CN104592612A - 一种无纤维芯同步带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无纤维芯同步带及其制备方法，其原料组成，按质量份数计，包括以下组分：超高分子量聚乙烯100份；聚乙烯10～90份；润滑剂0.1～10份；填充料10～60份；纳米无机填料0.1～10份。所述无纤维芯同步带以超高分子量聚乙烯为原料一体成型，无需另外添加纤维作为骨架，生产方法简单，强度高、伸长率低。也降低了生产成本，而且，其耐磨性明显提高。

Description

一种无纤维芯同步带及其制备方法
技术领域
本发明涉及机械传动领域，主要涉及一种无纤维芯同步带及其制备方法。
背景技术
同步带，横截面为矩形或近似为矩形、内表面(或内、外表面)具有等距横向齿的环形传动带。目前，市场上的同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，环形带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-20℃～80℃，v<50m/s，P<300kw，i<10，可用于要求同步的传动，也可用于低速传动。而同步带在使用一段时间后会不可避免地出现磨损，而如何提高同步带的耐磨度，延长同步带的使用寿命，也是一直在研究的课题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无纤维芯同步带及其制备方法，所述无纤维芯同步带以超高分子量聚乙烯为原料一体成型，无需另外添加纤维作为骨架，生产方法简单，也降低了生产成本，而且，其耐磨性明显提高，旨在提供一种一体成型，成本低、耐磨性能好、使用寿命长的同步带。
本发明的技术方案如下：
一种无纤维芯同步带，其中，其原料组成，按质量份数计，包括以下组分：
所述的无纤维芯同步带，其中，所述超高分子量聚乙烯为平均分子量为150万～800万的聚乙烯。
所述的无纤维芯同步带，其中，所述聚乙烯为高压聚乙烯、低压聚乙烯中的一种或多种。
所述的无纤维芯同步带，其中，所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或多种；所述填充料为玻璃微珠、陶瓷微珠、氧化铝、碳化硅、碳化硼中的一种或多种；所述纳米无机填料为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土中的一种或多种。
所述的无纤维芯同步带，其中，所述填充料和补强纤维经过偶联剂活化处理。
所述的无纤维芯同步带，其中，所述偶联剂活化处理的过程为取填充料的总质量0.5-3.5％的偶联剂，用无水乙醇按照8-12:1的体积比进行稀释偶联剂；边搅拌填充料边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌数分钟，再放入设定温度70℃～110℃的烘箱中干燥，取出后研细，备用；
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
所述的无纤维芯同步带，其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
一种如上所述的无纤维芯同步带的制备方法，其中，包括以下步骤：
按比例获取超高分子量聚乙烯与润滑剂，高速搅拌至40～60℃或8～15分钟；再加入聚乙烯、纳米无机填料和已通过偶联剂活化处理的填充料，高速搅拌3～5分钟，出料；
通过挤出机头模挤出生成平面胶带；
将平面胶带在90℃～140℃的温度下预热5～30分钟，胶料变软，传送入表面设有同步带齿形模的滚轮下进行滚压、定型，形成同步带齿，制成无纤维芯同步带；
其中，挤出机的温度从输送段到机头模依次为125±5℃，160±5℃，250～290℃，230～265℃，180～220℃，190～235℃，195～240℃，200～250℃，190～235℃。
所述的无纤维芯同步带的制备方法，其中，所述偶联剂活化处理的过程为取填充料的总质量0.5-3.5％的偶联剂，用无水乙醇按照8-12:1的体积比进行稀释偶联剂；边搅拌填充料边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌数分钟，再放入设定温度70℃～110℃的烘箱中干燥，取出后研细，备用；
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
所述的无纤维芯同步带的制备方法，其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
有益效果：超高分子量聚乙烯是一种自润滑高分子材料，它以高的机械强度和抗冲击性，低的摩擦系数与良好的耐磨性而著称。而超高分子量聚乙烯纤维又称高强、高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，比强度是同等截面钢丝的十多倍，而整体片状将会比纤维具有更高的强度。本发明所提供的无纤维芯同步带是采用超高分子量聚乙烯为原料，所制备得到的同步带具有高的机械强度和耐冲击性，优良的耐磨损性与耐化学腐蚀性，其耐磨损性与现有最耐磨的聚氨酯同步带相比，使用寿命提高近2倍，显著提高了同步带的使用寿命。而且，本发明同步带一体成型，无需另外添加钢丝作为骨架，生产方法简单，也降低了生产成本。
具体实施方式
本发明提供一种无纤维芯同步带及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所提供的同步带，是以超高分子量聚乙烯为原料，采用挤出工艺生成，一体成型，无需采用钢丝作为骨架。具体地，所述同步带原料组成，按质量分数计，包括以下组分：
所述超高分子量聚乙烯为150万以上的超高分子量聚乙烯，优选地平均分子量为150万～800万。本发明中加入了纳米级无机填料、润滑剂对所述超高分子量聚乙烯进行改性，解决了所述超高分子量聚乙烯熔体粘度极高，加工困难的难题，使其可以通过挤出机挤出成型，可以通过挤出机挤出一体成型无纤维芯同步带。
所述的聚乙烯为高压聚乙烯、低压聚乙烯中的一种或多种。本发明中优选地加入高压聚乙烯与超高分子量聚乙烯共混，解决了超高分子量聚乙烯屈挠性差、脆性大容易折断等缺陷，提高了复合材料的断裂伸长率和韧性，使制成的同步带具有良好的屈挠性能。
所述润滑剂可以选取聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或多种。润滑剂充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面，在聚合物内部起着降低聚合物分子间内聚力的作用，从而改善超高分子量聚乙烯熔料的内摩擦生热和熔体的流动性。
所述填充料可以选取玻璃微珠、陶瓷微珠、氧化铝、碳化硅、碳化硼中的一种或多种。填充料可以提高所述同步带外覆的整体性能，可使表面硬度、刚度、蠕变性、弯曲强度、热变形温度得以较好地改善；具有一定的补强作用，增加所述同步带齿胶的强度和耐磨性；还可以提高复合材料的摩擦系数，以适应传动皮带所需的适度摩擦力。
所述填充料在投入使用前会经过偶联剂活化处理的，由于偶联剂极性基团的存在，在填充料和超高分子量聚乙烯分子链间的范德华力由单纯的色分散力转变为色分散力加诱导力，再加上偶联剂分子与超高分子量聚乙烯链的缠结作用，这样填充料在超高分子量聚乙烯基体中起到了物理交联点的作用，并融入了超高分子量聚乙烯的分子链缠结网络。
所述的偶联剂可以是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种，优选地选用硅烷偶联剂(KH550)。所述偶联剂活化处理的过程为取填充料总质量0.5-3.5％偶联剂，用无水乙醇8-12:1(体积比)进行稀释偶联剂。将称好的填充料放入高速搅拌机进行搅拌，边搅拌边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌数分钟混合均匀，排出填充料，再放入设定温度70℃～110℃的烘箱中干燥数小时，取出后研细放置在密闭容器中备用。
所述纳米无机填料可以选取二氧化硅、纳米氧化铝、纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土中的一种或多种。由于纳米无机填料其纳米尺寸效应、大的比表面积以及强的界面相互作用，可以消除无机填充料与超高分子量聚乙烯基体间的界面张力，实现理想的界面粘接，消除无机填充料与超高分子量聚乙烯基体两物质热膨胀系数不匹配的问题，因此可以充分发挥无机填充料的优异力学性能，可以将尺寸稳定性和热稳定性与超高分子量聚乙烯高强度、耐冲击、耐磨损、耐化学腐蚀等性能完美结合，给予无纤维芯同步带更高强度、模量、耐磨、耐冲击强度性能，并有增韧效果。
本发明方案中，还提供所述无纤维芯同步带的生产方法：
步骤1：生成无纤维芯同步带，所述无纤维芯同步带的挤出制备工艺如下：
a、所述偶联剂活化处理填充料的过程为取填充料总质量0.5-3.5％偶联剂，用无水乙醇8-12:1(体积比)进行稀释偶联剂。将称好的填充料放入高速搅拌机进行搅拌，边搅拌边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌数分钟混合均匀，排出填充料，再放入设定温度70℃～110℃的烘箱中干燥数小时，取出后研细放置在密闭容器中备用。
b、超高分子量聚乙烯与润滑剂按比例投入高速混料机中高速搅拌至40～60℃或8～15分钟，让润滑剂充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面；再加入已通过偶联剂活化处理的填充料、聚乙烯、纳米无机填料，高速搅拌3～5分钟后出料备用。
c、通过挤出机头模挤出生成平面胶带：可以采用单螺杆或双螺杆挤出机，挤出机的温度从输送段到机头模依次为125±5℃，160±5℃，250～290℃，230～265℃，180～220℃，190～235℃，195～240℃，200～250℃，190～235℃。
步骤2：将平面胶带在90℃～140℃的温度下预热5～30分钟，胶料变软，传送入表面设有同步带齿形模的滚轮下进行滚压、定型，形成同步带齿，制成无纤维芯同步带。
以下通过实施例对本发明做进一步说明。
以下实施例中，所用的填充料进行了以下偶联剂活化处理：
取填充料总质量的1％KH550，用无水乙醇10:1(体积比)进行稀释KH550。将称好的填充料放入高速搅拌机进行搅拌，边搅拌边加入KH550/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌5分钟，排出填充料，再放入设定温度70℃的烘箱中干燥5小时，取出后研细放置在密闭容器中备用。
实施例1：生产XXH型同步带
步骤1：
a、取100份超高分子量聚乙烯与润滑剂硬脂酸1份、硬脂酸钙1.5份投入高速混料机中高速搅拌至40℃，让润滑剂充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面；再加入已通过KH550偶联剂活化处理的玻璃微珠15份、高压聚乙烯30份、纳米二氧化硅6份，高速搅拌3分钟后出料备用。
b、双螺杆挤出机的温度从输送段到机头模依次为125℃，160℃，265℃，240℃，190℃，195℃，200℃，205℃，200℃；通过挤出机头模挤出制得厚度11.4mm的平面胶带。
步骤2：
所述的平面胶带置于不锈钢带上传送入温度为110℃的烘柜，设定平面胶带在烘柜内运行的时间为20分钟,从烘柜内出来后已变软的平面胶带,继续传送入外圆周表面设有XXH齿形模的滚轮下进行连续滚压、定型，制得同步带齿，制成XXH型同步带。
经过检测，外覆胶的拉伸强度38.5Mpa，断裂伸长率达280％，制得同步带具有良好的屈挠性，耐磨性是聚氨酯同步带的2倍。
实施例2：生产H型同步带
步骤1：
a、取100份超高分子量聚乙烯与润滑剂硬脂酸4份、硬脂酸锌2份投入高速混料机中高速搅拌至40℃，让润滑剂充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面；再加入已通过KH550偶联剂活化处理的玻璃微珠10份、高压聚乙烯30份、纳米二氧化硅6份，高速搅拌3分钟后出料备用。
b、单螺杆挤出机的温度从输送段到机头模依次为125℃，160℃，265℃，240℃，190℃，195℃，200℃，205℃，200℃；通过挤出机头模挤出制得厚度3.5mm的平面胶带。
步骤2：
所述的平面胶带置于不锈钢带上传送入温度为110℃的烘柜，设定平面胶带在烘柜内运行的时间为10分钟,从烘柜内出来后已变软的平面胶带,继续传送入外圆周表面设有H齿形模的滚轮下进行连续滚压、定型，制得同步带齿，制成H型同步带。
经过检测，外覆胶的拉伸强度38.0Mpa，断裂伸长率达285％，制得同步带具有良好的屈挠性，耐磨性是聚氨酯同步带的2倍。
以下实施例中，所用的填充料进行了以下偶联剂活化处理：
取填充料总质量的2％铝酸酯偶联剂，用无水乙醇12:1(体积比)进行稀释铝酸酯偶联剂。将称好的填充料放入高速搅拌机进行搅拌，边搅拌边加入铝酸酯偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌5分钟，排出填充料，再放入设定温度100℃的烘箱中干燥5小时，取出后研细放置在密闭容器中备用。
实施例3：生产XXH型同步带
步骤1：
a、取100份超高分子量聚乙烯与润滑剂聚乙烯蜡2份、硬脂酸钙3份投入高速混料机中高速搅拌至40℃，让润滑剂充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面；再加入已通过KH550偶联剂活化处理的碳化硅25份、高压聚乙烯30份、纳米滑石粉10份，高速搅拌3分钟后出料备用。
b、单螺杆挤出机的温度从输送段到机头模依次为125℃，160℃，265℃，260℃，195℃，200℃，200℃，205℃，200℃；通过挤出机头模挤出制得厚度11.4mm的平面胶带。
步骤2：
所述的平面胶带置于不锈钢带上传送入温度为110℃的烘柜，设定平面胶带在烘柜内运行的时间为20分钟，从烘柜内出来后已变软的平面胶带,继续传送入外圆周表面设有XXH齿形模的滚轮下进行连续滚压、定型，制得同步带齿，制成XXH型同步带。
经过检测，本发明制备得到的超高分子量聚乙烯复合材料的拉伸强度为39.0Mpa，断裂伸长率达290％，制得同步带具有良好的屈挠性，耐磨性是聚氨酯同步带的2倍。
实施例4：生产H型同步带
步骤1：
a、取100份超高分子量聚乙烯与润滑剂石蜡4份、硬脂酸钙3份投入高速混料机中高速搅拌至60℃，让润滑剂充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面；再加入已通过偶联剂活化处理的碳化硼10份、高压聚乙烯15份、纳米蒙脱土5份，高速搅拌5分钟后出料备用。
b、单螺杆挤出机的温度从输送段到机头模依次为130℃，165℃，280℃，250℃，210℃，215℃，220℃，225℃，220℃；通过挤出机头模挤出制得厚度3.5mm的平面胶带。
步骤2：
所述的平面胶带置于不锈钢带上传送入温度为110℃的烘柜，设定平面胶带在烘柜内运行的时间为10分钟,从烘柜内出来后已变软的平面胶带，继续传送入外圆周表面设有H齿形模的滚轮下进行连续滚压、定型，制得同步带齿，制成H型同步带。
经过检测，本发明制备得到的超高分子量聚乙烯复合材料H型同步带的拉伸强度为36Mpa，断裂伸长率达260％，制得同步带具有良好的屈挠性，耐磨性是聚氨酯H型同步带的2倍。
实施例5：生产H型同步带
步骤1：
a、取100份超高分子量聚乙烯与润滑剂聚乙烯蜡3份、硬脂酸锌2份投入高速混料机中高速搅拌至50℃，让润滑剂充分吸附在超高分子量聚乙烯粉料表面；再加入已通过偶联剂活化处理的碳化硼60份、低压聚乙烯75份、纳米滑石粉7份，高速搅拌5分钟后出料备用。
b、单螺杆挤出机的温度从输送段到机头模依次为125℃，160℃，265℃，260℃，205℃，210℃，210℃，215℃，210℃；通过挤出机头模挤出制得厚度3.5mm的平面胶带。
步骤2：
所述的平面胶带置于不锈钢带上传送入温度为120℃的烘柜，设定平面胶带在烘柜内运行的时间为10分钟，从烘柜内出来后已变软的平面胶带，继续传送入外圆周表面设有H齿形模的滚轮下进行连续滚压、定型，制得同步带齿，制成H型同步带。
经过检测，本发明制备得到的超高分子量聚乙烯复合材料H型同步带的拉伸强度为35.0Mpa，断裂伸长率达270％，制得同步带具有良好的屈挠性，耐磨性是聚氨酯H型同步带的2倍。
综上所述，本发明所提供的无纤维芯同步带，通过在超高分子量聚乙烯中加入纳米级无机填料、润滑剂进行改性，解决了所述超高分子量聚乙烯熔体粘度极高，加型困难的难题，可以通过挤出机挤出，一体成型制备无纤维芯同步带。经过改性的超高分子量聚乙烯复合材料不仅具备原有的高强度、耐冲击、耐磨损、耐化学腐蚀等性能，还具有良好的拉伸强度、断裂伸长率以及屈挠性能，并且热变形温度提高到100℃左右，使得本发明超高分子量聚乙烯复合材料的稳定性提高，使用范围更加广泛。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无纤维芯同步带，其特征在于，其原料组成，按质量份数计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的无纤维芯同步带，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯为平均分子量为150万～800万的聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的无纤维芯同步带，其特征在于，所述聚乙烯为高压聚乙烯、低压聚乙烯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的无纤维芯同步带，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌中的一种或多种；所述填充料为玻璃微珠、陶瓷微珠、氧化铝、碳化硅、碳化硼中的一种或多种；所述纳米无机填料为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米滑石粉、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的无纤维芯同步带，其特征在于，所述填充料经过偶联剂活化处理。
6.根据权利要求5所述的无纤维芯同步带，其特征在于，所述偶联剂活化处理的过程为取填充料的总质量0.5-3.5％的偶联剂，用无水乙醇按照8-12:1的体积比进行稀释偶联剂；边搅拌填充料边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌数分钟，再放入设定温度70℃～110℃的烘箱中干燥，取出后研细，备用；
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的无纤维芯同步带，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
8.一种如权利要求1-7任一所述的无纤维芯同步带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按比例获取超高分子量聚乙烯与润滑剂，高速搅拌至40～60℃或8～15分钟；再加入聚乙烯、纳米无机填料和已通过偶联剂活化处理的填充料，高速搅拌3～5分钟，出料；
通过挤出机头模挤出生成平面胶带；
将平面胶带在90℃～140℃的温度下预热5～30分钟，胶料变软，传送入表面设有同步带齿形模的滚轮下进行滚压、定型，形成同步带齿，制成无纤维芯同步带；
其中，挤出机的温度从输送段到机头模依次为125±5℃，160±5℃，250～290℃，230～265℃，180～220℃，190～235℃，195～240℃，200～250℃，190～235℃。
9.根据权利要求8所述的无纤维芯同步带的制备方法，其特征在于，所述偶联剂活化处理的过程为取填充料的总质量0.5-3.5％的偶联剂，用无水乙醇按照8-12:1的体积比进行稀释偶联剂；边搅拌填充料边加入偶联剂/无水乙醇混合溶液，待溶液全部倒入后继续搅拌数分钟，再放入设定温度70℃～110℃的烘箱中干燥，取出后研细，备用；
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的无纤维芯同步带的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
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