DE60211707T2

DE60211707T2 - Hybrid aus kord und gummi

Info

Publication number: DE60211707T2
Application number: DE2002611707
Authority: DE
Inventors: c/o TEIJIN Masashi Ibaraki-shi FURUKAWA; c/o NIPPON SHEET GLASS CO. Kenichi Osaka-shi NAKAMURA; c/o NIPPON SHEET GLASS CO. Takeshi Osaka-shi MAEDA
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2007-03-29
Also published as: KR100792200B1; JP2003041447A; DE60211707T8; EP1411159A4; KR20040016820A; WO2003010373A1; CN1476498A; JP3846236B2; CA2430881A1; EP1411159B1; DE60211707D1; EP1411159A1; US20030175490A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridkord mit ausgezeichneter Biegebeständigkeit und Dimensionsstabilität zur Verwendung für die Verstärkung von Kautschukprodukten, wie Kautschukbändern und -reifen. Die Erfindung betrifft auch ein mit dem Hybridkord verstärktes Kautschukprodukt.
Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Verstärkungsfasern sind in Kautschukprodukte mit Einschluss von Kautschukbändern und Kautschukreifen eingebettet worden, um die Festigkeit und die Dauerhaftigkeit der Kautschukprodukte zu verbessern.
Beispiele für solche Verstärkungsfasern schließen Glasfasern, Fasern aus Polyvinylalkohol, wie Vinylonfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern, wie solche aus Nylon und Aramid, d.h. aus einem aromatischen Polyamid, Kohlefasern, Polyparaphenylenbenxoxazolfasern und dergleichen ein. Die Glasfasern und die Aramidfasern sind hierfür gut geeignet und sie werden in weitem Umfang eingesetzt.
Ein aus Glasfasern hergestellter Verstärkungskord für Kautschuk, wie beispielsweise in der US-A-4 506 717 beschrieben, hat eine hohe Dimensionsstabilität, jedoch eine niedrigere Retention der Festigkeit bei der Langzeitbiegung um eine Rolle mit kleinem Durchmesser als ein Kautschuk-Verstärkungskord, der aus Aramidfasern hergestellt worden ist. Andererseits hat ein Kord aus Aramidfasern, wie beispielsweise in der US-A-5 425 681 beschrieben, zwar eine gute Biegefestigkeit, jedoch eine schlechte Dimensionsstabilität im Vergleich zu einem Kord aus Glasfasern.
Zusammenfassung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Hybridkord umfasst mindestens ein Glasfaserbündel und eine Vielzahl von miteinander verzwirnten Aramidfaserbündeln, wobei das Glasfaserbündel an einem Zentrum des Hybridkords angeordnet ist und die Aramidfaserbündel um das Glasfaserbündel angeordnet sind.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Hybridkord mit ausgezeichneten Eigenschaften hinsichtlich der Biegebeständigkeit und der Dimensionsstabilität sowie ein Kautschukprodukt, das mit dem Hybridkord verstärkt ist, zur Verfügung gestellt.
Wie oben bereits zum Ausdruck gebracht wurde, hat ein aus einem Aramidfaserkord hergestelltes Band eine höhere Biegeermüdungsbeständigkeit, jedoch eine niedrigere Dimensionsstabilität als ein Glasfaserkord. Andererseits hat der Glasfaserkord zwar eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität, jedoch eine niedrigere Biegeermüdungsbeständigkeit als ein Aramidfaserkord. Der erfindungsgemäße Hybridkord hat sowohl die Dimensionsstabilität des Glasfaserkords als auch die Biegeermüdungsbeständigkeit des Aramidfaserkords.
Zur Verbesserung der Biegebeständigkeit des Kautschuk-Verstärkungskords sind die Faserbündel bzw. die Stränge des Kords verzwirnt.
Beim Biegen eines Kautschukbands, das mit dem Kautschuk-Verstärkungskord verstärkt ist, wird der Kord an der Kontaktseite mit der Rolle stark zusammengepresst, da der Durchmesser des Kords größer ist und an der entgegen gesetzten Seite wird der Kord stark gestreckt. Demgemäß kann in dem Glasfaserkord, wenn der Durchmesser des Kords kleiner ist, die Differenz zwischen der Verpressung und dem Strecken klein sein, wodurch die Biegebeständigkeit verbessert wird.
Der Kord aus Aramidfasern hat eine größere Dehnung als der Kord aus Glasfasern und daher eine schlechte Dimensionsstabilität im Vergleich zu einem solchen aus Glasfasern.
Der erfindungsgemäße Hybridkord umfasst Glasfaserbündel mit guter Dimensionsstabilität als Kernmaterial und Aramidfaserbündel, die um das Kernmaterial herum angeordnet sind. Die Dehnung der Aramidfaserbündel wird durch das Kernmaterial, das die Glasfaserbündel umfasst, verhindert. Daher hat der erfindungsgemäße Hybridkord eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität. Die um das Kernmaterial herum angeordneten Aramidfaserstränge verleihen dem Kord eine ausgezeichnete Biegebeständigkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen Hybridkord sind die Glasfaserbündel nur am Zentrum des Kords angeordnet. Eine Vielzahl von gesammelten Glasfaserbündeln kann als Kern verwendet werden. Zur Verbesserung der Biegefestigkeit des Kords hat der Glasfaserkord vorzugsweise einen kleinen Durchmesser.
Das erfindungsgemäße Kautschukprodukt umfasst Kautschuk und den oben genannten Hybridkord, der in den Kautschuk eingebettet ist. Das Kautschukprodukt enthält vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-% Hybridkord.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist eine Querschnittsansicht eines Hybridkords gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
die 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des Hybridkords zeigt; und
die 3 ist eine Illustration einer Methode des Biegungsermüdungstests in den Beispielen und Vergleichsbeispielen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Figuren werden untenstehend bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Die 1 ist eine Querschnittsansicht eines Hybridkords gemäß einer Ausführungsform und die 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des Hybridkords zeigt.
Wie in der 1 gezeigt wird, schließt der Hybridkord 1 mindestens ein Glasfaserbündel 2, das am Zentrum bzw. im Zentrum eines Querschnitts angeordnet ist, der zu der Längsrich tung des Kords 1 senkrecht ist, sowie eine Vielzahl von Aramidfaserbündeln 3, die darum herum angeordnet sind, ein.
Die Filamente der Glasfasern zur Verwendung in dem Glasfaserbündel können E-Glasfaserfilamente und hochfeste Glasfaserfilamente sein.
Die Aramidfasern zur Verwendung in den Aramidfaserbündeln können Para-Aramidfasern oder Meta-Aramidfasern sein. Filamente von Para-Aramidfasern sind von der Firma Teijin Limited unter dem Warenzeichen „TECHNORORA", das ein Copolyparaphenylen-3,4'-oxydiphenylenterephthalamid ist, und von der Firma Teijin Twaron Limited unter dem Warenzeichen „Twaron", das ein Polyparaphenylenterephthalamid ist, erhältlich. Filamente von Meta-Aramidfasern sind von der Firma Teijin Limited unter dem Warenzeichen „CONEX", das ein Polymethaphenylenisophthalamid ist, erhältlich. Es wird darauf hingewiesen, dass die Aramidfasern auf die beschriebenen Produkte nicht eingeschränkt sein sollen.
Wie in der 2 gezeigt wird, wird der Hybridkord 1 dadurch hergestellt, dass eine Führung 6 mit einem Mittelführungsloch 4 und peripheren Führungslöchern 5 verwendet wird. Jedes periphere Führungsloch 5 ist in ungefähr gleichem Abstand von dem Mittelführungsloch 4 angeordnet. Das Material mit den Löchern 4, 5 besteht aus Keramik mit glatter Oberfläche. Die Vielzahl von primär verzwirnten Glasfaserbündeln 2 wird durch das Mittelführungsloch 4 geleitet und die primär verzwirnten Aramidfaserbündel 3 werden durch die peripheren Führungslöcher 5 geleitet. Diese Faserbündel 2, 3 werden miteinander in der richtigen Weise verzwirnt, um den Hybridkord zu ergeben. Es wird bevorzugt, dass die Verzwirnungsrate bzw. das Verzwirnungsverhältnis in der richtigen Verzwirnung etwa 1 bis 10 Windungen/25 mm beträgt.
Erfindungsgemäß werden die Glasfaserfilamente, die einer RLF-Behandlung unterworfen worden sind, vorzugsweise so gebunden, dass sie Bündel bilden, und die Reihen der Bündel mit vorbestimmter Anzahl werden miteinander mit einem Verzwirnungsverhältnis von 1 bis 10 Windungen/25 mm primär verzwirnt. Reihen der Aramidfaserfilamente mit vorbestimmter Anzahl, die ebenfalls einer RLF-Behandlung unterworfen worden sind, werden vorzugsweise gebunden und mit einem Verzwirnungsverhältnis von 1 bis 10 Windungen/25 mm primär verzwirnt.
Die RFL-Behandlung wird dadurch durchgeführt, dass die Filamente in eine Behandlungsflüssigkeit (nachstehend als "RFL" bezeichnet), umfassend ein Gemisch eines Anfangskondensationsprodukts von Resorcin und Formaldehyd und Kautschuklatex als Hauptkomponente, eingetaucht werden und dann erhitzt werden. Nicht-einschränkende Beispiele für Kautschuklatices zur Verwendung bei der RFL-Behandlung schließen Latices auf Acrylkautschukbasis, Latices auf Urethanbasis, Latices auf Styrol-Butadienkautschuk-Basis, Latices auf Nitrilkautschuk-Basis, Latices auf der Basis von chlorsulfoniertem Polyethylen, modifizierte Latices davon und Gemische davon ein.
Erfindungsgemäß kann ein Kautschuküberzug auf der Oberfläche des hergestellten Hybridkords gebildet werden, wie es in 2 gezeigt wird. Dann kann der Hybridkord mit Kautschuk deckbeschichtet werden, um die Affinität zwischen dem Kord und dem Kautschukprodukt zu erhöhen. Als Kautschuk für die Deckbeschichtungsbehandlung können hydrierter Nitrilkautschuk, chlorsulfonierter Polyethylenkautschuk, Chloroprenkautschuk, Naturkautschuk und Urethankautschuk und dergleichen verwendet werden. In vielen Fällen wird der gleiche Kautschuk verwendet wie derjenige, der zu dem Produkt verformt worden ist. Der für die Deckbeschichtung verwendete Kautschuk ist keinen besonderen Beschränkungen unterworfen. Der erfindungsgemäße Hybridkord wird geeigneterweise zur Verstärkung eines Bands, d.h. eines sich bewegenden Bands, einer Lautkette und anderen Kautschukelementen verwendet. Es ist zu bevorzugen, dass etwa 10 bis 70 Gew.-% Hybridkord in dem Kautschukprodukt enthalten sind.
BEISPIELE
Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
BEISPIEL 1
Drei Glasfaserbündel mit hoher Festigkeit, umfassend 200 Reihen von Filamenten, jeweils mit einem Faserdurchmesser von 7 μm, wurden ohne dass sie miteinander verzwirnt wurden in Gruppen eingeteilt. Die Faserbündel wurden einer RFL-Behandlung unterworfen, wobei ein RFL-Material, enthaltend einen Latex auf der Basis von chlorsulfoniertem Polyethylen, so verwendet wurde, dass die Abscheidung des RFL-Materials etwa 25 Gew.-% auf Feststoffbasis betrug.
Aramidfaserfilamente, jeweils mit einem Faserdurchmesser von 12 μm, und einer Garnzahl von 400 Denier, hergestellt von der Firma Teijin Limited unter dem Warenzeichen „TECHNORORA" wurden einer RLF-Behandlung so unterworfen, dass die Abscheidung des RFL-Materials etwa 25 Gew.-% auf Feststoffbasis in ähnlicher Weise wie im Falle der Glasfaserfilamente betrug.
Die mit dem RFL-Material behandelten Glasfaserfilamente und die mit dem RFL-Material behandelten Aramidfaserfilamente wurden mit einem Verzwirnungsverhältnis von 2 Windungen/25 mm primär verzwirnt, um Glasfaserbündel und Aramidfaserbündel zu ergeben.
Dann wurden drei Glasfaserbündel durch das Führungsloch 4 in der Mitte der Führung 6, wie in 2 gezeigt, geleitet. Acht Aramidfaserbündel wurden durch acht Führungslöcher 5 an einem peripheren Teil der Führung 6, wie in 2 gezeigt, geleitet. Diese Materialien wurden mit einem Verzwirnungsverhältnis von 2 Windungen/25 mm in entgegen gesetzter Richtung zu derjenigen der Primärverzwirnung in geeigneter Weise verzwirnt. Auf diese Weise wurde ein bloßer, in geeigneter Weise verzwirnter, Glasfaser-Aramidfaser-Kord hergestellt, bei dem drei Glasfaserbündel in der Mitte angeordnet waren, und acht Aramidfaserbündel darum herum angeordnet waren.
Der so erhaltene, in geeigneter Weise verzwirnte, bloße Kord wurde mit einer Deckbeschichtungs-Behandlungsflüssigkeit, enthaltend chlorsulfonierten Polyethylenkautschuk und Chloroprenkautschuk, oberflächenbeschichtet, um die Adhäsion mit dem Matrixharz weiter zu verbessern. Auf diese Weise wurde ein Glasfaser-Aramidfaser-Hybridkord erhalten.
Der resultierende Glasfaser-Aramidfaser-Hybridkord hat eine Dehnung beim Bruch von 4,60%.
Dann wurde der Glasfaser-Aramidfaser-Hybridkord zusammen mit dem hydrierten Nitrilkautschuk (nachstehend als HSN bezeichnet) verpresst und erhitzt, um ein HSN-Kautschukformprodukt zu bilden, in das ein Einzelglasfaser-Aramidfaser-Hybridkord eingebettet war.
Das HSN-Kautschukformprodukt wurde so zugeschnitten, dass sich der Glasfaser-Aramidfaser-Hybridkord in der Mitte des Kautschukformprodukts befand, wodurch ein bandförmiges Formprodukt mit einer Breite von 10 mm gebildet wurde.
Wie in der 3 gezeigt wird, wurde das bandförmige Formprodukt 10 auf ein Testgerät aufgebracht, das eine flache Rolle 11 mit einem Durchmesser von 25 mm, einem Motor 12 und vier Führungsrollen 13 aufwies. Das Formprodukt wurde auf die Rollen 11 und 13 aufgehängt. Das Band 10 wurde durch den Motor 12 hin- und herbewegt und wurde wiederholt an einem Teil entlang der flachen Rolle 11 gebogen. Das Band 10 wurde einer Anfangsspannung von 20 N unterworfen und dann 100.000 Mal bei Raumtemperatur gebogen. Nach dem Biegen wurden die Festigkeit und die Retentionsfestigkeit des Bands 10 bestimmt, um eine Bewertung der Biegeermüdungsbeständigkeit des Materials zu erhalten.
Als Ergebnis wurde festgestellt, dass das Band eine Festigkeit von 880 N und eine Retention der Festigkeit von 87% nach Biegen hatte.
BEISPIEL 2
Die RLF-Behandlung wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme durchgeführt, dass die Abscheidung des RFL-Materials auf den Glasfaserfilamenten und Aramidfaserfilamenten etwa 20 Gew.-% auf Feststoffbasis betrug. Die jeweiligen Faserfilamente wurden primär und in geeigneter Weise verzwirnt und in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 mit einem Decküberzug versehen. Vier Glasfaserbündel und sieben Aramidfaserbündel wurden zur Herstellung des Glasfaser-Aramidfaser-Hybridkords ähnlich wie in Beispiel 1 verwendet. Der Hybridkord wurde dazu verwendet, um ein Kautschukband ähnlich wie in Beispiel 1 herzustellen.
Der resultierende Hybridkord hatte eine Dehnung beim Bruch von 4,52%. Als Ergebnis des Biegeermüdungstests wurde festgestellt, dass das Kautschukband eine Festigkeit von 845 N und eine Retention der Festigkeit von 83% nach dem Biegen hatte.
BEISPIEL 3
Es wurde in ähnlicher Weise wie in den Beispielen 1 und 2 mit der Ausnahme vorgegangen, dass die Abscheidung des RFL-Materials auf den Glasfaserfilamenten und Aramidfaserfilamenten etwa 15 Gew.-% auf Feststoffbasis betrug. Fünf Glasfaserbündel und sechs Aramidfaserbündel wurden dazu verwendet, um einen Glasfaser-Aramidfaser-Hybridkord ähnlich wie in Beispiel 1 herzustellen. Der Hybridkord wurde dazu verwendet, um ein Kautschukband ähnlich wie in Beispiel 1 herzustellen.
Der resultierende Hybridkord hatte eine Dehnung beim Bruch von 4,56%. Als Ergebnis des Biegeermüdungstests wurde festgestellt, dass das Kautschukband eine Festigkeit von 820 N und eine Retention der Festigkeit von 80% nach dem Biegen hatte.
VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 3
In Vergleichsbeispiel 1 wurden drei Glasfaserbündel und acht Aramidfaserbündel, die die gelichen wie in Beispiel 1 waren, beliebig miteinander verzwirnt, um den Kord herzustellen. In Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Kord unter Verwendung von elf Glasfaserbündeln hergestellt. In Vergleichsbeispiel 3 wurde ein Kord unter alleiniger Verwendung von elf Aramidfaserbündeln hergestellt. Die Dehnung beim Bruch jedes Kords wurde gemessen. Die jeweiligen, unter Verwendung der jeweiligen Kords gebildeten, bandförmigen Produkte wurden auf die Festigkeit und die Retention der Festigkeit nach dem Biegen getestet.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in TABELLE 1 zusammengestellt.
Tabelle 1
Aus der Tabelle 1 wird ersichtlich, dass der erfindungsgemäße Glasfaser-Aramidfaser-Hybridkord eine ausgezeichnete Dehnung beim Bruch, ähnlich wie der Glasfaserkord des Vergleichsbeispiels 2, sowie eine ausgezeichnete Biegebeständigkeit, ähnlich wie diejenige des Aramidfaserkords des Vergleichsbeispiels 3, hat. Das bandförmige Formprodukt, das unter Verwendung des Glasfaser-Aramidfaser-Hybridkords gebildet worden war, hatte ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Festigkeit und der Retention der Festigkeit nach dem Biegen, ähnlich wie der Aramidfaserkord. Das Produkt des Vergleichsbeispiels 1 hat eine schlechte Dehnungsfestigkeit und eine schlechte Retention der Festigkeit im Vergleich zu den Produkten der Beispiele 1 bis 3.
Technische Verwendbarkeit
Wie oben bereits zum Ausdruck gebracht wurde, werden erfindungsgemäß ein Hybridkord mit ausgezeichneten Eigenschaften hinsichtlich der Biegebeständigkeit und der Dimensionsstabilität sowie ein mit dem Hybridkord verstärktes Kautschukprodukt zur Verfügung gestellt.

Claims

Hybridkord (1), umfassend mindestens ein Glasfaserbündel (2) und eine Vielzahl von miteinander verzwirnten Aramidfaserbündeln (3), wobei das Glasfaserbündel (2) an einem Zentrum des Hybridkords (1) angeordnet ist und die Aramidfaserbündel (3) um das Glasfaserbündel (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Glasfasern als auch die Aramidfasern einer Resorcin-Formaldehyd-Kautschuklatex(RFL)-Behandlung unterworfen worden sind.
Hybridkord nach Anspruch 1, wobei das Glasfaserbündel (2) und die Aramidfaserbündel (3) mit einer Verzwirnungsrate bzw. einem Verzwirnungsverhältnis von 1 bis 10 Windungen/25 mm primär verzwirnt sind.
Hybridkord (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glasfaserbündel (2), das primär verzwirnt ist, und die Aramidfaserbündel (3), die primär verzwirnt sind, in richtiger Weise miteinander mit einer Verzwirnungsrate bzw. einem Verzwirnungsverhältnis von 1 bis 10 Windungen/25 mm verzwirnt sind.
Hybridkord (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die RFL-Behandlung dadurch durchgeführt wird, dass Filamente in eine Behandlungsflüssigkeit, umfassend ein Gemisch aus einem Anfangskondensationsprodukt von Resorcin und Formalin und Kautschuklatex als Hauptkomponente, eingetaucht werden und dann erhitzt werden.
Hybridkord (1) nach Anspruch 4, wobei der Kautschuklatex mindestens ein solcher, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Latices auf Acrylkautschukbasis, Latices auf Urethanbasis, Latices auf Styrol-Butadienkautschuk-Basis, Latices auf Nitrilkautschukbasis, Latices auf der Basis von chlorsulfoniertem Polyethylen und modifizierten Latices davon, ist.
Hybridkord (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die RLF-Behandlungsflüssigkeit auf dem Hybridkord in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-% auf Feststoffbasis abgeschieden ist.
Hybridkord (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend einen Kautschuküberzug zur Abdeckung des Hybridkords.
Hybridkord (1) nach Anspruch 7, wobei der Kautschuküberzug mindestens ein solcher ist, der aus der Gruppe, bestehend aus hydriertem Nitrilkautschuk, chlorsulfoniertem Polyethylenkautschuk, Chloroprenkautschuk, Naturkautschuk und Urethankautschuk, ausgewählt ist.
Hybridkord (1) nach den Ansprüchen 7 oder 8, wobei der Kautschuküberzug auf dem Hybridkord in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-% abgeschieden ist.
Verstärktes Kautschukprodukt, umfassend Kautschuk und einen in den Kautschuk eingebetten Verstärkungskord, wobei der Kord ein Hybridkord (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.
Verstärktes Kautschukprodukt nach Anspruch 10, wobei in dem Kautschukprodukt 10 bis 70 Gew.-% Hybridkord (1) enthalten sind.