Hinterqrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erftndung betrifft Kords von sehr hoher
Festigkeit, die aus einem Kern und einer Hülle aus gedrehten
Garnen besteht, die derart um den Kern herum angeordnet sind,
daß der Kord nach seiner Verwendung eine stark verbesserte
Restfestigkeit aufweist. Die gedrehten Garne bestehen im
allgemeinen aus Aramidfasern; und gewöhnlich bestehen sie aus
para-Aramidfasern.
Beschreibung des Standes der Technik
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Das am 12. Juli 1983 auf die Anmeldung von Grill
ausgegebene US-Patent 4 392 341 offenbart eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Drehen mehrerer Garne und zum Fachen dieser zur
Herstellung von Kords. Von der Vorrichtung wird gesagt, daß
sie besonders geeignet ist für den Einsatz von Aramidgarnen,
und sie verwendet eine Platte mit äquidistanten Löchern für
jedes Garn, welche als Fadenführung dienen. Eine Kern/Hülle-
Struktur wird dort nicht offenbart.
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Das auf die Anmeldung von Tingas, am 21. April 1959
ausgegebene US-Patent 2 882 675 offenbart eine Vorrichtung zum
Drehen und Fachen von Garnen zur Herstellung von Kords. Es
wird eine Führungsplatte beschrieben, die mehrere zueinander
äquidistante Löcher sowie ein Loch in der Mitte aufweist. Das
Fachen mehrerer Garne um ein zentrales Garn herum wird dort
nicht offenbart.
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Das am 2. Dezember 1969 auf die Anmeldung von Whewell
ausgegebenen US-Patent 3 481 134 offenbart ein Verfahren zur
Eliminierung von Schlingen in einer Kern/Hülle-Kordstruktur,
in der das Kerngarn in einer zur Drehung der Hüllengarne
engegengesetzten Richtung gedreht wird und die
Gesamtkordstruktur
in der gleichen Richtung gedreht wird wie das
Kerngarn. Die Druckschrift befaßt sich mit Mehrfachkords, bei
denen der Kern die gleiche Größe hat wie die Garne der Hülle.
Die Beziehung zwischen den Kern- und Fachgarnen liegt
vollständig außerhalb der erfindungsgemäßen Formeln.
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Das auf die Anmeldung von Russell et al. am 4. Dezember
1979 ausgegebene US-Patent 4 176 705 offenbart einen
Verbundkord mit einem Kern aus Aramid, der von sechs
Stahlsträngen eingehüllt ist. Die Stahlstränge sollen geringfügig
kleiner sein als der Aramidkern, so daß die Stahlstränge
leicht voneinander getrennt gehalten werden. Der Kern besteht
aus Aramid, da dieses eine lasttragende Zugfestigkeit besitzt.
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Das auf die Anmeldung von Lyons et al. am 17. Juli 1956
ausgegebene US-Patent 2 755 214 offenbart die Herstellung von
Kords, die einen Nylon- oder Polyesterkern und eine Hülle aus
um den Kern gedrehten Rayongarnen von niedrigem Modul
aufweisen. In der Druckschrift geht es um die Verbesserung des
Kriechverhaltens der niedermoduligen Rayongarne und irgendein
Verlust der Kordfestigkeit wegen der Kompressionsermüdung bei
hochmoduligen Garnen ist dort nicht erkannt worden.
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Das US-Patent 4 651 514 offenbart ein Garn für die
Verwendung bei der Herstellung von Schutzüberzügen, welches einen
Kern aus einem Nylonmonofilament und eine Hülle aus
beispielsweise zwei Aramidgarnen umfaßt.
Zusammenfassunq der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Kord mit einem
Kerngarn und einer Mehrzahl von Fachgarnen (Vorlagegarne zum
Fachen), die im gleichen Abstand um das Kerngarn herum unter
Bildung einer Hülle angeordnet sind, zur Verfügung, wobei das
Kerngarn und die Fachgarne aus einer Vielzahl von Filamenten
bestehen, und wobei die Größe des Kerngarns und der Fachgarne
derart ist, daß der Durchmesser des Kerngarns nicht kleiner
ist als der Durchmesser eines Kreises mit einer Fläche, die
gleich dem Raum ist, der in der Mitte einer symmetrisch
beabstandeten Anordnung von Fachgarnen gebildet wird, und der
Durchmesser des Kerngarns nicht größer ist als der Durchmesser
eines Kreises, der durch Verbinden der Berührungspunkte von
Garn zu Garn in einer symmetrisch beabstandeten Anordnung von
Fachgarnen gebildet wird; wobei beide hinsichtlich der
Verschiebung und Wanderung von Fachgarnen bei der
Kordherstellung korrigiert sind. Die Kords der vorliegenden Erfindung
besitzen immer einen Kern und können von drei bis neun oder
mehr Fachgarne aufweisen.
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Kords mit den obenbeschriebenen
Kern-Fachgarn-Größenbeziehungen weisen eine stark verbesserte Restfestigkeit nach ihrem
Einsatz auf. Kords aus hochmoduligen Fasern profitieren
besonders von der erfindungsgemäßen Beziehung.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen solchen Kord zur
Verfügung, der mit polymeren Materialien für verschiedene
Zwecke beschichtet ist und als "imprägnierter Kord" bezeichnet
wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Figuren 1 und 2 sind geometrische Erläuterungen zur
Bestimmung der Grenzen für erfindungsgemäße Kerngarne.
Detaillierte Beschreibunq der Erfindung
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Für viele industrielle Anwendungszwecke werden Fasern
gebraucht, die eine hohe Festigkeit im ungebrauchten Zustand
zeigen, und die gleichzeitig die Fähigkeit besitzen, nach
ihrem Einsatz unter extremen Bedingungen eine sehr hohe
Restfestigkeit beizubehalten. Tatsächlich ist das Erfordernis
einer hohen Festigkeit im ungebrauchten Zustand ein relativ
einfaches Bedürfnis, das erfüllt ist, wenn die fragliche Faser
fest genug ist, um die Spannungen und Dehnungen bei der
Handhabung und Herstellung zu überleben, gleichgültig in welchem
Produkt die Fasern eingesetzt werden. Der kritische Test kommt
beim Gebrauch der Faser, nachdem ermittelt worden ist, daß die
Faser eine ausreichende Festigkeit besitzt, um dem gewünschten
Zweck dienen zu können.
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Bei Faseranwendungsgebieten, wie beispielsweise in
Reifenwänden oder Riemenwerkstoffen, ist eine der wichtigsten
Faserfestigkeitseigenschaften die Festigkeit, die nach dem Einsatz
der Faser, wie beispielsweise nach der Verwendung der Reifen
oder Riemenwerkstoffe, die die Faser enthalten, zurückbehalten
wird. Erfindungsgemäß ist ein Weg gefunden worden, um die
Restfestigkeit erheblich zu verbessern, während eine geeignete
hohe Festigkeit im ungebrauchten Zustand beibehalten wird.
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Es ist festgestellt worden, daß Kords hinsichtlich ihrer
Gesamtfestigkeit nach ihrem Einsatz stark verbessert werden
können, wenn ein Kerngarn in die Mitte der umgebenden Hülle
von Fachgarnen eingefügt wird.
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Darüberhinaus ist festgestellt worden, daß eine bestimmte
Beziehung zwischen der Querschnittsfläche des Kerngarns und
der Querschnittsfläche der Fachgarne in der Kordstruktur
besteht. Wenn der Kernquerschnitt zu klein ist, ist die
Festigkeit des Kords im ungebrauchten Zustand hoch, jedoch ist die
Restfestigkeit nach dem Einsatz etwa so groß wie die einer
Struktur ohne Kern. Wenn der Kernquerschnitt zu groß ist, ist
die Festigkeit des Kords im ungebrauchten Zustand stark
verringert, und die Restfestigkeit nach dem Einsatz ist geringer
als diejenige, die eine Struktur ohne Kern zeigen würde. Wenn
der Kernquerschnitt innerhalb des durch die vorliegende
Erfindung definierten annehmbaren Größenbereiches liegt, ist die
Festigkeit des Kords im ungebrauchten Zustand nur geringfügig
verringert, und die Restfestigkeit nach dem Einsatz ist viel
größer als man erwartet hätte. Der Ausdruck "Fachgarn" bezieht
sich auf ein einzelnes Garn, das mit anderen Fachgarnen
zusammengedreht ist, um eine vollständige Struktur zu ergeben.
Im Falle einer vollständigen Struktur, die einen Kern besitzt,
sind die Fachgarne nur diejenigen Garne, die um den Kern herum
gedreht sind.
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Bei Garnen eines Materials, das einen sehr hohen Modul
besitzt, wie beispielsweise größer als etwa 180 g pro dtex
(200 g pro Denier), besteht eine starke Tendenz zu einem
Festigkeitsverlust beim Gebrauch. Fasern aus organischen
polymeren Materialien mit hohem Modul leiden beim Gebrauch
unter einem starken Festigkeitsverlust wegen der
Kompressionsermüdung. Der Kern der vorliegenden Erfindung beruht auf der
Erkenntnis, daß Kords aus Fachgarnen aus derartigen
organischen polymeren Materialien mit hohem Modul und Kerngarnen für
Abstandszwecke eine überraschend verbesserte
Ermüdungsverlustbeständigkeit aufweisen.
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Erfindungsgemäß einsetzbare Fachbarne sind im allgemeinen
irgendwelche Garne, die aus einer Vielzahl von Filamenten aus
synthetischen organischen Materialien mit hohem Modul,
insbesondere aromatischen Polyamiden bestehen. Aromatische
Polyamide sind als Aramide bekannt, und das bevorzugte Aramid ist
Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPD-T). Die Fachgarne weisen
gewöhnlich 100 bis immerhin 2000 oder 3000 Einzelfilamente
auf. Poly(p-phenylenterephthalamid) bedeutet das Homopolymere,
das bei einer Mol-für-Mol-Polymerisation von p-Phenylendiamin
und Terephthaloylchlorid entsteht, und es bedeutet auch
Copolymere, die durch Einarbeitung geringer Mengen eines
anderen aromatischen Diamins neben dem p-Phenylendiamin und
geringer Mengen eines anderen aromatischen Disäurechlorids
neben dem Terephthaloylchlorid entstehen. Als allgemeine Regel
können andere Diamine und aromatische Diamine und andere
Disäurechloride und aromatische Disäurechloride in Mengen von
bis immerhin etwa 10 Molprozent des p-Phenylendiamins oder des
Terephthaloylchlorids, oder vielleicht etwas mehr, eingesetzt
werden, vorausgesetzt, daß die anderen Amine und Säurechloride
keine reaktiven Gruppen besitzen, die die
Polymerisationsreaktion stören oder die Eigenschaften des Polymeren übermäßig
ändern. Es ist verständlich, daß
Poly(p-phenylenterephthalamid)-Fasern,
die derartige kleine Mengen an anderen Aminen
und Säuren enthalten, physikalische Eigenschaften aufweisen
können, die sich geringfügig von denjenigen unterscheiden, die
man erhalten hätte, wenn keine anderen Diamine oder Säuren
anwesend waren.
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Der Ausdruck "Kern" bezieht sich auf ein Garn, das im
Mittelpunkt einer vollständigen Struktur angeordnet ist. Die
erfindungsgemäßen Kerne sind im allgemeinen Garne, die eine
Vielzahl von Filamenten aus verschiedenen polymeren Materialien
aufweisen. Die Garne umfassen gewöhnlich 10 bis 1500
Einzelfilamente. Die Kernfasern sollten eine Vielzahl von Filamenten
aufweisen, um während der Kordzwirnverfahren
Anpassungsfähigkeit und geeignete Handhabungseigenschaften zu ergeben. Die
Kerne können aus irgendeinem Fasermaterial bestehen, das
natürlich oder synthetisch ist. Bevorzugte Materialien
umfassen aromatische Polyamide, Polyester, Rayon, Nylon und
dergleichen.
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Der Ausdruck "Kord" betrifft eine vollständige Struktur
aus gedrehten Fachgarnen und, falls zutreffend, einem Kern.
Die Anzahl der Fachgarne in einem Kord kann von drei bis neun
oder mehr reichen. Bei der Kordkonstruktion sind die einzelnen
Garne - Fachgarne und Kern - im allgemeinen gedreht; und dann
werden diese Garne zur Herstellung des Kords zusammengedreht.
Beim Zusammendrehen werden die Fachgarne und das Kerngarn
etwas Spannung ausgesetzt, und die Fachgarne einer Drehung
unterzogen, die derjenigen des Kords entgegengesetzt ist. Bei
der Durchführung der vorliegenden Erfindung wurde
festgestellt, daß der Grad der Spannung wichtig ist, wenn der Kern
relativ klein ist, um sicherzustellen, daß das Kerngarn
während des Kordzusammenbaus gerade bleibt. Als allgemeine
Regel gilt, daß die einzelnen Garne in eine Richtung gedreht
und dann in der entgegengesetzten Richtung zusammengedreht
werden. Wenn ein Garn oder Kord von der Seite betrachtet wird,
kann die Drehung eine "Z"-Drehung sein, wenn das einzelne Garn
oder Kordelemente von rechts oben nach links unten verlaufen.
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Andererseits nennt man eine Drehung eine "S"-Drehung, wenn das
einzelne Garn oder die Kordelemente von links oben nach rechts
unten verlaufen.
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Bei der Konstruktion der erfindungsgemäßen Kords mit Kern
hat sich als wichtig herausgestellt, dem Kerngarn vor der
Kordkonstruktion eine Vordrehung zu verleihen. Das heißt, das
Kerngarn sollte eine Drehung aufweisen, bevor es in die
Kordherstellungsmaschine eingeführt wird; und diese Drehung
sollte in der Richtung entgegengesetzt sein von der
endgültigen Drehung des Kords. Der Grad der Kernvordrehung sollte
derart sein, daß die endgültige Drehung des Kerns im fertigen
Kord relativ gering ist. Während die Fachgarne bei der
Kordherstellung um den Kern herum gedreht werden, besteht auch bei
dem Kerngarn eine Neigung, gedreht zu werden. Die
Kerngarnvordrehung sollte derart sein, daß sie der während der
Kordherstellung auftretenden Drehung entgegenwirkt.
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Bei allen Kernen ist es im allgemeinen wichtig, und dies
gilt insbesondere für Kerne, die sich nahe der oberen Grenze
für die Kerngröße finden, daß der Kord in der Weise
hergestellt wird, daß das Kerngarn eine Drehung von 13z bis 13s
Drehungen pro cm (5z bis 5s) aufweist, wobei eine Nulldrehung
bevorzugt wird. Kerngarne mit nur einem geringen Grad an
Drehung können sich leichter den Formen anpassen, die für die
wirksamste Abstandshaltung bei der Kordherstellung
erforderlich sind.
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Der Ausdruck "imprägnierter Kord" bezieht sich auf einen
Kord, der mit polymeren Materialien beschichtet worden ist,
die so gestaltet sind, daß sie die Haftung des Kords an
Matrixmaterialien, wie beispielsweise Kautschuk, wie dies
beispielsweise bei der Reifenherstellung der Fall ist,
verbessern. Im üblichsten Fall werden die Kords in
Überzugszusammensetzungen getaucht, während sie unter einem gewissen
Grad Spannung gehalten werden, und dann werden sie für die
weitere Verarbeitung getrocknet. Üblicherweise gibt es mehr
als eine Beschichtung; und die Beschichtungen werden unter
einen großen Vielzahl von Materialien ausgewählt,
einschließlich Epoxyharzen, Isocyanaten und verschiedenen Resorcin-
Formaldehyd-Latexmischungen.
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Nach dem Tauchen werden die Kords üblicherweise zu einer
anderen Struktur gehärtet, wie beispielsweise zu einem
Gummireifen oder einem faserverstärkten Riemenwerkstoff.
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Zur Herstellung von Kords kann eine Vielzahl von Größen
der Kerngarne und Fachgarne verwendet werden. Wie schon zuvor
erwähnt, handelt die vorliegende Erfindung von einer
kritischen Beziehung zwischen den Querschnittsflächen der Kerne und
der Fachgarne in einer Struktur mit Kern. Es wurde
festgestellt, daß ein Kern in einen Kord eingefügt werden kann,
wobei er als Abstandshalter für die Fachgarne dient und daß
ein solcher Kern, wenn er die richtige Größe besitzt, die
Restfestigkeit des Kords nach ausgiebiger Biegebeanspruchung
erhöht und die Festigkeit im ungebrauchten Zustand nicht
wesentlich verringert.
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Es ist festgestellt worden, daß das Kerngarn als
Abstandselement in der erfindungsgemäßen Kordkonstruktion mit Kern
dient, und daß der Kern für den Kord von einem kleinen oder
von keinem Vorteil ist, wenn die Querschnittsfläche des Kerns
kleiner ist als der Raum in der Mitte einer symmetrisch
beabstandeten Anordnung von Fachgarnen. Wenn der Kern andererseits
zu groß ist, besteht eine Neigung des Kerns aus der
Kordkonstruktion auszutreten und eine Schlingenbildung und
Unregelmäßigkeiten in der Gestalt des Kords zu verursachen. Ein zu
großer Kern verursacht eine starke Abnahme der Restfestigkeit
des Kords nach dem Biegen. Es ist festgestellt worden, daß der
Kern nicht größer sein sollte als der Kreis, der durch die
Berührungspunkte von Garn-zu-Garn in einer symmetrisch
beabstandeten Anordnung von Fachgarnen gebildet wird. Sowohl
die minimale Kerngröße als auch die maximale Kerngröße sollten
bezüglich der Verschiebung und Wanderung der Filamente bei der
Kordherstellung korrigiert werden.
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Das das Kerngarn und die Fachgarne etwas flexibel sind,
und da einzelne Filamente während der Kordherstellung
verschoben werden oder wandern können, wurde in praktischer
Hinsicht festgestellt, daß die minimale Kerngröße geringfügig
-größer sein sollte als die Fläche des Raumes in der Mitte der
Fachkerne, und daß die maximale Kerngröße geringfügig größer
sein sollte als der Kreis, der durch die Berührungspunkte von
Fachgarn zu Fachgarn gebildet wird. Es ist festgestellt
worden, daß soviel wie 25% Justierung beim Radius der
Kernkords notwendig ist, um die Verschiebung oder Wanderung der
einzelnen Filamente während der Kordherstellung zu gestatten.
Die Justierung wird sowohl für die obere Grenze als auch für
die untere Grenze gemacht.
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Die Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines
Dreifachkordes, der aus den Fachgarnen 1, 2 und 3 mit den
Radien R besteht. Die Fachgarne bilden bei gegenseitiger
Berührung einen Zentralraum 4 von im allgemeinen trigonaler
Gestalt mit gebogenen Seiten. Darüberhinaus beschreiben die
Garn-zu-Garn-Berührungspunkte, sofern die Fachgarne sich
gegenseitig berühren, einen Kreis 5 mit dem Radius r. Bei
einem Kord mit drei Fachgarnen mit den Radien r wurde somit
der minimale Radius für das Kerngarn (rmin) als derjenige
Radius ermittelt, der einen Kreis mit einer Fläche ergibt, die
gleich dem zentralen Raum 4 ist; und für den maximalen Radius
des Kerngarns (rmax) wurde festgestellt, daß er eine
kompliziertere Funktion der Anzahl und des Radius der Fachgarne
(R) ist; wobei bezüglich der Verschiebung und Wanderung der
Filamente korrigiert sind.
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Zur Ermittlung der Beziehung zwischen dem Fachgarnradius
und dem minimalen Kernradius in Fig. 1 ist festzustellen, daß
der Winkel DBC dreißig Grad beträgt, und daß DBC ein
rechtwinkliges Dreieck darstellt.
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Die Fläche des Dreieckes DBC ist 1/2 (DB) (CD), wobei (DB)
gleich R ist; und (CD) gleich (DB) tan Θ ist. Die Fläche des
Sektors DBE ist (30/360)π(R²). Der Anteil DEC des
Zentralraumes ist gleich der Fläche des Rechteckes DBC minus der Fläche
des Sektors DBE:
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[(1/2)(R)(R)(tan 30)] - [(30/360)π(R)²]
R²[(1/2)(tan 30) - (1/12)π]
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Die Fläche des gesamten zentralen Raumes ist gleich sechsmal
des Anteils DEC, oben, wie folgt:
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R²[3 tan 30 - π/2] - R²(0 1613)
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und der Radius für einen Kreis mit dieser Fläche ist:
-
Um die Beziehung zwischen dem Fachgarnradius und dem
maximalen Kernradius zu bestimmen, ist zu beachten, daß die
Länge von CD gleich r ist. Der tan Θ ist gleich CD/DB = r/R.
Durch Auflösung nach r ergibt sich die folgende Beziehung für
den Kreis, der die Berührungspunkte zwischen benachbarten
Fachgarnen verbindet:
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rmax = R(tan θ) = R(0,577)
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Für eine allgemeinere Anwendung zeigt Fig. 2 eine
vereinfachte Darstellung eines Kords, der aus n Fachgarnen
hergestellt worden ist, wobei jedes einen Radius R besitzt. Die
Fachgarne ergeben bei gegenseitigem Kontakt eine zentralen
Raum 9. Zusätzlich bilden die Garn-zu-Garn-Berührungspunkte,
wenn die Fachgarne im gegenseitigen Kontakt stehen, einen
Kreis mit dem Radius r. Der minimale Kernradius ist der
korrigierte Radius eines Kreises mit einer Fläche der Größe
des zentralen Raumes 9, und der maximale Kernradius ist der
korrigierte Radius des Kreises, der durch die Garn-zu-Garn-
Berührungspunkte gebildet wird, r.
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Zur Bestimmung des minimalen Kernradius in einem Kord mit
n Fachgarnen ergibt sich die Fläche des Dreieckes DBC zu:
wobei
bedeuten
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Die Fläche des Sektors DBE ist:
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Die Fläche des zentralen gesamten Raumes eines Cords mit n
Fachgarnen ist:
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und der Radius für einen Kreis mit dieser Fläche ist:
-
Der Radius eines Kreises, der die
Garn-zu-Garn-Berührungspunkte eines Cords mit n Fachgarnen verbindet, ist:
-
Die allgemeinen Korngrößenbeziehungen sind daher wie
folgt:
Kern
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worin r der Radius des Kerngarns
-
R der Radius des Fachgarns
-
n die Anzahl der Fachgarne im Kord und
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125% die Korrektur für die Verschiebung und Wanderung
der einzelnen Filamente bedeuten.
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Aus der obigen Analyse ist zu erkennen, daß die Grenzen
für annehmbare Kerngrößen leicht aus der Größe, der Art und
der Anzahl der Fachgarne und der Art des Kerngarns bestimmt
werden können.
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Zur Bestimmung der Querschnittsflächenbeziehungen der
verschiedenen Garne muß die Feinheit des Garnes sowie auch die
Dichte des polymeren Materials, aus dem die Garne hergestellt
worden sind, bekannt sein.
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Ein 2700 dtex (3000 Denier) Garn aus
Poly(p-phenylenterephthalamid) besitzt einen Radius von etwa 0,325 mm (12,8
mils) und eine Querschnittsfläche von etwa 0,332 mm² (515
mils²).
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Unter Verwendung eines Dreifachkords aus einem solchen
Garn als Beispiel für Berechnungszwecke ergibt sich,
Kern
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Auf der Basis der Berechnung, das ein 2700 dtex (3000
Denier) Garn aus Poly(p-phenylenterephthalamid) einen Radius
von 0,325 mm und eine Querschnittsfläche von 0,332 mm²
besitzt, können die folgenden Eigenschaften für eine Vielzahl
von Kerngarnen aus unterschiedlichen Materialien bestimmt
werden:
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Unter Verwendung der Kernradiusgleichungen und der auf die
Fläche bezogenen Feinheit der oben genannten Materialien
können die Kernradien und Feinheiten für einen Kord bestimmt
werden, der drei Fachgarne aus 3000 Denier
Poly(p-phenylenterephthalamid) aufweist:
Testverfahren
Feinheit (Denier)
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Die Feinheit (Denier) eines Garns wird durch Wiegen einer
bekannten Länge des Garns bestimmt. Der Denier ist definiert
als das Gewicht, in Gramm, von 9000 Metern des Garns. Die
Multiplikation des Deniers mit 1,111 ergibt die lineare Dichte
des Garns in dtex.
Zugeigenschaften
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Die Zugfestigkeit wird als Bruchspannung, dividiert durch
die lineare Dichte, angegeben. Der Modul wird als Steigung der
anfänglichen Spannungs/Dehnung-Kurve, umgewandelt in die
gleichen Einheiten wie die Zugfestigkeit, angegeben. Die
Dehnung ist die prozentuale Zunahme der Länge beim Bruch.
Sowohl die Zugfestigkeit als auch der Modul werden zunächst in
Gramm/Denier-Einheiten errechnet, die dann, wenn sie mit
0,8826 multipliziert werden, dN/tex-Einheiten ergeben. Jede
angegebene Messung stellt den Durchschnitt von 10 Brüchen dar.
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Auf Zugeigenschaft untersuchte Garne werden bei 24ºC und
55% relativer Feuchtigkeit gemessen, nachdem sie unter den
Testbedingungen mindestens 14 Stunden konditioniert worden
sind. Vor der Untersuchung wird jedes Garn auf eine
Drehungszahl von 1,1 gedreht. Die Drehungszahl (TM) korreliert die
Drehung pro Einheitslänge mit der linearen Dichte eines Garns,
das gedreht wird. Sie wird berechnet aus
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TM = (Denier)1/2 (tpi)/73, wobei tpi = Drehungen pro Inch
bedeutet;
-
TM = (dtex)1/2 (tpc)/30,3, wobei tpc = Drehungen pro cm
bedeutet.
-
Jede gedrehte Probe hat eine Testlänge von 25,4 cm und wird
pro Minute um 50% (bezogen auf die ursprüngliche, nicht
gedehnte Länge) unter Verwendung ein gewöhnlichen
Spannungs/Dehnungs-Aufzeichnungsvorrichtung gedehnt.
Biegetest (Scheibenermüdung).
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Das primäre Mittel zur Bestimmung der Restfestigkeit von
gebrauchten Kords erfolgt durch die Bestimmung der
Ermüdungsfestigkeit mit Hilfe eines Tests, der in den ASTM Standards
beschrieben ist. Die Ermüdungsbeständigkeit kann als die
Fähigkeit eines Kords betrachtet werden, einem Abbau zu
widerstehen, wenn er wiederholten Zyklen der Belastung, wie
beispielsweise Kompression, ausgesetzt wird.
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Zur Durchführung des Ermüdungswiderstandstestes werden die
zu untersuchenden Garne gedreht und getaucht, und die
Tauchüberzüge gehärtet. Die imprägnierten Kords werden dann in
Kautschuk gehärtet und einem Scheibenermüdungstest ausgesetzt,
wie der in ASTM Teil 24, Appendix, Seite 177 (1966)
beschrieben wird.
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Bei dem Test wird ein in Gummi eingebetteter Kord einem
zyklischen Spannen und/oder Komprimieren ausgesetzt, um den
Ermüdungseinfluß auf die Eigenschaften des Kords zu bestimmen.
Die Scheibenermüdungstestvorrichtung ist eine Vorrichtung, die
von B.F. Goodrich Company entwickelt und patentiert worden ist
(US-Patent 2 595 069). Es umfaßt zwei gegenüberliegende
Scheiben, die um Achsen rotieren, die einen kleinen Winkel
bilden, so daß ein auf und zwischen die Scheiben montierter
Probekörper seine Länge ändert, wenn die Scheiben um ihre
Achsen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit rotieren, wobei
jedes Ende der Kords im wesentlichen senkrecht zu einer der
Scheibenflächen steht. Die Ergebnisse dieses Tests sind
abhängig von dem Modul des verwendeten Kautschukmaterials, dem
Abstand und dem Winkel zwischen den Scheiben der
Testvorrichtung und der Anzahl der Kords im Gummiblock jeden
Testkörpers. Bei den hier durchgeführten Tests gibt es eine Kordlänge
pro Block, und er wird nur der Kompression ausgesetzt.
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Die zu untersuchenden Garne werden auf eine Zwimmaschine
gebracht und in eine Richtung gedreht, normalerweise um eine
"Z" Drehung zu erreichen. Die gedrehten Garne werden in
entgegengesetzte Richtung zusammengedreht, um eine fertige
Kordstruktur zu erhalten. Der erhaltene Kord wird dann in ein
Grundschichtbad getaucht, und die Grundschicht wird für eine
Minute bei 243ºC gehärtet. Die mit der Grundschicht versehenen
Kords werden in ein Bad aus einer Deckschichtzusammensetzung
getaucht, und diese Deckschicht wird für eine Minute bei 232ºC
gehärtet. Obgleich Grundüberzüge und Decküberzüge zur
Gewährleistung einer guten Haftung an Gummi gut bekannt sind, und
jede Art von Grundüberzugs- und Decküberzugsmaterialien
verwendet werden kann, die eine wirksame Haftung an Gummi oder
irgendeiner Matrix, welche mit den Kords verwendet wird,
gewährleistet, sind die hier verwendeten Materialien die
folgenden: Für den Grundüberzug wurde die Formulierung
verwendet, die als IPD-31 in Tabelle II von "Technical
Symposiums", Akron Rubber Group, Inc., 1977-1978, Seite 111
bezeichnet ist. In dieser Formulierung können 0,37 Teile NaCO&sub3;
als Ersatz für 0,28 Teile NaOH verwendet werden. Für den
Decküberzug wurde die Formulierung verwendet, die in Tabelle
IV der erwähnten Literaturstelle "Technical Symposiums" als
PFR-1 bezeichnet wird, wobei zur weiteren Erhöhung der Haftung
11,92 Teile eines Wachses zugegeben werden, welches als
Heveamul-M-111B (45% Feststoffe) (im Handel erhältlich von
Heveatic Corp. Fall River, MA, USA) bezeichnet wird. Das Wachs
kann zusammen mit der Schwarzdispersion und nach der
Alterungsstufe hinzugesetzt werden; wobei die Menge an Wasser in
der Formulierung um diejenige Menge an Wasser reduziert wird,
die mit der Wachsdispersion hinzugegeben wird. Die mit dem
Decküberzug versehenen Kords werden in einer
Kautschukzusammensetzung wie folgt gehärtet:
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* gesättigter polymerisierter Petroleum-Kohlenwasserstoff
(C.P. Hall Company).
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** N-Oxydiethylenbenzothiazol-2-sulfenamid (American
Cyanamid Co.)
-
Octylphenolformaldehyd (Summit Chemical Co.)
-
Polymerisiertes Trimethyldihydrochinolin (R.T. Vanderbilt
Co., Inc.)
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Diese Kautschukmischung muß nach dem Kalandrieren auf eine
Dicke von 0,075 in (1,90 mm) und 20 minütigem Härten bei 160ºC
einen 300% Modul von 1250-1550 psi (8,62 - 10,69 MPa)
aufweisen.
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Jeder Testprobekörper weist zwei Schichten der
Kautschukmischung auf, die so gestaltet sind, daß sie die Härtungsform
des Testgerätes geringfügig mehr als ausfüllen, wobei zwischen
ihnen ein einzelner Kord der Länge nach angeordnet ist. Die
Form ist so gestaltet, daß sie Probekörper ergibt, wie sie
nachstehend beschrieben sind. Die überschüssige Mischung
fließt während des Härtens aus den Garnführungsöffnungen an
den Enden der Form heraus, so daß die Kords gestreckt und frei
von Kompressionen bleiben. Die Länge jedes Probekörpers, so
wie er zwischen die Scheiben montiert ist, beträgt 1,000 inch
(25,4 mm), jedoch muß hier so zugeschnitten und geformt
werden, daß er geeignete Endabschnitte aufweist, um in die
Befestigungsvorrichtung des verwendeten Testgerätes zu passen.
Ein 100 g Gewicht wird während des Härtens an die Kordschlinge
gehängt. Die Kautschukmischung wird 40 min bei 150ºC ± 2ºC
gehärtet. Der gehärtete Kautschuk wird abgekühlt, bevor die
Spanngewichte entfernt werden; und die Proben werden vor dem
Testen wenigstens 8 Stunden in feuchtigkeitsfreier Luft
aufbewahrt. Die Probekörper sind in jedem Bereich, der der
Ermüdung unterzogen wird, 0,5 in (1,27 cm) breit und 0,438 in
(11,11 mm) dick.
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Die Garne werden, nachdem sie in die Gummiblöcke
eingehärtet worden sind, als Testprobekörper an der Peripherie der
Scheiben in einer Scheibenermüdungstestvorrichtung montiert,
wie beispielsweise in der oben beschriebenen
Scheibenermüdungstestvorrichtung der Firma W.F. Goodrich, die von der
Ferry Machine Co., Kent, Ohio in den Handel gebracht wird.
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Die Scheiben nehmen normalerweise mehrere Probekörper
gleichzeitig auf. Jeder Probekörper wird genau dort zwischen
die Scheiben montiert, wo die Scheiben um genau ein Inch (ihr
maximaler Abstand) voneinander getrennt sind. Die Scheiben
sind zuvor so justiert worden, daß während des Testens eine
maximale 15%ige Kompression auftritt (der minimale Abstand
zwischen den Scheiben beträgt 0,850 in (21,59 mm)). Die
Atmosphäre, innerhalb welcher der Test durchgeführt wird,
befindet sich bei 75ºF (24ºC). Der Test dauert 6 Stunden bei
einer Geschwindigkeit von 2700 ± 30 UpM. Die Probekörper
werden bei dem 1,000 in (25,4 mm) Abstandspunkt von den
Scheiben entfernt, bevor sie abkühlen konnten. Jeder wird 16
Stunden bei 70ºC in Perchlorethylen getränkt. Einige Minuten
nach der Entfernung aus diesem Bad, um überschüssiges
Lösungsmittel abtropfen zu lassen, wird jeder Kord vorsichtig aus dem
gequollenen Gummi herausgezogen. Nach dem Konditionieren
während 48 Stunden bei 55 ± 2% relativer Feuchtigkeit und 75 ±
2ºF (24 ± 1ºC) werden die Bruchfestigkeiten gemessen. Die
Probenlängen zwischen den Einklemmbacken betragen 10 in (25,4
cm) und die Dehnungsgeschwindigkeit beträgt 50 Prozent/min,
wobei nur Klemmbacken des Instrontyps "4D" verwendet werden,
und die Bruchfestigkeit wird nur dann akzeptiert, wenn der
Bruch innerhalb der Ein-Inch Ermüdungslänge des Kords erfolgt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
BEISPIEL 1
-
Als Beispiel der vorliegenden Erfindung wurden
verschiedene Kords hergestellt, indem verschiedene Arten und Größen
von Kerngarnen in einen Dreifachkord aus
Poly(p-phenylenterephthalamid) Garnen eingefügt wurden. Die Fachgarne waren
im Handel erhältliche Garne der Bezeichnung 3000-1333 R80-950
Mischung IF213, und sie wurden E. I. du Pont de Nemours and
Company unter der Bezeichnung KEVLAR in den Handel gebracht.
-
Vor der Kordherstellung waren die Fachgarne 2700 dtex
(3000 Denier), 1333 Filamentgarne mit einer 2Z Drehung (2
Drehungen pro Zentimeter) (5z Drehung (5 Drehungen pro Inch)),
und sie wurden mit einer Drehung von etwa 25 (2 Drehungen pro
Zentimeter (5s (5 Drehungen pro Inch)) zu Kords verarbeitet,
um einen Korddrehungsfaktor von 6,5 bis 7,2 nach dem
Imprägnieren zu erhalten. Die Kerngarne wurden unter Nylon
(6,6), Poly(p-phenylenterephthalamid), Polyester
(Polyethylenterephthalat) und Rayon ausgewählt.
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Unter Verwendung der im Rahmen der vorliegenden Erfindung
weiter oben abgeleiteten Gleichungen sind die geeigneten
Kerngrößenbereiche für die oben erwähnten Fachgarne und die
oben erwähnten Kernarten wie folgt:
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Die Testkords wurden unter Verwendung der oben erwähnten
Kerne zusammengedreht, wobei die Kerne in verschiedenen Größen
und Kerngarndrehungsgraden verwendet wurden. Die Testkords
wurden nach dem weiter oben unter dem
Scheibenermüdungstestverfahren beschriebenen Verfahren mit einem Grundüberzug und
einem Decküberzug versehen. Die überzogenen Kords wurden dann
in die Kautschukmischung eingebettet; und aus den erhaltenen
Gummiblöcken wurden, wie jeweils oben beschrieben,
Testprobekörper hergestellt. Die Testprobekörper wurden dem
Scheibenermüdungstest unterzogen, wobei die Probekörper sechs Stunden
unter denjenigen Testbedingungen, wie sie oben und in ASTM,
Teil 24, D 885, Tests für Reifenkords aus synthetischen
Fasern, Seite 177 und folgende, beschrieben sind, Zyklen einer
15%igen Druckspannung unterzogen. Ein Kontrollkord aus
Fachgarnen ohne Kern wurde ebenfalls dem Scheibenermüdungstest
unterzogen.
-
Die Kords wurden zum Testen der Zugeigenschaft aus den
Gummiblöcken entfernt. Die Ergebnisse der Tests sind in den
nachfolgenden Tabellen angegeben. Tabelle 1 zeigt die
Zugfestigkeiten von erfindungsgemäßen imprägnierten Kords im
ungebrauchten Zustand bei verschiedenen Kerngarnen; und
Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der Restfestigkeiten (nach dem
Scheibenermüdungstest) von Kords mit und ohne Kerngarnen.
Festzuhalten ist, daß die Scheibenermüdungswirksamkeit
erhalten wird, indem die Bruchfestigkeit eines Kords mit Kern
nach dem Scheibenermüdungstest durch die Bruchfestigkeit eines
Kords ohne Kern nach dem gleichen Scheibenermüdungstest
dividiert und mit 100 multipliziert wird.
TABELLE 1
ZUGFESTIGKEIT VON IMPRÄGNIERTEM KORD (Gramm pro dtex)
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* Zwischen den Fachgarnen traten Lücken auf, was ein
Anzeichen dafür ist, daß der Kern zu groß war.
-
** Der Kern platzte aus der Fachgarnhülle heraus und bildete
Schlingen.
(TABELLE 1
ZUGFESTIGKEIT VON IMPRÄGNIERTEM KORD (Gramm pro dtex)
-
* Zwischen den Fachgarnen traten Lücken auf, was ein
Anzeichen dafür ist, daß der Kern zu groß war.
-
** Der Kern platzte aus der Fachgamhülle heraus und bildete
Schlingen.
TABELLE 2
SCHEIBENERMÜDUNGSWIRKSAMKEIT
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¹ Die Kernspannung betrug während der Cordkonstruktion 60 g
-
² Die Kernspannung betrug während der Cordkonstruktion 150 g
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* Zwischen den Fachgarnen traten Lücken auf, was ein
Anzeichen dafür ist, daß der Kern zu groß war.
-
** Der Kern platzte aus der Fachgarnhülle heraus und bildete
Schlingen.
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³ 444 dtex
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&sup4; 1111 dtex
-
&sup5; 1221 dtex