Cord

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Cord, bestehend aus einem Kern und einem Mantel.

[0002] Ein derartiger Cord ist beispielsweise in EP 1 411 159 beschrieben, bei dem der Kern aus Glasfasern und der Mantel aus Aramidgarnen gebildet ist. Dieser Cord dient der Verstärkung von elastomeren Materialien, wie beispielsweise Reifen oder Riemen.

[0003] Es besteht immer noch der Wunsch, derartige Corde zu entwickeln, die in ihren Eigenschaften mit den bekannten Corden mindestens vergleichbar oder besser sind. Insbesondere sollen derartige Corde eine möglichst hohe Lebensdauer der mit derartigen Corden verstärkten Verbundwerkstoffen gewährleisten. Beim Einsatz solcher Corde in Riemen kommt es zusätzlich darauf an, dass die Corde beständig gegen Öl und/oder hydrolysebeständig sind.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, weitere für die Verstärkung von elastomeren Materialien geeignete Corde zur Verfügung zu stellen. Insbesondere sollen die Corde eine hohe Lebensdauer des mit solchen Corden verstärkten elastomeren Materials sicherstellen. Außerdem sollen Corde mit einer guten Hydrolysebeständigkeit zur Verfügung gestellt werden. Auch soll ein Cord zur Verfügung gestellt werden, der kostengünstig herstellbar ist.

[0005] Gelöst wird die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe durch einen Cord, bestehend aus einem Kern und einem Mantel, wobei der Kern in eine Matrix eingebettete Hochmodulfasern enthält, welcher mit den Mantel bildenden Fasern zumindest überwiegend umhüllt ist.

[0006] Hierbei dient der Kern als Festigkeitsträger, der sich insbesondere durch hohe Dimensionsstabiltiät auszeichnet.

[0007] Ein derartiger Cord lässt sich beispielsweise derart herstellen, dass die Hochmodulfasern mit dem Matrixmaterial imprägniert werden. Danach wird der Kern beispielsweise mit Stapelfasern umsponnen, wonach dann die Stapelfasern den Mantel bilden.

[0008] Bevorzugt wird mindestens ein Multifilamentgarn als die den Mantel bildenden Fasern, welches um den Kern gewickelt ist. Die Umwicklung wird vorzugsweise derart ausgeführt, dass nach dem Umwickeln der Kern möglichst gut abgedeckt, das heißt möglichst nicht mehr zu sehen ist. Werden mehrere Multifilamentgarne zur Herstellung des Mantels verwendet, können diese gleichsinnig und/oder gegensinnig um den Kern gewickelt werden. Auch können mehrere Multifilamentgarne zu einem Mantel geflochten sein.

[0009] Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn die Matrix des Kerns des erfindungsgemäßen Cordes ein Thermoplast ist.

[0010] Neben den üblichen Imprägnierverfahren zum Einbringen der Matrix in die Hochmodulfasern, können hierbei thermoplastische Fasern mit den Hochmodulfasern vermischt werden, wobei diese Mischung in einem späteren Schritt derart erhitzt wird, dass die thermoplastischen Fasern schmelzen und zur Matrix werden, in welche die Hochmodulfasern eingebettet sind. Hierbei können die Hochmodulfasern als Endlosfasern, beispielsweise als Multifilamentgarn, vorliegen und die thermoplastischen Fasern mit den Hochmodulfasern beispielsweise durch an sich bekanntes Verwirbeln mittels Luft gut vermischt werden. Für die Hochmodulfasern können aber auch endliche Fasern, beispielsweise Stapelfasern oder Fasern, die über Streckbrechen hergestellt worden sind, eingesetzt werden. Hierbei empfiehlt es sich, thermoplastische Fasern einzusetzen, die ebenfalls Stapelfasern oder streckgebrochene Fasern sind. Beim Streckbrechen von Fasern weisen die streckgebrochenen Fasern unterschiedliche Längen auf, wobei die durchschnittliche Länge und die Längenverteilung der Fasern in einem gewissen Rahmen beeinflusst werden kann. Für die Hochmodulfasern im Kern des erfindungsgemäßen Cordes hat sich eine durchschnittliche Länge von 70 bis 170 mm, bevorzugt von 110 bis 130 mm und insbesondere etwa 120 mm und eine Längenverteilung von 40 bis 230 cm bestens bewährt. Derartige Fasern können dann in an sich bekannter Weise gemischt und ungedreht oder in Form eines Garns als Kern eingesetzt werden, um welchen das den Mantel bildende Mutifilamentgarn gewickelt wird. Dabei kann das gemischte, aus Hochmodulfasern und thermoplastischen Fasern bestehende Garn entweder bereits vor der Ummantelung mit dem Multifilamentgarn derart erhitzt werden, dass die thermoplastischen Fasern schmelzen und als Matrix die Hochmodulfasern einbetten.

[0011] Es ist besonders günstig, das Gemisch aus Hochmodulfasern und thermoplastischen Fasern zunächst mit mindestens einem Multifilamentgarn zu umwickeln. Da auf die Corde vor dem Einbetten in das elastomere Material in der Regel ein Haftvermittler, vorzugsweise ein RFL (Resorcinol-Formaldehyd-Latex) - haftvermittler aufgetragen wird, welcher unter Einwirkung von Temperatur vernetzt wird, kann die zur Vernetzung des Haftvermittlers erforderliche Temperaturbehandlung auch dazu verwendet werden, die thermoplastischen Fasern zu schmelzen und in Matrixmaterial umzuwandeln.

[0012] Hierbei hat es sich besonders bewährt, wenn die Matrix des Kerns des erfindungsgemäßen Cordes ein Thermoplast ist, der einen Schmelzpunkt bzw. Schmelzpunktbereich zwischen 150 und 420 °C, bevorzugt zwischen180 und 260 °C aufweist. Ein Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereicht für den Thermoplasten zwischen 200 und 230 °C hat sich hierbei besonders bewährt. Als thermoplastisches Material für die Matrix des Kerns eignen sich praktisch alle über Schmelzspinnen zu Fasern verspinnbaren Materialien, insbesondere thermoplastische Polyurethane (TPU), Polyester (PET), Polyphenylensulfide (PPS), Polyethylene (PE) oder Polyamide (PA). Bei Polyamiden haben sich insbesondere PA 4, PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 10 oder PA 12 als besonders günstig herausgestellt.

[0013] Der erfindungsgemäße Cord zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Kern 15 bis 50 Vol.-%, bevorzugt 25 bis 40 VOL.-%, bezogen auf den Kern ohne Mantel, an Matrix enthält. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass es einerseits nicht unbedingt erforderlich ist, dass die Hochmodulfasern vollständig in Matrixmaterial eingebettet sind, dass es aber andererseits von Vorteil ist, wenn der Kern möglichst wenig überschüssiges Matrixmaterial aufweist, welches bei der beim Einbetten des Cordes in das elastomere Material aufgebrachten Hitze einen beträchtlichen Anteil an Filamenten des den Mantel bildenden Multifilamentgarnes einbetten würde. Genauso hat es sich als Vorteil herausgestellt, wenn das Matrixmaterial möglichst gleichmäßig im Kern verteilt angeordnet ist.

[0014] Weiterhin zeichnet sich der erfindungsgemäße Cord dadurch aus, dass die Hochmodulfasern im Kern einen Modul von 200 bis 550 GPa, bevorzugt 200 bis 350 GPa, besonders bevorzugt 200 bis 250 GPa aufweisen. Kohlenstofffasern sind hierzu bestens geeignet.

[0015] Auch hat es sich von Vorteil herausgestellt, wenn das Multifilamentgarn oder die Multifilamentgarne einen niedrigeren Modul als der Modul der Hochmodulfasern des Kernes aufweisen. Insbesondere haben sich hierzu Multifilamentgarne mit einem Modul von 70 bis 150 GPa, insbesondere von 70 bis 120 GPA bestens bewährt. Als besonders geeignetes Multifilamentgarn für die Ummantelung des Kernes des erfindungsgemäßen Cord hat sich ein Multifilamentgarn aus Aramid bewährt.

[0016] Der erfindungsgemäße Cord eignet sich bestens zur Herstellung von faserverstärkten elastomeren Materialien.

[0017] Insofern ist auch Gegenstand der vorfiegenden Erfindung ein Keilriemen wie auch ein Zahnriemen, welcher einen erfindungsgemäßen Cord enthält.

[0018] Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher erläutert.

[0019] Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Cordes wurden folgende Garne eingesetzt:

Garn 1: Kohlenstofffasern der Firma Toho Tenax Europe GmbH mit der Bezeichnung Tenax STS 5411, dessen Einzelfilamente einen Titer von 0,67 dtex und eine Faserdichte von 1,76 g/cm³ aufweisen.

Garn 2: Thermoplastische Fasern aus Polyamid 6 (PA6) Multifilamentgarn der Firma Rhodia, dessen Einzelfilamente einen Titer von 6,9 dtex und eine Faserdichte von 1,14 g/cm³ aufweisen. Dieses Multifilamentgarn weist einen Schmelzbereich von 215 bis 220 °C auf.

Garn 3: Twaron 1.100 dtex f 1000 von Teijin Twaron b.v.

[0020] Zunächst wurden 12.000 Filamente von Garn 1 und 300 Filamente von Garn 2 derart streckgebrochen und danach intensiv gemischt, dass ein Strang von 10.100 dtex entstand, welcher Filamente mit einer durchschnittlichen Länge von 120 mm, wobei die Längen der Filamente zwischen 40 und 230 mm variierten, aufwies. Aus diesem Strang wurde über ein Kammgarnspinnverfahren die Kernkomponente mit einem Titer von 10.100 dtex hergestellt. Diese Kernkomponente enthielt also 80 Gew.-% Kohlenstofffasern (Garn 1) und 20 Gew.-% Polyamid 6-Fasern (Garn 2). Diese Kernkomponente wurde mit 2 Garnen 3 gegensinnig, jeweils mit 250 Drehungen pro m (1 Garn mit 250 Drehungen pro m in Z-Richtung und ein Garn mit 250 Drehungen pro m in S - Richtung) umwickelt, wodurch ein unbehandelter Cord entstanden ist, welcher in der Kernkomponente die Filamente der Garne 1 und 2 enthielt. Dieser Cord wurde auf folgende Weise in zwei Stufen mit einem RFL-Dipp versehen. In der ersten Stufe wurde die Cordoberfläche (im wesentlichen die Filamente des Garns 3) in einer Oberflächenbehandlung epoxidiert. In der zweiten Stufe wurde der Cord in wässrigem RFL gedippt und bei 235 °C ausgehärtet, wobei die Filamente des Garnes 2 schmelzen und zur Matrix für die Filamente des Garnes 1 wurden.

[0021] Folgende Eigenschaften wurden festgestellt:

			unbehandelter Cord			gedippter Cord
Dicke		mm	1,47	±	0,08
BS		N	680	±	44	1293	±	49
EAB		%	1,56	±	0,08	1,6	±	0,07
FASE	0,3	N	70,1	±	1,4	167,9	±	5,2
FASE	0,5	N	124,5	±	3,3	312	±	9
FASE	1	N	350	±	9	731	±	20
CM		mN/tex	45100	±	600

Hierbei bedeuten:

[0022] 

BS:

Bruchfestigkeit (Breaking strength)

EAB:

Bruchdehnung (Elongation at break)

FASE:

Kraft bei vorgegebener Dehnung (Force at specific eleongation) und zwar bei 0,3, 0,5 und 1,0 % Dehnung

CM

Modul (Cord Modulus)

[0023] Der erhaltene gedippte Cord wurde in hydrierten Nitrilkautschuk eingebettet. Weiterhin wurden zwei handelsübliche Corde Glas A und Glas B, die im Kern Glasfilamente enthielten, auf dieselbe Weise gedippt und in hydrierten Nitrilkautschuk eingebettet.

[0024] Cord A wird von Firma NGF Europe Ltd. unter der Bezeichnung "Type EC9, 34, 3 / 11 80S, black dipped", während Cord B von der Firma Sovoutri als Verstärkungscord angeboten und verkauft.

[0025] An allen drei Corden wurden die für die Haftfestigkeit zwischen Cord und Kautschuk maßgeblichen Eigenschaften gemessen. Sie sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

			erfindungsgemäßer Cord			Glas A (gedippt)			Glas B (gedippt)
		Unit	X	±	c.i.	x	±	c.i.	x	±	c.i.
BS		N	1314	±	53	968	±	34	1044	±	37
EAB		%	1,55	±	0,031	3,53	±	0,11	2,63	±	0,1
FASE	0.3	N	174	±	9	81,1	±	1,8	126,1	±	1,9
FASE	0.5	N	323	±	13	129,9	±	2,9	198,1	±	2,5
FASE	1	N	760	±	22	262,5	±	4,8	394,3	±	3,8
SPAF		N/2cm	231	±	31	263	±	11	147	±	53

[0026] Hierbei bedeutet SPAF (strap peel adhesion force) die Kraft, die notwending ist, um den Cord aus dem Verbund, einem 2 cm breiten Streifen, wieder heraus zu ziehen. Diese Kraft wird nach ASTM D 4393 - 00 bestimmt.

[0027] Diese Werte zeigen deutlich, dass der erfindungsgemäße Cord hinsichtlich der Bruchfestigkeit und der Kraft bei den gemessenen Dehnungen deutlich höhere Werte aufzeigt als heute übliche Corde, die im Kern Glasfasern aufweisen. Auch zeichnet sich der erfindungsgemäße Cord durch geringere Bruchdehnung aus. Hinsichtlich des Haftvermögens in Gummi weist der erfindungsgemäße Cord vergleichbare Eigenschaften auf wie die heute üblichen Corde. Insofern kann der erfindungsgemäße Cord als eine deutliche Verbesserung angesehen werden.

Ansprüche

1. Cord, bestehend aus einem Kern und einem Mantel, wobei der Kern in eine Matrix eingebettete Hochmodulfasern enthält, welcher mit den Mantel bildenden Fasern zumindest überwiegend umhüllt ist.

2. Cord nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Mantel bildenden Fasern mindestens ein Multifilamentgarn ist, welches um den Kern gewickelt ist.

3. Cord nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix des Kerns ein Thermoplast ist.

4. Cord nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix des Kerns ein Thermoplast ist, der einen Schmelzpunkt bzw. Schmelzpunktbereich zwischen 100 und 420 °C, insbesondere zwischen 180 und 260 °C aufweist.

5. Cord nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix des Kerns ein Thermoplast ist, der einen Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 200 und 230 °C aufweist.

6. Cord nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix im Kern ein Polyamid, insbesondere PA 4, PA 4.6, PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 10 oder PA 12 ist.

7. Cord nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern 15 bis 50 VOL.- %, bezogen auf den Kern ohne Mantel, an Matrix enthält.

8. Cord nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochmodulfasern im Kern einen Modul von 200 bis 550 GPa aufweisen.

9. Cord nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochmodulfasern im Kern einen Modul von 200 bis 350 GPa, insbesondere von 200 bis 250 GPa aufweisen.

10. Cord nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Multifilamentgarn des Mantels einen Modul von 70 bis 150 GPa, bevorzugt von 70 bis 120 GPa aufweist.

11. Cord nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochmodulfasern im Kern Kohlenstofffasern sind.

12. Cord nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochmodulfasern im Kern endliche Länge aufweisen.

13. Cord nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass, die Hochmodulfasern im Kern streckgebrochene Hochmodulfasern sind.

14. Cord nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochmodulfasern im Kern eine durchschnittliche Länge von 70 bis 170 mm aufweisen.

15. Cord nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochmodulfasern im Kern unterschiedliche Längen im Bereich von 40 bis 230 mm aufweisen.

16. Cord nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Multifilamentgarn des Mantels ein Aramidgarn ist.

17. Verwendung eines Cordes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 zur Herstellung von faserverstärkten elastomeren Materialien.

18. Keilriemen enthaltend mindestens einen Cord nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16.

19. Zahnriemen enthaltend mindestens einen Cord nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16.