WO2018015261A1 - Verwendung von textilen festigkeitsträgern - Google Patents

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WO2018015261A1
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Kurt Uihlein
Britta Zimmerer
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Cordenka Gmbh & Co. Kg
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    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • 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
    • D02G3/44—Yarns or threads characterised by the purpose for which they are designed
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    • D10B2201/20—Cellulose-derived artificial fibres
    • D10B2201/22—Cellulose-derived artificial fibres made from cellulose solutions

Definitions

  • the present invention relates to the use of textile
  • Multifilament yarns with increased single filament titer Multifilament yarns with increased single filament titer.
  • Cellulose is the most common and important naturally occurring polymer in the world.
  • Cellulosic fibers, filaments and multifilaments can be obtained in a variety of ways and in various forms, which are also known and familiar to the art.
  • the division can be made according to the manufacturing process - for example, direct-release or
  • the cellulosic yarns are usually processed into a cord (consisting of 2 or more twisted or wound yarns). These cords can be used for easier processing into fabrics in which the cords the
  • the cords or the fabrics are still impregnated with a bonding agent to ensure a suitable connection to the matrix material.
  • the cellulosic carcass cord must have a high impact capacity. So far, tires are usually used for such distances with two-ply carcass. With the underlying invention, the use of single-cell cellulose carcass cords is now possible because these cords now have sufficient working capacity to safely withstand these extraordinary, pulse-like deformations. Of course, in addition to the cellulosic multifilament yarn in the cord also more
  • Multifilament yarns may be present, for example, polyethylene terephthalate or polyamide. Such constructions are known to the person skilled in the art by the term "hybrid cord”.
  • a tire employing cords made of cellulosic multifilament yarns or hybrid cords with at least one cellulosic partner having a single titer of at least 2 dtex, preferably greater than 2.7 dtex, more preferably greater than 3.2 dtex most preferably from greater than 4.0 dtex to a maximum of about 8 dtex, combined with high workability, significantly improved impact performance.
  • the multifilament yarn (also called yarn in the context of this application) in the cords used has a strength or maximum tensile force (BF) of preferably greater than 35 cN / tex (conditioned according to BISFA), more preferably greater than 40 cN / tex, even more preferably greater than 45 cN / tex, and most preferably greater than 50 cN / tex.
  • BF strength or maximum tensile force
  • Multifilament yarns limit the strength at about 90 cN / tex.
  • Multifilaments with increased single titer is correspondingly high.
  • the elongation at break or maximum tensile yield strength (EAB) of the multifilament yarns to be used is at least 9%, preferably at least 11%, more preferably at least 13%, most preferably at least 15%, and may go up to 20%.
  • Multifilament yarns for use according to the invention.
  • the multifilament yarn may consist of any number of continuous (continuous) filaments, as are common in technical products.
  • the yarn has a total denier in the range of 30 to 20,000 dtex and consists of 10 to 5000 filaments.
  • Decisive is the so-called “single filament titer", i.e. the total denier of the untwisted yarn divided by the number of individual filaments
  • the determination of the "monofilament titre” takes place in an untwisted state, since a length contraction generally occurs during twisting.
  • the basis for the determination of the total titer of the untwisted yarn is the BISFA standard ("Testing methods for viscose, cupro, acetate, triacetate and lyocell filament yarns", 2007 edition).
  • the yarn contains at least 80% by weight of cellulose, preferably at least 90% by weight, and more preferably at least 95% by weight of cellulose.
  • the yarn can be wound up in untwisted state or provided with a protective twist to a yarn package.
  • the resulting bobbins are particularly useful as starting material for making cords for use as reinforcing components for natural and synthetic elastomers.
  • thermoplastics and thermosets suitable.
  • the processing to the reinforcing cords according to the invention is usually carried out by twisting or winding one or more
  • a symmetrical construction pre-twisted and twisted into cords in S-direction.
  • Preferred is a symmetrical construction, but also asymmetric constructions are possible.
  • At least one of the yarns consists wholly or partly of filaments with a single filament titer according to the limits indicated above.
  • a symmetrical cord is made by twisting multifilament yarns, all made entirely of filaments having a single filament titer according to the limits set forth above.
  • the yarn can be combined with other yarns, for example yarns of polyamide, aramid, polyester, regenerated cellulose, glass, steel and carbon, so that hybrid cords are obtained.
  • the yarn In the twisted or untwisted state, for example, the yarn may be made into a cord along with viscose filament yarn, nylon 6 and / or nylon 66.
  • the yarns with which the yarn of the invention is combined may or may not have been pre-dipped.
  • the yarn may be used by itself or as a fiber cut or after processing into a cord or after processing into a woven or knitted fabric
  • the yarn according to the invention leads to surprisingly improved properties in the case of pulse-like deformations.
  • these materials include natural rubber, other poly (isoprene) s, poly (butadiene) s, polyisobutylenes, butyl rubber, poly (butadiene-co-styrene) s, poly (butadiene-co-acrylonitrile) s, poly (ethylene-co-propylene) e, poly (isobutylene-co-isoprene) s, poly (chloroprene) s, polyacrylates, polyurethanes, polysulfides, silicones, polyvinyl chloride, poly (ether-ester) crosslinked unsaturated polyesters, epoxy resins, or mixtures thereof.

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Abstract

Es wird die Verwendung eines textilen Festigkeitsträgers zur Herstellung von Reifen für (extrem) schlechte Wegstrecken offenbart, enthaltend ein cellulosisches Multifilamentgarn, dadurch gekennzeichnet, dass das cellulosische Multifilamentgarn eine Festigkeit von mindestens 35 c N/tex, eine Bruchdehnung von mindestens 7 % (d.h. ein hohes Arbeitsvermögen) und die einzelnen Filamente des Multifilamentgarns einen Titer von mindestens 2,3 dtex aufweisen.

Description

Verwendung von textilen Festigkeitsträgern
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von textilen
Festigkeitsträgern, insbesondere von Korden, enthaltend cellulosische
Multifilamentgarnen mit erhöhtem Einzelfilamenttiter.
Weltweit ist Cellulose das häufigste und bedeutendste natürlich vorkommende Polymer. Cellulosische Fasern, Filamente und Multifilamente können auf vielfältigen Wegen und in unterschiedlichen Formen erhalten werden, die gleichfalls der Fachwelt bekannt und geläufig sind. Die Einteilung kann nach dem Herstellungsverfahren - beispielsweise Direktlöseverfahren oder
Regeneratverfahren - vorgenommen werden und/oder nach der Art des
erhaltenen Produktes, das entweder wiederum aus Cellulose mit modifizierter Kristallstruktur (sog. Hydratcellulose) besteht - beispielsweise Viskose - oder aber ein polymeranaloges Derivat der Cellulose darstellt, wie z.B. die bekannten
Celluloseacetate oder Cellulosetriacetate.
Als Direktlöseverfahren sind u.a. Prozesse bekannt, bei denen die Gewinnung cellulosischer Fasern aus Lösungen in tertiären Aminoxiden, wie N- Methylmorpholin-N-oxid (NMMO), ionischen Flüssigkeiten (ionic liquids) oder auch Phosphorsäure und anschließendem Ausfällen in geeignete Koagulationsmedien erfolgt. Weitere gängige Verfahren zur Herstellung von cellulosischen Filamenten, die zur Garn- bzw. Kordherstellung verwendet werden, sind Regeneratverfahren, bei denen Cellulose zunächst chemisch zu löslichen Derivaten (Xanthogenate oder Carbamate) umgesetzt und gelöst wird. Die Lösung wird durch Spinndüsen gepumpt und schließlich im Fällbad zu cellulosischen Filamenten regeneriert. Solche Filamente sind u.a. unter der Bezeichnung Rayon bekannt. Die Prozesse zu ihrer Herstellung sind gleichfalls bekannt.
Textile Festigkeitsträger aus cellulosischen Filamentgarnen mit erhöhtem
Einzeltiter sind beispielsweise aus der EP 2 601 333 A1 bekannt. Diese Korde weisen - im Wesentlichen unabhängig von der Gestalt des Filamentquerschnitts der sie bildenden Multifilamentgarne - eine gute Fatiqueresistenz auf und eignen sich dadurch besonders gut für den Einsatz als textile Festigkeitsträger für
Fahrzeugreifen.
Für den Einsatz als textiler Festigkeitsträger für eine PKW Karkasse werden die cellulosischen Garne üblicherweise zu einem Kord (bestehend aus 2 oder mehreren gezwirnten bzw. umwundenen Garnen) verarbeitet. Diese Korde können zur leichteren Weiterverarbeitung zu Geweben, in denen die Korde die
Kraftvorzugsrichtung darstellen, weiterverarbeitet werden. Die Korde bzw. die Gewebe werden noch mit einem Haftvermittler imprägniert, um eine geeignete Anbindung an das Matrixmaterial zu gewährleisten.
Ein zunehmendes Problem im Rahmen der immer größeren Einsparungen bei Kommunen und Ländern - auch in Ländern mit guter Infrastruktur - sind die schlechter werdenden Straßenzustände. Besonders nach frostreichen Wintern bilden sich immer mehr Schlaglöcher, die oft nur unzureichend, bisweilen auch gar nicht, repariert werden. Das Befahren solchen Straßen, insbesondere mit schweren Fahrzeugen, ruft eine außerordentlich große Belastung der Reifen hervor und wirkt sich naturgemäß auch negativ auf den Fahrkomfort aus. Die dieser Anmeldung zugrundeliegende Erfindung löst dieses Problem durch die Verwendung von Korden enthaltend cellulosische Filamentgarne mit erhöhtem Einzeltiter, hoher Bruchkraft und gleichzeitig hoher Bruchdehnung zur Herstellung von Fahrzeugreifen für (extrem) schlechte Wegstrecken.
Darunter sollen Wegstrecken verstanden werden, bei denen plötzliche, sehr starke Verformungen des Reifens beim Fahren auftreten, z.B. durch extreme
Schlaglöcher. Um eine Beschädigung der Karkasse zu verhindern, muss der cellulosische Karkassenkord ein hohes Impact-Vermögen aufweisen. Bisher werden für solche Wegstrecken meist Reifen mit doppellagiger Karkasse verwendet. Mit der zugrundeliegenden Erfindung ist nun auch die Verwendung von einlagigen cellulosischen Karkassenkorden möglich, da diese Korde jetzt ein ausreichendes Arbeitsvermögen besitzen, um diesen außergewöhnlichen, impulsartigen Verformungen sicher Stand zu halten. Selbstverständlich können neben dem cellulosischen Multifilamentgarn im Kord auch noch weitere
Multifilamentgarne vorhanden sein, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder Polyamid. Solche Konstruktionen sind dem Fachmann unter dem Begriff „Hybridkord" bekannt.
Bemerkenswerterweise zeigt ein Reifen, für den Korde eingesetzt werden, die aus cellulosischen Multifilamentgarnen oder Hybridkorden mit mindestens einem cellulosischen Partner hergestellt werden, welche einen Einzeltiter von mindestens 2 dtex, bevorzugt größer als 2,7 dtex, noch bevorzugter von größer als 3,2 dtex, am meisten bevorzugt von größer als 4,0 dtex bis maximal etwa 8 dtex, kombiniert mit hohem Arbeitsvermögen, ein deutlich verbessertes Aufprallverhalten.
Dadurch wird auch der Fahrkomfort beim Befahren solcher schlaglochübersäter Wegstrecken als deutlich weniger unangenehm empfunden.
Überraschenderweise bewirkt diese - verhältnismäßig geringe - Erhöhung des Einzelfilamenttiters in Kombination mit dem hohen Arbeitsvermögen sowohl eine Verbesserung der Belastbarkeit bei plötzlichen Beanspruchungen, als auch eine deutliche Verbesserung des Fahrkomforts auf (extrem) schlechten Wegstrecken. Das Multifilamentgarn (im Rahmen dieser Anmeldung auch nur Garn genannt) in den eingesetzten Korden hat eine Festigkeit oder Höchstzugkraft (BF) von bevorzugt größer als 35 cN/tex (konditioniert nach BISFA), noch bevorzugter von größer als 40 cN/tex, noch mehr bevorzugt größer als 45 cN/tex und am meisten bevorzugt größer als 50 cN/tex. Im Allgemeinen liegt für cellulosische
Multifilamentgarne die Grenze der Festigkeit bei etwa 90 cN/tex.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die Korde Multifilamentgarne eingesetzt werden, die gleichzeitig eine hohe Bruchdehnung und eine hohe Bruchfestigkeit vorliegen, wenn also das Arbeitsvermögen der verwendeten cellulosischen
Multifilamente mit erhöhten Einzeltiter entsprechend hoch ist.
Die Bruchdehnung oder Höchstzugkraftdehnung (EAB) der zu verwendeten Multifilamentgarne beträgt mindestens 9%, bevorzugt mindestens 1 1 %, noch bevorzugter mindestens 13%, am meisten bevorzugt mindestens 15 %, und kann bis zu 20% gehen.
Dadurch kommt es auch zu einer Erhöhung der Korddehnung und Kordfestigkeit.
In vielen Spezifikationen für Karkassenmaterialien ist die Bruchdehnung der imprägnierten Korde noch nicht einmal spezifiziert, was zeigt, dass vielen
Reifenherstellern die Bedeutung der Bruchdehnung und des Arbeitsvermögens gar nicht bewusst ist. Gleichwohl ist der Begriff des Arbeitsvermögens (AV) an sich dem Fachmann natürlich geläufig und wird gewöhnlich gemäß nachstehender Formel (1 ) ermittelt.
AV [J/g] = 0,1 * BF * EAB (1 )
AV: Arbeitsvermögen in J/g
BF: Höchstzugkraft im konditionierten Zustand [cN/tex] EAB: Höchstzugkraftdehnung im konditionierten Zustand [%] Die Ermittlung der textilen Eigenschaften (Festigkeit, Dehnung, Feinheit) der Fasern und Filamente erfolgt dabei üblicherweise im Prüfklima nach DIN 50014- 20/65 bei 20 °C und 65 % relativer Luftfeuchtigkeit.
Nachstehende Tabelle zeigt einige ausgewählte Beispiele für geeignete
Multifilamentgarne zur erfindungsgemäßen Verwendung.
Bei allen eingesetzten Multifilamentgarnen kam es nach Herstellung der entsprechenden imprägnierten Korde und Einsatz im Reifen zu einer deutlichen Verbesserung des Impact-Vermögens, bedingt durch das gute Arbeitsvermögen, und zu einer Erhöhung der Haltbarkeit und des Fahrkomforts auf (sehr) schlechten Wegstrecken.
Tabelle
Figure imgf000007_0001
Filamentgarn aus Regeneratcellulose
Einzelfilamenttiter
Höchstzugkraft
Höchstzugkraftdehnung
Arbeitsvermögen
Das Multifilamentgarn kann aus einer beliebigen Anzahl endloser (kontinuierlicher) Filamente bestehen, wie sie in technischen Produkten üblich sind. In der Regel hat das Garn einen Gesamttiter im Bereich von 30 bis 20000 dtex und besteht aus 10 bis 5000 Filamenten.
Maßgeblich ist der sogenannte„Einzelfilamenttiter", d.h. der Gesamttiter des ungezwirnten Garns geteilt durch die Anzahl der Einzelfilamente. Die Bestimmung des„Einzelfilamenttiters" erfolgt im ungezwirnten Zustand, da beim Zwirnen generell eine Längenkontraktion auftritt. Grundlage für die Bestimmung des Gesamttiters des ungezwirnten Garns ist die BISFA-Norm („Testing methods for viscose, cupro, acetate, triacetate and lyocell filament yarns", 2007 edition).
Bevorzugt enthält das Garn mindestens 80 Gew.-% Cellulose, bevorzugt mindestens 90 Gew.-% und noch bevorzugter mindestens 95 Gew.-% Cellulose. Das Garn kann im ungezwirnten Zustand oder mit einem Schutzdrall versehen zu einer Garnspule aufgewickelt werden. Die resultierenden Garnspulen sind besonders als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Korden zur Nutzung als Verstärkungskomponenten für natürliche und synthetische Elastomere,
Thermoplaste und Duromere geeignet.
Die Verarbeitung zu den erfindungsgemäßen Verstärkungskorden erfolgt üblicherweise durch Verzwirnen oder Umwinden eines oder mehrerer
Multifilamentgarne. Üblicherweise werden die Garnpartner in Z-Richtung
vorgezwirnt und zu Korden in S-Richtung ausgezwirnt. Bevorzug wird eine symmetrische Konstruktion, aber auch asymmetrische Konstruktionen sind möglich. Mindestens eines der Garne besteht ganz oder teilweise aus Filamenten mit einem Einzelfilamenttiter gemäß den oben angeführten Grenzen. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein symmetrischer Kord durch Verzwirnen von Multifilamentgarnen hergestellt, die alle vollständig aus Filamenten mit einem Einzelfilamenttiter gemäß den oben angeführten Grenzen besteht.
Wie bereits oben erwähnt, kann das Garn mit anderen Garnen kombiniert werden, zum Beispiel mit Garnen aus Polyamid, Aramid, Polyester, regenerierter Cellulose, Glas, Stahl und Kohlenstoff, sodass Hybridkorde erhalten werden.
Im gezwirnten oder ungezwirnten Zustand kann das Garn zum Beispiel zusammen mit Viskosefilamentgarn, Nylon 6 und/oder Nylon 66 zu einem Kord verarbeitet werden. Die Garne, mit denen das erfindungsgemäße Garn kombiniert wird, können vorgetaucht sein oder auch nicht.
Das Garn kann an sich oder als Faserkurzschnitt oder nach Verarbeitung zu einem Kord oder nach Verarbeitung zu einem Gewebe oder Gewirke als
Verstärkungsmaterial für synthetische und natürliche Elastomere, oder für andere Materialien (synthetisch oder auf Basis nachwachsender Rohstoffe), zum Beispiel für thermoplastische und thermofixierende Kunststoffe, dienen.
Auch bei der Kunststoffverstärkung führt das erfindungsgemäße Garn zu überraschend verbesserten Eigenschaften bei impulsartigen Verformungen. Zu Beispielen dieser Materialien gehören Naturkautschuk, andere Poly(isopren)e, Poly(butadien)e, Polyisobutylene, Butylkautschuk, Poly(butadien-co-styrol)e, Poly(butadien-coacrylnitril)e, Poly(ethylen-co-propylen)e, Poly(isobutylen-co- isopren)e, Poly(chloropren)e, Polyacrylate, Polyurethane, Polysulfide, Silikone, Polyvinylchlorid, Poly(ether-ester) vernetzte ungesättigte Polyester, Epoxidharze, oder Mischungen davon.

Claims

Verwendung von textilen Festigkeitsträgern Patentansprüche:
1 . Verwendung von textilen Festigkeitsträgern, insbesondere eines Kordes, zur Herstellung von Reifen für (extrem) schlechte Wegstrecken, enthaltend ein cellulosisches Multifilamentgarn, dadurch gekennzeichnet, dass das cellulosische Multifilamentgarn eine Festigkeit von mindestens 35 cN/tex, eine Bruchdehnung von mindestens 7 % und die einzelnen Filamente des Multifilamentgarns einen Titer von mindestens 2,3 dtex aufweisen.
2. Die Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
einzelnen Filamente des cellulosischen Multifilamentgarn einen Titer von mindestens 2,7 dtex, bevorzugt mindestens 3,2 dtex, noch bevorzugter von mindestens 4,0 dtex aufweisen.
3. Die Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das cellulosische Multifilamentgarn eine Festigkeit von mindestens 40 cN/tex, bevorzugt mindestens 45 cN/tex, noch bevorzugter mindestens 50 cN/tex aufweist.
4. Die Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das cellulosische
Multifilamentgarn eine Höchstzugkraftdehnung von mindestens 9%, bevorzugt mindestens 1 1 %, noch bevorzugter mindestens 13%, am meisten bevorzugt von mindestens 15 %, aufweist.
5. Die Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die cellulosischen
Multifilamentgarne nach einem Regeneratverfahren erhalten worden sind.
6. Die Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den cellulosischen Multifilamentgarnen um Rayon handelt.
7. Die Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die cellulosischen Multifilamentgarne durch ein Direktlöseverfahren erhalten worden sind.
8. Die Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
cellulosischen Multifilamentgarne durch ein Direktlöseverfahren in tertiärem Aminoxid, insbesondere in N-Methylmorpholin-N-oxid (NMMO), oder in sogenannten„ionic liquids" ionischen Flüssigkeiten erhalten worden sind.
9. Verwendung von textilen Festigkeitsträgern zur Herstellung von verstärkten Kunststoffen geeignet für extreme impulsförmige Belastungen, enthaltend ein cellulosisches Multifilamentgarn, dadurch gekennzeichnet, dass das cellulosische Multifilamentgarn eine Festigkeit von mindestens 35 cN/tex, eine Bruchdehnung von mindestens 7 % und die einzelnen Filamente des Multifilamentgarns einen Titer von mindestens 2,3 dtex aufweisen.
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