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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials, insbesondere
eines Reibrings für
eine Reibungskupplungsscheibe, sowie einen Reibring. Dabei handelt
es sich im einzelnen um einen Reibring für eine mit Trockenreibung arbeitende
Reibungskupplungsscheibe.
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Die Herstellung eines derartigen
Reibrings erfolgt aus Garn, insbesondere auf der Basis von Mineralfasern,
wie etwa Glasfasern, die für
die Fliehkraftfestigkeit sorgen, Kautschuk für die Erzielung eines guten
Reibungskoeffizienten, unterschiedlichen Füllstoffen und eines Bindemittels,
in der Praxis eines Phenolharzes, um das Ganze zu binden.
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Bei der Anfertigung des Reibrings
werden üblicherweise
chlorhaltige Lösungsmittel
verwendet, insbesondere um den Kautschuk zu lösen.
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Das Problem, das sich bei der Verwendung
derartiger chlorhaltiger Lösungsmittel
ergibt, hängt
mit ihrer Schädlichkeit
zusammen, so dass dementsprechend die Durchführung von Sicherheits- und
Rückfüh rungsvorkehrungen
erforderlich ist, um jeden Kontakt mit den Anlagenbedienern und
jede Ableitung an die Außenluft auszuschließen.
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Um dieses Problem zu lösen, ist
es bekannt, diese chlorhaltigen Lösungsmittel durch Wasser zu
ersetzen. Dies setzt wiederum die Verwendung von Latex anstelle
von Trockenkautschuk voraus. In der Praxis wird ein wässriger
Kitt hergestellt, der sich aus der Mischung von Phenolharzen, Füllstoffen,
insbesondere in Pulverform, und Latex ergibt. Dieser Kitt wird anschließend zum
Imprägnieren
eines aus Mineralfasern und anderen Fasern bestehenden Garns verwendet,
das zur Herstellung eines Rohlings dient, der anschließend unter
Druck gebrannt wird, um einen Reibring herzustellen. Die Anmelderin
hat festgestellt, dass der wässrige Kitt
eine Viskosität
aufweist, die sich im Laufe der Zeit schnell erhöht. Dies hat einerseits eine
kurze Lebensdauer, während
der der Kitt verwendbar ist, und andererseits Veränderungen
bei den Reibungs- und Verschleißfestigkeitseigenschaften
der anschließend
hergestellten Reibringe zur Folge. Der Zusatz von pulverförmigem Phenolharz
zu dem Latex enthaltenden Gemisch bewirkt die Aufnahme des Konstitutionswassers
des Latex, was wiederum zu einer raschen Erhöhung der Viskosität führt und
den Kitt für
die Imprägnierung
eines Garns untauglich werden lässt.
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Die Druckschrift US-A-4.118.528 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelags, bei dem Stränge aus
Endlos-Glasfasern sowohl als Verstärkungsmaterial wie auch als
Reibmaterial und insbesondere die Verwendung einer nicht anionischen
Verbindung als Tensid zum Einsatz kommen.
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In der Druckschrift GB-A-2.054.626
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 enthält der wässrige Imprägnierkitt
wenigstens eine Verbindung des Typs Tensid.
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Es kann sich jedoch insofern ein
Problem ergeben, als sich die im Kitt enthaltenen Partikel agglomerieren
können.
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Um dieses Problem zu lösen, schlägt die Erfindung
vor, anionische Tensidverbindungen zu verwenden, um die wässrigen
Gemische für
Kupplungsreibbeläge
zu stabilisieren, die Mischungen aus Latex, Phenolharzen, Melamin-Formaldehyd
sowie verschiedenen organischen und mineralischen Pulvern enthalten.
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Im einzelnen hat die Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung eines Reibmaterials, insbesondere eines Reibrings
für eine
mit Trockenreibung arbeitende Reibungskupplungsscheibe, zum Gegenstand,
das einen Vorgang zur Imprägnierung
eines Garns insbesondere auf der Basis von Mineralfasern, wie etwa
Glasfasern, mittels eines wässrigen
Imprägnierkitts
umfasst.
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Erfindungsgemäß enthält der wässrige Kitt wenigstens eine
Verbindung des Typs anionisches Tensid.
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Dank der Erfindung trägt die anionische
Tensidverbindung negative Aktivladungen und verhindert dadurch die
Aggregation der verschiedenen negativ geladenen Pulverpartikel.
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Nach anderen Merkmalen der Erfindung,
die jeweils für
sich genommen oder in allen ihren möglichen technischen Kombinationen
betrachtet werden können,
ist folgendes vorgesehen:
- – Der wässrige Kitt enthält eine
Tensidverbindung nichtionischen Typs und eine Tensidverbindung anionischen
Typs.
- – Die
Verbindung des Typs anionisches Tensid wird aus der Gruppe der Phosphate,
Polyphosphate, Pyrophosphate, Sulfate, Sulphonat und Carboxylate
ausgewählt.
- – Das
Kation der Verbindung des Typs anionisches Tensid wird aus den Elementen
Natrium+, Kalium+,
Ammonium+, Calcium++ und
Amine ausgewählt.
- – Die
Verbindung des Typs nichtionisches Tensid wird aus der Gruppe der
Hydroxyle, der Ether ausgewählt.
- – Die
Verbindung des Typs nichtionisches Tensid ist ein Polyglykolether.
- – Die
Verbindung des Typs anionisches Tensid ist eine Mischung von Kaliumpolyphosphaten.
- – Die
Verbindung des Typs anionisches Tensid ist eine Mischung von Natriumpolyphosphaten.
- – Die
Verbindung des Typs anionisches Tensid ist eine Mischung von Kaliumpyrophosphaten.
- – Die
Verbindung des Typs anionisches Tensid ist eine Mischung von Natriumpyrophosphaten.
- – Die
Ausführung
des Imprägnierkitts
umfasst die Bildung einer Vormischung mit Füllstoffen, Phenolharz, Verbindung
des Typs Tensid und Wasser sowie die Zugabe von üblicherweise als SBR-Latex
bezeichnetem Styrol-Butadien-Rubber-Latex zu dieser Vormischung.
- – Bei
dem Latex handelt es sich um den Typ SBR.
- – Der
prozentuale Gewichtsanteil der Verbindungen des Typs anionisches
Tensid im Verhältnis
zum Trocken-SBR-Latex ist kleiner als 6%.
- – Der
prozentuale Gewichtsanteil der Verbindungen des Typs anionisches
Tensid im Verhältnis
zur Trockenmischung ist kleiner als 5%.
- – Der
prozentuale Gewichtsanteil der Verbindungen des Typs anionisches
Tensid im Verhältnis
zum fertigen Reibbelag ist kleiner als 3%.
- – Der
prozentuale Gewichtsanteil der Verbindungen des Typs nichtionisches
Tensid im Verhältnis
zum Trocken-SBR-Latex ist kleiner als 3%.
- – Der
prozentuale Gewichtsanteil der Verbindungen des Typs nichtionisches
Tensid im Verhältnis
zur Trockenmischung ist kleiner als 2%.
- – Der
prozentuale Gewichtsanteil der Verbindungen des Typs nichtionisches
Tensid im Verhältnis
zum fertigen Reibbelag ist kleiner als 1.2%.
- – Das
Garn umfasst wenigstens eine texturierte Elementar-Glasfaser.
- – Die
Textur der texturierten Glasfaser liegt bei 600 bis 5000 tex.
- – Das
Garn enthält
Metallgarn.
- – Der
Reibring für
eine mit Trockenreibung arbeitende Reibungskupplungsscheibe umfaßt Garn,
das auf der Basis von Mineralfasern, wie etwa Glasfasern, gebildet
ist, organische Fasern, wie etwa Polyacrylnitrilfasern oder davon
abgeleitete Fasern, einen wässrigen
Kitt mit Latex-Füllstoffen
und wenigstens eine Verbindung des Typs Tensid anionischen Typs.
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Es konnte festgestellt werden, dass
dank der Erfindung die Dauer, während
der der Kitt verwendet werden kann, um die Imprägnierung des Garns herbeizuführen, das
zur Bildung des Gerüsts
und des Rohlings des Reibrings dient, beträchtlich verlängert wird:
sie vervielfacht sich um einen Faktor in der Größenordnung 10.
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Darüber hinaus ist eine Stabilität der chemisch-physikalischen
Eigenschaften des Kitts während
der gesamten Verwendungszeit festgestellt worden, was als vorteilhafte
Folge eine verbesserte und konstante Qualität des Endprodukts, das heißt des Reibrings,
nach sich zieht.
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Außerdem schützen als Puffer wirkende Tensidverbindungen
das Emulgiersystem des SBR-Latex, wobei sei gleichzeitig die anderen
Füllstoffe
des Kitts emulgieren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Anwendungsbeispielen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die im einzelnen
folgendes darstellen:
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1 die
Entwicklung der Viskosität
einer auf 20°C
gehaltenen Mischung auf der Basis von SBR-Latex;
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2 die
Entwicklung der Viskosität
einer auf 45°C
gehaltenen Mischung auf der Basis von SBR-Latex;
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3 die
Anwendung einer Tensidverbindung bei einem negativ geladenen Pulver.
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Reibringe für eine mit Trockenreibung arbeitende
Reibungskupplungsscheibe, die für
ein Kraftfahrzeug bestimmt ist, werden wie nachstehend dargelegt
hergestellt.
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Es wird ein wässriger Kitt durch Mischen
verschiedener Bestandteile angefertigt. Das Mischen erfolgt vorzugsweise
in zwei Schritten.
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Zunächst wird eine Vormischung
gebildet, indem Füllstoffe
insbesondere in Form von Pulvern, Phenolharze und Melamin-Formaldehyd
mit Wasser gemischt werden.
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Außerdem werden dieser Vormischung
anionische Tensidverbindungen zugesetzt, wie etwa Phosphate, Sulfate,
Sulphonate oder Carboxylate.
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Bei den verwendeten Kationen kann
es sich um Natrium+, Kalium+,
Ammonium+, Calcium++ und
Amine handeln.
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Unter Bezugnahme auf 3 sind die meisten verwendeten Pulver 1 negativ
geladen, wobei die anionische Tensidverbindung 2, die eine
negativen Aktivladung 5 trägt, dadurch eine Barriere oder
Sperre 3 erzeugt, welche die Aggregation der verschiedenen
Pulverpartikel verhindert.
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Diese Tensidverbindung wirkt ferner
dadurch, dass sie sich an den Pulvern anlagert, insbesondere an den
Pulvern mit hoher Oberflächenkennzahl
(wie etwa Carbon Black, zermahlenes Harz usw.). Auf diesem Wege
bildet sie eine neue Pulver/Wasser-Grenzfläche 4 und verhindert
dadurch, dass die Füllstoffe
mit hoher Oberflächenkennzahl,
vor allem der Latex-Füllstoff,
Wasser aufnehmen, wodurch sich die Risiken einer Destabilisierung
des Latex entsprechend verringern lassen.
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Vorteilhafterweise wirkt die Tensidverbindung
auch als Puffer, wobei sie den pH-Wert der Mischungen beibehält. Dadurch
wird die Stabilität
des Latex, der gegenüber
jeder Veränderung
des pH-Werts empfindlich ist, entsprechend verstärkt.
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Diese anionischen Tensidverbindungen
werden in einem maximalen Gewichtsanteil von 3% der wässrigen
Mischung zugesetzt. Dieser prozentuale Gewichtsanteil ist von der
Menge der Pulver, von ihren elektrischen Ladungen und von ihren
Oberflächenkennzahlen
sowie auch von der Latexmenge und vom pH-Wert des Latex abhängig.
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Der so hergestellte Reibring weist
für die
anionische Tensidverbindung im Verhältnis zum Trocken-SBR-Latex
einen prozentualen Gewichtsanteil unter 6 % auf, bzw. einen prozentualen
Gewichtsanteil der anionischen Tensidverbindung im Verhältnis zur
Trockenmischung, das heißt
Trockenkitt ohne das Garn, unter 5 % bzw. einen prozentualen Ge wichtsanteil
der anionischen Tensidverbindung im Verhältnis zum fertigen Reibbelag
mit Garn und Trockenkitt unter 3%.
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Dieser Vormischung können vorteilhafterweise
auch nichtionische Tensidverbindungen zugesetzt werden, wie beispielsweise
Tensidverbindungen, die Hydroxylgruppen (R-ON) oder Ester (R-O-R)
besitzen.
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Diese nichtionischen Tensidverbindungen
wirken vor allem in Hinblick auf eine Verkürzung der Mischzeit des Kitts,
um eine homogene Dispersion zu erzielen. Sie sind vollkommen vereinbar
mit den anionischen Tensidverbindungen, mit denen sie eine hohe
Synergie aufweisen.
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Diese nichtionischen Tensidverbindungen
werden vorteilhafterweise in einem maximalen Gewichtsanteil von
1 % der wässrigen
Mischung zugesetzt.
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Der so hergestellte Reibring weist
einen prozentualen Gewichtsanteil der nichtionischen Tensidverbindung
im Verhältnis
zum Trocken-SBR-Latex
unter 3 % auf, bzw. einen prozentualen Gewichtsanteil der nichtionischen
Tensidverbindung im Verhältnis
zur Trockenmischung, das heißt
Trockenkitt ohne das Garn, unter 2 %, bzw. einen prozentualen Gewichtsanteil
der nichtionischen Tensidverbindung im Verhältnis zum fertigen Reibbelag
mit Garn und Trockenkitt unter 1.2 %.
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In einer bevorzugten Ausführungsart
der Erfindung werden der Mischung Phosphat (vorteilhafterweise in
Form einer Mischung von Natrium- oder Kaliumphosphaten oder in Form
einer Mischung von Natrium- oder Kaliumpyrophosphaten)
und Wasser zugegeben. Die Mischzeit wird so bestimmt, dass die Mischung
homogen ausfällt
und dass sich das Phenolharz vollständig auflöst.
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Um die Endmischung herzustellen,
wird SBR-Latex in die Vormischung gegeben, wobei so vorgegangen
wird, dass sich eine homogene Mischung einstellt.
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Ein Garn auf der Basis von Mineralfasern,
wie etwa Glasfasern, von organischen Fasern, wie etwa Polyacrylnitril-
oder davon abgeleiteten Fasern, und von Metallfäden, deren Gehalt bis zu 75%
des Gewichts des Reibbelags erreichen kann, wird in den Kitt eingetaucht,
um damit imprägniert
zu werden.
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Das imprägnierte Garn wird anschließend getrocknet.
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Daraufhin durchläuft der Rohling einen Druckbrennvorgang.
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Um das Produkt zu stabilisieren,
ist vorteilhafterweise ein Nachhärten
vorgesehen.
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Es erfolgen ferner verschiedene Bearbeitungen
wie Schleifen, Bohren sowie anschließend eine Staubschutzbehandlung.
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So hergestellte Reibringe sind dazu
bestimmt, beiderseits eines mit axialer Elastizität ausgeführten Trägers einer
Reibungskupplungsscheibe angebracht zu werden.
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Im einzelnen werden fünf Kittproben
nach der vorstehend dargelegten Vorgehensweise aus Bestandteilen
hergestellt, deren jeweilige Anteile aus den nachstehenden Tabellen
zunächst
als Gewichtsanteil anschließend
als prozentualer Gewichtsanteil im Verhältnis zum Trocken-SBR-Latex, zur wässrigen
Mischung, zur Trockenmischung und schließlich als prozentualer Gewichtsanteil
im Kupplungsbelag zu entnehmen sind.
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Es erfolgen Messungen der Entwicklung
der Viskosität
der Mischungen anhand eines "Brookfield"-Viskosimeters bei
Temperaturen von 20°C
und 45°C.
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Die Messungen der Entwicklung der
Viskosität
im Laufe der Zeit finden an diesen fünf Mischungen statt; einerseits
an einer Referenzmischung, die keine Tensidverbindungen gleich in
welcher Form enthält,
andererseits an vier Mischungen mit darin enthaltenen Tensidverbindungen,
hier in Form einer Mischung von Natriumpolysulphaten. Die durch
Formel 4 dargestellte fünfte
Mischung enthält
zusätzlich
zu den anderen Mischungen eine nichtionische Tensidverbindung auf
der Basis von Polyglykolether.
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Wie aus der vorstehenden Tabelle
zu entnehmen ist, erfordert die Formel 4, die zusätzlich zu
den anderen Formeln eine nichtionische Tensidverbindung enthält, eine
Mischzeit zur Mischung der Pulver zwecks Erzielung einer homogenen
Dispersion, die deutlich kürzer
als bei den anderen Formeln ohne nichtionische Tensidverbindung
ausfällt.
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Die Ergebnisse dieser Messungen sind
in den Grafiken von 1 und 2 dargestellt.
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Ausgehend von der Feststellung, dass
in der Praxis eine sachgemäße Imprägnierung
eines Garns der vorstehend angegebenen Art mit einem Kitt erzielt
wird, dessen Viskosität
kleiner als 80 Poise ausfällt
und optimal unter 40 Poise liegt, ist in den Grafiken von 1 zu erkennen, dass bei
einer auf 20°C
gehaltenen Mischung die Verwendungszeit der entsprechend dem Stand
der Technik, das heißt
unter Verwendung eines Phenolharzes und ohne Zusatz einer Tensidverbindung,
zubereiteten Referenzmischung, gerechnet ab ihrer Herstellung, sehr
kurz ausfällt
und unter 50 Min. liegt (mit 80 Poise als Obergrenze). Bei einer
optimalen Viskosität
unter 40 Poise und bei einer auf 20°C gehaltenen Referenzmischung
ist aus 1 zu entnehmen,
daß die
Verwendungszeit deutlich unter 40 Min. absinkt. Unter den gleichen
Bedingungen weisen die durch die Formeln 1, 2, 3 und 4 dargestellten
Mischungen hingegen eine Viskosität auf, die während der
4 Stunden ab dem Ende der Zubereitung der Mischung nahezu unverändert bleibt.
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Unter Bezugnahme auf 2 ergibt sich bei einer auf 45°C gehaltenen
Referenzmischung, die entsprechend dem Stand der Technik, das heißt unter
Verwendung eines Phenolharzes und ohne Zusatz einer Tensidverbindung
hergestellt wurde, eine Verwendungszeit der Referenzmischung, gerechnet
ab dem Zeitpunkt ihrer Zubereitung, die sehr kurz ausfällt und
unter 15 Min. liegt (mit 40 Poise als Obergrenze). Ausgehend von
einer maximalen Viskosität
von 40 Poise und bei einer auf 45°C
gehaltenen Referenzmischung ist in 2 zu
erkennen, dass die Verwendungszeit unter 5 Min. absinkt. Unter den
gleichen Bedingungen erreichen die durch die Formeln 1, 2, 3 und
4 dargestellten Mischungen hingegen die zulässige Grenzviskosität von 80 Poise
zwischen 90 Min. und 110 Min.
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Anhand zusätzlicher, hier nicht referierter
Tests konnte ein bevorzugter Bereich entsprechend einem prozentualen
Gewichtsanteil der Tensid verbindungen im Verhältnis zum Trocken-SBR-Latex
zwischen 0,1 % und 3% definiert werden, in dem die den Kitt bildende
Mischung ideale Emulgiereigenschaften für eine gute Imprägnierung
des Garns durch ein gleichmäßigeres
und tieferes Imprägnieren
erreichen kann, die wiederum zu zuverlässigeren Leistungen führen.
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Die erfindungsgemäßen Vorteile bestehen einerseits
in einer ergiebigeren Imprägnierung
des Garns und andererseits in einem schnelleren Trocknen des Garns
im Anschluss an die Imprägnierung.
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Die Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise die
Imprägnierung
eines Verbundgarns, das wenigstens eine texturierte Elementar-Glasfaser
(vorzugsweise 1 bis 3 texturierte Fasern mit 600 bis 5000 tex) enthält. Mit dem
erfindungsgemäß hergestellten
Kitt ergibt sich mit einer derartigen Faser eine bessere Imprägnierung,
die eine ausgeprägtere
Festigkeit des aus einem solchen imprägnierten Garn hergestellten
Kupplungsreibrings gegenüber
den Auswirkungen der Fliehkraft zur Folge hat.
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Es ist festzustellen, dass die Erfindung
die Fliehdkraftbeständigkeit
erheblich verbessert, wobei diese besonders hoch ausfällt, wenn
texturiertes Garn und Tensidverbindungen enthaltender wässriger
Kitt kombiniert werden.
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Durch eine Kombination dieser Anordnung
mit der Verwendung von SBR-Latex werden alle vorgenannten Vorteile
miteinander verbunden.
