NL1000955C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van middels koord versterkte rubber of kunststof artikelen. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van middels koord versterkte rubber of kunststof artikelen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen 5 van middels koord versterkte rubber of kunststof artikelen, waarbij het rubber of de kunststof en het koord worden opgerekt en waarbij het rubber of de kunststof vervolgens wordt verhard.

Een dergelijke werkwijze is algemeen bekend. Een voorbeeld van een 10 dergelijke werkwijze is het proces dat wel wordt aangeduid met de term 'mould curing1. Daarmee worden bijvoorbeeld transmissie riemen vervaardigd door een rubber cilinder om een trommel aan te brengen en koorden van polyester om de rubber cilinder te wikkelen. Vervolgens wordt een tweede rubber cilinder om de eerste rubber cilinder j,. aangebracht en wordt het geheel van de trommel genomen en in een mal geplaatst. In de eerste rubber cilinder wordt een opblaasbare rubber ballon aangebracht waarmee het geheel wordt opgerekt en tegen de binnenwand van de mal wordt geperst. Als de binnenwand van de mal van bepaalde vormen, zoals groeven, is voorzien worden deze vormen 2q overgebracht op de tweede rubber cilinder. Na vulcaniseren kan de middels koord versterkte rubber constructie uit de mal worden verwijderd en in riemen worden gesneden.

Het is duidelijk dat deze werkwijze toelaat dat met een gering aantal 25 processtappen een betrekkelijk groot aantal riemen vervaardigd kan worden. Een belangrijk bezwaar is echter dat bij deze werkwijze de modulus van de koorden, die gebruikt worden als versterking, laag moet zijn. Immers, als de ongevulcaniseerde rubber cilinder expandeert moet een koord dat daaromheen gewikkeld is mee expanderen, omdat het rubber 3Q anders tussen de verschillende wikkelingen van het koord door wordt geperst of geëxtrudeerd en het koord van plaats verandert. De verplaatsing van het rubber en van het koord maken het uiteindelijke product onbruikbaar.

1000955 2

Vooral bij artikelen die tijdens het 'mould curing1 een relatief grote rek moeten ondergaan, zoals kleinere transmissie riemen (met een lengte van bijvoorbeeld 140 inch (355.6 cm)) die vaak meer dan 3% rek 5 ondervinden, speelt dit probleem een belangrijke rol.

Het gebruik van supersterke vezels (bijvoorbeeld poly(para-fenyleen tereftaalamide)), die naast een hoge sterkte meestal ook een hoge modulus hebben, is daardoor zeer moeilijk, en in veel gevallen onmogelijk.

Met de uitvinding wordt beoogd deze beperking op te heffen. Dit wordt bereikt doordat bij de werkwijze zoals beschreven in de eerste alinea gebruik wordt gemaakt van koord dat tenminste één garen omvat met een hoge modulus, hoger dan 45 GPa, en dat tenminste één ander garen omvat 15 met een lage modulus, lager dan 25 GPa.

Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van koord dat tenminste één garen omvat met een hoge modulus, hoger dan 60 of zelfs hoger dan 75 GPa en 20 dat tenminste één ander garen omvat met een modulus lager dan 15 of zelfs lager dan 10 GPa.

Dergelijke hybride koorden vertonen een lage modulus bij een lage rek en een hoge modulus bij een hogere rek. Aldus ontstaat de situatie dat 25 de koorden tijdens het productieproces een zodanig lage modulus hebben dat het matrixmateriaal, zoals bijvoorbeeld polyurethaan of rubber, niet tussen de koorden of de verschillende wikkelingen van de koorden door wordt geperst of geëxtrudeerd, terwijl de koorden als ze eenmaal deel uit maken van het uiteindelijke product juist de gewenste hoge 2Q modulus en hoge sterkte hebben.

De modulus bij een bepaalde rek en het verloop van de kracht/rek curve kunnen verder beïnvloed worden door het lengteverschil tussen de verschillende garens in het koord (de zogenaamde 'overfeed') en door de koordconstructie, d.w.z. door de twijning en de spoed van de afzonderlijke garens en de twijning van het koord.

1000955 3

Een voorbeeld van een mogelijke constructie is die waarbij twee garens met een hoge modulus (bijv. 1500 dtex; Z220) samen met één garen met een lage modulus (bijv. 1500 dtex; Z180) tot een koord (bijv. S220) worden getwijnd.

5

Ook kan bijvoorbeeld worden uitgegaan van één garen met een hoge modulus (bijv. 1500 dtex) en één garen met lage modulus (bijv. 500 dtex) die samen tot een koord worden getwijnd (bijv. Z220). Drie van deze koorden kunnen vervolgens tot een dikker koord worden getwijnd 10 (bijv. S220).

Zeer geschikte materialen voor garens met een hoge modulus zijn bijvoorbeeld aromatische polyamiden (aramide), zoals poly(para-fenyleen tereftaalamide), koolstof en glas. Deze materialen zijn in de loop der jaren bijzonder geschikt gebleken voor gebruik in lb composieten. Onder meer in composieten met een rubber matrix wordt veelvuldig van aramide gebruik gemaakt. Andere voorbeelden van geschikte materialen zijn metaal, polyimide, polyketon en hoog verstrekt polyetheen.

20

Zeer geschikte materialen voor garens met een lage modulus zijn bijvoorbeeld polyester, polyamide, elastodieen, elastaan en chlorovezel. Een aantal van deze materialen wordt al vele jaren toegepast in composieten zoals banden en aandrijfriemen. Andere 25 voorbeelden van geschikte materialen zijn polyolefinen, cellulose, acetaat, acryl en vinylal.

Zoals uit het bovenstaande duidelijk zal zijn dient het garen met een lage modulus in de eerste plaats om het gebruik van materialen met een hoge modulus in een werkwijze zoals bijvoorbeeld het beschreven 'mould curing' proces mogelijk te maken. Met andere woorden, het garen met een lage modulus dient hoofdzakelijk als proceshulp.

In het gerede product dienen de hybride koorden de eigenschappen van 1000955 4 koorden die alleen uit 'supervezels' bestaan zoveel mogelijk te benaderen. Daarom wordt, hoewel in beginsel alle hybride koorden die zijn samengesteld uit garens van een materiaal met een hoge modulus en garens van een materiaal met een lage modulus geschikt zijn, de 5 voorkeur gegeven aan koorden die tenminste 75 gewicht% van het garen met een hoge modulus (hoger dan 45 GPa) bevatten.

De samenstelling en constructie van het koord worden bij voorkeur zo gekozen dat de rek die optreedt tijdens het proces in hoofdzaak 10 * overeenkomt met de rek waarbij het koord een lage modulus heeft. De initiële of 'lage modulus'-rek wordt dan tijdens het proces (nagenoeg) volledig benut, zodat de koorden in het gerede product een hoge modulus hebben.

^ Ook wordt de voorkeur gegeven aan een samenstelling en constructie van het koord waarbij, bij de maximale belasting, de verschillende garens tegelijkertijd breken. De sterkte van het koord is dan optimaal.

Om in het uiteindelijke product, bijvoorbeeld een transmissie riem, 2Q een goede hechting van de koorden aan het matrixmateriaal van de riem te waarborgen kan het gewenst zijn de koorden van een hechtmiddel te voorzien. In dat geval worden de koorden, voordat ze in contact komen met het matrixmateriaal, behandeld met een hechtsysteem. Bij voorkeur, worden de koorden voor de behandeling met het hechtsysteem voorzien 25 van een eerste hechtlaag.

Als eerste hechtlaag zijn epoxyverbindingen, polymere methyl diphenyl diisocyanaat (bijvoorbeeld Voranate® van de firma DOW) en polyurethanen met ionogene groepen zeer geschikt. Met name 2Q polyurethaan dat bovendien geblokkeerde isocyanaatgroepen en met isocyanaatgroepen reactieve waterstofatomen bevattende groepen bevat verdient de voorkeur. Deze groep van polyurethanen (Ionothane®) en de voordelen ervan bij gebruik als hechtlaag worden uitvoerig beschreven 1000355 5 in het Europese octrooi schrift EP 168 066 Al. Dit octrooi schrift wordt als hier ingelast beschouwd.

Ook voor het hechtsysteem bestaan verschillende mogelijkheden. Zeer 5 geschikt voor bijvoorbeeld poly(para-fenyleen tereftaalamide) zijn een resorcinol/formaldehyde/latex (RFL) systeem en Chemosil® van de firma Henkel. Voor bijvoorbeeld glas kan gebruik worden gemaakt van een silaanverbinding.

1Q Tijdens het aanbrengen van de eerste hechtlaag en het hechtsysteem» het voordippen respectievelijk dippen, wordt bij voorkeur een zekere spanning op het koord aangebracht. Zoals uit de voorbeelden zal blijken hangt de kracht die nodig is om de gedipte koorden een zekere rek op te leggen in vrij sterke mate van deze spanning af. Deze 1C spanning kan daarom gebruikt worden om de eigenschappen van het koord lb nog nauwkeuriger in te stellen.

De uitvinding heeft verder betrekking op een koord dat geschikt is voor toepassing in de beschreven werkwijze, welk koord tenminste één 2Q garen omvat met een hoge modulus, hoger dan 45 GPa, en tenminste één ander garen omvat met een lage modulus, lager dan 25 GPa, en waarbij het koord tenminste 75 gewicht^ van het garen met een hoge modulus bevat. Bij dergelijke koorden is voldoende materiaal met een lage modulus aanwezig om werkwijzen zoals het 'mould curing' proces goed te 25 laten verlopen terwijl de eigenschappen van het koord in het uiteindelijke product nagenoeg gelijk zijn aan de eigenschappen van koorden die alleen uit het garen met een hoge modulus bestaan.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een transmissieriem 3Q versterkt met het hierboven beschreven koord.

Zoals genoemd kan het matrixmateriaal geheel of gedeeltelijk uit rubber of kunststof bestaan.

10003 55 6

Met de term 'rubber' worden alle synthetische en natuurlijke rubbers bedoeld. Deze term omvat derhalve onder meer natuurrubber, styreen-butadieen rubber, butadieen rubber, isopreen rubber, acrylonitri 1 -butadieen rubber, gehydrogeneerd acrylonitril-butadieen rubber (HNBR), 5 chloropreen rubber, isopreen-isobutyleen rubber, gebromeerd isopreen-isobutyleen rubber, gechloreerd isopreenisobutyleen rubber, gealkyleerd chloro gesuifoneerd polyethyleen (ACSM), polyurethaan rubbers, ethyleen-propyleen-dieen terpolymers, evenals combinaties van twee of meer van deze rubbers en combinaties van deze rubbers met jq andere rubbers en/of thermoplasten.

Voorbeelden van kunststoffen geschikt voor toepassing in de uitvinding zijn onder meer thermoplasten, thermoplastische elastomeren, polyurethanen, copolyetheresters en copolyetheramiden.

15

In het kader van deze uitvinding worden onder het begrip 'garen' mede verstaan monofilamenten en bundels van monofi1 amenten. Deze term omvat verder stapel vezels, 'spunyarn', getextureerde vezels, holle vezels, holle capillairen en tapes.

20

Het begrip 'verharden' omvat onder meer vulcaniseren, afkoelen (van bijvoorbeeld thermoplasten) en crossi inken.

Opgemerkt wordt dat uit US 4,155,394 een koord bekend is dat is 20 samengesteld uit aramide en nylon. Het koord heeft enerzijds een hogere modulus en breuksterkte dan koorden van polyester en nylon, en is anderzijds minder gevoelig voor vermoeiing dan een koord dat alleen uit aramide bestaat. De koorden bevatten bij voorkeur één tot vier getwijnde garens van nylon of polyester tegenover één getwijnd garen 2Q van aramide. Met andere woorden, de koorden bevatten minder dan 50% aramide.

l 1000955 7

Verder wordt opgemerkt dat uit US 3,977,172 een koord bekend is bestaande uit één of twee getwijnde garens van PPTA en één getwijnd garen van nylon of polyester. Ook hier worden de koorden toegepast om vermoeiing van de vezels tegen te gaan. Het gebruik van de koorden in 5 het 'mould-curing' proces wordt niet beschreven. De koorden bestaan bij voorkeur voor 2/3 (67%) uit aramide.

Hoewel de vezels uit deze octrooi schriften op zich geschikt zijn voor toepassing in de werkwijze volgens de uitvinding, wordt, zoals 1Q genoemd, de voorkeur gegeven aan koorden met een grotere hoeveelheid garens (tenminste 75 gewicht%) met een hoge modulus en een hoge sterkte.

De uitvinding zal hieronder worden toegelicht aan de hand van een 1C aantal voorbeelden met bijbehorende figuren. Vanzelfsprekend beperkt lb de uitvinding zich niet tot deze voorbeelden.

Voor de betekenis van de notatie van de koordconstructies wordt, voor zover deze niet vanzelfsprekend is, verwezen naar ISO 1139 - 1973.

20

De parameters die worden genoemd in de voorbeelden en de conclusies zijn gemeten volgens Revised ASTM-D885-91 draft 8, bij 20°C en 65% relatieve luchtvochtigheid. De eenheid 'N/tex' kan worden omgerekend naar 'GPa' door te vermenigvuldigen met de dichtheid (in g/cm3) van 25 het gebruikte materiaal.

VOORBEELD 1

Een 'wrapped wire’ constructie wordt samengesteld uit Twaron® 2100 en 3Q Enka Nylon® 155 HRS met de volgende titers en twijning (dikte van de constructie bedraagt 0.85 mm, het lengteverschil bij cableren voor 1 m koord is 1.042 m Twaron en 1.06 m Enka Nylon): 1000955 8 (Twaron 2100; 1680 dtex xl Z170 x3 S140 + Enka Nylon 155 HRS; 940 dtex Z60) xl S250

Er werden drie koorden met deze samenstelling getest: 5

Koord A: ongedipt

Koord B: voorgedipt in epoxy en vervolgens gedipt in een resorcinol/ formaldehyde/ latex syteem bij een spanning van 10 mN/tex Koord C: voorgedipt in epoxy en vervolgens gedipt in een resorcinol/ formaldehyde/ latex systeem bij een spanning van 50 mN/tex

Ter vergelijking werden ook een koord met uitsluitend Twaron® en een koord met uitsluitend polyester getest:

Koord D: Twaron 2100; 1680 dtex xl Z220 x3 S220 15 voorgedipt in epoxy en vervolgens gedipt in een resornicol/ formaldehyde/ latex systeem bij een spanning van 25 mN/tex Koord E: Polyester; 1100 dtex x2 Z150 x3 S150 voorgedipt in epoxy en vervolgens gedipt in een resornicol/ 2q formaldehyde/ latex systeem bij een spanning van 10 mN/tex TABEL 1

A B C D E

Spec.

25 Sterkte (mN/tex) 1476 1405 1444 1734 575

Breukrek (%) 9.1 7.4 5.9 4.5 11.7 FASE 1 (N) 28 44 78 174 75 FASE 2 (N) 54 102 198 373 120 FASE 3 (N) 107 197 359 602 203 30 (N.B. In deze tabel geeft het begrip FASE ("Force At Specified Elongation") aan welke kracht noodzakelijk is voor een gegeven rek. Zo geeft FASE 2% bijvoorbeeld de kracht die nodig om een bepaald koord 1000955 9 een rek van 2% te geven. De gebruikte epoxy is GE-100 van de firma Raschig.)

Uit Tabel 1 en de figuren 1 en 2 (een kracht/ rek- respectievelijk een 5 spanning/ rek-diagram van de koorden A-E) blijkt duidelijk dat de koorden B en C zich bij een rek lager dan ongeveer 2% gedragen als een polyester koord. Bij rekken hoger dan ongeveer 2% wordt het gedrag bepaald door het Twaron®.

Overigens zij nog opgemerkt dat de genoemde spanning bij koorden die alleen uit aramide bestaan, zoals koord D, veel minder invloed heeft op het verloop van de kracht/rek kromme dan bij hybride koorden zodat koord D ondanks de afwijkende spanning (25 mN/tex) geschikt is als vergelijking.

15

Uit Tabel 1 en de figuren 1 en 2 blijkt dat de eigenschappen van de koorden verder ingesteld kunnen worden door middel van de spanning tijdens het dippen en zo aangepast kunnen worden aan de rubber matrix van het gerede product.

20 VOORBEELD 2

Een tweede 'wrapped wire1 constructie wordt samengesteld uit Twaron® 25 2100 en Enka Nylon® 155 HRS met de volgende titers en twijning (dikte van de constructie bedraagt 1.05 mm, het lengteverschil bij cableren voor 1 m koord is 1.048 m Twaron en 1.240 m Enka Nylon): (Twaron 1000; 1100 dtex x2 Z120 x3 S120 + Enka Nylon 155 HRT; 940 dtex 30 xl Z60) xl Z320

Er werden drie koorden met deze samenstelling getest:

Koord F: ongedipt 1000955 10

Koord G: voorgedipt in Ionothaan en vervolgens gedipt in een resor nicol/ formaldehyde/ latex systeem bij een spanning van 10 mN/tex

Koord H: voorgedipt in epoxy en vervolgens gedipt in een resornicol/ 5 formaldehyde/ latex systeem bij een spanning van 10 mN/tex

Ter vergelijking werd ook een koord met uitsluitend Twaron® getest:

Koord I: Twaron 1000; 1100 dtex x2 Z120 x3 S120 jq voorgedipt in epoxy en vervolgens gedipt in een resornicol/ formaldehyde/ latex systeem bij een spanning van 10 mN/tex

De resultaten van de metingen zijn weergegeven in Tabel 2 en Figuur 3 en 4 (een kracht /rek- respectievelijk een spanning /rek diagram van de koorden F-I, en E) 15 TABEL 2

F G Η I

Spec.

20 Sterkte (mN/tex) 1641 1469 1528 1637

Breukrek (%) 7.9 5.1 5.1 3.2 FASE 1 (N) 32 81 83 295 FASE 2 (N) 59 220 253 656 FASE 3 (N) 122 457 506 1053 25 VOORBEELD 3

Om een trommel wordt een rubber cilinder aangebracht en waarna een koord zoals koord B om de rubber cilinder wordt gewikkeld. Vervolgens 30 wordt een tweede rubber cilinder om de trommel aangebracht en wordt de zo ontstane constructie van de trommel afgenomen. Deze constructie wordt in een mal gebracht, welke mal aan de binnenzijde is voorzien van evenwijdige cirkel vormige groeven (met een breedte van 4.7 mm en ! 1000955 11 een diepte van 5.5 mm). In de rubber constructie wordt een rubber ballon aangebracht die vervolgens wordt opgepompt tot 15 bar, zodat de rubber constructie in de groeven wordt geperst. Hierna wordt gedurende 5 minuten gevulcaniseerd met stoom van 180°C.

5

De rubber constructie wordt uit de mal genomen en in riemen gesneden. Bij inspectie blijkt dat de koorden niet zijn verschoven en het rubber niet tussen de koorden door is geperst.

10 15 20 25 30 1000955

Claims (11)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van middels koord versterkte rubber of kunststof artikelen, waarbij het rubber of de kunststof 5 en het koord worden opgerekt en waarbij het rubber of de kunststof vervolgens wordt verhard, met het kenmerk dat gebruik wordt gemaakt van een koord dat tenminste één garen omvat met een hoge modulus, hoger dan 45 GPa, en dat tenminste één ander garen omvat met een lage modulus, lager dan 25 GPa. 10

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het garen met een hoge modulus een andere lengte per meter koord heeft dan het garen met een lage modulus.

3. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk 15 dat het garen met een hoge modulus aromatische polyamide, koolstof of glas bevat.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk 2. dat het garen met een lage modulus polyester, polyamide, elastodieen, elastaan of chlorovezel bevat.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het koord tenminste 75 gewicht% van het garen met een hoge 25 modulus bevat.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het koord, voordat het in contact komt met het rubber of de kunststof, wordt behandeld met een hechtsysteem. 30

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het koord, voordat het wordt behandeld met een hechtsysteem, wordt voorzien van een eerste hechtlaag. 1000955

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de eerste hechtlaag een epoxyverbinding of een polyurethaan met ionogene groepen bevat.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat het polyurethaan geblokkeerde isocyanaatgroepen en met isocyanaatgroepen reactieve waterstofatomen bevattende groepen bevat.

10. Koord geschikt voor gebruik in een werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, welk koord tenminste één garen omvat met een hoge modulus, hoger dan 45 GPa, en tenminste één ander garen omvat met een lage modulus, lager dan 25 GPa, met het kenmerk, dat het koord tenminste 75 gewicht% van het garen met een hoge modulus ... bevat, lb

11. Transmissieriem versterkt met een koord volgens conclusie 10. 20 25 30 1000955