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La présente invention concerne des courroies de machines et en particulier des courroies du type comprenant une composition de caoutchouc naturel ou synthétique dans laquelle sont noyés des fais comportant une ême en matière filamenteuse continue sur la-, quelle est guipée une couche de fibres coupées, la proportion de matière filamenteuse continue étant comprise entre 50 et 90% en poids du fil.
On a découvert à. présent que des matières composites de genre, dans lesquelles la matière filamenteuse continue est un produit synthétique, offrent des avantages spéciaux lorsqu'on les utilise pour bâtir des courroies de machines.
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Suivant la présente invention, une courroie de machine comprend une matière élastomère renforcée par des fils comportant une âme en filaments synthétiques continus sur laquelle est guipée une couche de fibres coupées, la proportion des filaments continus étant comprise entre 50% et 90% en poids du fil.
On bâtit habituellement des courroies de machine à partir d'un caoutchouc naturel ou synthétique contenant comme renforcement du fil textile qui peut se présenter sous forme d'un tissu ou de câbles qui traversent longitudinalement la courroie. En service, ces courroies sont soumises à différentes tensions qui tendent à abréger la vie de la courroie et., pour avoir un bon rendement, il est essentiel d'assurer une adhésion adéquate entre les fils textiles et le caoutchouc. Bon nombre de fibres synthétiques ont une plus grande résistance que les fibres naturelles ou la rayonne que l'on utilisait autrefois pour renforcer les courroies mais elles n'adhèrent pas convenablement au caoutchouc et leur utilisa- tion implique ainsi l'emploi d'adhésifs spéciaux, dont certains sont toxiques et d'autres difficiles à appliquer.
On a découvert à présent que si on renforce les courroies à l'aide de fils obtenus en combinant des filaments continus en matière synthétique avec des fibres coupées par le procédé connu sous les noms de guipage, filature sur âme ou doublage belge, on obtient non seulement une adhésion adéquate mais les courroies ainsi produites possèdent une résistance exceptionnelle à la flexion et présentent également une croissance ou allongement très faible sous l'action dune charge appliquée de façon constante ou répétée, une fois que l'étirage initial a eu lieu.
Les fils guipés, utilisés dans la présente invention sont du type dans lequel le filament continu est entouré d'une couche de fibres coupées. Les fils sont de préférence doublés et câblés pour former des câbles aptes à servir comme renforcement lorsqu'on les utilise seuls, ou comme chaîne dans un tissu, de préférence Un tissu ne contenant qu'une légère trame. On peut, si on le désire,
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soumettre les fils aux câbles à un traitement de prise à chaud (ni d'étirage à. chaud avant de les incorporer à. la courroie.
Pour le traitement de prise à chaud, on enroule le fil sur des bobines en le maintenant sous tension, et on le soumet à. un traitement thermique, en 1' exposant par exemple à. de la vapeur; pour 1'étirage à chaud, on fait passer le fil à travers une chambre chauffée tout en le maintenant sous tension. Cependant, la présente invention présente la particularité que l'on peut habituellement omettre ce traitement.
On utilise de préférence, comme filaments synthétiquesp des filaments de polyesters tels que du téréphtalate de polyéthy- lène glycol "Térylene" et des filaments de polyamides comme le Nylon. On peut utiliser d'autres filaments synthétiques pour obtenir des effets spéciaux : par exemple, des filaments de verre par des courroies qui doivent résister à. des températures élevées.
Des fibres coupées que l'on peut utiliser comprennent des fibres organiques naturelles, telles que des fibres de coton, des fibres de lin et d'autres fibres cellulosiques, des poils d'ano maux comme le poil de chameau, des fibres synthétiques telles que des fibres de polyesters ou de Nylon et d'autres fibres fabriquées par l'homme comme la rayonne. On peut utiliser des fibres d'asbeste pour des courroies devant résister à. la chaleur. De façon générale on préfère les fibres coupées naturelles végétales, spécialement celles qui ont une longueur comprise entre 1 et 3 pouces (2,54 à 7,62 cm) par suite de la meilleure adhésion au caoutchouc quelles confèrent au fil.
Un fil préféré contient un filament continu de oolyester et des fibres coupées naturelles, spécialement du coton.
L'utilisation de filaments synthétiques, spécialement des filaments de polyesters, pour l'me des fils utilisés pour renforcer des sourroies de transmission telles que des courroies trapézoidales confère à ces courroies une ténacité élevée,, une bonne résistance à. la chaleur et un faible pouvoir d'absorption d'humidité peu élevée ce qui leur donne une sta.bilité dimensionnelle élevée dans
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des atmosphères humides.
La résistance du fil ou câble dépend surtout de la proportion du filament continu présente. On obtient des résistances maxima lorsque le filament continu constitue de 50 à 90% en poids du fil ou câble et on a obtenu des résultats particulièrement bons avec des proportions allant de 55 à 65 % de filament continu et, de façon correspondante de 45 à 35% de fibres coupées. Des fils, particulièrement appropriés, comprennent une âme de matière fila- menteuse continue sur laquelle est guipée une couche'de fibres coupées, la proportion de filament continu étant comprise entre 60 et 80% en poids du fil.
On peut incorporer les fils guipés dans la courroie sans utiliser des adhésifs mais, si on le désire, on peut appliquer des adhésifs simples bien connus au fil avant de bâtir la courroie.
Des adhésifs de ce genre peuvent, par exemple, être formés de latex de caoutchouc naturel dilué qui peut, si on le désire, contenir en dispersion une résine résorcinol-formaldéhyde, et un latex de caoutchouc synthétique comprenant un copolymère du butadiène et de vinyl-pyridine. Ce dernier peut être utilisé seul ou en mélange avec un latex de caoutchouc synthétique comprenant un copolymère de butadiène et de styrène.
La matière élastomère utilisée dans la courroie peut être du caoutchouc naturel ou un élastomère synthétique tel qu'un co- polymère de butadiène avec du styrène ou de l'acrylonitrile, ou un polychloroprène ou un polysiloxane.
La courroie peut être bâtie en revêtant une ou plusieurs couches de tissu ou câbles comprenant les fils guipés, d'une composition élastomère vulcanisable contenant du soufre, de l'oxyde de zinc,des accélérateurs de vulcanisation tels que du mercaptoben- zothiazole, des agents émollients tels que du goudron de pin, de l'acide stéarique, des résines de coumarone provenant du goudron de houille et des résidus de bitume provenant du cracking du pétrole, qui rendent la composition suffisamment plastique pour le traitement
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qu'elle subit ;
des agents de renforcement du caouchouc que 3.''on trouve dans les différents types de noir de carbone et de carbonate de calcium précipité qui augmentent la résistance à la traction et à l'abrasion de la composition lorsqu'elle est vulcaniséec
On peut appliquer la composition de caoutchouc vulcanisabl au tissu ou aux câbles de la courroie d'une façon connue, par exemple en l'étendant ou en la calandrant sur une calandre à friction. On coupe alors le tissu revêtu à la largeur vouleu on assemble un certain nombre de couches revêtues et on' applique des revêtements consistant en compositions de caoutchouc vulcanisa- bles avec ou sans tissu de renforcement, de chaque côté de l'assemblage de tissu imprégné. On peut également y ajouter des couches de recouvrement de tissu revêtu de caoutchouc.
On chauffe le tout dans un moule ou dans une presse à la température de vulcanisation pendant un laps de temps suffisant pour vulcaniser la composition de caoutchouc.
La présente invention peut être appliquée à une grande variété de courroies parmi lesquelles des courroies de transpor- teurs et des courroies de transmission plates ou trapézoïdales.
L'invention sera mieux comprise à. la lecture de la description d'un certain nombre de ses formes d'exéct donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels,. la figure 1 est une vue arrachée d'une courroie trans porteuse d'alimentation comportant un renforcement qui consiste en quatre couches de câbles sans fin fixées les unes aux autres; la figure 2 est une vue arrachée d'une courroie de transmission trapézoïdale comportant une seule couche de renforce- ment de câbles sans fin;
la figure 3 est une vue arrachée d'une courroie de trans- mission trapézoïdale comportent un renforcement qui consiste en cinq couches de câbles sans fin fixées les unes aux autres; la figure 4 est une vue arrachée d'une courroie de transmission trapézoïdale comportant un renforcement consistant
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en cinq couches de câbles sans fin fixées les unes aux autres, qui diffère de la forme d'exécution montrée sur la figure 3 en ce qu'el possède deux couches de renforcement de tissu revêtu de caoutchouc.
Les câbles utilisés dans ces formes d'exécution de la présente invention sont fabriqués à partir d'un fil de base obtenu en guipant d'une mèche de coton n 30s des fibres de poly- ester "Térylene" de 250 deniers jusqu'à obtenir finalement un n 12s. Le coton utilisé est du Karnak Egyptien peigné de très bonne qualité et la fibre de polyester forme l'âme du fil de base.
On double alors le fil guipé douze fois et on câble le fil doublé quatre fois de manière à obtenir du n 12s/12/4. Le câble câblé a une résistance à la traction de 225 livres (102 kg) et il est composé pour environ 60% de "Térylene" et environ 40% de coton.
Les caractéristiques de torsion sont les suivantes:
Torsion par pouce simple 12,0 Z (guipé)
Torsion par pouce, premier pliage 5,0 S
Torsion par pouce, second pliage 2,0 Z
Sur la figure 1 la courroie pour transporteur de pro- duits alimentaires comprend quatre couches 10 1-le 12 et 13 d'un tissu., dont la chaîne est faite de câbles et la trame de filaments continus en Nylon, ayant les caractéristiques. suivantes:
Fils par pouce Chaîne 13
Trame 8
Couches Chaîne n 12s/12/4
Trame 210 deniers/8/3
Poids/yard au carré 25,0 onces
Le tissu de courroie terminé a une résistance de 2.100 li- vres par pouce par couche (951,3 kg) dans le sens de la chaîne et 540 livres par pouce par couche (244,6 kg) dans le sens de la trame.
La figure montre des fils de chaîne individuels 14 et des fils de trame 15.
On traite les quatre couches en les frictionnant et les
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recouvrant d'un composéde caoutchouc naturel 16 et on les fixe l'une à l'autre sans appliquer d'adhésif aux fibres. Le frictionna - ment comprend le passage du tissu et du caoutchouc mélangé non vulcanisé simultanément entre des cylindres d'une calandre tournant à des vitesses différentes de manière que le caoutchouc soit force entre les câbles, tandis que dans le recouvrement le tissu et le caoutchouc mélangé non vulcanisé sont passés simultanément entre des cylindres d'une calandre tournant à la même vitesse, de sorte que le caoutchouc est pressé sur le tissu.
La courroie de transporteur comprend aussi des couches de recouvrement 17 d'un composé de caoutchouc naturel blanc de bonne qualité, qui est inodore et qui vise spécialement à éviter de contaminer ou de donner une mauvaise odeur aux produits alimen- taires transportés sur la courroie- Des essais de rupture effectués sur la courroie ont montré que l'adhésion entre les couches de recouvrement et le tissu est de 28 livres par pouce de largeur (499,8 kg/m) et que l'adhésion entre les couches du tissu est de 34 livres par pouce de largeur (606,9 kg/m).
La figure 2 montre une courroie de transmission trapézoï- dale comportant une seule couche 18 formée par neuf câbles sans fin disposés dans un plan latéral de la courroie et noyés dans une couche 19 de caoutchouc d'amortissement. Les câbles sont des câbles guipés "Térylene"/coton n 12s/12/4 décrits plus haut. La couche 19 de caoutchouc d'amortissement est prise en sandwich entre une coucha 20 de caoutchouc de support et une couche supérieure 21 de caout- chouc de charge, le tout étant façonné au profil trapézoïdal désiré, L'ensemble est recouvert d'un certain nombre de couches de recou- vrement 22 de tissu revêtu de caoutchouc et la courroie finie est vulcanisée dans un moule.
On a essayé des courroies ainsi bâties sur un dynamomètre à frein hydraulique pendant plus de 1000 heures sans les détériorer tandis qu'un type de courroie analogue où les câbles avaient été
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directement remplacés par de la rayonne s'est détériorée après 600 heures. A la fin de l'essai, la courroie ne s'était allongée que de 1.,5%'et la plus grande partie de cet allongement s'était produit pendant la première heure de marche de la machine d'essai.
Ce pourcentage d'allongement peut être réduit en faisant subir au câble un traitement de durcissement à chaud avant de l'incorporer dans la cohnrroie mais par suite de-l'allongement peu important que l'on obtient avec les câbles non traités, une fois que l'éti- rage initial a eu lieu, 'le traitement de durcissement à. chaud est nécessaire.
La figure 3 montre une courroie trapézoïdale semblable celle montrée sur la figure 2, mais dans laquelle la couche unique de câbles est remplacée par cinq couches 23, 24, 25e 26 et 27 de câbles sans fin, qui contiennent chacun treize câbles de construc, tion plus légère, l'épaisseur de la couche 19 de caoutchouc d'amor- tissement étant suffisamment augmentée pour enfermer tous les câbles
La figure 4 montre une variante de la courroie trapézoïdal représentée sur la figure 3, dans laquelle la couche 21 de caout- chouc de charge est remplacée par une couche 28 formée par plu- sieurs épaisseurs de tissu (toile de coton) revêtu de caoutchouc, comme renforcement. De même la couche 20 de caoutchouc de support est remplacée par une couche 29 formée par plusieurs épaisseurs de tissu revêtu de caoutchouc.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Courroie de machine, caractérisée en ce qu'elle comprend une matière élastomère renforcée par des fils comportant une âme en filaments synthétiques continus sur laquelle est guipée une couche de fibres coupées, la proportion de filaments continus étant comprise entre 50 et 90% du fil.
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The present invention relates to machine belts and in particular to belts of the type comprising a composition of natural or synthetic rubber in which are embedded bundles comprising a core of continuous filamentous material on which is wrapped a layer of chopped fibers, the proportion of continuous filamentary material being between 50 and 90% by weight of the yarn.
We discovered at. Now, such composite materials, in which the continuous filamentary material is a synthetic product, offer special advantages when used to build machine belts.
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According to the present invention, a machine belt comprises an elastomeric material reinforced by threads comprising a core of continuous synthetic filaments on which is wrapped a layer of chopped fibers, the proportion of the continuous filaments being between 50% and 90% by weight of the wire.
Machine belts are usually constructed from a natural or synthetic rubber containing as reinforcement textile yarn which may be in the form of a fabric or of cables which pass longitudinally through the belt. In service, these belts are subjected to various tensions which tend to shorten the life of the belt and, in order to have a good performance, it is essential to ensure adequate adhesion between the textile threads and the rubber. Many man-made fibers have greater strength than the natural fibers or rayon that were once used to reinforce belts, but they do not adhere well to rubber and their use therefore involves the use of special adhesives. , some of which are toxic and others difficult to apply.
It has now been discovered that if the belts are reinforced with yarns obtained by combining continuous synthetic filaments with fibers cut by the process known under the names of wrapping, core spinning or Belgian lining, we obtain no only adequate adhesion but the belts thus produced possess exceptional flexural strength and also exhibit very little growth or elongation under the action of a load applied constantly or repeatedly, after the initial stretching has taken place.
The wrapped yarns used in the present invention are of the type in which the continuous filament is surrounded by a layer of chopped fibers. The yarns are preferably doubled and cabled to form cables suitable for serving as reinforcement when used alone, or as a warp in a fabric, preferably a fabric containing only a light weft. We can, if we want,
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subjecting the wires to the cables to a heat-setting treatment (nor hot drawing before incorporating them into the belt.
For the hot setting treatment, the wire is wound on spools keeping it under tension, and subjected to. heat treatment, by exposing for example to. steam; for hot drawing, the yarn is passed through a heated chamber while keeping it under tension. However, the present invention has the peculiarity that this processing can usually be omitted.
Preferably, the synthetic filaments are polyester filaments such as polyethylene glycol terephthalate "Terylene" and polyamide filaments such as nylon. One can use other synthetic filaments to achieve special effects: for example, glass filaments by belts which must withstand. high temperatures.
Chopped fibers which can be used include natural organic fibers, such as cotton fibers, flax fibers and other cellulosic fibers, animal hair such as camel hair, synthetic fibers such as polyester or nylon fibers and other man-made fibers such as rayon. Asbestos fibers can be used for belts to resist. the heat. In general, natural vegetable staple fibers are preferred, especially those which are between 1 and 3 inches (2.54 to 7.62 cm) in length due to the better adhesion to rubber which they impart to the yarn.
A preferred yarn contains a continuous polyester filament and natural staple fibers, especially cotton.
The use of synthetic filaments, especially polyester filaments, for the core of the yarns used to reinforce drive belts such as V-belts gives these belts high toughness, good resistance to. heat and a low power of absorption of low humidity which gives them a high dimensional stability in
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humid atmospheres.
The resistance of the wire or cable depends above all on the proportion of the continuous filament present. Maximum strengths are obtained when the continuous filament constitutes from 50 to 90% by weight of the wire or cable and particularly good results have been obtained with proportions ranging from 55 to 65% of continuous filament and, correspondingly from 45 to 35. % cut fiber. Particularly suitable yarns comprise a core of continuous filamentous material on which is wrapped a layer of chopped fibers, the proportion of continuous filament being between 60 and 80% by weight of the yarn.
The wrapped yarns can be incorporated into the belt without the use of adhesives, but if desired, simple, well-known adhesives can be applied to the yarn prior to building the belt.
Such adhesives may, for example, be formed from dilute natural rubber latex which may, if desired, contain a dispersion of a resorcinol-formaldehyde resin, and a synthetic rubber latex comprising a copolymer of butadiene and vinyl-. pyridine. The latter can be used alone or as a mixture with a synthetic rubber latex comprising a copolymer of butadiene and of styrene.
The elastomeric material used in the belt can be natural rubber or a synthetic elastomer such as a co-polymer of butadiene with styrene or acrylonitrile, or a polychloroprene or a polysiloxane.
The belt can be constructed by coating one or more layers of fabric or cables comprising the wrapped yarns, with a vulcanizable elastomeric composition containing sulfur, zinc oxide, vulcanization accelerators such as mercaptobenzothiazole, agents. emollients such as pine tar, stearic acid, coumarone resins from coal tar and bitumen residues from petroleum cracking, which make the composition plastic enough for processing
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that it undergoes;
rubber reinforcing agents which are found in the various types of carbon black and precipitated calcium carbonate which increase the tensile and abrasion resistance of the composition when vulcanized c
The vulcanizable rubber composition can be applied to the fabric or cords of the belt in a known manner, for example by stretching or calendering it on a friction calender. The coated fabric is then cut to the desired width, a number of coated layers assembled, and coatings of vulcanizable rubber compositions, with or without reinforcing fabric, applied to each side of the impregnated fabric assembly. Cover layers of rubber coated fabric can also be added.
The whole is heated in a mold or in a press at the vulcanization temperature for a period of time sufficient to vulcanize the rubber composition.
The present invention can be applied to a wide variety of belts, including conveyor belts and flat or trapezoidal drive belts.
The invention will be better understood at. reading the description of a number of its forms of execution given below with reference to the accompanying drawings, in which ,. Figure 1 is a cut away view of a feed conveyor belt having a reinforcement which consists of four layers of endless cables attached to each other; FIG. 2 is a cut away view of a V-belt transmission belt having a single layer of endless cable reinforcement;
Figure 3 is a cutaway view of a V-drive belt having a reinforcement which consists of five layers of endless cables attached to each other; Figure 4 is a cutaway view of a V-belt transmission comprising a reinforcement consisting of
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in five layers of endless cables attached to each other, which differs from the embodiment shown in Fig. 3 in that it has two reinforcing layers of rubber coated fabric.
The tows used in these embodiments of the present invention are made from a base yarn obtained by wrapping a cotton wick of 250 denier "Terylene" polyester fibers until obtained. finally a n 12s. The cotton used is combed Egyptian Karnak of very good quality and the polyester fiber forms the core of the base yarn.
The wrapped wire is then doubled twelve times and the doubled wire is cabled four times so as to obtain n 12s / 12/4. The cabled cable has a tensile strength of 225 pounds (102 kg) and is composed of about 60% "Terylene" and about 40% cotton.
The torsion characteristics are as follows:
Twist Per Inch Single 12.0 Z (Wrapped)
Twist per inch, first bend 5.0 S
Twist Per Inch, 2.0 Z Second Fold
In Fig. 1 the belt for the conveyor of food products comprises four layers 10 11 -12 and 13 of a fabric, the warp of which is made of cables and the weft of continuous nylon filaments, having the characteristics. following:
Threads per inch Chain 13
Frame 8
Layers Chain n 12s / 12/4
210 denier / 8/3 weft
Weight / Squared Yard 25.0 ounces
The finished belt fabric has a strength of 2,100 pounds per inch per layer (951.3 kg) in the warp direction and 540 pounds per inch per layer (244.6 kg) in the weft direction.
The figure shows individual warp threads 14 and weft threads 15.
The four layers are treated by rubbing them and
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covered with a natural rubber compound 16 and fixed to each other without applying adhesive to the fibers. Friction involves passing the fabric and unvulcanized mixed rubber simultaneously between cylinders of a calender rotating at different speeds so that the rubber is forced between the cables, while in the covering the fabric and mixed rubber. unvulcanized are passed simultaneously between cylinders of a calender rotating at the same speed, so that the rubber is pressed onto the fabric.
The conveyor belt also comprises cover layers 17 of a good quality white natural rubber compound which is odorless and specially designed to avoid contaminating or imparting a bad odor to the food products carried on the belt. Failure tests performed on the belt have shown that the adhesion between the cover layers and the fabric is 28 pounds per inch of width (499.8 kg / m) and that the adhesion between the layers of the fabric is 34 pounds per inch of width (606.9 kg / m).
FIG. 2 shows a trapezoidal transmission belt comprising a single layer 18 formed by nine endless cables arranged in a lateral plane of the belt and embedded in a layer 19 of damping rubber. The cables are "Terylene" / cotton wrapped cables No. 12s / 12/4 described above. The cushion rubber layer 19 is sandwiched between a backing rubber layer 20 and an upper filler rubber layer 21, the whole being shaped to the desired trapezoidal profile. The whole is covered with a certain number of cover layers 22 of rubber coated fabric and the finished belt is vulcanized in a mold.
Belts thus built were tested on a dynamometer with hydraulic brake for more than 1000 hours without deterioration while a similar type of belt where the cables had been
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directly replaced by rayon deteriorated after 600 hours. At the end of the test, the belt had elongated only 1.5% and most of this elongation had occurred during the first hour of the test machine's operation.
This percentage of elongation can be reduced by subjecting the cord to a heat-hardening treatment before incorporating it into the coil, but as a result of the small elongation obtained with untreated cables once that the initial stretching has taken place, the curing treatment to. warm is needed.
Figure 3 shows a V-belt similar to that shown in Figure 2, but in which the single layer of cables is replaced by five layers 23, 24, 25e 26 and 27 of endless cables, each of which contains thirteen construction cables lighter, the thickness of the cushioning rubber layer 19 being sufficiently increased to enclose all the cables
Figure 4 shows a variant of the V-belt shown in Figure 3, in which the filler rubber layer 21 is replaced by a layer 28 formed by several plies of fabric (cotton canvas) coated with rubber, as reinforcement. Likewise, the support rubber layer 20 is replaced by a layer 29 formed by several layers of fabric coated with rubber.
CLAIMS ---------------------------
1.- Machine belt, characterized in that it comprises an elastomeric material reinforced by son comprising a core of continuous synthetic filaments on which is wrapped a layer of chopped fibers, the proportion of continuous filaments being between 50 and 90% some thread.