EP3303669A1 - Einlagiges textiles träger- und verstärkungsmaterial - Google Patents

Einlagiges textiles träger- und verstärkungsmaterial

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EP3303669A1
EP3303669A1 EP16726077.7A EP16726077A EP3303669A1 EP 3303669 A1 EP3303669 A1 EP 3303669A1 EP 16726077 A EP16726077 A EP 16726077A EP 3303669 A1 EP3303669 A1 EP 3303669A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reinforcing material
fibers
rubber
carrier
textile
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16726077.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Merkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co KG GmbH
Original Assignee
Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co KG GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co KG GmbH filed Critical Gebr Otto Baumwollfeinzwirnerei & Co KG GmbH
Publication of EP3303669A1 publication Critical patent/EP3303669A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04B—KNITTING
    • D04B1/00—Weft knitting processes for the production of fabrics or articles not dependent on the use of particular machines; Fabrics or articles defined by such processes
    • D04B1/22—Weft knitting processes for the production of fabrics or articles not dependent on the use of particular machines; Fabrics or articles defined by such processes specially adapted for knitting goods of particular configuration
    • D04B1/225—Elongated tubular articles of small diameter, e.g. coverings or reinforcements for cables or hoses
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/26—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre with characteristics dependent on the amount or direction of twist
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04B—KNITTING
    • D04B1/00—Weft knitting processes for the production of fabrics or articles not dependent on the use of particular machines; Fabrics or articles defined by such processes
    • D04B1/02—Pile fabrics or articles having similar surface features
    • D04B1/025—Pile fabrics or articles having similar surface features incorporating loose fibres, e.g. high-pile fabrics or artificial fur
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04B—KNITTING
    • D04B1/00—Weft knitting processes for the production of fabrics or articles not dependent on the use of particular machines; Fabrics or articles defined by such processes
    • D04B1/14—Other fabrics or articles characterised primarily by the use of particular thread materials
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/08—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall

Definitions

  • the invention relates to a single-layer textile carrier and reinforcing material for articles made of rubber and / or plastic, in particular for hoses and composite materials.
  • Reinforcement of the rubber matrix used can be made of steel fibers, natural or synthetic fibers or glass fibers depending on the requirements of the product to be produced.
  • the textile materials may be filaments or yarns or threads of staple fibers and / or filaments, but preferably in the form of
  • the backing material is bonded to the rubber or plastic material by vulcanization or curing.
  • Reinforcement materials have a low tendency to buckle to make them dimensionally stable over time.
  • U.S. Patent 2,303,523 discloses liners for car tires in the form of mats made of cotton fiber ribbons which are joined by means of a sewing technique.
  • the porosity is defined as the ratio of the void volume of a substance to its total volume.
  • micropores e.g., within fibers
  • macropores e.g., between fibers or single filaments
  • mesopores e.g., between yarns
  • the pore size distribution can be based on the standard ASTM F 316-80
  • Support materials also have high strength and low volume. Due to the smooth filament structure with a comparatively small surface, however, despite the high porosity in the mesopores disadvantages, the adhesion between the substrate and the rubber, plastic or resin.
  • this backing material has a higher surface area for bonding to the rubber matrix or plastic so that there is an overall better bond between the backing and reinforcing material and the rubber or plastic compared to filamentary backing materials results.
  • this material is still unsatisfactory in terms of adhesion and buckling for the most demanding applications.
  • the invention has for its object to provide a textile carrier and reinforcing material for articles made of rubber and / or plastic, which at the same time a small
  • the object is achieved by a single-layer textile carrier and reinforcing material for articles made of rubber and / or plastic, in particular for hoses and composite materials, which is characterized in that it consists of spun yarns which have only very small rotations in all areas of the cross section , This achieves a very high macroporosity for optimum fiber-matrix adhesion.
  • the invention relates to single-layer textile carrier and reinforcing material for articles made of rubber and / or plastic, in particular for hoses and composite materials.
  • the carrier material is characterized in that it is a fabric made of staple fiber yarns with very low rotations textile surface material, wherein the yarns
  • Staple fibers are constructed.
  • the term "low rotation” hereby means a
  • the textile carrier and Reinforcing material is a knitted fabric made of staple fibers by means of a spun-knitting method, the stitches of which are formed from the very little twisted staple fiber yarns.
  • the invention relates to textile carrier and
  • Hoses and composite materials characterized in that it is a knit fabric made by staple fibers by means of a spun-knitting method, the stitches of which are formed from staple fibers spun without twisting.
  • Part of the invention is also the use of the textile backing and reinforcing materials according to the invention for articles of rubber and / or plastic, in particular for hoses and composite materials.
  • Particularly preferred is the use of a textile carrier and reinforcing material of staple fibers, being used as staple fibers
  • Polyester fibers, polyamide fibers, aramid fibers, para-aramid fibers and fibers with a high resistance at temperatures of 150 ° C or higher temperatures and / or a high strength of 50 cN / tex or more can be used. Further preferred is the use according to the invention with features of claims 2, 3, 4, 6, 7, 8 and / or 9. Furthermore, the invention relates to articles of rubber and / or plastic, in particular hoses and composite materials, the inventive textile carrier and
  • Polyester fibers, polyamide fibers, aramid fibers, para-aramid fibers and fibers with a high resistance at temperatures of 150 ° C or higher temperatures and / or a high strength of 50 cN / tex or more can be used. Further preferred are the articles according to the invention with features of claims 2, 3, 4, 6, 7, 8 and / or 9.
  • article made of rubber and / or plastic in the context of the present invention is understood in particular to mean mechanically stressed articles made of rubber. These are rubber components that are reinforced by (high-performance) fibers to meet their mechanical and thermal requirements in the intended area of use.
  • Examples of articles made of rubber and / or plastic are in particular thermally and / or mechanically stressed hoses, such as industrial pneumatic pressure hoses, as well as pressurized gas or liquid leading Pressure hoses, belts, especially drive belts, conveyors or tarpaulins, all in a variety of technical applications, such as truck tarpaulins, as well as fiber composites, with the inventive textile carrier and
  • Reinforcing material can be provided.
  • rubber encompasses both natural and synthetic
  • Rubber materials include, for example, natural rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, epichlorohydrin rubber, (hydrogenated) nitrile rubber, chlorosulfonated rubber
  • Polyethylene Polyurethane rubber, polyacrylate and ethylene acrylate rubber, fluoro rubber, silicone rubber and fluorosilicone.
  • Plastics for embedding fiber for fiber composites include composite resin systems such as polyester resins, epoxy resins, and vinyl ester resins.
  • the rubber material is calendered under pressure onto the substrate and then vulcanized, whereby an intimate
  • the carrier material is impregnated with the plastic and then cured and crosslinked.
  • the textile backing and reinforcing materials of the present invention contain staple fiber yarns.
  • the staple fibers are polyester fibers, polyamide fibers,
  • the staple fibers can also be made from other engineering polymers such as PPS
  • Polyphenylene sulfide Polyphenylene sulfide
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PEEK polyether ketone
  • PBI polybenzimidazole
  • PAI polyamide-imide
  • PI polyimide
  • PPO poly-para-phenylene oxadiozole
  • Polyaromatics are formed, which can be spun into fibers, provided that the fiber produced therefrom have strengths of 50 cN / tex or greater and / or permanent temperature resistances of 150 ° C or more.
  • the staple fibers may also be partially cotton fibers in
  • Cotton fibers are absorbent and soft and can therefore contribute to greater flexibility of the material.
  • the staple fibers preferably have a length in the range of 25 to 40 mm.
  • Aramid or para-aramid fibers preferably have a length in the range of 30 to 100 mm, more preferably in the range of 40 to 60 mm, in particular about 50 mm.
  • Manufacturing process yarns are usually spun with a much higher spin coefficient of Spinnalpha metric 80 to 180.
  • spin alpha metric in the range 0-10
  • the value for the spin alpha is in the range of 0.05-10, more preferably in the range of 0.1-3 or in the range of 0-2, more preferably in the range of 0.05-1, and most preferably in the range of 0.08-0.15.
  • the carrier and reinforcing materials according to the invention can be produced, for example, by stretching a staple fiber fiber bundle formed prior to stitch formation in a drafting unit to the desired fineness and then processing it into meshes in a subsequent further method step.
  • the meshing can be done, for example, with a flat or circular knitting machine that can be configured as a right / right, right / left or left / left circular knitting machine.
  • Such a process is referred to, for example, as a "spinif" process (i.e., spin knitting process of, for example, Mayer & Cie GmbH & Co. KG.).
  • Textile carrier and reinforcing materials without rotation denote such materials, in which optionally existing rotations, for example, on the route between the yarn guide or the end of the spinning tube and the knitting point are dissolved or canceled again by the so-called false-wire effect.
  • the carrier and reinforcing material according to the invention has almost exclusively a fiber-to-fiber adhesion. This adhesion creates a high resistance, so that there is a lower tendency to deformation (buckling) of the material than in conventional substrates.
  • the textile carrier or reinforcing material used according to the invention or according to the invention has a high dynamic strength.
  • the textile backing and reinforcing materials of the present invention preferably have at least 10%, more preferably 20% smaller average pore size compared to conventional single ply knits.
  • the textile backing and reinforcing materials of the present invention may be applied to the rubber or plastic both as a knitted fabric and as a "finished” fabric, i.e., for example, washed and dried or dried and fixed.
  • the porosity of the material of the present invention is differently distributed relative to the pore size classes due to the parallel fibers as compared to a classic yarn or filament fabric.
  • the average pore size is smaller than that of a material made of a yarn or filament.
  • the porosity is largely determined by macropores. As a measure of the porosity, for example, the
  • the support material according to the invention has an approximately 5% - 15% higher
  • the high macro porosity also promotes intimate bonding between the backing and reinforcing material and the rubber or plastic matrix.
  • the volume of the material is 5 to 20% greater than that of yarn or filament materials. In applications where a certain volume of carrier material is given, this can achieve material savings of 10 - 20%.
  • the textile carrier material according to the invention is designed in one layer, ie manages with a layer system, it is also more cost-effective and resource-saving compared to systems that analogous to the previous state of the Technique are designed at least two layers, ie work with at least two layer systems.
  • the weight per unit area of the backing and reinforcing material may be between 80 and 350 g / m 2 , for example between 80 and 150 g / m 2 , depending on the subsequent use, for use as a reinforcement.
  • the carrier and reinforcing material can be applied to all types of
  • Staple fiber materials are very particularly preferably combined with the further preferred features as stated in claims 2, 4, 7 and 8.
  • Figure 1 shows a micrograph of a yarn made of a yarn
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a yarn made from a yarn
  • Figure 3 shows a micrograph of a carrier
  • Figure 4 shows a schematic representation of a carrier and invention
  • a backing and reinforcing material (20) comprises meshes (21) of parallel, i.e. non-woven, stitches. little twisted fibers (22) on.
  • the fibers (22) adhere to each other and enclose a plurality of small, open pores (23) between them. This results in a high strength of the material (20) and an intimate connection to a rubber, resin or plastic, with which it is later connected by vulcanization or impregnation and curing.
  • the buckling tendency is determined according to ISO 13938: 2 1999:
  • a sample of the textile material is placed on a membrane-covered circular surface and tightened. The acting under the membrane air or
  • Fluid pressure causes the test area to bulge and can be steadily increased until the sample bursts.
  • the buckling or bursting pressure will be measured.
  • the occurring deformations are u.a. calculated from the heights of the hills.
  • the buckling tendency describes the work that is necessary in order for the arching test to bring the sample up to a set point
  • Table 1 shows the camber pressure at a camber height of 30 mm after the 1. and 5.
  • the staple fibers of Example 1 and Comparative Example 1 have a length of about 25-28 mm.
  • the staple fibers of Example 2 and Comparative Example 2 (middle stack) have a length of about 28-30 mm.
  • the staple fiber yarns of Inventive Examples 1 and 2 have one
  • Comparative Examples 1 and 2 have a coefficient of rotation (Spinnalpha metric) of 100 to 1 10 on. It turns out that the textile support and reinforcing materials according to the invention to achieve a bulge height of 30 mm require significantly greater pressures than the conventional materials. Thus, the textile carrier and reinforcing materials to be used according to the invention have a significantly lower tendency to buckle.

Landscapes

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  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein einlagiges textiles Träger- und Verstärkungsmaterial (20) für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere für Schläuche und Verbundwerkstoffe, das mittels gesponnener Garne mit sehr niedriger Garndrehung (Spinnalpha 0 - 10) oder vollständig ohne Garndrehung vorzugsweise zu Gestricken gebildet ist. Daneben betrifft die Erfindung Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere Schläuche und Verbundwerkstoffe, die das textile Träger- und Verstärkungsmaterial enthalten.

Description

Einlaqiqes Textiles Träger- und Verstärkungsmaterial
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein einlagiges textiles Träger- und Verstärkungsmaterial für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere für Schläuche und Verbundwerkstoffe.
Textile Materialien werden insbesondere in der Gummiindustrie üblicherweise zur
Verstärkung der Gummimatrix eingesetzt. Diese Materialien können je nach Anforderung an das herzustellende Produkt aus Stahlfasern, natürlichen oder synthetischen Fasern oder Glasfasern bestehen. Die textilen Materialien können Filamente oder Garne oder Zwirne aus Stapelfasern und/oder Filamenten, vorzugsweise aber Flächengebilde in Form von
Geweben, Gestricken, Gewirken, Vliesen, Geflechten oder Gelegen sein. Zur Herstellung des fertigen Artikels wird das Trägermaterial durch Vulkanisieren oder Aushärten mit dem Gummi oder Kunststoffmaterial verbunden. Ein wesentlicher Charakter dieser
Verstärkungsmaterialien ist eine geringe Ausbeulneigung, um sie dauerhaft dimensionsstabil zu machen.
Die DE 2829387 A1 beschreibt zweiteilige textile Materialien bestehend aus einer
Basisschicht aus einem gewebten, gestrickten oder nichtgewebten Stoff und einer daran beispielsweise durch Tuften, Plüschweben (pile weaving),oder Faserstricken (sliver knitting) befestigten Schicht aus Faserstapeln, welche für eine gute Haftung an
Verstärkungsmaterialien, wie beispielsweise mit Glasfasern verstärkte Harze, dienen soll. Im US-Patent 2,303,523 werden Zwischenlagen für Autoreifen in Form von Matten beschrieben, die aus Baumwollfaserbändern bestehen, welche mittels einer Nähtechnik verbunden werden.
Die vorstehend besprochenen Lösungen textiler Festigkeitsträger setzen auf mehrere Lagen einer textilen Fläche, wobei eine Komponente der Konstruktion für die Festigkeit, mindestens eine andere für die Haftung zur umgebenden Matrix verantwortlich ist. Zweiteilige bzw.
zweilagige textile Festigkeitsträger werden beispielsweise auch in US 2015/0068938A1 und US 2014/0261972A1 beschrieben. Zwei- oder mehrteilig hergestellte Festigkeitsträger weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie aufgrund der zusätzlich notwendigen Verfahrensschritte einen höheren Aufwand bei der Herstellung erfordern als einlagige Textilien. Insbesondere für die Verbindung zwischen dem textilen Träger- und Verstärkungsmaterial und dem Gummi oder Kunststoff spielt die Größe der Faseroberfläche eine wichtige Rolle, welche mit der physikalischen Kenngröße der Porosität eine enge Korrelation eingeht.
Die Porosität ist definiert als das Verhältnis des Hohlraumvolumens eines Stoffes zu seinem Gesamtvolumen.
Bei textilen Materialien wird nach folgenden Porenarten unterschieden:
a) Mikroporen (z.B. innerhalb Fasern);
b) Makroporen (z.B. zwischen Fasern oder einzelnen Filamenten);
c) Mesoporen (z.B. zwischen Garnen );
d) Gigaporen (zwischen Flächen oder Bekleidungsschichten).
Die Porengrößenverteilung kann in Anlehnung an den Standard ASTM F 316-80
beispielsweise mit einem Coulter Porometer ermittelt werden.
Bei einlagigen Gestricken, Gewirken oder Geweben aus Filamenten dominieren Mesoporen. Die Porosität und der Mittelwert der Porengröße sind hoch. Die offene Porenfläche ist groß und die Porentiefe ebenfalls. Herkömmliche einlagige aus Filamenten hergestellte
Trägermaterialien weisen auch eine hohe Festigkeit und ein geringes Volumen auf. Aufgrund der glatten Filamentstruktur mit vergleichsweise geringer Oberfläche ergeben sich jedoch, trotz der hohen Porosität bei den Mesoporen Nachteile, bei der Haftung zwischen dem Trägermaterial und dem Gummi, Kunststoff oder dem Harz.
Wird das Träger- und Verstärkungsmaterial dagegen als Gestrick, Gewirk oder Gewebe aus einem mit hoher Drehung (übliche Werte des Drehungsbeiwerts„Alpha metrisch" oder auch „Spinnalpha metrisch" liegen zwischen 80 - 180, nach der Spinnereiformel : Drehung/m = (Spinn)alpha (metr.) x (Nm)1ß) gesponnenen Garn, oder einem Zwirn daraus hergestellt, so ergibt sich eine geringere mittlere Porengröße als bei Trägermaterialien aus Filamenten, wobei die Porosität durch Makro- und Mesoporen bestimmt wird. Andererseits weist dieses Trägermaterial aufgrund der abstehenden Fasern des Garns oder Zwirns eine höhere Oberfläche zur Verbindung mit der Gummimatrix oder dem Kunststoff auf, sodass sich, im Vergleich zu Trägermaterialien aus Filamenten, eine insgesamt bessere Verbindung zwischen dem Träger- und Verstärkungsmaterial und dem Gummi oder Kunststoff ergibt. Dieses Material ist jedoch im Hinblick auf Haftung und Ausbeulneigung für anspruchsvollste Anwendungen noch nicht zufriedenstellend. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein textiles Träger- und Verstärkungsmaterial für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff zu schaffen, das gleichzeitig eine geringe
Ausbeulneigung durch hohen Widerstand gegen Ausbeulen sowie hohe Porosität bei verkleinerter mittlerer Porengröße (insbesondere höhere Makroporosität und geringere Mesoporosität im Vergleich zu klassischen Verstärkungsmaterialien aus Filamenten oder Garnen mit hoher Drehung) und damit einhergehend sehr gute Hafteigenschaften zu Gummi und/oder Kunststoff aufweist. Die Aufgabe wird gelöst durch ein einlagiges textiles Träger- und Verstärkungsmaterial für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere für Schläuche und Verbundwerkstoffe, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus gesponnenen Garnen besteht, die in allen Bereichen des Querschnitts nur sehr geringe Drehungen aufweisen. Dadurch wird eine sehr große Makroporosität für optimale Faser-Matrix-Haftung erzielt. Durch die hohe Linearität und die große lineare Faser/ Faser- Haftung weisen solche Materialien eine optimal geringe Ausbeulneigung auf. Im Gegensatz dazu liegen bei herkömmlichen gedrehten Garnen die Fasern helixförmig umwunden vor, wodurch bei wiederholter mechanischer Belastung eine Längung (Ausbeulen) entstehen kann. Durch die sehr geringe Garndrehung bleibt die hohe Porosität der textilen Flächenwaren erhalten - gleichzeitig ermöglicht die sehr geringe Drehung eine optimale Faser-Faser- Reibung und ergibt dadurch für den textilen Festigkeitsträger eine hohe Festigkeit und signifikant verbesserte Ausbeuleigenschaften. Dem auf diese Weise hergestellten Faserverband kann noch ein (funktionales) Filament- oder Multifilamentgarn zugeführt werden, welches dann gemeinsam mit den sehr gering verdrehten Fasern gemeinsam vermascht werden kann. Auf diese Weise kann eine verbesserte Haftung mit zusätzlicher Festigkeit, Temperaturstabilität, und/oder
Chemikalienbeständigkeit bzw. anderen funktionalen Eigenschaften kombiniert werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einlagiges textiles Träger- und Verstärkungsmaterial für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere für Schläuche und Verbundwerkstoffe. Das Trägermaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein aus Stapelfasergarnen mit sehr niedrigen Drehungen hergestelltes textiles Flächenmaterial ist, wobei die Garne aus
Stapelfasern aufgebaut sind. Der Begriff„niedrige Drehung" bezeichnet hierbei ein
Spinnalpha metrisch im Bereich von 0 bis 10. Vorzugsweise ist das textile Träger- und Verstärkungsmaterial ein mittels eines Spinn-Strick-Verfahrens aus Stapelfasern hergestelltes Gestrick, dessen Maschen aus den sehr wenig gedrehten Stapelfasergamen gebildet sind. In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung textiles Träger- und
Verstärkungsmaterial für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere für
Schläuche und Verbundwerkstoffe, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein mittels eines Spinn-Strick-Verfahrens aus Stapelfasern hergestelltes Gestrick ist, dessen Maschen aus den ohne Drehung versponnen Stapelfasern gebildet ist.
Teil der Erfindung ist ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen textilen Träger- und Verstärkungsmaterialien für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere für Schläuche und Verbundwerkstoffe. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines textilen Träger- und Verstärkungsmaterials aus Stapelfasern, wobei als Stapelfasern
Polyesterfasern, Polyamidfasern, Aramidfasern, Para-Aramidfasern und Fasern mit einer hohen Beständigkeit bei Temperaturen von 150°C oder höheren Temperaturen und/oder einer hohen Festigkeit von 50 cN/tex oder mehr eingesetzt werden. Weiter bevorzugt ist die erfindungsgemäße Verwendung mit Merkmalen der Ansprüche 2, 3, 4, 6, 7, 8 und/oder 9. Ferner betrifft die Erfindung Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere Schläuche und Verbundwerkstoffe, die die erfindungsgemäßen textilen Träger- und
Verstärkungsmaterialien enthalten. Besonders bevorzugt sind Artikel, bei denen als
Stapelfasern der erfindungsgemäßen textilen Träger- und Verstärkungsmaterialien
Polyesterfasern, Polyamidfasern, Aramidfasern, Para-Aramidfasern und Fasern mit einer hohen Beständigkeit bei Temperaturen von 150°C oder höheren Temperaturen und/oder einer hohen Festigkeit von 50 cN/tex oder mehr eingesetzt werden. Weiter bevorzugt sind die erfindungsgemäßen Artikel mit Merkmalen der Ansprüche 2, 3, 4, 6, 7, 8 und/oder 9.
Unter dem Begriff Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere auch mechanisch beanspruchte Artikel aus Gummi verstanden. Dies sind Bauteile aus Gummi, die zur Erfüllung ihrer mechanischen und thermischen Anforderungen im vorgesehenen Einsatzbereich durch (Hochleistungs-)Fasern verstärkt werden.
Beispiele für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff sind insbesondere thermisch und/oder mechanisch beanspruchte Schläuche, beispielsweise industrielle Pneumatik- Druckschläuche, sowie unter Druck stehende Gas- oder Flüssigkeit führende Druckschläuche, Riemen, insbesondere Treibriemen, Transportbänder oder auch Planen, alle in verschiedensten technischen Anwendungen, beispielsweise LKW-Planen, sowie Faserverbundwerkstoffe, die mit dem erfindungsgemäßen textilen Träger- und
Verstärkungsmaterial versehen werden können.
Der Begriff Gummi umfasst dabei sowohl natürliche als auch synthetische
Kautschukmaterialien. Geeignete Kautschukmaterialien sind beispielsweise Natur-Kautschuk Styrol-Butadien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, Chloropren- Kautschuk, Epichlorhydrin-Kautschuk, (Hydrierter) Nitril-Kautschuk, Chlorsulfoniertes
Polyethylen, Polyurethan-Kautschuk, Polyacrylat- und Ethylenacrylat-Kautschuk, Fluor- Kautschuk, Silikon-Kautschuk und Fluor-Silikon.
Kunststoffe zum Einbetten von Fasern für Faserverbundwerkstoffe umfassen Verbund- Harzsysteme, wie beispielsweise Polyesterharze, Epoxidharze und Vinylesterharze.
Zur Herstellung von Artikeln aus Gummi wird das Kautschukmaterial unter Druck auf das Trägermaterial aufkalandriert und anschließend vulkanisiert, wodurch eine innige
verankernde Verbindung und Vernetzung stattfindet. Zur Herstellung von Artikeln aus Kunststoff wird das Trägermaterial mit dem Kunststoff durchtränkt und anschließend ausgehärtet und vernetzt.
Die erfindungsgemäßen textilen Träger- und Verstärkungsmaterialien enthalten Garne aus Stapelfasern. Vorzugsweise sind die Stapelfasern Polyesterfasern, Polyamidfasern,
Aramidfasern oder Para-Aramidfasern sowie Fasern, die aus von diesen Chemiefasern abgeleiteten Polymeren bestehen oder Mischungen daraus enthalten. Diese Fasern weisen eine hohe Festigkeit und/ oder hohe Temperaturbeständigkeiten auf.
Die Stapelfasern können auch aus anderen technischen Polymeren wie PPS
Polyphenylensulfid), PVA (Polyvinylalkohol), PEEK (Poyetherketon), PBI (Polybenzimidazol), PAI (Polyamid-Imide), PI (Polyimid), PPO ( Poly-Para-Phenilen Oxadiozol), LCP
(Polyaromate) u.a. gebildet werden, die sich zu Fasern ausspinnen lassen, unter der Voraussetzung, dass die daraus hergestellten Faser Festigkeiten von 50 cN/tex oder größer und/oder Dauertemperaturbeständigkeiten von 150°C oder mehr aufweisen.
Je nach Anwendungsfall können die Stapelfasern auch teilweise Baumwollfasern in
Kombination mit einem oder mehreren der oben genannten Stapelfasern enthalten. Baumwollfasern sind saugfähig und weich und können daher zu einer größeren Flexibilität des Materials beitragen.
Im Fall von Bauwollfasern weisen die Stapelfasern vorzugsweise eine Länge im Bereich von 25 bis 40 mm auf. Aramid bzw. Para-Aramidfasern weisen vorzugsweise eine Länge im Bereich von 30 bis 100 mm, stärker bevorzugt im Bereich von 40 bis 60 mm, insbesondere etwa 50 mm auf.
Erreicht werden können die oben genannten vorteilhaften Eigenschaften beispielsweise durch Herstellungsverfahren von Textilien, wie sie in den Patentanmeldungen WO
2004/079068 oder WO 2007/093165 bzw. WO 2007/093166 beschrieben sind. Dabei werden gleichzeitig Garne mit sehr niedriger Drehung (Spinnalpha metrisch 0 - 10) ausgesponnen und gleichzeitig zu Maschenware verstrickt. Nach dem klassischen
Herstellverfahren werden Garne meist mit einem viel höheren Drehungskoeffizienten von Spinnalpha metrisch 80 bis 180 ausgesponnen.
Die textilen Träger- und Verstärkungsmaterialien der vorliegenden Erfindung
sind dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Maschenware bestehen, die einen durchgehenden Faserverband aus Stapelfasern enthält, bei denen die Stapelfasern entweder ohne Drehung oder nahezu unverdreht, das heißt mit einer sehr geringen Drehung (Spinnalpha metrisch im Bereich von 0 - 10) und im Wesentlichen parallel zueinander liegend angeordnet sind. Vorzugsweise liegt der Wert für das Spinnalpha metrisch im Bereich von 0,05 - 10, stärker bevorzugt im Bereich von 0,1 - 3 oder im Bereich von 0 - 2, stärker bevorzugt im Bereich von 0,05 - 1 und insbesondere im Bereich von 0,08 - 0, 15.
Die erfindungsgemäßen Träger- und Verstärkungsmaterialien können beispielsweise hergestellt werden, indem eine nach Art einer Lunte ausgebildeter Faserverband aus Stapelfasern vor der Maschenbildung in einem Streckwerk auf die gewünschte Feinheit gestreckt werden und dann in einem nachgeschalteten weiteren Verfahrensschritt zu Maschen verarbeitet werden. Die Vermaschung kann dabei beispielsweise mit einer Flachoder Rundstrickmaschine erfolgen, die als Rechts/Rechts-, Rechts/Links- oder Links/Links- Rundstrickmaschine ausgebildet sein kann. Solch ein Verfahren wird beispielsweise als „Spinif-Verfahren (d.h. Spinn-Strickverfahren von z.B. der Fa. Mayer&Cie GmbH & Co. KG.) bezeichnet.
Textile Träger- und Verstärkungsmaterialien ohne Drehung bezeichnen solche Materialien, bei denen gegebenenfalls vorhandene Drehungen beispielsweise auf der Strecke zwischen dem Fadenführer oder dem Ende des Spinnrohres und der Strickstelle durch den sogenannten Falschdrahteffekt wieder aufgelöst bzw. aufgehoben werden.
Das erfindungsgemäße Träger- und Verstärkungsmaterial weist fast ausschließlich eine Haftung von Faser zu Faser auf. Diese Haftung erzeugt einen hohen Widerstand, so dass sich eine geringere Verformungsneigung (Ausbeulen) des Materials als bei herkömmlichen Trägermaterialien ergibt. Das erfindungsgemäße bzw. erfindungsgemäß eingesetzte textile Träger- oder Verstärkungsmaterial hat eine hohe dynamische Festigkeit. Die erfindungsgemäßen textilen Träger- und Verstärkungsmaterialien weisen vorzugsweise eine um mindestens 10%, stärker bevorzugt 20% kleinere mittlere Porengröße im Vergleich zu konventionellen einlagigen Gestricken auf.
Die erfindungsgemäßen textilen Träger- und Verstärkungsmaterialien können sowohl als Rohgestrick als auch als„fertig ausgerüstetes" Gestrick, d.h. zum Beispiel gewaschen und getrocknet oder getrocknet und fixiert, auf den Gummi oder Kunststoff aufgetragen werden.
Die Porosität des erfindungsgemäßen Materials ist aufgrund der parallel liegenden Fasern im Vergleich zu einem Gestrick aus einem klassischen Garn oder Filament in Bezug auf die Porengrößenklassen anders verteilt. Die mittlere Porengröße ist geringer als bei einem aus einem Garn oder Filament hergestellten Material. Die Porosität wird weitestgehend durch Makroporen bestimmt. Als Maß für die Porosität kann beispielsweise der
Wasserdampfdurchgangswiderstand gemessen mit dem PERMETEST von SENSORA in Anlehnung an ISO 1 1092/ EN 31092 herangezogen werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Gestricken aus einem Garn, das bei hohen Drehungen hergestellt wird, weist das erfindungsgemäße Trägermaterial einen ca. 5% - 15% höheren
Wasserdampfdurchgangswiderstand auf. Die hohe Makro-Porosität fördert außerdem die innige Verbindung zwischen dem Träger- und Verstärkungsmaterial und der Gummi- oder Kunststoffmatrix. Bei gleichem Flächengewicht ergibt sich außerdem ein um 5 - 20% größeres Volumen des Materials im Vergleich zu Materialien aus Garnen oder Filamenten. Bei Anwendungen, bei denen ein bestimmtes Volumen des Trägermaterials vorgegeben ist lassen sich dadurch Materialeinsparungen von 10 - 20% erreichen.
Aufgrund der Tatsache, dass das erfindungsgemäße textile Trägermaterial einlagig ausgestaltet ist, d.h. mit einem Layersystem auskommt, ist es zudem kostengünstiger und ressourcenschonender im Vergleich zu Systemen, die analog dem bisherigen Stand der Technik mindestens zweilagig ausgestaltet sind, d.h. mit mindestens zwei Layersystemen arbeiten.
Die mittels eines Spinnstrickverfahrens hergestellten Flächen zur Verstärkung von
Materialien aus Gummi oder Kunststoff sind aufgrund der eingesparten Prozesse des Ringspinnens und des Spulens und eingesparter Lagerhaltung von Garnen besonders wirtschaftlich zu produzieren. Durch das Verfahren lassen sich zwischen 35 % und 58 % an C02 - Emissionen einsparen. Das Flächengewicht des Träger- und Verstärkungsmaterials kann in Abhängigkeit von der späteren Verwendung zwischen 80 - 350 g/m2, beispielsweise zwischen 80 und 150 g/m2 betragen für eine Anwendung als Festigkeitsträger.
Prinzipiell lässt sich das Träger- und Verstärkungsmaterial auf allen Arten von
Strickmaschinen herstellen. Besondere Vorteile ergeben sich jedoch, wenn es ein auf einer Rundstrickmaschine gestricktes schlauchförmiges Matenal ist. Rundstrickmaschinen eignen sich besonders zur Durchführung von Spinn-Strick-Verfahren. Soll das Trägermaterial zur Herstellung von Schläuchen verwendet werden, kann es bereits im gewünschten
Durchmesser gestrickt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Kombinationen der bevorzugten Merkmale besonders bevorzugte Ausführungsformen. So sind die bevorzugten
Stapelfasermaterialien ganz besonders bevorzugt mit den weiteren bevorzugten Merkmalen, wie sie in den Ansprüchen 2, 4, 7 und 8 angegeben sind, zu kombinieren.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Figuren und Beispiele in nichteinschränkender Weise erläutert.
Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines aus einem Garn hergestellten
Trägermaterials nach dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines aus einem Garn hergestellten
Trägermaterials nach dem Stand der Technik.
Figur 3 zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines erfindungsgemäßen Träger- und
Verstärkungsmaterials.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Träger- und
Verstärkungsmaterials. In der schematischen Darstellung eines bekannten Trägermaterials (10) in Figur 2 sind deutlich Maschen (1 1 ) zu erkennen, die aus einem klassisch gedrehten Garn hergestellt sind. Das Material (10) enthält außerdem vom Garn abstehende Fasern (12). Zwischen den Maschen (1 1 ) sind große, offene Poren (13) zu erkennen.
Wie Figur 4 zeigt, weist ein erfindungsgemäßes Träger- und Verstärkungsmaterial (20) Maschen (21 ) aus parallel liegenden, d.h. wenig verdrehten Fasern (22) auf. Die Fasern (22) haften aneinander und schließen eine Vielzahl kleiner, offener Poren (23) zwischen sich ein. Dadurch ergibt sich eine hohe Festigkeit des Materials (20) sowie eine innige Verbindung zu einem Gummi, Harz oder Kunststoff, mit dem es später durch Vulkanisieren oder Tränken und Aushärten verbunden wird.
Beispiele
Bestimmung der Ausbeulneigung
Die Ausbeulneigung wird gemäß ISO 13938:2 1999 bestimmt:
Eine Probe des textilen Materials wird auf eine mit einer Membran bedeckte kreisförmige Fläche aufgelegt und festgespannt. Der unter der Membran einwirkende Luft- oder
Flüssigkeitsdruck führt zum Aufwölben der Prüffläche und kann bis zum Bersten der Probe stetig gesteigert werden. Zur Beurteilung der dabei in der Probe wirkenden Kräfte wird der Wölb- bzw. der Berstdruck gemessen werden. Die auftretenden Verformungen werden u.a. aus den Wölbhöhen berechnet. Die Ausbeulneigung beschreibt die Arbeit, die notwendig ist, um beim Wölbversuch das Aufwölben der Probe bis zum Erreichen eines gesetzten
Wölbdruckes oder dessen dazugehöriges Wölbvolumen zu erreichen.
Tabelle 1 zeigt den Wölbdruck bei einer Wölbhöhe von 30 mm nach dem 1 . und 5.
Prüfzyklus für erfindungsgemäße Beispiele und Vergleichsbeispiele:
Die Stapelfasern von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 weisen eine Länge von ca. 25 - 28 mm auf. Die Stapelfasern von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 (Mittelstapel) weisen eine Länge von ca. 28 - 30 mm auf. Die Stapelfasergarne der erfindungsgemäßen Beispiele 1 und 2 weisen einen
Drehungsbeiwert (Spinnalpha metrisch) von ca. 0, 1 auf. Die Stapelfasergarne der
Vergleichsbeispiele 1 und 2 weisen einen Drehungsbeiwert (Spinnalpha metrisch) von 100 bis 1 10 auf. Es zeigt sich, dass die erfindungsgemäßen textilen Träger- und Verstärkungsmaterialien zum Erreichen einer Wölbhöhe von 30 mm deutlich größere Drücke erfordern als die herkömmlichen Materialen. Damit weisen die erfindungsgemäß einzusetzenden textilen Träger- und Verstärkungsmaterialien eine deutlich geringere Ausbeulneigung auf.

Claims

Patentansprüche:
1 . Einlagiges textiles Träger- und Verstärkungsmaterial (20) für Artikel aus Gummi
und/oder Kunststoff, insbesondere für Schläuche und Verbundwerkstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass es ein aus Stapelfasergamen mit sehr niedrigem
Drehungsbeiwert (Spinnalpha metrisch 0 - 10) hergestelltes textiles Flächenmaterial ist, wobei die Garne aus Stapelfasern (22) aufgebaut sind.
2. Textiles Träger- und Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass es ein mittels eines Spinn-Strick-Verfahrens aus Stapelfasern (22) hergestelltes Gestrick ist, dessen Maschen (21 ) aus den Stapelfasergarnen gebildet ist.
3. Textiles Träger- und Verstärkungsmaterial für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere für Schläuche und Verbundwerkstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass es ein mittels eines Spinn-Strick-Verfahrens aus Stapelfasern (22) hergestelltes Gestrick ist, dessen Maschen (21) aus den ohne Drehung versponnen Stapelfasern (22) gebildet sind.
4. Textiles Träger- und Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die
Stapelfasern (22) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
5. Träger- und Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Stapelfasern (22) Polyesterfasern, Polyamidfasern, Aramidfasern oder Para-Aramidfasern enthalten.
6. Träger- und Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelfasern (22) teilweise Baumwollfasem enthalten.
7. Träger- und Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es ein Flächengewicht von 80 - 350 g/m2 aufweist.
8. Träger- und Verstärkungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein auf einer Rundstrickmaschine gestricktes schlauchförmiges Material ist.
9. Träger- und Verstärkungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 , 2, 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das der Drehungsbeiwert Spinnalpha metrisch im Bereich von 0,05 - 10, stärker bevorzugt im Bereich von 0, 1 - 3 oder im Bereich von 0 - 2, stärker bevorzugt im Bereich von 0,05 - 1 und insbesondere im Bereich von 0,08 - 0,15 liegt.
10. Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere Schläuche und
Verbundwerkstoffe, enthaltend das textile Träger- und Verstärkungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
1 1. Verwendung des textilen Träger- und Verstärkungsmaterials nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 für Artikel aus Gummi und/oder Kunststoff, insbesondere für Schläuche und Verbundwerkstoffe.
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