Корд Советский патент 1993 года по МПК D02G3/48 

Изобретение относится к высокопрочному корду и может быть использовано, например, при производстве шин.

Целью изобретения является улучшение качества за счет повышения прочности корда.

Это достигается тем. что в корде, состоящем из волокна сердцевины, выполненного из полимерных нитей и множества крученых нитей, расположенных на одинаковом расстоянии вокруг волокна сердцевины для образования оболочки, согласно; изобретению, волокно сердцевины выполнено из полимерных нитей с круткой от 5Z до 5S, а каждая из крученых нитей выполнена в виде множества нитей из арамида с модулем более 200 г на денье при следующем соотношении радиуса нити волокна

сердцевины к радиусу нити в крученой нити оболочки:

г сердцевины

((n-))12 125%

г сердцевины R tg (90180

п )П125% т

где

г- радиус нити сердцевины, R - радиус нити в крученой нити оболочки, п- число крученых нитей в корде.

В качестве арамидных волокон корд содержит параарамидные волокна, которыми являются волокна поли(пара-фениленте- рефталамида).

Согласно изобретению к орд содержит сердцевину и от трех до девяти или более слоевых нитей.

VJ

чэ о

§

.N

OJ

На фиг. 1 и 2 даны изображения для определения пределов для нитей сердцевины согласно изобретению.

На фиг. 1 представлено упрощенное изображение корда стремя слоями, составленными из слоев 1, 2 и 3. имеющих радиус R. Слои, когда они находятся в соприкосновении друг с другом, образуют центральное пространство 4 в основном треугольной формы с криволинейными сторонами. Кроме того, когда слои находятся в соприкосновении друг с другом, точки соприкосновения нити с нитью очерчивают круг 5 с радиусом г. Поэтому для корда, имеющего три слоя с радиусом R, установлено, что минимальный радиус нити сердцевины (гмин) должен представлять собой радиус, который определяет круг с площадью, равной центральному пространству 4, и определенно, что максималь- ный радиус нити сердцевины (гмакс) представляет собой более сложную функцию количества и радиуса налагаемых нитей (R); оба радиуса регулируются с учетом смещения и миграции филаментарных нитей.

Для определения взаимосвязи между радиусом слоя ;и минимальным радиусом сердцевины на рис. 1, принимается, что угол DBC составляет тридцать градусов, и что DBC представляет собой правильной треугольник.

Площадь треугольника DBC составляет 1 /2 (DB) (CD), при этом (DB) равно R, a (CD) равно (DB)tan 9. Площадь сектора DBE составляет (30/360) jr(R). Часть DEC в центральном пространстве представляет собой площадь треугольника DBC минус площадь сектора DBC:

1(1 /2) (R) (R) (tan 30)Н(30/360)тг (R)2

R2{(1/2)(tan30Ml/22M

Площадь всего центрального пространства составляет шесть вышеупомянутых частей DBC и такова;

30-я/2 - R2(0,1613), причем радиус круга для этой площади таков:,

гмин V0.1613 (0,2266). л

Для определения взаимосвязи между радиусом слоя и максимальным радиусом сердцевины полагаем, что длина CD равна г. Tan в CD/DB r/R, Решая в отношении г, получаем следующее .-взаимоотношение для круга, который соединяет точки контакта между примыкающими налагаемыми нитями:

гмакс R (tan 6) R(0,577).

Для более общего применения на рисунке 2 представлено упрощенное изобра0

5

0

5

жение корда, составленного из п налагаемых нитей, каждая из которых имеет радиус R. Слои, когда они находятся в соприкосновении друг с другом, оставляют центральное пространство 9. Кроме того, когда слои находятся в соприкосновении друг с другом, точки контакта нити с нитью определяют круг с радиусом г.; Минимальный радиус сердцевины представляет собой откорректированный радиус круга, имеющего площадь с размером центрального пространства 9, а максимальный радиус сердцевины представляет собой откорректированный радиус г круга, образуемого точками контакта нити с нитью.

Для определения минимального радиуса сердцевины в корде из п слоев, площадь треугольника D ВС определяется следующим образом:

ADBC (1 /2) (DB) (CD) (1 /2)R) (Rtan 65 1 /2 R2tan (90 - M) # tan (90 Ж)

где

n

-a a 180/n Площадь сектора DBE составляет:

ADBE VR2

Ал- V360

30

1ЙЙГ т

х&

Площадь всего центрального пространства для корда из слоев составляет: An 2n(ADBC-ADBE )

R2

180

п-2

р (90 --Ј«) -п# (f-П

при этом радиус такого круга с этой площадью составляет

r Ап/л г

V ,п-2) . - л:13 п Т

Радиус круга, образуемого точками соприкосновения нити с нитью для корда из п слоев составляет:

г - R (tan 65 R tan (90- )j, и 180

r (90)Поэтому общие соотношения размеров сердцевины таковы: гсерд

(9o-M-() :

гсерд (90- ) 125%, где r - радиус нити сердцевины;

R- радиус налагаемой нити слоя;

п - количество налагаемых нитей в кор- де

125% - регулирование на смещение и миграцию отдельных филаментарных нитей..

Из приведенного анализа видно, что пределы допустимых размеров сердцевины могут быть легко вычислены, используя размер, сорт и количество налагаемых нитей и сорт нити сердцевины.

Для определения соотношений площадей поперечного сечения различных нитей должно быть известно денье нитей, а также плотность полимерного материала, из которого изготовлены нити.

Нить из поли(парафенилентерефтала- мида) с 3000 денье имеет радиус порядка 0,325 мм (12,8 мил), а площадь ее поперечного сечения составляет порядка 0,332 мм2 (515мил2).

При использовании корда из трех слоев, выполненных из таких нитей в качестве примера, при вычислениях можно полагать,

rCepA R(0,226)-(125%)

R (0.283) 0,0920 мм

Гсерд R (0,577) (125%) R (0,722)

0,234мм

Основываясь на том. что нить с 3000 денье, выполненная из поли(парафенилен- терефталамида), имеет радиус порядка 0,325 мм и площадь поперечного сечения порядка 0,332 мм , могут быть определены нижеследующие характеристики для разнообразных нитей сердцевины, изготовленных из различных материалов (см. табл. 1).

Используя.уравнения для радиуса сердцевины, а также относящиеся к площади денье для указанных выше материалов, могут быть определены следующие радиусы и денье сердцевины для корда, имеющего три слоя из поли(парафенилентерефталамида) с 3000 денье (см. табл. 2).

. Денье нити определяется взвешиванием известного отрезка нити. Денье определяется как вес в граммах 9000 метров нити. Умножение денье на 1,111 дает линейную плотность нити в децитёксах.

Свойства в отношении растяжения.

Прочностью на разрыв называется напряжение разрушения, деленное на линейную плотность. Модулем называется наклон кривой начальное напряжение/деформация, преобразованный в те же единицы, что и прочность на разрыв. Удлинение представляет собой процентное увеличение длины при разрушении. Как прочность на разрыв, так и модуль вначале вычисляются в г/денье, которые при умножении на 0,8826 преобразуются в единицы dH/текс.

Каждое указанное измерение представляет собой среднюю величину для десяти разрушений. Нити, испытанные на растяжение, измеряются при температуре 24°С и 5 относительной влажности 55% после нахождения в испытуемых условиях минимально в течение 14 часов. Перёд испытаниями каждая нить скручивается с коэффициентом кручения 1,1. Коэффициент

0 кручения (ТМ) приводит в соответствие кручение на единицу длины с линейной плотностью нити, предназначенной для кручения. Он вычисляется., исходя из следующего: ТМ (Денье)12 (об/д)/73, где об/д

5 обороты/дюйм.

ТМ (децитекс)1/2 (об/см)/30,3, где об/см обороты/сантиметр.

Каждый крученый образец имеет испытуемую длину порядка 25,4 см и удлиняется

0 на 50% за минуту (основываясь на первоначальной нерастянутой длине), используя обычное устройство для записи напряжений/деформаций.

Испытание на изгиб (дисковая уста5 лость.

Основным средством для определения сохраненной прочности использованных кордов является испытание, описанное в Стандартах ASTM, касающихся испытаний

0- на сопротивление усталости. Сопротивлением усталости можно считать способность корда сопротивляться разрушению, когда он подвергается повторяющимся циклам воздействующего на него напряжения, на5 пример, сжатия.

Для проведения испытаний на сопротивление усталости нити, подвергаемые испытаниям, скручиваются и окунаются, а полученное окунанием покрытие вулкани0 зируется. Затем корды с покрытием посредством окунания вулканизируются в резине и подвергаются дисковым испытаниям на усталость, как описано в ASTM, часть 24, Приложение, страница 177 (1966).

5 При испытаниях корд.заделанный в резину, подвергается циклическому растяжению и/или сжатию, с тем Чтобы измерить воздействие усталости на свойства корда. Дисковое устройство для испытаний на

0 усталость представляет собой инструмент, разработанный и запатентованный (патент США № 25 95069) В.Ф.Гудрич Компании. Он содержит два противостоящих диска, которые вращаются вокруг осей, идущих друг к

5 другу под небольшим углом, так что образец, установленный на дисках и между ними, с каждым концом корда, фактически перпендикулярным одной из поверхностей диска, будет изменяться по длине, когда диски вращаются на своих осях с одной и той

же угловой скоростью. На результаты этих испытаний влияют модуль используемого резинового сырья, промежуток и угол между дисками испытательной машины и количество кордов в резиновом блоке для каждого образца при проводимых в этом случае испытаниях имеется один отрезок корда на блок, причем он подвергается только сжатию. ......

Нити, предназначенные для испытаний, помещаются на скручиваемую машину и скручиваются в одном направлении, обычно для получения Z кручения. Крученые нити совместно скручиваются в противоположном направлении для получения законченного корда. Затем полученный корд окунается в ванну с субпокрытием и субпокрытие вулканизируется в течение 1 минуты при 243°С. Корды с субпокрытием окунаются в ванну с композицией для верхнего покрытия и это верхнее покрытие вулканизируется в течение 1 мин при 232°С. Хотя субпокрытия и верхние покрытия, обеспечивающие хорошее прилипание к резине, хорошо известны, и может быть использован любой вид материалов субпокрытий и верхних покрытий, который обеспечивает эффективное прилипание к резине или какому-либо еще связующему материалу, который будет использоваться с кордом, используемые здесь материалы таковы: для субпокрытия используется состав, обозначенный ИПД-31 в Таблице П Технических симпозиумов, Акрон Раббер Груп , Инк, 1977-1978, страница 111, В этом составе может быть использовано 0,37 части NaCOa дпя замещения 0,28 части NaOH. Для верхнего покрытия может быть использован состав, обозначенный ПФР-1 в Таблице IV вышеупомянутых Технических симпозиумов с добавлением 11,92 частей воска, обозначенного Хевимул-М-111Б (45%) твердых веществ (продаётся Хевитек Корп, Фолл Ривер, Миннесота, США) для обеспечения дополнительного прилипаний. Воск может быть добавлен вместе с Блэк Дис- першн и после стадии старения, причем количество воды в составе уменьшается за счет количества воды, добавляемого с восковой дисперсией.

Корды с верхним покрытием вулканизируются в нижеследующей резиновой композиции.

Резиновое сырье, используемое здесь, состоит из следующих компонентов:

Натуральная резина (РСС1) (весовых частей)80

СБР 1500 (стиролбута диеновая резина)20 . Ns 351 сажа 35

0

Парафлакс х4 Стеариновая кислота 2 Окись цинка 5 НОБС Специальный 1,25 Дифеновая смола 8318ХХХ 2,0 Агеритовая смола хххх 1,0 Кристекс, 20% нерастворимая в масле резина 3,1

153,35

х - насыщенный полимеризованный нефтяной углеводород (С,П.Холл компани). хх - оксидиэтиленбензотиазол-2 суль5 фенамид (Америкен Цизнемид Ко)

ххх-октилфенолформальдегид (Саммит Кемикл Ко)

хххх - полимеризованный триметилди- гидрохинолин (Р.Т.Вандербилт Ко, Инк).

0 Это резиновое сырье, когда оно калзи- дировано до толщины 0,075 дюйма (1,9 мм) и вулканизировано при 160°С за 20 мин, - должно демонстрировать 300% модуль при 1250-1550 пси (8,62-10,69 МПа).

5 Каждый образец для испытаний имеет два слоя резинового сырья с очертаниями, несколько большими, чем те, которые нужны для заполнения вулканизирующей формы испытательного устройства, с одним

0 кордом, расположенным между ними по длине. Форма имеет такие очертания, чтобы создать описанные ниже образцы. Избыток сырья в течение вулканизации вытекает из отверстий для направления нитей по кон5 цам формы, при этом корды остаются прямыми и не подвергаются сжатию. Длина каждого образца, установленного между дисками, составляет 1,0 дюйм (25,4 мм), одна- кОцКаждый из них должен быть образован и

0 отформован с соответствующими концевыми удлинениями, чтобы подходить для уста- новочных устройств используемого испытательного устройства. В течение вулканизации на кордовой петле подвешивает5 ся груз в 100 г. Резиновое сырье вулканизируется при 150 ± 2°С в течение 40 мин. Перед тем как растягивающие грузы снимаются, вулканизируемая резина охлаждается и образцы перед их испытаниями в

0 течение 8 часов хранятся в условиях осу- шенного воздуха. Испытуемые образцы, во , всех их частях подвергаемые, усталости, с имеют ширину OJ5 Дюйма (1,27 см) и толщину 0,438 дюйма (11,11 мм).

5 Нити, как только они вулканизируются в резиновых блоках, в качестве испытуемых образцов устанавливаются на периферию дисков в дисковом приборе или испытаний на усталость, например, в указанной выше дисковой машине В.Ф.Гудрич, предназначенной для испытаний на усталость, продаваемой фирмой Ферри Мэшин Ко, Кент, Огайо.

Обычно диски одновременно вмещают несколько образцов. Каждый образец точно устанавливается между дисками, при этом диски отстоят друг от друга точно на один дюйм (их максимальное отделение). Диски предварительно регулируются таким образом, что в течение испытаний максимально имеет место 15% сжатие минимальное расстояние между дисками составляет 0,850 дюймов (21,59 мм). Атмосфера, в которой проходят испытания, находится при температуре 75° F(24°C). Испытания выполняются в течение б часов со скоростью 2700± 30 об/мин. Образцы перед тем как они могут быть охлаждены, удаляются с дисков в месте отделения на расстоянии в 1,000 дюйм (25,4 мм). Каждый из них замачивается в тетрахлорэтилене при 70°С в течение 16 часов. Через несколько минут после удаления из этой ванны, чтобы обеспечить возможность стекания избыточного растворителя, каждый корд тщательно вытягивается из раздутой резины, Разрывные усилия измеряются после выдерживания в течение 48 часов при относительной влажности 55 ± 2% и температуре 75 ± 2° F (24.+ 1РС). Длина образцов между захватами составляет 10 дюймов (25,4 см), скорость удлинения составляет 50 процентов в минуту, при этом используются лишь захваты типа Инстрон 4Д, причем прочность на разрыв приемлема лишь в том случае, если разрыв происходит в пределах однодюймового усталостного отрезка корда.

Описание предпочтительных вариантов осуществления.

П р и м е р 1. В качестве примера этого изобретения было изготовлено несколько кордов с помещением разных по видам и размерам нитей сердцевины в корд с тремя слоями, выполненными из нитей из поли(па- рафенилентерефталамида). Нити налагаемых слоев представляли собой нити 3000-1333 Р 80-950, соединенные с ИФ 213, коммерчески доступного и продаваемого фирмой К.И. дю Понт де Ньюмерес энд Ко под торговым наименованием Кевлар.

Налагаемые нити имели 3000 денье, 1333 филаментарных нитей с 5 Z крутками (5 оборотов на дюйм) до их связывания и были связаны примерно при 5 S (5 оборотов на дюйм) для получения коэффициента крутки окунаемого кордового шнура порядка 6,5- 7,2. Нити сердцевины выбирались из нейлона (6,6), поли(парафенилентерефталамида).

полиэфира (полиэтилентерефталата) и искусственного шелка.

При использовании уравнений, полученных ранее для этого изобретения, по- 5 лезные диапазоны размеров сердцевины для упомянутых налагаемых нитей и типов сердцевины будут таковы (см. табл. 3).

Испытуемые корды были скручены с использованием каждой из вышеупомянутых 10 сердцевин и с использованием сердцевин с разнообразием размеров и степеней кручения нитей.

Испытуемые корды были снабжены субпокрытием и верхним покрытием согласно

5 описанному выше процессу по способу испытаний на усталость посредством дисков. Затем покрытые корды были введены в резиновую композицию, при этом испытуемые образцы были приготовлены из полученных

0 резиновых блоков так, как описано выше. Испытуемые образцы были помещены на дисковое устройство для испытаний на усталость, на котором образцы были подвергнуты циклической нагрузке с 15%

5 напряжением сжатия на шесть часов при условиях испытаний, указанных выше и в ASTM, часть 24, D 885, испытания кордной ткани шин из искусственных волокон, страница 177 и далее. Контрольный корд из на0. лагаемых нитей без сердцевины также был подвергнут дисковым испытаниям на усталость.

Корды были удалены из резиновых блоков для проведения испытаний на растяже5 ние. Результаты испытаний представлены в приведенных ниже таблицах.

В табл. 4 представлены неиспользованные сопротивления разрыву окунаемых кордов согласно изобретению для различных.

0 нитей сердцевины, в табл. 5 - сравнение сохраняемой прочности (после дисковых испытаний на усталость) кордов с нитями сер- дцевины или без них. Отметим, что эффективность дисковых испытаний на ус5 талость устанавливается давлением прочности на разрыв корда с сердцевиной после дисковых испытаний на усталость, на прочность на разрыв корда без сердцевины после тех же самых дисковых испытаний на

0 усталость и умножением на 100.

.Формул а. изобретения 1. Корд, состоящий из волокна сердцевины, выполненного из полимерных нитей и множества крученых нитей, расположенных

5 на одинаковом расстоянии вокруг волокна сердцевины для образования оболочки, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества за счет повышения прочности корда, волокно сердцевины выполнено из полимерных нитей с круткой от 5 Z до 5 S, a

каждая из крученых нитей выполнена в виде множества нитей из арамида с модулем бо- лее 200 г на денье при следующем соотношении радиуса нити волокна сердцевины к радиусу нити в крученой нити оболочки:

180

п

с

)П125%.

г кЈ19(90--())1/2 125%, r (90- 18°

где г - радиус нити сердцевины;

ки;

R - радиус нити в крученой нити оболоч- п - число крученых нитей в корде.

2. Корд по п.1,от л и чающийся тем. что арамидными волокнами являются пара- арамидные волокна.

3. Корд по п. 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что параарамидными волокнами являются волокна из поли(пара-фенилентерефтала- мидэ).

Использование: при производстве, например, шин. Сущность изобретения: корд состоит из волокна сердцевины, выполненного из полимерных нитей и множества крученых нитей, расположенных на одинаковом расстоянии вокруг волокна сердцевины для образования оболочки. Волокно сердцевины выполнено из полимерных нитей с круткой от 5Z до 5S. Каждая из крученых нитей выполнена в виде множества нитей из арамида с модулем более 200 г на денье, Соотношение радиуса нити волокна сердцевины к радиусу нити в крученой нити оболочки выражено следующим уравнением: г .Mtg (90- -C)j 125%,. 180

Таблица 1

Таблица 2

20

Таблица 3

Сопротивление на разрыв окунаемого корда (грамм на денье)

х; Зазоры, появляющиеся между слоями, указывают, что сердцевина была весьма велика.

хх) Сердцевина, удаленная из слоевой оболочки и перекрученная.

Эффективность дисковых испытаний усталости

1/

В течение конструирования корда натяжение сердцевины составляло 60 г. 2/ В течение конструирования корда натяжение сердцевины составляло 150 г.

Т а б л и-ц а 4

ТаблицаБ