DE69918196T2

DE69918196T2 - Metalkord zur Verstärkung von Elastomeren

Info

Publication number: DE69918196T2
Application number: DE69918196T
Authority: DE
Inventors: Murat Yasar Ahmet Susutoglu
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2019-01-14
Also published as: JPH11256487A; EP0930178B1; BR9900097A; US6041839A; DE69918196D1; EP0930178A2; ES2224466T3; BR9900097B1; EP0930178A3; CA2257781C; CA2257781A1; JP4223615B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Obwohl die Erfindung für einen weiten Bereich von Anwendungen geeignet ist, betrifft sie insbesondere Metallcord, wie jenem, der zur Verstärkung von Elastomeren verwendet wird. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf eine Metallcordkonstruktion gerichtet, die zur Verstärkung von Gummigegenständen, einschließlich Luftreifen, wie dem in EP-A-531136 offenbarten, verwendet wird.
In einem herkömmlichen Luftgürtelreifen unter Verwendung von Metallcords wird das Ermüdungsverhalten der Karkassenlage und der Gürtelschicht herabgesetzt, hauptsächlich durch Materialermüdung aufgrund von wiederholter Dehnung und Reibverschleiß im Kontaktbereich zwischen benachbarten Filamenten. Diese beiden Probleme sollen durch die Eindringung von Gummi in das Innere des Cords gelindert werden. Man nimmt an, dass die Gummischicht, die zwischen den Stahlfilamenten zwischengeschaltet ist, die Reibung zwischen benachbarten Filamenten, den sogenannten "Reibverschleiß", verhindert.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Cord mit einer verbesserten Kautschukpenetration in das Innere des Cords. Die verbesserte Kautschukpenetration stellt auch einen Cord mit höherer Korrosionsbeständigkeit bereit, wenn der Cord Feuchtigkeit ausgesetzt sein sollte.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Reifen mit einer verbesserten Beständigkeit gegen Gürtelrandtrennung aufgrund der Verwendung des 4 + 3-Cords in den Gürtelschichten des Reifens.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Metallcord für die Verstärkung von Elastomeren mit einem 4 + 3 Aufbau, wobei der Durchmesser jedes Filaments im Bereich von 0,35 bis 0,50 mm liegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht von einem Stahlcord mit einem Aufbau nach der vorliegenden Erfindung und
2 ist eine Querschnittsansicht von einem Reifen nach einer Ausführungsform der Erfindung in einer Ebene, welche die Rotationsachse des Reifens enthält.
Definitionen
Wie hier und in den Ansprüchen verwendet, beziehen sich die Ausdrücke
"axial" auf Richtungen, die parallel zur Rotationsachse eines Reifens sind,
"radial" auf Richtungen, die senkrecht zur Rotationsachse eines Reifens sind,
"Wulst" auf den Teil eines Reifens, der ein ringförmiges Zugelement umfasst, das durch Lagencords umhüllt ist und mit oder ohne andere Verstärkungselemente geformt ist, um sich an eine gestaltete Reifenfelge anzupassen,
"Karkasse" auf den Reifenaufbau, abgesehen von der Gürtelstruktur, der Lauffläche, dem Unterprotektor und dem Seitenwandgummi, aber einschließlich der Wülste (Karkasslagen sind um die Wülste geschlagen),
"Äquatorebene (ÄP)" auf eine Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse eines Reifens steht und durch das Zentrum der Lauffläche des Reifens geht,
"Gürtel" oder "Gürtellage" auf eine ringförmige Schicht oder Lage von parallelen Cords, gewebt oder ungewebt, die unter der Lauffläche liegen, nicht an der Wulst verankert sind und Cordwinkel von 15° bis 66° bezüglich der ÄP des Reifens aufweisen,
"Krone" im wesentlichen auf den Außenumfang eines Reifens, wo die Lauffläche angeordnet ist,
"Rivet" auf den senkrechten Abstand zwischen zwei benachbarten Cords,
"Festigkeit" auf die Bruchspannung, die als Kraft pro längenbezogene Masseneinheit eines ungedehnten Prüflings ausgedrückt wird (cN/tex oder g/denier), gewöhnlich bei Textilien verwendet,
"Modul" auf das Verhältnis von Spannungsänderung zu Dehnungsänderung und
"organisch" auf polymere Verbindungen, die ein Kohlenstoffgerüst oder eine Kohlenstoffstruktur enthalten, welche zu einer bestimmten physikalischen Konfiguration gestaltet, gedehnt oder geformt werden können.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es wird ein Metallcord für die Verstärkung von Elastomeren offenbart, wobei der Metallcord mit sieben Filamenten aus

(a) einem Kern zusammengesetzt aus vier Filamenten und
(b) eine Hülle von drei Filamenten besteht, wobei der Durchmesser jedes Filaments in dem Cord im Bereich von 0,35 mm bis 0,50 mm liegt.

Außerdem wird ein Luftreifen mit einer Lauffläche nach Anspruch 1 offenbart. Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert.
In 1 wird ein Metallcord 10 zur Verstärkung von Elastomeren erläutert, der umfasst

(a) einen Kern zusammengesetzt aus vier Filamenten 12, 14, 16, 18 und
(b) eine Hülle aus drei Filamenten 20, 22, 24.

Der Ausdruck "Schlaglänge", wie hier bezüglich der Filamente 12, 14, 16, 18 im Kern verwendet, ist der Abstand entlang der Länge des Cords, in dem eines der Filamente im Kern eine vollständige (360°) Umdrehung um die Außenseite des Kerns von vier Filamenten 12, 14, 16, 18 ausführt. Die Schlaglänge der Kernfilamente kann im Bereich von 5 mm bis unendlich (unverdrillt) liegen. Die Schlaglänge der Filamente im Kernbereich ist bevorzugt unendlich und daher ist die Gruppe der vier Kernfilamente 12, 14, 16, 18 bezüglich der Achse des Cords 10 und bezogen aufeinander nicht verdrillt.
Der Ausdruck "Schlaglänge", wie hier bezüglich der Gruppe der drei Filamente 20, 22, 24 in der Hülle verwendet, ist der Abstand entlang der Außenseite des Cords 10, in dem eines der Filamente in der Hülle eine vollständige (360°) Umdrehung um die Außenseite des Cords 10 ausführt. Die Gruppe der drei Filamente 20, 22, 24 sind bezüglich der Achse des Cords 10 verdrillt, aber sie sind zueinander parallel. Die Schlaglänge der drei Filamente 20, 22, 24 in der Hülle kann im Bereich von 5 mm bis 50 mm liegen. Vorzugsweise liegt die Schlaglänge im Bereich von 15 mm bis 25 mm.
Der Durchmesser jedes Filaments in dem Cord 10 kann im Bereich von 0,35 mm bis 0,50 mm liegen. Vorzugsweise liegt der Durchmesser des Filaments im Bereich von 0,38 mm bis 0,44 mm.
Die Zugfestigkeit jedes Filaments, ausgedrückt in Megapascal, sollte mindestens 3.040 – (1.200 × D) MPa betragen, wobei D der Durchmesser des Filaments in mm ist. Vorzugsweise liegt die Zugfestigkeit jedes Filaments im Bereich von 3.040 – (1.200 × D) MPa bis 4.400 – (2.000 × D) MPa.
Die beabsichtigte Verwendung des Cords der vorliegenden Erfindung ist für einen Kautschuk-verstärkten Gegenstand. Diese Gegenstände enthalten den Cord der vorliegenden Erfindung und sind mit Kautschuk imprägniert, wie den Fachleuten bekannt. Veranschaulichend für Gegenstände, die den Cord der vorliegenden Erfindung verwenden können, beinhalten Bänder, Reifen und Schläuche. Bei der am meisten bevorzugten Anwendung wird der Cord der vorliegenden Erfindung in einer Gürtellage eines Luftreifens verwendet.
Bezugnehmend auf 2 wird eine Ausführungsform eines Luftreifens 50 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welcher eine Lauffläche 52, Karkasslagen 54 mit Radialcords, zwei Seitenwände 56, die mit einem Abstand beabstandet sind, welcher in axialer Richtung die Breite des Reifenquerschnitts bestimmt, zwei Wülste 58, um die jeweils von innen nach außen die Enden der Cords der Karkasslagen 54 umgeschlagen sind, und eine Gürtelstruktur 60, die umfänglich und relativ undehnbar zwischen die Lauffläche 52 und die Karkasslagen 54 gelegt ist, umfasst. Die Gürtelstruktur 60 weist eine Breite auf, die im wesentlichen gleich zu der der Lauffläche 52 ist, und weist mindestens zwei radial überlappte Schichten aus einem elastomeren Material 62, 64, 66 auf, die mit Metallcords der vorliegenden Erfindung verstärkt sind. Die Gürtelstruktur weist 2 bis 12 Schichten auf, wobei 3 bis 4 Schichten bevorzugt sind.
Nach einer Ausführungsform wird der 4 + 3 Cord in zwei Gürtellagen 64, 66 oder drei Gürtellagen 62, 64, 66 verwendet und der obere Gürtel 68 ist mit Filamenten oder Cords von einem organischen Polymer verstärkt. Jedes organische Polymer mit einer ausreichenden Festigkeit und Haltbarkeit für den beschriebenen Zweck kann verwendet werden. Beispiele für derartige organische Polymere sind thermoplastische Polymere, wie Nylon 46, Nylon 66, Nylon 6, Nylon 12; Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat; und Polvinylalkohol. Vorzugsweise werden Nylon-Monofilamente verwendet. Entsprechend einer Ausführungsform werden Monofilamente mit einem runden Querschnitt verwendet und sie weisen mindestens 2.200 decitex auf, mit einer Festigkeit von mindestens 31 cN/tex, einem Anfangsmodul von mindestens 177 cN/tex, einer Bruchdehnung von mindestens 15% und einer Schrumpfung von höchstens 6%. Das Monofilament zur Verwendung in dem oberen Gürtel 68 weist vorzugsweise 2.200 decitex bis 10.000 decitex auf. Monofilamente von Nylon, die insbesondere zur Verwendung in dem oberen Gürtel 68 gut geeignet sind, sind jene, die von Shakespeare of Columbia, South Carolina, unter der Bezeichnung WN 125 vertrieben werden.
Der obere Gürtel 68 ist im allgemeinen so gestaltet, dass er eine Monofilament-Kettfadenzahl im Bereich von 8 bis 25 Kettfäden pro Zoll (EPI) oder 3,15 bis 9,84 Kettfäden pro cm aufweist. Die Kettfadenzahl liegt vorzugsweise im Bereich von 12 bis 15 Kettfäden pro Zoll oder 4,72 bis 5,91 Kettfäden pro cm.
Das Filament oder die Cords des oberen Gürtels 68 können in der gleichen oder in entgegengesetzter Richtung zu den Cords in der nächsten darunter liegenden Gürtellage 66 liegen.
Die Gürtellagen 62, 64, 66, die den 4 + 3 Cord enthalten, sind so gestaltet, dass sie eine Cord-Kettfadenzahl im Bereich von 8 bis 15 Kettfäden pro Zoll (EPI) oder 3,15 bis 5,91 Kettfäden pro cm aufweisen. Die Kettfadenzahl liegt vorzugsweise im Bereich von 9 bis 12 Kettfäden pro Zoll oder 3,54 bis 4,72 Kettfäden pro cm.
Die Luftreifen 50 der vorliegenden Erfindung können für verschiedene Belastungsbereiche gestaltet sein. Die Belastungsbereiche können z.B. E, F, G, H, J oder L sein. Die Belastungsbereiche sind vorzugsweise H und J.
BEISPIEL
Drei Gruppen von Reifen 315/80R22.5 (Goodyear G391 Unisteel-Aufbau)(Belastungsbereich H) wurden bezüglich der Haltbarkeit geprüft. Zwei Reifen wurden von jeder Gruppe geprüft. Der Reifen der ersten Gruppe (vorliegende Erfindung) wies drei mit Stahl verstärkte Gürtellagen auf, von denen zwei mit 4 + 3x4.1 Cord bei einer Kettfadenzahl von 10 Kettfäden pro Zoll (3,9 Kettfäden pro cm) verstärkt waren und der untere Gürtel mit 3x.22/9x.20 + 1 bei einer Kettfadenzahl von 12 Kettfäden pro Zoll (4,7 Kettfäden pro cm). Ein rundes Nylon-Monofilament (10.000 decitex) verstärkte die obere Gürtellage bei einer Kettfadenzahl von 15 Kettfäden pro Zoll (5,9 Kettfäden pro cm). Der Reifen der zweiten Gruppe, Kontrolle 1, war mit dem Reifen der ersten Gruppe (vorliegende Erfindung) identisch, außer dass die beiden äußeren der drei Gürtellagen in den Gürtelstrukturen mit 3x.365/9x.34 + 1 Cord bei einer Kettfadenzahl von 9 Kettfäden pro Zoll (3,5 Kettfäden pro cm) verstärkt waren. Der Reifen der dritten Gruppe, Kontrolle 2, wies 3 Stahlgürtellagen auf, von denen zwei mit 3x.265/9x.245 Stahlcord bei einer Kettfadenzahl von 16 Kettfäden pro Zoll (6,3 Kettfäden pro Zoll) verstärkt waren, der untere Gürtel mit 3x.22/9x.20 + 1x.15 bei einer Kettfadenzahl von 12 Kettfäden pro Zoll (4,7 Kettfäden pro cm) verstärkt war und die obere Gürtellage mit 3x.265/9x.245 Stahlcord bei einer Kettfadenzahl von 12 Kettfäden pro Zoll (4,7 Kettfäden pro cm) verstärkt war. Alle Gürtelwinkel waren gleich und die verbleibenden Gestaltungsmerkmale aller Reifen waren gleich.
Die nachstehende Tabelle liefert die Testdaten für den Durchschnitt der beiden Reifen von jeder Gruppe von zwei Dauerversuchen. Der erste Test ist der 120 Zoll (305 cm) Smooth-Radtest, bei dem die Geschwindigkeit des Rades bei steigenden Beanspruchungen über die Zeit konstant ist. Die Ergebnisse des ersten Tests werden als Kilometer bis zum Versagen angegeben und bezüglich der Ergebnisse mit den beiden Kontrollreifen standardisiert. Der zweite Test ist in der Industrie als ECE-R54 bekannt. Die Ergebnisse aus ECE-R54 sind als Stunden bis zum Versagen angegeben und bezüglich der Ergebnisse des Reifens, Kontrolle 2, standardisiert.

Claims

Metallcord (10) zur Verstärkung von Elastomeren, wobei der Metallcord gekennzeichnet ist durch (a) einen Kern zusammengesetzt aus vier Filamenten (12, 14, 16, 18) und (b) eine Hülle von drei Filamenten (20, 22, 24), wobei der Durchmesser jedes Filaments in dem Cord im Bereich im Bereich von 0,35 mm bis 0,50 mm liegt.
Cord (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlaglänge der vier Filamente (12, 14,16, 18) im Kern im Bereich von 5 mm bis unendlich liegt und die Schlaglänge der drei Filamente (20, 22, 24) in der Hülle im Bereich von 5 mm bis 50 mm liegt.
Cord (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit jedes Filaments mindestens 3.040 – (1.200 × D) MPa beträgt, wobei D der Durchmesser in mm des Filaments ist.
Luftreifen (50) mit einer Lauffläche (52), Karkasslagen (54) mit Radialcords, zwei Seitenwänden (56), die mit einem Abstand beabstandet sind, der in axialer Richtung die Breite des Reifenquerschnitts bestimmt, zwei Wülsten (58), um die herum jeweils von der Innenseite nach der Außenseite die Enden der Cords der Kaskasslagen umgeschlagen sind, und einer Gürtelstruktur (60), die umfänglich zwischen der Lauffläche (52) und den Karkasslagen (54) zwischengelegt ist, wobei die Gürtelstruktur eine Breite aufweist, die im wesentlichen gleich ist der der Lauffläche (52), und mindestens zwei radial überlappte Schichten (62, 64, 66) aus mit Metallcords verstärktem, elastomerem Material aufweist, wobei die Metallcords zueinander parallel sind und mit einem Winkel zwischen 16° und 66° bezüglich der Äquatorebene des Reifens geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Metallcord (10) der mindestens zwei Gürtelschichten aus (a) einem Kern zusammengesetzt aus vier Filamenten (12, 14, 16, 18) und (b) einer Hülle von drei Filamenten (20, 22, 24), wobei der Durchmesser jedes Filaments im Cord im Bereich von 0,35 mm bis 50 mm liegt, besteht.
Reifen (50) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlaglänge der Filamente (12, 14, 16, 18) im Kern im Bereich von 5 mm bis unendlich liegt und die Schlaglänge der Filamente (20, 22, 24) in der Hülle im Bereich von 5 mm bis 50 mm liegt.
Reifen (50) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit jedes Filaments mindestens 3.040 – (1.200 × D) MPa beträgt, wobei D der Durchmesser in mm des Filaments ist.
Reifen (50) nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gürtelstruktur (60) 2 bis 12 radial überlappte Schichten aus elastomerem Material umfasst.
Reifen (50) nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Cord-Kettfadenzahl der genannten Schicht (62, 64, 66), die mit dem Metallcord verstärkt ist, im Bereich von 8 bis 15 Kettfäden pro Zoll (3,15 bis 5,91 Kettfäden pro cm) liegt.
Reifen (50) nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schicht (68) der Gürtelstruktur (60) mit einem organischen Polymerfilament oder -cord verstärkt ist.
Reifen (50) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Polymer aus der Gruppe bestehend aus Nylon, Polyester und Polvinylalkohol ausgewählt ist.