CN105683618B - 聚氨酯制传动皮带及皮带成形用材料 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种耐久性优异的聚氨酯制传动皮带，及用于制造该传动皮带的皮带成形用材料。作为解决方法，为提供含有由下述化学式(1)所表示的1，2‑环己烷二羧酸二异壬酯的聚氨酯制传动皮带。

Description

聚氨酯制传动皮带及皮带成形用材料

技术领域

本发明涉及聚氨酯制传动皮带及皮带成形用材料。

背景技术

在一般产业用机械、OA机器等中所使用的为聚氨酯制传动皮带。这种聚氨酯制传动皮带是由如下皮带成形用材料所形成，为含有由甲苯二异氰酸酯(tolylenediisocyanate)等多异氰酸酯与聚四亚甲基醚二醇(polytetramethylene ether glycol)等多元醇所合成的预聚物、1，1＇-亚甲基双(邻氯苯胺)等硬化剂、塑化剂、及其他添加剂的皮带成形用材料。将该皮带成形用材料注入皮带成形用金属模具中，使其热硬化而成为筒状后，以需要的宽度进行环切而制造聚氨酯制传动皮带。

由于聚氨酯制传动皮带是在被施加张力的状态下长期利用，因此期待提升其耐久性。

在专利文献1中，提出了作为润滑剂，使其含有以三酸甘油酯为主要成分的熔点为50～80℃的油脂类从而使耐久性提升的聚氨酯制传动皮带。由于该聚氨酯制传动皮带含有熔点为50～80℃的油脂类，因此在室温至50℃左右的温度区间使用时可提升耐久性，但在室温以下的低温时，油脂类渗出皮带表面而发生喷粉(bloom)，在低温环境下有耐久性不足的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2012－251586号公报

发明内容

本发明在于提供一种耐久性优异的聚氨酯制传动皮带，及用于制造该传动皮带的皮带成形用材料。

为了解决上述课题，本发明的构成如下。

(1)一种聚氨酯制传动皮带，其特征在于，含有1，2-环己烷二羧酸二异壬酯。

(2)根据(1)所述的聚氨酯制传动皮带，其特征在于，相对于100重量份由多异氰酸酯与多元醇所合成的预聚物，含有5～40重量份所述1，2-环己烷二羧酸二异壬酯。

(3)根据(1)或(2)所述的聚氨酯制传动皮带，其特征在于，萧氏A硬度(Shore-Ahardness)为85～93。

(4)根据(1)～(3)中任意一项所述的聚氨酯制传动皮带，其特征在于，不含邻苯二甲酸酯类塑化剂。

(5)根据(1)～(4)中任意一项所述的聚氨酯制传动皮带，其特征在于，为V字形皮带(Vee belt)或齿形皮带(toothed belt)。

(6)一种皮带成形用材料，其特征在于，至少含有由多异氰酸酯与多元醇所合成的预聚物，及1，2-环己烷二羧酸二异壬酯。

由于作为高机能塑化剂的1，2-环己烷二羧酸二异壬酯的溢出(bleedout)性优异，因此渗出于皮带表面而作为润滑剂、表面保护剂发挥作用。此外，由于1，2-环己烷二羧酸二异壬酯的不挥发性优异，因此长期残留于皮带表面，作为润滑剂、表面保护剂的效果持久。因此，通过使其含有1，2-环己烷二羧酸二异壬酯，能够使聚氨酯制传动皮带的耐久性提升。

附图说明

图1为表示传动皮带的结构的图。

符号说明

1：齿形皮带；2：皮带齿；3芯线。

具体实施方式

本发明的聚氨酯制传动皮带含有由下述化学式(1)所表示的作为高机能塑化剂的1，2-环己烷二羧酸二异壬酯(氢化DINP)。

氢化DINP由将常用的塑化剂邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)氢化，并将苯环还原为环己烷而得到。在聚氨酯制传动皮带中所配合的塑化剂具有降低皮带成形用材料的粘度从而提升成形加工性，使所制造的皮带柔软从而提升弯曲性、耐寒性，渗出于皮带表面并保护表面从而提升润滑性、耐久性的效果。

与以往所使用的下述化学式(2)所表示的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，下述化学式(3)所表示的己二酸二辛酯(DOA)等的塑化剂相比，氢化DINP为能够使聚氨酯制传动皮带的耐久性大幅度提升的高机能塑化剂。

表1表示氢化DINP与DOP、DOA的熔点、沸点、分子量。

表1

	氢化DINP	DOP	DOA
				熔点/℃	-54	-55	-70
沸点/℃	394	386	335
				分子量	424	391	371

氢化DINP的熔点为-54℃，室温下为液体。此外，与芳香族环相比，其具有柔软的环己烷环，以及分支小而直线性的侧链。由于氢化DINP的分子结构柔软且体积不大，因此容易在由聚氨酯构成的三维网眼结构中移动，溢出性优异。此外，由于其具有424的大分子量，394℃的高沸点，因此不挥发性优异。

DOP具有与氢化DINP几乎相同的熔点。然而，由于DOP具有坚硬的苯环及分支大的2-乙基己基键，因此分子结构坚硬且体积大。因此，相较于氢化DINP，DOP不易在由聚氨酯构成的三维网眼结构中移动，溢出性差。

DOA具有-70℃的低熔点。由于DOA分子结构不具有环结构，而为柔软且直线性，所以容易在由聚氨酯构成的三维网眼结构中移动，比氢化DINP的溢出性更优异。然而，由于DOA有335℃的低沸点，因此不挥发性差。

氢化DINP与以往的塑化剂相比，使耐久性大幅度提升的效果，是由氢化DINP同时具有优异的溢出性与不挥发性二方面所致。氢化DINP溢出性优异，具有渗出皮带表面以使皮带(belt)与滑轮(pulley)的接触变润滑而作为润滑剂、表面保护剂的功能。此外，由于氢化DINP有优异的不挥发性而不容易挥发，因此会在皮带与滑轮的表面长期残留，故而作为润滑剂、表面保护剂的功能持久。进而，通过氢化DINP使聚氨酯制传动皮带柔软的效果也会持久，所以聚氨酯制传动皮带不容易因经时变化而硬化。

本发明的聚氨酯制传动皮带通过使至少含有预聚物及氢化DINP的皮带成形用材料在模框内热硬化而制造。用于使皮带成形用材料硬化的硬化剂没有特别限定，例如可列举1，1-亚甲基双(邻氯苯胺)(MOCA)、二甲基硫甲苯二胺、二乙基甲苯二胺等的多胺及1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷等的多元醇。

在本发明中，在预聚物的合成使用的多异氰酸酯、多元醇没有特别限定。

作为多异氰酸酯，可无特别限制地使用在分子中具有2个以上的异氰酸基的多异氰酸酯。例如，可使用甲苯二异氰酸酯(tolylene diisocyanate)、联甲苯胺二异氰酸酯(tolidine diisocyanate)、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(polymethylene polyphenyl polyisocyanate)、碳二亚胺化二苯基甲烷多异氰酸酯(carbodiimidized diphenylmethane polyisocyanate)、粗制二苯基甲烷二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯(xylylene diisocyanate)、1，5-萘基二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯(tetramethyxylene diisocyanate)、异佛酮二异氰酸酯、氢化二苯甲烷二异氰酸酯、氢化间苯二甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二聚酸二异氰酸酯(dimer aciddiisocyanate)、降莰烯二异氰酸酯等。也可从这些中合用2种类以上。

作为多元醇，可无特别限制地使用在分子中具有2个以上的羟基的多元醇。例如可列举：聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇(polytetramethylene ether glycol)等聚醚多元醇类；使己二酸、癸二酸、衣康酸(itaconic acid)、马来酸酐、对苯二甲酸、间苯二甲酸、富马酸、琥珀酸、草酸、丙二酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸等二羧酸化合物，与乙二醇、二乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,9-壬二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、三丙二醇、三羟甲基丙烷、甘油等多元醇化合物反应所得的聚酯多元醇类；聚己内酯多元醇、聚-β-甲基-δ-戊内酯等聚内酯系聚酯多元醇类；使1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、二乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇或聚四亚甲基二醇等二醇化合物，与光气(phosgene)、碳酸二烷基酯或碳酸二苯酯等反应所得的聚碳酸酯多元醇类；聚丁二烯多元醇、聚异戊二烯多元醇等聚烯烃多元醇类等。也可从这些中，合用2种类以上。此外，也可将这些与其他低分子量多元醇一起合用。

作为合用的低分子量多元醇，例如可使用：乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇(即2,2-二甲基-1,3-丙二醇)、2-异丙基-1,4-丁二醇、3-甲基-2,4-戊二醇、2,4-戊二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,4-二甲基-1,5-戊二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、1,5-己二醇、1,6-己二醇、2-乙基-1,3-己二醇、2-乙基-1,6-己二醇、1,7-庚二醇、3,5-庚二醇、1,8-辛二醇、2-甲基-1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇等脂肪族二醇；环己烷二甲醇(例如1,4-环己烷二甲醇)、环己烷二醇(例如1,3-环己烷二醇、1,4-环己烷二醇)、2-双(4-羟基环己基)-丙烷等脂环式二醇；三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、己糖醇类、戊糖醇类、甘油、聚甘油、季戊四醇(pentaerythritol)、二季戊四醇、四羟甲基丙烷等三元以上的多元醇。

预聚物与硬化剂的配合比根据各化合物的官能团数而決定。具体而言，从可获得强度等的聚氨酯的特性的观点出发，优选以使预聚物的异氰酸(NCO)基与硬化剂的官能团的活性氢基的摩尔比(NCO/活性氢基)成为1.2～0.9的范围内的方式进行配合。进一步优选在1.1～1.02的范围内。硬化剂的活性氢基的种类无特別限定，可列举羟基、氨基、亚氨基、羧基、氨基甲酸酯基、硫醇基、环氧基等。

聚氨酯制传动皮带由使至少含有预聚物及氢化DINP的皮带成形用材料在金属膜具内热硬化而制造。因此，由多异氰酸酯及多元醇所合成的预聚物优选为液态，以便注入到金属模具内。

本发明的聚氨酯制传动皮带中，相对于100重量份预聚物，优选含有5～40重量份氢化DINP。更优选含有10～30重量份，进一步优选含有20～30重量份。氢化DINP的含量小于5重量份时，氢化DINP在皮带表面渗出不充分，因此不能得到润滑性、表面保护性，保护皮带表面的效果弱。氢化DINP的含量大于40重量份时，硬化后所得的聚氨酯变得过于柔软而耐久性差，因此在制成传动皮带时容易断裂。

本发明的聚氨酯制传动皮带可根据需要而含有润滑剂、表面活性剂、填充剂、颜料、染料、水解抑制剂、反应促进剂等。由于本发明的聚氨酯制传动皮带通过含有氢化DINP而提升润滑性，因此也可不含润滑剂。此外，只要在5～40重量份的范围内含有氢化DINP，也可配合DOA等其他塑化剂。但是，DOP、DINP等邻苯二甲酸酯类被强烈怀疑是内分泌紊乱物质，其繁殖毒性令人担心，因此优选不配合。

本发明的聚氨酯制传动皮带的形状无特别限定，可作为齿形皮带、V字形皮带、平皮带、圆皮带等而使用。

将本发明的聚氨酯制传动皮带的一个实施方式的齿形皮带示于图1。齿形皮带1由在内周面皮带的长度方向上以规定的间距设置有多个皮带齿2的皮带本体所形成。此外，沿着各个皮带齿2的底部，作为抗拉体的芯线3在大致皮带长度方向，被设置成在皮带宽度方向周期性的螺旋状。

芯线3作为抗拉体，只要具有有效的强度即可，所使用的材料没有特别限定，但例如可列举玻璃纤维、碳纤维、酰胺纤维、聚酯纤维等。

接着，对齿形皮带的制造方法进行说明。

＜芯线装设工序＞

在圆筒形的内金属模具的外周面将芯线以规定间隔缠绕成螺旋状。在内金属模具的外周面以规定间隔刻有在轴方向延伸的皮带齿形成沟。然后，在圆筒状的外金属模具的中心插入内金属模具，使内金属模具与外金属模具之间形成用于注入皮带成形用材料的空洞。

＜皮带成形用材料准备工序＞

将由多异氰酸酯及多元醇所合成的液态预聚物与氢化DINP，任意成分的其他添加剂进行混合，从而制成皮带成形用材料。

＜皮带成形用材料注入·硬化工序＞

将所得的皮带成形用材料注入内金属模具与外金属模具之间的空洞，将其加热而使皮带成形用材料热硬化。

＜脱模工序＞

将由皮带成形用材料硬化而成的圆筒状的聚氨酯制传动皮带前驱体从金属膜具脱模。

＜宽度切割工序＞

将经脱模的聚氨酯制皮带前驱体环切成规定的宽度，得到聚氨酯制传动皮带。

接着，基于实施例进一步详细地说明本发明，但本发明并不只限定于这些实施例。

＜实施例1＞

使2,4-甲苯二异氰酸酯(2,4-tolylene diisocyanate)与聚四亚甲基醚二醇(polytetramethylene ether glycol)反应，合成NCO基为5.7wt％的液态预聚物。将100重量份此预聚物、5重量份作为高机能塑化剂的氢化DINP(BASF公司制，商品名：HexamollDINCH)、与16重量份作为硬化剂的MOCA进行配合而制成皮带成形用材料。

将此皮带成形用材料进行成形，在100℃反应1小时使其硬化后，在100℃静置4小时使其熟化，制成厚度2mm的薄片1。此外，由该皮带成形用材料依照上述齿形皮带的制造方法，以与上述薄片同样的硬化条件，制成周长200mm、皮带宽度4mm、齿距2mm的以玻璃纤维线缆作为芯线的在内周面有皮带齿的聚氨酯制传动皮带1。

＜实施例2＞

除了将氢化DINP的添加量改为10重量份以外，与实施例1同样操作，制成薄片2及聚氨酯制传动皮带2。

＜实施例3＞

除了将氢化DINP的添加量改为20重量份以外，与实施例1同样操作，制成薄片3及聚氨酯制传动皮带3。

＜实施例4＞

除了将氢化DINP的添加量改为30重量份以外，与实施例1同样操作，制成薄片4及聚氨酯制传动皮带4。

＜实施例5＞

除了将氢化DINP的添加量改为40重量份以外，与实施例1同样操作，制成薄片5及聚氨酯制传动皮带5。

＜实施例6＞

除了将氢化DINP的添加量改为15重量份，并进一步配合作为聚氨酯用塑化剂所惯用的己二酸二辛酯(DOA)15重量份以外，与实施例1同样操作，制成薄片6及聚氨酯制传动皮带6。

＜对比例1＞

除了将氢化DINP改为DOP以外，与实施例4同样操作，制成薄片7及聚氨酯制传动皮带7。

＜对比例2＞

除了将氢化DINP改为DOA以外，与实施例4同样操作，制成薄片8及聚氨酯制传动皮带8。

＜对比例3＞

除了将氢化DINP的添加量改为3重量份以外，与实施例1同样操作，制成薄片9及聚氨酯制传动皮带9。

<对比例4>

除了将氢化DINP的添加量改为45重量份以外，与实施例1同样操作，制成薄片10及聚氨酯制传动皮带10。

将实施例、对比例的塑化剂的配合量示于表2。

表2

	氢化DINP	DOP	DOA
				实施例1	5
实施例2	10
				实施例3	20
实施例4	30
				实施例5	40
实施例6	15		15
				对比例1		30
对比例2			30
				对比例3	3
对比例4	45

(试验评价方法)

·硬度

用萧氏A硬度计测定厚度2mm的薄片的硬度。

·玻璃转移温度(Tg)

从厚度2mm的薄片中裁剪出5mm×40mm的试验片，以频率10Hz测定动态粘弹性，由损失系数(tanδ)的峰顶温度测定Tg。

·溢出性

将环状的聚氨酯制传动皮带切断。将未形成皮带齿的外周面作为内侧，将长度方向的大致中心部的1处弯成直径约1cm的环，并在对未形成皮带齿的外周面施加压缩应力的状态下进行固定。在固定的状态下于23℃静置24小时后，将渗出外周面的塑化剂以不含溶剂的纸制的抹布拭去。将试验前的重量及经拭去塑化剂后的重量之差，以将对比例1的值作为100的相对指数来表示，从而评价塑化剂的溢出性。指数的值越大，表示塑化剂越容易渗出。

·皮带寿命

将聚氨酯制传动皮带缠绕于滑轮齿数20的动滑轮与滑轮齿数20的定滑轮。在将动滑轮的转数设定为2500rpm，定滑轮的负荷设定为0.29N·m，皮带起始张力设定为29.4N的条件的室温下使皮带运行。

计测从皮带的运行开始至切断为止的皮带运行时间，以将对比例1的皮带运行时间作为100的相对指数来表示，从而评价皮带寿命。

·加热减量

将含有30重量份塑化剂的传动皮带4、7、8在100℃的烤箱中静置168小时。将试验前的传动皮带的初期重量与从烤箱取出的传动皮带的重量的差，以下述式表示，从而评价加热减量。

加热减量＝(初期重量－试验后重量)/初期重量×100(％)

各测定结果示于表3。

表3

(总结)

由实施例4、对比例1、2的溢出性及加热减量的结果，确认了与DOP、DOA相比，氢化DINP为溢出性与不挥发性优异的高机能塑化剂。

与含有DOP、DOA的对比例1、2相比，含有5～40重量份高机能塑化剂的氢化DINP的实施例1～6可实现皮带寿命的长期化。

与含有5重量份氢化DINP的实施例1相比，含有3重量份氢化DINP的对比例3的溢出性大幅度降低。因此，氢化DINP在皮带表面的渗出量少，润滑性、表面保护性差，其皮带寿命与对比例1同等。

含有45重量份氢化DINP的对比例4的传动皮带，其皮带寿命仅为含有40重量份氢化DINP的实施例5的传动皮带的约一半而已。这是由于氢化DINP量过多，使橡胶过于柔软的缘故。其皮带寿命比对比例1更短。

Claims (5)

1.一种热硬化性聚氨酯制传动皮带，其特征在于，所述热硬化性聚氨酯制传动皮带通过使至少含有由多异氰酸酯与多元醇所合成的预聚物及由下述化学式所表示的1，2-环己烷二羧酸二异壬酯的皮带成形用材料在模框内热硬化而制造，其中相对于100重量份的预聚物，含有5～40重量份所述1，2-环己烷二羧酸二异壬酯，

2.根据权利要求1所述的热硬化性聚氨酯制传动皮带，其特征在于，萧氏A硬度为85～93。

3.根据权利要求1所述的热硬化性聚氨酯制传动皮带，其特征在于，不含邻苯二甲酸酯类塑化剂。

4.根据权利要求1所述的热硬化性聚氨酯制传动皮带，其特征在于，为V字形皮带或齿形皮带。

5.根据权利要求4所述的热硬化性聚氨酯制传动皮带，其特征在于，所述齿形皮带具有芯线，所述芯线为在大致皮带长度方向上，被设置成在皮带宽度方向周期性的螺旋状。

Images