DE2461183A1

DE2461183A1 - METHOD FOR AFFECTING THE ORIENTATION OF STAPLE FIBERS IN A FIBER REINFORCED EXTRUDED PRODUCT

Info

Publication number: DE2461183A1
Application number: DE19742461183
Authority: DE
Inventors: Lloyd Arnold Goettler; Arthur James Lambright
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1975-08-21
Also published as: LU71555A1; HK30980A; ZA748180B; ES435407A1; ATA1027374A; NL7416655A; CS190462B2; BE823772A; IT1027996B; SU685139A3; SE7712180L; JPS5097654A; AR207339A1; FR2256022A1; JPS5314269B2; BR7410772D0; ES433181A1; AU7677874A; AT356985B; CA1027884A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIP.DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIP.

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 458 MUNICH 86, POST BOX 86 02 45

Anwaltsakte 25 593 2 3. OFZ, 1974 Attorney's file 25 593 2 3rd OFZ, 1974

MONSANTO COMPANY St. Louis, Missouri / USAMONSANTO COMPANY St. Louis, Missouri / USA

Verfahren zum Beeinflussen der Ausrichtung von Stapelfasern in einem faserverstärkten extrudierten ProduktMethod of influencing the orientation of staple fibers in a fiber-reinforced extruded product

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausrichten von Stapelfasern in einer Grundmasse beim Extrudieren derselben, insbesondere zum Ausrichten von Fasern in nicht axialen Eichtungen in einem extrudiertenThe invention relates to a method for aligning staple fibers in a matrix during extrusion same, particularly for aligning fibers in off-axial directions in an extruded

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■» (089) 988272 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100■ »(089) 988272 8 Munich 80, Mauerkircherstraße 45 Banks: Bayerische Vereinsbank Munich 453100

,987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623, 987043 Telegrams: BERGSTAPFPATENT Munich Hypo-Bank Munich 3892623

983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck Munich 65343-808

Schlauch, sowie auf einen unter Anwendung des Verfahrens' hergestellten Schlauch mit darin enthaltenen ausgerichteten Fasern.Hose, as well as one using the procedure ' manufactured tube with oriented fibers contained therein.

Bei einer faserverstärkten Verbundmasse, in welcher die .Faser im wesentlichen in einer Richtung verläuft, ist
die Zugfestigkeit sowie der Dehnungswiderstand in der
Hauptrichtung des Faserverlaufs bekanntlich am größten. Es ist ferner bekannt, daß beim Extrudieren einer faserverstärkten Verbundmasse die Neigung besteht, daß sich
die Fasern in der Fließrichtung, d.h. also parallel zur Achse des Extrudats ausrichten. Es ist jedoch häufig
wünschenswert, extrudierte Produkte herzustellen, in
denen die Fasern in anderen Richtungen als parallel zur Achse des Extrudats ausgerichtet sind. Da beispielsweise die Berstkräfte in einem unter Druck stehenden Schlauch in Umfangsrichtung größer sind als in axialer Richtung, muß ein solcher Schlauch eine entsprechend erhöhte Festigkeit in Umfangsrichtung aufweisen, zu welchem Zweck
eine wesentliche Ausrichtung der Faser in Umfangsrichtung zweckmäßig wäre.In the case of a fiber-reinforced composite material in which the fiber runs essentially in one direction
the tensile strength as well as the elongation resistance in the
The main direction of the grain is known to be the greatest. It is also known that when extruding a fiber-reinforced composite there is a tendency for it to move
align the fibers in the direction of flow, ie parallel to the axis of the extrudate. However, it is common
desirable to make extruded products in
which the fibers are oriented in directions other than parallel to the axis of the extrudate. Since, for example, the bursting forces in a pressurized hose are greater in the circumferential direction than in the axial direction, such a hose must have a correspondingly increased strength in the circumferential direction, for what purpose
a substantial alignment of the fiber in the circumferential direction would be useful.

Schläuche und ähnlich hohle oder teilweise hohle Körper werden gewöhnlich in der Weise geformt, daß man einen
Strom eines plastischen Materials unter Druck über einen Kern einer Strangpreßforra führt, so daß er aufgeteilt
und in einen zwischen dem Kern und dem äußeren Teil der Form gebildeten Schlitz geleitet wird. Zur ErzielungTubes and similar hollow or partially hollow bodies are usually shaped in such a way that one
Flow of a plastic material under pressure leads over a core of an extrusion molding, so that it is divided
and directed into a slot formed between the core and the outer portion of the mold. To achieve

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einer nicht; axialen Ausrichtung der Faser schlägt die LJS-PS 5 279 501 vor, die mit der Faser versetzte Grundmasse durch einen zwischen konzentrischen Zylindern gebildeten parallelwandigen Schlitz zu pressen und die Zylinder dabei in Drehung zu versetzen. Durch die Drehung entstehen an den Innen- und Außenseiten des Schlauchs einander entgegengesetzte Schraubenlinien des Faserverlaufs. Ein in der US-PS 3 651 187 beschriebenes verbessertes Verfahren dieser Art verwendet eine drehend angetriebene konische Form. Die genannte US-PS geht davon aus, daß sich bei Verwendung einer zylindrischen Form die Umfangsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand von den umlaufenden Flächen ändert, so daß die Fasern zwar in zylindrische Schichten gleicher Umfangsgeschwindigkeit eingezogen werden, außerhalb der den Formflächen benachbarten Bereiche jedoch nur eine geringe nicht-axiale Ausrichtung erzielbar ist. Bei der Verwendung einer drehend angetriebenen konischen Form ändert sich die Umfangsgeschwindigkeit jedoch sowohl in Längs- als auch in Radialrichtung. Nach der vorstehend erläuterten Ausbildung zylindrischer Schichten mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit ist die in einer Schicht verlaufende Faser, sofern sie nicht lotrecht zur Längsachse des Schlitzes verläuft, dem Einfluß von in ihrer Längsrichtung unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten unterworfen, wobei, die jeweils sich schneller bewegende plastische Masse bestrebt ist, die Faser mitzunehmen und sie in einer einzigen, in Längsrichtung verlaufenden ringförmigen Ebene auszurichten.one not; axial alignment of the fiber suggests the LJS-PS 5 279 501 before, the mixed with the fiber matrix to press through a parallel-walled slot formed between concentric cylinders and the To set the cylinder in rotation. By turning Opposite helical lines of the fiber flow arise on the inside and outside of the hose. An improved one described in U.S. Patent 3,651,187 Process of this type uses a rotatably driven conical shape. The aforementioned US PS assumes that when using a cylindrical shape, the peripheral speed changes with increasing distance from the circumferential surfaces, so that the fibers are indeed in cylindrical Layers of the same circumferential speed are drawn in, outside of those adjacent to the mold surfaces Areas, however, only a slight non-axial alignment can be achieved. When using a rotary driven conical shape changes the peripheral speed however, both in the longitudinal and in the radial direction. After the training explained above cylindrical layers with constant peripheral speed is the fiber running in a layer, provided that it is not perpendicular to the longitudinal axis of the slot, the influence of different longitudinal directions Subject to circumferential speeds, whereby the more rapidly moving plastic mass strives, take the fiber with you and align it in a single longitudinal annular plane.

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Diesbezüglich wurde als weitere Verbesserung vorgeschlagen, die Seiten eines divergierenden Schlitzes derart schräg zu führen, daß die Querschnittsflächen an den Ein- und Austrittsseiten im wesentlichen gleich sind. Bei einer Verlängerung der öffnung an der Vorderseite des Extruders bei gleichzeitiger Vergrößerung der Querschnittsfläche der öffnung gemäß US-PS 2 332 829 ergibt sich die Neigung, die Fasern in radialer Richtung mehr oder weniger lotrecht zur Fließrichtung auszurichten.In this regard, a further improvement has been proposed, the sides of a diverging slot of this type to guide obliquely that the cross-sectional areas on the inlet and outlet sides are essentially the same. With an extension of the opening at the front of the extruder with a simultaneous increase in the cross-sectional area the opening according to US Pat. No. 2,332,829 results in the tendency to move the fibers more in the radial direction or less perpendicular to the direction of flow.

Bei einem Verfahren, in welchem ein Gemisch aus einer Grundmasse und darin enthaltenen Fasern auseinandergetrieben und durch einen in bezug auf die Achse der Form divergierenden Forinschlitz hindurchgepreßt wird, sind verbesserte Festigkeitseigenschaften in Umfangsrichtung gemäß der Erfindung dadurch erzielbar, daß das Verhältnis von Auslaßquerschnitt zu Einlaßquerschnitt beträchtlich vergrößert wird. Das Extrudat hat vorzugsweise ein ringförmiges Profil, kann jedoch auch ein anderes, beispielsweise hufeisenförmiges Profil haben. Der Auslaßquerschnitt ist vorzugsweise wenigstens doppelt so groß wie der Einlaßquerschnitt. Im Falle eines ringförmigen Schlitzes konstanter Breite erfordert die Vergrößerung der Querschnitt sflache eine Vergrößerung des mittleren Radius etwa im gleichen Verhältnis, da bei einer Form mit kon-In a method in which a mixture of a base material and the fibers contained therein is driven apart and is pressed through a slot diverging with respect to the axis of the mold improved strength properties in the circumferential direction achievable according to the invention in that the ratio of outlet cross-section to inlet cross-section is considerable is enlarged. The extrudate preferably has an annular profile, but can also have another, for example have a horseshoe-shaped profile. The outlet cross section is preferably at least twice as large as the inlet cross section. In the case of an annular slot of constant width, the enlargement requires the cross-section sflache an increase in the mean radius in roughly the same proportion, since a shape with con-

A RA R

stanter Schlitzbreite η~ etwa gleich —■ ist, wobei Aconstant slot width η ~ is approximately equal to - ■ , where A

A- it· OA-it · O

JL JLJL JL

und A. die Querschnitte am Auslaß bzw. Einlaß des Schlitzes und R und R. die mittleren. Radii, also die Abständeand A. the cross-sections at the outlet and inlet of the slot, respectively and R and R. the middle ones. Radii, i.e. the distances

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von der Achse der Form zur Mitte des Schlitzes, am Auslaß bzw. Einlaß des Schlitzes sind. Der Anteil der in Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern ist dann eine Funk-from the axis of the mold to the center of the slot, at the outlet and inlet of the slot are respectively. The proportion of fibers aligned in the circumferential direction is then a radio

A RA R

tion einer der Beziehungen ·τ— oder ^- . Der Einlaß isttion of one of the relationships · τ— or ^ - . The inlet is

A RA R

₁ in diesem Zusammenhang eine Stelle unmittelbar oberhalb des Punkts, an welchem der Schlitz zu divergieren beginnt. Das Extrudieren durch einen zwischen feststehenden Formteilen gebildeten, divergierenden Scchlitz von im wesentlichen konstanter Breite, dessen Auslaßquerschnitt wenigstens doppelt so groß ist wie der Einlaßquerschnitt, erbringt wesentliche Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften des Extrudacs in Umfangsrichtung. ₁ in this context a point immediately above the point at which the slot begins to diverge. Extruding through a diverging slit formed between stationary moldings of substantially constant width, the outlet cross-section of which is at least twice as large as the inlet cross-section, produces substantial improvements in the physical properties of the extrudac in the circumferential direction.

Der hier verwendete Ausdruck "divergierender Schlitz" besagt, daß die inneren und äußeren Wandungen des Schlitzes in der Weise von der Parallelität zur Symmetrieachse der Form abweichen, daß der Radius am Auslaß vergrößert ist. Dabei bauchen die beiden Wandungen jedoch nicht in gleichem Maße zu divergieren. Die Breite eines durch die Innen- und Außenflächen der Formteile begrenzten divergierenden Schlitzes kann sich ohne nennenswerten Einfluß auf die Eigenschaften des Extrudats vom Einlaß zum Auslaß der Form in gewissem Maße ändern, wodurch sich dann auch die Beziehung zwischen der Vergrößerung des mittleren Radius und der Zunahme des Querschnitts entsprechend ändert. So kann bei Verwendung eines divergierenden Schlitzes mit nicht konstanter Breite zur Erzielung der gleichen Verbesserung der physikalischen Eigenschaften inAs used herein, "diverging slot" means the inner and outer walls of the slot in the way of parallelism to the axis of symmetry deviate from the shape that the radius at the outlet is increased. However, the two walls do not bulge in to diverge to the same extent. The width of a divergent bounded by the inner and outer surfaces of the molded parts The slot can vary from inlet to outlet without any appreciable effect on the properties of the extrudate the shape change to some extent, which then also changes the relationship between the magnification of the mean Radius and the increase in cross-section changes accordingly. So when using a diverging Slit with a non-constant width to achieve the same improvement in physical properties in

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Umfangsrichtung ein anderer Divergenzwinkel notwendig sein als bei einem divergierenden Schlitz konstanter Breite. Bei genügend großer radialer Expansion ist eine -Ausrichtung der lasern in Umfangsrichtung auch mit einer Verbrößerung der Querschnittfläche um etwas weniger als zwei erzielbar. Umgekehrt erfordert eine geringere radiale Expansion eine entsprechend erhöhte Vergrößerung der Querschnittsfläche. Eine beträchtliche Verbesserung.der physikalischen Eigenschaften ist also insbesondere dann erzielbar,A different divergence angle may be necessary in the circumferential direction than in the case of a diverging slot of constant width. at A sufficiently large radial expansion is an alignment of the lasers in the circumferential direction with a broadening the cross-sectional area by a little less than two achievable. Conversely, a smaller radial expansion requires a correspondingly increased increase in the cross-sectional area. A considerable improvement in the physical Properties can therefore be achieved in particular,

VA R /A -1\
T~ ⁺ W^ \ T~ / ~ ^ ist. Vorzugsweise ist das ^Ai ^Ki \^A± I VA R / A -1 \
T ~ ⁺ W ^ \ T ~ / ~ ^ is. This is preferably ^A i ^K i \ ^A ± I

Radienverhältnis wenigstens gleich dem halben Querschnittsverhältnis. Bei zunehmender Änderung der Schlitzbreite, insbesondere bei Vergrößerung der Schlitzbreite, kann ein Punkt erreicht werden, an dem der Fluß unstabil wird und den Schlitz nicht mehr gleichmäßig ausfüllt. Die Breitenänderung des Schlitzes ist also innerhalb gewisser Grenzen zu halten, innerhalb welcher ein stabiles Fließen des zu extrudierenden Verbundmaterials erzielbar ist.Radius ratio at least equal to half the aspect ratio. As the slot width changes, especially when the slot width is increased, a point may be reached where the flow becomes unstable and no longer fills the slot evenly. The change in width of the slot is therefore within certain limits to hold, within which a stable flow of the composite material to be extruded can be achieved.

Die Ausrichtung der Fasern variiert in gewissem Masse auch in Abhängigkeit von nicht mit der Geometrie der Form zusammenhängenden Faktoren. Diese Faktoren sind u.A die Abmessungen der Fasern, der Faseranteil,, die Viskosität der Grundmasse sowie Arbeitsbedingungen beim Extrudieren wie Temperatur und Fließgeschwindigkeit, durch welche die Ausrichtung der Fasern beeinflußt wird. Behält das Extrudat beim Austritt aus der Form seine Gestalt, so bedeutetThe orientation of the fibers also varies to some extent depending on factors unrelated to the geometry of the shape. These factors include the Dimensions of the fibers, the fiber content, the viscosity of the base material and working conditions during extrusion such as temperature and flow rate, which affect the orientation of the fibers. Retains the extrudate its shape when it emerges from the form, then means

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dies, daß diese Variablen sämtlich innerhalb zulässiger Grenzen liegen. Innerhalb eines weiten Bereichs der Abmessungen der Fasern, des Faseranteils, der Eigenschaften der Grundmasse und der Arbeitsbedingungen beim Extrudieren ist jedoch die Geometrie des Schlitzes, d.h. also die Vergrößerung des Querschnitts, der bestimmende Faktor. Außerdem kann auch die Ausrichtung der Fasern am Einlaß der Form die beim Durchgang der Verbundmasse durch die Form erzielte Ausrichtung beeinflussen. Gewöhnlich sind die Fasern am Einlaß der Form axial ausgerichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch bei anderweitiger Ausrichtung der Fasern am Einlaß sowie bei uneinheitlicher Ausrichtung der Fasern anwendbar.this is that these variables are all within acceptable limits. Within a wide range of Dimensions of the fibers, the fiber content, the properties the basic mass and the working conditions during extrusion, however, is the geometry of the slot, i. so the enlargement of the cross-section, the determining factor. It can also adjust the orientation of the fibers at the inlet of the mold that at the passage of the composite mass affect the alignment achieved by the shape. Usually the fibers are axially aligned at the inlet of the mold. However, the method according to the invention is also at other orientation of the fibers at the inlet as well as non-uniform orientation of the fibers applicable.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Breite des Schlitzes innerhalb eines weiten Bereichs liegen, beispielsweise, jedoch nickt ausschließlich, zwischen etwa 0,79 und 12,7 nun. Ebenso kann der Durchmesser des Extrudats in einem weiten Bereich variieren, beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, zwischen etwa 6,35 mm und etwa 60,96 cm und darüber, vorzugsweise zwischen etwa 12,7 mm und etwa 20,32 cm. Die Ausführung des Extruders scheint nicht ausschlaggebend zu sein, obgleich ein belüfteter Extruder gewisse Vorteile bieten kann.To carry out the method according to the invention, the width of the slot can be widened within a wide range Range, for example, but only nods, between about 0.79 and 12.7 now. Likewise, the Vary the diameter of the extrudate over a wide range, for example, but not limited to, between about 6.35 mm and about 60.96 cm and above, preferably between about 12.7 mm and about 20.32 cm. The design of the extruder does not appear to be critical, although a ventilated extruder does certain Can offer advantages.

Die Länge des Schlitzes in Richtung der Symmetrieachse der Form vom Einlaß, an welchem die Querschnittsvergrößerung beginnt, bis zu der Stelle, an welcher sie aufhört, istThe length of the slot in the direction of the axis of symmetry of the Shape from the inlet at which the cross-sectional enlargement begins to the point at which it ends

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wahlweise bestimmbar. Sie kann beispielsweise das Mehrfache des Auslaßdurchmessers betragen oder auch im wesentlichen gleich Null sein, wie dies der Fall ist, wenn der Schlitz zunächst radial von der Achse der Form weg, also lotrecht zur Extrusionsrichtung, verläuft und nach der vorgesehenen Querschnittsvergrößerung parallel zur Achse der Form gerichtet ist. Ein ziemlich langer Schlitz bewirkt offensichtlich eine Vergrößerung des Druckabfalls über die Länge der Form. Außerdem sind die Fasern dann bestrebt, sich parallel zu den Wandungen des Schlitzes in der Fließrichtung auszurichten. Der zwischen dem Schlitz und der Aehse der Form gebildete Winkel beträgt vorzugsweise etwa I5 bis 90°, insbesondere etwa 45 bis etwa 90°.optionally determinable. It can be, for example, a multiple of the outlet diameter or even in will be essentially zero, as will be the case if the slot is initially radially from the axis of the mold away, i.e. perpendicular to the extrusion direction, and parallel to the intended cross-sectional enlargement is directed to the axis of the mold. A fairly long slot obviously increases the size of the Pressure drop along the length of the mold. In addition, the fibers then strive to be parallel to the walls of the Align the slot in the direction of flow. The angle formed between the slot and the axis of the shape is preferably about 15 to 90 °, in particular about 45 to about 90 °.

Die verwendeten Stapelfasern können von beliebiger Art sein. Zur Verstärkung einer Grundmasse verwendete Fasern haben gewöhnlich ein Verhältnis von Stärke zu Länge von 10 bis 3000, vorzugsweise von 20 bis 1000. Besonders geeignet ist ein Stärken-Längenverhltnis von 20 bis 350, vorzugsweise von 50 bis 200. Geeignet sind verschiedene Arten von organischen und anorganischen Fasern, und zwar sowohl als Einzelfasern als auch in Form von Fasersträngen, einschließlich stoffschlüssig miteinander zu Bündeln verbundener Fasern, wobei die Bündel dann in bezug auf die Ausrichtung und die verstärkende Wirkung einer Einzelfaser entsprechen. Als Beispiele für verwendbare Stapelfasern seien Nylon-, Rayon-, Polyester-, Baumwoll-, HoIz-The staple fibers used can be of any type. Have fibers used to reinforce a matrix usually a strength to length ratio of from 10 to 3000, preferably from 20 to 1000. Particularly suitable is a strength-to-length ratio of 20 to 350, preferably from 50 to 200. Various types of organic and inorganic fibers are suitable, both as single fibers as well as in the form of fiber strands, including cohesively bonded to one another to form bundles of fibers, the bundles then with respect to the Orientation and reinforcing effect correspond to a single fiber. As examples of usable staple fibers be nylon, rayon, polyester, cotton, wood

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Zellulose-, Glas-, Kohle-, Stahl-, Kaliumtitanat-, Bor-, Tonerde- und Asbestfasern genannt.Cellulose, glass, carbon, steel, potassium titanate, boron, Called alumina and asbestos fibers.

Der Faseranteil ist allein durch die Verarbeitbarkeit des Gemischs aus Fasern und Grundmasse begrenzt. Der für die Verarbeitbarkeit zulässige Faseranteil richtet sich nach dem Stärken-Längenverhältnis der Fasern, der größten Verengung der Form und den Viskositäts- und Elastizitäts-Eigenschaften der Grundmasse. Gewöhnlich liegt der Anteil der in der Grundmasse eingebetteten Fasern zwischen etwa 5 und 200 Gewichtsanteilen auf 100 Gewichtsanteile der Grundmasse, vorzugsweise zwischen 10 und 75 Gewichtsanteile der Faser auf 100 Gewichtsanteile der Grundmasse. In besonders bevorzugten Ausführungen liegt der Faseranteil bei 10 bis 45 Gewichtsanteilen, und optimal bei 15 bis 40 Gewichtsanteilen. Die vorstehend genannten Faserzusätze berechnen sich in bezug auf sämtliche anderen, die Grundmasse bildenden Bestanndteile des Gemischs, wie etwa Polymere, Pigmente, oxydationshemmende Zusätze·, Bindemittel, usw., und sind nicht zu verwechseln mit der aus Gründen der Zweckmäßigkeit häufig angewendeten Angabe des Faserzusatzes in bezug auf 100 Gewichtsanteile des .Polymers. Bezogen darauf beträgt der Faserzusatz gewöhnlich etwa 20 bos I50 Gewichtsanteile. Gewisse synthetische Gummimassen enthalten gewöhnlich weit höhere Anteile anderer Zusätze als solche auf der Basis von Naturkautschuk. The fiber content is limited solely by the processability of the mixture of fibers and base material. The for the processability of the permissible fiber content depends on the strength-length ratio of the fibers, the largest Narrowing of the shape and the viscosity and elasticity properties of the matrix. Usually the proportion is of the fibers embedded in the matrix between about 5 and 200 parts by weight per 100 parts by weight of Base mass, preferably between 10 and 75 parts by weight of the fiber per 100 parts by weight of the base mass. In particularly preferred embodiments, the fiber content is 10 to 45 parts by weight, and optimally 15 to 40 parts by weight. The above Fiber additives are calculated in relation to all others constituent parts of the mixture that form the basic mass, such as polymers, pigments, antioxidant additives, binders, etc., and should not be confused with the specification of the, which is often used for reasons of expediency Fiber additive based on 100 parts by weight of the polymer. Based on this, the fiber addition is usually about 20 to 150 parts by weight. Certain synthetic ones Rubber compounds usually contain much higher proportions of other additives than those based on natural rubber.

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Es ist ferner zu bemerken, daß sich bei der Herstellung von Schläuchen aus faserverstärkten Grundmassen beträchtliche Vorteile dadurch ergeben, daß die Fasern das Profil des extrudierten Schläuche stützen, so daß zu diesem Zweck keine Stützluft zugeführt oder das Profil auf andere Weise gestützt zu werden braucht.It should also be noted that in the manufacture of hoses from fiber-reinforced base materials considerable Advantages result from the fact that the fibers support the profile of the extruded tube, so that to this Purpose no support air is supplied or the profile needs to be supported in any other way.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Anwendung mit jeder Art von Grundmassen, in denen sich Fasern einbetten lassen. Eine Art von geeigneten Grundmassen umfaßt Kunststoffe, insbesondere thermoplastische Polymere wie Polyvinylazetat, Polyvinylchlorid, Polyesterpolymere wie Polyäthylenterephthalat, Polyamide wie etwa Nylon, Polyäthylen, Polypropylen, Äthylen-Vinylazetat-Mischpolymer und ABS-Mischpolymere. Ferner eignen sich duroplastische Kunststoffe, etwa Phenolharze, namentlich Phenolaldehydharze, sowie auch anorganische Massen wie etwa Zement oder Ton. Eine bevorzugte Art von Grundmassen sind Elastomere, insbesondere mit Schwefel vulkanisierbare Dien-Elastomere. Sowohl natürliche als auch synthetische Kautschuks und Gemische davon sind verwendbar. Als Beispiele für geeignete synthetische Kautschuks seine Cis-4-Polybutadien, Butylkautschuk, Neopren, Äthylen-Propylen-Terpolymere Polymere von 1,3-Butadien,Polymere von Isopren und Mischpolymere von 1,3-Butadien mit anderen Monomeren, etwa Styrol, Akrylnitril, Isobutylen und Methylmetakrylat genannt.The method according to the invention is suitable for use with any type of matrix in which fibers are embedded permit. One type of suitable matrix includes plastics, particularly thermoplastic polymers such as polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyester polymers such as polyethylene terephthalate, polyamides such as nylon, Polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer and ABS copolymers. Furthermore, thermosetting plastics, such as phenolic resins, namely phenol-aldehyde resins, are suitable, as well as inorganic masses such as cement or clay. A preferred type of matrix are elastomers, especially diene elastomers that can be vulcanized with sulfur. Both natural and synthetic Rubbers and mixtures thereof are useful. As examples of suitable synthetic rubbers his Cis-4-polybutadiene, butyl rubber, neoprene, ethylene-propylene terpolymers Polymers of 1,3-butadiene, polymers of isoprene, and copolymers of 1,3-butadiene with others Monomers, such as styrene, acrylonitrile, isobutylene and methyl methacrylate called.

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Die G-rundmasse kann neben den Fasern noch v/eitere Zusätze enthalten, insbesondere solche, welche zur Erzie^ lung bestimmter Eigenschaften des Gemischs notwendig sind. Derartige Zusätze sind beispielsweise Weichmacher, Extenderöle, Stabilisatoren, härtende und nicht-hartende Pigmente wie Zinkoxid, Bariumoxid, Strontiumoxid, Eisenoxid, Kieselerde, Ruß und organische Pigmente, Bindemittel, Vulkanisierzusätze wie Schwefel, und Vulkanisationsbeschleuniger. Bevorzugte Elastomer-Verbundmassen sind die in der US-PS 3 697 364 beschriebenen Gemische aus Holzzellulosefasern und Elastomeren sowie die in der US-PS 3 7Q9 845 beschriebenen, chargenweise gemischten Faser-Elastomerverbundmassen.In addition to the fibers, the base material can also contain other additives contain, in particular those which are necessary to achieve certain properties of the mixture. Such additives are, for example, plasticizers, extender oils, stabilizers, hardening and non-hardening pigments such as zinc oxide, barium oxide, strontium oxide, iron oxide, silica, carbon black and organic pigments, binders, Vulcanizing additives such as sulfur and vulcanization accelerators. Preferred elastomer composite materials are the mixtures described in US Pat. No. 3,697,364 Wood cellulosic fibers and elastomers, as well as those described in US Pat. No. 3,789,845, blended in batches Fiber-elastomer composites.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der E findung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:In the following, exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer Extruderform mit ringförmigem Einlaß und in Fließriehtung divergierendem Formschlitz,Fig. 1 is an axial sectional view of an extruder mold annular inlet and diverging in flow direction Shaped slot,

Fig. 2 eine Axialschnittansicht einer Extrüderform mit zylindrischem Einlaß und in Fließriehtung divergierendem Formschlitz,Fig. 2 is an axial sectional view of an extruder mold cylindrical inlet and in the flow direction diverging form slot,

Fig. 3 schematisierte Schrägansichten eines mit ausgerichteten Fasern verstärkten Schlauchstücks sowie von parallel zur Achse des Schlauehs geschnittenen Proben b und e und in Umfangsrichtung des Schlauehs geschnittenen Proben c und f,3 schematized oblique views of an aligned with Fibers of reinforced tubing as well as of cut parallel to the axis of the tube Samples b and e and samples c and f cut in the circumferential direction of the loop,

Fig. 4 eine schematisierte Darstellung eines Innenteils4 shows a schematic representation of an inner part

einer Form mit hufeisenförmigem Formschlitz, 609834/0835 a form with a horseshoe-shaped slot, 609834/0835

Pig. 5 eine Axialschnittansicht einer Extruderform mit zylindrischem Einlaß und in bezug auf die Extrusionsrichtung radial divergierendem Formschlitz undPig. Figure 5 is an axial sectional view of an extruder die cylindrical inlet and with respect to the direction of extrusion radially diverging shaped slot and

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Youngschen Modul eines Schlauchs in Umfangsund Längsrichtung und dem Verhältnis der Querschnitte am Auslaß und Einlaß einer Form.Fig. 6 is a graph showing the relationships between the Young's modulus of a hose in the circumferential and longitudinal direction and the ratio of the cross-sections at the outlet and inlet of a mold.

Eine in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Extruderform hat ein äußeres Formteil 2 und ein inneres Formteil 3* welche zusammen einen in Extrusionsrichtung divergierenden Schlitz 5 begrenzen. Eine mit Fasern versetzte Grundmasse wird über einen Einlaß 6 zugeführt und tritt als Extrudat mit darin ausgerichteten Fasern an einem Auslaß 4-aus. Die Fließrichtung verlauft in Fig. 1 von links nach rechts, der Zufuhrweg für die Masse ist also am Einlaß 6 eingeschnürt.An extruder mold according to the invention shown in FIG. 1 has an outer mold part 2 and an inner mold part 3 * which together delimit a slot 5 diverging in the extrusion direction. A matrix mixed with fibers is fed in via an inlet 6 and emerges as an extrudate with fibers aligned therein at an outlet 4-out. The direction of flow runs from left to right in FIG. 1, so the feed path for the mass is at inlet 6 constricted.

Die in Fig. 2 gezeigte Form hat ein äußeres Formteil 10 und ein inneres Formteil 11, welche zusammen einen Schlitz 14 begrenzen. Das innere Formteil 11 ist mittels den Schlitz 14 nahe dem Einlaß 15 überbrückender Stege 16 am äußeren Formteil 10 befestigt. Die Stege 16 nehmen nur sehr wenig Raum innerhalb des Schlitzes 14 ein und haben vorzugsweise stromlinienförmiges Profil, um 'den Fluß der Grundmasse im Schlitz möglichst wenig zu stören. In dieser Ausführungsform hat der Zufuhrweg der Formmasse bei Annäherung an den Einlaß keine Verengung. Dafür wirdThe form shown in Fig. 2 has an outer mold part 10 and an inner mold part 11, which together a Limit slot 14. The inner molded part 11 is by means of the slot 14 near the inlet 15 bridging webs 16 attached to the outer molded part 10. The webs 16 take up very little space within the slot 14 and preferably have a streamlined profile in order to disturb the flow of the matrix in the slot as little as possible. In this embodiment, the feed path of the molding compound has no constriction when approaching the inlet. For that will

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• · - 13 -• · - 13 -

der Strom der zufließenden Masse durch eine ihm entgegen gerichtete Spitze des inneren Formteils 11 aufgeteilt. Am Auslaß 12 tritt ein ausgerichtete Fasern enthaltendes Extrudat aus.the flow of the inflowing mass through a counter to it directed tip of the inner molded part 11 divided. At outlet 12 there is an aligned fiber containing Extrudate.

Die in Fig. 3 dargestellten Proben b und c sind in der an einem Schlauchstück 20 dargestellten Weise aus einem durch eine erfindungsgemäße Form extrudierten Schlauch aus einer mit Stapelfasern versetzten Grundmasse geschnitten. Die beiden Proben b und e sind parallel zur Achse des Schläuche 20 geschnitten und die Proben c und f in Umfangsrichtung derselben. In den Proben b und c verlaufen die Fasern überwiegend in Umfangsrichtung des Schlauchs, während sie in den Proben e und f überwiegend in Axial- oder Extrusionsrichtung ausgerichtet sind. Die Anisotropie der Proben b und c oder e und f ist ein Maß für die Ausrichtung der Fasern in einem Schlauch.The samples b and c shown in Fig. 3 are in the shown on a hose piece 20 from a hose extruded through a mold according to the invention cut from a matrix mixed with staple fibers. The two samples b and e are parallel to the Axis of the tube 20 cut and the samples c and f in the circumferential direction of the same. In samples b and c, the fibers run predominantly in the circumferential direction of the Hose, while they are mainly aligned in the axial or extrusion direction in samples e and f. the Anisotropy of samples b and c or e and f is a measure of the alignment of the fibers in a tube.

Fig. 4 zeigt das Profil eines inneren Formteils einer einen Schlitz mit hufeisenförmigem Profil aufweisenden Form zum Extrudieren einer mit Stapelfasern versetzten Grundmasse unter Beeinflussung der Ausrichtung der Fasern. Das Profil 21 bildet die innere Begrenzung des Einlasses und das Profil 22 die innere Begrenzung des Auslasses des Formschlitzes. Die Form der Profile 21 und 22 ist bestimmt durch die unterschiedlichen Abstände von der Außenfläche zum Mittelpunkt der Grundlinie. Die Strecken 26 und 2? stellen die kleinsten Entfernungen zwischen dem ,jeweiligen Mittelpunkt der Grundlinie und der Profillinie am Einlaß bzw. Auslaß dar, und die Strecken 28 und 29 dement-Fig. 4 shows the profile of an inner molding of a a horseshoe-shaped profile slot for extruding a staple fiber staple die Basic mass influencing the alignment of the fibers. The profile 21 forms the inner boundary of the inlet and the profile 22 the inner limit of the outlet of the Form slot. The shape of the profiles 21 and 22 is determined by the different distances from the outer surface to the center of the baseline. Lines 26 and 2? represent the smallest distances between the respective The center of the baseline and the profile line at the inlet and outlet respectively, and the routes 28 and 29 dement-

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sprechend die größten Entfernungen. Im Falle eines Schlitzes mit konstanter Breite ist die äußere Wandung desselben durch ein äußeres Formteil mit den Profilen 21 und 22 ähnlichen Profilen gebildet. In der in Fig. 4· gezeigten Ausführung enden die Profile zwar an den Radien 26 bzw. 27, sie können jedoch auch über die Ebene derselben hinaus verlängert sein, so daß man eine Form zum Herstellen von Extrudaten mit einem anderen Profil erhält.speaking the greatest distances. In the case of a slot of constant width, the outer wall is the same formed by an outer molding with the profiles 21 and 22 similar profiles. In the in Fig. 4 In the embodiment shown, the profiles end at the radii 26 and 27, respectively, but they can also cross the plane the same also be extended, so that you have a mold for producing extrudates with a different profile receives.

In der Ausführungsform nach Fig. 5 wird die Ausrichtung der Stapelfasern dadurch beeinflußt, daß eine mit Stapelfasern versetzte Grundmasse durch einen Schlitz gepreßt wird, welcher lotrecht zur Achse der Form, also radial in bezug auf die Extrusionsrichtung divergiert. Die in Fig. 5 gezeigte Form hat ein äußeres Formteil pO und ein inneres Formteil 31, welche zusammen einen in bezug auf die Extrusionsrichtung radial divergierenden Schlitz 33 begrenzen. Eine mit Stapelfasern versetzte Grundmasse wird über einen Einlaß 3^ zugeführt und tritt als Extrudat mit ausgerichteten Fasern an einem Auslaß 32 aus. Bei konstanter Breite des Schlitzes 33 ist der Grad der Ausrichtung in Umfangsrichtung durch die Länge des Schlitzes 33 bestimmt. Die in Fig. 5 gezeigte Form hat einen zylindrischen Einlaß für die Zufuhr der Masse, welche dann beim Auftreffen auf das innere Formteil auseinanderfließt. In einer anderen Ausführung kann ein das innere Formteil 31 tragendes Teil desselben durch den Einlaß hindurch verlaufen. Sofern dieses Teil zylindrischIn the embodiment of FIG. 5, the alignment of the staple fibers is influenced by the fact that a matrix mixed with staple fibers is pressed through a slot which is perpendicular to the axis of the mold, i.e. diverges radially with respect to the extrusion direction. In the Fig. 5 shape shown has an outer molded part pO and a inner molding 31, which together a with respect to limit the direction of extrusion radially diverging slot 33. A matrix mixed with staple fibers is fed through an inlet 3 ^ and occurs as an extrudate with aligned fibers at an outlet 32. With a constant width of the slot 33, the degree is the Orientation in the circumferential direction is determined by the length of the slot 33. Has the shape shown in FIG a cylindrical inlet for the supply of the mass, which then flows apart when it hits the inner molded part. In another embodiment, a part of the inner molded part 31 supporting the same can through the inlet run through. Unless this part is cylindrical

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und konzentrisch mit den Wandungen.des Einlasses angeordnet ist, ergibt sich keine Drosselwirkung auf den der Form zufließenden Strom der Grundmasse. In noch einer anderen Ausführung kann auch eine Einschnürung der in Fig. 1 gezeigten Art im Zufuhrweg vorhanden sein, oder das innere Formteil kann in der in Fig. 2 dargestellten Weise befestigt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das innere Formteil 31 mittels am Auslaß angeordneter Klingen, welche das Extrudat aufschlitzen, befestigt sein. Innerhalb des Schlitzes sind jedoch vorzugsweise keinerlei Halterungen oder andere Hindernisse vorhanden, da gewisse elastomere Hassen nur unter Schwierigkeit eine erneute stoffschlüssige Verbindung eingehen.and arranged concentrically with the walls of the inlet there is no throttling effect on the flow of the matrix flowing into the mold. In one more In another embodiment, a constriction of the type shown in FIG. 1 can also be present in the supply path, or the inner molded part can be attached in the manner shown in FIG. In another embodiment can the inner molded part 31 by means of arranged at the outlet Blades, which slit the extrudate, be attached. However, within the slot are preferred no mounts or other obstacles present, as certain elastomeric hates only with difficulty enter into a new cohesive connection.

Fig. 6 zeigt die Beziehungen zwischen der Zunahme des Querschnitts vom Einlaß zum Auslaß der Form und der Anisotropie des Youngschen Moduls eines mit 75 Teilen Fasern aus 100 Teile Elastomer verstärkten Schlauchs, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung einer Form mit im wesentlichen konstanter Schlitzbreite hergestellt ist. Wie man in der Figur erkennt, ist das Verhältnis des Youngschen Moduls in Umfangsrichtung E-rr zum Youngschen Modul in Axialrichtung E. weitgehend abhängig vom Verhältnis des Auslaßquerschnitts A zum Einlaßquerschnitt A. des Schlitzes. Die dargestellten Daten lassen erkennen, daß der Unterschied zwischen den Moduln in den beiden Eichtungen in direkter Abhängigkeit von der Zunahme des Querschnittsverhältnisses zunimmt.Fig. 6 shows the relationships between the increase in cross section from the inlet to the outlet of the mold and the Anisotropy of the Young's modulus of a hose reinforced with 75 parts of fibers made of 100 parts of elastomer, which according to the inventive method using a shape with a substantially constant slot width is made. As can be seen in the figure is the ratio of Young's modulus in the circumferential direction E-rr to Young's modulus in the axial direction E. largely dependent on the ratio of the outlet cross-section A to the inlet cross-section A. of the slot. The data shown indicate that the difference between the modules increases in both directions as a direct function of the increase in the cross-sectional ratio.

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Unter Vernachlässigung der Quellwirkung ist die Querschnittsfläche des Extrudats gleich dem des Auslasses.. Die Querschnittsfläche am Auslaß eines ringförmigen Schlitzes ist gleich der Fläche eines durch die Wandfläche des äußeren Formteils am Auslaß "begrenzten Kreises minus der Fläche des durch die Wandfläche des inneren Formteils am Auslaß begrenzten Kreises. Der Einlaß des Schlitzes ist eine Stelle unmittelbar vor demjenigen Punkt, an welchem der Schlitz zu divergieren beginnt. In Fig. 2 ist der Einlaßquerschnitt durch die Wandfläche des äußeren Formteils begrenzt und hat seinen Mittelpunkt an der Spitze des kegelförmigen inneren Formteils. In Fig. 1 ist der Einlaßquerschnitt der an der Stelle der engsten Einschnürung zwischen den Wandflächen des äußeren und des inneren Formteils gebildete ringförmige Durchlaß. Da der Grad der Ausrichtung der Faser in ümfangsrichtung in direkter Beziehung zur Querschnittsvergrößerung vom Einlaß zum Auslaß des Schlitzes steht, bereitet es keine Schwierigkeit eine Form mit einer bestimmten Querschnitt svergroßerung zu konstruieren, um damit einen Schlauch mit einem gewünschten Anteil von in Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern zu extrudieren.Neglecting the swelling effect is the cross-sectional area of the extrudate is the same as that of the outlet. The cross-sectional area at the outlet of an annular Slot is equal to the area of a circle delimited by the wall surface of the outer molded part at the outlet " minus the area of the circle bounded by the wall area of the inner molding at the outlet. The inlet of the The slot is a point immediately before the point at which the slot begins to diverge. In Fig. 2, the inlet cross-section is limited by the wall surface of the outer molded part and has its center at the top of the conical inner molding. In Fig. 1 the inlet cross section is that at the point of narrowest constriction formed between the wall surfaces of the outer and the inner molded part annular Passage. Because the degree of orientation of the fiber in the circumferential direction is directly related to the increase in cross section from the inlet to the outlet of the slot, it prepares no difficulty in constructing a shape with a certain cross-sectional enlargement in order to achieve one To extrude tubing with a desired proportion of circumferentially oriented fibers.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Ausrichtung der Fasern in einem aus mit Stapelfasern versetzter Grundmasse extrudierten Schlauch durch die Verwendung einer Form erzielt, welche einen im wesentlichen konstante Breite aufweisenden, in Extrusionsrichtung divergierenden Schlitz hat, bei welchem die Querschnittsfläche des ring-In one embodiment of the invention, the alignment of the fibers in a tube extruded from a matrix mixed with staple fibers through the use achieved a shape which has a substantially constant width, diverging in the extrusion direction Has a slot in which the cross-sectional area of the ring

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förmigen Auslasses wenigstens doppelt so groß ist wie die Querschnittsfläche am Einlaß.· Bei einer Querschnittsvergrößerung entlang der Form um etwa das Doppelte ist die Steifigkeit in Umfangs- und Längsrichtung etwa gleich. Vergrößert sich die Querschnittsfläche entlang der !Form um etwa das Dreifache oder mehr, so wird die Steifigkeit in Umfangsrichtung etwa doppelt so groß oder größer als in Längsrichtung. Beim Extrudieren einer mit Stapelfasern versetzten Grundmasse durch einen ringförmigen Schlitz von im wesentlichen konstanter Breite, dessen Auslaßquerschnitt etwa doppelt so groß ist als der Einlaßquerschnitt, erhält man also ein Extrudat, in welchem etwa gleiche Anteile der Fasern in Umfangsrichtung und in Längsrichtung ausgerichtet sind. Beim Extrudieren eine-r mit einem gleichen Anteil von Stapelfasern versetzten Grundmasse durch einen Schlitz von im wesentlichen konstanter Breite, dessen Auslaßquerschnitt etwa dreimal oder mehr größer ist als der Einlaßquerschnitt, erhält man ein Extrudat, bei welchem der Anteil der in Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern größer ist als der der in Längsrichtung ausgerichteten. Beim Extrudieren einer Masse durch einen ähnlichen Schlitz von im wesentlichen konstanter Breite, jedoch mit noch stärkerer Querschnittsvergrößerung erhält man ein Extrudat mit einem noch höheren Anteil, von in Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern. In allen diesen Ausführungsformen ist der Fluß der Masse stabil.shaped outlet is at least twice as large as is the cross-sectional area at the inlet. · When the cross-sectional enlargement along the mold is about double the rigidity in the circumferential and longitudinal directions is approximately the same. If the cross-sectional area increases along the! Shape by about three times or more, the rigidity in the circumferential direction becomes about twice as great or greater than in Longitudinal direction. When extruding a matrix mixed with staple fibers through an annular slot of essentially constant width, the outlet cross-section of which is about twice as large as the inlet cross-section, So one obtains an extrudate in which approximately equal proportions of the fibers in the circumferential direction and in the longitudinal direction are aligned. When extruding a base mass with an equal proportion of staple fibers through a slot of substantially constant width, the outlet area of which is about three times or more larger is than the inlet cross-section, an extrudate is obtained in which the proportion of the circumferentially oriented Fibers is larger than that of the longitudinally oriented. When extruding a mass through a similar one Slit of essentially constant width, but with an even greater cross-sectional enlargement, is obtained an extrudate with an even higher proportion, of in the circumferential direction aligned fibers. In all of these embodiments the flow of mass is stable.

Beim Extrudieren einer mit Stapelfasern versetzten Grundmasse durch einen in einer konischen Form gebildetenWhen extruding a matrix mixed with staple fibers through one formed in a conical shape

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Schlitz mit einer für eine erhebliche Ausrichtung der Fasern ausreichenden Querschnittszunähme ist die Ausrichtung der Fasern entlang dem Umfang des entstehenden Schlauche im wesentlichen gleichförmig. Ebenso ergibt sich bei einem symmetrisch ovalen Schlitz von konstanter Breite eine gleichförmige Ausrichtung der Fasern entlang dem Umfang. Ändert sich die Form des Schlitzes jedoch vom Einlaß zum Auslaß, oder sind Einlaß und Auslaß nicht konzentrisch, so wird die Ausrichtung der Fasern entlang dem Umfang ungleichmäßig.A slot with a cross-sectional increase sufficient for substantial fiber alignment is the alignment of the fibers substantially uniformly along the circumference of the resulting tube. Likewise results A symmetrically oval slot of constant width results in a uniform orientation of the fibers along it the scope. However, does the shape of the slot change from inlet to outlet, or the inlet and outlet are not concentric, the orientation of the fibers becomes uneven along the circumference.

Extrudate auf der Basis von vulkanisierbaren Elastomer-Grundmassen werden in bekannter Weise nachbehandelt, während Extrudate auf der Basis von thermoplastischen Grundmassen keiner Nachbehandlung bedürfen und die gewünschten physikalischen Eigenschaften durch bloßes Abkühlen erhalten. In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Extrudat kontinuierlich nachbehandelt. Dies geschieht mittels eines an den Extruder anschließenden Mikrowellenofens, gewöhnlich in Verbindung mit einem Heißluftofen oder einem Nachbehandlungsbad. Die kontinuierliche Nachbehandlung· ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Schlauchmaterial unbegrenzter Länge.Extrudates based on vulcanizable elastomer base materials are post-treated in a known manner, while extrudates based on thermoplastic Base masses do not require any aftertreatment and the desired physical properties are achieved through mere Get cool. In one embodiment of the invention the extrudate is continuously post-treated. This is done by means of a device connected to the extruder Microwave oven, usually in conjunction with a hot air oven or an aftertreatment bath. The continuous Post-treatment is particularly advantageous in the manufacture of tubing of unlimited length.

In einer anderen Ausführungsform der E findung wird die Ausrichtung der Fasern in einem ein hufeisenförmiges Profil aufweisenden Extrudat durch Änderung der Querschnittszunahme des Schlitzes in verschiedenen Abschnitten des extrudierten Profils beeinflußt. Wird etwa bei einem Ex-In another embodiment of the invention, the Alignment of the fibers in an extrudate having a horseshoe-shaped profile by changing the cross-sectional increase of the slot in different sections of the extruded profile. If, for example, an ex-

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trudat mit hufeisenförmigem Profil entsprechend etwa der Querschnittsform eines Luftreifens eine gleichmäßige Ausrichtung der lasern entlang dem ganzen Profil verlangt, so wird die Querschnittszunähme entlang dem gesamten Profil konstant gehalten. Sind jedoch unterschiedliche Grade der Ausrichtung entlang dem Profil verlangt, soll also beispielsweise in den seitlichen Sehenkeln eine stärkere Ausrichtung in Umfangsrichtung vorhanden sein als im mittleren Bogen, so wird die Querschnittszunahme in den die seitlichen Schenkel bildenden Abschnitten des Schlitzes vergrößert.trudate with a horseshoe-shaped profile corresponding approximately to the Cross-sectional shape of a pneumatic tire a uniform alignment which requires lasering along the entire profile, the cross-section will increase along the entire profile Profile kept constant. However, if different degrees of alignment along the profile are required, should thus, for example, a stronger alignment in the circumferential direction may be present in the lateral cords than in the middle arch, the increase in cross-section in the sections of the lateral legs forming the Enlarged slot.

Ein Extrudat mit hufeisenförmigem Profil kann flach ausgebreitet werden und bildet so eine Gutbahn aus faserverstärktem Material, in welchem die Fasern in gewünschten Eichtungen ausgerichtet sind. In entsprechender Weise kann ein Schlauch aufgeschlitzt und flach ausgebreitet werden. Auf diese Weise erhält man bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens faserverstärkte Gutbahnen mit einem im Vergleich zu bekannten Extrusionsverfahren höheren Anteil von quer zur Längsachse der Gutbahn ausgerichteten Fasern, oder Gutbahnen, bei denen in verschiedenen Bereichen der Breite unterschiedliche Anteile der Fasern quer zur Achse ausgerichtet sind. Eine solche Art der Ausrichtung ist bei Anwendung bisher bekannter Verfahren nicht erzielbar. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Gutbahnen eignen sich besonders zum Herstellen von verstärkenden Einlagen etwa bei der Herstellung von Luftreifen oder Transmissionsriemen, beispielsweise alsAn extrudate with a horseshoe-shaped profile can be spread flat and thus forms a web of fiber-reinforced material in which the fibers are in the desired Alignments are aligned. In a corresponding manner, a hose can be slit open and spread out flat. In this way, when using the method according to the invention, fiber-reinforced material webs with an im Compared to known extrusion processes, a higher proportion of fibers oriented transversely to the longitudinal axis of the material web, or Gutbahnen, where in different areas of the Width different proportions of the fibers are aligned transversely to the axis. One such type of alignment is not achievable when using previously known methods. Manufactured using the method of the invention Gut webs are particularly suitable for the production of reinforcing inserts, for example in the production of Pneumatic tires or transmission belts, for example as

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Einlage unter der durchgehenden Gewebelage von Keilriemen. Die physikalischen Eigenschaften eines Extrudats werden unter Anwendung von genormten Verfahren nach ASTM D-638 zum Messen von Spannung und Dehnung mittels eines Zugprüfgeräts ermittelt. Die Zugfestigkeit, der Modul und die Dehnung von Proben werden aus den Spannung-Dehnungsdaten berechnet. Die Ausrichtung der Faser in einem Extrudat wird anhand von in Längs- oder Extrusionsrichtung und in Umfangs- oder Querrichtung geschnittenen Proben und Messen der physikalischen Eigenschaften in vorstehend beschriebener Weise bestimmt. Die Beziehungen zwischen den physikalischen Eigenschaften der in Umfangs- und Längsrichtung geschnittenen Proben lassen die relative Aus- ■' richtung der Pasern erkennen. Ist beispielsweise das Verhältnis der Toungschen Moduln solcher Proben gleich eins, so deutet dies auf eine Ausrichtung gleicher Anteile von Fasern in beiden Eichtungen hin. Ist ein größerer Anteil der Fasern in Umfangsrichtung ausgerichtet, so ist das Verhältnis der Youngschen Moduln größer als eins, und zwar um so größer, ge größer der Anteil der in der betreffenden Eichtung liegenden Fasern ist. Der Einfachheit halber ist hier nur eine Ausrichtung der Fasern in Axial- und Umfangsrichtung eines Schlauchs in Betracht gezogen. In Wirklichkeit ist jedoch ein gewisser Anteil der Fasern in verschiedenen Winkeln zur Achse angeordnet. Die durch Messung des Moduls bestimmte Ausrichtung der Fasern schließt demnach den von in verschiedenen W inkeln zur Meßrichtung verlaufenden Fasern gelieferten Anteil des Ergebnisses mit ein.Insert under the continuous fabric layer of V-belts. The physical properties of an extrudate are determined using standardized procedures under ASTM D-638 for measuring stress and strain using a tensile tester. The tensile strength, modulus and elongation of samples are calculated from the stress-strain data. The orientation of the fibers in an extrudate is determined on the basis of samples cut in the longitudinal or extrusion direction and in the circumferential or transverse direction and measuring the physical properties in the manner described above. The relationships between the physical properties of the cut in the circumferential and longitudinal samples can be the relative training ■ 'direction recognize the parsers are. If, for example, the ratio of the Toung's modulus of such samples is equal to one, this indicates an alignment of equal proportions of fibers in both directions. If a larger proportion of the fibers is oriented in the circumferential direction, the ratio of the Young's modulus is greater than one, and the greater the greater the proportion of the fibers lying in the relevant direction. For the sake of simplicity, only an alignment of the fibers in the axial and circumferential directions of a tube is considered here. In reality, however, a certain proportion of the fibers are arranged at different angles to the axis. The orientation of the fibers determined by measuring the module accordingly includes the portion of the result supplied by fibers running at different angles to the measuring direction.

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Ein zweckmäßiges Verfahren zum Ermitteln des Modulverhältnisses bei einem Schlauch besteht darin* daß man die prozentuale Dehnung und Vergrößerung des Durchmessers an einem unter' Druck gesetzten Schlauch mißt. Dabei ist das Verhältnis zwischen dem Modul in Umfangsrichtung und dem Modul in Längsrichtung gleich der doppelten Dehnung geteilt durch die radiale Aufweitung. Ein vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die höchste Belastbarkeit des Schläuche ermittelt werden kann, indem man den Druck bis zum Zerreißen des Schlauchs steigert.A convenient way to find the modulus ratio in the case of a hose, * consists in the percentage expansion and enlargement of the diameter measured on a pressurized hose. The ratio between the module is in the circumferential direction and the module in the longitudinal direction equal to twice the expansion divided by the radial expansion. An advantage this method is that the highest load capacity of the hose can be determined by the Pressure increases until the hose ruptures.

Zum besseren Verständnis ist die Erfindung nachstehend anhand von praktischen Beispielen erläutert. In einem ersten Beispiel wird eine Verbundmasse aus Zellulosefaser und vulkanisierbarem Gummi mittels eines Royle-Extruders durch Formen mit konstanter Schlitzbreite, jedoch unterschiedlicher Querschnittszunähme, zu einem Schlauch mit einem Außendurchmesser von 3,81 cm und einer Wandstärke von etwa 0,18 cm extrudiert. Das Exfcrudat wird zu Schlauchstücken von beliebiger Länge zerschnitten. Die Schlauchstücke werden dann in einem Autoklav oder in einer Form vulkanisiert. Für die Herstellung von Formschläuchen, etwa Kühlwasserschlächen, wird vorzugsweise in einer Form vulkanisiert. Die Verformung des Schlauchs beim Vulkanisieren in der Form beeinflußt die Ausrichtung der Fasern nicht nennenswert.For a better understanding, the invention is explained below with the aid of practical examples. In one The first example is a composite mass of cellulose fiber and vulcanizable rubber by means of a Royle extruder by shaping with a constant slot width, but with a different increase in cross-section, to form a tube with an outer diameter of 3.81 cm and a wall thickness of about 0.18 cm. The excrudate becomes pieces of tubing cut of any length. The pieces of tubing are then placed in an autoclave or in a mold vulcanized. For the production of molded hoses, such as cooling water hoses, is preferably in a Vulcanized shape. The deformation of the hose during vulcanization in the mold affects the alignment of the Fibers not worth mentioning.

Zur Aufbereitung der Verbundmasse werden 75 Anteile Holzzellulosefasern zur Verminderung der gegenseitigen Wechsel-75 parts of wood cellulose fibers are used to prepare the composite mass to reduce the mutual exchange

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einwirkungen behandelt und pro 100 Anteile Elastomer einer Grundmasse mit der folgenden Zusammensetzung zugeführt:Treated impacts and added a base mass with the following composition per 100 parts of elastomer:

Parts by weight

Styrol-Butadiengummi 50Styrene butadiene rubber 50

Naturkautschuk 50Natural rubber 50

FEF Ruß 50FEF carbon black 50

Kieselerde 5Silica 5

Zinkoxid 3Zinc oxide 3

Stearinsäure 2Stearic acid 2

Phenylendiamin-Stabilisator 2Phenylenediamine stabilizer 2

Alkylen-Resorzinol-Polymer 5Alkylene resorzinol polymer 5

Hexamethoxymethylmelamin 2Hexamethoxymethylmelamine 2

Weichmacheröl 20Plasticizer oil 20

Schwefel 2Sulfur 2

Sulfenamid-Beschleuniger 1 Sulfenamide accelerator 1

Gesamt 192Total 192

Die Verbundmasse wird durch Formen der in Fig. 1 gezeigten Art extrudiert. Die Formen haben eine konstante Schlitzbreite von 1,78 mm und der axiale Austrittsabschnitt hat eine Länge von 11,4-3 mm. Der Schlitz divergiert in einem Winkel von etwa 60° zur Längsachse. Die übrigen Abmessungen der Formen sind in nachstehender Tabelle in mm angegeben. Das Querschnittsverhältnis ergibt sich aus dem Auslaßquerschnitt geteilt durch den Einlaßquerschnitt.The composite mass is formed by molding that shown in FIG Kind of extruded. The molds have a constant slot width of 1.78 mm and the axial exit section a length of 11.4-3 mm. The slot diverges in one Angle of about 60 ° to the longitudinal axis. The other dimensions of the molds are in mm in the table below specified. The aspect ratio results from the Outlet cross-section divided by the inlet cross-section.

Inneres Formteil Äußeres Formteil AInner molding Outer molding A

Form Kr. Einlaß Auslaß Einlaß Auslaß IT Form Kr . Inlet outlet inlet outlet IT

B-19 34-, 54 34,54 38,1 38,1B-19 34-, 54 34.54 38.1 38.1

B-18 16,26 34,54 19,94 38,1B-18 16.26 34.54 19.94 38.1

B-9 ' 7,32 34,54 10,87 38,1B-9 '7.32 34.54 10.87 38.1

B-39 4,27 34,54 7,82 38,1B-39 4.27 34.54 7.82 38.1

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ϊ·;κϊ«ι'·:::· :- ■ ■ ■ ■ϊ ·; κϊ «ι '· ::: ·: - ■ ■ ■ ■

Das Extrudieren erfolgt, unter folgenden Betriebsbedingungen; Temperatur des ExtruderZylinders etwa 36 bis 52 C. Drehzahl der Schnecke etwa 45 U/min. Kopftemperatur etwa 65 bis 72 ⁰C. Extrusionsgeschwindigkeit etwa 400 bis 500 g/min entsprechend etwa 1,52 bis 3,05 m/min. Das Extrudat tritt mit einer Temperatur von etwa 60 bis 72 ⁰C aus der Form aus und hat eine zur Erhaltung seiner Form ausreichende Steifigkeit. Stücke des Schlauchs werden 42 bis 60 min bei einer Temperatur von etwa 160 ⁰C in einem Autoklav vulkanisiert. Die physikalischen Eigenschaften der vulkanisierten Schlauchstücke werden in vorstehend beschriebener Weise ermittelt. Die durchschnittlichen Werte fürThe extrusion takes place under the following operating conditions; Temperature of the extruder cylinder about 36 to 52 C. Speed of the screw about 45 rpm. Head temperature about 65 to 72 ⁰ C. Extrusion speed about 400 to 500 g / min, corresponding to about 1.52 to 3.05 m / min. The extrudate emerges from the mold at a temperature of about 60 to 72 ^° C. and has sufficient rigidity to maintain its shape. Pieces of the hose are vulcanized in an autoclave at a temperature of about 160 ^{° C. for 42 to 60 minutes.} The physical properties of the vulcanized hose pieces are determined in the manner described above. The average values for

die Zerreißfestigkeit (UTS, in kp/cm ) Youngschen Modulthe tensile strength (UTS, in kp / cm) Young's modulus

(E, in kp/cm ) und Bruchdehnung ( , in %) einer Anzahl von Proben von mit den verschiedenen Formen extrudierten Schläuchen sind nachstehend zusammengefaßt: Form Ur. Umfang sr ichtung Längsrichtung(E, in kp / cm) and elongation at break (, in%) of a number Samples of tubing extruded in the various shapes are summarized below: Form Ur. Circumference direction longitudinal direction

UTS E % UTS E % IUTS E % UTS E% I

Xl Xl JA.YES.

B-19 . 57,70 277 35 85,1 837,4 20 0,3B-19. 57.70 277 35 85.1 837.4 20 0.3

B-18 77,3 395,8 35 '59,1 419,7 31 ο,9B-18 77.3 395.8 35 '59, 1 419.7 31 ο, 9

B-9 79,4 510,4 28 38,0 179,3 65 2,8B-9 79.4 510.4 28 38.0 179.3 65 2.8

B-39 130,8 1164 19 50,6 246,8 55 4,7B-39 130.8 1164 19 50.6 246.8 55 4.7

Diese Daten zeigen, daß der Anteil der in Umfangsrichtung ausgerichteten Fasern in direkter Beziehung zum Querschnittsverhältnis zunimmt.These data show that the proportion of the circumferential direction aligned fibers in direct relation to aspect ratio increases.

In einem anderen Versuch werden unter Verwendung der Form B-9 mit dem Querschnittsverhältnis 4:-1 mehrere .Schlauchstücke aus einer Grundmasse mit der oben angege-In another experiment, several are made using Form B-9 with the aspect ratio 4: -1 .Hose pieces made from a base material with the above

509834/0835509834/0835

benen Zusammensetzung, jedoch mit verschiedenen Anteilen an Holzzellulosefasern extrudiert. Das Extrudieren erfolgt unter den folgenden Betriebsbedingungen: Drehzahl der Schnecke etwa 30 U/min, Temperatur des Zylinders etwa 63 ^:-'C, Temperatur des aus der !Form austretenden Extrudats etwa 75 bis 85 ⁰C, und Zufuhrgeschwindigkeit etwa 300 g/min, mit Ausnahme der Probe mit geringstem Faseranteil, bei welcher die Zufuhrgeschwindigkeit etwa 540 g/min beträgt. Der Anteil an Zellulosefaser ist in bezug auf hundert Anteile Elastomer angegeben. Die Schlauchstücke werden wie vorstehend angegeben in einem Autoklav vulkanisiert. Die folgenden physikalischen Eigenschaften wurden ermittelt:same composition, but extruded with different proportions of wood cellulose fibers. The extrusion takes place under the following operating conditions: speed of the screw about 30 rpm, temperature of the cylinder about 63 ^: -'C, temperature of the extrudate emerging from the mold about 75 to 85 ⁰ C, and feed rate about 300 g / min, with the exception of the sample with the lowest fiber content, in which the feed rate is about 540 g / min. The proportion of cellulose fiber is given in relation to one hundred parts of elastomer. The hose pieces are vulcanized in an autoclave as indicated above. The following physical properties were determined:

Faser- Umfangsrichtung Längsrichtung Anisotropie-Anteil Verhältnis Fiber circumferential direction longitudinal direction anisotropy proportion ratio

UTS E % UTS E % E_H / E_A UTS E % UTS E % E _H / E _A

25 86,5 139,9 130 60,5 106,9 127 1,3 Ib 116,7 590,6 47 56,2 223,6 5Ί 2,6 125 111,8 961,1 18 47,1 334,0 36 2,9 Diese Daten zeigen, daß die Ausrichtung der Fasern in Umfangsrichtung durch den Anteil der Fasern beeinflußt ist, d.h. daß sie bei höherem Faseranteil zunimmt. Selbst beim niedrigsten Faseranteil ist der größte Teil der Fasern in Umfangsrichtung ausgerichtet. Ist bei niedrigem Faseranteil eine noch stärkere Ausrichtung in Umfangsrichtung verlangt, so ist eine Form mit noch stärkerer Querschnittszunahme zu verwenden. 25 86.5 139.9 130 60.5 106.9 127 1.3 Ib 116.7 590.6 47 56.2 223.6 5Ί 2.6 125 111.8 961.1 18 47.1 334.0 36 2.9 These data show that the alignment of the fibers in the circumferential direction is influenced by the proportion of fibers, ie that it increases with a higher fiber proportion. Even with the lowest fiber content, most of the fibers are oriented in the circumferential direction. If an even stronger alignment in the circumferential direction is required with a low fiber content, a shape with an even greater increase in cross-section should be used.

In einem weiteren Versuch werden Schlauchstücke aus einer Yerbundmasse der oben angegebenen Zusammensetzung mit einem Zusatz von 75 Anteilen Faser pro 100 Anteile Polymer unterIn a further experiment, pieces of tubing made from a Yerbund mass of the composition given above with a Addition of 75 parts of fiber per 100 parts of polymer below

50983Λ/083550983Λ / 0835

- 25 -- 25 -

Verwendung der Form B-9 extrudiert, wobei die Extrusionstemperaturen- und geschwindxgkeiten geändert werden, um ihren Einfluß auf die Ausrichtung der Easer zu untersuchen. Die Schlauchstücke werden wie vorstehend vulkanisiert.Use of the shape B-9 extruded, whereby the extrusion temperatures- and speeds can be changed to examine their effect on the orientation of the easers. The hose pieces are vulcanized as above.

Probe Schnecken- Temperatur am Temperatur Geschwin- E-u/E. drehzahl U/min Schneckenende des Extru- digkeitSample screw temperature at temperature speed E-u / E. speed rpm screw end of the extruder

C dats G g/minC dats G g / min

11 3030th 6565 7575 301301 2,62.6 22 4545 67,2267.22 78,8978.89 400400 2,62.6 33 6060 67,2267.22 87,2287.22 468468 2,72.7 44th 3030th 125125 82,7882.78 155155 •2,9• 2.9 VJlVJl 4545 122,78122.78 87,7887.78 219219 3,03.0 66th 6060 122,78122.78 93,89-93.89- 289289 3,23.2

Diese Daten zeigen, daß die Schneckendrehzahl, die Zufuhrgeschwindigkeit und die Temperaturen ohne nennenswerten Einfluß auf die Ausrichtung der Easer in ziemlich weiten Bereichen veriiert werden können.These data show that the screw speed, the feed speed and the temperatures without any appreciable influence on the orientation of the easers to a fairly large extent Areas can be veried.

Als Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Verbundmasse auf der Basis einer
thermoplastischen Grundmasse werden die folgenden Zutaten bei einer zum Schmelzen der thermoplastischen Komponente ausreichend hohen Temperatur in einem Banbury-Mischgerät gemischt:As an example of the implementation of the method according to the invention with a composite material based on a
thermoplastic matrix, the following ingredients are mixed in a Banbury mixer at a temperature high enough to melt the thermoplastic component:

Parts by weight

Polyvinylchlorid-Homopolymer 100,0Polyvinyl chloride homopolymer 100.0

Weichmacher (Santicizer 711) 48,8Plasticizer (Santicizer 711) 48.8

Epoxy-Sojaöl 3,5Epoxy soybean oil 3.5

Ba/Cd - Stabilisator 1,4Ba / Cd stabilizer 1.4

Kalziumkarbonat 20,8Calcium carbonate 20.8

Hartholz-Trockenschliff 62,0 Hardwood dry sanding 62.0

Gesamt 236,5Total 236.5

509834/0835509834/0835

Die Yerbundmasse wird mittels eines Eoyle-Extruders durch eine Form ITr. B-20 extrudiert. Diese hat bei konstanter Schlitzbreite und einem Querschnittsverhältnis von 4:1 die gleichen Abmessungen wie die Form B-9, mit Ausnahme des axial verlaufenden Schlitzteils, welches hier eine Länge von 20,96 mm hat. Das Extrudieren geschieht unter folgenden Bedingungen: Zylindertemperatur etwa 193 °C, Kopftemperatur etwa 215 °C und Extrudat-Temperatur etwa 160 ⁰G. Das aus der Form austretende Extrudat hat eine glatte Oberfläche und eine zur Erhaltung seiner Form ausreichende Steifigkeit. Durch Abkühlung erhält man ein steifes, faserverstärktes Rohr. Stücke des Rohrs werden aufgeschlitzt und unter Anwendung von Wärme und Druck flach ausgelegt, ohne dabei jedoch die Abmessungen des Stücks zu verändern. Aus den flach liegenden Stücken werden Proben in Längsund in Umfaiigsrichtung geschnitten. Die Proben zeigen die folgenden physikalischen Eigenschaften:The Yerbund mass is by means of an Eoyle extruder through a mold ITr. B-20 extruded. With a constant slot width and a cross-section ratio of 4: 1, this has the same dimensions as Form B-9, with the exception of the axially extending slot part, which here has a length of 20.96 mm. The extrusion is done under the following conditions: barrel temperature about 193 ° C, head temperature about 215 ° C and extrudate temperature of about 160 ⁰ G. The light emerging from the mold extrudate has a smooth surface and a sufficient rigidity to maintain its shape. A stiff, fiber-reinforced pipe is obtained by cooling. Pieces of the tube are slit open and laid flat with the application of heat and pressure, but without changing the dimensions of the piece. Samples are cut lengthwise and circumferentially from the flat pieces. The samples show the following physical properties:

In Längsrichtung In Umfangsr.ichtung Anisotropie-UTS E % UTS E % verhältnisIn the longitudinal direction In the circumferential direction Anisotropy-UTS E% UTS E% ratio

73,8 654,6 25 127,3 1617,Ί 15 2,573.8 654.6 25 127.3 1617, Ί 15 2.5

In einem weiteren Versuch werden mehrere Schlauchstücke aus einer Verbundmasse mit der vorstehend angegebenen Elastomer-Zusammensetzung und einem Faserzusatz von 75 Anteilen unter Verwendung von Formen der in Fig. 1 gezeigten Art, jedoch mit konvergierenden Schlitzwandungen extrudiert. Die Schlitze divergieren zum Auslaß hin, wobei ihre Breite in der gleichen Richtung abnimmt. Die innere Wandung bildet wie vorher einen Winkel von 60 , währendIn another experiment, several pieces of tubing are used from a composite material with the elastomer composition specified above and a fiber additive of 75 Shares using shapes of the type shown in Figure 1 but with converging slot walls extruded. The slots diverge towards the outlet, decreasing in width in the same direction. The inner one Wall forms an angle of 60 as before, while

509834/083 5509834/083 5

jedoch der Winkel der äußeren Wand 54,5 beträgt. Die Formen haben am Auslaß eine Schlitzbreite von 1,78 und das axiale Schlitzteil hat eine Länge von 11,43 mm. Entlang dem axialen Schlitzteil ist der Abstand zwischen den Formteilen konstant. Die Abmessungen der Ein- und Auslässe sind die folgenden:however, the angle of the outer wall is 54.5. The molds have a slot width of 1.78 at the outlet and the axial slot part has a length of 11.43 mm. Along the axial slot part is the distance between the molded parts constant. The dimensions of the inlets and outlets are as follows:

Form Nr Inneres Formteil Äußeres Formteil A Durchmesser (mm) Durchmesser (mm) -r— Form no Inner molding Outer molding A Diameter (mm) Diameter (mm) -r-

Inlet outlet inlet outlet ^

B-29 14,61 34,54 20,96 38,1 1,1B-29 14.61 34.54 20.96 38.1 1.1

B-30 5,89 34,54 12,34 38,1 2,2-B-30 5.89 34.54 12.34 38.1 2.2-

Die Schneckendrehzahl beträgt 30 U/min und die Schläuche werden wie vorstehend angegeben vulkanisiert. Die physikalischen Eigenschaften sind in folgender TabelleThe screw speed is 30 rpm and the tubes are vulcanized as indicated above. The physical properties are in the table below

angegeben
Form Nr.specified
Shape no. •• ii UTSUTS UmfangsrichtungCircumferential direction Längs ri cht ungLongitudinal direction V^EAV ^E A ,1
,2,1
, 2 28,
111,28,
111, EE. UTS EUTS E B-29 1
B-30 2B-29 1
B-30 2 1 84,4
1 554,01 84.4
1,554.0 4-5,
72,4-5,
72, 0,3
1,60.3
1.6 ,0 250,3
,4 348,0, 0 250.3
, 4,348.0

Diese Daten zeigen, daß eine Querschnittszunahme um 2,2 ausreicht, den größten Teil der Fasern in Umfangsrichtung auszurichten.These data show that a 2.2 sufficient to align most of the fibers in the circumferential direction.

In einem weiteren Versuch wird eine Verbundmasse mit einem Faserzusatz von 75 Anteilen unter Verwendung eines 88,9 mm MONSANTO-Extruders zu einem Schlauch mit einem Außendurchmesser von etwa 76,2 mm un einer Wandstärke von etwa 1,78mm extrudiert. Die verwendete Form hat die folgenden Abmessungen: In a further experiment, a composite mass with a fiber additive of 75 parts using a 88.9 mm MONSANTO extruder into a tube with an outside diameter of about 76.2 mm and a wall thickness of about 1.78 mm. The shape used has the following dimensions:

509834/0835509834/0835

Form Nr. Inneres Formteil Äußeres Formteil A Durchmesser (mm) Durchmesser (mm) -r^- Einlaß Auslaß Einlaß Auslaß ^A± Shape No. Inner Molding Outer Molding A Diameter (mm) Diameter (mm) -r ^ - Inlet Outlet Inlet Outlet ^A ±

B-23 35,4 72,6 39,0 76,2 2 Der extrudierte Schlauch wird während 20 min bei 160 ⁰C in Dampf vulkanisiert und hat dann folgende Eigenschaften:B-23 35.4 72.6 39.0 76.2 2 The extruded hose is ^{vulcanized in steam at 160 °} C. for 20 minutes and then has the following properties:

In Umfangsrichtung In Längsrichtung Anisotropie-Verhältnis UTS E , % UTS E %_ In the circumferential direction In the longitudinal direction Anisotropy ratio UTS E,% UTS E % _

70,3 333,2 36 44,3 273,5 40 1,270.3 333.2 36 44.3 273.5 40 1.2

Verschiedene Verbundmassen werden mittels eines 88,9 MONSANTO-Extruders durch eine Form mit konstanter Schlitzbreite und einer Querschnittszunahme von 3,5 zu Schläuchen mit einem Innendurchmesser von 19,05 ram und einer Wandstärke von etwa 2,54 mm extrudiert. Die Schläuche werden über durch Rheometerdaten angezeigte Zeitspannen zur Erzielung der optimalen Eigenschaften in einem Autoklav vulkanisiert.Various composite materials are processed using a 88.9 MONSANTO extruder through a mold with a constant slot width and a cross-sectional increase of 3.5 to tubing with an inner diameter of 19.05 ram and a wall thickness of about 2.54 mm. The tubes are closed for periods of time indicated by rheometer data Vulcanized in an autoclave to achieve the best possible properties.

Elastomer Anteil an Umfangsrichtung Längsrichtung Elastomer proportion in circumferential direction longitudinal direction

Zellulose- WE T! % UTS E % EVE faser ⁿ Cellulose WE T! % UTS E % EVE fiber ⁿ

ffatur-SBR- 75 71,7 361,3 36 41,5 159,6 65 2,3 Gemischffatur-SBR- 75 71.7 361.3 36 41.5 159.6 65 2.3 mixture

EPDM- 75 78,0 289,7 48 54,1 144,8 66 2,0 GummiEPDM 75 78.0 289.7 48 54.1 144.8 66 2.0 rubber

Styrol- 40 82,3 236,9 70 50,6 137,8 95 1,7 ButadienguramiStyrene 40 82.3 236.9 70 50.6 137.8 95 1.7 butadiene gourami

Unter Einwirkung von Druckluft platzten die vorstehend beschriebenen Schläuche bei Drücken von etwa 14,1 kp/cm .Under the action of compressed air, the protruding burst described hoses at pressures of about 14.1 kp / cm.

Zur Herstellung von Schläuchen mit verbesserten physikalischen Eigenschaften in Umfangsrichtung aus einer Elastomer Grundmasse der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung For the production of hoses with improved physical properties in the circumferential direction from an elastomer base material of the composition described above

509834/0835509834/0835

mit einem Faserzusatz von 75 Anteilen auf 100 Teile Elastomer wird ferner eine Form der in Fig. 1 gezeigten Art, jedoch mit divergierenden Schlitzwandungen verwendet. Im divergierenden Teil nimmt die Schlitzbreite zu und ■bleibt im axialen Schlitzteil konstant. Die Außenwand bildet einen Winkel von 60° zur Längsachse, während der Winkel der Innenwand 56,5 ° beträgt. Am Auslaß hat das innere Formteil einen Durchmesser von 3^i^ mm und daß äußere Formteil einen Durchmesser von 38,1 mm, so daß sich hier eine Schlitzbreite von 1,78 mm ergibt. Am Ein-' laß beträgt der Durchmesser des inneren Formteils 8,18 mm und der des äußeren Formteils 9»98 mm, woraus sich einewith a fiber addition of 75 parts to 100 parts of elastomer, a form of the type shown in FIG. 1, but with diverging slot walls, is also used. In the diverging part the slot width increases and ■ remains constant in the axial slot part. The outer wall forms an angle of 60 ° to the longitudinal axis, while the angle of the inner wall is 56.5 °. At the outlet, the inner molded part has a diameter of 3 ^ i ^ mm and the outer molded part has a diameter of 38.1 mm, so that a slot width of 1.78 mm results here. At the inlet, the diameter of the inner molded part is 8.18 mm and that of the outer molded part 9 »98 mm, resulting in a

A .A.

Schlitzbreite von 8,89 mm ergibt. Damit ist -r— = 8 und R . ■ ■ ιSlit width of 8.89 mm results. So -r- = 8 and R. ■ ■ ι

^jT- = 4-, und das Verhältnis der Schlitzbreiten am Auslaß und Einlaß ist gleich 2.^ jT- = 4-, and the ratio of the slot widths at the outlet and inlet is equal to 2.

In einer anderen Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Form mit nicht parallelen Schlitzwandungen bildet die äußere Wandung einen Winkel von 60° zur Längsachse, während der Winkel der Innenwandung y\ 15' beträgt. Am Auslaß beträgt der Durchmesser des inneren Formteils 34-,5^- mm und der des äußeren Formteils 38,1 mm, woraus sich eine Schlitzbreite von 1,78 mm ergibt. Am Einlaß ist der Durchmesser des inneren Formteils gleich 17>27 mm und der des äußeren Formteils gleich 19,05 mm, woraus sich hier eine Schlitzbreite von 0,89 mm ergibt. In dieser mit B-62In another embodiment of the shape shown in FIG. 1 with non-parallel slot walls, the outer wall forms an angle of 60 ° to the longitudinal axis, while the angle of the inner wall is y \ 15 '. At the outlet, the diameter of the inner molded part is 34.5 mm and that of the outer molded part is 38.1 mm, resulting in a slot width of 1.78 mm. At the inlet, the diameter of the inner molded part is equal to 17> 27 mm and that of the outer molded part is equal to 19.05 mm, which results in a slot width of 0.89 mm. In this one with B-62

E A' bezeichneten Form ist also-^-2- = 2 und -r^- = 4-, und dasE A 'designated form is thus - ^ - 2- = 2 and -r ^ - = 4-, and that

^Ei ^Ai Verhältnis der Schlitzbreiten am Auslaß und Einlaß ist ■ ^E i ^A i The ratio of the slot widths at the outlet and inlet is ■

gleich 2. Das axiale Schlitzteil hat eine Länge von 10,67 mm.equal to 2. The axial slot part has a length of 10.67 mm.

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Die vorbeschriebene Elastomer-Verbundmasse mit einem Faserzusatz von 75 Anteilen Holzzellulosefasern auf 100 Teile Elastomer wird mittels eines Extruders mit einer Zylindertemperatur von 79 G und einer Schneckendrehzahl von 30 bis 60 U/min durch den Formschlitz gepreßt. Die Temperatur des inneren Formteils und des Extrudats beträgt 80 ⁰C. Der entstehende Schlauch wird 30 min lang bei 160 C im Dampf vulkanisiert und hat dann die folgenden Eigenschaften: The above-described elastomer composite with a fiber addition of 75 parts of wood cellulose fibers to 100 parts of elastomer is pressed through the molding slot by means of an extruder with a cylinder temperature of 79 G and a screw speed of 30 to 60 rpm. The temperature of the inner molded part and the extrudate is 80 ^° C. The resulting hose is steam vulcanized for 30 minutes at 160 ° C. and then has the following properties:

In Umfangsrichtung In Längsrichtung Anisotropieverhältnis In the circumferential direction In the longitudinal direction anisotropy ratio

UTS ' E % UTS E % UTS 'E% UTS E %

84,4 312,2 49 45,0 178,6 128 1,7584.4 312.2 49 45.0 178.6 128 1.75

Zum Herstellen eines Schläuche unbegrenzter Länge mit einem Innendurchmesser von 19,05 mm und einer Wandstärke von etwa 4,19 mm wird eine mit Schwefel vulkanisierbare Elastomer-Grundmasse auf der Basis von EPDM-Gummi mit einem Zusatz von 75 Anteilen Hartholzzellulosefasern pro 100 Teile Gummi unter Verwendung eines 88.9 mm MONSANTO-Extruders durch eine Form mit konstanter SchlitzbreiteFor making a hose of unlimited length with an inner diameter of 19.05 mm and a wall thickness of about 4.19 mm is a vulcanizable with sulfur Elastomer base mass based on EPDM rubber with an addition of 75 parts of hardwood cellulose fibers per 100 parts of rubber using a 88.9 mm MONSANTO extruder through a mold with a constant slot width

A und einem Querschnittsverhältnis -τ— von 3*5 extrudiert.A and an aspect ratio -τ- of 3 * 5.

^Ai Da das Vorhandensein von Wasser das Vulkanisieren bei niedrigen Drücken und hohen Temperaturen, also etwa das Mikrowellen-Vulkanisieren, beeinträchtigt, wird die Verbundmasse vor dem Extrudieren gründlich getrocknet. Der im Umfangsrichtung ausgerichtete Fasern enthaltende Schlauch wird unmittelbar nach dem Austritt aus der Form ^A i Since the presence of water impairs vulcanization at low pressures and high temperatures, such as microwave vulcanization, the composite material is thoroughly dried before extrusion. The tube containing fibers aligned in the circumferential direction is immediately after exiting the mold

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kontinuierlich einer Mikrowellen-Vulkanisiereinrichtung zugeführt. In dieser wird das Extrudat auf eina? Temperatur von etwa 148 bis 233 ⁰C, vorzugsweise zwischen etwa 182 und 205 ⁰G gehalten. Die Verweilzeit im Mikrowellenofen und in einer Nachbehandlungseinrichtung beträgt insgesamt etwa 1 bis 5 min, vorzugsweise zwischen 1 und 3 min. Am Ausgang der Vulkanisiereinrichtung erscheint ein ver stärkter vulkanisierter Schlauch. Unter Einwirkung von Druckluft birst ein Stück des Schlauchs bei einem Druck von etwa 19»7 kp/cm .continuously fed to a microwave vulcanizing device. In this the extrudate is on a? Temperature of about 148 to 233 ⁰ C, preferably between about 182 and 205 ⁰ G kept. The total dwell time in the microwave oven and in an aftertreatment device is about 1 to 5 minutes, preferably between 1 and 3 minutes. Under the action of compressed air, a piece of the hose bursts at a pressure of about 19 »7 kp / cm.

In einem weiteren Versuch wird eine Verbundmasse aus einem Naturgummi-SBR-Gemisch mit einem Zusatz von 75 Teilen Holzzellulosefasern durch eine Form D-13 der in Fig. 5 gezeigten Art mit radial divergierendem Schlitz extrudiert. Das innere Formteil ist an einem durch die Zufuhröffnung des äußeren Formteils hindurch verlaufenden Stab befestigt, so daß ein ringförmiger Einlaß gebildet ist. Dieser hat einen Innendurchmesser von 7»32 mm und einen Außendurchmesser von 10,87 !am. Der ringförmige Auslaß hat einen Innendurchmesser von 34,54 mm und einen Außendurchmesser von 38, 1 mm. Die in Fig. 5 zwischen dem divergierenden und dem axialen Schlitzteil vorhandene scharfe Kante ist bei der Form D-13 durch entsprechende Bearbeitung der aneinanderstoßenden Flächenteile abgerundet. Der Radius der Abrundung des inneren Formteils beträgt 0,762 mm und der der Ausrundung des äußeren Formteils 2,54 mm, so daß sich durchgehend eine konstante Schlitzbreite von 1,78 mm ergibt. Die Schläuche werden wie vorstehend in einem Autoklav vulkanisiert. Die Durchschnittswerte der physikalischen In a further experiment, a composite mass of a natural rubber / SBR mixture with an addition of 75 parts of wood cellulose fibers is extruded through a mold D-13 of the type shown in FIG. 5 with a radially diverging slot. The inner mold part is attached to a rod extending through the feed opening of the outer mold part, so that an annular inlet is formed. This has an inner diameter of 7 »32 mm and an outer diameter of 10.87! Am. The annular outlet has an inside diameter of 34.54 mm and an outside diameter of 38.1 mm. The sharp edge present in FIG. 5 between the diverging and the axial slot part is rounded in the case of form D-13 by appropriate processing of the abutting surface parts. The radius of the rounding of the inner molded part is 0.762 mm and that of the rounding of the outer molded part is 2.54 mm, so that a constant slot width of 1.78 mm results throughout. The hoses are vulcanized in an autoclave as above. The averages of the physical

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Eigenschaften einer Anzahl solcher Schläuche sind in nachstehender Tabelle angeführt:Properties of a number of such hoses are given in the table below:

Form Nr. _o_ Umfangsrichtung Längsrichtung Anisotropie-A. VerhältnisShape no. _O_ circumferential direction longitudinal direction anisotropy-A. relationship

¹ UTS E % UTS E % E ¹ UTS E% UTS E% E

D-13 4 112,5 582,8 33 52,7 195,5 70 3,0D-13 4 112.5 582.8 33 52.7 195.5 70 3.0

Zur Herstellung einer Anzahl von Schläuchen mit einem Außendurchmesser von 38,1 mm und einer Wandstärke von etwa 1,78 mm wird eine Verbundmasse aus Naturgummi-SBR-Gemisch und 75 Anteilen Rayonfasern unterschiedlicher Länge durch Formen mit konstanter Schlitzbreite und einer Querschnittsvergrößerung von 4 extrudiert. Die Rayonfasern haben Durchmesser zwischen etwa 10 und 15 Mm. Die nachstehend angegebenen laserlängen sind die ursprünglichen Längen der für die Verbundmasse verwendeten Fasern. Bei der Aufbereitung der Verbundmasse trat eine gewisse Verkürzung der Fasern ein. Die Schläuche werden in einem Autoklav vulkanisiert, worauf dann die physikalischen Eigenschaften gemessen werden.For making a number of hoses with one An outer diameter of 38.1 mm and a wall thickness of about 1.78 mm is a composite made of natural rubber / SBR mixture and 75 portions of rayon fibers of different lengths are extruded through shapes with constant slot width and a cross-sectional enlargement of 4. The rayon fibers have diameters between about 10 and 15 mm. The ones given below laser lengths are the original lengths of the fibers used for the composite. During processing a certain shortening of the fibers occurred in the composite mass. The hoses are vulcanized in an autoclave, whereupon the physical properties are measured.

A Umfangsrichtung Längsrichtung EuA circumferential direction longitudinal direction Eu

Form Nr. -τ— Faserlänge ψ— Form No. -τ— fiber length ψ—

^Ai (mm) UTS E % UTS E % ^A ^A i (mm) UTS E% UTS E% ^ A

95,5 659,5 27 55,5 176,5 69 3,7 106,2 590,6 29 54,1 189,1 71 3,1 ^ 679,2 28 49,2 178,6 63 3,895.5 659.5 27 55.5 176.5 69 3.7 106.2 590.6 29 54.1 189.1 71 3.1 ^ 679.2 28 49.2 178.6 63 3.8

B-9B-9 44th 3,3, 1818th B-20B-20 44th 6,6, 3535 B-20B-20 44th 12,12, 77th

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für kompliziertere Extrusionssysteme anwendbar, etwa für Kreuzkopf-Extruder, in denen zweiThe invention is not restricted to the exemplary embodiments described above. So is the invention Process can also be used for more complicated extrusion systems, e.g. for cross-head extruders in which two

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Schläuche, von denen der eine den anderen umhüllt, gleichzeitig extrudiert werden. Somit erstreckt sich die Erfindung also auf zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele.Tubes, one of which envelops the other, at the same time be extruded. Thus, the invention extends to numerous changes and modifications of the embodiments described above.

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Claims

Claims;

1. A method for aligning fibers in a matrix, characterized in that a basic mass mixed with staple fibers is divided and pressed through a shaped slot, the inner of which and outer wall surfaces diverge with respect to the axis of the mold such that the distances of the surfaces from the Axis at the outlet of the slot are larger than at the inlet

A.
the same and -τ- = 2,

where A is the opening cross-section of the slot at the outlet

and
A. is the opening cross-section at the inlet.

2. The method according to claim 1, characterized in that the slot is substantially constant

A.
Width and that -τ- = 3.

^A i

3. The method according to claim 1 or 2, characterized gekennz eichnet that the fiber additive 10 to 75 parts by weight per 100 parts by weight of the base material amounts to.

4-. Method according to at least one of Claims 1

to 3i characterized in that the Wood cellulose fiber and the base material is an elastomer.

5 · Method of aligning fibers in the matrix a fiber-reinforced extrudate, thereby

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G e k e η η ζ e i chnet that a base material mixed with staple fibers is replaced by an oval, ring-shaped one or horseshoe-shaped passage forming through a surface of an inner standard part and a surface an outer mold part limited mold slot presses, which with respect to the axis of the mold in such a way diverges that the distances between the surfaces bounding it and the axis of the mold at the outlet of the slot are greater are than at its inlet and the cross-sectional area of the slot at the outlet is at least twice as large as at the inlet.

6. The method according to claim 5> characterized in that the slot is circular and im has substantially constant width.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized

It is recognized that the fiber additive 10 to 75 parts by weight to 100 parts by weight of the base amounts to.

8. The method according to at least one of claims 5 to 7? characterized in that the Wood cellulose fiber and the base material is an elastomer.

9 · Method according to at least one of claims 5 to 8, characterized in that the base material is an elastomer vulcanizable with sulfur is and that the extrudate for vulcanization by a

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Microwave vulcanizing device is passed through.

10. A method for aligning fibers in a matrix, characterized in that the base mass mixed with staple fibers is pressed through an annular, diverging shaped slot, "in which the annular outlet is at least twice the cross-sectional size than the inlet and the radius ratio is at least equal to half the aspect ratio.

11. The method according to claim 10, characterized in that the slot is substantially constant Width has.

12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the cross-sectional enlargement is at least three times.

13. The method according to at least one of claims to 12, characterized in that the The extrudate is slit in the longitudinal direction and spread out to form a web of material.

14-. Method of making a fiber-reinforced Hose with approximately the same physical properties in the circumferential and longitudinal direction, as a result characterized in that a matrix containing reinforcing fibers through a diverging annular slot is pressed of substantially constant width, which from the inlet to the outlet has a cross-sectional

509834/0835509834/0835

- 37 -- 37 -

has magnification to about twice.

15 · Method of making a fiber-reinforced Hoses, their modulus of strength in the circumferential direction is at least twice as large as in the longitudinal direction, characterized in that a reinforcing lasern containing matrix by a substantially constant width having, diverging Ring slot is pressed, which from the inlet to the outlet has a cross-sectional enlargement of at least has about three times.

16. A method for aligning fibers in a matrix, characterized in that a mixed with staple fibers basic mass is pressed through a mold which has a between an inner and has an outer molded part formed annular slot which with respect to the axis of symmetry of the Form diverges and at which

7 Χ "= ²
where A _{Q is} the cross-section of the slot at the outlet

A. the slot cross-section at the inlet E _{Q is} the radius of the annular outlet and R ^ is the radius of the annular inlet.

17. The method according to claim 16, characterized shows that the matrix is an elastomer.

18 ·. Method according to Claim 16 or 17, characterized in that the radius ratio

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- 38 -- 38 -

is at least equal to half the aspect ratio.

19. Extruded hose, characterized in that it is embedded in a matrix Has fibers and that it extends in the circumferential direction has a strength module that is at least twice as large as in the longitudinal direction.

20. Hose according to claim 19, characterized in that the fiber additive is 10 to 75 parts by weight per 100 parts by weight of the base material.

21. Hose according to claim 19 or 20, characterized in that the fibers have a length / strength ratio from 50 to 200 have.

22. Hose according to at least one of claims 19 to 21, characterized in that it is made of vulcanized diene rubber reinforced with fibers embedded in it.

23 · Hose according to claim 22, characterized in that it is guided through a Microwave vulcanizer is vulcanized.

24. Hose according to at least one of claims 19 to 23, characterized in that the fiber is made of wood cellulose.

25 · Extruder shape, characterized by a fixed inner and a fixed outer

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Molded part and through a slot formed between the molded parts and free of obstacles from im substantially constant width, which diverges with respect to the axis of the mold in such a way that the cross-section s size at the outlet of the mold is at least twice that at the inlet of the slot

26. Extruder mold according to claim 25, characterized gekennze.ichnet that the mold slot is annular is.

27. Extruder mold according to claim 25 or 26, characterized marked that the slot diverges so far at an angle of 90 ° to the axis of the mold, that there is a cross-sectional enlargement of at least two.

28. Extruder mold according to at least one of the claims to 27 »characterized in that the Cross-sectional enlargement is at least three times.

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