DE2751378A1 - Verstaerkungselemente - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL-ING. STAPF D1PL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMaIR

PATENTANWÄLTE ^ Postfach 860245-8000 München 86 * / 0 1 O / Q

Anwaltsakte 28 595 17. November 1977

MONSANTO COMPANY
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,

-/3

809821 /0890

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-

809821/0890 "^/4

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-

-/5

809821 /0890

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

809821/0890 ~^/6

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

809871/089 0 ~^/?

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.

809821/0890

Beispiel 1

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

809821/0890 ~^/9

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.

-/1O

809821/0890

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.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung eines Bündels aus Para-Phenylenoxadiazol/N-Methylhydrazid-Fasern, die zur Herstellung

-/11

809821 /0890

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

-/12

809821/0890

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

Beispiel 3

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

809821/0890 ~^/13

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

-/14 809821/0890

(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.

Beispiel 4

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.

-/15

809821 /0890

TABELLE I

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

Beispiel 5

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-

809821/0890 ^/1?

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 - 204^eC) 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

-/18

809821/0890

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

809821/0890

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.

-/20

809821 /0890

TABELLE II

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.

Beispiel 6

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.

-/22

809821/0890

TABELLE III

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

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

TABELLE IV

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.

Beispiel 7

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-

-/26 809821/0890

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.

809821/0890

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   ₁1J Verstärkungselement, gekennzeichnet durch ein Bündel von Fasern aus eine· organischen Polymerisat, im wesentlichen bestehend aus sieh wiederholenden Einheiten der Formel

   M N "' -■*' ' -^:;" Ca} -Ar-C C- and dex Formel

   OR O

   H I 1

   Cb) - 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. 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. 3. Element gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Copolymerisat im wesentlichen aus sich wiederholenden Einheiten der Formel

   HH O CH, 0

   I 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 das

   Mol verhältnis der Einheiten (A) zu (B) zwischen 60:40 und 4Or60 liegt.
4. 4. Element gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ar und Ar" //—Λ sind.
5. 5. Element gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwirnung des genannten Bündels gleich Null ist.
6. 6. Element gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Bündel zwischen 1000 und 4000 Denier aufweist.
7. 7. Ein flexibler Kautschukartikel, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Elemente gemäß Anspruch 1 verstärkt ist.

   809821/0890