DE60203547T2

DE60203547T2 - Gewickelter Kord

Info

Publication number: DE60203547T2
Application number: DE60203547T
Authority: DE
Inventors: Mehmet Sadettin Fidan; Charles Edward Forbes; Chad D. Fisher; Stephan Fredrick Sherriff; Andreas Topp
Original assignee: Invista Technologies SARL Switzerland; Continental AG
Current assignee: Invista Technologies SARL Switzerland; Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: EP1225260B1; EP1225260A1; US20020139465A1; DE60203547D1; US6855423B2; ATE292700T1; US20030129399A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen umwickelten Kord, ein Verfahren zur Herstellung des umwickelten Kords, ein Verfahren zur Behandlung des umwickelten Kords mit einer Behandlungszusammensetzung und auf den behandelten umwickelten Kord, der durch dieses Verfahren erhältlich ist, sowie auf einen verstärkten Kautschukartikel, der diesen behandelten Kord umfasst, sowie Autoreifen.
Hintergrund der Erfindung
Ein Reifen ist ein hochtechnischer Verbundstoff, der entworfen wurde, um Sicherheit und Haltbarkeit bereitzustellen. Reifen, insbesondere Autoreifen für Personenkraftwagen oder Flugzeugreifen für Luftfahrzeuge, unterliegen signifikanten dynamischen und statischen Spannungen und Dehnungen im Laufe der gebräuchlichen Nutzungsdauer. Die Leistungsfähigkeit ist bei dieser Produktanwendung entscheidend, und zwar aufgrund von indirekten Folgen von Defekten während der Anwendung. Um die notwendigen Leistungsfähigkeitseigenschaften zu erhalten, die für das richtige Funktionieren eines Reifens entscheidend sind, ist die strukturelle Verstärkung eine erforderliche Komponente des Reifen-Verbundstoffs. Diese Verstärkung stellt viele Funktionen bei einer Reifenanwendung bereit, insbesondere die Gesamtfestigkeit, die Maßhaltigkeit für den Reifen und einen Mechanismus zur Handhabung der Spannungsdissipation während des Betriebs (Ermüdung).
US-A-4,346,553 offenbart ein Garn, das eine Mehrzahl von Hüllengarnen aufweist, die unter Spannung sowohl in einer Richtung im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn umwickelt wurden. Der Kern besteht aus Stapelfasern, die im Wesentlichen keine Verdrillung aufweisen, so dass der Kern im Wesentlichen eine Zugfestigkeit von Null hat. Das Garn hat einen weichen Griff und eine gute Zugfestigkeit.
Zur Zeit gibt es eine gut eingeführte Reihe von Produkten/Verfahren zur Bereitstellung des Verstärkungsmaterials, das bei Personenkraftwagenreifen- und Lastwagenreifen-Anwendungen verwendet wird.

1. Ein Garn hoher Festigkeit wird gesponnen und verstreckt, um ein Endlosfilament mit konstruierten physikalischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit, Modul und Schrumpfung, mit unterschiedlichen linearen Dichten herzustellen. Ein Polyester mit hohem Modul, geringer Schrumpfung (HMLS) und Rayon sind die organischen Fasern der Wahl, wobei HMLS-Polyester als Karkassen-Verstärkung in Personenkraftwagenreifen bevorzugt wird.
2. Das Garn wird dann verdrillt, und mehrfach verdrillte Enden werden zusammen verzwirnt, um eine Kordstruktur zu bilden. Die Verdrillung wird dem Garn oder Kord verliehen, um dem Verstärkungsmaterial in dem Reifen die erforderliche Dauerfestigkeit bereitzustellen, insbesondere in der Seitenwand und dem Umstülpungsbereich. Obwohl die Verdrillung eine verbesserte Dauerfestigkeit ergibt, reduziert sie die Gesamtfestigkeit und den Modul der Kordstruktur. Diese Verdrillung kann folgendermaßen verliehen werden: a) Verdrillen der einzelnen Garne in einer Arbeitsweise und anschließendes Verzwirnen der verdrillten einzelnen Enden zu einem Kord in einer anderen Arbeitsweise oder b) Verdrillen und Verzwirnen im gleichen Schritt unter Verwendung direkter Verkabelungsarbeitsweisen.
3. Bei den meisten Anwendungen werden diese Korde dann zu einem Textilerzeugnis gewebt, in dem die Korde die Kettfädenrichtung bilden und ein Material mit höherer Dehnung in der Schussfadenrichtung verwendet wird, um ein stabiles Textilerzeugnis zu erzeugen, das als Reifenverstärkung verwendet wird. Weniger häufig werden diese Korde nicht zu einem Textilerzeugnis gewebt und zum nächsten Schritt in Kordform weiterverwendet.
4. Das gewebte Textilerzeugnis (oder der Kord) wird dann in ein chemisches/thermisches Verfahren eingeführt, in dem a) Klebstoffe auf das Textilerzeugnis aufgetragen werden, die die Haftung der Verstärkung an dem Kautschuk-Kompound, das bei der Reifen-Herstellung verwendet wird, fördern, und b) das Textilerzeugnis hohen Temperaturen ausgesetzt wird, um die Klebstoffe zu härten und die abschließende Schrumpfung, den Modul und die Festigkeitseigenschaften des Textilerzeugnisses/Kords einzustellen. Das Textilerzeugnis (oder der Kord) kann dann in das Reifen-Herstellungsverfahren eingeführt werden, in dem es mit dem Kautschuk kombiniert wird, um ein mit Kautschuk versehenes Textilerzeugnis/einen mit Kautschuk versehenen Kord zu bilden, der (das) die Verstärkungskomponente des Reifens ausmacht.

Der Schritt, der das Verdrillen und Verzwirnen umfasst (die Schritte, die das Verdrillen und Verzwirnen umfassen) ist (sind) eine kritische Arbeitsweise in dieser Reihe von Verfahren. In diesem Schritt muss die richtige Konstruktion und die richtige Menge an Verdrillung etabliert werden, um die richtige Dauerfestigkeit zu erhalten, dies muss jedoch gegenüber dem Verlust an Festigkeit und Modul abgewogen werden, der beim Verdrillen/Verzwirnen erfolgt, sowie gegenüber den Kosten zum Verleihen der Verdrillung, die sich mit zunehmenden Verdrillungsgraden erhöhen. Es wurden viele Anstrengungen unternommen, um die zweckmäßigen Verdrillungsgrade zu entwickeln, um die Kosten zu minimieren und die entscheidenden Haltbarkeitsanforderungen zu erfüllen.
Es wurde gezeigt, dass die Verdrillung, die der Kordstruktur verliehen wird, es ermöglicht, dass der Kord eine Dehnung während der Druckkräfte – die hauptsächlichen Kräfte (bezogen auf den Ermüdungsbruch), die beim Betrieb auftreten – gleichmäßig verteilt. Die Verdrillung ermöglicht es dem Kord, sich während der Kompression aus der Ebene heraus zu bewegen, so dass ein katastrophaler Defekt vermieden wird.
Die konventionellen, verdrillten Korde leiden jedoch an Modul- und Reißfestigkeitsverlusten aufgrund ihrer schneckenförmigen Konstruktionen, während sie eine verbesserte Biegefestigkeit und Kompressions-Dauerfestigkeit haben. Die Verluste nehmen mit Zunahme des Verdrillungsgrades oder des Schrägungswinkels zu.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Mechanismus für die Dehnungsdissipation und daher die Dauerfestigkeit bereitzustellen, bei dem die konventionellen Verdrillungs/Verkabelungs-Arbeitsweisen des Standes der Technik nicht notwendig sind. Insbesondere besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Kord bereitzustellen, der die ursprünglichen Garn-Eigenschaften (eine hohe Reißfestigkeit und vorzugsweise einen hohen Modul) mit einer verbesserten Dauerfestigkeit kombiniert.
Zusätzlich dazu besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung dieses verbesserten Kords bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, einen derartigen verbesserten Kord bereitzustellen, der mit einem Behandlungsmittel behandelt wird, das die Haftung (Klebstoff) am Kautschuk fördert, und der die abschließenden Schrumpfungseigenschaften besitzt, wobei der behandelte Kord bereit ist, um in ein echtes Herstellungsverfahren eingeführt zu werden, in dem er mit Kautschuk kombiniert wird. Schließlich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verstärkten Kautschukartikel bereitzustellen, umfassend den behandelten Kord der Erfindung in Form des Kords selbst oder eines Textilerzeugnisses, das den Kord als Verstärkung umfasst.
Es wurde gefunden, dass die obigen und weitere Aufgaben gelöst werden können, indem man eine organische Faser (Garn) mit niedrigem Denier und hoher Schrumpfung um ein Kernbündel von Filamenten (Garne) wickelt, was einen Kord ergibt, der einer Ermüdung widersteht, während die Bündel-Kohärenz beibehalten wird. Der Kord der Erfindung stellt einen Mechanismus zur Deh nungsdissipation und daher zur Dauerfestigkeit bereit, bei dem die Verdrillungs/Verkabelungs-Arbeitsweisen nicht notwendig sind. Das Hüllenmaterial wird in einem schneckenförmigen Muster um den Kern gewickelt, wobei die Umhüllungsfrequenz und der Umhüllungswinkel auf der Basis der Leistungsfähigkeitsanforderungen vorgegeben werden können.
Die Kordstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung hat Vorteile gegenüber dem konventionellen Kord, der verdrillt und verzwirnt wird, und zwar dahingehend, dass die Eliminierung der Verdrillungs/Verkabelungs-Arbeitsweisen Kosten einspart und – da die Kern-HMLS-Faser nicht verdrillt ist – kein Festigkeitsverlust des Kernbündels in dem Kord vorliegt. Dies ermöglicht eine dahingehende Modifizierung von Textilerzeugnis-Konstruktionen, dass weniger Material verwendet wird, um die gleiche Festigkeit zu erreichen, und daher die Kosten reduziert werden. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass der umwickelte Kord gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kostenreduktion bei der Bildung der Reifenkord-Verstärkung und einen erhöhten Modul bereitstellt, während die notwendigen Leistungsfähigkeitseigenschaften beibehalten werden.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen umwickelten Kord 1 gemäß der Erfindung, umfassend ein Kernbündel von Filamenten 2 und eine schrumpfbare Hülle 3, die um das Kernbündel von Filamenten 2 gewickelt ist, und wobei "I_w" (I_w = 1/wpm) den Zwischenumhüllungsabstand darstellt und β den Umhüllungswinkel darstellt, d.h. den Winkel zwischen der Bündelachse und der Hülle.
2 zeigt einen umwickelten Kord 1 gemäß der Erfindung, umfassend ein Kernbündel von Filamenten 2 und eine geschrumpfte Hülle 3, die um das Kernbündel von Filamenten 2 gewickelt ist, wobei die Einschnitte 4 aufgrund der geschrumpften Hülle gebildet werden (Umhüllungs-induzierte Einschnitte).
3 zeigt einen umwickelten Kord 1 gemäß der Erfindung unter Kompression, wobei Ausbeulungen 5 zwischen der Hülle gebildet werden.
4 zeigt einen konventionellen, verdrillten Kord gemäß dem Stand der Technik, der Garnschichten 6 umfasst, die in einem Schrägungswinkel α verdrillt sind.
5 zeigt einen Querschnitt eines Kautschukschlauchs 7, der die in Kautschuk 9 eingebetteten Korde 8 umfasst und welcher in dem in der 6 aufgeführten Mallory-Rohr-Ermüdungstestgerät auf ein Versagen getestet werden soll. Die Bezugsziffer 10 stellt ein spiralförmig gewickeltes Verstärkungsgarn (z.B. Rayon) dar.
Die 6 zeigt das Mallory-Schlauch-Ermüdungstestgerät zum Testen des Schlauch-Testprobekörpers 7, der in einem Winkel von 75° zwischen den zwei Klemmen 11 und 12 angeordnet ist. 13 ist ein Rotationsantrieb in Rotationsverbindung mit der Vorrichtung 14. Der Einlass 15 ist mit einer geregelten Druckluftzufuhr (nicht gezeigt) verbunden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist die Bedeutung der folgenden Ausdrücke wie folgt definiert:
Ein Filament ist eine Endlosfaser, die üblicherweise durch Extrusion aus einer Spinndüse hergestellt wird und in ein Garn überführt werden kann.
Ein Garn wird durch eine Anzahl von Fasern dargestellt, die miteinander verdrillt sind oder ohne eine Verdrillung zusammengelegt sind (Garn ohne Verdrillung).
Ein Kord ist das Produkt, das durch Verdrillung zweier oder mehrerer verzwirnter Garne gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen umwickelten Kord, der als seinen Kern ein Bündel von Filamenten und eine Hülle umfasst, die schneckenförmig um das Bündel von Filamenten gewickelt ist, wobei das Hüllenmaterial eine freie Schrumpfung bei 100°C hat, die wenigstens 10% größer ist als die freie Schrumpfung des Kernmaterials.
In einer anderen Ausführungsform ist diese freie Schrumpfung (ohne Vorspannung) des Hüllenmaterials wenigstens 20% größer, in einer weiteren Ausführungsform wenigstens 30% größer, als das Material der Kernfilamente, um einen wirksamen Zusammendrückungseffekt auf das Kernbündel von Filamenten nach der Schrumpfung zu haben.
Die Filamente des Kernmaterials bestehen aus einem thermisch geringfügig schrumpfbaren Material hoher Zugfestigkeit. Obwohl es kein entscheidender Faktor ist, kann in einer Ausführungsform der Modul der Kernfilamente von einem niedrigen zu einem hohen Modul reichen und 30–500 cN/dtex (gemessen gemäß ASTM D 885-85, 120% Dehnung, 25,0 m Normalmaß, 2 Verdrillungen pro 2,54 cm (ein inch) bei einer Dehnung von 0,5%) betragen, in einer anderen Ausführungsform ist der Modul 60–250 cN/dtex. Die thermische Schrumpfbarkeit (Schrumpfungsbedingungen: 177°C mit 0,1 cN/dtex, Einwirkungszeit 2 Minuten) der Kernfilamente ist 0,0–5,0% (gemessen gemäß ASTM D 4974-93), in einer anderen Ausführungsform 1,0–3,0% und in einer weiteren Ausführungsform weniger als 2,0%, die nach der Wärmehärtung der Filamente gemessen wird.
Die Zugfestigkeit der Filamente, die das Kernbündel von Filamenten ausmachen, ist 5,0–15 cN/dtex (gemessen gemäß ASTM D885), in einer anderen Ausführungsform 6,0–10 cN/dtex und in einer weiteren Ausführungsform 6,5–70 cN/dtex.
Das dtex der einzelnen Kernfilamente beträgt 1,0–10,0 dtex (gemessen gemäß ASTM D885M), in einer anderen Ausführungsform 2,0–5,0 dtex und in einer weiteren Ausführungsform 3,0–4,0 dtex.
Das Kernbündel des umwickelten Kords gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst 200–2000 Filamente, in einer anderen Ausführungsform 400–1800 Filamente und in einer weiteren Ausführungsform 500–1000 Filamente.
In dem umwickelten Kord gemäß der Erfindung ist das Kernbündel von Filamenten nicht verdrillt (eine Verdrillung von Null) oder alternativ dazu mit einer Häufigkeit von bis zu 200 Verdrillungen, alternativ dazu mit bis zu 100 Verdrillungen pro Meter (tpm) des Bündels verdrillt. Das Kernbündel von Filamenten hat einen Verdrillungsgrad von 0,0–200 tpm in der Z-Richtung für ein Polyestergarn mit 2200 dtex. Der obere Verdrillungsgrad für unterschiedliche dtex-Werte und Polymertypen kann auf der Basis der folgenden Formel: tpm(Polymer) = [(200 × √2200/√dtex(Polymer)) × (√ρ(Polymer)/√ρPET)]berechnet werden, in der tpm die Windungen pro Meter darstellen, dtex das dtex des gesamten Bündels ist und ρ das spezifische Gewicht des Filament-Polymers (ρ_PET: 1,39 g/cm³) darstellt.
In einer anderen Ausführungsform beträgt die Anzahl der Verdrillungen pro Meter des Bündels 20–40. Aufgrund ihres nicht verdrillten oder geringfügig verdrillten Bündels verleihen sie der Verstärkung eine hohe Reißfestigkeit und einen hohen Modul.
Im Allgemeinen ist jedes organische Material, das dafür bekannt ist, dass es als Verstärkungsfaser brauchbar ist und die oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften aufweist, als Material der Kernfilamente geeignet. Geeignete Materialien für diese Filamente sind aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Polyestern wie aliphatischen und aromatischen Polyestern, Polyamiden wie aliphatischen Polyamiden und aromatischen Polyamiden (Polyaramide) und Rayon-Typen (regenerierte Cellulose und Celluloseester). In einer Alternative werden die Polyester aus Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyethylenbibenzoat, Polytriethylenterephthalat, Polytrimethylennaphthalat, Polytrimethylenbibenzoat, Polybutylenterephthalat, Polybutylennaphthalat und Polybutylenbibenzoat oder Polyestern ausgewählt, die aus Mischungen der einzelnen Monomere hergestellt werden.
Typische Polyamide sind aus der aus linearen aliphatischen Polyamiden (Nylon-Typen) bestehenden Gruppe ausgewählt. Typische Beispiele sind Polyamid (PA) 6, PA 6.6 und PA 4.6.
Polyaramide (aromatische Polyamide) werden aus aromatischen Diaminen mit aromatischen Dicarbonsäuren gebildet. Typische im Handel erhältliche Polyaramide werden unter den Handelsnamen Nomex^®, Kevlar^®, Twaron^® und Kermel^® verkauft.
Die bevorzugten Kernfilamente mit niedriger Schrumpfung sind in der Technik bekannt und im Handel erhältlich, wie Rayon DSP, Polyester usw. Typische Materialien sind unter den Handelsnamen D792, T748, D240, D793 von KoSa, USA, 1X53 von Honeywell, Cordenka von Accordis usw. erhältlich.
Das Filament der Hülle hat (die Filamente der Hülle haben) eine Heißluft-Schrumpffähigkeit bei 100°C (Schrumpfung ohne Vorspannung) von 10 bis 60%, in einer anderen Ausführungsform von 20–40% und in einer weiteren Ausführungsform von 25–35%, d.h. eine solche, die deutlich höher ist als diejenige der Filamente des Kerns.
Das Filament der Hülle hat (die Filamente der Hülle haben) einen Modul von 20,0 bis 150,0 cN/dtex (gemessen gemäß ASTM D885M), in einer anderen Ausführungsform von 30,0–100,0 cN/dtex und in einer weiteren Ausführungsform von 30,0–50,0 cN/dtex. Typischerweise ist die Zugfestigkeit dieses Filaments 2,0–12,0 cN/dtex oder 4,0–8,0 cN/dtex oder in einer alternativen Ausführungsform 5,0–7,0 cN/dtex.
Die Umhüllungshäufigkeit (die Anzahl an Hüllenwindungen pro Meter des Kernbündels) der Hülle ist 100–500 für ein PET-Kerngarn mit 2200 dtex, vorzugsweise zwischen 200 und 400 und am meisten bevorzugt zwischen 250 und 350 (in der S-Richtung).
Die entsprechenden Umhüllungsbereiche für andere dtex-Werte und Polymertypen können aus der folgenden Formel: WPMPolymer = [(WPMPET × √2200/√dtexPolymer) × (√ρPolymer/√1,4)]berechnet werden, in der WPM Umhüllung pro Meter bedeutet, WPM_PET das Referenz-WPM für einen Polyester mit 2200 dtex bedeutet, ρ_Polymer = spezifisches Gewicht des neuen Materials, und dtex_Polymer dem dtx des gesamten Bündels an neuem Material entspricht.
Jedes organische Material, das die oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften hat, ist als Material der Umhüllungsfilamente oder Garn geeignet. Geeignete Materialien sind aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Polyestern wie aliphatischen und aromatischen Polyestern, Polyamiden wie aliphatischen Polyamiden. In einer Alternative werden die Polyester aus Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyethylenbibenzoat, Polytriethylenterephthalat, Polytrimethylennaphthalat, Polytrimethylenbibenzoat, Polybutylenterephthalat, Polybutylennaphthalat und Polybutylenbibenzoat oder Polyestern ausgewählt, die aus Mischungen der einzelnen Monomere hergestellt werden.
Typische Polyamide werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus linearen aliphatischen Polyamiden besteht, wie PA 6, PA 6.6 und PA 4.6.
Die Fasern (Filamente) mit hoher amorpher Orientierung sind stark schrumpfende Materialien. Typische Materialien sind unter dem Handelsnamen "wire" (schrumpffähiges Garn) von Wire and Rapos, U.S. (Ozeki Co., Japan) erhältlich.
Allgemeine Hintergrundinformationen über die oben erwähnten Filamente, deren Herstellung und Eigenschaften können z.B. in "Synthetische Fasern: Herstellung, Maschinen und Apparate, Eigenschaften; Handbuch für Anlagenplanung, Maschi nenkonstruktionen und Betrieb" von F. Fourne, Carl Hanser Verlag, Deutschland, 1995 gefunden werden.
Der dtx-Wert der Hüllen beträgt 5–40% des dtx-Wertes des Kerns, vorzugsweise 5–30%, am meisten bevorzugt 10–20%.
In Abhängigkeit von der Umhüllungshäufigkeit kann der Umhüllungswinkel β von 15° bis 45° variieren, alternativ dazu von 20° bis 40° und in einer weiteren Alternative von 25°–35°.
In einer spezielleren Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen umwickelten Kord, umfassend das oben beschriebene Kernbündel von Filamenten und die Hülle, wobei die Hülle auf dem Kernbündel von Filamenten geschrumpft ist. In einer Ausführungsform wird die Schrumpfung der Hülle durch Wärmebehandlung des nachstehend beschriebenen umwickelten Kords bewirkt. Aufgrund der Schrumpfung der Hülle werden die Einschnitte in dem Kernbündel gebildet. Unter Kompression erzeugen diese Einschnitte Mikro-Ausbeulungen zwischen den Hüllen, was die Dauerfestigkeit verbessert. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verteilung von axialer Kompression oder Biegekompression.
Der umwickelte Kord, der oben beschrieben wurde und die wärmegeschrumpfte Hülle umfasst, kann hergestellt werden, indem man das Bündel der Kernfilamente bildet, die Hülle um das Kernbündel von Filamenten wickelt, wobei das Hüllenmaterial eine freie Schrumpfung bei 100°C hat, die wenigstens 10% größer ist als die freie Schrumpfung des Kernfilament-Materials, und den umwickelten Kord einer erhöhten Temperatur während einer Zeitspanne aussetzt, die ausreichend ist, um die Hülle auf dem Kernbündel zu schrumpfen, was den umwickelten Kord gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt, in dem die Hülle auf dem Kernbündel geschrumpft ist.
Um die Wärmeschrumpfung der Hülle auf dem Kernfilament-Bündel zu bewirken, wird der umwickelte Kord typischerweise einer Temperatur von 120°C bis 220°C oder alternativ dazu von 170°C bis 190°C ausgesetzt. Die Einwirkungs zeit kann von etwa 1 Minute bis 5 Minuten oder alternativ dazu zwischen 2 und 4 Minuten variieren, und zwar in Abhängigkeit vom zu schrumpfenden Hüllenmaterial und der verwendeten Temperatur.
Verfahren und Vorrichtungen (Umhüllungsmaschinen) zum Umwickeln eines Kernbündels von Filamenten mit einem Filament oder Garn sind konventionell und in der Technik bekannt. Gleichermaßen sind Verfahren für die Wärmebehandlung von unbehandelten oder behandelten Garnen und Korden in der Technik wohlbekannt.
Vor dem Einfügen des umwickelten Kords der vorliegenden Erfindung in Kautschuk als Verstärkung muss der Kord behandelt werden, um dem Kautschuk einen annehmbaren Haftungsgrad zu verleihen, der für die Leistungsfähigkeit des Verbundstoffs notwendig ist.
Somit wird der umwickelte Kord gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem wässrigen Reagens, d.h. einem Tauchbad, behandelt, das eine Klebstoff-Zusammensetzung umfasst. Anschließend wird der umwickelte Kord getrocknet, gehärtet und wärmegehärtet.
Da die Dauerfestigkeit des Filamentbündels von der Biegesteifigkeit abhängt, ist eine geringe Aufnahme der Klebstoff-Zusammensetzung notwendig. In einer Ausführungsform umfasst der behandelte Kord gemäß der Erfindung nach dem Trocknen des Kords 0,1–2,0 Gew.-% der Klebstoff-Zusammensetzung, bezogen auf das Gesamtgewicht des behandelten umwickelten Kords. In einer anderen Ausführungsform umfasst der behandelte getrocknete Kord 0,2–1,0 Gew.-%, in einer weiteren Ausführungsform 0,5–0,8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des behandelten und getrockneten umwickelten Kords.
Die Tauchbad-Aufnahme (DPU), bezogen auf das Gewicht, kann wie folgt berechnet werden: DPU (%) = [(behandelt – Rohware)/(Rohware)] × 100
In Verbindung mit dem geschrumpften umwickelten Kord gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt diese geringe Tauchbad-Aufnahme ein annehmbares Gleichgewicht von Haftungsgrad, hoher Reißfestigkeit, Dauerfestigkeit und einer niedrigen Biegesteifigkeit (Flexibilität).
Im Allgemeinen kann jedes Tauchbad verwendet werden, das in der Technik dafür bekannt ist, die Haftung organischer Filamente, wie Polyester- und Polyamid-Filamente, an Kautschuk zu verbessern und/oder organischen Filamenten, wie Polyester- und Polyamid-Filamenten, eine Haftung an Kautschuk zu verleihen, wenn Kord-verstärkte Kautschuk-Verbundstoffe gebildet werden, wie solche, die in den US Patenten 3,956,566; 3,964,950; 3,968,304; 3,991,027; 4,009,134; 4,026,744; 4,134,869; 4,251,409 und 4,409,055 offenbart werden, wobei auf die gesamte Offenbarung hierin bezug genommen wird. In der Technik bekannte Beispiele von Klebstoff-Tauchbädern sind Tauchbäder auf RFL-Basis wie D5 für Nylon und D20 für Polyester, die im Handel unter diesen Bezeichnungen von General Tire Corp., USA erhältlich sind.
In einer Ausführungsform ist die Klebstoff-Zusammensetzung eine Mischung von Resorcin/Formaldehyd-Harz und elastomerem (Kautschuk) Latex, wie Vinylpyridin-Butadien-Styrol-Latex. Diese Mischung wird auf den umwickelten Kord in Form eines wässrigen Tauchbades aufgetragen, das diese Klebstoff-Zusammensetzung umfasst. Diese Tauchbäder sind in der Technik als "RFL"-Tauchbäder bekannt. Sie sind eine wässrige Mischung eines Vorkondensats, das durch die Umsetzung von Resorcin und Formalin in Gegenwart eines sauren oder alkalischen Katalysators erhalten wird, und eines oder mehrerer Latizes, die aus Styrol-Butadien-Copolymer-Latex, Carboxylgruppen-enthaltendem Styrol-Butadien-Copolymer-Latex, Styrol-Butadien-Vinylpyridin-Terpolymer-Latex, Acrylnitril-Butadien-Copolymer-Latex, Polychloropren-Latex, Polybutadien-Latex, Naturkautschuk-Latex und dergleichen ausgewählt sind. Der Feststoffgehalt der RFL-Tauchbäder reicht von 1,0%–20%, alternativ von 1,0% bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf die wässrige Tauchbad-Zusammensetzung. Verfahren und Vorrichtungen zum Auftragen flüssiger Behandlungsmittel auf Fasern und Garne sind in der Technik bekannt.
Geeignete RFL-Tauchbäder, die in Verbindung mit den Korden gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind in der Technik bekannt. Ein typisches RFL-Tauchbad, z.B. für PET, wird durch die folgenden Formulierung dargestellt:

Wasser 519,8 g

VP-Latex (40%) 416,7 g

RF-Harz (75%) 39,9 g

Ammoniak (25%) 11,2 g

Formaldehyd (37%) 12,4 g

Insgesamt 1000,0 g (20% Feststoffgehalt)
Der Feststoffgehalt kann durch Verdünnen mit Wasser reduziert werden, um ein niedriges DPU auf dem umwickelten Kord bereitzustellen.
Das Verfahren zur Herstellung der behandelten umwickelten Korde der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:

(a) die Bildung eines Kernbündels von Filamenten,
(b) das Wickeln einer Hülle um das Kernbündel von Filamenten, wobei das Hüllenmaterial eine freie Schrumpfung bei 100°C hat, die wenigstens 10% größer ist als die freie Schrumpfung des Kernfilamentmaterials,
(c) das Einwirkenlassen einer erhöhten Temperatur auf den umwickelten Kord, um die Hülle zu schrumpfen,
(d) die Behandlung des umwickelten Kords mit einem wässrigen Reagens, das eine Klebstoff-Zusammensetzung umfasst, und
(e) das Einwirkenlassen einer erhöhten Temperatur auf den behandelten umwickelten Kord, um eine Trocknung, Härtung des Klebstoffs und eine Wärmehärtung des behandelten umwickelten Kords zu bewirken.

Im Allgemeinen können die erhöhten Temperaturen, die oben für die Schritte (c) und (e) erwähnt wurden, von etwa 110°C bis 200°C variieren, und zwar in Abhängigkeit von dem Hüllen- und Kernmaterial und der verwendeten Klebstoff-Zusammensetzung. In einer Ausführungsform kann der Schrumpfungsschritt (c) bei einer Temperatur von etwa 120°C bis 220°C durchgeführt werden, und zwar in alternativen Ausführungsformen, wie oben beschrieben wurde. Der Trocknungsschritt (e) kann bei einer Temperatur von 110–160°C durchgeführt werden, die Härtung der Klebstoff-Zusammensetzung und die Wärmehärtung können bei einer Temperatur von 150–220°C, vorzugsweise von 170–210°C, am meisten bevorzugt von 180–200°C durchgeführt werden.
In einem alternativen Verfahren zur Herstellung des behandelten umwickelten Kords gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

(a) die Bildung eines Kernbündels von Filamenten,
(b) das Wickeln einer Hülle um das Kernbündel von Filamenten, wobei das Hüllenmaterial eine freie Schrumpfung bei 100°C hat, die wenigstens 10% größer ist als die freie Schrumpfung des Kernfilamentmaterials,
(c) die Behandlung des umwickelten Kords mit einem wässrigen Reagens, das eine Klebstoff-Zusammensetzung umfasst, und
(d) das Einwirkenlassen einer erhöhten Temperatur auf den behandelten umwickelten Kord, um eine Schrumpfung der Hülle, ein Trocknen und Härten des Klebstoffs und eine Wärmehärtung der Kernfilamente zu bewirken.

In dieser Alternative wird die Schrumpfung der Hülle bei Temperaturen durchgeführt, wie sie oben beschrieben wurden, und das Trocknen des Kords kann bei einer Temperatur von 110–160°C durchgeführt werden. Die Klebstoffhärtung und die Wärmehärtung werden anschließend bei einer Temperatur von 150 bis 220°C in alternativen Ausführungsformen durchgeführt, wie sie oben beschrieben wurden.
Der umwickelte Kord gemäß der Erfindung ist in verstärkenden Kautschukartikeln brauchbar, die den behandelten umwickelten Kord gemäß der Erfindung umfassen, der vollständig oder teilweise in Kautschuk eingebettet ist. Typischerweise werden solche Kord-Kautschuk-Verbundstoffe aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Reifen, Karkassen, Riemen und Schläuchen. In einer Ausführungsform wird der umwickelte Kord gemäß der Erfindung in Reifen-Seitenwänden und im Wulstbereich, im Umstülpungsbereich von Reifen-Karkassen, in dem eine hohe Biegefestigkeit und Kompressions-Dauerfestigkeit erforderlich ist, verwendet.
Typische Kautschuke, in die der behandelte umwickelte Kord gemäß der Erfindung eingebettet ist, werden aus solchen ausgewählt, die in der Technik für Verstärkungen bekannt sind.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung erläutern, dieselbe aber nicht einschränken. Alle Prozentgehalte sind auf das Gewicht bezogen, falls nichts Anderweitiges angegeben ist.
Beispiele
Als Kord gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Polyester-Kern mit 2200 dtex (D793, KoSa) und ein schrumpffähiger Polyester mit 300 dtex von "Wire & Rapos" als Hülle verwendet; Umhüllungen pro Meter (WPM) = 300.
RFL-Tauchbad
Der Kord gemäß der vorliegenden Erfindung und der Kord, der als Referenz verwendet wird, wurden mit dem folgenden Tauchbad – nach dem Verdünnen mit Wasser (1 Teil Tauchbad A + 9 Teile Wasser) – behandelt.
Der Feststoffgehalt der wässrigen Tauchbad-Zusammensetzung betrug 2,0 Gew.%. Das Tauchbad mit einem Feststoffgehalt von etwa 2,0% wurde aus dem Tauchbad A durch Verdünnen desselben mit Wasser (1 Teil Tauchbad A + 9 Teile Wasser = Tauchbad B) hergestellt.
Die Tauchbäder wurden durch Sprühen der Tauchbad-Lösung auf die Korde aufgetragen, andere Techniken sind aber auch möglich. Z.B. kann der Klebstoff auch in einer Anwendung vom Badtyp aufgetragen werden, was den gleichen Effekt ergibt.
Alle Korde wurden nach dem Auftragen des Klebstoff-Tauchbads getrocknet und wärmegehärtet. Eine Hüllenschrumpfung erfolgte während des Trocknungsverfahrens (5 Minuten bei 120°C), die Wärmehärtungsbedingungen waren 190°C während einer Zeitspanne von 5 Minuten. Eine Hüllenschrumpfung erfolgte in beiden Schritten. Der Ermüdungstest unter Verwendung des Mallory-Testgeräts wurde wie folgt durchgeführt:
Für Proben mit 2200 dtex wurden 100 Enden pro dcm (epdm) verwendet;
Schlauch-Biegewinkel: 75°.
Ergebnisse des Mallory-Tests Bereich der Anzahl der Zyklen
Für alle Proben ist der Polyester-Typ D793 von KoSa. Hülle: 300 dtex, Hochschrumpfungs-Polyester von Wire & Rapos.

Claims

Umwickelter Kord, umfassend ein Kernbündel von Filamenten und eine Hülle, die um ein Kernbündel von Filamenten gewickelt ist, wobei das Hüllenmaterial eine freie Schrumpfung bei 100°C hat, die wenigstens 10% größer ist als die freie Schrumpfung der Kernfilamente.
Umwickelter Kord gemäß Anspruch 1, wobei das Bündel von Kernfilamenten etwa 200 bis 2000 Filamente umfasst.
Umwickelter Kord gemäß Anspruch 1, wobei die Kernfilamente aus einem organischen Material bestehen, das aus aliphatischen Polyestern, aromatischen Polyestern, aliphatischen Polyamiden, aromatischen Polyamiden, regenerierter Cellulose und Celluloseestern ausgewählt ist.
Umwickelter Kord gemäß Anspruch 1, wobei die Hülle ein Einzelfilament oder ein Garn aus Filamenten umfasst.
Umwickelter Kord gemäß Anspruch 1, wobei das Material des Filaments (der Filamente) der Hülle aus aliphatischen Polyestern, aromatischen Polyestern, aliphatischen Polyamiden, aromatischen Polyamiden, regenerierter Cellulose und Celluloseestern ausgewählt ist.
Umwickelter Kord gemäß Anspruch 1, wobei die Hülle schneckenförmig um das Kernbündel von Filamenten gezwirnt ist.
Umwickelter Kord gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hülle auf dem Kernbündel von Filamenten geschrumpft ist.
Verfahren zur Herstellung des umwickelten Kords, wie er gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 definiert ist, das die folgenden Schritte umfasst: (a) die Bildung eines Kernbündels von Filamenten, (b) das Wickeln einer Hülle um das Kernbündel von Filamenten, wobei das Hüllenmaterial eine freie Schrumpfung bei 100°C hat, die wenigstens 10% größer ist als die freie Schrumpfung des Kernfilamentmaterials, (c) das Einwirkenlassen einer erhöhten Temperatur auf den umwickelten Kord, um die Schrumpfung des Hüllenmaterials zu bewirken.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei im Schritt (c) der umwickelte Kord einer Temperatur von etwa 120°C bis 220°C ausgesetzt wird.
Behandelter umwickelter Kord, der durch die Behandlung des umwickelten Kords, wie er gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 definiert ist, mit einem wässrigen Reagens, das eine Klebstoff-Zusammensetzung umfasst, und anschließendes Trocknen, Härten und Wärmehärten des umwickelten Kords erhältlich ist.
Behandelter Kord gemäß Anspruch 10, der nach dem Trocknen 0,1 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% der Klebstoff-Zusammensetzung (Aufnahme durch Eintauchen), bezogen auf das Gesamtgewicht des behandelten umwickelten Kords, umfasst.
Verfahren zur Herstellung des behandelten umwickelten Kords, wie er gemäß Anspruch 10 definiert ist, das die folgenden Schritte umfasst: (a) die Bildung eines Kernbündels von Filamenten, (b) das Wickeln einer Hülle um das Kernbündel von Filamenten, wobei das Hüllenmaterial eine freie Schrumpfung bei 100°C hat, die we nigstens 10% größer ist als die freie Schrumpfung des Kernfilamentmaterials, (c) die Behandlung des umwickelten Kords mit einem wässrigen Reagens, das eine Klebstoff-Zusammensetzung umfasst, und (d) das Einwirkenlassen einer erhöhten Temperatur auf den umwickelten Kord.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die erhöhte Temperatur im Schritt (d) 110°C bis 220°C beträgt.
Verfahren zur Herstellung des behandelten umwickelten Kords, wie er gemäß Anspruch 10 definiert ist, das die folgenden Schritte umfasst: (a) die Bildung eines Kernbündels von Filamenten, (b) das Wickeln einer Hülle um das Kernbündel von Filamenten, wobei das Hüllenmaterial eine freie Schrumpfung bei 100°C hat, die wenigstens 10% größer ist als die freie Schrumpfung des Kernfilamentmaterials, (c) das Einwirkenlassen einer erhöhten Temperatur auf den umwickelten Kord, um eine Schrumpfung zu bewirken, (d) die Behandlung des umwickelten Kords mit einem wässrigen Reagens, das eine Klebstoff-Zusammensetzung umfasst, und (e) das Einwirkenlassen einer erhöhten Temperatur auf den behandelten umwickelten Kord, um die Klebstoff-Zusammensetzung zu härten.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die erhöhte Temperatur in den Schritten (c) und (e) 110°C bis 220°C beträgt.
Verstärkter Kautschukartikel, umfassend den behandelten umwickelten Kord, wie er gemäß Anspruch 10 definiert ist, der vollständig oder teilweise in Kautschuk eingebettet ist.
Verstärkter Artikel gemäß Anspruch 16, der aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Reifen, Karkassen, Gürteleinlagen, Abdeckungseinlagen, Schläuchen und mechanischen Kautschukwaren.