CN101959919B - 聚氨酯动力传送带 - Google Patents

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Abstract

动力传送带，具有弹性材料的主带主体部分、布置所述主体部分中的拉伸增强材料例如碳纤维帘线和与所述主体部分集成的滑轮接触部分。所述弹性材料包括多异氰酸酯预聚物组合物和扩链剂的反应产物。所述多异氰酸酯预聚物组合物是通过使二异氰酸酯和基本上不含在小于大约150℃下氧化的结构部分的多元醇和至少一种选自相同组多元醇的三醇交联剂反应制备的。在使所述预聚物反应之前或之后，向其中添加选自烷基-醚二-烷基酯例如聚乙二醇二-烷基酯的增塑剂。所述扩链剂是芳族对称伯或仲二胺扩链剂。

Description

聚氨酯动力传送带
发明背景
发明领域
本发明大体上涉及用于动力应用的织物增强的弹性聚氨酯制品，更尤其涉及具有增塑聚氨酯/脲弹性体和碳纤维拉伸帘线的动力传送带，具体来说涉及改进聚氨酯带子中的碳纤维拉伸帘线的抗挠曲疲劳性的改进了的聚氨酯/脲弹性体组合物。
现有技术的描述
通常已知的是某些添加剂(称为增塑剂或稀释剂)当添加到聚氨酯预聚物中时将降低这些预聚物的粘度。令人遗憾地，这些添加剂的同时的影响是显著地降低聚氨酯弹性体的某些固化性能例如硬度、拉伸模量和撕裂强度。
美国专利号5,907,014公开了具有改进的可湿性而没有牺牲物理性能的聚氨酯预聚物。将具有二价酸酯，优选脂族二烷基酯(其中烷基是C1-C7)和二胺或多元醇固化剂的预聚物施涂于一个或多个帆布层上，随后在合适的温度和时间下固化而产生成品，即输送带。
美国专利号6,964,626(其内容据此全文引入本文)公开了用于动力应用的改进的聚氨酯/脲弹性体，该弹性体具有对大约140-150℃的高温稳定性和在大约-35-(-40)℃下的低温挠性。这些弹性体可用于带子，具体来说，汽车正时或同步带，V形带、多V形肋带或微肋带、平皮带等中的应用。所述聚氨酯/脲弹性体是通过使多异氰酸酯预聚物与对称伯二胺扩链剂、对称伯二胺扩链剂和仲二胺扩链剂的混合物、或对称伯二胺扩链剂和非氧化多元醇的混合物反应制备的，它们都经选择以经由标准模塑方法排除对催化剂的需要，和改进相分离。所述多异氰酸酯预聚物是在高温下非氧化性的多元醇，例如聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇或它们的混合物与有机多异氰酸酯的反应产物，该有机多异氰酸酯是紧密的、对称和芳族的，例如对亚苯基二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯和2，6-甲苯二异氰酸酯，或是脂族的并具有反式或反式，反式几何结构，例如反式-1，4-环己烷二异氰酸酯和反式，反式-4，4′-二环己基甲基二异氰酸酯。
概要
本发明涉及聚氨酯/脲弹性体、动力传送带和提供改进的室温和高温抗挠曲疲劳性和改进的动力载荷性能的方法。
本发明涉及具有弹性材料的带主体部分、布置在所述主体部分中的拉伸增强材料和与所述主体部分集成的滑轮接触部分的动力传送带。所述弹性材料包括多异氰酸酯预聚物组合物和扩链剂的反应产物。所述多异氰酸酯预聚物组合物是通过使以下物质反应制备的：(i)选自以下的二异氰酸酯(a)对亚苯基二异氰酸酯，(b)2，6-甲苯二异氰酸酯，和(c)具有反式或反式，反式几何结构的环脂族二异氰酸酯；(ii)基本上不含在低于大约150℃下为氧化性的结构部分并选自以下的多元醇(a)聚碳酸酯多元醇，(b)聚酯多元醇，和(c)所述聚碳酸酯多元醇和所述聚酯多元醇的混合物；和(iii)至少一种选自上述组多元醇的三醇交联剂。在使所述多异氰酸酯预聚物组合物反应之前或之后，向其中添加选自烷基-醚二-烷基酯、多烷基-醚二-烷基酯和聚乙二醇二-烷基酯的增塑剂。所述扩链剂选自芳族对称伯二胺扩链剂、所述芳族对称伯二胺扩链剂和芳族仲二胺扩链剂的混合物，和所述芳族对称伯二胺扩链剂中的一种或多种和一种或多种选自用来制备所述预聚物的那些多元醇的多元醇的混合物。
在各种实施方案中，拉伸增强材料可以是碳纤维拉伸帘线。增强材料可以包括织物，它可以覆盖带子的表面，和可以是织物与聚合物膜的层压体。
在各种实施方案中，预聚物中的三醇含量可以相当高，2重量％-100重量％，优选5重量％-35重量％，或大约15重量％-25重量％，基于总多元醇含量。预聚物中的增塑剂含量可以是大约5重量％-大约30重量％或5重量％-大约15重量％，基于总预聚物重量。增塑剂可以是聚乙二醇二-2-乙基己酸酯并且可以具有300-大约700的分子量。
在各种实施方案中，多元醇可以是分子量大约500-大约4000或1500-2500的聚己酸内酯二醇和分子量大约500或1000-大约4000或2500-3500的聚己酸内酯三醇的混合物。
本发明还涉及制备上述聚氨酯弹性体和模塑使用中经历动力载荷的选自带子、皮带、挠性连接套管和软管的制品和在所述制品的表面中或上嵌织物增强材料的方法，其纤维之间具有空隙，以致所述氨基甲酸酯在模塑之前或期间穿入所述空隙的至少一些中。
本发明实施方案的优点包括聚氨酯的改进的适用期、装模速率及其它加工性能，带子挠曲试验中的改进的拉伸帘线强度保留、改进的热负荷和挠曲性能和改进的带子耐久性。
前述已经相当广泛地概括了本发明的特征和技术优势，以便随后的本发明详细说明可以更好地理解。将在下文中描述本发明的附加特征和优点，它们形成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应该领会，所公开的概念和特定实施方案可以容易地用作改进或设计进行本发明相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这些等同的构造不脱离所附权利要求书所列出的本发明精神和范围。当连同附图一起考虑时，认为是本发明特征(至于其构造和操作方法)的新颖特征，以及其它目的和优点将从以下说明书更好地理解。然而，应清楚地认识到，每个附图仅是为了说明和描述而提供的，不希望构成对本发明的限制。
附图简述
结合入说明书并构成其一部分并且其中相同附图编号表示相同部件的附图示出本发明的实施方案，并且连同描述一起用来解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明实施方案构造的正时带的一部分的局部分截面透视图；
图2是根据本发明实施方案构造的V形带的一部分的局部分截面透视图；
图3是根据本发明实施方案构造的多V形肋带的一部分的局部分截面透视图；
图4是根据本发明实施方案的聚氨酯/脲弹性体组合物和对比组合物的热应力-应变数据的图形；
图5是用于评价本发明的带子实施方案的特性的RTFF试验装置的示意图；和
图6是用于评价本发明的带子实施方案的特性的HTFF试验装置的示意图。
详细描述
本发明涉及具有弹性材料的带主体部分、布置在所述主体部分中的拉伸增强材料和与所述主体部分集成的滑轮接触部分的动力传送带。根据本发明，所述弹性材料包括增塑、多异氰酸酯预聚物组合物和扩链剂的反应产物。所述多异氰酸酯预聚物组合物是通过使以下物质反应制备的：(i)选自以下的二异氰酸酯(a)对亚苯基二异氰酸酯，(b)2，6-甲苯二异氰酸酯，和(c)具有反式或反式，反式几何结构的环脂族二异氰酸酯；(ii)基本上不含在小于大约150℃下为氧化性的结构部分并选自以下的多元醇(a)聚碳酸酯多元醇，(b)聚酯多元醇，和(c)所述聚碳酸酯多元醇和所述聚酯多元醇的混合物；和(iii)至少一种选自上述组多元醇的三醇交联剂。在使所述多异氰酸酯预聚物组合物反应之前或之后，向其中添加选自烷基-醚二-烷基酯、多烷基-醚二-烷基酯和聚乙二醇二-烷基酯的增塑剂。所述扩链剂选自芳族对称伯二胺扩链剂、所述芳族对称伯二胺扩链剂和芳族仲二胺扩链剂的混合物，和所述芳族对称伯二胺扩链剂中的一种或多种和一种或多种选自用来制备所述预聚物的那些多元醇的多元醇的混合物。
参照图1，举例说明了典型的正时带10。带子10包括弹性主体部分12和沿着主体部分12的内缘布置的滑轮接触部分140这种特定的滑轮接触部分14呈交替横向齿16和齿刃部分18形式，该齿刃部分18设计用来与横向槽轮或链轮啮合。拉伸层20布置在主体部分12内以便为带子10提供支撑和强度。以示出的形式，拉伸层20呈沿着主体部分12的长度纵向排列的多个帘线22形式。应当理解，一般而言，可以使用本领域已知的任何类型的拉伸层20。此外，任何希望的材料可以用作拉伸构件，例如棉、人造丝、尼龙、聚酯、芳族聚酰胺、钢、碳、PBO和甚至为低负荷能力取向的非连续纤维。在图1的优选的实施方案中，拉伸层20呈由碳纤维制成的所示的拉伸帘线22形式，它们优选可以是连续碳丝的合股纱线。
可以使用增强织物24并沿着带子10的交替齿16和交替齿刃部分18紧密拟合以形成用于滑轮接触部分的面覆盖层或齿覆盖层。这种织物可以具有任何所需构型，例如由经纬线按任何所需角度构成的常规织布或可以由被间隔开的纬纱帘线保持在一起的经线，或由针织或编织构型，或无纺物等构成。可以采用多于一股织物，或不同织物类型的组合。如果期望，织物24可偏置切割以使得丝束形成为与带子的行进方向成角度。可以采用常规织物，它们使用这些材料如棉、聚酯、聚酰胺、丙烯酸系树脂、芳族聚酰胺、聚酮、聚亚芳基硫醚、麻、黄麻、玻璃纤维和各种其它天然和合成纤维，包括它们的混纺物或组合。在本发明的一个优选的实施方案中，织物层24由可膨胀耐磨织物构成，其中经线或纬线中至少一种由尼龙制成。在优选的形式中，织物层24由尼龙66拉伸织物制成，并提供无弹性体(无聚氨酯/脲)表面以便啮合协作驱动滑轮。无弹性体表面可以包括层压到织物上的聚合物膜。
参照图2，其中示出了标准有槽口V形带26。V形带26包括类似于图1的弹性主体部分12和呈帘线22形式的拉伸增强构件20，也类似于图1所示。V形带26的弹性主体12和帘线22由上面对图1描述的相同材料构造。
V形带26也包括滑轮接触部分14，如图1的动力传送带中那样。然而，在这个实施方案中，滑轮接触部分14是带子的两个并置侧，设计用来挤入V形滑轮。V形带26的底面呈交替槽口凹面或槽28和凸起30形式。这些交替有槽口凹面28和凸起30优选遵循所示的大体上正弦形的路径，这用来分布和最小化当滑轮接触部分14穿绕皮带轮和滑轮时的弯曲应力。然而，槽28和凸起30是任选的。
参照图3，示出了多V形肋带32。多V形肋带32包括主弹性主体部分12，如图1和2的带子中那样，此外还包括拉伸增强构件20，优选呈帘线22形式，也如先前所述。纵向开槽的滑轮接触部分14呈与多个槽区域38交替的多个凸起区域或顶点36形式，该槽区域38具有相对面对的侧面，它们限定带子32的驱动面34。在图1-3的这些情况中的每一种中，滑轮接触部分14与主体部分12集成并由待在下面更详细描述的相同弹性材料形成。虽然参照图1-3所示的实施方案举例说明了本发明，但是应当理解本发明不限于所举例的这些特定的实施方案或形式，而是适用于在下面所限定的权利要求的范围内的任何带子构造。
本发明的聚氨酯/脲弹性体是增塑多异氰酸酯预聚物与二胺扩链剂经由标准模塑方法的反应产物。所述多异氰酸酯预聚物是在高达150℃为非氧化性的多元醇(包括至少一种三醇)，例如聚碳酸酯多元醇或聚酯多元醇的混合物与对称、紧密、芳族二异氰酸酯，例如PPDI，或反式-或反式，反式-几何构型的脂族二异氰酸酯，例如反式-1，4-环己烷二异氰酸酯(t-CHDI)的反应产物。所述三醇的存在导致聚氨酯/脲弹性体中的支化和/或交联。此种交联具有提高预聚物的粘度和引起加工困难的缺点。向预聚物中添加增塑剂降低它的粘度。增塑剂的添加可以在预聚物的制造期间或之后进行。本发明的所得的交联、增塑聚氨酯/脲弹性体具有改进的高达大约140-150℃的热稳定性并保持到大约-35-(-40)℃的低温挠性。本发明的热稳定带子(包括正时或同步环形带或皮带，V形带、多V形肋带、微肋带、平带或皮带等)利用本发明的聚氨酯/脲弹性体作为它们的主体部分，并使用现有的带子制作方法制造。出人意料地，本发明的带子显示与非增塑和/或非交联聚氨酯/脲带子相比优胜的抗挠曲疲劳性和复合体完整性，尽管增塑和/或交联导致某些物理性能降低。
本发明使用两步(预聚物)途径经由标准模塑方法制备聚氨酯/脲弹性体。在第一步，多元醇混合物和多异氰酸酯反应产生多异氰酸酯预聚物。在第二步骤，多异氰酸酯预聚物和扩链剂反应产生最终聚氨酯/脲弹性体。可以在使预聚物反应之前或在该反应后将增塑剂添加到预聚物中。预聚物组合物中的增塑剂的量可以是大约5重量％-大约30重量％，优选5重量％-大约15重量％，基于总预聚物组合物重量。
本发明的增塑剂可以选自二烷基-醚二-烷基酯和多亚烷基-醚二-烷基酯，例如二-或多-乙二醇二-烷基酯。二烷基-醚二酯包括C1-C4-醚或聚醚二羧酸的C4-C12-酯。此类增塑剂的实例可以包括酯例如癸酸酯、辛酸酯、己酸酯、庚酸酯、壬酸酯、2-乙基己酸酯等。此类增塑剂的实例可以包括醚如乙二醇、丙二醇、三乙二醇、四乙二醇和分子量至多大约800的聚乙二醇的二-烷基酯。优选的增塑剂是分子量大约300-大约700的聚乙二醇二-2-乙基己酸酯。示例性的增塑剂是具有662的分子量并由The HallStar Company以商标
Figure BPA00001214558500071
809销售的PEG 400二-2-乙基己酸酯。PEG 400是指分子量大约400的聚乙二醇，或氧化乙烯单元的平均数为大约8或9的PEG。
适合于本发明中使用的多异氰酸酯预聚物的有机多异氰酸酯是具有以下特性的那些：紧密和对称结构的芳族化合物，或反式或反式，反式几何结构的脂族化合物，以便改进所得的弹性体的相分离，和具有胺基的高反应性以排除对配方中的催化剂的需要，这不然将加速所得的弹性体高温下的反转。可用作制备多异氰酸酯预聚物的起始组分的多异氰酸酯包括但不限于紧密、对称芳族二异氰酸酯，包括但不限于PPDI，1，5-萘二异氰酸酯(NDI)和2，6-甲苯二异氰酸酯(2，6-TDI)。可用作制备多异氰酸酯预聚物的起始组分的多异氰酸酯还包括具有反式或反式，反式几何构型的环脂族二异氰酸酯。这些异构体总体上是纯的，即它们在基本上不存在顺式-构型异构体的情况下存在，并因此一旦固化就促进良好的相分离。它们包括但不限于t-CHDI，和反式，反式-4，4′-二环己基甲基二异氰酸酯(t，t-HMDI)。
可用于多异氰酸酯预聚物的多元醇直至150℃是非氧化性的，并且包括但不限于聚酯多元醇和聚碳酸酯多元醇。聚醚多元醇不适合于本发明，因为它们在150℃对氧化极其敏感。聚硫醚多元醇不适合于本发明，因为它们产生对大自由基偶联敏感的弹性体，并因此在150℃是脆性的。这归因于存在与硫原子邻接的亚甲基质子，它们在150℃经历大规模氢提取并引起两个聚硫醚软链段间的偶联。
用于本发明的聚酯多元醇包括但不限于多元醇，优选二元醇外加一些三元醇，和/或多元羧酸，优选二元羧酸外加一些三元羧酸的反应产物。为了制备聚酯，相应的多元羧酸酐或低级醇的相应的多元羧酸酯或它们的混合物比它们的游离多元羧酸对应物优选。多元羧酸性质上可以是脂族、环脂族和/或芳族的。以下作为非限制性实例提及：琥珀酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、偏苯三酸、邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氯邻苯二甲酸酐、内亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、内亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、戊二酸酐、富马酸、任选混有单体脂肪酸的二聚和三聚脂肪酸、对苯二甲酸二甲酯和对苯二甲酸-双-二醇酯。用于制备这些聚酯的适合的多元醇包括但不限于以下：乙二醇、1，2-和1，3-丙二醇、1，4-和2，3-丁二醇、1，6-己二醇、1，8-辛二醇、1，10-癸二醇、新戊二醇、1，4-环己烷二甲醇或1，4-双-羟基甲基环己烷、2-甲基-1，3-丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷(″TMP″)、1，2，6-己三醇、1，2，4-丁三醇、三羟甲基乙烷和它们的混合物。也可以使用内酯，例如ε-己内酯，和羟基羧酸例如ω-羟基己酸的聚酯。
适合的聚碳酸酯多元醇是已知的并且可以，例如，通过使二醇，例如1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，10-癸二醇、新戊二醇、二乙二醇、三乙二醇或四乙二醇和它们的混合物与碳酸二芳基酯，例如碳酸二苯酯，碳酸二烷基酯，例如碳酸二乙酯，或光气反应制备。
优选的多元醇是分子量大约500-大约4000或5000的聚碳酸酯多元醇和聚酯多元醇，或这些多元醇的混合物。更优选的多元醇是聚(六亚甲基碳酸酯)(″PCB″)二醇和/或三醇，聚己酸内酯(″PCL″)二醇和/或三醇，和分子量大约300或500-大约4000或5000的聚(六亚甲基己二酸酯)二醇和/或三醇。最优选的多元醇是聚(六亚甲基碳酸酯)二醇和/或三醇，聚己酸内酯二醇和/或三醇，和/或聚(六亚甲基己二酸酯)二醇和/或三醇。二醇的最优选的分子量为大约1500-大约2500，三醇的最优选的分子量为大约1000-大约4000，或大约2500-大约3500。在与二异氰酸酯反应形成可用于本发明的多异氰酸酯预聚物之前将多元醇干燥到小于大约0.03重量％的水分含量，更优选大约0.0150重量％的水分含量。用来制备预聚物的多元醇是至少一种选自上述多元醇的三醇和一种或多种其它多元醇，优选二醇的混合物。最优选的二醇和三醇是上文列举的最优选多元醇。多元醇混合物中的三醇交联剂的量不受特别限制，因为可以使用大约2％至100％三醇的任何量。虽然如此，在优选的实施方案中，多元醇混合物中三醇的量可以优选是预聚物的总多元醇组分的5重量％至大约35重量％，更优选大约15重量％-大约25重量％。多元醇混合物的其余部分可以是二醇。太少三醇导致不充分的交联和高温行为几乎没有改进，而太多三醇导致由于预聚物粘度的提高而加工或混合困难和/或织物增强材料不能被聚氨酯润湿或穿入和/或混合物的化学不稳定性。
在本发明的实施方案中，可以通过将二醇基预聚物与三醇基预聚物混合制备预聚物。然而，三醇基预聚物的增加的粘度使这变得困难。因此，优选的实施方案是由混合二醇和三醇制备的预聚物。
二胺扩链剂(由于它们更高的熔点通常比二醇扩链剂更难以加工)的使用经由脲键提供更大热稳定性，该脲键比它们的氨基甲酸酯对应物更稳定。可用于本发明的优选的二胺扩链剂具有以下三个特征：对称结构以便改进所得弹性体的相分离；非庞大取代基在芳族环上，如果此类取代基存在，目的在于所得的弹性体的硬链段结晶和总相分离不受阻滞；和与异氰酸酯基的合适的反应性，从而排除对配方中的催化剂的需要。对于合适的反应性，使用伯二胺扩链剂。
可用于本发明的对称伯二胺扩链剂是在不需要催化剂的情况下能够与多异氰酸酯预聚物迅速反应的那些。此外，这些扩链剂必须唯一地帮助本发明所得的弹性体的优异的动力性能。可用于本发明的扩链剂的对称提供改进的相分离并因此提高最终聚氨酯/脲弹性体在动力应用中的热稳定性。适合的伯二胺扩链剂包括但不限于分子量大约90-大约500的对称芳族胺，和它们的混合物。实例包括：1，4-亚苯基二胺、2，6-二氨基甲苯、1，5-萘二胺、4，4′-二氨基二苯基甲烷、3，3′-二甲基-4，4′-二氨基二苯基甲烷、1-甲基-3，5-双(甲基硫)-2，6-二氨基苯、1-甲基-3，5-二乙基-2，6-二氨基苯、4，4′-亚甲基-双-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)(″MCDEA″)、4，4′-亚甲基-双-(邻氯苯胺)、4，4′-亚甲基-双-(2，3-二氯苯胺)、丙二醇二-对氨基苯甲酸酯、4，4′-亚甲基-双-(2，6-二乙基苯胺)、4，4′-亚甲基-双-(2，6-二异丙基苯胺)、4，4′-亚甲基-双-(2-甲基-6-异丙基苯胺)、4，4′-二氨基二苯砜等。
可以任选地将对称芳族伯二胺扩链剂与至多大约25％仲二胺扩链剂结合以改变弹性体特性例如硬度。芳族仲二胺扩链剂的适合的实例具有大约150-大约500的分子量，并且包括但不限于N，N′-二-仲丁基-氨基苯和N，N′-二-仲丁基-氨基-二苯基甲烷。
还可以将对称芳族伯二胺扩链剂与上述多元醇中的一种或多种结合并包含在预聚物中，以改变加工和产物特性例如混合比、加工温度、挠性等。这些长链多元醇不充当扩链剂，而是降低弹性体中硬链段的量，从而降低它的硬度。这可能是一些应用希望的。多元醇与对称伯二胺扩链剂的适合的重量比可以是大约30∶70-大约60∶40，更优选大约40∶60-大约50∶50。
脂族和芳族短链羟基化合物都不适合作为用于本发明的扩链剂，这归因于所得的弹性体中氨基甲酸酯键高温下的不稳定性，和在高温应用中它们不足够的动力性能。
多异氰酸酯预聚物经由多异氰酸酯和多元醇或多元醇混合物的反应的制备是本技术熟知的。选择添加顺序的一般标准是添加顺序将使低聚物的量最小化，不然以高预聚物粘度的形式将引起加工困难。在选择制备多异氰酸酯预聚物的添加顺序中还必须考虑其它因素。已知的是，例如，如果将多元醇组分在大于液态PPDI的95℃的熔点的温度下添加到液态PPDI中，则PPDI的高度二聚和升华发生。在随后的实施例中，将全部分多元醇添加到多异氰酸酯中，除了在PPDI基预聚物合成中，其中将PPDI添加到多元醇中。如果需要，可以将少量稳定剂，例如苯甲酰氯在多异氰酸酯预聚物的制备阶段期间添加到多异氰酸酯预聚物中。多异氰酸酯与多元醇的表示为NCO/OH的化学计量比的优选混合比是大约1.8∶1-大约2.4∶1，对于基于PPDI的预聚物，更优选是大约2∶1，对于基于t，t-HMDI的预聚物，更优选是大约2.2∶1。二异氰酸酯和多元醇的反应优选进行大约3小时-大约10小时，更优选大约5-大约6小时。可用于本发明的多异氰酸酯预聚物包括大约2-12重量％NCO，更优选3-7重量％NCO，最优选3.4-4.0重量％NCO的异氰酸酯基含量。
因为增塑剂的添加可以显著地使所得的聚氨酯软化，即使预聚物中存在三醇交联剂仍如此，所以NCO％可以有利地增加至大约6.0重量％来补偿。
本发明的多异氰酸酯预聚物可以经由标准模塑方法与聚氨酯/脲领域中已知的扩链剂反应。本发明的聚氨酯/脲弹性体利用大约0.95∶1-大约1.2∶1，更优选大约1.05∶1-大约1.1∶1的异氰酸酯与胺或胺/羟基当量比。
可以将本发明的聚氨酯/脲弹性体与添加剂例如颜料、着色剂、抗静电剂等在带子制作的适合阶段混合。
制备根据本发明实施方案的实施例(″Ex″)以举例说明了本发明相对于对比实施例(″Comp.Ex″)的益处。基本配方示于表1中。在表中，PCL是聚己酸内酯，PCB是聚碳酸酯。表1还示出了由该聚氨酯配方制成的实施例和对比实施例带子的其它组分。带子实施方案包括与聚乙烯膜层压在外齿面上的碳纤维的拉伸帘线和尼龙-66纺织物的齿织物。
表1
Figure BPA00001214558500121
表1还示出了实施例和对比实施例弹性体配方的一些加工性能。预聚物粘度随增塑剂的添加降低，如通过Brookfield(″BF″)粘度测定法用LV#5转轴在100rpm和65℃下测定的那样。％NCO也随增塑剂的添加降低，如通过胺滴定技术测定的那样。例如，比较对比实施例1和2显示向PCL二醇基预聚物中添加13.1％增塑剂将％NCO从3.8％降低到3.5％并将粘度从26.9泊降低到11.5泊。比较对比实施例1和3显示向线性PCL二醇中添加支化PCL三醇将预聚物的粘度从26.9泊提高到32泊。比较对比实施例3、实施例4和实施例5显示向共混的PCL二醇和三醇中添加增加量的增塑剂同时降低粘度和％NCO。较低的％NCO有助于分别将对比实施例3、实施例4和实施例5的适用期从70秒提高到80、90秒。
仅仅添加三醇或增塑剂到预聚物中降低由它们形成的弹性体的许多物理性能，如表2和图4中的数据所示。例如，密度对于对比实施例1和2从1.15g/cc降低到1.14g/cc，对于对比实施例3，实施例4和实施例5从1.15g/cc降低到1.13g/cc。密度降低表明产生材料强度和劲度的硬链段与其中存在增塑剂的软链段的比例降低。因此，拉伸强度随增塑剂的添加下降，如在150℃下的拉伸试验中测量的那样。添加三醇交联剂到二醇中也引起在150℃下的极限拉伸强度下降连同在150℃下的断裂伸长率显著降低。向预聚物中添加增塑剂稍微降低二醇弹性体和混合二醇-三醇弹性体的模量。对弹性体的应力-应变行为的这些负面影响可以在图4的应力-应变曲线中看出。拉伸强度和模量的这种损失和断裂伸长率的提高(这是从增塑聚氨酯一般已知和观察到的并且在实施例4和实施例5中具体观察到)联同由于三醇交联剂引起的断裂伸长率显著降低表明本发明的增塑配方在苛刻的、动力负荷的挠曲条件中不会好地表现。此外，评价与反应混合物分离或起霜到弹性体表面的一些增塑剂，例如Exxon Mobile Corporation以基准样品Jayflex TINTM销售的偏苯三酸三异壬酯。评价的其它增塑剂，例如各种邻苯二甲酸酯增塑剂在弹性体样品的在强制通风烘箱中在150℃下的热空气老化期间太迅速地挥发。本发明实施方案的优选的增塑剂Tegmer 809不与反应混合物分离或起霜到弹性体的表面。Tegmer 809在弹性体样品的在强制通风烘箱中在150℃下2000小时的热空气老化之后不挥发。因此，鉴于向聚氨酯/脲弹性体中添加这种增塑剂而观察到的物理性能改变，聚乙二醇二-烷基酯增塑剂例如Tegmer 809认为是唯一(即使不太可能)的用于本发明带子实施方案中的进一步试验的备选增塑剂。
表2.
Figure BPA00001214558500131
将表1的实施例聚氨酯/脲弹性体配方制成根据本发明实施方案的带齿动力传送带。同样地制造对比带子。使用具有槽的圆柱形芯模形成带齿带，该带齿带具有所需数目的具有9.525mm齿距的曲线齿。将经切割以配合该芯模的齿宽并经热预成型以遵循该有槽芯模表面的轮廓的一张层压织物围绕着该芯模施加。然后，将碳纤维的S和Z加捻12k纱线的平衡线对螺旋地卷绕到该织物覆盖的芯模上。然后将该芯模投入壳体并将聚氨酯配方注入芯模和壳体间的空腔中，以大约300-400psi加压并允许固化。在脱模后，可以将所得的板坯在大约100-150℃下后固化一天左右，然后切割成个体带子用于动力试验。
进行三个动力带试验以评价本发明实施方案在各种条件下的性能特征。在具有图5所示的皮带轮构型的重载荷拉紧的电动机驱动的装备上进行室温挠曲疲劳(″RTFF″)试验。参照图5，RTFF试验50包括分别用72mm和28mm外侧张紧轮58和57使12.7mm(1/2英寸)宽的、120齿带子10绕着44齿驱动器皮带轮54、19齿中间皮带轮56和22齿从动皮带轮52。在从动皮带轮52施加2224N的重载荷F，该从动皮带轮52以7000rpm驱动。在室温下运转200小时后，取下试验带子10用于整带拉伸强度试验。在表3中报道％保留的拉伸强度，为两个或更多个带子的平均值，从而说明带子构造的室温抗挠曲疲劳性。
在具有图6所示的皮带轮构型的重载荷拉紧的电动机驱动的装备上进行高温挠曲疲劳(″HTFF″)试验。参照图6，HTFF试验60包括用55mm外侧张紧轮68使19.1mm(3/4-英寸)宽的97齿带子10绕着19齿驱动皮带轮62、20齿中间皮带轮66和38齿从动皮带轮64。在驱动皮带轮62施加490N的重载荷F′。以3500rpm驱动从动皮带轮64。热盒子维持145℃的环境温度，并且当带子10失效时停止试验。在表3中报道带子寿命(小时)，为两个或更多个带子的平均值，从而说明带子构造的高温抗挠曲疲劳性。
在锁定中心、两点电动机驱动的试验装备上进行热耐久性(″HD″)试验。HD试验包括使12.7mm(1/2英寸)宽的120齿带子绕着34齿驱动皮带轮和34齿从动皮带轮，该从动皮带轮以2000rpm驱动并提供13.5kW(20hp)负荷。热盒子维持140℃的环境温度，并且当带子失效时停止试验。在表3中报道带子寿命(小时)，为两个或更多个带子的平均值，从而说明带子构造的高温耐久性或复合体完整性。
表3的带子试验结果表明本发明的实施方案在室温和高温下都显示改进的抗挠曲疲劳性，并显示在高温下改进的耐久性或复合体完整性，尽管表2中的一些弹性体性能相对于对比实施例降低。对于对比实施例1和3，带子的多于一半拉伸强度在RTFF试验装备上200小时后损失。相对照，发明实施例4和5分别保留92％和82％的原始拉伸强度。
对比实施例3相比于对比实施例1的结果显示向PCL二醇预聚物中添加PCL三醇显著地改进对比带子的抗热挠曲疲劳性和热耐久性或复合体完整性。这可以在145℃下的HTFF试验和140℃下HD试验结果中看出。然而，根据本发明实施方案添加增塑剂连同PCL三醇比仅仅添加三醇更加改进热耐久性。通过添加增塑剂稍微降低氨基甲酸酯的模量和强度，这可以从HTFF试验上的结果比对比实施例3稍微降低得出。还值得注意的是，本发明实施例4和5带子在两个带子寿命试验上主要显示齿剪切失效，这是比对比实施例1带子通常显示的分层更有利的失效模式。
不希望受到束缚，可以提供关于通过添加增塑剂与三醇交联剂观察到的氨基甲酸酯带子性能改善的机理的一些想法。两种机理可以协同：一种机理可以改进加工以及弹性体和织物增强材料间的相互作用，另一种机理可以改进某些弹性体性能。根据本发明实施方案添加的增塑剂导致粘度降低和适用期延长，这意味着改进的氨基甲酸酯加工性能。具体来说，带子模具可以更快填充并且树脂保持液态更长时间，这都可以帮助液态氨基甲酸酯提供的增强织物的更好润湿。改进的织物润湿可以导致RTFF试验上更好的帘线拉伸保留性。高模量拉伸帘线如碳和芳族聚酰胺对弯曲和卷曲损害敏感。用弹性体经由改进的润湿围绕帘线的纤维可以帮助再分布局部弯曲力和延长拉伸帘线的寿命。至于弹性体性能本身，可能重要的是增塑剂与用于预聚物的软链段多元醇高度相容，并不与扩链剂的硬链段结晶区相容。因此，增塑剂不起霜，但是它也不干扰聚氨酯中的物理交联的或结晶的结构域。同时，软链段中的三醇交联对于氨基甲酸酯弹性体和复合材料的优异的高温完整性也是可能必要的。软链段交联可以降低硬链段在应力下屈服和再定向或重整的能力。注意到未交联对比实施例1和2中屈服或应变硬化的存在。这种行为在交联型式对比实施例3、实施例4和实施例5得到最小化。还支持这种想法的是这样的事实，即达到屈服点的应力在相同增塑程度下在交联样品中比在未交联样品中高。因此，可以通过增塑剂与交联精细地改进聚氨酯链段的分子形态。
表3.
Figure BPA00001214558500161
虽然上述实施例集中于带齿带，但是应该承认本发明的聚氨酯/脲如果用于经历动力应力的其它织物增强的制品例如V形带、多V形肋带、平带、挠性套筒连轴节、软管等也可以提供相似的益处。
虽然已经详细地描述了本发明及其优点，但是应当理解在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下可以在此作出各种变化、替换和改变。此外，本申请的范围不希望限制说明书中描述的工艺、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的具体实施方案。本领域普通技术人员将容易地从本发明的公开内容理解到，可以根据本发明使用目前存在的或以后将开发的、基本上实现与本文所述的相应实施方案相同的功能或基本上获得相同结果的工艺、机器、制造、物质组合物、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求书希望在它们的范围内包括这些工艺、机器、制造、物质的组成、手段、方法或步骤。这里公开的发明可适当地在缺少这里没有具体公开的任何元素的情况下实践。

Claims (19)

1.动力传送带，其包括弹性材料的带主体部分、布置在所述主体部分中的拉伸增强材料和与所述主体部分集成的滑轮接触部分，所述弹性材料包含以下物质的反应产物：
(A)通过使以下物质反应制备的多异氰酸酯预聚物组合物，
(i)选自以下的二异氰酸酯
(a)对亚苯基二异氰酸酯，
(b)2，6-甲苯二异氰酸酯，和
(c)具有反式几何结构或反式，反式几何结构的环脂族二异氰酸酯；
(ii)不含在低于150℃下为氧化性的结构部分并选自以下的多元醇
(a)聚碳酸酯多元醇，
(b)聚酯多元醇，和
(c)所述聚碳酸酯多元醇和所述聚酯多元醇的混合物；和
(iii)选自所述多元醇的三醇交联剂；和向其中添加
(iv)选自烷基-醚-二-烷基酯、多烷基-醚-二-烷基酯和聚乙二醇-二-烷基酯的增塑剂；和
(B)选自以下的扩链剂：(a)芳族对称伯二胺扩链剂，(b)所述芳族对称伯二胺扩链剂和芳族仲二胺扩链剂的混合物，和(c)所述芳族对称伯二胺扩链剂中的一种或多种和所述多元醇的混合物。
2.权利要求1的动力传送带，其中所述拉伸增强材料包括碳纤维。
3.权利要求2的动力传送带，其中所述碳纤维呈碳纤维的纱线的帘线形式，在所述纤维之间具有空隙并且带材料穿入所述帘线空隙的至少一部分中。
4.权利要求3的动力传送带，还包括由所述主体形成并以节距间隔的带齿和沿着所述带齿的外围表面布置的耐磨织物增强材料。
5.权利要求1的动力传送带，其中所述增塑剂选自分子量300-700的聚乙二醇二-2-乙基己酸酯。
6.动力传送带，其包括聚氨酯/脲弹性体的带主体部分、布置在所述主体部分中的包含碳纤维的拉伸增强材料和与所述主体部分集成的滑轮接触部分，所述聚氨酯/脲弹性体包含以下物质的反应产物：
(A)通过使以下物质反应制备的多异氰酸酯预聚物组合物，
(i)选自以下的二异氰酸酯
(a)对亚苯基二异氰酸酯，
(b)2，6-甲苯二异氰酸酯，和
(c)具有反式几何结构或反式，反式几何结构的环脂族二异氰酸酯；
(ii)不含在低于150℃下为氧化性的结构部分并选自以下的多元醇
(a)聚碳酸酯多元醇，
(b)聚酯多元醇，和
(c)所述聚碳酸酯多元醇和所述聚酯多元醇的混合物；和
(iii)选自所述多元醇的三醇交联剂；和向其中添加
(iv)选自烷基-醚-二-烷基酯、多烷基-醚-二-烷基酯和聚乙二醇-二-烷基酯的增塑剂；和
(B)选自以下的扩链剂：(a)芳族对称伯二胺扩链剂，(b)所述芳族对称伯二胺扩链剂和芳族仲二胺扩链剂的混合物，和(c)所述芳族对称伯二胺扩链剂中的一种或多种和所述多元醇的混合物；
所述聚氨酯/脲弹性体具有0.95∶1-1.20∶1的异氰酸酯与胺或胺/羟基当量比，所述多异氰酸酯预聚物组合物具有2重量％-12重量％的异氰酸酯基含量。
7.权利要求6的动力传送带，其中所述聚酯多元醇是聚己酸内酯二醇和聚己酸内酯三醇的混合物，所述聚己酸内酯二醇和聚己酸内酯三醇各自具有300-4000的分子量。
8.权利要求7的动力传送带，其中所述聚己酸内酯二醇具有1500-2500的分子量且所述聚己酸内酯三醇具有1000-4000的分子量。
9.权利要求6的动力传送带，其中所述聚酯多元醇是具有500-4000的分子量的聚(六亚甲基己二酸酯)二醇或三醇。
10.权利要求7的动力传送带，其中所述增塑剂是分子量300-700的聚乙二醇二-2-乙基己酸酯。
11.权利要求6的动力传送带，其中所述三醇占所述预聚物中的多元醇的5重量％-35重量％，所述增塑剂占所述预聚物的5重量％-15重量％。
12.使用中经历动力载荷的选自带子、挠性连接套管和软管的制品，其包含聚氨酯/脲弹性体作为它的主弹性组合物和选自拉伸帘线、纺织物和无纺织物的纤维性织物增强材料；所述增强材料在纤维之间具有充满所述弹性体的空隙；所述弹性体包含以下物质的反应产物：
(A)通过使以下物质反应制备的多异氰酸酯预聚物组合物，
(i)选自以下的二异氰酸酯
(a)对亚苯基二异氰酸酯，
(b)2，6-甲苯二异氰酸酯，和
(c)具有反式几何结构或反式，反式几何结构的环脂族二异氰酸酯；
(ii)不含在低于150℃下为氧化性的结构部分并选自以下的多元醇
(a)聚碳酸酯多元醇，
(b)聚酯多元醇，和
(c)所述聚碳酸酯多元醇和所述聚酯多元醇的混合物；和
(iii)选自所述多元醇的三醇交联剂；和向其中添加
(iv)选自烷基-醚-二-烷基酯、多烷基-醚-二-烷基酯和聚乙二醇-二-烷基酯的增塑剂；和
(B)选自以下的扩链剂：(a)芳族对称伯二胺扩链剂，(b)所述芳族对称伯二胺扩链剂和芳族仲二胺扩链剂的混合物，和(c)所述芳族对称伯二胺扩链剂中的一种或多种和所述多元醇的混合物；
其中所述三醇占所述预聚物中的多元醇的5重量％-35重量％，所述增塑剂占所述预聚物的5重量％-15重量％。
13.权利要求12的制品，其中所述增塑剂是分子量300-700的聚乙二醇二-2-乙基己酸酯。
14.权利要求12的制品，其中所述增塑剂是聚乙二醇400二-2-乙基己酸酯。
15.包括以下步骤的方法：
(A)使以下物质反应
(i)选自以下的二异氰酸酯
(a)对亚苯基二异氰酸酯，
(b)2，6-甲苯二异氰酸酯，和
(c)具有反式几何结构或反式，反式几何结构的环脂族二异氰酸酯；
(ii)不含在低于150℃下为氧化性的结构部分并选自以下的多元醇
(a)聚碳酸酯多元醇，
(b)聚酯多元醇，和
(c)所述聚碳酸酯多元醇和所述聚酯多元醇的混合物；和
(iii)选自所述多元醇的三醇交联剂；以形成多异氰酸酯预聚物组合物；
(B)在所述反应之前或之后向所述预聚物中添加增塑剂，该增塑剂选自烷基-醚-二-烷基酯、多烷基-醚-二-烷基酯和聚乙二醇-二-烷基酯；
(C)添加选自以下的扩链剂：(a)芳族对称伯二胺扩链剂，(b)所述芳族对称伯二胺扩链剂和芳族仲二胺扩链剂的混合物，和(c)所述芳族对称伯二胺扩链剂中的一种或多种和所述多元醇的混合物；以形成反应性氨基甲酸酯；
(D)将使用中经历动力载荷的选自带子、挠性连接套管和软管的制品模塑；
(E)将在其纤维之间具有空隙的织物增强材料嵌在所述制品的表面中或表面上，所述反应性氨基甲酸酯在所述模塑之前或期间穿入所述空隙的至少一些中。
16.权利要求15的方法，其中所述增塑剂是分子量300-700的聚乙二醇二-2-乙基己酸酯。
17.权利要求16的方法，其中所述三醇占所述预聚物中的多元醇的5重量％-35重量％，所述增塑剂占所述预聚物的5重量％-15重量％。
18.权利要求17的方法，其中所述聚酯多元醇是聚己酸内酯二醇和聚己酸内酯三醇的混合物，所述聚己酸内酯二醇和聚己酸内酯三醇各自具有300-4000的分子量。
19.权利要求18的方法，其中所述聚己酸内酯二醇具有1500-2500的分子量且所述聚己酸内酯三醇具有1000-4000的分子量。
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