DE2115444A1

DE2115444A1 - Verstärkungselement für biegsame Ausführungen auf Kautschukbasis, sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2115444A1
Application number: DE19712115444
Authority: DE
Inventors: Luciano Mailand Bergomi (Italien). P
Original assignee: Industrie Pirelli SpA
Current assignee: Industrie Pirelli SpA
Priority date: 1970-03-31
Filing date: 1971-03-30
Publication date: 1971-11-04
Also published as: FR2083683B1; IE35039L; CH534579A; FR2083683A1; BE765043A; BR7101909D0; IE35039B1; US4042742A; GB1340137A; DE2115444B2; TR16607A; AT315656B; ZA712092B; LU62885A1; NL7104179A; CA944105A

Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT

MDNCHEN HAMBURG

TELEFON: 3953U 2000 HAMBURG 50, 29. 3i 71

TELEGRAMME! KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

W. 24 684/71 12/i¹!

Industrie Pirelli Soρ. Mailand (Italien)

Verstärkungselement für biegsame Ausführungen auf Kautschukbasis, sowie Verfahren zu seiner

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Verstärkungselemente für biegsame Ausführungen auf Kautschukbasis, die in verschiedenen Gegenständen verwendet werden können, welche in der Kautsehukindustrie erzeugt werden, insbesondere bei Luftreifen, und die Erfindung bezieht sich " insbesondere auf Verstärkungselemente, die fadenartiges Material aufweisen, das in Segmente (nachstehend Pasern genannt) unterteilt ist und das in eine Kautschukbahn eingebettet ist und eine Verstärkung für diese darstellt, so daß die Bahn ihrerseits in einer komplexeren Ausführung vorgesehen sein kann, beispielsweise in einem Luftreifen oder in einem Riemen mit dem Ergebnis, daß gewisse mechanische Eigenschaften des Gegenstandes verbessert werden.

In der Kautschukindustrie sind bereits verschiedene Arten von solchen Verstärkungen vorgeschlagen worden, beispielsweise Kautschukbahnen oder Bahnen aus einer Zusammensetzung, die Kautschuk und andere Bestandteile enthalten

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und weiterhin Fasern aus verschiedenen Materialien (Polyamidfasern, Metallfaden, G-lasfasern und dergleichen) aufweisen, die keine besondere Orientierung haben, so daß ein Material erhalten ist, welches eine größere Kompaktheit als Kautschuk und daher einen höheren Widerstand gegen Spannung oder Zugbeanspruchung oder gegen Abrieb hat.

Verstärkungen dieser Art sind für die Herstellung von Luftreifen verwendet worden, und zwar in einer Stellung unter der Lauffläche, um einen gewissen Widerstand gegen das Eindringen kleiner scharfer Körper zu schaffen, welche die Karkasse beschädigen können, oder direkt in der Lauffläche selbst, um deren Abnutzung zu verringern, wie es beispielsweise in den Britischen Patentschriften 870 479, 1 008 597 und 1 157 565 beschrieben ist»

Es sind auch Verstärkungselemente vorgeschlagen worden, die durch Bahnen aus Kautschukzusammensetzungen dargestellt sind, welche fasern aus verschiedenen Materialien enthalten, die in einer gegebenen Richtung orientiert sind. Das erhaltene Material hat hohen Widerstand gegen Zugbeanspruchung in Eichtungder Pasern.

Verstärkungen dieser Art sind bei der Herstellung von Luftreifen verwendet worden, und zwar zusätzlich oder als Ersatz für verkautschukte Schnurstoffe oder Cordstoffe, um zu versuchen, einen vorteilhaften Kompromiß zwischen dem hohen mechanischen Widerstand, der bei Luftreifen benötigt wird, und ihrer Biegsamkeit zu erreichen, wie es beispielsweise in der Französischen Patentschrift 1 305 692 und in der USA-Patentschrift 3 Q95 027 beschrieben ist.

Die Orientierung der Fasern, die in der Zusammensetzung vorhanden aind, kann, wie es bekannt ist, dadurch erhalten werden, daß die Zusammensetzung durch eine zweckentsprechende Vorrichtung hindurchgehen gelassen wird

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wie eine Kalandervorrichtung, eine Mischvorrichtung, eine Extrudiervorrichtung und dergleichen.

Das Einlagern der oben genannten orientieiten Fasern in der Zusammensetzung führt zu einem Material, welches, obwohl es gute Biegsamkeit hat, geringen Widerstand gegen Druckbeanspruchung bietet, die in Richtung der Länge der Fasern ausgeübt wird.

Durch Untersuchungen der Anmelderin ist gefunden worden, daß es erwünscht ist,- einen verbesserten Widerstand gegen Druckbeanspruchung in einergegebenen Richtung, und zwar orthogonal zu der minimalen Abmessung .(Dicke) des Elementes zu haben. Tatsächlich werden, und zwar insbesondere in der Zone unter der Lauffläche, Verstärkungsausführungen verwendet, die abgesehen davon, daß sie dem Reifen einen hohen Grad an radialer Biegsamkeit ermögliche^ die Straßenhaftung des Reifens verbessern können, wenn sie weiterhin in der Lage sind, einen guten Widejsbanä gegen Druckbeanspruchung in Querrichtung zu gewährleisten.

Weiterhin stellen die orientierten Pasern bekannter Art echte Fremdkörper dar, die in der Zusammensetzung eingebettet sind, und zwar zufolge ihrer eigenen besonderen mechanischen Eigenschaften, die von denen der Zusammensetzung selbst sehr verschieden sind, was zu weiteren Problemen hinsichtlich Beanspruchungskonzentration, Bindung der Pasern an die Zusammensetzung und gleichmäßiger Verteilung der Pasern in der Zusammensetzung führt.

Einer der Zwecke der Erfindungbesteht darin, ein Verstärkung smaterial auf der Basis einer Kautschukzusammensetzung zu schaffen, welches abgesehen davon, daß es gute Biegsamkeitseigenschaften hat, einen guten Wideband gegen Druckbeanspruchungen in einer vorbestimmten Richtung hat.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erhalten eines solchen Verstärkungsmaterials zu schaffen.

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Demgemäß ist einer der Gegenstände der Erfindung ein Verstärkungselement für biegsame Ausführungen aus einer Kautschukzusammensetzung, insbesondere für Luftreifen, welches relevante anisotropische Eigenschaften hat und dadurch gekennzeichnet ist, daß einzelne Fasern aus einem Mineralmaterial, welches einen Zugelastizitätsmoäul von wenigstens 5000 kg/mm hat, in einer Kautschukzusammensetzung in einer Menge im Bereich von 2 bis 50 Gew.?", und vorzugsweise von 5 bis 20 Gew.i» des Gesamtgewichts der Zusammensetzung im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind, wobei die Fasern in dem Element vorherrschend entlang einer vorbestimmten Richtung im wesentlichen orthogonal bzw. senkrecht zu der Sichtung orientiert sind, die durch die minimale Abmessung bestimmt ist. Die Fasern haben vorzugsweise eine minimale Länge /von 0,1 mm, unddas Verhältnis von Durchmesser zu Länge der Fasern liegt im Bereich zwischen 1:10 und 1:100. Das Verstärkungselement hat weiterhin in der Eichtung* der vorherrschenden Orientierung der Fasern einen Widerstand gegen Druckbeanspruchung, der höher als derjenige der Zusammensetzung allein ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung liegt der Durchmesser der Fasern im Bereich zwischen 0,002 und 0,02 mm, und ihre Länge liegt im Bereich zwischen 0,1 und 1 mm, und vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,50 mm.

In. dem Bereich der angegebenen Abmessungen kann ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge von 1:100 als die Grenze angesehen werden, innerhalb welcher die Fasern besser in der Lage sind, Druckbeanspruchungen zu wxterstehen, ohne irgendeine Biegung zu erleiden.

Andererseits kann das Verhältnis von Durchmesser zu Länge von 1:10 als derminimale Wert angesehen werden, unterhalb von welchem es schwierig ist, eine gute Orientierung der in der Zusammensetzung eingebetteten Fasern zu erhalten.

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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die in der Zusammensetzung eingebetteten Fasern Glasfasern, Kohlenstoffasern oder äquivalente Mineralfasern sein, deren Oberfläche in bekannter Weise behandelt worden ist, um inniges und dauerhaftes Anhaften an der Kautschukzusammensetzung zu gewährleisten, in der sie eingebettet sind.

Der verbesserte Widerstand gegen Druckbeanspruchung in der Richtung der Orientierung der Pasern wird durch die Zunahme des Druckelastizitätsmoduls bestimmt. Es ist bekannt, daß der Elastizitätsmodul von Materialien dieser Art sich in Übereinstimmung mit ihrer Verlängerung oder Dehnung kontinuierlich ändert, so daß in der vorliegenden Beschreibung immer auf den Druckelastizitätsmodul Bezug genommen wird, gemessen unter Bedingungen, die den Bedingungen äquivalent sind, unter denen das Verstärkungselement, welches den Gegenstand der Erfindung bildet, tatsächlich verwendet wird.

Die Messung des Elastizitätsmoduls wird gemäß nachstehender Arbeitsweise ausgeführt, mit der beabsichtigt wird, die tatsächlichen Betriebsbedingungen des Reifens in der besten Weise zu reproduzieren.

Die Probe ist durch ein kleines Stück des Produktes mit einer Abmessung von 200 χ 200 χ 4 mm dargestellt, ~ welches in einer geeigneten Form vulkanisiert ist. Während des Vulkanisierens wird ein Tombakblech mit einer Größe von 200 χ 200 χ 0,1 mm auf eine Fläche der Probe derart aufgebracht, daß nach dem Vulkanisieren ein Stück erhalten ist, an dessen eine fläche das Tombakblech gebunden- ist. Die Probe wird, nachdem sie gegen zwei parallele Klingen gelehnt ist, die 200 mm lang sind und sich in einem Abstand von 190 mm befinden, einer Biegebeanspruchung unterworfen. Das Tombakblech, welches von der sich gegen die Klingen lehnenden Fläche der Probe getragen ist, enthält die notrale Achse des gesamten Gebildes zufolge der Tat-

u Π ri ·,", / 1 1 ? 7

— U —

sache, daß sein Elastizitätsmodul außerordentlich viel höher als derjenige zu prüfenden Probestücks ist. Mittels einer dritten Klinge, welche parallel zu den, anderen angeordnet und mit einem Fühlelement einer Skale oder eines Maßstabes fest verbunden ist, wird an der Hittellinie der Probe eine Krümmung von 10 mm erteilt und dann wird der 7/ert der entsprechenden Reaktion bestimmt. Auf diese Weise wird die J?robe einer Druckbeanspruchung unterworfen und es ist mittels einer in der Konstruktionstheorie bereits bekannten einfachen Formel möglich, den gesamten scheinbaren Elastizitätsmodul des geprüften Produktes in den beiden orthogonalen Eichtungen parallel zu den längeren Kanten der Probe zu bestimmen. Ήβηη in der Probe die bevorzugte Richtung der Orientierung der Pasern mit der Richtung einer ihrer Seiten zusammenfällt, (wie es bei den Prüfungen von Verstärkungselementen gemäß der Erfindung der Pail ist), ist es möglich, den Druckelastizitätsmodul in der bevorzugten Richtung und in der Richtung rechtwinklig dazu zu bestimmen.

Vorzugsweise wird der Wideosfcand gegen Druckbeanspruchung des Verstärkungselementes in der Richtung der vorherrschenden Orientierung der Pasern derart erhöht, daß der Druckelastizitätsmodul in dieser Richtung wenigstens das Dreifache und vorzugsweise das Vierfache des Druckelastizitätsmoduls der Zusammensetzung allein beträgt.

Die Anisotropie des Verstärkungselementes, bestimmt durch die vorherrschende Orientierung der Fasern, führt zu einem Druckelastizitätsmodul, der beträchtlich höher als in irgendeiner anderen beträchtlich divergenten Richtung ist, und der insbesondere in der bevorzugten Richtung viel höher als in der dazu rechtwinkligen Richtung ist, und das Verhältnis zwischen diesen Moduln ist wenigstens gleich 1,4:1.

Das Verhältnis zwischen dem Druckelastizit .tsmodul in der bevorzugten Richtung und in der dazu rechtwinkligen

1 o y 8 4 η /11 ->

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Richtung (oderder anisotropische Grad) kann jedoch, viel höhere Werte erreichen, "beispielsweise 4 oder mehr, indem der Prozentsatz der verstärkenden Mineralfasern erhöht wird. Es ist tatsächlich gefunden worden, daß der Druckelastizitätsmodul in der bevorzugten Richtung sich schnell erhöht, wenn der Prozentsatz an Mineralfasern erhöht wird, während der Drackelastizitätsmodul in der zur bevorzugten Richtung Rechtwinkligen Richtung nach der Zugabe eines gewissen Prozentsatzes an Fasern nicht mehr

zunimmt und in jedem ^aIl weniger schnell zunimmt, und zwar sogar bei kleinen Prozentsätzen.

Die verstärkenden Mineralfasern können von verschiedenen Arten sein. Sie sind vorzugsweise Glasfasern oder Kohlenstoffasern. Die Glasfasern werden weiter bevorzugt und sie werden vorteilhaft mit Durchmessern verwendet im Bereich zwischen 2 und 20 Mikron.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erhalten eines Verstärkungselementes für biegsame Ausführungen. Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Herstellung einer Kautschukzusammensetzung mittels bekannter Verfahren von Zugeben und Mischen;

b) Zugabe von Mineralfasern zu der Zusammensetzung

in einer Menge zwischen 2 und 50 Gew./=, und vorzugsweise zwischen 3 und 20 Gew.^ des Gesamtgewichts der Zusammensetzung, wobei die Fasern einen Zugelastizitätsmodul von wenigstens 5000 kg/mm und eine Länge haben, die nicht kurzer als das Hundertfache ihres Durchmessers ist;

c) Mechanische Behandlung der die Fasern enthaltenden Zusammensetzung, um 2U erreichen, daß:

C.) die Fasern in der Zusammensetzung in im wesentlichen gleichmäßiger Weise einzeln verteilt werden, und daß

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Cp) die länge des größten Teils von ihnen in einem solchen Ausmaß verringert wird, daß das Verhältnis von Durchmesser zu Länge der Fasern im Bereich zwischen 1;10 und 1:100 liegt; d) Weitere mechanische Behandlung des heterogenen

Gemischs, welches durch die Zusammensetzung und die Fasern dargestellt ist, derart, daß das Gemisch in ein länglich gestaltetes Produkt -umgewandelt wird, in welchem der größte Teil der Fasern in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der größeren Abmessung des Produktes orientiert ist. Es wird angenommen, daß durch die sich im plastischen Zustand befindende Kautschukzusammensetzung "•Zerkleinerungskräfte" erzeugt werden, welche den Widerstand der Glasfasern überwinden und in der Lage sind, deren Länge zu verkürzen und weiterhin ihre Verteilung in der gesamten Masse zu erleichtern.

Diese Erscheinung führt zu einem weiteren Vorteil des beschriebenen Verfahrens, d.h., daß die Länge der Glasfasern während des gleichen Mischvorganges bestimmt werden kann.

Es ist experimentell festgestellt worden, daß die Länge der Fasern bis zu gewissen Werten herunter verkürzt werden kann, die von der Plastizität der Kautschukzusammensetzung und von dem Verhältnis von Durchmesser zu Länge der Fasern abhängen. Nachdem gewisse Längenwerte erreicht sind, können die Fasern nicht weiter verkürzt werden, und zwar wahrscheinlich, weil den Zerkleinerungskräften durch die zunehmend höhere Sprödigkeit der Fasern zufolge ihrer verkürzten Länge widerstanden wird.

Die Umwandlung der Zusammensetzung zu geformten Produkten wird in üblicher Weise mittels Extrudiervorrichtungen oder Kalandervorrichtungen ausgeführt.

Wenn auf diese Weise gearbeitet wird, wird ein hoher Grad an Gleichmäßigkeit und Verteilung der Glasfasern in der Kautschukzusammensetzung erhalten.

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Vorzugsweise werden die Glasfasern in die Kautschuk-Zusammensetzung in Längen von nicht kürzer als 1 mm eingeführt, und sogar mit beträchtlich größerer Länge, wie sie im Handel verfügbar sind. Trotzdem ist es mittels der oben genannten Behandlung möglichm Pasern der gewünschten Länge und mit im wesentlichen gleichmäßigen Abmessungen zu erhalten, was im Hinblick auf das mechanische Verhalten des Verstärkungselementes von großer Bedeutung ist.

Vorzugsweise liegt dasVerhältnis von Durchmesser zu Länge der Pasern für wenigstens 50 G-ew.$ der Pasern, zwischen 1:25 und 1:50.

Allgemein beträgt die mittlere Länge der erhaltenen Pasern zwischen 0,15 und 0,50 mm und die Verteilung oder Abweichung der Längen ist niedrig und durch ein G* (Standardabweichung) bestimmt, welches zwischen 0,15 und 0,06 liegt. Sowohl der Mittelwert als auch die Abweichungen sind für die Berechnung von Cf auf das Gewicht der Pasern bezogen. Der größte Teil der Pasern hat allgemein eine Länge von nicht größer als 1mm. Es ist offensichtlich, und es muß bemerkt werden, daß immer eine kleine Menge anormaler Pasern vorhanden sein kann, nämlich zu sehr zerkleinerte Pasern oder Pasern, deren Länge noch nahezu der anfänglichen Länge entspricht. Daher müssen, alle hier angegebenen Dimensionsangaben ohne Bezug auf solche anormalen Pasern interpretiert werden, die niemals in ■beträchtlichen Mengen vorhanden sind, in denen sie einen merkbaren Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Produktes haben wurden.

Es ist gefunden worden, daß, wenn die gewünschte Abmessung der Pasern erhalten ist, sie genügend kone stant bleibt. V/enn daher die die fasern enthaltende Zusammensetzung selbst während einer längeren Zeit gemischt wird, als es notwendig wäre, hat dies keine besonderen nachteiligen Polgen.

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Die Möglichkeit, fasern gesteuerter Länge zu erhalten, und zwar gruppiert um einen Mittelwert, der innerhalb eines sehr schmalen Bereichs liegt., wird gegenwärtig auf die physikalischen Eigenschaften der Verstärk-ungsfasern zurückgeführt und insbesondere auf ihre Brechbarkeit und Abmessungen einerseits und auf die Vorgänge andererseits, die auf sie durch die Zusammensetzung selbst während der Mischphase ausgeübt werden.. Im wesentlichen wird angenommen, daß die Verkürzung der Länge der Fasern und das Erreichen der oben genannten Längenwerte nicht zufolge mechanischer Wirkung der Mischvorrichtungen sondern zufolge einer Wirkung der Zusammensetzung auf die Fasern erhalten wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel bezieht sich auf ein Verstärkungselement, welches insbesondere in dem Breaker oder Gürtel von Luftreifen verwendet werden soll.

In einer geschlossenen Mischvorrichtung wird gemäß einer üblichen Arbeitsweise eine Zusammensetzung auf der Basis von natürlichem Kautschuk und mit den nachfolgenden Bestandteilen hergestellt.

Naturkautschuk 100 Gewichtsteile Beschleuniger 1 »

Antioxydationsmittel 2 "
Zinkoxyd 5 "

Stearinsäure 2 ^H

FEF-Ruß 40 "

Weichmacher · 5 " .

Schwefel 2,5 "

Nach der Bereitung« hat die Zusammensetzung einen Plastizitätsindex von 65 Mooney.

Nunmehr werden Glasfasern mit einer Länge von nicht kürzer als 1 min und einem Durchmesser von 9 Mikron der Zusammensetzung in einem Prozentsatz zwischen 8 und 20 fo

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des Gesamtgewichts der letzteren zugegeben. Bei dem obigen Beispiel beträgt dieser Prozentsatz 15 Teile auf 100 Teile der Zusammensetzung.

Der nachfolgende Mischvorgang der Zusammensetzung mit den Glasfasern wird während 1 Stunde und 20 Minuten bei einer Temperatur von 70° C ausgeführt.

Nach diesem Vorgang sind die Glasfasern auf Partikel zurückgeführt, deren Längen Werte haben, die sich im wesentlichen um einen Mittelwert von 0,5 mm gruppieren. Das erhaltene Produkt kann dann in einer offenen Mühle behandelt werden. In diesem Fall wird die länge der Glasfasern weiter verkürzt bis zu einem Mittelwert von 0,25 mm.

Eine Bahn einer Dicke von 3 mm wird durch Kalandern der Zusammensetzung erhalten. In dem Bahnkörper ist der größte Teil der Glasfaserpartikel in der Sichtung der Bewegung der Bahn orientiert zufolge einer in der Kautschukindustrie bereits bekannten Erscheinung.

Die Bahn wird unter einem gewissen Winkel mit Bezug auf die Richtung der Partikel in Streifen geschnitten, die dann in der Produktionsphase als Verstärkungselement für Gürtel von Luftreifen verwendet werden.

Beispiel 2

Dieses Beispiel betrifft ein Verstärkungselement, welches insbesondere in Laufflächen von Luftreifen verwendet werden soll.

Es wird in einer geschlossenen Mischvorrichtung gemäß einer bekannten Arbeitsweise eine Zusammensetzung auf der Basis von natürlichem Kautschuk und mit den nachfolgenden Bestandteilen hergestellt.

natürlicher Kautschuk 100 Gewichtsteile Beschleuniger 1 ^w

Antioxydationsmittel 2 ⁿ Zinkoxyd 5 "

Stearinsäure 2 "

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ISAF-Ruß ·50 Gewichtsteile
Weichmacher 10"
Schwefel 2,5 "

Nach dem Bilden der Zusammensetzung hat diese einen Plastizitätsindex von 65 Mooney.

Nunmehr werden Glasfasern mit einer minimalen Länge von 1 mm und mit einem Durchmesser von 9 Mikron der Zusammensetzung in einem Prozentsatz zwischen 2 und 7 ^a/° des Gesamtgewichts der letzteren zugegeben. Bei diesem Beispiel werden 3 Teile Glasfasern 100 Teilen der Zusammensetzung zugegeben.

Das nachfolgende Mischen der Zusammensetzung mit den Glasfasern wird während 1 Stunde und 20 Minuten bei einer Temperatur von 70° C ausgeführt.

Nach diesem Vorgang sind die Glasfasern zu Partikeln reduziert, deren längen Werte haben, die sich im wesentlichen um einen Mittelwert von 0,45 mm gruppieren.

Ein geformtes Band, welches als Lauffläche von Luft-, reifen verwendet werden soll, wird durch Extrudieren der Zusammensetzung erhalten. In dem Bandkörper ist der größte Teil der Glasfaserpartikel in der Richtungder Bewegung des Bandes orientiert, und zwar ebenfalls in diesem Fall als Folge einer bereits bekannten Erscheinung.

Beispiel 3

Gegenstand dieses Beispiels ist ein Verstärkungselement, welches insbesondere zum Ausfüllen besonderer Zonen von Luftreifen verwendet werden soll.

In einer geschlossenen Mischvorrichtung wird gemäß einer bekannten Arbeitsweise eine Zusammensetzung auf der Basis von natürlichem Kautschuk und mit den nachstehend angegebenen Bestandteilen hergestellt«

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-	100	70	2115444
natürlicher Kautschuk	0,4	5,5	Gewichtsteile
Beschleuniger	3,5	2,75	η
Antioxydationsmittel	5	H ·
Zinkoxyd	3	Il
Stearinsäure	Il
HP-Ruß	11
Weichmacher	Il
Schwefel	Il

Die Plastizität dieser Zusammensetzung unterscheidet sich nicht wesentlich von der Plastizität der Zusammensetzungen gerc&Q Beispiel 1 und 2. Glasfasern einer Länge von nicht kürzer als 1 mm und mit einem Durchmesser von 9 Mikron werden der Zusammensetzung in einer Menge von 6 io des Gewichtes der Zusammensetzung zugegeben. Das nachfolgende Mischen der Zusammensetzung mit den Glasfasern wird während 1 Stunde und 20 Minuten bei einer Temperatur von 70° C ausgeführt.

Nach einer weiteren Behandlung in einer offenen Mühle wird ein geformtes Produkt durch Extrudieren der Zusammensetzung erhalten. In dem Körper des Produktes ist der größte Teil der Glasfasern in der Richtung der Extrudierbewegung orientiert.

Nach dem Extrudieren werden die Glasfasern zu Partikeln reduziert, deren Länge Werte hat, die im wesentlichen um einen Mittelwert von 0,24 gruppiert sind.

Die Bestimmung der Standardabweichung ((T) der Länge der Pasern wurde an dem erhaltenen Produkt ausgeführt, wobei die Streuungen und daher sowohl der Mittelwert als auch der Ci - Wert solcher Längen auf die Gewichtsmenge der Pasern bezogen wurde.

Um die Bestimmung der Länge der in der Kautschukzusammenaetzung verteilten Glasfasern auszuführen, wird eine Probe von dem erhaltenen Produkt genommen. Die Probe wird in einer Presse in der Richtung orthogonal zu der Richtung der Länge der Pasern gequetscht, bis eine Dicke von 0,1 mm erreicht

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ist. Ea ist zu bemerken, daß während dieses Vorganges die Glasfasern ihre Orientierung teilweise verlieren als Folge der Verformung, welche die Probe erlitten hat. Jedoch erleiden die Glasfasern kein weiteres Reißen oder kein weiteres Brechen, da das Zusammendrücken in der Richtung orthogonal zu der Richtung der ^asern ausgeführt wird. Es wird ein Röntgenbild der gequetschten Probe hergestellt. Das Röntgenbild gibt bei zweckentsprechender Vergrößerung die Möglichkeit, die Länge der in der Zusammensetzung eingebetteten Fasern zu messen.

Weiterhin ist eine Bestimmung des Druckelastizitätsmoduls gemacht worden, und zwar sowohl von der Zusammensetzung allein als auch von dem verstärkten Element, wobei diese Bestimmung bei dem verstärkten Element sowohl in der vorherrschenden Orientierungsrichtung der Fasern als auch in der dazu orthogonalen Richtung gemacht wurde. Die Messung dieses Moduls erfolgte gemäß den oben genannten Prüfbedingungen.

Die Ergebnisse der Messungen sind in der nachstehenden !Tabelle angegeben.

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21154U

Produkt gemäß '.Produkt gemäß !Produkt gemäß Beispiel 1 (*)■'Beispiel 2 !Beispiel 3

Druckelastizitätsmodul der Zusammensetzung ohne Fasern kg/mm ■ 0,8 0,5 0,7

Druckelastizitätsmodul der Zusammensetzung mit Fasern, gemessen in der Richtung der Faserläng e₉
kg/W 9,35 2 4,4

Druckelastizitäts modul der Zusammen setzung mit Fasern, gemessen in der Eichtung orthogonal zu der Faserlänge kg/mm	2,2	1,33	2,2
mittlere Länge der Fasern mm	0,25	0,45	0,24
Standardabweiehung der Faserlänge ((J )	0,095	0,13	0,101

( ) Die angegebenen Werte beziehen sich auf das in einer offenen Mühle weiterbehandelte Produkt.

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Claims

Patentansprüche

_v1./' Verstärkungselement für biegsame Ausführungen auf Kautschukbasis, insbesondere für Luftreifen, mit einem Verstärkungsmaterial, welches durch Mineralfasern, vorzugsweise Glasfasern,' dargestellt ist, die in der Zusammensetzung mit einer vorherrschenden Orientierung gleichmäßig verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement in Richtung der vorherrschenden Orientierung einen Wideband gegen Druckbeanspruchung hat, der gegenüber dem Widerstand gegen Druckbeanspruchung eines analogen Elemente^welches durch die Zusammensetzung allein dargestellt ist, beträchtlich verbessert ist, daß die Fasern einen Zugelastizitätsmodul von wenigstens 5000 kg/mm haben, in der Zusammensetzung einzeln dispergiert sind, der größte Teil der fasern eine Länge von nicht kürzer als 0,1 mm und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von nicht kleiner als 10 und nicht größer als 100 hat, und daß die Fasern in einer Menge zwischen 2 und 30, vorzugsweise zwischen 3 und 20 Gewichtsteilen auf 100 Teile der Zusammensetzung vorhanden sind.
2. Verstärkungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern sind und Durchmesser im Bereich von 0,002 und 0,02 mm haben, daß der größte Teil von ihnen eine Länge von nicht größer als 1 mm hat und daß das Verhältnis von Durchmesser zu Länge für wenigstens 50 $> der in dem Element vorhandenen Fasern zwischen 1:25 und 1:50 liegt.
3. Verstärkungselemeht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Element eingebetteten Verwtärkungsfasern eine mittlere Länge zwischen 0,15 und 0,50 mm und eine Verteilung ihrer Längen, bestimmt durch eine Standardabweichung (O^-), zwischen 0,15 und 0,06 haben, wobei der Mittelwert und die Standardabweichung auf das Gewicht der Fasern bezogen sind.

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4. Verstärkungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es in der vorherrschenden Orientierung der Fasern einen Widerstand gegen Druckbeanspruchung hat, der beträchtlich höher als der Widerstand gegen Druckbeanspruchung in irgendeiner anderen beträchtlich divergierenden Richtung ist, und daß der Druckelastizitätsmodul, gemessen in dieser Richtung, vorzugsweise gleich dem 1,4-fachen des entsprechenden Moduls in der senkrechten Richtung dazu ist.
5. Verstärkungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckelastizitätsmodul, gemessen in der Richtung der vorherrschenden Orientierung der Fasern, wenigstend das Dreifache und vorzugsweise wenigstens das Vierfache des entsprechenden Moduls der Zusammensetzung allein beträgt.
6. Verfahren zum Herstellen eines Verstärkungselementes für biegsame Ausführungen auf Kautschukbasis, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Kautschukzusammensetzung mittels bekannter Arbeitsweisen des Zugebens und Mischens hergestellt wird;

b) der Zusammensetzung vorzugsweise während des Mischvorganges Mineralfasern in einer Menge zwischen 2 u£d 30 Gew.$ des Gesamtgewichts der Zusammensetzung zugegeben werden, die einen Zugelastizitätsmodul von wenigstens 5000 kg/mm und eine länge haben, die nicht kürzer als das Hundertfache ihres Durchmessers ist,

c) die die Pasern enthaltende Zusammensetzung mechanisch behandelt wird, um zu erreichen, daß:

C₁) die Fasern in der Zusammensetzung einzeln in im wesentlichen gleichmäßiger Weise verteilt sind, und daß

Cg) die länge des größten Teils der Fasern derart verkürzt wird, daß das Verhältnis von Durchmesser zu Länge der Fasern im Bereich zwischen 1:10 und

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1 $ 100 liegt, und daß

d) das heterogene Gemisch, welches durch die Zusammensetzung und durch die Fasern dargestellt ist, weiterer mechanischer Behandlung unterworfen wird, derart, daß das Gemisch zu einem länglich geformten Produkt umgewandelt wird, in welchem der größte Teil der Fasern in einer Sichtung im wesentlichen parallel zu der größeren Abmessung des Produktes orientiert isi
7. Verfahren nach .Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammensetzung Glasfasern eines Durchmessers zwischen 0,002 und 0,02 mm und einer Länge von nicht kürzer als 1 mm in einer Menge zwischen 3 und 20 Gewichtsteilen auf 100 Teile der Zusammensetzung zugegeben werden, und daß die Zusammensetzung nach der Zugabe der Pasern derart mechanisch behandlet wird, daß die mittlere hänge der Fasern auf einen Wert von nicht höher als 0,50 mm verkürzt wird.

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