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PERFECTIONNEMENTS AUX FILS ET CORDES RESISTANT A LA CHALEUR ET
METHODE DE FABRICATION.
@ L'invention est relative à la fabrication d'une corde destinée à l'emploi dans le renforcement d'objets en caoutchouc en général et d'enveloppes de bandages pneumatiques en particulier.
Un objet de l'invention est de prévoir une corde pour les buts ci-dessus, qui est résistante aux températures élevées de fonctionnement et qui possède en même temps les propriétés d'être flexible ou souple et résistante à la fatigue, combinaison de propriétés qui est particulièrement désirable dans les enveloppes de bandages pneumatiques.
Un autre objet de l'invention est de procurer une méthode de fabrication d'une semblable corde .
D'autres objets et des objets supplémentaires, résidant
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dans des détails de la fabrication et de la méthode, ressortiront de la description qui va suivre et des revendications annexées.
Le coton est la matière la plus généralement utilisée pour la confection de cordes employées dans la fabrication de bandages.
Une corde de coton ordinaire, dont la teneur en humidité normale est comprise entre 6 et 8% , présente le désavantage que lorsqu' elle perd son degré d'humidité normal sa résistance à traction diminue rapidement. Une corde de coton conventionnelle lorsqu' elle est desséchée perd environ de 30 à 40% de sa résistance à traction comparativement à sa résistance lorsqu'elle contient sa teneur en humidité normale. Dans le service des autobus et des camions, les grandes vitesses et les fortes charges actuelle- ment courantes se traduisent par des températures de fonctionne- ment dans la carcasse du bandage ayant pour effet d'éliminer l'humidité de la corde, et ceci a amené les fabricants à se tourner vers d'autres matières, telle que de la soie artificielle ou rayonne.
La résistance à traction de la rayonne augmente lorsque sa teneur en humidité diminue, cette propriété la rendant capable de supporter les températures de fonctionnement élevées qui, en raison de leur action asséchante, sont destructives pour les cordes de coton ordinaires. La rayonne présente toutefois de nombreux désavantages comparativement au coton, parmi les- quels peuvent être mentionnés : son prix élevé par rapport au coton; sa ductilité relativement élevée se traduisant pour les bandages établis à l'aide de rayonne par une tendance à la "dilatation" ;
sa faible adhérence naturelle au caoutchouc, qui nécessite des traitements coûteux pour l'accroître, et le fait que sa résistance à traction diminue rapidement lorsqu'elle est soumise à un excès d'humidité, se traduisant par des défaillances du bandage pneumatique lorsque de l'eau peut pénétrer dans une carcasse de pneu à base de rayonne, par une coupure dans, ou l'usure de la bande de roulement, tandis que la résistance du coton augmente lorsqu'il est humide.
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Les demanderesses ont constaté que lorsque .du coton sous forme de fil est soumis, sous une tension notable, à l'action d'un alcali caustique concentré, comme de la soude caustique ou un autre hydroxyde fort, les propriétés de résistance à la chaleur des cordes établies à l'aide de ce fil sont sensiblement accrues ou améliorées, et que pareil fil peut être tordu dans une corde de manière à éviter ou à compenser tout accroissement de fragilité communiqué à la fibre de coton par le traitement à l'alcali caustique.
Le traitement à l'alcali caustique auquel on soumet les fils est un procédé de mercerisation, dans l'acception chimique et mécanique de ce terme, mais alors que le but usuel de la merce- ici risation est de communiquer un lustre au fil, on emploie/le ,procédé pour l'effet de résistance à la chaleur que ce procédé, ainsi que les demanderesses l'ont découvert, communique au coton.
Par suite, on règle tous les éléments ou facteurs du procédé de mercerisation pour obtenir le maximum de résistance à la chaleur compatible avec l'obtention des autres propriétés désirables dans une corde de bandage pneumatique, sans s'in- quiéter de la présence ou de l'absence de lustre.
Les demanderesses savent que l'emploi de tissus convention- nellement mercerisés dans des bandages pneumatiques a été pro- posé dans divers buts, comme par exemple pour l'obtention d'une meilleure imprégnation de caoutchouc. Elles pensent toutefois être les premières à avoir reconnu qu'un procédé de mercerisa- tion ou analogue communique des propriétés de résistance à la chaleur au coton et à avoir proposé une fabrication de cordes grâce à laquelle ces qualités d'un coton mercerisé peuvent être utilisées.
Le traitement des fils de coton conformément à l'invention peut âtre exécuté avec un équipement ordinaire de mercerisation de fils, modifié si c'est nécessaire pour permettre de soumettre le fil à la tension désirée pendant la mercerisation. D'une manière analogue, la constitution du bain caustique, du bain de neutralisation, et la succession de ceux-ci avec les opéra-
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tions de lavage, peuvent concorder avec la pratique de mercerisa- tion usuelle, avec les altérations ou modifications qui pourront être indiquées par après ou qui apparaitront aux techniciens de la mercerisation par la description qui suit.
Pour la facilité, dans la discussion qui va suivre, on utilisera l'expression mercerisation comme appliquée au traitement suivant l'invention de fils de coton, mais on comprendra que l'expression ainsi utilisée doit être entendue comme soumise aux limitations et distinctions indiquées plus haut.
D'une manière analogue on emploiera l'expression cellulose hydratée non régénérée pour indiquer la nature du coton entrant dans la confection des cordes suivant l'invention.
En exécutant l'invention, la première opération est la mercerisation du coton sous forme de fil et sous tension notable.
La tension peut varier dans une gamme étendue, mais du point de vue de la pratique conventionnelle de mercerisation, elle est de préférence élevée. Considérant la tension en degrés d'allonge- ment, des résultats satisfaisants peuvent être obtenus en appli- quant au fil, pendant la mercerisation, une tension suffisante pour accroitre sa longueur de 4% ou plus. Toutefois, des résul- tats raisonnablement satisfaisants ont été obtenue avec des tensions moindres, par lesquelles la longueur du fil est augmen- tée de 1% ou moins. En général les meilleurs résultats sont obtenus à l'aide de tensions de l'ordre le plus élevé.
Pour exécuter une mercerisation convenable, le fil doit être doux ou souple, ou lâchement tordu, afin de permettre la pénétration des liquides de mercerisation, et la gamme de tensions indiquée est supérieure à celle qu'un fil unique ainsi tordu peut supporter. Pour cette raison, on exécute l'opération de mercerisation avec le fil sous forme multiple. Ces limitations imposées par le procédé de mercerisation compliquent la formation subséquente des fils en une corde pour bandage pneumatique, du fait que les torsions convenant pour la mercerisation ne sont pas d'ordinaire satisfaisantes dans la fabrication d'une corde de bandage pneumatique. Les demanderesses proposent deux méthodes
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générales pour rencontrer ces complications.
Suivant la première méthode on mercerise un fil multiple et l'on a recours à une opération de doublage additionnel dans la confection de la corde., Par exemple, on peut merceriser un fil 30s/2, tordre trois de ces fils pour former un toron 30s/2/3, et cabler trois de ceux-ci pour former une corde 30s/2/3/3, c'est dire un câble à trois torons, dont chaque toron est constitué par trois éléments d'un fil 30s doublé, les notations et symboles étant ceux du système américain.
En suivant la deuxième méthode on mercerise un fil multiple contenant le nombre d'éléments désiré dans le cable. Pour satis- faire aux conditions de la mercerisation, qui exigent que la torsion du fil et du fil multiple soit suffisamment faible que pour permettre la pénétration complète du liquide pendant la mercerisation, une portion seulement de la torsion désirée est appliquée avant la mercerisation, et le fil multiple est retordu après meroerisation pour donner à la torsion le caractère voulu tant en quantité qu'en direction.
Par exemple on peut merceriser un fil 12s/4 doux ou souple, lâchement tordu et, après l'avoir retordu dans la mesure voulue, on peut cabler deux des fils mul- tiples pour former un ensemble 12s/4/2, c'est à dire un câble à deux torons, dont chaque toron est formé de 4 brins ou éléments d'un fil 12s.
Par les méthodes indiquées plus haut on peut confectionner une gamme étendue de cordes.
Comme indiqué précédemment, le fil multiple doit être doux ou souple et lâchement tordu au moment de la mercerisation, c'est à dire que le nombre de tours de torsion du fil et du fil multi- ple est faible. On prendra en considération que le degré de tor- sion et dans certains cas, la direction de la torsion initialement communiquée au fil seront modifiés par la torsion subséquente, et tant la torsion du fil que celle du fil multiple ou toron sera modifiée par la torsion du cable. En d'autres termes les torsions résiduelles du fil et fil multiple ou toron dans la corde finie
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peuvent être différentes en degrés et, ou en direction, des tor- sions de "fabrication" initialement communiquées à ces éléments.
On ,tire parti de ceci dans les deux méthodes définies plus haut pour obtenir d'une part dans le fil multiple un état de torsion désirable pour la mercerisation, et d'autre part l'état de tor- sion désiré dans la corde finie. Par exemple dans une disposition
12s/4/2 telle que mentionnée plus haut -- employant les symboles "s" et "z" pour indiquer la direction de torsion, et désignant le degré de torsion en tours par pouce -- on peut donner au fil simple 10 tours de torsion "s" et tordre ensemble quatre file semblables avec six tours de torsion "z" qui laissera une torsion résiduelle de quatre tours de torsion "s" dans les fils simples.
Dans ces conditions de torsion,le fil quatre plis est suffisam- ment doux ou souple et lâche pour une mercerisation complète.
Après avoir mercerisé le fil quatre plis , on peut lui donner vingt quatre tours supplémentaires de torsion "s" qui ont pour effet d'aocroitre la torsion simple à 28 tours de torsion "s" tandis que l'on change la torsion du fil multiple ou toron de dix tours "z" à 18 tours de torsion "s". On peut alors câbler ensemble deux de ces fils quatre plis ou torons, en employant
10,6 tours de torsion "z" avec ce résultat que les torsions du des fil et/multi-plis ou torons sont supplémentairement modifiées , en sorte que le rapport de torsion final ests(torsion des file simples 17,5 "s"), (torsion des multi-plis ou torons 7,5 "s"), (torsion du cable 10,5 "z").
On comprendra que pour la simplicité, les torsions dans l'exemple d'illustration précédent ont été données en chiffres ronds et l'on peut faire abstraction de certains facteurs, comme le frottement et le pliage des fibres qui, en pratique, font des additions et soustractions de torsions des approximations plutôt que des données exactes. On peut estimer ceci suffisant pour illustrer la méthode grâce à laquelle on satisfait aux exigences antagonistes de torsion des processus de mercerisation et de confection de corde pour bandages pneu- matiques.
On peut indiquer que dans la construction 30s/2/3/3, mentionnée plus haut, par une sélection convenable de torsions
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ultérieures à la mercerisation, la torsion initiale des fils sim- ples peut être supprimée de sorte que le 30s/2/3/3 devient effec- tivement un 15s/3/3.
On a constaté que des cordes ainsi confectionnées à partir de cellulose hydratée non régénérée, retiennent non seulement leur résistance de traction lorsqu'elles sont dépouillées de leur teneur en humidité normale, mais montrent en fait un accroissement de résistance de traction, essayées à l'état desséché, comparati- vement à leur résistance lorsqu'elles sont essayées avec une teneur normale en humidité. Bien que l'accroissement de résistance de traction soit moindre en degrés que celui de la rayonne dans des conditions analogues, il suffit pour protéger la corde contre les défaillances dans les conditions thermiques de fonctionnement rencontrées en service pour les autobus et les camions.
Bien que l'on ait également constaté que des cordes établies conformément à l'invention ont tendance à perdre leur résistance lorsqu'elles sont soumises à une humidité excessive, cette perte est moindre en degrés que ce n'est le cas avec de la rayonne. L'adhérence du caoutchouc aux cordes établies selon l'invention est égale à,ou l'emporte sur l'adhérence du caoutchouc aux cordes de coton con- ventionnelles.
REVENDICATIONS ( 1.- Une corde destinée à l'emploi dans les enveloppes de ( bandages pneumatiques et analogues, établie à l'aide de fils de ( cellulose hydratée non régénérée.
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IMPROVEMENTS TO THREADS AND CORDS RESISTANT TO HEAT AND
MANUFACTURING METHOD.
@ The invention relates to the manufacture of a cord intended for use in reinforcing rubber articles in general and tire casings in particular.
It is an object of the invention to provide a rope for the above purposes which is resistant to high operating temperatures and which at the same time has the properties of being flexible or supple and resistant to fatigue, a combination of properties which is particularly desirable in pneumatic tire casings.
Another object of the invention is to provide a method of making such a rope.
Other objects and additional objects, residing
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in details of the manufacture and of the method will become apparent from the following description and from the appended claims.
Cotton is the material most commonly used for making ropes used in the manufacture of bandages.
Ordinary cotton cord, with a normal moisture content of 6-8%, has the disadvantage that when it loses its normal moisture content its tensile strength rapidly decreases. A conventional cotton cord when desiccated loses about 30-40% of its tensile strength compared to its strength when it contains its normal moisture content. In bus and truck service, the high speeds and heavy loads presently common cause operating temperatures in the casing of the tire to remove moisture from the rope. led manufacturers to turn to other materials, such as artificial silk or rayon.
The tensile strength of rayon increases as its moisture content decreases, this property making it able to withstand high operating temperatures which, due to their drying action, are destructive to ordinary cotton cords. Rayon, however, has many disadvantages compared to cotton, among which can be mentioned: its high price compared to cotton; its relatively high ductility resulting in tires made with rayon in a tendency to "expand";
its poor natural adhesion to rubber, which requires expensive treatments to increase it, and the fact that its tensile strength quickly decreases when subjected to excess moisture, resulting in tire failure when tire pressure is applied. Water can enter a rayon-based tire casing, through a cut in, or wear to the tread, while the strength of cotton increases when wet.
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The applicants have observed that when cotton in the form of a thread is subjected, under considerable tension, to the action of a concentrated caustic alkali, such as caustic soda or another strong hydroxide, the properties of resistance to heat cords made with this yarn are significantly increased or improved, and that such yarn can be twisted into a rope so as to avoid or compensate for any increase in brittleness imparted to the cotton fiber by the alkali treatment caustic.
The caustic alkali treatment to which the threads are subjected is a process of mercerization, in the chemical and mechanical sense of the term, but while the usual purpose of mercerization is to impart a luster to the thread, it is employs / le, process for the effect of heat resistance which this process, as the applicants have discovered, impart to cotton.
As a result, all the elements or factors of the mercerization process are adjusted to obtain the maximum heat resistance compatible with obtaining the other desirable properties in a pneumatic tire cord, without worrying about the presence or the absence of luster.
The applicants know that the use of conventionally mercerized fabrics in pneumatic tires has been proposed for various purposes, such as, for example, to obtain a better impregnation of rubber. They believe, however, that they were the first to have recognized that a mercerization process or the like impart heat resistant properties to cotton and to have proposed a manufacture of ropes whereby these qualities of a mercerized cotton can be utilized. .
The treatment of cotton yarns in accordance with the invention can be carried out with ordinary yarn mercerization equipment, modified as necessary to allow the yarn to be subjected to the desired tension during mercerization. In an analogous manner, the constitution of the caustic bath, of the neutralization bath, and the succession of these with the operations
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washing operations, may agree with usual mercerization practice, with the alterations or modifications which may be indicated later or which will appear to mercerization technicians by the description which follows.
For ease of reference, in the discussion which follows, the term mercerization will be used as applied to the treatment according to the invention of cotton yarns, but it will be understood that the term so used is to be understood as subject to the limitations and distinctions indicated above. high.
In a similar manner, the expression non-regenerated hydrated cellulose will be used to indicate the nature of the cotton used in the making of the cords according to the invention.
In carrying out the invention, the first operation is the mercerization of the cotton in the form of yarn and under considerable tension.
The voltage can vary over a wide range, but from the standpoint of conventional mercerization practice it is preferably high. Considering the tension in degrees of elongation, satisfactory results can be obtained by applying to the wire during mercerization sufficient tension to increase its length by 4% or more. However, reasonably satisfactory results have been obtained with lower tensions, whereby the yarn length is increased by 1% or less. In general, the best results are obtained using voltages of the highest order.
To perform proper mercerization, the wire must be soft or pliable, or loosely twisted, to allow penetration of mercerization liquids, and the stated voltage range is greater than that a single wire so twisted can withstand. For this reason, the mercerization operation is carried out with the yarn in multiple form. These limitations imposed by the mercerization process complicate the subsequent formation of the yarns into a pneumatic tire cord, since the twists suitable for mercerization are usually not satisfactory in the manufacture of a pneumatic tire cord. The plaintiffs propose two methods
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general to meet these complications.
According to the first method, a multiple yarn is mercerized and an additional doubling operation is used in the making of the rope., For example, we can mercerize a 30s / 2 yarn, twist three of these yarns to form a strand 30s / 2/3, and wire three of these to form a 30s / 2/3/3 rope, i.e. a three-strand cable, each strand of which is made up of three elements of a 30s doubled wire, the notations and symbols being those of the American system.
By following the second method we mercerize a multiple wire containing the desired number of elements in the cable. To satisfy the conditions of mercerization, which require that the twist of the yarn and multiple yarn be low enough to allow complete penetration of the liquid during mercerization, only a portion of the desired twist is applied before mercerization, and the multiple yarn is twisted after meroerization to give the twist the desired character both in quantity and direction.
For example one can mercerize a soft or flexible 12s / 4 yarn, loosely twisted and, after having twisted it to the desired extent, one can wire two of the multiple yarns to form a 12s / 4/2 set, that is ie a two-strand cable, each strand of which is formed of 4 strands or elements of a 12s wire.
By the methods indicated above, a wide range of ropes can be made.
As previously stated, the multiple yarn should be soft or pliable and loosely twisted at the time of mercerization, that is, the number of twist turns of the yarn and multiple yarn is low. It will be taken into consideration that the degree of twist and in some cases the direction of the twist initially imparted to the wire will be modified by the subsequent twist, and both the twist of the wire and that of the multiple wire or strand will be modified by the twist. cable. In other words the residual twists of the wire and multiple wire or strand in the finished rope
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may be different in degrees and, or direction, of the "manufacturing" twists initially imparted to these elements.
This is taken advantage of in the two methods defined above to obtain, on the one hand, in the multiple yarn a desirable state of twist for mercerization, and on the other hand, the desired state of torsion in the finished cord. For example in a layout
12s / 4/2 as mentioned above - using the symbols "s" and "z" to indicate the direction of twist, and denoting the degree of twist in turns per inch - the single wire can be given 10 turns of twist "s" and twist together four similar strands with six turns of "z" twist that will leave a residual twist of four turns of "s" twist in the single strands.
Under these twisting conditions, the four-ply yarn is soft enough or pliable and loose for complete mercerization.
After having mercerized the four-ply yarn, we can give it twenty-four additional turns of twist "s" which have the effect of increasing the single twist to 28 turns of twist "s" while changing the twist of the multiple yarn. or strand of ten turns "z" to 18 turns of twist "s". We can then wire together two of these four-ply or stranded wires, using
10.6 turns of twist "z" with the result that the twists of the yarns and / multi-plies or strands are additionally modified, so that the final twist ratio is (single yarn twist 17.5 "s") , (twist of multi-plies or strands 7.5 "s"), (twist of cable 10.5 "z").
It will be understood that for the sake of simplicity, the twists in the previous illustrative example have been given in round numbers and one can disregard certain factors, such as the friction and the folding of the fibers which, in practice, make additions. and twist subtractions from approximations rather than exact data. This can be considered sufficient to illustrate the method by which the antagonistic torsional requirements of the mercerization and cord making processes for pneumatic tires are satisfied.
It can be indicated that in the 30s / 2/3/3 construction, mentioned above, by a suitable selection of twists
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subsequent to mercerization, the initial twist of the single yarns can be removed so that the 30s / 2/3/3 effectively becomes a 15s / 3/3.
It has been found that ropes thus made from unregenerated hydrated cellulose not only retain their tensile strength when stripped of their normal moisture content, but in fact show an increase in tensile strength when tested in the field. desiccated condition compared to their strength when tested with normal moisture content. Although the increase in tensile strength is less in degrees than that of rayon under analogous conditions, it is sufficient to protect the rope against failure under thermal operating conditions encountered in service for buses and trucks.
Although it has also been found that cords made in accordance with the invention tend to lose strength when subjected to excessive moisture, this loss is less in degrees than is the case with rayon. . The adhesion of rubber to cords established according to the invention is equal to or exceeds the adhesion of rubber to conventional cotton cords.
CLAIMS (1.- A cord intended for use in casings of (pneumatic tires and the like, made using threads of (non-regenerated hydrated cellulose.