Изделие с размерно стабильной полимерной многофиламентной пряжей (варианты) и способ формирования пряжи
Способ может быть использован для формирования размерно стабильной полимерной многофиламентной пряжи, предназначенной для изготовления используемых в различных областях изделий и обладающей повышенной усталостной прочностью. Изделие содержит размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость. Пряжа прядется и вытягивается так, что при увеличении ее линейной плотности на элементарную нить по меньшей мере на 100% по сравнению с эталонной пряжей сохранение прочности после испытания на усталость увеличивается по меньшей мере на 19% по сравнению с эталонной пряжей, для которой сохранение прочности после испытания на усталость равно 64%. Линейная плотность пряжи составляет 3,7 дтекс на элементарную нить при коэффициенте крутки 19700. Способ формирования пряжи заключающийся в обеспечении наличия полимерного материала, прядении из него множества элементарных нитей и формировании из множества элементарных нитей размерно стабильной пряжи, имеющей линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость. Пряжу прядут и вытягивают так, что сохранение прочности после испытания на усталость увеличивается при увеличении линейной плотности на элементарную нить. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.
Область техники
Изобретение относится к размерно стабильным пряжам.
Обзор известных технических решений
Полиэфирные многофиламентные пряжи нашли широкое применение в различных областях, и с ростом требований к их механическим характеристикам были разработаны различные высокопрочные полиэфирные пряжи, имеющие, наряду с другими улучшенными параметрами, относительно высокий модуль и относительно малую усадку в свободном состоянии.
Например, в патентах США №№5067538 и 5234764 описаны способы изготовления и структуры полиэфирной многофиламентной пряжи, имеющей размерную стабильность E4,5+FS (удлинение под нагрузкой 4,5 г/ден плюс усадка в свободном состоянии) менее 11,5% и конечный модуль выше приблизительно 20 г/ден. Помимо других желательных качеств, пряжи, предложенные в этих патентах, обычно могут использоваться в окружающих средах с относительно высокими температурами (80-120°С). Кроме того, кристаллизация полиэтилентерефталата в пряжах, предложенных в этих патентах, по-видимому, происходит во время прядения, тем самым потенциально обеспечивая по меньшей мере некоторые из желательных механических качеств пряжи независимо от флуктуации во время вытягивания.
В другом примере, в патенте США №5397527, описаны способы производства многофиламентной пряжи, которая изготавливается из полиэтиленнафталата или другого полукристаллического сложного полиэфира и имеет размерную стабильность (удлинение при заданной нагрузке плюс усадка (EASL+Shrinkage)) менее 5% и прочность на разрыв по меньшей мере 6,5 г/ден. Пряжи, предложенные в этом патенте, отличаются улучшением нескольких механических качеств по сравнению с ранее известными полиэтиленнафталатными пряжами и могут производиться даже с использованием оборудования, не имеющего возможностей высокоскоростного прядения. Однако чтобы достигнуть большинства из этих улучшенных механических качеств, химический состав таких пряж обычно ограничивается полиэтиленнафталатом или композициями с большими количествами полиэтиленнафталата.
В следующем примере, в патенте США №5238740, полиэфирная пряжа с прочностью на разрыв по меньшей мере 10 г/ден и усадкой менее 8%, производится пропусканием спряденных элементарных нитей через нагретую и изолированную колонну, в которой определенный температурный профиль используется в сочетании с относительно высокими скоростями протягивания, чтобы получить желаемые улучшенные механические свойства. Хотя способы, предложенные в этом патенте, вообще дают пряжи с относительно высокой прочностью на разрыв и относительно высоким секущим модулем (более 150 г/ден/100%) при сравнительно низкой усадке, обычно требуется относительно дорогое оборудование и дополнительные средства управления производственным процессом для нагретой колонны.
Хотя различные композиции и способы изготовления размерно стабильных пряж известны, все или почти все из них требуют кордной крутки, от умеренной до высокой, для использования в областях, требующих хорошей усталостной прочности, например для шин. В то время как мировые требования к усталостной прочности становятся все более строгими, не происходит соразмерного улучшения усталостной прочности, позволяющего избежать потребности в большей крутке в областях применения, предъявляющих наибольшие требования. Были предложены различные подходы к улучшению усталостной прочности размерно стабильных пряж (см. например, патенты США №№4101525, 4975326, 4355132, 4414169, а также RE 36698). Однако все или почти все такие попытки сосредотачивали внимание на пряжах с линейной плотностью ниже 5 дтекс на элементарную нить, так как всегда считалось, что увеличение линейной плотности на элементарную нить уменьшает усталостную прочность (см. например, патент США №5285623). Кроме того, считается, что во многих пряжах сохранение прочности после испытания на усталость имеет тенденцию к уменьшению или остается по существу тем же самым при увеличении линейной плотности элементарных нитей.
Кроме того, с использованием Hoechst T748 был изготовлен обработанный корд из полиэтилентерефталата с линейной плотностью 7,2 дтекс на элементарную нить, который при сравнении с обработанными кордами из пряжи с линейной плотностью 4,8 дтекс на элементарную нить показал аналогичную усталостную прочность.
В патенте США №5403659 описано изделие, содержащее размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу линейной плотности 3,7 дтекс на элементарную нить и способ формирования пряжи, заключающийся в обеспечении наличия полимерного материала, прядении из него множества элементарных нитей и формировании из множества элементарных нитей размерно стабильной пряжи, имеющей линейную плотность 3,7 дтекс на элементарную нить, при этом пряжу вытягивают.
Однако все еще есть необходимость в разработке композиций и способов изготовления размерно стабильных нитей с улучшенными характеристиками сохранения прочности после испытания на усталость.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение касается композиций и способов изготовления изделий, содержащих размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу с линейной плотностью по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить (линейная плотность пряжи в децитексах (1 денье = 1,1 децитекс) на число элементарных нитей в пряже). В частности, целью изобретения являются пряжи, обладающие сохранением прочности после испытания на усталость FR, причем пряжа прядется и вытягивается так, что FR увеличивается, когда возрастает линейная плотность на элементарную нить.
Согласно одному аспекту изобретения, рассматриваемые пряжи имеют линейную плотность между приблизительно 10 и 20 дтекс на элементарную нить и содержат сложный полиэфир, предпочтительно, полиэтилентерефталат. Также предполагается, что такие пряжи имеют размерную стабильность, определяемую как Ex+TS (удлинение при нагрузке x плюс температурная усадка), не более чем 12, более предпочтительно не больше 11, и что прирост в сохранении прочности на каждый децитекс увеличения линейной плотности на элементарную нить в рассматриваемых пряжах составляет не меньше 1%. Как правило, пряжи первого поколения имеют Ех+TS в диапазоне 11-12, а последующие улучшенные варианты - более низкие значения. Ех представляет собой удлинение пряжи при нагрузке "x", где "х" составляет 41 сН/текс или, например, 45 Н для пряжи 1100 дтекс, 58 Н для пряжи 1440 дтекс, 67 Н для пряжи 1650 дтекс и 89 Н для пряжи 2200 дтекс. TS - температурная усадка.
Согласно другому аспекту изобретения, рассматриваемые пряжи скручены в корд или скручены как однониточные пряжи и по меньшей мере частично расположены внутри резины.
Согласно еще одному аспекту изобретения, способ формирования пряжи предусматривает этап, на котором полимерный материал вытягивается в виде множества элементарных нитей. На следующем этапе из множества элементарных нитей вытягивается размерно стабильная пряжа, которая имеет линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость FR, и при этом пряжа прядется и вытягивается так, что FR возрастает, когда линейная плотность на элементарную нить увеличивается.
Более конкретно, предложено изделие, содержащее размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость, при этом пряжа прядется и вытягивается так, что при увеличении ее линейной плотности на элементарную нить по меньшей мере на 100% по сравнению с эталонной пряжей сохранение прочности после испытания на усталость увеличивается по меньшей мере на 19% по сравнению с эталонной пряжей, для которой сохранение прочности после испытания на усталость равно 64%, а линейная плотность составляет 3,7 дтекс на элементарную нить при коэффициенте крутки 19700.
При этом многофиламентная пряжа может содержать сложный полиэфир, который может содержать полиэтилентерефталат.
Линейная плотность пряжи может находиться в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить.
Пряжа может иметь размерную стабильность не более 12, определяемую как Ex+TS, где Ех - удлинение при нагрузке "х", TS - температурная усадка.
Пряжа может быть подвергнута отделке, повышающей адгезию, и при этом может иметь размерную стабильность не более 11, определяемую как Ex+TS, где Ех - удлинение при нагрузке "х", TS - температурная усадка.
Пряжа может быть скручена или скручена в корд и по меньшей мере частично расположена внутри резины.
Пряжа может быть скручена или скручена в корд, который имеет крутку (число кручений отдельной нити × число кручений всего корда на метр) в интервале между 320 и 470 для пряжи с линейной плотностью 1100 дтекс.
Согласно изобретению, предложен также способ формирования пряжи, заключающийся в обеспечении наличия полимерного материала, прядении из него множества элементарных нитей и формировании из множества элементарных нитей размерно стабильной пряжи, имеющей линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость, при этом пряжу прядут и вытягивают так, что сохранение прочности после испытания на усталость увеличивается при увеличении линейной плотности на элементарную нить.
При этом полимерный материал может содержать сложный полиэфир, который может представлять собой полиэтилентерефталат.
Линейная плотность пряжи может находиться в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить.
Пряжа может иметь размерную стабильность не более 12, определяемую как Ex+TS, где Ех - удлинение при нагрузке "х", TS - температурная усадка.
При увеличении линейной плотности на элементарную нить на 1 дтекс сохранение прочности после испытания на усталость предпочтительно увеличивается не менее чем на 1%.
Дополнительно, пряжу можно подвергать отделке, способствующей адгезии, и скручивать в корд.
Крученую пряжу или корд можно располагать внутри резины.
Далее, согласно изобретению, предложено изделие, содержащее размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить.
При этом многофиламентная пряжа может содержать сложный полиэфир.
Линейная плотность пряжи может находиться в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить.
Далее, согласно изобретению, предложено изделие, в котором пряжа скручена или скручена в корд и по меньшей мере частично расположена внутри резины, причем корд имеет крутку 420×420 (число кручений отдельной нити × число кручений всего корда на метр) для пряжи с линейной плотностью 1100 дтекс и сохранение прочности по меньшей мере 90% после 40000 циклов испытания на усталость.
В таком изделии пряжа может быть скручена или скручена в корд и по меньшей мере частично расположена внутри резины, причем корд может иметь крутку 470×470 (число кручений отдельной нити × число кручений всего корда на метр) для пряжи с линейной плотностью 1100 дтекс и сохранение прочности по меньшей мере 97% после 40000 циклов испытания на усталость.
Кроме того, согласно изобретению, предложено изделие, содержащее размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость, при этом пряжа прядется и вытягивается так, что сохранение прочности после испытания на усталость возрастает при увеличении линейной плотности на элементарную нить.
При этом многофиламентная пряжа может содержать сложный полиэфир.
Линейная плотность пряжи может находиться в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить.
Размерно стабильная полимерная многофиламентная пряжа может иметь линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 70% после 40000 циклов испытания для коэффициента крутки 18760.
Размерно стабильная полимерная многофиламентная пряжа может иметь линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 85% после 40000 циклов испытания для коэффициента крутки 20636.
Размерно стабильная полимерная многофиламентная пряжа может иметь линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 96% после 40000 циклов испытания для коэффициента крутки 22043.
Цели, признаки, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из подробного описания предпочтительных форм осуществления изобретения, приведенного ниже и сопровождаемого чертежом.
Подробное описание изобретения
Изобретатели неожиданно обнаружили, что размерно стабильные пряжи с превосходной усталостной прочностью могут быть изготовлены из множества полимерных элементарных нитей с линейной плотностью по меньшей мере 7,5 дтекс. Предпочтительно, пряжа прядется и вытягивается так, что сохранение прочности пряжи после испытания на усталость увеличивается, когда возрастает ее линейная плотность на элементарную нить.
Согласно особенно предпочтительному аспекту изобретения, пряжа с плотностью 11 дтекс на элементарную нить была произведена путем экструдирования сложного полиэфира (наиболее предпочтительно полиэтилентерефталата) через фильеру с заданной скоростью экструзии (обычно приблизительно 25,0-80,0 кг/час) с получением множества отдельных элементарных нитей в зоне выдержки с газообразной средой. Элементарные нити далее отвердевают в колонне газового охлаждения с получением размерно стабильной пряжи, не подвергнутой вытягиванию, с двулучепреломлением приблизительно от 0,02 до 0,15 и более, предпочтительно приблизительно от 0,05 до 0,09. Не подвергнутая вытягиванию пряжа затем непрерывно транспортируется к ряду вытягивающих роликов, где она вытягивается до 85%, предпочтительно до 90% от ее максимальной степени вытягивания, при температуре пряжи между приблизительно 70°С и приблизительно 250°С. Типичные процессы и оборудование описаны в патентах США №№5630976, 5132067, 4867936 и 4851172.
Что касается полимера, то многие полимеры подходят для использования в связи с изобретением, однако особенно предпочтительные полимеры включают различные сложные полиэфиры и особенно полиэтилентерефталат. Характеристическая вязкость предпочтительных полимеров составляет по меньшей мере 0,7, более типично по меньшей мере от приблизительно 0,85 до приблизительно 0,98, а в некоторых случаях между приблизительно 0,99 и приблизительно 1,30 и еще выше.
В зависимости от желаемого числа элементарных нитей в пряже конфигурация фильер, используемых в процессе экструзии из расплава, может значительно изменяться. Вообще, число отверстий в фильерном комплекте для изобретения не существенно и обычно может быть между 20 и 150 для пряж с плотностью 1100 дтекс и пропорционально изменяться для достижения равной линейной плотности на элементарную нить для пряж других плотностей. Однако там, где желательны пряжи с относительно низким числом элементарных нитей, число отверстий может быть между 5 и 20. Точно так же, там где желательны пряжи с относительно высоким числом элементарных нитей, число отверстий может быть между 200 и 400 и даже больше для пряж более высоких плотностей.
Что касается диаметра отверстий, то вообще для формирования рассматриваемых волокон подходят разные диаметры, и выбор конкретного диаметра будет зависеть, по меньшей мере частично, от необходимых физических свойств волокна. Например, возможные диаметры отверстий включают диаметры в интервале 0,8-2,3 мм и даже больше. Другие типичные подходящие параметры отверстий могут быть найдены в патенте США №5085818, который включен в это описание путем ссыпки.
Далее должно быть понятно, что подходящие полимерные многофиламентные пряжи не ограничиваются пряжами с плотностью 11 дтекс на элементарную нить, но могут также включать размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить, более предпочтительно по меньшей мере 9 дтекс на элементарную нить, еще более предпочтительно по меньшей мере 10 дтекс на элементарную нить, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 12 дтекс на элементарную нить, пока рассматриваемые полимерные многофиламентные пряжи являются размерно стабильными. Таким образом, особенно подходящие размерно стабильные пряжи могут иметь линейную плотность от 10 до 20 дтекс на элементарную нить. Термин "размерно стабильная пряжа", как он используется здесь, означает, что подходящие пряжи должны иметь размерную стабильность, определяемую как Ex+TS, не более 12, а более предпочтительно размерную стабильность, определяемую как Ex+TS, не более 11.
Также предполагается, что элементарные нити формируют при замедленном охлаждении, в частности, температура газообразной атмосферы при замедленном охлаждении как правило превышает 250°С. Отверждение экструдированных элементарных нитей предпочтительно осуществляется в колонне воздушного охлаждения со скоростью охлаждения предпочтительно между приблизительно 10 мм (H2O) и приблизительно 70 мм (Н2O). Однако должно быть понятно, что многие скорости охлаждения ниже 10 мм (Н2О) и выше 70 мм (Н2О) также являются подходящими (например, 2-10 мм и меньше, или 70-120 мм и даже больше).
Таким образом, должно быть понятно, что не подвергнутая вытягиванию пряжа, которая формируется рассматриваемыми элементарными нитями, будет полуфабрикатом размерно стабильной пряжи с двулучепреломлением Δn по меньшей мере 0,020, поскольку такие значения Δn служат признаком размерной стабильности по меньшей мере первого поколения размерно стабильных пряж.
В число рассматриваемых далее особенностей изобретения входит дополнительная отделка для обеспечения адгезии, которая может быть применена к пряже, не подвергнутой вытягиванию, к пряже, подвергнутой вытягиванию, или к ним обеим. Типичные добавки для обеспечения адгезии включают полиглицидиловые простые эфиры (патенты США №№4462855, 4557967 и 5547755, включенные в данное описание путем ссылки), полифункциональные эпоксисиланы (патент США №4348517, включенный в данное описание путем ссылки) и добавки, которые формируют эпоксиды на месте их нанесения (патент США №4929760, включенный в данное описание путем ссылки).
К числу рассматриваемых далее особенностей изобретения относится то, что пряжа, еще не подвергнутая вытягиванию, вытягивается в последовательности вытягивающих роликов и типичная конфигурация для вытягивания включает четыре-пять пар роликов Z1-Z5. Хотя пара Z1 может быть нагрета до различных температур, предпочтительно, чтобы пара Z1 была нагрета до температуры в диапазоне между приблизительно 20 и приблизительно 120°С, более предпочтительно между приблизительно 40 и приблизительно 80°С. Температура пары Z3 может изменяться в широких пределах, от 60 до 250°С, в зависимости от того, имеет ли пара Z4 намного более высокую скорость (растяжка между роликами) или сходную скорость (главным образом, термообработка между роликами). Более низкие температуры предпочтительны там, где между роликами происходит существенная дополнительная растяжка. Относительно конечной пары Z4 прядильных роликов (для конструкции с 4 парами роликов) или Z5 (для конструкции с 5 парами роликов) предпочтительные температуры находятся в диапазоне приблизительно 120-160°С. Расчетные типичные степени вытягивания многофиламентных нитей будут в диапазоне приблизительно 1,2-2,5. Другие наиболее подходящие материалы и режимы прядения/вытягивания описаны в патентах США №5067538 и 5234764, оба они включены в данное описание путем ссыпки.
К числу рассматриваемых далее особенностей изобретения относится то, что рассматриваемые пряжи могут быть скручены в корды различных конфигураций с использованием процессов и оборудования, хорошо известных в данной области техники. Например, особенно предпочтительные конфигурации включают корды 1100/2 дтекс с относительно низкой круткой, от 270×270 до 320×320, и корды с относительно высокой круткой, от 420×420 до 470×470 (и даже выше). Эквивалентные крутки для других линейных плотностей могут быть определены путем поддержания постоянным коэффициента крутки (квадратный корень из номинальной линейной плотности корда в децитексах, умноженный на крутку (число кручений на 1 м длины пряжи)).
Таким образом, способ формирования пряжи может включать этап, на котором подготавливается полимерный материал и формируется множество элементарных нитей из этого полимерного материала. На другом этапе из множества элементарных нитей вытягивается размерно стабильная пряжа, которая имеет линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость FR, причем пряжа прядется и вытягивается так, что FR увеличивается, когда линейная плотность на элементарную нить увеличивается. Изготовленные таким образом корды могут найти применение в многочисленных областях использования и изделиях, и особенно подходящие из которых включают ремни механического привода, автомобильные шины, ремни безопасности, парашютные ремни и стропы, грузовые сетки, сетки безопасности и т.д.
Примеры
Следующие примеры приводятся, чтобы пояснить различные аспекты изобретения, при этом должно быть понятно, что один или более из указанных параметров могут быть изменены в рамках представленной здесь концепции изобретения.
Полиэфирная (полиэтилентерефталатная) пряжа с линейной плотностью 1100 дтекс и с линейной плотностью на элементарную нить 11 дтекс производилась экструзией ста отдельных нитей через отверстия фильеры диаметром 0,762 мм со скоростью экструзии 33,5 кг/час во втулку 5,08 см, нагретую до 450°С, за этим следовало отверждение в воздушной охлаждающей колонне. Изготовленная таким образом пряжа, не подвергнутая вытягиванию, имела двулучепреломление 0,083, что является характерным для размерной стабильности по меньшей мере второго поколения размерно стабильных пряж. Не подвергнутая вытягиванию пряжа непрерывно транспортировалась к ряду вытягивающих роликов и вытягивалась при режимах, которые указаны в таблице 1, с получением пряжи, имеющей свойства, перечисленные в таблице 2.
| Табл.1 | |||
| Режим вытягивания | |||
| Температура (°С) пары 1 роликов | 70 | Температура (°С) пары 4 роликов | 245 |
| Скорость (м/мин.) пары 1 роликов | 2900 | Скорость (м/мин.) пары 4 роликов | 5130 |
| Температура (°С) пары 2 роликов | 45-50 | Температура (°С) пары 5 роликов | 130 |
| Скорость (м/мин.) пары 2 роликов | 3900 | Скорость (м/мин.) пары 5 роликов | 5076 |
| Температура (°С) пары 3 роликов | 240 | ||
| Скорость (м/мин.) пары 3 роликов | 5235 | ||
| Табл.2 | |||
| Пряжа, подвергнутая вытягиванию | |||
| Линейная плотность, денье | 1118 | ||
| Прочность на разрыв | 71,3 | ||
| Удлинение при нагрузке 45 Н | 5,25 | ||
| Предельное удлинение | 10,2 | ||
| Усадка при 177°С | 3,5 |
Дополнительная обработка адгезивом была применена к пряже после ее вытягивания и скручивания в корды 1100/2 различной крутки, как указано ниже. Нанесение адгезивного покрытия было выполнено путем окунания корда в аммонированный резорцин-формальдегидный адгезив, после чего производилось растягивание в первой печи при комнатной температуре с силой 2,4 Н в течение 10 секунд, во второй печи при комнатной температуре с силой 2,4 Н в течение 10 секунд, в третьей печи при 177°С с силой 2,4 Н в течение 30 секунд и в четвертой печи при 240°С с растягивающим усилием и временем, достаточными для получения желаемой усадки приблизительно от 1,0 до 2,0%, более предпочтительно от 1,4 до 1,8% и наиболее предпочтительно приблизительно 1,6% (растягивающее усилие и время должны быть отрегулированы для конкретной линейной плотности). Усталостная прочность при изгибе была определена на кордах, обработанных адгезивом, после вулканизации каучука с формированием композиционного материала, как описано ниже. Условиями испытания были шкив диаметром 15 мм, груз 70 кг, частота испытаний 200 циклов/мин и продолжительность 40000 циклов. После испытания на усталость корды извлекались из резины, и определялось сохранение прочности на разрыв в процентах в сравнении с кордами, извлеченными из контрольных образцов композитного материала. Свойства обработанного корда и результаты его испытаний на усталостную прочность сравниваются в табл.3 и 4 с параметрами обработанных кордов, сформированных тем же самым способом из контрольной пряжи (пряжа с плотностью 5,5 дтекс на элементарную нить, типа Honeywell 1Х53 с общей плотностью 1100 дтекс и 200 элементарными нитями). Эти результаты показывают существенное улучшение сохранения прочности для пряж, выполненных согласно изобретению. Должно быть особо отмечено, что размерная стабильность обработанного корда, которая измерялась суммой удлинения при нагрузке 45 Н и усадки при 185°С, близки к аналогичным параметрам пряжи 1Х53, размерно стабильного материала третьего поколения.
| Табл.3 | |||
| Свойства обработанного корда | |||
| Крутка отдельной нити × крутка корда (кручений на метр) | Свойство | Пример 1 | Контрольный (1Х53) |
| 320×320 | Прочность на разрыв (даН) | 13 | 14,9 |
| 320×320 | Разрывное удлинение (%) | 12,2 | 13,9 |
| 320×320 | Удлинение при 45 Н (%) | 4 | 3,8 |
| 320×320 | Усадка при 185°С (%) | 1,7 | 1,6 |
| 320×320 | Размерная стабильность | 5,7 | 5,4 |
| 350×350 | Прочность на разрыв (даН) | 13,1 | 14,8 |
| 350×350 | Разрывное удлинение (%) | 13,2 | 15 |
| 350×350 | Удлинение при 45 Н (%) | 4,4 | 4,1 |
| 350×350 | Усадка при 185°С (%) | 1,7 | 1,5 |
| 350×350 | Размерная стабильность | 6,1 | 5,6 |
| 370×370 | Прочность на разрыв (даН) | 12,8 | 14,3 |
| 370×370 | Разрывное удлинение (%) | 14 | 14,8 |
| 370×370 | Удлинение при 45 Н (%) | 4,6 | 4,3 |
| 370×370 | Усадка при 185°С (%) | 1,6 | 1,6 |
| 370×370 | Размерная стабильность | 6,2 | 5,9 |
| 380×380 | Прочность на разрыв (даН) | 12,9 | 14,5 |
| 380×380 | Разрывное удлинение (%) | 14,6 | 15,4 |
| 380×380 | Удлинение при 45 Н (%) | 4,8 | 4,4 |
| 380×380 | Усадка при 185°С (%) | 1,7 | 1,6 |
| 380×380 | Размерная стабильность | 6,5 | 6 |
| 400×400 | Прочность на разрыв (даН) | 12,6 | 14,5 |
| 400×400 | Разрывное удлинение (%) | 14,1 | 16,1 |
| 400×400 | Удлинение при 45 Н (%) | 4,9 | 4,6 |
| 400×400 | Усадка при 185°С (%) | 1,8 | 1,6 |
| 400×400 | Размерная стабильность | 6,7 | 6,2 |
| 420×420 | Прочность на разрыв (даН) | 11,9 | 14,1 |
| 420×420 | Разрывное удлинение (%) | 13,6 | 15,4 |
| 420×420 | Удлинение при 45 Н (%) | 5,1 | 4,7 |
| 420×420 | Усадка при 185°С (%) | 1,6 | 1,4 |
| 420×420 | Размерная стабильность | 6,7 | 6,1 |
| 440×440 | Прочность на разрыв (даН) | 12,6 | 14 |
| 440×440 | Разрывное удлинение (%) | 15,2 | 15,4 |
| 440×440 | Удлинение при 45 Н (%) | 5,3 | 4,8 |
| 440×440 | Усадка при 185°С (%) | 1,8 | 1,8 |
| 440×440 | Размерная стабильность | 7,1 | 6,6 |
| 470×470 | Прочность на разрыв (даН) | 11,6 | 13,9 |
| 470×470 | Разрывное удлинение (%) | 14,6 | 16,1 |
| 470×470 | Удлинение при 45 Н (%) | 5,9 | 5,1 |
| 470×470 | Усадка при 185°С (%) | 1,8 | 1,9 |
| 470×470 | Размерная стабильность | 7,7 | 7 |
| Табл.4 | |||
| Сохранение прочности (%) после испытания на усталость | |||
| Крутка отдельной нити × крутка корда (кручений на метр) | Образец 1 (абсолютных %) | Контрольный (1Х53) (абсолютных %) | Увеличение, % |
| 320×320 | 36 | 29 | 24 |
| 350×350 | 43 | 32 | 34 |
| 370×370 | 59 | 47 | 26 |
| 380×380 | 69 | 49 | 41 |
| 400×400 | 74 | 61 | 21 |
| 420×420 | 90 | 71 | 27 |
| 440×440 | 88 | 82 | 7 |
| 470×470 | 97 | 95 | 2 |
Таким образом, пряжи с плотностью 11 дтекс на элементарную нить, как описано выше, были скручены в (а) корды 1100/2 с круткой 470×470 (коэффициент крутки 22043), имеющие сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 96 абсолютных %, (б) корды 1100/2 с круткой 440×440 (коэффициент крутки 20636), имеющие сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 85 абсолютных %, и (в) корды 1100/2 с круткой 400×400 (коэффициент крутки 18760), имеющие сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 70 абсолютных %. Таким образом, конкретные рассмотренные изделия включают такие изделия, которые содержат размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 70 абсолютных % для коэффициента крутки 18760, сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 85 абсолютных % для коэффициента крутки 20636 или сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 96 абсолютных % для коэффициента крутки 22043.
Очевидно, что могут быть изготовлены изделия, которые содержат размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить. Предпочтительные многофиламентные пряжи включают сложный полиэфир (например, полиэтилентерефталат) и будут иметь линейную плотность в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить. Кроме того, хотя здесь представлены конкретные структуры из предлагаемых пряж (например, пряжа, скрученная в корд из 2 отдельных нитей с круткой от 320×320 до 470×470 (число кручений отдельной нити × число кручений корда на 1 м длины) для пряжи с линейной плотностью 1100 дтекс), должно быть понятно, что предусматриваются также альтернативные конструкции корда с равными коэффициентами крутки.
В другом эксперименте пряжа с линейной плотностью 11 дтекс на элементарную нить, как описано выше, была скручена в корды 1100/2 с круткой 420Х420. Была использована обработка адгезивом, идентичная процессу покрытия, описанному выше, а сохранение прочности обработанного корда было определено, как описано ниже. Свойства обработанного корда и результаты проверки усталостной прочности приведены ниже в табл.5, где корды 1100/2 с круткой 420Х420 ("Пример 2") сравниваются с обработанными кордами, изготовленными с использованием той же самой процедуры для формирования пряжи с плотностью 5,5 дтекс на элементарную нить (волокна Honeywell 1Х53-200 - "Экспериментальные") и пряжи с плотностью 3,7 дтекс на элементарную нить (волокна Honeywell 1Х53-300 - "Для сравнения" (эталонная пряжа)), которая была изготовлена как внутренний стандарт. Результаты испытаний на усталостную прочность (нагрузка 70 кг, 30000 циклов), приведенные в табл.5 и на графике 1 (представляющего данные из табл.5), показывают, что происходит непрерывное улучшение усталостной прочности, когда увеличивается линейная плотность на элементарную нить. Предлагаемые пряжи могут быть включены в самые разнообразные изделия. Следовательно, такие изделия будут включать размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость FR, причем пряжу прядут и вытягивают так, что когда ее линейная плотность на элементарную нить увеличивается по меньшей мере на 100% по сравнению с эталонной пряжей, сохранение прочности FR увеличивается по меньшей мере на 19 абсолютных % по сравнению с эталонной пряжей, при этом эталонная пряжа имеет сохранение прочности 64% и линейную плотность 3,7 дтекс на элементарную нить с коэффициентом крутки 19700 (эталонной пряжей является коммерчески доступная пряжа Honeywell 1Х53-300, см. выше "Для сравнения"). Что касается условий испытаний для получения конкретных значений параметров эталонной пряжи (например, сохранение прочности 64%, линейная плотность 3,7 дтекс на элементарную нить с коэффициентом крутки 19700), используются описанные ниже условия испытаний.
| Табл.5 | ||||
| Свойство | Крутка отдельной нити × крутка корда (кручений на метр) | Образец 2 (изобретение) | 1Х53-200 (Экспериментальные) | 1Х53-300 (Для сравнения) |
| Линейная плотность, дтекс на элем. нить | -/- | 11,0 | 5,5 | 3,7 |
| Прочность на разрыв (даН) | 420Х420 | 12,5 | 14,5 | 14,3 |
| Разрывное удлинение (%) | 420Х420 | 13,5 | 15,5 | 15,9 |
| Удлинение при 45 Н (%) | 420Х420 | 4,7 | 4,4 | 4,4 |
| Усадка при 185°С (%) | 420Х420 | 1,9 | 1,8 | 1,7 |
| Размерная стабильность | 420Х420 | 6,6 | 6,2 | 6,1 |
| Сохранение прочности (%) при усталости | 420Х420 | 92 | 79 | 64 |
Следовательно, размерно стабильные полимерные пряжи согласно изобретению могут иметь линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 70 абсолютных % для коэффициента крутки приблизительно 18760, более предпочтительно линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 85 абсолютных % для коэффициента крутки приблизительно 20636, и наиболее предпочтительно линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 96 абсолютных % для коэффициента крутки приблизительно 22043, при этом "коэффициент крутки" здесь определяется как квадратный корень из номинальной линейной плотности корда в децитексах, умноженный на число кручений на 1 м длины. Кроме того, должно быть понятно, что хотя пряжа в примере табл.5 скручена в корд с круткой 420×420, также предусматриваются и другие крутки, которые включают крутки в интервале между 320 и 470, особенно для пряжи с линейной плотностью 1100 дтекс.
Таким образом, рассматриваемые пряжи (в частности, пряжи, изготовленные от полиэтилентерефталата, которые предпочтительно имеют линейную плотность в интервале между приблизительно 10 и 20 дтекс на элементарную нить) прядут и вытягивают так, что усталостная прочность возрастает по мере увеличения линейной плотности на элементарную нить (например, прирост сохранения прочности после испытания на усталость при увеличении линейной плотности на элементарную нить на 1 дтекс составляет не менее 1%). В то время как специалист обычной квалификации в данной области техники ожидал бы, что сохранение прочности после испытания на усталость FR уменьшится при увеличении линейной плотности на элементарную нить (например, из-за эффекта образования оболочки и сердцевины во время охлаждения), изобретатели неожиданно обнаружили, что пряжи можно сформировать так, что когда линейная плотность на элементарную нить увеличивается по меньшей мере на 100% по сравнению с эталонной пряжей, имеющей линейную плотность 3,7 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость 64%, сохранение прочности после испытания на усталость FR увеличивается по меньшей мере на 19 абсолютных % по сравнению с эталонной пряжей. Таким образом, размерно стабильные пряжи можно прясть и вытягивать так, что сохранение прочности после испытания на усталость FR увеличивается, когда увеличивается линейная плотность на элементарную нить.
Если не указано иное, прочность на разрыв, разрывное удлинение и удлинение при нагрузке ХН определялись с соблюдением стандартных процедур; для пряж с использованием прибора Statimat типа FPM/M и для обработанного корда с использованием прибора Instron типа 4466 (согласно стандарту ASTM (Американского Объединения по Испытанию Материалов) D885-84). Расстояние между зажимными губками составляет 254 мм, и скорость протягивания равна 305 мм/мин. Тепловая усадка определялась с использованием прибора Testrite (модель NK5) согласно следующей процедуре. К одному концу образца присоединялся груз, равный ((плотность в децитексах) × 0,05 г), и образец помещался в прибор при желаемой температуре на 120 сек. Размерная стабильность для пряж определялась как сумма удлинения при нагрузке х Н и тепловой усадки при 177°С.
Если не указано иное, сохранение прочности обработанного корда оценивалось испытанием на усталостную прочность при изгибе следующим образом (трехэтапная процедура, включающая (1) подготовку образца, (2) испытание на износостойкость и (3) измерения прочности и расчеты).
Подготовка образца. Образцы для испытаний на изгиб подготавливаются в виде многослойной структуры из каучука, кевлара, сложного полиэфира и обработанного корда. Размеры образца составляют 17,5×51 см с 9 следующими слоями: каучук (2,2 мм) + каучук (0,43 мм) + слой кевлара + каучук (0,43 мм) + полиэфирная пленка + каучук (0,43 мм) + обработанный корд из исследуемого полиэфира, уложенный параллельными нитями так, чтобы покрыть всю поверхность образца (28 одиночных нитей/2,54 см) + каучук (0,43 мм) + каучук (0,9 мм). Готовый образец вулканизируется при 171°С в течение 20 минут под нагрузкой 78,5 Н. После вулканизации образец хранится при комнатной температуре перед испытанием на износостойкость при изгибе. Образец разрезается на пять образцов шириной 2,54 см. Образец из середины хранится при комнатной температуре как эталон, в то время как остальные четыре образца подвергаются испытанию на износостойкость при изгибе.
Испытание на износостойкость при изгибе. Четыре образца помещаются на 4 шкива диаметром 15 мм. Для каждого образца устанавливается нагрузка 70 кг. Машина для испытания на усталость при изгибе представляет собой программируемую шарнирную машину. Когда машина запускается, образцы изгибаются вокруг шкива с частотой 200 циклов/мин в течение 30000 циклов. Когда циклы испытаний закончены, образцы снимаются со шкивов и выдерживаются не менее 12 часов при комнатной температуре.
Измерения и расчеты. Пять кордов берутся из середины каждого из четырех образцов и испытываются с помощью прибора Instron, чтобы определить прочность каждого корда. Точно так же, пять кордов берутся из середины эталонного образца и испытываются, как указано выше. Сохранение прочности определяется делением среднего значения прочности 20 обработанных кордов после испытания на износостойкость на среднее значение прочности 5 обработанных кордов, хранившихся в качестве эталона.
Измерение двулучепреломления. Двулучепреломление измерялось при помощи компенсатора Берека (типа 2061К фирмы Leitz) с использованием самой темной из имеющихся полос.
Таким образом, были описаны конкретные формы выполнения и использования размерно стабильных пряж с улучшенным сохранением прочности после испытания на усталость. Однако для специалистов очевидно, что помимо описанных вариантов возможно много модификаций без отступления от изложенных здесь концепций изобретения. Изобретение поэтому не ограничено ничем, кроме прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, при интерпретации описания и формулы изобретения все термины должны трактоваться самым широким образом, не противоречащим контексту. В частности, слова "включает" и "содержащий" должны интерпретироваться как относящиеся к элементам, компонентам или операциям, не исключающим других элементов, компонентов или операций, которые могут присутствовать или использоваться или добавляться и на которые не сделано явных ссылок.
1. Изделие, содержащее размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость, при этом пряжа прядется и вытягивается так, что при увеличении ее линейной плотности на элементарную нить по меньшей мере на 100% по сравнению с эталонной пряжей сохранение прочности после испытания на усталость увеличивается по меньшей мере на 19% по сравнению с эталонной пряжей, для которой сохранение прочности после испытания на усталость равно 64%, а линейная плотность составляет 3,7 дтекс на элементарную нить при коэффициенте крутки 19700.
2. Изделие по п.1, в котором многофиламентная пряжа содержит сложный полиэфир.
3. Изделие по п.2, в котором сложный полиэфир содержит полиэтилентерефталат.
4. Изделие по п.3, в котором линейная плотность пряжи находится в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить.
5. Изделие по п.4, в котором пряжа имеет размерную стабильность не более 12, определяемую как Ex+TS, где Ex - удлинение при нагрузке «х», TS - температурная усадка.
6. Изделие по п.4, в котором пряжа подвергнута отделке, повышающей адгезию, при этом имеет размерную стабильность не более 11, определяемую как Ex+TS, где Ex - удлинение при нагрузке «х», TS - температурная усадка.
7. Изделие по п.1, в котором пряжа скручена или скручена в корд и по меньшей мере частично расположена внутри резины.
8. Изделие по п.1, в котором пряжа скручена или скручена в корд, который имеет крутку (число кручений отдельной нити × число кручений всего корда на метр) в интервале между 320 и 470 для пряжи с линейной плотностью 1100 дтекс.
9. Способ формирования пряжи, заключающийся в обеспечении наличия полимерного материала, прядении из него множества элементарных нитей и формировании из множества элементарных нитей размерно стабильной пряжи, имеющей линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость, при этом пряжу прядут и вытягивают так, что сохранение прочности после испытания на усталость увеличивается при увеличении линейной плотности на элементарную нить.
10. Способ по п.9, в котором полимерный материал содержит сложный полиэфир.
11. Способ по п.10, в котором сложный полиэфир представляет собой полиэтилентерефталат.
12. Способ по п.11, в котором линейная плотность пряжи находится в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить.
13. Способ по п.9, в котором пряжа имеет размерную стабильность не более 12, определяемую как Ex+TS, где Ex - удлинение при нагрузке «х», TS - температурная усадка.
14. Способ по п.9, в котором при увеличении линейной плотности на элементарную нить на 1 дтекс сохранение прочности после испытания на усталость увеличивается не менее чем на 1%.
15. Способ по п.9, в котором пряжу подвергают отделке, способствующей адгезии, и пряжу скручивают в корд.
16. Способ по п.15, в котором крученую пряжу или корд располагают внутри резины.
17. Изделие, содержащее размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить.
18. Изделие по п.17, в котором многофиламентная пряжа содержит сложный полиэфир.
19. Изделие по п.18, в котором линейная плотность пряжи находится в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить.
20. Изделие по п.17, в котором пряжа скручена или скручена в корд и по меньшей мере частично расположена внутри резины, причем корд имеет крутку 420×420 (число кручений отдельной нити × число кручений всего корда на метр) для пряжи с линейной плотностью 1100 дтекс и сохранение прочности по меньшей мере 90% после 40000 циклов испытания на усталость.
21. Изделие по п.17, в котором пряжа скручена или скручена в корд и по меньшей мере частично расположена внутри резины, причем корд имеет крутку 470×470 (число кручений отдельной нити × число кручений всего корда на метр) для пряжи с линейной плотностью 1100 дтекс и сохранение прочности по меньшей мере 97% после 40000 циклов испытания на усталость.
22. Изделие, содержащее размерно стабильную полимерную многофиламентную пряжу, имеющую линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности после испытания на усталость, при этом пряжа прядется и вытягивается так, что сохранение прочности после испытания на усталость возрастает при увеличении линейной плотности на элементарную нить.
23. Изделие по п.22, в котором многофиламентная пряжа содержит сложный полиэфир.
24. Изделие по п.22, в котором линейная плотность пряжи находится в интервале между 10 и 20 дтекс на элементарную нить.
25. Изделие по п.22, в котором размерно стабильная полимерная многофиламентная пряжа имеет линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 70% после 40000 циклов испытания для коэффициента крутки 18760.
26. Изделие по п.22, в котором размерно стабильная полимерная многофиламентная пряжа имеет линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 85% после 40000 циклов испытания для коэффициента крутки 20636.
27. Изделие по п.22, в котором размерно стабильная полимерная многофиламентная пряжа имеет линейную плотность по меньшей мере 7,5 дтекс на элементарную нить и сохранение прочности обработанного корда по меньшей мере 96% после 40000 циклов испытания для коэффициента крутки 22043.
