DE69618629T2

DE69618629T2 - Nutzung der spritzgusstechnik zur anordnung von kurzen fasern in gewünschten richtungen

Info

Publication number: DE69618629T2
Application number: DE69618629T
Authority: DE
Inventors: Ching-Chian Chang; Cheng Shaw; Henry Vogliano
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: JP2001500810A; WO1998013185A1; EP0929389A1; CA2264880A1; DE69618629D1; EP0929389B1; BR9612740A; AU7369396A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft die Technik von Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Verbundgegenständen aus kurzer Faser/Kautschuk durch Spritzgießen und die so hergestellten Verbundgegenstände, und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Orientieren der Verstärkungsfasern eines Verbundgegenstandes in einer vorbestimmten Richtung.

Technischer Hinterrund

Verbundgegenstände, die aus einem Elastomergrundmaterial und Verstärkungsfasern hergestellt sind, sind im allgemeinen in der Technik üblich. Die Verstärkungsfasern verleihen dem Verbundgegenstand verbesserte mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise Abriebwiderstand, Zugfestigkeit und Druckwiderstand und dergleichen. Die Faserverteilung und -orientierung sind wichtige Faktoren, die solche Eigenschaften beeinflussen. Das Steuern der Faserorientierung ist deshalb eine wichtige Erwägung, um einen Verbundgegenstand mit den gewünschten mechanische Eigenschaften bereitzustellen.
Es sind Techniken zum Orientieren von Verstärkungsfasern in einem Elastomermaterial bekannt. Jedoch werden bei vielen Verfahren die Fasern im allgemeinen in einer Richtung orientiert, die mit der ursprünglichen Strömungsrichtung des Materials übereinstimmt und parallel zu dieser liegt. Ein Problem, auf das man in der Technik stößt, betrifft die Orientierung von Verstärkungsfasern in einem Verbundgegenstand in einer Richtung, die sich von der Materialströmung unterscheidet, und insbesondere in einer Richtung senkrecht zu dieser.
Ein vorgeschlagenes Verfahren, um Fasern in einem Verbundgegenstand in einer Richtung zu orientieren, die von der Materialströmung abweicht, ist in U.S.-Patent Nr. 5,156,907 offenbart, wobei eine beheizte Mischung aus einer Gußmasse (Glas) und Fasern (Kohlenstoff) über eine längliche Einspritzöffnung in ein Werkzeug eingespritzt wird. Die Einspritzöffnung weist eine Dicke auf, die zwischen 30%-70% der Werkzeugdicke betragen soll. Die optimale Faserlänge beträgt 0,5 Zoll (1,27 cm) für die besondere verwendete Kohlefaser/Glas-Matrix.
Das U.S.-Patent Nr. 5,281,380 offenbart eine faserverstärkte, elastische Bahn, in der Stapeln in der vertikalen Richtung der Bahn orientiert sind. Stapelmaterial, wie beispielsweise Nylon 66, wird in thermoplastisches Material hinein gemischt und durch eine Preßdüse hindurch extrudiert. Die Preßdüse umfaßt einen Wehrabschnitt, der angeblich zu Beginn die Fasern in der Strömungsrichtung orientiert. Unterstromig von dem Wehrabschnitt befindet sich ein Durchflußkanal, der eine Abmessung von mindestens dem Doppelten von der des Wehrabschnitts aufweist. Nach dem Hindurchtritt durch den Wehrabschnitt wird die Strömungsrichtung geändert, wodurch die Faserorientierung in bezug auf die Oberfläche der Bahn geändert wird. Die derart gebildete Bahn kann dann für eine vorgesehene Anwendung weiterverarbeitet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen zum Orientieren von kurzen Fasern (Fasern mit einer Länge von 0,1 Mikron bis 103 Mikron) in einem Verbundgegenstand bereit, der durch Spritzgießen einer Gußmasse gebildet wird, die eine Mischung aus Faser/ Elastomermaterial umfaßt. Die benutzten Fasern sind in der Technik als "kurze Fasern" bekannt und weisen eine Länge auf, die beträchtlich kürzer als die 0,5 Zoll (1,2 cm) Länge von kurzen Fasern des oben diskutierten U.S.-Patents Nr. 5,156,907 ist.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf Verfahren und Vorrichtungen zum Bilden von Verbundgegenständen gerichtet, die Verstärkungsfasern umfassen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern der Faserorientierung in Verbundgegenständen gerichtet, die durch Spritzgießen einer Gußmasse gebildet werden, die aus kurzen Fasern und einem Elastomermaterial besteht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundgegenstandes durch Vulkanisieren einer Gußmasse nach Einspritzen der Gußmasse in einen Formhohlraum einer Form vorgesehen, wobei die Gußmasse Elastomermaterial und Verstärkungsfasern umfaßt, wobei die Fasern eine Länge von 0,1 Mikron bis 10³ Mikron aufweisen. Das Verfahren ist durch die Schritte gekennzeichnet, daß:
a) ein erster Teil der Gußmasse durch einen ersten Einguß hindurch gelenkt wird, wobei der erste Einguß eine zugehörige Länge l&sub1;, Breite w&sub1; und Dicke t&sub1; aufweist, und wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern, die in dem ersten Teil enthalten sind, parallel zur ursprünglichen Einspritzrichtung X orientiert wird, und
b) der erste Teil von dem ersten Einguß in einen ersten Bereich des Formhohlraums hinein gelenkt wird, wobei der erste Bereich des Formhohlraums eine Abmessung T&sub1; parallel zu t&sub1; aufweist, wobei T&sub1; größer oder gleich 10t&sub1; ist, wobei der erste Teil eine Reihe von Faltebenen senkrecht zur XZ-Ebene in dem ersten Bereich bildet, und wobei der Großteil der Verstärkungsfasern in einer Richtung senkrecht zur Eingußebene, XZ- Ebene, orientiert wird oder in der Y-Richtung orientiert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt das Verfahren ferner die Schritte, daß
c) ein zweiter Teil der Gußmasse durch einen zweiten Einguß hindurch gelenkt wird, wobei der zweite Einguß eine zugehörige Länge l&sub2;, Breite w&sub2; und Dicke t&sub2; aufweist, und wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern, die in dem zweiten Teil enthalten sind, parallel zur Einspritzrichtung X orientiert wird, und
d) der zweite Teil von dem zweiten Einguß in einen zweiten Bereich des Formhohlraums hinein gelenkt wird, wobei der zweite Bereich des Formhohlraums eine Abmessung T&sub2; parallel zu t&sub2; aufweist, wobei T&sub2; größer oder gleich 10t&sub2; ist, wobei der zweite Teil eine Reihe von Ebenen bildet, wobei die Faltebenen senkrecht zur XZ-Ebene in dem zweiten Bereich stehen, und wobei der Großteil der Verstärkungsfasern in einer Richtung senkrecht zur XZ-Ebene orientiert wird oder in der Y-Richtung orientiert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt das Verfahren ferner den Schritt, daß:
eine Gußmasse gebildet wird, indem die Faser dem Elastomermaterial in einem Gewichtsverhältnis von 1% bis 20% beigemischt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verbundgegenstand, der Elastomermaterial und Verstärkungsfasern umfaßt und ein erstes Gebiet aufweist, in dem ein Großteil der in diesem enthaltenen Fasern in einer ersten Richtung orientiert ist, und ein zweites Gebiet aufweist, in dem ein Großteil der in diesem enthaltenen Fasern in einer zweiten Richtung orientiert ist, dadurch hergestellt, daß:
a) ein erster Teil einer Gußmasse durch einen ersten Einguß hindurch eingespritzt wird, wobei der erste Einguß eine zugehörige Länge l&sub1;, Breite w&sub2; und Dicke t&sub1; aufweist, und wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern, die in dem ersten Teil enthalten sind, parallel zur Einspritzrichtung X orientiert wird,
b) der erste Teil von dem ersten Einguß in einen ersten Bereich des Formhohlraums hinein gelenkt wird, wobei der erste Bereich des Formhohlraums eine Abmessung T&sub1; parallel zu t&sub1; aufweist, wobei T&sub1; größer oder gleich 10t&sub1; ist, wobei der erste Teil eine Reihe von Faltebenen senkrecht zur XZ-Ebene in dem ersten Bereich bildet, und wobei der Großteil der Verstärkungsfasern in einer Richtung senkrecht zur XZ-Ebene orientiert wird, wobei der erste Teil beim Vulkanisieren der Gußmasse das erste Gebiet des Verbundgegenstandes bildet,
c) ein zweiter Teil der Gußmasse durch einen zweiten Einguß hindurch eingespritzt wird, wobei der zweite Einguß eine zugehörige Länge l&sub2;, Breite w&sub2; und Dicke t&sub2; aufweist, und wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern, die in dem zweiten Teil enthalten sind, parallel zur Einspritzrichtung X orientiert wird, und
d) der zweite Teil von dem zweiten Einguß in einen zweiten Bereich des Formhohlraums hinein gelenkt wird, wobei der zweite Bereich des Formhohlraums eine Abmessung T&sub2; parallel zu t&sub2; aufweist, wobei T&sub2; größer oder gleich 10t&sub2; ist, wobei der zweite Teil eine Reihe von Ebenen bildet, wobei die Ebenen senkrecht zur X-Z-Ebene in dem zweiten Bereich stehen, und wobei der Großteil der Verstärkungsfasern in einer Richtung senkrecht zur X-Z-Ebene orientiert wird, wobei der zweite Teil beim Vulkanisieren der Gußmasse das zweite Gebiet des Verbundgegenstandes bildet.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundgegenstandes vorgesehen, der Verstärkungsfasern in ersten und zweiten Gebieten aufweist. Die Fasern in dem ersten Gebiet sind in einer ersten vorbestimmten Richtung ausgerichtet, und die Fasern in dem zweiten Gebiet sind in einer zweiten vorbestimmten Richtung ausgerichtet. Das Verfahren ist durch die Schritte gekennzeichnet, daß:
a) ein erster Bereich eines Formhohlraums mit einem ersten Teil einer Gußmasse gefüllt wird, in der Verstärkungsfasern vorgesehen sind, wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern in der ersten vorbestimmten Richtung ausgerichtet wird,
b) ein zweiter Bereich des Formhohlraums mit einem zweiten Teil der Gußmasse gefüllt wird, wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern in der zweiten vorbestimmten Richtung ausgerichtet wird, und
c) die Gußmasse vulkanisiert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt der Schritt des Füllens des ersten Bereiches des Formhohlraums, daß:
a) der erste Bereich einem ersten Einguß zugeordnet wird, wobei der erste Einguß eine zugehörige Länge l&sub1;, Breite w&sub1; und Dicke t&sub1; aufweist, wobei der erste Bereich eine Abmessung T&sub1; parallel zu t&sub1; aufweist, wobei T&sub1; größer oder gleich 10t&sub1; ist, und
b) der erste Teil durch den ersten Einguß hindurch eingespritzt wird, wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern in dem ersten Teil parallel zu 11 in dem ersten Einguß ausgerichtet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt der Schritt des Füllens des zweiten Bereiches des Formhohlraums, daß:
a) der zweite Bereich dem zweiten Einguß zugeordnet wird, wobei der zweite Einguß eine zugehörige Länge l&sub2;, Breite w&sub2; und Dicke t&sub2; aufweist, wobei der zweite Bereich eine Abmessung T&sub2; parallel zu t&sub2; aufweist, wobei T&sub2; größer oder gleich 10t&sub2; ist, und
b) der zweite Teil durch den zweiten Einguß hindurch eingespritzt wird, wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern in dem zweiten Teil parallel zu l&sub2; in dem zweiten Einguß ausgerichtet wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, kurze Fasern in einem Verbundgegenstand in einer Richtung ausrichten, die sich von der ursprünglichen Strömungsrichtung unterscheidet.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Fähigkeit, einen Verbundgegenstand zu bilden, dessen Fasern in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet sind.
Noch ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Fähigkeit, einen Verbundgegenstand zu bilden, dessen Fasern in einem ersten Gebiet in einer ersten vorbestimmten Richtung ausgerichtet sind und dessen Fasern in einem zweiten Gebiet in einer zweiten vorbestimmten Richtung ausgerichtet sind.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, einen Verbundgegenstand durch ein Spritzgußverfahren zu bilden, wobei der Verbundgegenstand Verstärkungsfasern umfaßt, die ausgerichtet sind, um das Leistungsvermögen des Gegenstandes zu optimieren.
Weitere Vorzüge und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten, die sie betrifft, beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann physikalische Form in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen annehmen, und eine bevorzugte Ausführungsform von ihr wird in dieser Beschreibung im Detail beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, die einen Teil hiervon bilden und in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Querschnittsansicht einer beispielhaften Form ist, die bei einem Spritzgußverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Fig. 2 eine Schnittansicht vom Ende der Form von Fig. 1 ist, genommen entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 ist, die das Einleiten einer Gußmasse in die Form zeigt,
Fig. 4 eine schematische Ansicht in einem Teilschnitt eines Verbundgegenstandes ist, der in der Form von Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist,
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Form und einer Gußmasse gemäß der Erfindung ist,
Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Verbundgegenstandes ist, der in der Form von Fig. 5 gebildet ist,
Fig. 7 eine Schnittansicht von vorne einer Form und einer Gußmasse einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist, und
Fig. 8 eine Querschnittsansicht von vorne einer anderen Form und einer anderen Gußmasse gemäß der Erfindung ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Nach den Zeichnungen, in denen die Darstellungen lediglich zu Zwecken einer Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und nicht zu Zwecken eine Begrenzung derselben dient, zeigt Fig. 1 eine Schnittansicht von der Seite eines beispielhaften Formaufbaus 10 mit ersten und zweiten Formelementen 12, 14, die zusammenwirken, um einen Formhohlraum 20 zu bilden. Ein Einguß 24 lenkt einen Strom einer Gußmasse (nicht gezeigt) in einen ersten Bereich 30 des Formhohlraums 20 hinein.
Bei diesem Beispiel gehört zu dem Formhohlraum 20 eine Dicke T&sub1; in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Materialstroms durch den Einguß 24 hindurch. Der Einguß 24 weist eine zugehörige Dicke t&sub1; auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist T&sub1; größer oder gleich 10t&sub1;.
Zu dem Einguß 24 gehört eine Länge l&sub1;, die ausreicht, um kurze Fasern, die in dem Materialstrom transportiert werden, zu Beginn zu orientieren, wie es später in dieser Beschreibung diskutiert werden wird. Wenn die Länge l&sub1; zu lang ist, kann die Gußmasse 30 im Einguß 24 an vulkanisieren oder gar vulkanisieren, was zu einer schlechten Qualität des Bauteils führt. Wenn die Länge l&sub1; zu kurz ist, können die Fasern 64 nicht vollständig in der Strömungsrichtung orientiert werden, bevor sie in den Formhohlraum 20 eintreten.
Beispielsweise betrug bei einem Versuch, der einen Kautschukblock betraf, l&sub1; 1,3 Zoll (3,3 cm) und die Dicke t&sub1; betrug 0,016 Zoll (0,04 cm). Bei diesem Versuch betrug das Verhältnis der l&sub1; zur Dicke t&sub1; 81 und war ausreichend, um ein gutes Leistungsvermögen zu liefern.
Ein Versuch wurde bei einem weiteren Beispiel durchgeführt. Bei diesem Versuch betrug l&sub1; 0,25 Zoll (0,64 cm) und die Dicke t&sub1; betrug 0,025 Zoll (0,064 cm). Bei diesem Versuch betrug das Verhältnis der l&sub1; zur Dicke t&sub1; 10 und war unzureichend, um ein gutes Leistungsvermögen zu liefern. Dieses Verhältnis verlieh den Fasern nicht genug Orientierung.
Bei einem anderen Versuch betrug l&sub1; 1,2 Zoll (3,05 cm), und die Dicke t&sub1; betrug 0,016 Zoll (0,04 cm). Bei diesem Versuch betrug das Verhältnis der l&sub1; zur Dicke t&sub1; 75 und war ausreichend, um ein gutes Leistungsvermögen zu liefern. Dieses Verhältnis brachte weiterhin eine gute Leistung und ist das bevorzugte Verhältnis.
Nach Fig. 2 gehört zu dem Einguß 24 eine Breite w&sub1;, die im wesentlichen gleich der Breite W&sub1; des Formhohlraums 20 ist.
Nach Fig. 3 wird bei einem Spritzgußverfahren eine Gußmasse 30 aus einem typischen Eingußkanalsystem (nicht gezeigt) durch den Einguß 24 hindurchgedrückt. Die Gußmasse 30 wird deshalb in eine erste Richtung oder Strömungsrichtung parallel zur Länge l&sub1; des Eingusses 24 gelenkt, wie dies durch Pfeil 32 gezeigt ist. Wenn die Gußmasse 30 in ein erstes Ende 34 des Formhohlraums 20 hinein gelangt, ändert sich die Strömungsrichtung in bezug auf die erste Richtung. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform steht an der Übergangsstelle des Eingusses 24 mit dem Formhohlraum 30 die zweite Strömungsrichtung im allgemeinen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung. Die Gußmasse faltet sich dann auf sich selbst, wodurch eine Reihe von Ebenen 36 geschaffen wird, die im allgemeinen senkrecht zur ersten Richtung steht, wenn die Gußmasse den Formhohlraum füllt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Gußmasse 30 Elastomermaterial und Verstärkungsfasern. Die Verstärkungsfasern sind allgemein als "kurze Fasern" bekannt und können Kevlar-Pulpe, Nylon, Hyten, PET, POY-Nylon und PET, Kräusel-Nylon, Lycra Spandex, PAN Kohlefasern, Acryl, Graphit-Kohlenstoff-Whisker und dergleichen mit einer Länge im Bereich von 0,1 Mikron bis 103 Mikron sein.
Die Länge l&sub1; und die Dicke t&sub1; des Eingusses 24 sind derart entworfen, daß eine Orientierung der kurzen Fasern innerhalb des Eingusses 24 oberstromig des Formhohlraums 20 bewirkt wird. Wegen des Faserlängenbereiches muß die Dicke t&sub1; des Eingusses 24 vergleichsweise schmal in bezug auf Einlaßöffnungen sein, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, damit ein Großteil der Fasern mit der Strömung ausgerichtet wird. Es gibt vorzugsweise ein Quellungsverhältnis von mindestens 0,80 in der Strömungsrichtung, wie dies durch Pfeil 32 gezeigt ist. Das Quellungsverhältnis ist definiert als eine kurze Achse dividiert durch eine lange Achse, wenn eine kreisförmige, mit kurzer Faser gefüllte Kautschukprobe in Toluol zu einer ovalen Form bis zu einem Gleichgewichtszustand quellen gelassen wird. Die Richtung der kurzen Achse liegt parallel zur Richtung der Faserorientierung. Ein Quellverhältnis von weniger als 1,0 zeigt die Existenz einer Faserorientierung an. Je kleiner das Quellungsverhältnis ist, desto höher ist der Grad der Faserorientierung. Ein Quellungsverhältnis von 1,0 bedeutet keine Orientierung. Ebenso muß der Einguß 24 eine minimale Länge l aufweisen, um eine hinreichende Strömungszeit zuzulassen, damit die Fasern orientiert werden.
Beim Durchtritt durch den Einguß 24 in den Formhohlraum 20 hinein wird die Strömungsrichtung der Gußmasse verändert. An der Übergangsstelle des Eingusses 24 mit dem Formhohlraum 20 ist die Öffnung für das Gußmaterial in der Richtung parallel zur Dicke t&sub1; des Eingusses 24 oder senkrecht zur ursprünglichen Strömungsrichtung signifikant erhöht, was bewirkt, daß die Strömungsrichtung verändert wird, was die Faserorientierung in bezug auf die ursprüngliche Strömungsrichtung beeinflußt.
Nachdem der Formhohlraum gefüllt worden ist, wird die Gußmasse vulkanisiert, um den Verbundgegenstand der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Wieder nach Fig. 1, wird nun der Versatzabstand 100 zwischen dem Einguß 24 und einer ersten Innenwand 90 diskutiert. Der Abstand zwischen dem Einguß 24 und den Innenwänden 90, 92 des Formhohlraums 20 kann die Orientierung der Fasern beeinflussen.
Wenn der Versatzabstand 100 zu klein ist, kann die Gußmasse 30 an der nächstliegenden Innenwand 90, 92 hängen bleiben oder zeitweilig anhaften. Zur Erleichterung der Erklärung wird die folgende Diskussion anhand der Innenwand 90 vorgenommen, obwohl die Diskussion gleichermaßen auf beide näheren Innenwände 90, 92 anwendbar ist. Wie es festgestellt wurde, kann, wenn der Versatzabstand 100 nicht unter Berücksichtigung der besonderen Gußbedingungen gewählt wird, das angestrebte Faltungsmuster durch die Gußmasse 30 zerstört werden. Beispielsweise muß für Gußmassen 30, die besonders klebrig sind oder die unter Bedingungen gegossen werden, die die Gußmasse 30 besonders klebrig machen, der Versatzabstand 100 groß genug sein, um das oben angesprochene Problem zu vermeiden. Während manche Gußmassen 30 bei manchen Bedingungen, wo der Versatzabstand 100 Null beträgt, erfolgreich gefahren werden können, sollte im allgemeinen der Versatzabstand 100 größer als 0,25 T&sub1; sein.
Wenn der Versatzabstand 100 zu groß ist, beispielsweise 0,50 T&sub1;, können manche Gußmassen 30 bei manchen besonderen Anwendungen nicht die Art und Zahl von Faltungen erzeugen, die notwendig sind, um die gewünschte Faserorientierung zu erreichen. Die besonderen Parameter jeder Anwendung, einschließlich der Eingußabmessungen, des Versatzabstandes, der Klebrigkeitseigenschaften der Masse, der Gußtemperatur usw. sind unten diskutiert.

BEISPIEL 1

Fig. 4 stellt einen ersten Probeverbundgegenstand 40 dar, der durch das erfinderische Verfahren gebildet ist. Die Gußmasse wurde durch einen Kanal zu einem Einguß eines Formhohlraums gespeist. Bei dem vorliegenden Beispiel maß der Formhohlraum 5 Zoll (12,7 cm) · 5 Zoll (12,7 cm) · 1 Zoll (2,54 cm). Der Einguß wies eine entsprechende Dicke von 0,01 Zoll (0,025 cm) und eine Länge von 1,3 Zoll (3,3 cm) auf. Nach dem Vulkanisieren wurde eine Probenscheibe 44 von der Probe an einem Punkt in einem Abstand x&sub1; innen in bezug auf den Einguß 24 genommen. Der Abstand x&sub1; betrug 0,75 Zoll (1,9 cm).
Nach Fig. 4 wurden vier Stopfen A, B, C, D der Probenscheibe 44, deren Flächen senkrecht zur ursprünglichen Strömungsrichtung lagen, hinsichtlich der Faserorientierung durch Lösungsmittelquellungstechniken analysiert. Der Stopfen H, der in dem Einguß gebildet wurde, wurde ebenfalls analysiert. Die Ergebnisse sind in TABELLE I unten zusammengefaßt:

TABELLE I

Lösungsmittelquellungsverhältnis
Einguß (Stopfen H) -- 0,80 in der ersten Richtung (parallel zur ersten Strömungsrichtung)
Stopfen A -- 0,80 in der zweiten Richtung (im allgemeinen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung)
Stopfen B -- 0,88 in der zweiten Richtung (im allgemeinen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung)
Stopfen C -- 0,86 in der zweiten Richtung (im allgemeinen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung)
Stopfen D -- 0,94 in der zweiten Richtung (im allgemeinen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung)
Wie es zu sehen ist, wird die Orientierung der Fasern in dem vulkanisierten Verbundgegenstand 40 durch die Länge und Dicke der Eingußabmessungen beeinflußt. Es ist deshalb möglich, einen Verbundgegenstand aus kurzer Faser/Kautschuk herzustellen, bei dem die Faserorientierung gemäß den Beanspruchungen optimiert ist, denen er während seiner vorgesehenen Lebensdauer seiner Konstruktion gemäß standhalten soll.

BEISPIEL 2

Nach Fig. 5 ist es auch möglich, einen Verbundgegenstand durch ein Spritzgußverfahren zu bilden, bei dem die Gußmasse 30 in einen Formhohlraum 20 durch Eingüsse 56 eingeleitet wird. Der resultierende Verbundgegenstand würde dann mehrere Gebiete umfassen, die jeweils in eine vorbestimmte Richtung orientierte Fasern aufweisen, die durch die Bereiche 57, 58, 59 des Formhohlraums 20 bestimmt wird, die durch zugeordnete Eingüsse 54 gefüllt werden. Derartige Verbundgegenstände können Reifenbauteile umfassen. Beispielsweise kann das hierin beschriebene erfinderische Verfahren mit Laufstreifen, runderneuerten Reifen, Kernreitern, Seitenwänden, Wulstbändern und Zehenschützern verwendet werden.
In Fig. 6 ist ein Reifenkernreiter 60 als ein Beispiel eines Reifenbauteils gezeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist. Wegen der Lage des Kernreiters 60 in einem Reifenseitenwandbereich (nicht gezeigt) ist in Gebieten A&sub1; und A&sub2; eine Festigkeit in Längsrichtung erforderlich und in Gebiet A&sub3; ist eine Festigkeit in Querrichtungerforderlich. Es wird im allgemeinen verstanden, daß Verbundgegenstände eine höhere Zugfestigkeit in der Faserrichtung und eine niedrigere Zugfestigkeit senkrecht zur Faserorientierung aufweisen. Deshalb ist es manchmal günstig, die Fasern 64 in den Gebieten A&sub1; und A&sub2; in Richtungen zu orientieren, die sich von der Faserorientierung in Gebiet A&sub3; beträchtlich unterscheiden.
Nach den Fig. 5 und 6 wird die Faserrichtung senkrecht zur Einspritzrichtung in Bereich 59 orientiert und dann zur Richtung parallel zur Einspritzrichtung verändert, weil sich das Hohlraummaß an den Bereichen 57, 58 verengt.
Weiter sind nach Fig. 6 die Fasern 64 in den Gebieten A&sub1; und A&sub2; im allgemeinen in Längsrichtung ausgerichtet, während die Fasern 64 des Gebietes A&sub3; im allgemeinen in Querrichtung ausgerichtet sind.

BEISPIEL 3

Fig. 7 zeigt ein gegossenes Teil 70, das durch ein Spritzgußverfahren in einer Form 72 gemäß der Erfindung gebildet ist. Das gegossene Teil umfaßt zwei Gebiete 74, 76. Wenn nur ein Einguß verwendet wird, Fig. 7, wird die Seite, die nahe bei dem Einguß, Hohlraum 74, liegt, Fasern aufweisen, die in der Richtung senkrecht zur Einspritzrichtung orientiert sind, jedoch wird die andere Seite, Hohlraum 76, Fasern aufweisen, die in der Richtung parallel zur Einspritzrichtung orientiert sind. Dies ist der Fall, weil die Nut das Faltphänomen auflösen wird, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Fig. 8 zeigt, daß zwei Eingüsse verwendet werden. Die kurzen Fasern sind in beiden Hohlräumen in der Richtung senkrecht zur Einspritzrichtung orientiert.
Die bevorzugten Elastomermaterialien zur Verwendung bei den Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen diejenigen, die üblicherweise bei der Herstellung von Reifen, einschließlich Personenwagenreifen und Radialreifen für mittlere LKW, verwendet werden, wie beispielsweise Naturkautschuke, synthetische Kautschuke und ihrer Mischungen. Die Verstärkungsfasern sind allgemeinen als "kurze Fasern" bekannt, und können Kevlar-Pulpe, Nylon, Glasfaser, Hyten, Acryl und dergleichen sein, mit einer Länge im Bereich von 0,1 Mikron bis 103 Mikron. Im allgemeinen kann jede erdenkliche Faser, die in der Lage ist, den Temperaturen standzuhalten, die zum Spritzgießen und zur Kautschukvulkanisation gehören, verwendet werden, wenn sie mit einer überlegten konstruktiven Beurteilung für die besondere Anwendung, die man im Sinn hat, gewählt wird. Jedoch besitzt die Erfindung eine breitere Anwendbarkeit und sollte nicht nur auf Elastomermaterialien begrenzt werden, die bei der Herstellung von Reifen verwendet werden. Diese Massen können innerhalb der Fachkenntnis geringfügig für Spritzgußanwendungen modifiziert werden, wie beispielsweise durch die Verwendung von Beschleunigern, Schmiermitteln oder anderer Additive.
Vorstehend sind die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden. Fachleuten wird ersichtlich sein, daß die obigen Verfahren Änderungen und Modifikationen einschließen können, ohne vom allgemeinen Bereich dieser Erfindung abzuweichen. Sie soll alle derartigen Modifikationen und Abänderungen, soweit sie in den Bereich der beigefügten Ansprüche gelangen, oder deren Äquivalente umfassen.
Nachdem die Erfindung somit beschrieben worden ist, wird nun beansprucht:

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundgegenstandes (40) durch Einspritzen einer Gußmasse in einen Formhohlraum (20) eines Formaufbaus (10), wobei die Gußmasse (30) Elastomermaterial und Verstärkungsfasern umfaßt, wobei die Fasern eine Länge von 0,1 Mikron bis 103 Mikron aufweisen und das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist, daß:

ein Teil der Gußmasse durch einen Einguß (24) hindurch gelenkt wird, wobei der Einguß eine zugehörige Länge l&sub1;, Breite w&sub1; und Dicke t&sub1; aufweist, und wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern, die in dem Teil enthalten sind, parallel zu einer Strömungsrichtung in dem Einguß orientiert wird, und

der Teil von dem Einguß in einen Bereich des Formhohlraums hinein gelenkt wird, wobei der Bereich des Formhohlraums eine Dicke T&sub1; parallel zu t&sub1; aufweist, wobei T&sub1; größer oder gleich 10t&sub1; ist, wobei der Teil der Gußmasse eine Reihe von Faltebenen (35) senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Bereich bildet, und wobei der Großteil der Verstärkungsfasern in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung orientiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfasern ein Quellverhältnis parallel zur Strömungsrichtung in dem Einguß aufweisen, das gleich oder kleiner als 0,85 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Teildicke zur Eingußdicke ausreichend groß sein sollte, so daß die Verstärkungsfasern ein Quellverhältnis, das gleich oder kleiner als 0,85 ist, und eine Orientierung senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Einguß aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfaßt, daß: die Gußmasse gebildet wird, indem die Faser dem Elastomermaterial in einem Gewichtsverhältnis von 1% bis 20% beigemischt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis T&sub1;/t&sub1; größer als 10 ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfaßt, daß: ein zweiter Teil der Gußmasse durch einen zweiten Einguß hindurch gelenkt wird, wobei der zweite Einguß eine zugehörige Länge l&sub2;, Breite w&sub2; und Dicke t&sub2; aufweist, und wobei ein Großteil der Verstärkungsfasern, die in dem zweiten Teil enthalten sind, parallel zur Strömungsrichtung in dem zweiten Einguß orientiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner den Schritt umfaßt, daß: der zweite Teil von dem zweiten Einguß in einen zweiten Bereich des Formhohlraums hinein gelenkt wird, wobei der zweite Bereich des Formhohlraums eine Dicke T&sub2; parallel zu t&sub2; aufweist, wobei T&sub2; größer oder gleich 10t&sub2; ist, wobei der zweite Teil eine Reihe von Ebenen bildet, wobei die Ebenen senkrecht zur Strömungsrichtung in dem zweiten Bereich stehen, und wobei der Großteil der Verstärkungsfasern in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung orientiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elastomermaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Naturkautschuken, synthetischen Kautschuken und ihren Mischungen besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfasern aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Kevlar-Pulpe, Nylon, Hyten und Acryl besteht.

10. Verbundgegenstand (40), der durch eines der in den Ansprüchen 1 bis 9 aufgeführten Verfahren gebildet ist.