DE2751378A1 - Verstaerkungselemente - Google Patents
VerstaerkungselementeInfo
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- DE2751378A1 DE2751378A1 DE19772751378 DE2751378A DE2751378A1 DE 2751378 A1 DE2751378 A1 DE 2751378A1 DE 19772751378 DE19772751378 DE 19772751378 DE 2751378 A DE2751378 A DE 2751378A DE 2751378 A1 DE2751378 A1 DE 2751378A1
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Description
DR. BERG DIPL-ING. STAPF D1PL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMaIR
Anwaltsakte 28 595 17. November 1977
MONSANTO COMPANY
St. Louis, Missouri / USA
St. Louis, Missouri / USA
Verstärkungselemente
Die Erfindung betrifft neuartige Verstärkungselemente, die ein Bündel von Fasern aus aromatischem Oxadlazol/N-Alkylhydrazld
aufwiesen, die mit einem herkömmlichen hitzegehärteten Klebegemisch, das zum Haften von organischem
Reifencord an Gummi verwendet wird, imprägniert sind.
-/2
1H-54-O269A GW 809821/0890
* (089)988272 Telegramme: Bmkkonlen: Hrpo-Buik München 4410122*50
988273 BERCSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code HYPU DE MM
988274 TELEX: kyet Vereinstwnk München 453h'<'8LZ 70020270)
98JJ10 0524560 BERG d FMlxbeck Manchen 65.145-808 OLZ 70010080)
Der hier verwendete Terminus "aromatisches Oxadiazol/N-Alkylhydrazid"
bezeichnet ein faserbildendes Copolymerisat, das im wesentlichen folgende wiederholende Struktureinheiten aufweist:
ti
PR
Il Il I
d () A' C N
0 I
Ii Il Il I II
(a) - Ar - C C- und (b) - Ar' - C - N - NH - C -
in einem Mol-Verhältnis von 20:80 bis bzw. 95 · 5, wobei Ar und
Ar1 jeweils ein zweiwertiges aromatisches Radikal ist und R
ein C bis C^- Alkyl bedeutet.
In der Reifenindustrie besteht Bedarf für einen preiswerten Reifencord, der eine ausreichende Ermüdungsfestigkeit und einen
hohen Modul aufweist. Ermüdungsfestigkeit wird in einem organischen Cord gewöhnlich durch Zwirnung erreicht, d.h. mehrere Faserbündel
werden jeweils in einer Richtung gedreht und dann mit genügender Zwirnung in die entgegengesetzte Richtung zusammengefacht,
um so einen symmetrisch strukturierten Cord zu erhalten. Mit zunehmender Zwirnung erhöht sich in einem Cordgewebe
im allgemeinen die Dehnung des Cords, die Ermüdungsfestigkeit des Cords wird verbessert, wobei Jedoch leider die Reißfestigkeit
und der Modul des Cords, die für die Festigkeit und Steifigkeit erforderlich sind, verringert werden. Dennoch wird bei der
Herstellung von herkörrutiliehern Reifencord die Zv;irnung auf
Kosten der Zähigkeit und des Moduls des Cordgewebes durchgeführt,
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um einen Cord zu erhalten, der ausreichende Ermüdungsfestigkeit für Reifenzwecke aufweist.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereitstellung
eines preiswerten Verstärkungselements, das organische Fasern enthält und bei dem, ohne Zwirnung, eine für die Verwendung
in Reifen angemessene Ermüdungsfestigkeit erreicht wird, unter gleichzeitiger Maximierung der Zugfestigkeit und des
Moduls des Elementes.
Die vorliegende Erfindung sieht neuartige Verstärkungselemente vor, die besonders vorteilhaft zur Verstärkung von Gummiartikeln
wie z.B. Reifen verwendet werden können, bei denen Ermüdungsfestigkeit,
Stärke und Steifigkeit wichtig sind.
Im allgemeinen weisen die erfindungsgemäßen Elemente im wesentlichen
keine Zwirnung auf und enthalten ein Bündel Fasern aus aromatischem Oxadiazol/N-Alkylhydrazid, die mit einem hitzegehärteten
Klebegemisch vom herkömmlichen Typ, das zum Haften von organischem Reifencord an Gummi verwendet wird, imprägniert und
vorzugsweise durch dieses voneinander getrennt werden. Der hier verwende.": Terminus "Bündel von Fasern" oder "Faserbündel" bezeichnet
r.ehrere eng beieinanderliegende oder sich berührende parallele Fasern, die weniger als 0,167 Drehungen pro Zoll (2.54
cm; (6.57 Drehungen pro Meter) Zwirnung enthalten, d.h. von 0 - 0,167 Drehungen pro Zoll (2.54 cm) Zwirnung. Die erfindungs-
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gemäßen Verstärkungselemente zeichnen sich durch hohe Reißfestigkeit
und Moduli sowie durch außergewöhnliche Ermüdungsfestigkeits-Eigenschaften
aus. Da die Elemente nur eine geringe oder überhaupt keine Zwirnung enthalten, weisen die Elemente aufgrund
ihres Fasergehalts mindestens gleich große Reißfestigkeiten und Moduli auf wie die Fasern, aus denen die Elemente hergestellt
sind, bei gleichzeitiger Zunahme der Stärke und Steifigkeit der Gummiartikel, die mit Hilfe dieser Elemente verstärkt
werden.
Die Herstellung von Fasern aus aromatischem Oxadiazol/N-Alkylhydrazid
aus relativ preiswerten Monomeren wird im U.S.-Patent 3.886.251 und den Britischen Patenten 1.407.439 und 1.417.568
beschrieben. Die aromatischen Oxadiazol/N-Alkylhydrazid-Copolymere
bestehen im wesentlichen aus den oben definierten, regelmäßig wiederkehrenden Struktureinheiten (a) und (b), in denen
Ar und Ar" jeweils ein zweiwertiges aromatisches Radikal sind wie z.B.
und R ein Alkyl-Radikal ist mit
1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie z.B. -CH, oder-CH^CH.,. Vorzugs-
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weise sind Ar und Ar1 \^J/^ oder
R ist Methyl und das Molverhältnis von (a)-Einheiten zu (b)-Einheiten
liegt zwischen 40:60 und 60:40.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Elemente wird ein
Bündel von Oxadiazol/N-Alkylhydrazid-Fasern der gewünschten
gesaraten Denier-Stärke, z.B. 1500 Denier, mit einem hitzehärtbaren
Klebegemisch imprägniert, d.h. mit einem Mittel, das
Cord an Gummi bindet, wie es herkömmlicherweise bei Nylon- und Polyester-Cords angewendet wird, um deren. Haftungsvermögen an
Gummi zu verbessern. Solche Bindemittel sind in der Fachwelt
allgemein bekannt und werden gewöhnlich als "Tauchflüssigkeiten" (engl.: "Dips") bezeichnet.
Für die praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung besonders
vorteilhafte Tauchflüssigkeiten sind die "RFL"-Tauchflüssigkeiten, die eine Dispersion aus Kautschuklatex in einer wässrigen
Lösung aus Resorzin-Forma.ldehyd-Harz enthalten. Der hier
verwendete Terminus "Resorzin-Formaldehyd-Harz" schließt dessen
Modifikationen, wie z.B. das im U.S.-Patent 3.660.202 beschriebene
und von Resorzin, Formaldehyd und p-Chlorphenol abgeleitete
Harz ein. Der Kautschuklatex ist normalerweise ein Copolymer aus Vinylpyridin und einem konjugierten Diolefin mit 4 bis 6
Kohlenstoffatomen, wie Butadien-Styrol-Vinyl-Pyridin-Terpolymer.
Die RFL-TauchflüssigKe.i-ten und Methoden zu ihrer Herstellung
sind in der Technik bekannt, und die Komponenten der Tauchflüssigkeiten
wie auch die Tauchflüssigkeiten selbst sind im
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Handel erhältlich.
Die Tauchflüssigkeit kann durch Verwendung herkömmlicher Tauchoder
Beschichl.ungsvorrichtungen auf die Faserbündel aufgebracht werden. So kann die Tauchflüssigkeit z.B. durch Einführen der
Bündel in ein die Tauchflüssigkeit verkörperndes Bad auf die Bündel aufgebracht werden, indem die Bündel in die Tauchflüssigkeit
eingetaucht oder Walzen verwendet werden, die die Tauchflüssigkeit aus dem Bad auf die Bündel bringen. Nach dem Auftragen
der Tauchflüssigkeit werden die Bündel vorzugsweise durch
eine Düse oder Öffnung geeigneter Größe mit vorzugsweise gekrümmtem Eingang gezogen. Die Öffnung, deren Durchmesser ein
wenig größer ist als der der Bündel, hat die Funktion, überschüssige
Ta .hflüssigkeit zu entfernen, diese in die Bündel
hineinzuarbeiten und die Tauchflüssigkeit auf die Bündel zu dosieren. Dann werden die Bündel, die nicht mit irgendwelchen
Führungen in Berührung kommen dürfen, die die Tauchflüssigkeit aus den Bündeln herausdrücken würden, so stark erhitzt, daß das
Wasser aus der Tauchflüssigkeit entfernt wird und die Tauchflüssigkeit
innerhalb der Bündel an Ort und Stelle gerinnt. Falls gewünscht, können die Tauch- und/oder Trocknungsvorgang"
wiederholt weiden. Nach dem letzten Trocknungsvorgang läßt man die Bündel über einen ausreichend großen Zeitraum hinweg eine
erhitzte Umgebung passieren, um die Tauchflüssigkeit zu härten.
Dor Hart ungsvorganq wird auf herkömmliche Weise durchgeführt:,
indem das Garn durch einen Härtungsofen gezogen wird. Danach weiden die so erha.1 tenon Elemente gesammelt und anschließend
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in herkömmlicher Weise zur Herstellung von zusammengesetzten Produkten aus Gummi wie z.B. Reifen verwendet.
Gemäß eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels werden die
erhaltenen Elemente mit Nylon-66-Garn niedriger Denierzahl umwickelt,
wobei ein hoher Wicklungswinkel verwendet wird und erneut eingetaucht, um die Bruchfestigkeit der Elemente zu erhöhen
.
Die Menge der auf die Bündel aufgebrachten Tauchflüssigkeit
kann stark variieren, zum Beispiel von 13 bis 40 % Feststoffen bezogen auf das Bändelgewicht und hängt von solchen Faktoren
ab wie dem Durchmesser der oben erwähnten Öffnung und dem Feststoff
gehalt, der Tauchflüssigkeit. Vorzugsweise enthalten die Elemente zwischen 20 und 36 Gew.% des hitzegehärteten Klebegemischs.
Wenn Elemente nach der oben beschriebenen Methode hergestellt werden, sind die Faserbündel nicht nur mit. Klebegemisch imprägniert,
sondern die einzelnen Fasern der Bündel werden auch durch das Klebegemisch voneinander getrennt.
Die folgenden Beispie7.? sollen zur weiteren Veranschaulichung
der Erfindung dienen. In den Beispielen sind die genannten Prozentsätze
und Teile Gewichtsteile, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung typischer Tauchflüssigkeiten,
die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verstärkungselemer^a
vorteilhaft sind.
Tauchflüssigkeit A mit einem Feststoffgehalt von 19,9% wurde
hergestellt, indem man zunächst 210 cm3 H-O, 0,63 cm3 einer
50%igen wässrigen Lösung aus NaOH, 9,23 g Resorzin und 13 cm3 Formaldehyd mischte und das sich daraus ergebende Gemisch 5
Stunden bei Zimmertemeratur reagieren ließ. Dann wurde ein Gemisch
aus 210 cm3 eines Latex (40,8% Feststoffe), welcher Styrol-Butadien-Vinylpyridin-Terpolymer
enthielt (ein von General Tire and Rubber Company unter dem Warenzeichen Gentac Latex gelieferter
Latex), 50 cm3 Wasser und 7 cm3 NH.OH hergestellt.
Beim Rühren des letzteren Gemisches wurde das erste Gemisch hinzugefügt und sorgfältig verrührt.
Tauchflüssigkeit B mit einem Feststoffgehalt von 26,8% wurde in
der gleichen Weise wie Tauchflüssigkeit A hergestellt, mit dem Unterschied,"daß statt 260 cm3 Wasser nur 130 cm3 verwendet wurden.
Tauchflüssigkeit C mit einem Feststoffgehalt von 2 3,6 % wurde
durch Mischen von 116,75 cm3 Wasser, 0,65 cm3 NaOH (50*ig),
8,3 g Resorcin und 7,38 cm3 Formaldehyd hergestellt und das
sich daraus ergebeade Gemisch 5 Minuten lang gerührt. Dieses
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Gemisch wurde zu 122 cm3 Gentac Latex (4O,8% Feststoffe) hinzugegeben
und das erhaltene Gemisch wurde 5 Minuten gerührt, dann 4 Stunden stehengelassen. Anschließend wurde dieses Gemisch zu
102,55 cm3 einer Lösung aus einem von Resorzin, Formaldehyd und p-Chlorphenol abgeleiteten Gemisch hinzugegeben, welches
35,8 Gew.% 2,6-bis-(21,4'-dihydroxyphenylmethyl)-4-Chlorphenol
in 5N wässrigem Ammoniak, im folgenden als "LösungA" bezeichnet, enthält. Die Herstellung von Lösung A ist im U.S.-Patent
3.G6O.2O2 beschrieben. Öas erhaltene Gemisch wurde 5 Minuten
gerührt.
Tauchflüssigkeit D mit einem Feststoffgehalt von 28,1 % wurde
hergestellt, indem man 62,5 cm* Wasser zu 62,5 cm3 Gentac Latex
(40,8 % Feststoffe) hinzufügte und 5 Minuten rührte. Nach dieser Zeit wird das erhaltene Gemisch zu 125 cm' der Lösung A
hinzugegeben und das erhaltene Gemisch 10 Minuten gerührt.
Tauchflüssigkeit E mit einem Feststoffgehalt von 33;8% wurde
auf die gleiche Weise wie Tauchflüssigkeit A hergestellt, mit
dem Unterschied, daß nur 130 cm3 Wasser anstatt 260 cm3 und
nur 1O5 cm3 Gentac Latex anstatt 210 cm3 verwendet wurden.
Tauchflüssigkeit F mit einem Feststoffgehalt von 32,2% wurde
auf die gleiche Weise wie Tauchflüssigkeit C hergestellt, mit dom Unterschied, daß 183 cm3 Gentac Latex anstatt 122 cm3 zugefügt:
wurden.
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Tauchflüssigkeit G mit einem Feststoffgehalt von 35,2 % wurde
genau wie Tauchflüssigkeit C hergestellt, mit dem Unterschied, daß 732 cm3 Gentac Latex anstatt 122 cm3 zugefügt wurden.
Tauchflüssigkeit H mit einem Feststoffgehalt von 36,2% wurde
auf die gleiche Weise wie Tauchflüssigkeit C hergestellt, mit
dem Unterschied, daß 976 cm3 Gentac Latex anstatt 122 cm3 verwendet
wurden.
Tauchflüssigkeit I mit einem Feststoffgehalt von 36,2% wurde
auf die gleiche Weise wie Tauchflüssigkeit C hergestellt, mit
dem Unterschied, daß 366 cm3 Gentac Latex anstatt 122 cm3 verwendet
wurden.
Abwandlungen der oben beschriebenen Tauehflüssigkeitsrezepturen
können durch Reduzierung der zu deren Herstellung verwendeten Wassermenge oder durch Zugabe zusätzlicher Latexmengen erreicht
werden. Die Tauchflüssigkeiten sollten in gut versiegelten Behältern
aufbewahrt und bis zum Gebrauch eingefroren werden. Vor Gebrauch sollte man die Tauchflüssigkeiten in versiegeltem Zustand
auf Zimmertemperatur erwärmen lassen.
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung eines Bündels aus Para-Phenylenoxadiazol/N-Methylhydrazid-Fasern,
die zur Herstellung
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erfindungsgemäßer Elemente vorteilhaft sind.
In einen mit Glas ausgekeideten 30 Gallonen (113,5 Liter)-Reaktionsbehälter
mit einem motorangetriebenen spiralförmigen Rührer wurden 4,228 kg rauchende Schwefelsäure (22%ige SO3) gepumpt,
zu der 581,5 g (3,5 Mol) Terephthalsäure, 679,9 g (3,5 Mol) Dimethylterephthalat und 925 g (7,109 Mol) Hydrazinsulfat
hinzugegeben wurden. Das Reaktionsgemisch wurde bei 6O0C gerührt,
um eine Lösung herzustellen, anschließend wurde die Temperatur erhöht und 18 Stunden auf 125°C gehalten. Diese äußerst zähflüssige
Lösung (8,1% polymere Feststoffe) ließ man auf 8O0C
abkühlen.und verdünnte sie auf 5 % Feststoffe durch Verrühren
mit 8581 g rauchender Schwefelsäure (ca. 5%ige SO3). Die erhaltene
polymere Lösung wies eine Viskosität von 38,720 Poise bei 25°C auf, die mit einem Brookfield-Viskosimeter (#6 Spindel) gemessen
wurde. Diese polymere Lösung wurde zu Fasern gesponnen, indem sie durch eine 25-Loch-Spinndüse von 6 mil (152,4 μ) in
ein Koagulierungsbad aus 8%iger wässriger Schwefelsäure, die auf 23°C gehalten wurde, stranggepresst wurde. Die Spinndüse
wurde auf 140°C erhitzt und 1/2 Zoll (12,7 mm) über der Koagulierungsflüssigkeit
gehalten. Nachdem die Faser unter einer im Bad befindlichen Führung hergelaufen war, wurde sie über eine
Wasserwaschwalze geleitet, eine Neutralisxerungswalze, die in einer 4%igen wässrigen Lösung aus Natriumcarbonat umläuft, durch
ein Wasserbad von 90°C, über eine weitere Waschwalze, eine dampfbeheizte Trocknungswalze und schließlich über einem auf 365°C
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gehaltenen heißen Schuh heiß verstreckt und mit einer Geschwindigkeit
von 1279 Fuß (389,8 m/Min.) auf einen Spulenkern gewickelt. Das erhaltene, aus 25 Fasern bestehende Garn hatte folgende
Dehneigenschaften:
Reißfestigkeit 16,9 gpd (Gramm pro
Denier
Dehnung 6,9%
Modul 265 gpd
Dieses Beispiel beschreibt ein typisches Verfahren zur Herstellung
von erfindungsgemäßen Verstärkungselementen.
Fasern, die wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt werden,
wurden zu einem 1535 Denier starken Faserbündel zusammengefasst, das eine Reißfestigkeit (T) von 12,54 gpd (Gramm pro Denier),
eine Reißdehnung (E) von 6,53%, einen maximalen Modul (M) von 250 gpd und eine Zähigkeit (To) von 0,40 gpd aufweist und nach
dem folgenden Verfahren hergestellt wurde. Das Bündel wurde von einer Zuführungsspule um einen ersten Satz Godet-Rollen
(4 Wickler) nach unten geführt und unter einer nicht rotierenden Blockrol\e her, die in ein Becken getaucht ist, das die
Tauchflüssigkeit B enthält, dann vertikal nach oben durch eine
Öffnung, weiter vertikal nach oben durch die Brennlinie eines InfMrotheizers hindurch, der das Wasser aus der Tauchflüssigkeit
entfernt, über eine rotierende Blockrolle und unter einer
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AS
Spannrolle vom Hängegewichtstyp her über eine zweite rotierende Blockrolle, horizontal durch eine heiße Durchgangsöffnung von
52 Zoll (132 cm) ohne dabei deren Oberfläche zu. berühren, über eine weitere Blockrolle, um einen zweiten Satz von Godet-Rollen
(4 Wickler) herum und schließlich auf einen herkömmlichen Haspler, auf dem das die hitzegehärtete, Tauchflüssigkeit enthaltende
Bündel aufgewickelt wird.
Der .erste Satz Godet-Rollen wurde angetrieben, um eine Bündelgeschwindigkeit
von ca. 7,7 Fuß (2,35 m/Min.) zu erreichen, wodurch die Verweilzeit des Bündels in der heißen Durchgangsöffnung 33-34 see. beträgt. Die Temperatur in der heißen Durchgangsöffnung
betrug 245°C. Die Spannung der Zuführungsspule wurde auf der erforderlichen Mindestspannung gehalten, um zu
verhindern, daß das Bündel um den ersten Godet-Rollensatz herumgeschleudert
wird. Die Spannrolle und die Hängegewichte wogen 45 g, wodurch die Spannung des Bündels zwischen den beiden
Godet-Rollensätzen gesteuert wurde. Der Haspler vermittelte die Spannung, die verhinderte, daß das Bündel nicht, um den zweiten
Godet-Rollensatz herumgeschleudert wurde. Die öffnung war aus
Epoxydharz geformt und wiess einen Durchlass von 0,25 Zoll (6,35 mm) Durchmesser auf, der sich exponentiell zu einem
Durchlaß von 0,0276 Zoll (0.7 mm) Durchmesser verjüngte. Die öffnung war 3/8 Zoll (9,6 mm) lang, wobei 1,8 Zoll (3,2 mm)
ihrer Länge einen Durchmesser von O,25 Zoll (6,35 mm) und 1/8
Zoll (3,2 mm) ihrer Länge einen Durchmesser von 0,0276 Zoll (0,070 cm) oder vo.i 0,0240 Zoll (0,061 cm) aufwies und 1/8 Zoll
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(3,2 mm) ihrer Länge sich exponentiell verjüngte. Das Bündel wurde bei Zimmertemperatur eingetaucht. Allerdings befand sich
das Tauchbecken in einem Eisbad, um eine Fllmbildung auf der
Tauchflüssigkeit zu verhindern.
Die T/E/M/To-Eigenschaften des erhaltenen Bündels betrugen
13,47 gpd/7,92%/-224 gpd/0,49 gpd. Dieses Element wird im Folgenden
als 3A bezeichnet.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung weiterer erfindungsgemäßer
Elemente. In jedem Fall wurde ein Faserbündel nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt und nach dem
in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren behandelt. Die verwendete Tauchflüssigkeit und andere Behandlungsbedingungen sowie die
Eigenschaften der unbehandelten Bündel (U) und der behandelten Bündel {B) sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
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Element Denier % E Tgpd Mgpd Togpd Tauch- % Feststoffe Größe der Härtungs-
fl. öffnung (Zoll) temperat.°C
4A | U | |
B | ||
4B | U | |
4C | B | |
B | ||
09 | 4D | |
O | B | |
CO | ||
00 | 4E* | U |
—* | B | |
O | 4P* | |
co | B | |
co | ||
O | 4G | U |
B | ||
1550 5,19 11,28 264 0,30
1550 7,53 13,02 207 0,47 B 26,8 0,0276 265
1551 6,61 11,80 23 0,39 1551 7,75 12,56 207 4,47
1551 7,41 12,29 0,44
1551 6,89 12,33 216 0,41
1543 5,93 14,81 283 0,45
1543 7,87 16,54 257 0,62
1543 7,66 16,70 289 0,59
1542 6,34 15,21 274 0,48
1542 7,89 15,36 226 0,59 I 36,2 " 0,0276 265
U = unbehandeltes Bündel * = Bündel wurde zweimal eingetaucht unter Verwendung einer
B = behandeltes Bündel Öffnung von 0,0240 Zoll Durchmesser nach dem ersten Tauchen
und einer Öffnung von 0,0276 Zoll Durchmesser nach dem
zweiten Tauchen.
E | 33,8 | 0,0276 | 245 |
E | 33,8 | 0,0276 | 265 |
F | 33,8 | 0,0276 | 265 |
G | 35,2 | 0,0240 0,0l76 |
265 |
H | 36,2 | 0,0240 Λ Λ *\ "1 ZT |
265 |
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung und den Verdichtungsermüdungsversuch
typischer erfindungsgemäßer Elemente. Die Herstellung geeigneter Proben zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit
der Elemente erfordert mehrere Schritte. Die letzten Schritte vor der Prüfung umfassen die Herstellung einer Zusammensetzung
aus Epoxyharz - Kautschuk - Element mit den Maßen 3 χ 1/2 χ 1/2 Zoll (7,62 χ 1,27 χ 1,27cm) mit 1 χ 1/2 χ 1/2 Zoll (2,54 χ
1,27 χ 1,27 cm) Epoxyharz an jedem Ende und einem 1 χ 1/2 χ
1/2 Zoll (2,54 χ 1,27 χ 1,27 cm) großen Zwischenabschnitt aus
Kautschuk-Epoxyharz-Verbund. Die Elemente sind in der Mitte des Kautschuk-Epoxyharz-Verbunds angeordnet, wobei die
Längsachse davon zwischen den Epoxyharz-Endabschnitten verläuft.
Herstellung der Proben
Alle Versuchsproben wurden nach folgendem Verfahren hergestellt. Zuerst wurde ein Element in Kautschukblöcken von 1 χ 1/2 χ 1/2.
Zoll (2,54 χ 1,27 χ 1,27 cm) vulkanisiert, wobei 1 1/2-2 Zoll ((3,81 - 5,08 cm) des Elements über jedes Ende des Kautschukblockes
hinausragte. Dieser Schritt erfolgte unter Benutzung einer Form, die die Vulkanisierung von 20 Proben gleichzeitig
zuließ. Vorgeformte Kautschuk-Abstar.dshalbblöcke wurden in die Form gegeben, um offene Flächen zu schaffen, die später für
Epoxydharz benutzt wurden. Nichtgehärteter Kautscnuk wurde in die 1 Zoll (2,54 cm) große Probenfläche gegeben. Die Element-
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Probe wurde durch die Form gezogen und an jedem Ende aufgebunden. Zusätzlicher ungehärteter Kautschuk und Abstands-Halbblöcke
wurden am oberen Ende des Elements angeordnet und dann wurde die Form verschlossen. Die kalte.Form wurde in eine Heißpresse
gegeben (202 - 204eC) bei einem Druck von 907 kg, und nach 8 Minuten wurde der Druck auf 9070 kg erhöht. Nach etwa
20 Minuten erreichte die Temperatur 1660C und wurde auf diese
Temperatur eingestellt. Nach 35 Minuten wurde das Heizen abgestellt und die Form unter Druck gekühlt. Die Proben wurden aus
der Form genommen und das Element, auf. halbem Wege zwischen jedem Kaütschukblock geschnitten. Jedes Element-Ende wurde an
einem Aluminiumstift (7/16 χ 1/8 Zoll)(1,1 χ 0,3 cm) gekittet
und dann in mindestens zwei Drehungen um den Stift gewickelt und mit Hilfe eines Gummirings in dieser Position gehalten.
Anschließend wurden die Proben wieder in die Form zurückgesetzt und die Form wurde 20 Minuten auf 45-500C erhitzt. In die offenen
Hohlräume zwischen den Kautschukblöcken wurde Epoxydharz (Shell Epon 815/Härter ü) gegossen. Das.Aushärten des Epoxydharzes
wurde 40 Minuten bei 45-5O0C und weitere 60 Minuten
bei 70-800C fortgesetzt. Man liefi die Form auf Zimmertemperatur
abkühlen. Die Form wurde dann auseinander genommen und die Versuchsproben, herausgenommen. Für jedes der in den Beispielen
3 und 4 beschriebenen.Elementen wurden.fünf Probekörper hergestellt.
Ermüdungsprüfung Die Ermüdungsfestigkeit der Elemente wurde mit Hilfe einer
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eigens für diesen Zweck konstruierten Maschine geprüft. Die Maschine weist zwei vertikal montierte drehbare Stahlplatten
auf, von denen jede einige Zoll stark ist und die eint;n Durchmesser
von etwa einem Fuß (30,48 cm) besitzen. Diese Platten sind in Gegenüberstellung angeordnet, und zwar in einem Abstand
von einem Zoll (2,45 cm), im Innern eines dickwandigen Wärmegehäuses. Beide Platten rotieren mit gleicher Geschwindigkeit
(rpm) (U/Min.) und jede rotiert um eine Achse, die die andere in einem Winkel in horizontaler Ebene zwischen den Platten
trifft. Bei der Prüfung wird eine Probe zwischen die Platten gesetzt, wobei ein Epoxydharzende der Probe gut an die Peripherie
der einen Platte und das andere Epoxydharzende an die Peripherie der anderen Platte festgeklemmt ist. Eine Platte
ist so ausgerüstet, daß sie die Probe in Bezug auf die andere Platte verkanten kann, um so eine spezifische Verdichtungsund
Spannungsbeanspruchung während der Prüfung zu gewährleisten. Während der Prüfung laufen beide Platten zusammen um. So unterliegt
die Probe während einer Umdrehung der Platten (d.h. in einem Zyklus) zuerst einer Verdichtungsbeanspruchung und dann
einer Spannungsbeanspruchung oder umgekehrt. Diese Maschine hat 24 Stationen, das heißt, 24 Proben können gleichzeitig geprüft
werden. Die Proben werden herausgenommen und in einem
Instron zerbrochen, wobei eine Handklemme mit gezahnten Seiten von 1 Zoll (2,54 cm) χ 2 Zoll (5,08 cm) benutzt wird. Die Stärke
des Kautschuks wird, von der maximalen Bruchfestigkeit abgezogen,
bevor die Reissfestigkeit und andere Eigenschaften der
-/19
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Elemente berechnet werden.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Maschine sur Ermüdungsprüfung
wurden Probekörper, die die in den Beispielen 3 und 4 beschriebenen Elemente enthalten, wie oben beschrieben hergestellt
und geprüft. Bei der Prüfung wurden die Platten miteinander verkantet, um.so eine Verdichtungsbeanspruchung von
7,5% und eine Spannungsbeanspruchung von 2,5% zu erhalten. Die Zahl der Zyklen, die in der Tabelle für jeden Probensatz angegeben
ist, stellt einen Wert dar, über den hinaus eine große Anzahl der Proben aus diesem Satz versagte. Die Prüfungsergebnisse
sind in Tabelle II aufgeführt.
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Proben Element Zyklen Geprüft Versagt
Durchschnittl. ge- %gehaltene haltene Reissfest- Reissfestigkeit (gpd) igkeit
Durchschnittl, Probenanzahl
3A | 2 | 100.000 | 5 | 0 | 2,93 | 22 | 5 | |
4A | .000.000 | 5 | 0 | 1 ,96 | 15 | 5 | ||
4B | 100.000 | 5 | 1 | 2,31 | 18 | 4 | ||
m | 4C | 2 | 100.000 | 5 | 0 | 2,78 | 23 | 5 |
O
CO OO KJ |
4D 4E |
2 | 100.000 .000.000 |
5 5 |
1 0 |
2,02 2,68 |
16 16 |
4 5 |
4F | 4 | .000.000 | 5 | 0 | 2,49 | 15 | 5 | |
890 | 4G | .000.000 | 5 | 0 | 2,23 | 14,5 | 5 | |
Die in Tabelle II aufgeführten Ergebnisse zeigen die außergewöhnliche
Ermüdungsfestigkeit der erfindungsgemäßen Elemente, die ohne Anwendung von Zwirnung erreicht wird.
In diesem Beispiel wurden aus vom Handel bezogenen Poly(p-Phenylenterephthalamid)-Fasern
hergestellt und geprüft gemäß den in den Beispielen 3-5 beschriebenen Verfahren.
In Tabelle III sind die verwendeten Tauchflüssigkeiten sowie
weitere Behandlungsbedingungen und die Eigenschaften der unbehandelten (U) und behandelten (B) Bündel aufgeführt.
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QO O CO CD
Element Denier % E T(gpd) M(gpd) To(gpd) Tauchfl. %Festst.
U | 1536 |
CA | 1536 |
CB | 1536 |
CC | 1536 |
U | 1517 |
CD* | 1517 |
3,53 17,44
3,85 19,13 0,33
3,45 18,97 209 0,29
3,47 20,48 741 0,31
3,24 16,99 593 0,27
3,20 17,94 527 0,27
E | 33 | ,8 | 0, | 0276 |
C | 23 | ,6 | 0, | 0276 |
C | 23 | ,6 | 0, | 0276 |
36,2
Öffnung Härtungstemp. Größe (Zoll) 0C
265 245 265
0,0240
0,0276
0,0276
265
* Zweimal getauchtes Bündel unter Verwendung einer Öffnung mit einem Durchmesser von
0,0240 nach dem ersten Tauchen und einer Öffnung mit einem Durchmesser von 0,0276 nach
dem zweiten Tauchen.
Aus jedem der oben erwähnten Elemente CA - CD wurden Versuchsproben wie In Beispiel 5 beschrieben hergestellt und geprüft.
Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in Tabelle IV wiedergegeben. Wie in Tabelle II stellt die Zahl der für jeden Probensatz
angegebenen Zyklen einen Wert dar, über den hinaus eine große
Anzahl von Proben aus diesem Satz versagte.
-/24 809821/0890
Element | Zyklen | Proben Geprüft Versagt |
4 | |
CA | 10,000 | 5 | 4 | |
CB | 10.000 | 5 | 4 | |
CC | 10.000 | 5 | 3 | |
CD
O CO 00 NJ |
CD | 50.000 | 5 | |
/0890 |
Ui
Durchschnittl. ge- % gehaltene # der Proben haltene Reissfestig- Reissfestigkeit durchschnittl.
keit fgpd)
19,13 4 1
18,97 3 1
20,49 2 1
17,94 10 2
Die Ergebnisse in Tabelle IV zeigen, daß die aus Poly(p-Phenylenterephthalamid)-Bündeln
hergestellten Elemente im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Elementen eine geringe Ermüdungsfestigkeit
aufweisen.
Dieses Beispiel demonstriert die Ermüdungsfestigkeit der erfindungsgemäßen
Elemente.
Erfindungsgemäße Elemente wurden in die Gürtel von zwei JR78-15
Radialreifen eingearbeitet. Bevor diese Elemente zur Herstellung der Reifen verwendet wurden, wurden die Reifen mit einem Nylongarn
niedriger Denierzahl bei hohem Wicklungswinkel eingefasst und erneut getaucht. Die Gürtel der Reifen enthielten 14 Elemente
pro Zoll (2,54 cm) und der Reifenkörper enthielt herkömmlichen Polyestercord. Bei der Radprüfung im Labor wurden die
Reifen auf 24 psig (1.687 kg/cm2) Stärke aufgepumpt und dann
bei 30 mph (48,3 kph) unter einer Belastung von 1580 Ib (716,7 kg), drei Firestone-Klampen (engl.: cleats) auf dem Rad, die
900 Scheitelschläge (engl.: crown impacts) pro Meile (1,6093 km) lieferten, gedreht. Die Reifen versagten zwischen 48oo (7725 km)
und 5500 (8851 km) Meilen , da sich die äußere Schicht des Reifenkörpers unter dem Profil löste, und nicht aufgrund eines
Fehlers, der offensichtlich mit dem Gürtel in Zusammenhang gebracht werden konnte. Die Ergebnisse dieses Tests besagen, daß
die erfindungsgemäßen Elemente eine Ermüdungsfestigkeit auf-
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weisen, die für ihre Verwendung in Radialreifen und sicherlich auch in diagonal-gegürteten (engl.: bias-belted) Reifen, für die
3.000 Meilen (4828 km) ohne Versagen als angemessen befunden werden, geeignet ist.
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Claims (7)
- PATENTANSPRÜCHE11J Verstärkungselement, gekennzeichnet durch ein Bündel von Fasern aus eine· organischen Polymerisat, im wesentlichen bestehend aus sieh wiederholenden Einheiten der FormelM N "' -■*' ' -:;" Ca} -Ar-C C- and dex FormelOR OH I 1Cb) - Ar1 -C-N- HH-C- in einem Holvarhältnis von 20:80 bis 95:5, worin Ar und Ar* jeweils ein zweiwertiges aromatisches Radikal and R ein C. bis C.-Alkyl sind, and welches mit einem helAgehärteten, harzhaltigen Klebegemisch iiert ist, das eine Mischung aus einem Elastomeren and einem Resorzin-Formaldehyd-Harz oder Modififizierungen davon enthält und wobei das genannte Bündel weniger als 0,167 Drehungen pro Zoll (2,54 cm) Swirnung aufweist.
- 2. Element gemäft Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Elastomere ein Copolymerisat aus Polyvinylpyridin, Butadien und Styrol ist und das genannte Harz ein Resorzin-Formaldehyd-Harz oder eiie 2,6-bis C 2·,4■-dihydroxypheny!methyl)-4 -chlorphenol enthaltende Verbindung.809821/0890 ORIGINAL INSPECTED*'Sb 1378
- 3. Element gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Copolymerisat im wesentlichen aus sich wiederholenden Einheiten der FormelHH O CH, 0I Ii I I 3 i(A) - Ar - C C- und (B) - Ar» -C-N-NH-C-bestellt, worin Ar und Ar* jeweils aus der aus-o-bestehenden Gruppe ausgewählt werden und dasMol verhältnis der Einheiten (A) zu (B) zwischen 60:40 und 4Or60 liegt.
- 4. Element gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ar und Ar" //—Λ sind.
- 5. Element gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwirnung des genannten Bündels gleich Null ist.
- 6. Element gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Bündel zwischen 1000 und 4000 Denier aufweist.
- 7. Ein flexibler Kautschukartikel, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Elemente gemäß Anspruch 1 verstärkt ist.809821/0890
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BE791894A (fr) * | 1971-11-26 | 1973-05-24 | Monsanto Co | Procede de preparation de polymeres oxadiazole aromatique /hydrazide n-alkylique |
-
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