DE69113078T2 - Faserverstärkter Gummi. - Google Patents

Faserverstärkter Gummi.

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen faserverstärkten Gummi, insbesondere auf eine Verstärkung, die in einen Gummi eingebettet ist.
  • Da ein hohe Plessley-Festigkeit, eine hohe Elastizität, eine hohe Dimensionsstabilität und eine hohe Haftfestigkeit für Gummis, wie bspw. einen Riemen, einen Reifen und einen Schlauch, gefordert worden ist, wird ein aus Fasern bestehender Verstärkungskord oder eine Verstärkungsleinwand in den Gummi eingebettet. Generell wird ein Kord aus verzwirnten bzw. gedrillten Garnen für die Verstärkung verwendet. Das Garn kann in der Gesamtheit gedrillt sein, es kann davon nur die Hälfte gedrillt sein oder es kann als Gleichschlag vorliegen. Die Garne, bei denen alle gedrillt sind, sind für die Verstärkung für einen Gummi am häufigsten.
  • Bei einem durch ein gedrilltes Garn verstärkten Gummi, wie bspw. einem industriellen Riemen, wie bspw. einem Getrieberiemen und einem Förderriemen, wird jedoch die Beibehaltung der Plessley-Festigkeit und die Beibehaltung des Elastizitätsmoduls als Folge eines vielfach gedrillten Drallgarnes erniedrigt. Dies zeigt, daß die Beibehaltung der Plessley- Festigkeit und die Beibehaltung des Elastizitätsmoduls nach einer bestimmten Anzahl von Verzwirnungen abfällt.
  • Ein durch ein nicht verzwirntes Garn verstärkter Gummi ist zur Lösung der vorstehenden Probleme (Beibehaltung der Plessley-Festigkeit und Beibehaltung des Elastizitätsmoduls) bekannt geworden. Obwohl die Beibehaltung der Plessley- Festigkeit und die Beibehaltung des Elastizitätsmoduls abfällt, wenn die Anzahl der Verzwirnungen eines Garns groß ist, kann eine hohe Beibehaltung der Plessley-Festigkeit und die Beibehaltung des Elastizitätsmoduls erhalten werden, wenn die Anzahl der Verzwirnungen eines Garns klein ist, sozusagen weniger verdrillt. Ein bei der optimalen Beibehaltung der Plessley-Festigkeit und der Beibehaltung des Elastizitätsmoduls lose verzwirntes bzw. gedrilltes Garn wird daher als geeignet für einen Gummi angesehen.
  • Da ein mit einem nicht verzwirnten Garn oder mit einem weniger verzwirnten Garn verstärkter Gummi jedoch Nachteile aufweist, wie bspw. eine schwache Dimensionsstabilität, und da sein Querschnitt bei einer äußeren Beanspruchung leicht verformt wird, wird leicht eine Zerstörung des Filaments an einer Berührungsfläche mit der Verstärkung bewirkt.
  • Ein geflochtener Kord ist für verschiedene Zwecke hergestellt worden (siehe bspw. US-A-14 00 301). Da die Dimensionsstabilität als Folge seiner strukturellen Merkmale bei dem zylindrisch geflochtenen Kord besonders hoch ist, werden mehr als vier und eine gerade Anzahl von Korden zur Ausbildung eines hohlen Teils geflochten, wobei die Dimensionsstabilität eines Gummis verbessert und die Beibehaltung der Plessley-Festigkeit und die Beibehaltung des Elastizitätsmoduls einer Verstärkung ebenfalls hoch gehalten werden, wenn ein zylindrisch geflochtener Kord für eine Verstärkung eines Gummis verwendet wird.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Dimensionsstabilität eines Gummis zu verbessern neben einer Verbesserung der Beibehaltung der Plessley-Festigkeit und der Beibehaltung des Elastizitätsmoduls durch die Bereitstellung eines ungezwirnten Garnes oder eines weniger gezwirnten Garnes in einem mittleren hohlen Teil eines zylindrisch geflochtenen Kords.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu erreichen, wird eine Verstärkung, die in einen Gummi eingebettet ist, durch einen zylindrisch geflochtenen Kord ausgebildet, der in einer zylindrischen Ausbildung aus mehr als vier und einer geraden Anzahl von Garnen geflochten ist, und es ist ein mittlerer Kord innerhalb des Hohlraumes vorgesehen. Der Zwirnkoeffizient wird auf weniger als 350 eingestellt, wobei der Zwirnkoeffizient K ausgedrückt ist durch die folgende Gleichung, in welcher T die Drallzahl pro 10 cm und D das gesamte Denier ist:
  • K=T D
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Fig. 1 ist ein vergrößerter seitlicher Vertikal schnitt eines zylindrisch geflochtenen Kords.
  • Fig. 2 ist ein vergrößerter vorderer Vertikalschnitt eines zylindrisch geflochtenen Kords.
  • Fig. 3 ist ein vergrößerter vorderer Vertikalschnitt eines Zahnriemens.
  • Fig. 4 ist ein Schaubild zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Zwirnkoeffizienten und der Beibehaltung der Plessley-Festigkeit und der Beibehaltung des Elastizitätsmoduls.
  • Fig. 5 ist eine erläuternde Darstellung des Testsystems für die Dehnung.
  • Fig. 6 ist ein Schaubild zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Gewichtsbelastung und der Dehnung eines Riemens.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Eine bevorzugte Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Fig. 3 zeigt einen Zahnriemen A als einen faserverstärkten Gummi. Der Zahnriemen A besteht aus einer Riemenbasis 4 mit einer Streckgummischicht 1 und einer Vielzahl von Zähnen 3, die an einer Seite davon (der Unterseite der Riemenbasis in Fig. 3) ausgebildet sind und aus demsselben Material bestehen, einem Gummi, wie die Streckgummischicht 1 (nur zwei Zähne sind in Fig. 3 gezeigt). Eine Faserverstärkkung 2 ist in die Streckgummischicht 1 der Riemenbasis 4 eingebettet. Eine Leinwandschicht 5 ist an einer Oberseite der Zähne 3 der Riemenbasis 4 angeklebt.
  • Die Verstärkung 2, die in Fig. 1 und 2 vergrößert gezeigt ist, besteht sowohl aus zylindrisch geflochtenen Korden 7 aus mehr als vier und einer geraden Anzahl von Garnen 6 (vier Garnen bei der vorliegenden Ausführungsform) mit einem hohlen Teil 8 und einem mittleren Kord 9, der innerhalb des hohlen Teils 8 des zylindrisch geflochtenen Kords 7 vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kord 9 aus nicht gezwirntem bzw. verdrilltem Garn oder einem lose gezwirnten Garn mit einem Zwirnkoeffizient K von weniger als 350 besteht wobei der Zwirnkoeffizient K ausgedrückt ist durch die folgende Gleichung, bei welcher T die Drallzahl pro 10 cm und D das gesamte Denier ist:
  • K=T D
  • Das Garn 6 kann eine anorganische Faser, eine organische Faser oder eine Metallfaser sein. Weiterhin können ein gesponnenes Garn aus einer kurzen oder einer langen Stapelfaser oder eine Kombination von diesen verwendet werden für das Garn 6, in Abhängigkeit von dem geforderten Verhalten des Zahnriemens A. Eine lange Stapelfaser mit hoher Plessley- Festigkeit und einem hohen Elastizitätsmodul wird bevorzugt.
  • Wenn für das Garn 6 ein Kombinationsgarn verwendet wird, dann muß wenigstens ein Garn eine hohe Plessley-Festigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen.
  • Die Anzahl der Garne 6, die einen zylindrisch geflochtenen Kord 7 ausbilden, kann jede beliebige gerade Anzahl annehmen, wenn sie mehr als 4 beträgt. Um einen Kord mit einer zylindrischen Ausbildung herzustellen, werden mehr als vier und eine gerade Anzahl von Garnen benotigt. Ein symmetrischer hohler Teil 8 kann mit einer ungeraden Anzahl von Garnen nicht ausgebildet werden. Das gesamte Denier des Garns 6 und das Denier des Monofilaments werden gemäß dem geforderten Verhalten des Zahnriemens A ausgewählt. Der mittlere Kord 9 besteht aus demselben oder aus verschiedenen Fasern des vorerwähnten Garns 6 in Abhängigkeit von der Verwendung und der Zielsetzung des Kords.
  • Da sowohl die Beibehaltung der Plessley-Festigkeit und die Beibehaltung des Elastizitätsmoduls hoch ist, wenn K 1 350, wie gezeigt mit den Daten in Fig. 4, wird der Zwirnkoeffizient auf weniger als 350 eingestellt, wobei der Zwirnkoeffizient K ausgedrückt wird durch die folgende Gleichung, bei welcher T die Drallzahl pro 10 cm und D das gesamte Denier ist:
  • K=T D
  • Die Drall- bzw. Zwirnrichtung des mittleren Kords 9 und das Zwirnverfahren (alle Garne sind verzwirnt, die Hälfte der Garne ist verzwirnt oder es besteht ein Gleichschlag) ist nicht auf spezielle Arten begrenzt.
  • Der zylindrisch geflochtene Kord 7 erfährt ein Klebeverfahren, bei welchem der Kord in einem Klebemittel getränkt wird in der Kombination mit einem Epoxyharz, einer Isocyanatverbindung, einer Ethylenharnstoffverbindung und einer Resorcin-Formalinlatex (RFL) usw., sowie ein Streckverfahren, bevor er in die Streckgummischicht 1 eingebettet wird. Das Eintauchverfahren wird für den Klebeprozeß bevorzugt, damit der Klebstoff gleichmäßig von der Oberfläche nach der Innenseite getränkt wird.
  • Das Ergebnis eines Dehnungstests wird durchgeführt für einen Vergleich des wie vorstehend ausgebildeten Zahnriemens A mit einem Vergleichsbeispiel.
    • Ausbildung des Zahnriemens A gemäß der vorliegenden Erfindung
  • Vier 330de Nylonfasern werden für den zylindrisch geformten Kord 7 verwendet, bei dem drei einfach angeordnete 1500de (die gesamte Denierzahl ist 4500de) Kevlar (Produkt von DuPont) von Aramidfasern für einen mittleren Kord 9 verwendet werden, welcher eine Verstärkung 2 bildet.
  • Der zylindrisch geflochtene Kord 7 wird in die Isocyanatverbindung eingetaucht, um eine untere Deckschicht auszubilden, und wird dann in eine verklebende Kombinationsflüssigkeit aus Resorcin-Formalinlatex (RFL) eingetaucht, um eine zweite Deckschicht auszubilden, wird dann weiter in Chloroprengummi eingetaucht, um eine obere Deckschicht auszubilden, und schließlich wird noch ein Streckverfahren durchgeführt mit einer 1g/de Dehnung. Der Zahnriemen A, bei welchem die Verstärkung 2 aus einer Vielzahl zylindrisch geflochtener Korde 7 mit mittleren Korden 9 besteht, die in den mittleren Hohlteilen 8 an der Riemenbasis 4 eingebettet sind, wird mit den folgenden Stufen erhalten: eine Vielzahl zylindrisch geflochtener Korde 7, bei welchen das Streckverfahren abgeschlossen ist, wird spiralförmig an der Streckgummischicht 1 des Chloroprengummis angeordnet, und die Zähne 3 des Chloroprengummis werden darauf ausgebildet, sodaß der zylindrisch geflochtene Kord 7 darauf eingebettet ist, und danach wird das Nylontuch 5 an der Oberfläche der Zähne 3 angeklebt und wird der Gummi ausgehärtet. Das Klebemittel wird gleichmäßig von der Oberfläche nach der Innenseite des zylindrisch geflochtenen Garns 7 während des Klebeverfahrens getränkt.
    • Zahnriemen des Vergleichsbeispiels
  • Drei 1500de (Gesamtdenier ist 4500) Kevlar (Produkt von DuPont) von Aramidfasern werden für den mittleren Kord 9 verwendet. Die anderen Merkmale sind die gleichen wie bei dem Riemen der vorliegenden Erfindung.
    • Dehnungstest
  • Der Test wurde mit der in Fig. 5 gezeigten Einrichtung durchgeführt, wo der Zahnriemen A um zwei Riemenscheiben (50 mm im Durchmesser) herumgeführt ist und eine vorbestimmte Spannung an den Zahnriemen A durch ein Gewicht 11 angelegt wird.
  • Die Testdaten sind in Fig. 6 gezeigt. Aus diesen Testdaten ergibt sich für die Dehnung der vorliegenden Erfindung 0.015 mm, und die Dehnung des Vergleichsbeispieles beträgt 0.035 mm, wobei die Last von 300 kgf angelegt wird, was mehr als das Doppelte der vorliegenden Erfindung ist. Dies zeigt, daß die vorliegende Ausführungsform in der Dimensionsstabilität überlegen ist. Der Unterschied resultiert aus dem mittigen Kord 9, der in dem hohlen Teil 8 des zylindrisch geflochtenen Kords vorgesehen ist und aus drei einfach angeordneten Garnen besteht, obwohl der mittige Kord 9 aus drei Garenen besteht, welches alle verzwirnte Garne sind.
  • Wie vorstehend gezeigt ist, besteht die bei der vorliegenden Erfindung in den Riemenkörper 4 eingebettete Verstärkung 2 aus der Bereitstellung des mittleren Kords 9 mit dem Zwirnkoeffizienten K von weniger als 350 in dem hohlen Teil 8 des zylindrisch geflochtenen Kords 7, der durch mehr als vier und eine gerade Anzahl von Garnen 6 geflochten ist. Der Zwirnkoeffizient wird ausgedrückt durch die Gleichung
  • K=T D
  • wobei K der Zwirnkoeffizient ist, T die Drallzahl pro 10 cm ist und D das gesamte Denier ist. Das Zwirnverhalten des mittleren Kord 9 verbessert die Beibehaltung der Plessley- Festigkeit und die Beibehaltung des Elastizitätsmoduls. Die strukturelle Eigenschaft des zylindrisch geflochtenen Kords 7 überdeckt die Verformung des verzwirnten Garns gegenüber einer äußeren Beanspruchung und verbessert die Dimensionsstabilität des Zahnriemens A.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird die Biegesteifigkeit des Zahnriemens A (der zylindrisch geflochtene Kord 7) durch eine Auswahl des Materials und der Dicke des mittleren Kords 9 gemäß der Zielsetzung und dem Gebrauch ausgewählt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Zahnriemen A für einen Gummi gezeigt. Der Riemen ist jedoch nicht auf einen Zahnriemen A beschränkt, sondern er deckt auch einen industriellen Riemen ab, wie bspw. einen Förderriemen und einen Transmissionsriemen ähnlich einem Flachriemen und einem Keilriemen. Die vorliegende Erfindung kann auch auf Gummis anders als Riemen angewendet werden, bspw. auf Reifen und Schläuche.

Claims (12)

1. Faserverstärkter Gummi mit einer in diesen eingebetteten Faserverstärkung, wobei die Faserverstärkung besteht aus
einem zylindrisch geflochtenen Kord (7) mit einem hohlen Teil (8), der aus mehr als vier und einer geraden Zahl von Garnen (6) geflochten ist; und
einem mittleren Kord (9), der in dem hohlen Teil des zylindrisch geflochtenen Kords vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kord (9) einen Zwirnkoeffizienten K von weniger als 350 hat, wobei der Zwirnkoeffizient ausgedrückt ist durch die Gleichung
K = T D
wobei K der Zwirnkoeffizient ist, T die Drallzahl pro 10 cm ist und D das gesamte Denier ist.
2. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1, bei welchem der zylindrisch geflochtene Kord (7) aus Garnen aus anorganischen Fasern besteht.
3. Faserverstarkter Gummi nach Anspruch 1, bei welchem der zylindrisch geflochtene Kord (7) aus Garnen aus organischen Fasern besteht.
4. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 3, bei welchem die organischen Fasern der Garne Aramidfasern sind.
5. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1, bei welchem der zylindrisch geflochtene Kord (7) aus Garnen aus Metallfasern besteht.
6. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1, bei welchem der zylindrisch geflochtene Kord (7) aus Langfaser-Spinngarnen besteht.
7. Faserverstarkter Gummi nach Anspruch 1, bei welchem der zylindrisch geflochtene Kord (7) aus Kurzfaser-Spinngarnen besteht.
8. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1, welcher ein Transmissionsriemen ist.
9. Faserverstärkter Gummi nach Anspurch 9, bei welchem der Transmissionsriemen (A) ein Zahnriemen ist, bei welchem eine Riemenbasis aus einer Streckgummischicht (1) und einer Vielzahl von Zähnen (3) besteht, die aus demselben Material wie die Streckgummischicht bestehen und an einer Seite der Riemenbasis ausgebildet sind, wobei in die Streckgummischicht eine Faserverstärkung (2) eingebettet ist.
10. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1, welcher ein Förderriemen ist.
11. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1, welcher ein Radreifen ist.
12. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1, welcher ein Schlauch ist.
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