DE68905617T2 - Zusammengesetzter Cordfaden zum Verstärken von Kautschuk. - Google Patents

Zusammengesetzter Cordfaden zum Verstärken von Kautschuk.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen zusammengesetzten Cordfaden zum Verstärken von Kautschuk, umfassend einen zentralen Polyesterfasercordfaden und einen Stahlfeindraht mit hohem Kohlenstoffgehalt, welcher zur Verstärkung von Kautschukprodukten wie beispielsweise unterschiedlichen Reifen, die bei Fahrzeugen zum Einsatz gelangen, und Fließbändern verwendet wird, indem er in den Kautschuk eingelegt wird.
  • Stahl-Gürtelreifen mit einem Stahl-, einem Nylon-, einem Polyestercordfaden oder dergleichen als ein hauptsächliches Verstärkungsmaterial gelangen aufgrund ihrer Beständigkeit bei Hochgeschwindigkeit, ihrer Fahrstabilität, ihres sparsamen Treibstoffverbrauches usw. bei Autos oder anderen Fahrzeugen weitläufig zum Einsatz. Der Stahlcordfaden, der bei den obengenannten, für den Einsatz in Autos gedachten Reifen verwendet wird, wurde durch Verseilen vieler (Cu-Zn) messingüberzogener, feiner Klavierdrahtstücke, die einen Kohlenstoffgehalt von 0,65 bis 0,85% aufweisen, hergestellt.
  • Diese messingüberzogenen Feindrähte, deren Durchmesser 0,1 bis 0,4 mm beträgt, werden bei einem Durchmesser von 1 bis 2 mm messingüberzogen und daraufhin zu Feindrähten gezogen. Die messingüberzogene Lage der Cordfadenoberfläche ist für eine Adhäsion mit dem Kautschuk erforderlich. Weiter beträgt die Festigkeit gegen Zugbeanspruchung des Stahlfeindrahtes im allgemeinen 2452 bis 3334 N/mm² (250 bis 340 kgf/mm2).
  • Flugzeuge und Motorräder erfordern andererseits Merkmale wie eine erhöhte elastische Deformierbarkeit und Flexibilität, weshalb der übliche Nyloncordfaden und dergleichen verwendet wurden, wohingegen der Stahlcordfaden und Stahlfäden (Feindraht) bislang nie zum Einsatz gelangten.
  • So wurde beispielsweise im Fall von bei Flugzeugen verwendeten Reifen der Nyloncordfaden, der eine hohe elastische Deformierbarkeit sowie Stoßdämpferkapazität aufweist, verwendet, um den Aufprall bei wiederholten Landemanövern zu dämpfen. Dieser Nyloncordfaden wird entlang der unteren Laufflächenperipherie des Reifens gewikkelt, so daß, wenn der Reifen während seiner Rotation auf Fremdgegenständen wie beispielsweise Steinen aufschlägt, diese, wenn sie scharf sind, durch einen Laufflächengummi dringen und bis zum Nyloncordfaden vordringen, wodurch der Nyloncordfaden beschädigt oder zerstört wird. Demgemäß wurde die Verbesserung der Schnittfestigkeit nicht nur für den Reifen selbst, sondern auch für den Nyloncordfaden erforderlich. Außerdem hat sich gezeigt, daß bei Motorradreifen, bei denen häufig Nyloncordfäden und dergleichen zum Verstärken eines Riemens auf ähnliche Weise eingesetzt werden, eine jüngste Tendenz dahingehend ist, daß der Reifen großformatig und hochgeschwindigkeitsbeständig ist, wobei zusätzlich zu den Funktionen, die für diese Art von Reifen erforderlich sind, eine Verbesserung der Festigkeit des Reifens und der Steifheit des Riemenabschnittes nötig wurden.
  • Um die Verbesserung und die Funktionsveränderung, die für beide Reifen dieser Art erforderlich sind, in Übereinstimmung zu bringen, müssen die Elementarbestandteile als eine Zusammensetzung ausgewählt und geschickt kombiniert oder die Funktionen der Elementarbestandteile verbessert werden. In Anbetracht dieses zuletzt genannten Punktes wurde es erforderlich herauszufinden, wie die Schnittfestigkeit und die Steifheit gegeben werden kann, ohne die ursprünglichen Eigenschaften des Nyloncordfadens zu verlieren.
  • Demgemäß ist zusätzlich zu den üblichen Hochdehnbarkeits-Merkmalen die verbesserte Steifheit erforderlich, allerdings wurde bislang kein geeigneter Cordfaden gefunden.
  • Es wurde zum Beispiel ein hochdehnbarer Stahlcordfaden (zum Beispiel 3 x 3 x 0,15 (Steigung; 1,78/3,5 S)) mit diesen Eigenschaften untersucht. Es ist jedoch erforderlich, daß die Last-Dehnungskurve für hochdehnbare Stahlcordfaden jener für Nyloncordfaden annähernd entspricht. Zum Beispiel ist die Last-Dehnungskurve, die zwischen Stahlcordfaden und Nyloncordfaden liegt, erforderlich (Figur 3).
  • In US-A-4 343 343 ist ein zusammengesetzter Cordfaden zum Verstärken von Reifen bekanntgemacht, bestehend aus einem Kernstück von mindestens einer ungereckten Polyester- oder Polyamidfaser und zwei klebstoffbehandelten Aramidfäden, welche in derselben Richtung und bei gleicher Steigung um das Kernstück gewickelt sind.
  • Die vorliegende Erfindung besteht aus einem zusammengesetzten Cordfaden zur Verstärkung von Kautschuk, enthaltend einen einer Resorzin-Formalin-Latex-Behandlung unterworfenen zentralen Nylon- oder Polyesterfasercordfaden, um den eine Mehrzahl metallischer Fäden gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Fäden wenigstens zwei messingüberzogene Stahldrähte mit einem Kohlenstoffgehalt von wenigstens 0,65 Gew.-% und einem Durchmesser von 0,12 bis 0,25 mm umfassen, die in entgegengesetzten Richtungen um den Nylon- oder Polyesterfasercordfaden gewickelt sind, um erste und zweite Lagen zu bilden, von denen jede eine Wickelsteigung im Bereich von 0,4 bis 7 mm aufweist, wobei die zweite Lage über der ersten Lage liegt und eine Wickelsteigung aufweist, die 1,0 bis 5,0 mal größer ist als diejenige der ersten Lage.
  • Die Erfindung ist nun im folgenden am Beispiel einiger Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei
  • Fig. 1 eine Schnittansicht einer Konstruktion des zusammengesetzten Cordfadens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig. 2 + 3 Kurven sind, in denen das Last-Dehnungs-Verhältnis des zusammengesetzten Cordfadens gemäß der Erfindung bzw. des üblichen Cordfadens dargestellt ist.
  • Gemäß der Erfindung wird der zentrale Polymerfasercordfaden einer Resorzin-Formalin-Latex-Behandlung (im folgenden RFL-Behandlung genannt) unterworfen, um den Kautschuk Haftvermögen zu verleihen. Die Behandlung erfolgt durch Eintauchen des Cordfadens in die Resorzin-Formalin-Latex-Lösung. Der messingüberzogene Stahlfeindraht mit einem hohen Kohlenstoffgehalt ist ein Stahlfaden (Feindraht), der einen Elementarbestandteil des sogenannten Stahlreifencordfadens darstellt. Es bat sich herausgestellt, daß der zusammengesetzte Cordfaden der Erfindung dem Polyester- oder Nylonfasercordfaden Schnittfestigkeit und Steißheit verleiht, ohne zu einem Verlust des Hochdehnbarkeits-Merkmales des Cordfadens zu führen.
  • Andererseits ist der Stahlfaden, wie bereits weiter oben erwähnt wurde, durch ein hohes Maß an Festigkeit charakterisiert, allerdings ist die Bruchdehnung (üblicherweise 1 bis 2%) niedrig. Um für einen zusammengesetzten Cordfaden eine hohe Dehnbarkeit zu erhalten, ohne dabei die Eigenschaften des Nyloncordfadens zu zerstören, ist es erforderlich, eine effektive Länge des Stahlfadens zu einer Einheitslänge des zusammengesetzten Cordfadens zu verlängern. Um weiter die Bewehrungsrolle auszuführen, wurde der Stahlfaden spiralförmig um den Fasercordfaden gewunden (d.h. gewickelt). Obwohl sogar bloß eine Fadenlage ihre Rolle ausführen kann, indem eine Wickelsteigung bis zu einem Ausmaß von 0,2 bis 7,0 mm reduziert wird, wird im zusammengesetzten Cordfaden als Folge der Verarbeitung mit dem Stahlfaden eine Rest-Torsion erzeugt. Folglich neigt dieser zusammengesetzte Cordfaden dazu, stark gedreht zu werden, wodurch er in der Praxis nicht verwendbar ist.
  • Die Beseitigung dieser Rest-Torsion erfordert einen Prozeß wie etwa die Entdrehung des zusammengesetzten Cordfadens, wodurch die Bedienung mühsam wird und bei den Produktkosten ein negativer Effekt entsteht.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, daß die Rest-Torsion, die aufgrund der Wickelung der ersten Lage entsteht, durch die Wickelung einer zweiten Stahlfadenlage um die Oberfläche dieses zusammengesetzten Cordfadens in einer entgegengesetzten Richtung (wenn erstere zum Beispiel ein "S" war, war letztere ein "Z" und umgekehrt) kompensiert werden könnte. Außerdem wurden die optimalen Bedingungen untersucht und es stellte sich heraus, daß, wenn die Wickelsteigung der zweiten Lage kleiner als die der ersten Lage war, dann in dem Cordfaden die umgekehrte Rest-Torsion erzeugt wird. Durch die Wahl einer zweiten Wickelsteigung, die 1,0 bis 5,0 mal größer ist als diejenige der ersten Lage, wird das Erfordernis für ein darauffolgendes Entdrehen ausgeräumt.
  • Der zusammengesetzte Cordfaden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Zusammensetzung, bestehend aus dem flexiblen und dehnbaren Polymerfasercordfaden und den harten und festen Stahlfäden. Die Stahlfäden werden spiralförmig und fortlaufend um den Fasercordfaden gewickelt, so daß die Zusammensetzung die Eigenschaften der beiden unterschiedlichen Materialien in sich vereinen kann.
  • Der Grund, warum der Durchmesser des Feindrahtes mit 0,12 bis 0,25 mm und die Wickelsteigung desselben mit 0,4 bis 7,0 mm gewählt wird, ist folgender: Da der Stahlfaden um den weichen Faserfaden gewickelt wird, wird die Steifheit des Stahlfadens, wenn dessen Durchmesser erhöht wird, zu sehr erhöht, wodurch während der Wickelung des Fasercordfadens eine übermäßige Kraft auf denselben ausgeübt wird, und gegenwärtig beträgt der kleinste Durchmesser des Stahlfadens, mit dem seine Massenproduktion praktisch durchführbar ist, 0,12 mm.
  • Außerdem, je kleiner die Wickelsteigung angesetzt ist, desto wirkungsvoller ist die Bewehrung, wobei jedoch mit Hinblick auf die Produktivität im Wickelungsprozeß der untere Grenzwert der Wikkelsteigung 0,4 mm beträgt, während der obere Grenzwert 7,0 mm beträgt, da er die Dehnungseigenschaften des Fasercordfadens nicht nennenswert mindert. Obwohl die Wickelsteigung durch den Wickelwinkel ausgedrückt werden sollte, beträgt der Durchmesser des für Reifen eingesetzten Fasercordfadens 0,5 bis 1,0 mm und erlaubt somit keine wesentlichen Ansatzmöglichkeiten für eine Veränderung des Wickelwinkels, weshalb sie anhand der Echtlänge ausgedrückt wird.
  • Der Grund, warum der Faden mit den beiden Lagen in entgegengesetzte Richtungen gewickelt und die zweite Wickelsteigung 1,0 bis 5,0 mal größer ist als diejenige der ersten Lage, besteht darin, daß die Rest-Torsion nach der zweiten Wickelung Null beträgt und eine Entdrehung nach der Wickelung nicht nötig ist.
  • Für den Fall, daß jedoch die Verbesserung der Schnittfestigkeit ein besonderes Anliegen ist, können zwei oder mehr Stahlfaden-Wickellagen zum Einsatz gelangen, wobei angesichts der Gewichtszunahme maximal fünf Lagen geeignet sind.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der zentrale Cordfaden aus Nylon oder Polyester, welche Werkstoffe für Autoreifen am häufigsten verwendet werden. Zusammengesetzte Cordfäden, bestehend aus Viskoserayon und einer Aramidfaser mit unterschiedlichen Rayon-Eigenschaften, können verwendet werden. Darüber hinaus werden diese Cordfäden der Resorzin-Formalin-Latex-Behandlung (RFL-Behandlung) unterworfen, um ihre Adhäsionsfähigkeit mit dem Kautschuk zu verbessern.
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden weiter unten unter Bezugnahmen auf Figur 1 beschrieben.
    • Beispiel 1
  • In Figur 1 wurde ein messingüberzogener Stahlfaden 2 mit einem Durchmesser von 0,15 mm um den Nyloncordfaden (840 d/2) 1, welcher einer RFL-Behandlung unterworfen worden war, gewickelt, wobei seine Steigung 0,8 mm betrug und die Wickelrichtung "S" war, woraufhin der zweite Faden 3 bei einer Steigung von 1,5 mm und mit einer Richtung "Z" gewickelt wurde. Es handelt sich um ein schematisches Diagramm des zusammengesetzten Cordfadens gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
  • In Figur 2 wird die Last-Dehnungskurve eines auf solche Weise erhaltenen zusammengesetzten Cordfadens und des konventionellen Nyloncordfadens dargestellt.
  • Mit Bezugnahme auf Figur 2 zeigt eine Kurve A die Last-Dehnungskurve des oben genannten zusammengesetzten Cordfadens, eine Kurve B die eines zusammengesetzten Cordfadens, bestehend aus einem Nyloncordfaden (1.260 d/2) und einem Stahlfaden mit einem Durchmesser von 0,15 mm, welcher mit 0,88Z + 1,395 gewickelt ist, eine Kurve W die eines Nyloncordfadens (840 d/2) und eine Kurve X die eines Nyloncordfadens (1.260 d/2).
  • Mit Bezugnahme auf Figur 3 zeigt eine Kurve C eine Last-Dehnungskurve des zusammengesetzten Cordfadens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bestehend aus einem Nyloncordfaden (840 d/2) und einem Stahlfaden mit einem Durchmesser von 0,15 m, welcher mit 3,5S + 3,5Z gewickelt ist. Eine Kurve Y, in der für Bezugsmöglichkeiten ein Stahlcordfaden 3 x 3 x 0,15 (1,7s/3,5s) HE dargestellt ist, und eine Kurve Z, in der für Bezugsmöglichkeiten ein Nyloncordfaden dargestellt ist, zeigen ebenfalls eine Last-Dehnungskurve.
  • Die zusammengesetzten Cordfäden A, B, die gemäß der vorliegenden Erfindung in Figur 2 dargestellt sind, weisen im Vergleich zum Nyloncordfaden eine sehr geringe Reduktion der Bruchdehnung auf. Da die Wickelsteigung des Stahlfadens gering ist, kann, wenn die zusammengesetzten Cordfäden A, B anstelle des in Umfangsrichtung des Reifens gewickelten Nyloncordfadens als Riemencordfaden des Reifens für den Einsatz bei Flugzeugen und des Reifens für den Einsatz bei Autos mit extrem hoher Leistungsfähigkeit eingesetzt werden, ein Reifen erhalten werden, der bei gleichzeitiger Beibehaltung der hohen Bruchdehnung und anderer Eigenschaften eine besonders hervorragende Schnittfestigkeit aufweist.
  • Außerdem liegen mit Bezugnahme auf Figur 3 die Eigenschaften des zusammengesetzten Cordfadens C gemäß der vorliegenden Erfindung auf halbem Wege zwischen dem Nyloncordfaden Z, welcher für Motorradreifen eingesetzt wird, und dem 3 x 3 x 0,15 (1,7s/3,5s) HE-Cordfaden Y. Das bedeutet, daß die Dehnungseigenschaften des Nyloncordfadens etwas herabgesetzt sind, während aber gleichzeitig die Steifheit des Nyloncordfadens bemerkenswert verbessert ist, woraus sich ein bemerkenswert guter Einfluß auf Anwendungen in den Bereichen Großformat und Hochgeschwindigkeit ergibt.
    • Beispiel 2
  • Ein messingüberzogener Feindraht (Klavierdraht) mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde um einen Ny1oncordfaden gewickelt, um einen zusammengesetzten Cordfaden zu erhalten. Festigkeit und Bruchdehnung dieses zusammengesetzten Cordfadens wurden gemessen, wobei die Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle dargestellt werden.
  • Überdies wurde für Vergleichszwecke ein einzelner Nyloncordfaden dargestellt. Tabelle 1 Einzelner Nyloncordfaden BEISPIEL (Vergleich) BEISPIEL (Erfindung) Konstruktion Wickelrichtung des Feindrahtes (mm) Wickelstiegung des Feindrahtes Eindrehungs-Koeffizient des Feindrahtes (in Richtung) Durchmesser d. zusammengesetzten Cordfadens (mm) Bruchkraft des zusammensetzen Cordfadens (N) Bruchdehnung (%) Nylon 1,260 d/2 Stücke Nylon ist S-verseilt
  • Der Eindrehungs-Koeffizient wurde anhand der fo]genden Gleichung errechnet:
  • Eindrehungs-Koeffizient = [ (πD')² + P²]/P
  • wobei
  • P = Die Länge der Lage (mm)
  • D' = Steigungsdurchmesser (mm)
  • Aus der oben angeführten Tabelle wurde festgestellt, daß die Bruchkraft des zusammengesetzten Cordfadens niedriger war als die des einzelnen Nyloncordfadens, jedoch die Bruchdehnung des zusammengesetzten Cordfadens auf demselben Niveau war wie die des einzelnen Nyloncordfadens.
  • Wie oben dargestellt, können sowohl Schnittfestigkeit als auch Steifheit des Reifens verbessert werden, indem der zusammengesetzte Cordfaden gemäß der vorliegenden Erfindung bei unterschiedlichen Reifenarten als der Cordfaden zum Verstärken des Kautschuks anstelle des konventionellen Nyloncord- und Polyestercordfadens verwendet wird, wodurch zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Reifens maßgeblich beigetragen wird.

Claims (4)

1. Zusammengesetzter Cordfaden zum Verstärken von Kautschuk, enthaltend einen einer Resorzin-Formalin-Latex-Behandlung unterworfenen zentralen Nylon- oder Polyesterfasercordfaden (1), um den eine Mehrzahl metallischer Fäden (2, 3) gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Fäden wenigstens zwei messingüberzogene Stahldrähte mit einem Kohlenstoffgehalt von wenigstens 0,65 Gew.-% und einem Durchmesser von 0,12 bis 0,25 mm umfassen, die in entgegengesetzten Richtungen um den Nylon- oder Polyesterfasercordfaden (1) gewickelt sind, um eine erste und zweite Lage zu bilden, deren jede eine Wickelsteigung im Bereich von 0,4 bis 7 mm aufweist, wobei die zweite Lage (3) über der ersten Lage (2) liegt und eine Wickelsteigung aufweist, die 1,0 bis 5,0 mal größer ist als diejenige der ersten Lage.
2. Zusammengesetzter Cordfaden nach Anspruch 1, bei dem der zentrale Cordfaden (1) ein Nylonfaden ist.
3. Zusammengesetzter Cordfaden nach Anspruch 1, bei dem der zentrale Cordfaden (1) ein Polyesterfaden ist.
4. Zusammgengesetzter Cordfaden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die auf der Oberfläche des Stahlfeindrahtes (2) mit hohem Kohlenstoffgehalt aufgebrachte Messingschicht aus einer oder mehreren Legierungen auf Cu-Zn-Basis gebildet ist.
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