylamin, beta-Aminoallyl-Styrol, Akrylat und Vinylzyamid, verstanden werden. triäthoxysilan oder Anilinsilanderivate.

Unter Glasfasern können kontinuierliche oder Obwohl es nicht unbedingt notwendig ist, die Glasdiskontinuierliche Glasfäden bzw. Glasfasern sowie fasern vor dem Zerhacken oder Zerschneiden auf die Stränge, Garne und Gewebe aus diesen Fäden oder 55 gewünschte Länge zu imprägnieren, so ist dies doch

vorteilhaft, da dann die einzelnen Fasern innerhalb des Stranges oder Bündels besser voneinander getrennt sind und das einen elastomeren Werkstoff enthaltende Imprägnierbad besser in das Innere des Glasfaser-

Fasern verstanden werden. Im folgenden wird ein
Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem mit kontinuierlichen Glasfäden gearbeitet wird, es ist aber
selbstverständlich, daß das Verfahren auch mit kurzen
Glasfasern durchgeführt werden kann, die von Strömen 60 bündeis einzieht, so daß dessen einzelne Fasern besser geschmolzenen Glases abgeblasen, gesammelt und zu im elastomeren Endprodukt verankert werden.

Deshalb wird ein Garn 30 aus Glasfäden von einer Trommel 32 abgewickelt und über eine Umlenkrolle 34 hinweg in einen Behälter 36 hineingeführt, der ein fäden 10 durch schnelles Ausziehen einer Vielzahl ge- 65 Bad 38 aus einem ein elastomeres Material enthaltenschmolzener Glasströme 12 hergestellt, die der Unter- den Imprägniermittel aufnimmt. Nach dem Bad 38 seite einer Düsenwanne 14 eines Glasschmelzofens 16 wird das Imprägnierte Garn 40 nach oben durch einen entströmen. Die Glasfäden 10 werden über eine Be- Abstreifer 42 hindurchgezogen, der dazu dient, das

Garnen verarbeitet werden, aus denen wiederum Schnüre gebildet werden.
Wie die F i g. 1 zeigt, werden kontinuierliche Glas-

7 8

flüssige Imprägniermittel in die inneren Bereiche des hafterweise hinter dem Abstreifer 42 zwischen zwei Glasfadengarnes einzuarbeiten und überflüssiges Im- Heizelementen 46 durchgeführt, so daß das Garn 44

prägniermittel abzustreifen. erhitzt und so lange auf einer erhöhten Temperatur Im folgenden werden an Hand einiger weniger Bei- gehalten wird, bis das Verdünnungsmittel ausgetrieben

spiele typische Imprägniermittel erläutert. 5 und, falls dies erwünscht ist, die elastomere Kompo-

. ■ λ λ nente des Imprägniermittels vorvulkanisiert ist.

B e ι s-p ι e 1 4 _{Um die} Glasfasern gegen ein Verkleben während

100 Gewichtsteile Chloroprenkautschuk, der nachfolgenden Verarbeitungsstufen, in denen sie

4 Gewichtsteile pulverisiertes Magnesiumoxyd, auf die gewünschte Länge zurecht geschnitten werden,

5 Gewichtsteile pulverisiertes Zinkoxyd, io zu schützen, ist es zweckmäßig, wenn das imprägnierte 15 Gewichtsteile Gasruß, Garn 44 mit einem Gleitmittel in Form pulverisierten

1 Gewichtsteil Trialkyl-Thioharnstoff- Zinkstearats, Graphit, Ruß, pulverisierter Kieselerde Beschleuniger. oder pulverisierten Glases beschichtet wird; diese . . Materialien müssen zu einem späteren Zeitpunkt nicht B e ι s ρ ι e 1 5 _{15 mehr von der} oberfläche entfernt werden, da sie ent-100 Gewichtsteile synthetischer Kautschuk auf der weder als Füllmittel im Erzeugnis oder als an der Basis von Mischpolymerisaten Vulkanisation beteiligtes Reagenz dienen. Eine deraus Butadien und Acrylnitril, artige trockene, pulverisierte Substanz kann auf das 25 Gewichtsteile SRF-Ruß, imprägnierte Glasfasergarn aufgesprüht werden, wenn 5 Gewichtsteile pulverisiertes Zinkoxyd, 20 es die Heizelemente 46 verläßt, beispielsweise dadurch, 0,5 Gewichtsteile Reaktionsprodukt von Di- daß das Garn unter einem Sieb vorbeigeführt wird, phenyl-Amin-Ester, durch das hindurch die pulverisierte Substanz aufge-1 Gewichtsteil Stearinsäure, streut wird; diese Substanz kann aber auch dadurch 40 Gewichtsteile Dicumylperoxyd. aufgebracht werden, daß das imprägnierte Garn 44 . 25 durch eine Anhäufung 48 der pulverisierten Substanz Beispiel 6 hindurchgezogen wird, hinter der sich eine Bürste 50 60 Gewichtsteile natürlicher Latex und Resorcin- befindet, die überschüssige Substanz von der Oberformaldehydharz, dispergiert in fläche des Garnes entfernt, ehe die Glasfäden auf eine einem wäßrigen Medium bis auf Trommel 52 aufgespult werden.
38 °/o Festkörperbestandteile, 3° Anschließend wird das kontinuierliche Glasfaden-1 Gewichtsteil Vulkanisator, bündel auf die gewünschte Länge zurechtgeschnitten, 39 Gewichtsteile Wasser. wobei die Glasfäden jedoch stets zu Bündeln zusam-. -₁₇ mengefaßt bleiben. Für die meisten Zwecke ist eine Beispiel 7 mittlere Länge von ungefähr 1 bis 2 cm besonders vor-2 Gewichtsteile Resorcinolformaldehydharz, 35 teilhaft.

1 Gewichtsteil Formalin (37°/_oige Lösung), Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, wenn die 2,7 Gewichtsteile konzentriertes Ammonium- Glasfasern in Bündelform in den elastomeren Werkstoff hydroxyd, eingearbeitet werden, da die gewünschte Übertragung 25 Gewichtsteile Vinylpyridinterpolymer der vorteilhaften Eigenschaften der Glasfasern dann (42 % Latex), 4° nicht vollständig erzielt werden kann, wenn lediglich 41 Gewichtsteile Chloroprenlatex (50% feste einzelne Fasern mit einem elastomeren Werkstoff verBestandteile), mischt werden. Die besten Ergebnisse lassen sich, wie 5 Gewichtsteile Butadienlatex (60 °/₀ feste bereits erwähnt, dann erzielen, wenn die Mehrzahl Bestandteile), der Glasfasern in Bündelform im elastomeren Werk-0,05 Gewichtsteile Natriumhydroxyd, 45 stoff vorliegt, während ein geringerer Anteil an Glas-1 Gewichtsteil gamma-Aminopropyltri- fasern als Einzelfasern oder in Form von Bündeln mit äthoxysilan, geringerer Faserzahl eingebaut ist. Dies kann dadurch 1 Gewichtsteil Vulkanisator, erreicht werden, daß ein kleiner Teil (5 bis 30°/₀) 1100 Gewichtsteile Wasser. geschnittener oder zerhackter Glasfadenstränge dem

50 elastomeren Werkstoff zugesetzt wird, worauf dieser

Eine möglichst vollständige Imprägnierung des beispielsweise 3- bis 5mal zwischen Walzen hindurch-Glasfaserbündels ist wünschenswert, da dann die Ver- geschickt wird. Danach wird der Rest an zerkleinerten ankerung der Glasfasern in dem elastomeren Werk- Glasfadensträngen zugesetzt und die Mischung wieder stoff des Erzeugnisses am besten ist. Deshalb ist es gewalzt, bis sie insgesamt 7- bis 9mal zwischen den auch vorteilhaft, einen elastomeren Bestandteil im 55 Walzen hindurchgeschickt worden ist; jedenfalls darf Imprägniermittel zu verwenden, der mit dem elasto- das zusätzliche Walzen nicht solche Ausmaße annehmeren Werkstoff verträglich ist, welcher die kontinu- men, daß die Verstärkung durch die Glasfasern in unierliche Phase des Erzeugnisses bildet; die elastomere erwünschter Weise vermindert wird.
Komponente des Imprägniermittels muß aber zu- Es kann nun festgestellt werden, daß der erste Teil mindest während der Bearbeitung und Formung des 60 zerkleinerter Glasfaserbündel in stärkerem Maße aufErzeugnisses so fließfähig sein, daß sie sich mit der getrennt worden ist als die restlichen Glasfaserbündel, kontinuierlichen Phase des Erzeugnisses während die nach einem ersten Verarbeiten zugesetzt und indieser Verfahrensstufen mischen läßt. Deshalb ist es folgedessen einer geringeren Bearbeitung ausgesetzt auch zweckmäßig, den imprägnierten Glasfaserstrang wurden, so daß die letztgenannten Glasfaserbündel im so weit zu erhitzen, daß entweder das Verdünnungs- 65 wesentlichen in Bündelform eingebaut werden, was mittel ausgetrieben wird oder gleichzeitig auch noch dazu führt, daß das Erzeugnis einen größeren Anteil die elastomere Komponente vorvulkanisiert sind. In- an Glasfaserbündel und einen geringeren Anteil von folgedessen wird das imprägnierte Garn 44 vorteil- den Bündeln separierter Glasfasern enthält, die jedoch

sämtlich gleichmäßig über die Phase des elastomeren Werkstoffes verteilt sind.

Obwohl eine Mischung auch in der Weise vorgenommen werden kann, daß sämtliche Glasfasern in Form von Bündeln in den elastomeren Werkstoff eingebaut sind, so werden doch bessere Resultate mit einer Mischung aus Glasfaserbündeln und einzelnen Glasfasern erreicht, wobei jedoch die einzelnen Fasern nur einen kleinen Teil der insgesamt zugesetzten Glasfasern, beispielsweise 30 °/₀ hiervon, ausmachen sollten. Es wurde ferner festgestellt, daß die Übertragung der ausgezeichneten Eigenschaften der Glasfasern auf das Endprodukt von der Länge der Glasfasern abhängt, wobei die besten Resultate bei der Verwendung von Glasfaserbündeln erzielt wurden, die langer als die einzeln in das Elastomer eingebauten Glasfasern sind; in einem typischen Fall haben die Glasfaserbündel eine mittlere Länge von 1,3 bis 3,8 cm und die Einzelfasern eine mittlere Länge von 0,6 bis 1,3 cm.

Die nach dem Einarbeiten der Glasfasern erzielte Mischung kann ausgeformt, gehärtet bzw. vulkanisiert und dadurch in üblicher Weise zu Treibriemen oder Reifen verarbeitet werden. Die Orientierung der Glasfasern im ausgeformten Erzeugnis kann durch das Verfahren zum Einarbeiten der Fasern in das elastomere Material bis zu einem gewissen Grad beeinflußt werden.

Zunächst soll die Herstellung von Gummitreibriemen erläutert werden, in denen eine Orientierung der Glasfasern in Längsrichtung erwünscht ist, um eine maximale Zugfestigkeit und Formbeständigkeit zu erzielen. Zu diesem Zweck können die Glasfaserbündel in eine flache Kautschukbahn vor dem Walzen derart eingebracht werden, daß sich die Glasfaserbündel in Längsrichtung erstrecken. Der Kautschuk wird dann zwischen Walzen hindurchgeschickt, und zwar in Längsrichtung der Glasfasern, so daß diese gewünschte Orientierung erhalten bleibt.

Anschließend wird eine der Riemenherstellung dienende Spindel mit dem flächenhaften Kautschuk so umwickelt, daß die Glasfasern in Umfangsrichtung liegen. Die glasfaserverstärkte Kautschukschicht kann den gesamten Querschnitt des Treibriemens bilden, es ist aber auch möglich, die Spindel zunächst mit einer nicht verstärkten Kautschukschicht zu umwickeln, die als federnde und reibungserhöhende Schicht dient, worauf dann die glasfaserverstärkte Schicht aufgebracht und schließlich wieder eine reine Kautschukschicht aufgewickelt wird.
Dann wird die möglicherweise mehrschichtige Kautschukzusammensetzung längs Umfangslinien der Spindeln aufgeschnitten, um so den gebildeten Zylinder in Streifen aufzuteilen, die durch Zusammenklappen des Kerns entfernt werden können.

Die Streifen werden mit V-förmigem Querschnitt geschnitten und, falls dies gewünscht wird, mit einem mit Kautschuk imprägnierten Gewebe umwickelt. Vulkanisiert wird unter Druck bei einer Temperatur von ungefähr 175⁰C.

Ein Querschnitt durch den Treibriemen 60 (s. F i g. 5) zeigt, daß die Glasfasern gleichförmig über dessen ganzen Querschnitt verteilt sind, wobei die große Mehrheit aller Fasern noch in Form von Faserbündeln 62 eingebaut ist, wohingegen einige Einzelfasern 64 oder Bündel mit geringerer Faserzahl dazwischen angeordnet sind; jedoch verlaufen im wesentlichen alle Fasern in Längsrichtung des Treibriemens 60.

Bei der Herstellung von Luftreifen kann die vorstehend geschilderte flächenhafte Zusammensetzung in verschiedener Weise in einer Form angeordnet werden, was von der Art des herzustellenden Reifens abhängt. Zur Herstellung eines schräggewickelten Reifens wird die flächenhafte Zusammensetzung in die Form in Lagen eingelegt, die abwechselnd so ausgerichtet sind, daß die Fasern jeweils einen spitzen Winkel mit der Laufrichtung einschließen, wobei dieser Winkel jedoch von Lage zu Lage jeweils seine Orientierung bezüglich dieser Laufrichtung ändert. Gewöhnlich bildet die glasfaserverstärkte flächenhafte Schicht lediglich die Karkasse des Reifens, es ergeben sich jedoch erhebliche Vorteile hinsichtlich der Festigkeit und Laufdauer eines Reifens, wenn die glasfaserverstärkte Schicht auch zur Bildung des Laufflächenteilstückes des Reifens verwendet wird, so daß der ganze Reifen glasfaserverstärkt ist.

Dann muß der Reifen lediglich noch unter Anwendung von Druck und Hitze vulkanisiert werden, so daß zahlreiche der verschiedenen zeitraubenden Schritte, die seither notwendig waren, wenn Garne zur Verstärkung herangezogen wurden, nunmehr entfallen.

Im ausgeformten Reifen sind die Glasfasern im wesentlichen noch genau so orientiert wie zu dem Zeitpunkt, in dem die glasfaserverstärkten Kautschukschichten in die Form eingelegt wurden; auch bleiben die Glasfasern im wesentlichen gleichmäßig über den ganzen Reifen verteilt, wobei die Mehrzahl der Glasfasern in Bündelform eingebaut ist, während Einzelfasern dazwischenliegen, um die gesamte Struktur zusammenzuhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer vulkanisierbaren oder härtbaren, Glasfasern enthaltenden elastomeren Masse, bei dem zu einem Elastomer Glasfasern in Form von Faserbündeln zugegeben und eingewalzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugeben und Einwalzen der Glasfasern in einer kleineren Teilmenge vorab und in der Hauptmenge nach dem Einwalzen der Teilmenge erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwalzen der Teilmenge in einer erheblich größeren Zahl von Walzdurchgängen als das Einwalzen der Hauptmenge erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwalzen der Teilmenge in drei bis fünf Walzdurchgängen erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbündel vor dem Zugeben mit einer Zusammensetzung imprägniert werden, die eine mit dem Elastomer verträgliche elastomere Komponente enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern vor dem Imprägnieren mit einer Schlichte überzogen werden, die ein Verankerungsmittel zur Bildung eines festen Verbunds zwischen den Glasfasern und der elastomeren Matrix enthält.