CN109844194A - 合股捻绳及其制造方法以及传动带及其使用方法 - Google Patents

合股捻绳及其制造方法以及传动带及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种合股捻绳,其包含三根或四根含有对位系芳族聚酰胺纤维的初捻丝,其中,上述对位系芳族聚酰胺纤维具有1000分特~1250分特的平均纤度、55GPa~70GPa的拉伸弹性模量和2800MPa~3500MPa的拉伸强度,上述合股捻绳中,上述初捻丝的根数为三根时,初捻度为33次/10cm~40次/10cm,上述初捻丝的根数为四根时,初捻度为42次/10cm~52次/10cm,复捻的方向为与初捻相反的方向,复捻系数相对于初捻系数之比为0.25~1。

Description

合股捻绳及其制造方法以及传动带及其使用方法
技术领域
本发明涉及用在传动带(特别是多楔带)的抗张力体等中的合股捻绳及其制造方法以及传动带及其使用方法。
背景技术
对于形成多楔带的抗张力体的芯线而言,要求高的拉伸强度和耐弯曲疲劳性,特别是在高负荷用途中使用芳族聚酰胺芯线。芳族聚酰胺芯线通常是将纤维束进行初捻后对多根初捻后的纤维束一并进行复捻来制造。但是,芳族聚酰胺芯线所要求的上述特性呈现增加芯线的捻度而使耐弯曲疲劳性提高时、拉伸强度反而降低的二律背反关系,难以兼顾。另外,为了应对高负荷传动的要求,以对位系芳族聚酰胺芯线(将对位系芳族聚酰胺纤维的原丝加捻而得的绳)作为抗张力体的汽车辅机驱动用多楔带上市已久,但是,由于近年来搭载有ISG(启动/发电一体化电机,Integrated Starter Generator)的发动机的登场等,对带强度和耐弯曲疲劳性的要求越来越高。
另一方面,作为用于高负荷传动用途的对位系芳族聚酰胺纤维,可以列举以ケブラー(Kevler、注册商标)、トワロン(Twaron、注册商标)为代表的单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维,但是,关于耐弯曲疲劳性,作为含有多种重复单元的共聚对位系芳族聚酰胺纤维的テクノーラ(Technora、注册商标)更优良,被广泛使用。但是,对于含有多种重复单元的共聚对位系芳族聚酰胺纤维而言,存在成本和供给稳定性的问题,对于单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维而言也期望提高耐弯曲疲劳性。
需要说明的是,对芯线进行顺捻(初捻与复捻的捻向相同)时,虽然耐弯曲疲劳性提高,但是,进行顺捻的情况下,在高张力条件下存在容易发生弹出(芯线从带侧面跳出的现象)的问题。推断该现象原因在于由顺捻的解捻扭矩引起的芯线的非直进性,已知通过初捻和复捻抵消解捻扭矩的合股捻线(初捻与复捻的捻向相反)不易发生弹出。因此,为了防止芯线自身扭转,通常,将初捻与复捻的捻向设定为相反方向,将初捻的捻系数(初捻系数)与复捻的捻系数(复捻系数)设定为大致相同。
对此,在日本专利第4694616号公报(专利文献1)中,作为具有载荷分担性能和抗弯曲疲劳的良好平衡的多楔带的载荷分担帘线,公开了一种帘线,其具备具有对应于第一捻系数和第一捻方向的第一捻度的多根纱,并具有与所述第一捻方向相反的方向的对应于第二捻系数的第二捻度,所述第一捻系数相对于所述第二捻系数之比大于约1.5。在该文献的实施例中,以1000旦尼尔的对位芳族聚酰胺纤维作为基纱,制造了相当于初捻的第一捻系数相对于相当于复捻的第二捻系数之比为2.5(即,第二捻系数/第一捻系数=0.4)的帘线。
在日本专利第5750561号公报(专利文献2)中,作为耐弯曲疲劳性优良的传动带的芯线,公开了一种芯线,其具有四根将纤度为1000分特~1250分特的对位系芳族聚酰胺纤维束以捻系数为1200~1350沿一个方向进行初捻而得的初捻丝,将上述四根初捻丝以捻系数为900~1100沿着与初捻相反的方向进行复捻而得到总纤度为4000分特~5000分特的合股捻线,所述芯线由上述合股捻线构成。在该文献中,记载了构成上述芯线的合股捻线的复捻系数相对于初捻系数之比(复捻系数/初捻系数)为0.5~1,在实施例中,制造了复捻度为14.3~17.5、初捻度为38.1~42.9、复捻系数/初捻系数=0.67~0.92的合股捻绳。
但是,即使是这样的合股捻绳,在搭载有ISG的发动机用途中也无法充分地满足耐弯曲疲劳性。此外,在这些专利文献中,关于耐弹出性没有记载。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4694616号公报
专利文献2:日本专利第5750561号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供能够使以对位系芳族聚酰胺芯线作为抗张力体的传动带(特别是多楔带)的拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性高水平地同时提高的合股捻绳及其制造方法以及具备该合股捻绳作为抗张力体的传动带及该传动带的使用方法。
用于解决问题的手段
本发明人为了达成上述课题进行了深入研究,结果发现,使用高伸长率类型的对位系芳族聚酰胺纤维制备具有特定的初捻系数的多根初捻丝,进一步以使得复捻的捻系数相对于初捻的捻系数之比在一定范围内的方式对上述初捻丝进行复捻而得到合股捻绳,并使用上述合股捻绳作为多楔带的抗张力体时,能够高水平地同时提高多楔带等传动带的拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性,从而完成了本发明。
即,本发明的合股捻绳为包含三根含有对位系芳族聚酰胺纤维的初捻丝的合股捻绳,其中,上述对位系芳族聚酰胺纤维具有1000分特~1250分特的平均纤度、55GPa~70GPa的拉伸弹性模量和2800MPa~3500MPa的拉伸强度,上述合股捻绳中,上述初捻丝的初捻度为33次/10cm~40次/10cm,复捻的方向为与初捻相反的方向,复捻系数相对于初捻系数之比为0.25~1。上述合股捻绳的复捻度优选为约10次/10cm~约15次/10cm。上述合股捻绳的复捻系数相对于初捻系数之比可以为约0.5~约0.75。
另外,本发明的合股捻绳为包含四根含有对位系芳族聚酰胺纤维的初捻丝的合股捻绳,其中,上述对位系芳族聚酰胺纤维具有1000分特~1250分特的平均纤度、55GPa~70GPa的拉伸弹性模量和2800MPa~3500MPa的拉伸强度,上述合股捻绳中,上述初捻丝的初捻度为42次/10cm~52次/10cm,复捻的方向为与初捻相反的方向,复捻系数相对于初捻系数之比为0.25~1。上述合股捻绳的复捻度优选为约5次/10cm~约15次/10cm。上述合股捻绳的复捻系数相对于初捻系数之比可以为约0.33~约0.66。
在上述两种合股捻绳中,上述合股捻绳的平均直径优选为约0.7mm~约0.9mm。上述对位系芳族聚酰胺纤维可以为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
本发明中还包含上述合股捻绳的制造方法,其中,所述制造方法包含:初捻工序,将对位系芳族聚酰胺纤维沿一个方向进行初捻而得到初捻丝;复捻工序,将三根或四根上述初捻工序中得到的初捻丝拉齐后沿着与初捻相反的方向进行复捻而得到合股捻绳。
本发明中还包含一种传动带,其包含由上述合股捻绳形成的抗张力体。在本发明的传动带中,上述抗张力体可以为芯线,芯线的平均节距优选为约0.8mm~约1.05mm。本发明的传动带可以还含有压缩橡胶层,所述压缩橡胶层由含有橡胶成分的橡胶组合物形成。上述橡胶成分可以为乙烯-α-烯烃弹性体。需要说明的是,传动带优选为多楔带。
本发明中还包含为了驱动搭载有ISG的发动机而使用上述传动带的方法。
发明效果
在本发明中,使用高伸长率类型的对位系芳族聚酰胺纤维制备具有特定的初捻系数的三根~四根(优选三根)初捻丝,进一步以使得复捻的捻系数相对于初捻的捻系数之比在一定范围内的方式对上述初捻丝进行复捻而得到合股捻绳,使用上述合股捻绳作为传动带(特别是多楔带)的抗张力体,因此,能够高水平地同时提高传动带的拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性。
附图说明
图1是示出本发明的多楔带的一例的带宽方向的示意性剖视图。
图2是用于说明对实施例和比较例中得到的多楔带的耐弯曲疲劳性进行评价的方法的示意图。
具体实施方式
[合股捻绳]
本发明的合股捻绳为如下所述的合股捻绳:将对位系芳族聚酰胺纤维(芳香族聚酰胺纤维)沿一个方向进行初捻而制成初捻丝(子绳),将三根~四根(优选三根)上述初捻丝拉齐后沿着与初捻相反的方向进行复捻,由此得到所述合股捻绳,所述合股捻绳能够用作传动带(特别是多楔带)的抗张力体。在本发明中,通过制成使初捻与复捻为相反方向的合股捻线,能够通过初捻和复捻抵消解捻扭矩从而提高耐弹出性。另外,从传动带的拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性、经济性等的平衡优良、并且能够高度地提高耐弹出性的观点出发,优选包含三根初捻丝。
初捻丝的原丝通常是含有对位系芳族聚酰胺纤维的对位系芳族聚酰胺复丝。此外,对位系芳族聚酰胺复丝含有对位系芳族聚酰胺纤维的单丝即可,根据需要,可以含有其它纤维(聚酯纤维等)的单丝。对位系芳族聚酰胺纤维的比例相对于单丝整体(复丝)为50质量%以上(特别是80质量%~100质量%),通常,全部单丝由对位系芳族聚酰胺纤维构成。
作为原丝的对位系芳族聚酰胺纤维可以为含有多种重复单元的共聚对位系芳族聚酰胺纤维(例如,作为聚对苯二甲酰对苯二胺与3,4’-氧基二亚苯基对苯二甲酰胺的共聚芳族聚酰胺纤维的帝人株式会社制造的“テクノーラ”等),从经济性、获得性优良,并且显著地显示出本发明效果的观点出发,优选作为单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维(例如,作为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的帝人株式会社制造的“トワロン”、东丽杜邦株式会社制造的“ケブラー”等)。
作为原丝的对位系芳族聚酰胺纤维的拉伸弹性模量为55GPa~70GPa,优选为约58GPa~约68GPa,进一步优选为约60GPa~约65GPa。拉伸弹性模量过小时,在高负荷时带的伸长率增大,相反,拉伸弹性模量过大时,难以得到拉伸强度与耐弯曲疲劳性与耐弹出性的平衡,特别是耐弯曲疲劳性降低。需要说明的是,在本说明书和权利要求书中,拉伸弹性模量通过如下方式测定:通过JIS L1013(2010)中记载的方法测定载荷-伸长率曲线,并求出载荷1000MPa以下的区域的平均斜率。
作为原丝的对位系芳族聚酰胺纤维的拉伸强度为2800MPa~3500MPa,优选为约2850MPa~约3400MPa(例如为2900MPa~3300MPa),进一步优选为约3000MPa~约3200MPa。拉伸强度过小时,难以得到拉伸强度与耐弯曲疲劳性与耐弹出性的平衡,特别是带拉伸强度降低。需要说明的是,在本说明书和权利要求书中,拉伸强度通过JIS L1013(2010)中记载的方法进行测定。需要说明的是,如该标准所记载的那样,测定无捻的复丝的拉伸强力时,每10cm施加8次加捻而进行测定。
关于具有这样的机械特性的单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维,作为高伸长率类型的对位系芳族聚酰胺纤维,例如可以使用帝人株式会社制造的“トワロン2100”、东丽杜邦株式会社制造的“ケブラー119”等市售品。在本申请发明中,通过使用高伸长率类型的对位系芳族聚酰胺纤维制备合股捻绳,能够对多楔带赋予高的拉伸强度和拉伸弹性模量。
作为原丝的对位系芳族聚酰胺纤维的平均纤度为1000分特~1250分特,优选为约1050分特~约1200分特,进一步优选为约1080分特~约1150分特。纤度过小时,带拉伸强度降低,相反,纤度过大时,耐弯曲疲劳性降低。
合股捻绳的初捻的捻度(初捻度)可以根据初捻丝的根数来选择。对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,从赋予优良的耐弯曲疲劳性和拉伸强度的观点出发,初捻度为33次/10cm~40次/10cm,优选为约35次/10cm~约39.5次/10cm(例如为36次/10cm~39.3次/10cm),进一步优选为约37次/10cm~约39次/10cm(特别是38次/10cm~38.5次/10cm)。另一方面,对于包含四根初捻丝的合股捻绳而言,从赋予优良的耐弯曲疲劳性和拉伸强度的观点出发,初捻度为42次/10cm~52次/10cm,优选为约42.5次/10cm~约51.8次/10cm(例如为43次/10cm~51.5次/10cm),进一步优选为约46.1次/10cm~约51次/10cm(特别是约46.5次/10cm~约50.5次/10cm)。初捻度过少时,耐弯曲疲劳性降低,初捻度过多时,拉伸强度降低。
合股捻绳的复捻的捻度(复捻度)也可以根据初捻丝的根数从约5次/10cm~约20次/10cm(特别是5次/10cm~19次/10cm)的范围内选择。特别地,对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,复捻度例如为约10次/10cm~约19次/10cm(例如为10次/10cm~15次/10cm),优选为约12次/10cm~约15次/10cm(例如为13次/10cm~15次/10cm),进一步优选为约14次/10cm~约15次/10cm(特别是14.5~15次/10cm)。另一方面,对于包含四根初捻丝的合股捻绳而言,复捻度例如为约5次/10cm~约19次/10cm(例如为5次/10cm~15次/10cm),优选为约6次/10cm~约16次/10cm(例如为8.2次/10cm~14.2次/10cm),进一步优选为约9次/10cm~约14次/10cm(特别是9.6次/10cm~12.8次/10cm),进一步可以为约10次/10cm~约12次/10cm。通过将复捻度调节至上述范围,能够使复捻的捻系数(复捻系数)相对于初捻的捻系数(初捻系数)之比保持适当。特别地,对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,通过增加复捻度,能够高度地提高耐弹出性。复捻度过少时,有可能耐弹出性降低,相反,复捻度过多时,有可能拉伸强度降低、或者耐弯曲疲劳性降低。
合股捻绳的复捻系数相对于初捻系数之比(复捻系数/初捻系数)也可以根据初捻丝的根数从约0.25~约1(例如为0.3~0.8)的范围内选择。特别地,对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,上述系数比例如为约0.5~约0.75,优选为约0.6~约0.73,进一步优选为约0.65~约0.7。另一方面,对于包含四根初捻丝的合股捻绳而言,上述系数比例如为约0.33~约0.66,优选为约0.35~约0.6,进一步优选为约0.36~约0.55(特别是0.38~0.5),进一步可以为0.45~0.53。在本申请发明中,通过将初捻与复捻的捻向设定为相反方向、将复捻系数相对于初捻系数之比调节至上述范围,能够赋予优良的耐弯曲疲劳性、耐弹出性。特别地,对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,通过使该系数比接近1,能够高度地提高耐弹出性。复捻系数相对于初捻系数之比过小时,耐弹出性降低,相反,复捻系数相对于初捻系数之比过大时,耐弯曲疲劳性降低。需要说明的是,在本说明书和权利要求书中,初捻系数和复捻系数的各捻系数基于以下公式算出。
捻系数(T.F.)=[捻度(次/m)×√总纤度(特克斯)]/960。
合股捻绳的初捻系数和复捻系数只要满足上述两者之比就没有特别限制,初捻系数例如为约4~约6,优选为约4.5~约5.5,进一步优选为约4.8~约5.3,复捻系数例如为约1.5~约3.5,优选为约1.8~约3,进一步优选为约2~约2.5。
作为合股捻绳的平均直径(直径),例如为约0.5mm~约1.2mm,优选为约0.6mm~约1mm,进一步优选为约0.7mm~约0.9mm(特别是0.78mm~0.88mm)。特别是对于搭载有ISG的发动机而言,带强度、耐弯曲疲劳性的要求严格,为了提高带强度,芯线直径优选较大,另一方面,直径过大时耐弯曲疲劳性降低,因此,优选调节至上述范围。合股捻绳的平均直径过小时,有可能拉伸强度和拉伸弹性模量降低,相反,合股捻绳的平均直径过大时,有可能耐弯曲疲劳性降低。
合股捻绳为复丝的情况下,合股捻绳的平均纤度例如可以为约2000分特~约7000分特,优选为约3000分特~约6000分特,进一步优选为约4000分特~约5000分特。复丝例如可以包含约1000根~约6000根、优选为约2000根~约5000根、进一步优选为约2500根~约4500根的单丝。
合股捻绳的拉伸强度例如可以为600N以上(特别是650N以上),优选为约600N~约1000N,进一步优选为约650N~约900N(特别是700~800N)。合股捻绳的拉伸强度过小时,有可能带的拉伸强度和耐弹出性降低。在本说明书和权利要求书中,合股捻绳的拉伸强度通过后述的实施例中记载的方法进行测定。
本发明的合股捻绳可以通过惯用的方法经过初捻工序和复捻工序来制造,所述初捻工序为将对位系芳族聚酰胺纤维沿一个方向进行初捻而得到初捻丝的工序,所述复捻工序为将三根或四根上述初捻工序中得到的初捻丝拉齐后沿着与初捻相反的方向进行复捻而得到合股捻绳的工序。
[传动带]
本发明的传动带包含由上述合股捻绳形成的抗张力体即可,通常包含上述合股捻绳作为芯线。作为传动带,例如可以列举V型带、多楔带等摩擦传动带;齿形带、双面齿形带等啮合传动带等。从能够高水平地同时提高拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性的观点出发,本发明的加捻绳特别适合用作用于驱动搭载有ISG的发动机的多楔带的芯线。以下,对多楔带的形态进行说明。
对于作为本发明的一例的多楔带的形态而言,只要具有沿着带长度方向相互平行延伸的多个楔部就没有特别限制,例如,例示出图1所示的形态。图1是示出本发明的多楔带的一例的带宽方向的示意性剖视图。图1中示出的多楔带具有如下形态:从带下表面(内周面)向带上表面(背面)依次层叠有压缩橡胶层2、沿带长度方向埋设有芯线1的胶粘橡胶层4、由包覆帆布(机织物、针织物、无纺布等)或者橡胶组合物构成的延伸层5。在压缩橡胶层2中形成沿带长度方向延伸的多个截面V字形的槽,在该槽之间形成截面V字形(倒梯形)的多个楔部3(在图1所示的例子中为4个),该楔部3的两个倾斜面(表面)形成摩擦传动面,与带轮接触而传递(摩擦传动)动力。
多楔带并非限定于该形态,具备具有至少一部分能够与带轮的楔槽部(V形槽部)接触的传动面的压缩橡胶层即可,典型地,可以具备延伸层、压缩橡胶层和在延伸层与压缩层之间沿着带长度方向埋设的芯线。在本发明的多楔带中,例如,可以在不设置胶粘橡胶层4的情况下将芯线1埋设于延伸层5与压缩橡胶层2之间。此外,也可以为如下形态:将胶粘橡胶层4设置在压缩橡胶层2或延伸层5中的任一者上,将芯线1埋设于胶粘橡胶层4(压缩橡胶层2侧)与延伸层5之间、或者胶粘橡胶层4(延伸层5侧)与压缩橡胶层2之间。
需要说明的是,优选至少上述压缩橡胶层2由以下详细说明的橡胶组合物形成,上述胶粘橡胶层4可以由用作胶粘橡胶层的惯用的橡胶组合物形成,上述延伸层5可以由用作延伸层的惯用的包覆帆布或橡胶组合物形成,可以不由与上述压缩橡胶层2相同的橡胶组合物形成。
多楔带的拉伸强度例如可以为6000N以上(特别是6500N以上),优选为约6000N~约9000N,进一步优选为约6500N~约8000N(特别是7000N~7500N)。拉伸强度过小时,在走行中带发生断裂的可能性升高。在本说明书和权利要求书中,多楔带的拉伸强度通过后述的实施例中记载的方法进行测定。
(芯线)
在胶粘橡胶层4内,多个芯线1分别沿带长度方向延伸存在,并且沿带宽方向以规定的节距相互隔开配置。
芯线的平均节距(相邻的芯线间的平均距离)可以根据芯线直径、目标带拉伸强度适当选择,例如可以从约0.6mm~约2mm、优选为约0.8mm~约1.5mm、进一步优选为约0.8mm~约1.05mm的范围内选择。进一步,芯线的平均节距可以根据初捻丝的根数来选择。特别地,对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,芯线的平均节距例如为约0.7mm~约1mm,优选为约0.75mm~约0.95mm,进一步优选为约0.8mm~约0.9mm。另一方面,对于包含四根初捻丝的合股捻绳而言,芯线的平均节距例如为约0.8mm~约1.2mm,优选为约0.9mm~约1.05mm,进一步优选为约0.9mm~约1mm。芯线节距过小时,有可能在带制造工序中发生芯线彼此的碰触,相反,芯线节距过大时,有可能带的拉伸强度和拉伸弹性模量降低。
芯线可以为S捻、Z捻中的任意一种,为了提高带的直进性,优选将S捻和Z捻交替配设。
可以对芯线实施惯用的胶粘处理(或表面处理),例如可以利用含有间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)液、异氰酸酯化合物的处理液等进行处理。此外,芯线可以被构成胶粘橡胶层的含有橡胶成分的橡胶组合物包覆。
(橡胶组合物)
压缩橡胶层2、胶粘橡胶层4和延伸层5可以由含有橡胶成分的橡胶组合物形成。特别是通过利用橡胶组合物形成压缩橡胶层,能够赋予优良的静音性、动力传递性能,通过利用橡胶组合物形成压缩橡胶层、胶粘橡胶层,使用现有的方法就能够进行与对位系芳族聚酰胺芯线的胶粘处理。
作为橡胶成分,可以使用能够硫化或交联的橡胶,例如可以列举二烯类橡胶(天然橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、丁苯橡胶(SBR)、丙烯腈丁二烯橡胶(丁腈橡胶)、氢化丁腈橡胶等)、乙烯-α-烯烃弹性体、氯磺化聚乙烯橡胶、烷基化氯磺化聚乙烯橡胶、环氧氯丙烷橡胶、丙烯酸类橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶等。这些橡胶成分可以单独使用或组合使用两种以上。优选的橡胶成分为乙烯-α-烯烃弹性体(乙烯-丙烯共聚物(EPM)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)等)和氯丁二烯橡胶。此外,从不含有害的卤素,具有耐臭氧性、耐热性、耐寒性、耐候性,能够降低带重量的观点出发,特别优选乙烯-α-烯烃弹性体[乙烯-丙烯共聚物(EPM)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)等]。橡胶成分含有乙烯-α-烯烃弹性体的情况下,橡胶成分中的乙烯-α-烯烃弹性体的比例可以为50质量%以上(特别是约80质量%~约100质量%),特别优选为100质量%(只有乙烯-α-烯烃弹性体)。
橡胶组合物可以还含有短纤维。作为短纤维,例如可以列举聚烯烃类纤维(聚乙烯纤维、聚丙烯纤维等)、聚酰胺纤维(聚酰胺6纤维、聚酰胺66纤维、聚酰胺46纤维、芳族聚酰胺纤维等)、聚芳香族酸亚烷基酯类纤维(例如,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维等C8-14芳香族酸C2-4亚烷基酯类纤维)、维尼纶纤维、聚乙烯醇类纤维、聚对亚苯基苯并双唑(PBO)纤维等合成纤维;棉、麻、羊毛等天然纤维;碳纤维等无机纤维等。这些短纤维可以单独使用或组合使用两种以上。为了提高在橡胶组合物中的分散性、胶粘性,可以与芯线同样地对短纤维实施惯用的胶粘处理(或表面处理)。
橡胶组合物可以还含有惯用的添加剂。作为惯用的添加剂,例如可以列举硫化剂或交联剂(或交联剂类)(含硫型硫化剂等)、共交联剂(双马来酰亚胺类等)、硫化助剂或硫化促进剂(秋兰姆类促进剂等)、硫化延迟剂、金属氧化物(氧化锌、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化铁、氧化铜、氧化钛、氧化铝等)、增强剂(例如,炭黑、含水二氧化硅等氧化硅)、填充剂(粘土、碳酸钙、滑石、云母等)、软化剂(例如,石蜡油、环烷烃类油等油类等)、加工剂或加工助剂(硬脂酸、硬脂酸金属盐、蜡、石蜡、脂肪酸酰胺等)、抗老化剂(抗氧化剂、抗热老化剂、抗弯曲开裂剂、抗臭氧劣化剂等)、着色剂、增粘剂、增塑剂、偶联剂(硅烷偶联剂等)、稳定剂(紫外线吸收剂、热稳定剂等)、阻燃剂、防静电剂等。这些添加剂可以单独使用或组合使用两种以上。需要说明的是,金属氧化物可以作为交联剂起作用。另外,特别地,构成胶粘橡胶层4的橡胶组合物可以含有胶粘性改善剂(间苯二酚-甲醛共缩聚物、氨基树脂等)。
构成压缩橡胶层2、胶粘橡胶层4和延伸层5的橡胶组合物可以相互相同,也可以相互不同。同样,压缩橡胶层2、胶粘橡胶层4和延伸层5中所含的短纤维也可以相互相同,也可以相互不同。
(包覆帆布)
延伸层5可以由包覆帆布形成。包覆帆布例如可以由机织布、广角帆布、针织布、无纺布等布材(优选机织布)等形成。延伸层5根据需要可以进行胶粘处理、例如利用RFL液进行处理(浸渍处理等),或者使胶粘橡胶与上述布材摩擦、使上述胶粘橡胶与上述布材层叠(涂布),然后以上述形态层叠于压缩橡胶层和/或胶粘橡胶层。
[多楔带的制造方法]
作为本发明的一例的多楔带的制造方法没有特别限制,可以采用公知或惯用的方法。例如可以通过如下方式形成:分别利用未硫化橡胶组合物形成压缩橡胶层2、埋设有芯线1的胶粘橡胶层4和延伸层5并进行层叠,利用成形模具将该层叠体成形为筒状,进行硫化,成形出套筒,将该硫化套筒切割成规定宽度。更详细而言,可以通过以下方法制造多楔带。
(第一制造方法)
首先,在表面平滑的圆筒状的成形模具(模具或成形模具)上卷绕延伸层用片,在该片上以螺旋状缠绕形成芯体的芯线(加捻绳),进一步依次卷绕胶粘橡胶层用片、压缩橡胶层用片,从而制作成形体。然后,在从成形体上方盖上硫化用护套的状态下将成形模具容纳于硫化罐内,在规定的硫化条件下进行硫化,然后从成形模具中脱模,从而得到筒状的硫化橡胶套筒。然后,利用磨轮对该硫化橡胶套筒的外表面(压缩橡胶层)进行研磨而形成多个肋,然后使用切割器将该硫化橡胶套筒以规定的宽度沿周向切割,从而精加工为多楔带。需要说明的是,通过使切割后的带反转,可以得到在内周面具备具有肋部的压缩橡胶层的多楔带。
(第二制造方法)
首先,使用在外周面安装有挠性护套的圆筒状内模作为内模,在外周面的挠性护套上卷绕延伸层用片,在该片上以螺旋状缠绕形成芯体的芯线,进一步卷绕压缩橡胶层用片,从而制作层叠体。接着,作为能够安装于上述内模的外模,使用在内周面刻有多个肋模的筒状外模,在该外模内以同心圆状设置卷绕有上述层叠体的内模。然后,使挠性护套向外模的内周面(肋模)膨胀后将层叠体(压缩橡胶层)压入肋模中,进行硫化。然后,从外模中拔出内模,将具有多个肋的硫化橡胶套筒从外模中脱模后,使用切割器,将硫化橡胶套筒以规定宽度沿周向切割,从而加工成多楔带。在该第二制造方法中,可以使具备延伸层、芯体、压缩橡胶层的层叠体一次性膨胀从而加工成具有多个肋的套筒(或多楔带)。
(第三制造方法)
与第二制造方法相关,例如可以采用日本特开2004-82702号公报中公开的方法(仅使压缩橡胶层膨胀而制成预成形体(半硫化状态),接着使延伸层和芯体膨胀而压接于上述预成形体,进行硫化一体化从而加工成多楔带的方法)。
实施例
以下,基于实施例对本发明更详细地进行说明,但本发明不受这些实施例限定。需要说明的是,以下示出实施例中使用的原料的详细和测定的评价项目的评价方法。
[原料]
高伸长率类型的单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维:帝人株式会社制造的“Twaron(注册商标)2100”、拉伸弹性模量为62GPa、拉伸强度为3100MPa
标准类型的单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维:帝人株式会社制造的“Twaron(注册商标)1014”、拉伸弹性模量为82GPa、拉伸强度为2800MPa
预浸处理液:以10质量%的比例含有聚合异氰酸酯的甲苯溶液
间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)处理液:含有4质量份的间苯二酚与甲醛的预聚物(间苯二酚2.6质量份、甲醛1.4质量份)、17.2质量份的胶乳(苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶共聚物、日本Zeon株式会社制造)、78.8质量份的水的混合液
外涂处理液:含有9.3质量份的表1中示出的胶粘橡胶层用的橡胶组合物、0.7质量份的聚合异氰酸酯、90质量份的甲苯的混合液
EPDM:Dupont Dow Elastomer Japan株式会社制造的“IP3640”、门尼粘度为40(100℃)
碳HAF:东海Carbon株式会社制造的“シースト3”
含水二氧化硅:Tosoh Silica株式会社制造的“Nipsil VN3”、BET比表面积为240m2/g
间苯二酚·甲醛缩合物:间苯二酚小于20%、甲醛小于0.1%
抗老化剂:精工化学株式会社制造的“ノンフレックスOD3”
硫化促进剂DM:二硫化二-2-苯并噻唑
聚酰胺短纤维:旭化成株式会社制造的“66ナイロン”
石蜡类软化剂:出光兴产株式会社制造的“ダイアナプロセスオイル”
有机过氧化物:化药Akzo株式会社制造的“パーカドックス14RP”。
实施例1~11和比较例1~12
[芯线的制作]
作为实施例1~7和比较例1~4中所使用的芯线,将高伸长率类型的单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维的复丝(纤度1100分特)以表3所示的初捻度沿一个方向进行初捻,将其四根拉齐后以表3所示的复捻度沿着与初捻相反的方向进行复捻,从而分别制作出总纤度为4400分特的合股捻绳(S捻、Z捻)。将如此得到的合股捻绳在预浸处理液中浸渍10秒钟,然后在180℃下进行了4分钟热处理。接着,将预浸处理后的合股捻绳在RFL处理液中浸渍10秒钟,然后在230℃下进行了2分钟热处理。进一步,将RFL处理后的合股捻绳在外涂处理液中浸渍3秒钟,然后在150℃下进行4分钟热处理,由此,得到了被胶粘橡胶包覆的处理绳。另一方面,作为比较例5~7中所使用的芯线,除了使用标准类型的单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维以外,通过与实施例1~7和比较例1~4相同的方法制作出处理绳。另外,作为实施例8~11和比较例8~12中所使用的芯线,将高伸长率类型的单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维的复丝以表4所示的初捻度沿一个方向进行初捻,将其三根拉齐后以表4所示的复捻度沿着与初捻相反的方向进行复捻,从而分别制作出总纤度为3300分特的合股捻绳(S捻、Z捻),除此以外,通过与实施例1~7和比较例1~4相同的方法制作出处理绳。实施例1~7和比较例1~7中得到的处理绳的芯线径以直径计为φ0.82mm,实施例8~11和比较例8~12中得到的处理绳的芯线径以直径计为φ0.72mm。
[处理绳的拉伸强度]
使用万能精密材料试验机(株式会社岛津制作所制造的“AGS-J10kN”)在拉伸速度为50mm/分钟的条件下对一根所得到的处理绳进行拉伸,测定了处理绳的断裂时的强力。根据该强力值以下述基准来评价处理绳的拉伸强度,将结果示于表3和4中。
○:650N以上(拉伸强度高)
△:600N以上且小于650N(实用上没有问题)
×:小于600N(实用上有问题)。
[多楔带的制作]
首先,在表面平滑的圆筒状的成形模具的外周卷绕一层(层叠一张)带橡胶的棉帆布,在该棉帆布的外侧卷绕由表1中示出的橡胶组合物形成的未硫化的胶粘橡胶层用片。接着,在从胶粘橡胶层用片上使S捻的处理绳和Z捻的处理绳以0.95mm或0.85mm的节距并列的状态下,将两根处理绳(S捻、Z捻)以螺旋状旋压卷绕,进一步,在其之上依次卷绕由上述橡胶组合物形成的未硫化的胶粘橡胶层用片和由表2中示出的橡胶组合物形成的未硫化的压缩橡胶层用片。在压缩橡胶层用片的外侧配置有硫化用护套的状态下,将成形模具放入硫化罐中进行硫化。将硫化后得到的筒状的硫化橡胶套筒从成形模具中取出,利用研磨机将硫化橡胶套筒的压缩橡胶层同时磨削出多个V字形槽,然后以对硫化橡胶套筒进行环切的方式利用切割器沿周向进行切割,由此得到了形成有三个肋的周长为1100mm的多楔带(所得到的带在图1所示的方向的剖视图中S捻的处理绳与Z捻的处理绳交替并列)。
表1(胶粘橡胶层用组合物)
构成成分 质量份
EPDM 100
硬脂酸 1
氧化锌 5
碳HAF 35
含水二氧化硅 20
间苯二酚·甲醛缩合物 2
抗老化剂 2
硫化促进剂DM 2
六甲氧基羟甲基三聚氰胺 2
1
合计 170
表2(压缩橡胶层用组合物)
构成成分 质量份
EPDM 100
聚酰胺短纤维 15
棉短纤维 25
氧化锌 5
硬脂酸 1
巯基苯并咪唑 1
碳HAF 60
石蜡类软化剂 10
有机过氧化物 4
二苯甲酰·醌二肟 2
合计 223
[带的拉伸强度]
使用万能试验机(株式会社岛津制作所制造的“UH-200kNX”)在拉伸速度为50mm/分钟的条件下对所得到的多楔带进行拉伸,测定了多楔带的断裂时的强力。根据该强力值以下述基准来评价多楔带的拉伸强度,将结果示于表3和4中。
○:6000N以上(拉伸强度高)
△:5700N以上且小于6000N(实用上没有问题)
×:小于5700N(实用上有问题)。
[耐弯曲疲劳性]
将所得到的多楔带如图2所示卷绕于驱动带轮11(直径120mm、转速:4900rpm)、从动带轮12(直径120mm、负荷:8.8kW)、惰轮带轮13(直径85mm)和张紧带轮14(直径45mm、轴载荷:60kgf(恒定)),在120℃的气氛温度下,使其走行200小时。关于带走行试验前后的带拉伸强度,使用万能试验机(株式会社岛津制作所制造的“UH-200kNX”)在拉伸速度为50mm/分钟的条件下进行拉伸,测定带的断裂时的强力,强力保持率通过下式来计算。进一步地,将以下述基准对计算出的强力保持率进行评价的结果示于表3和4中。
强力保持率(%)=(弯曲试验后的强力/弯曲试验前的强力)×100
(强力保持率的评价)
○:强力保持率为85%以上(耐弯曲疲劳性良好)
△:强力保持率为80%以上且小于85%(实用上没有问题)
×:强力保持率小于80%(实用上有问题)。
[耐弹出性]
耐弹出性的评价中,将在以下所示的高张力试验、过张力试验中芯线从带侧面跳出5mm以上的情况判断为存在弹出。高张力试验和过张力试验的带走行试验条件除了轴载荷以外与上述耐弯曲疲劳性的评价中的带走行试验条件相同,高张力试验的轴载荷设定为82kgf,过张力试验的轴载荷设定为104kgf。将以下述基准对高张力试验和过张力试验的结果进行评价的结果示于表3和4中。
○:在两个试验中没有发生弹出(耐弹出性良好)
△:虽然在过张力试验中发生了弹出,但在高张力试验中没有发生弹出(实用上没有问题)
×:在两个试验中都发生了弹出(实用上有问题)。
[综合判断]
将以下述基准对拉伸强度、耐弯曲疲劳性、耐弹出性的结果进行评价的结果也示于表3和4中。
○:在各评价项目中,没有×判定且○为两个项目以上(高水平地同时达成拉伸强度、耐弯曲疲劳性、耐弹出性)
×:在各评价项目中,单个的判定即使有一个项目为×、或者△为两个项目以上(没有高水平地同时达成拉伸强度、耐弯曲疲劳性、耐弹出性)
[结果和考察]
根据表3明显可知,对于包含四根初捻丝的合股捻绳而言,在原丝类型为高伸长率类型、并且初捻度在43次/10cm~50.3次/10cm的范围内、并且复捻系数相对于初捻系数之比在0.33~0.66的范围内的实施例1~7中,综合判定为“○”,高水平地同时达成了拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性,满足近年来的搭载于汽车用发动机的带所要求的性能。
在比较例1和3中,拉伸强度低的原因推测是由于初捻度过多。另外,在比较例2和4中,耐弯曲疲劳性低的原因推测是由于初捻度过少。
在实施例1~7中,认为由于初捻度保持在适度的范围,因此兼顾了拉伸强度和耐弯曲疲劳性。特别是在初捻度为46.7次/10cm的实施例3~5中,能够确认到强力保持率(耐弯曲疲劳性)相对较高。
接着,关注于耐弹出性,在实施例1、比较例1和5中,在过张力试验和/或高张力试验中发生弹出,判定为“×”或“△”。这三个例子中,复捻系数相对于初捻系数之比的值分别为0.33、0.30、0.38,较小,相对于初捻,复捻处于不足的状态。因此,认为初捻与复捻的解捻扭矩没有被抵消,带的直进性降低,从而导致弹出的发生。需要说明的是,关于实施例1和比较例5,只在过张力试验中发生了弹出,认为在适度张力下的使用中没有发生弹出,耐弹出性判断为没有问题的水准,但是,考虑到像搭载有ISG的发动机那样配置的复杂化、负荷变动的增大今后也会继续,对于它们的严格要求,实施例4的构成更有效。
此外,着眼于复捻系数相对于初捻系数之比大的情况时,在比较例4中复捻系数相对于初捻系数之比的值为0.74,但是,耐弯曲疲劳性的判定为“×”。另外,实施例7也是复捻系数相对于初捻系数之比为0.66这样的较大值,但是,耐弯曲疲劳性的判定为“△”,认为复捻系数相对于初捻系数之比的值增大时耐弯曲疲劳性趋于降低。通过上述可知,通过使复捻系数相对于初捻系数之比的值保持在适当的范围内,能够兼顾耐弹出性和耐弯曲疲劳性。特别是在复捻系数相对于初捻系数之比为0.49的实施例4中,强力保持率(耐弯曲疲劳性)最高。
另一方面,根据比较例5~7的综合判定全部为“×”可知,使用标准类型的单一重复单元的对位系芳族聚酰胺纤维作为原丝的情况下,不能高水平地同时达成拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性。可以推断出其原因在于,即使例如调节捻度、复捻系数相对于初捻系数之比,原丝本身的拉伸强度、耐弯曲疲劳性也低。
根据表4明显可知,对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,在复捻度在11.1次/10cm~14.8次/10cm的范围内、并且复捻系数相对于初捻系数之比在0.50~0.74的范围内的实施例8~11中,综合判定为“○”,高水平地同时达成拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性,满足近年来搭载于汽车用发动机的带所要求的性能。对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,与包含四根初捻丝的合股捻绳相比,在复捻度多、捻系数比大方面良好。此外,捻丝的根数少,因此,认为通过减少初捻度而使芯线节距变窄能够兼顾拉伸强度和耐弯曲疲劳性。特别是在复捻度为14.8次/10cm、初捻度为38.4次/10cm的实施例10中,能够确认到强力保持率(耐弯曲疲劳性)最高。
需要说明的是,在这次试验条件下虽然数据方面没有出现差异,但是认为,对于包含三根初捻丝的合股捻绳而言,由于捻系数比增大(接近1)而解捻扭矩减小,因此,与包含四根初捻丝的合股捻绳相比,耐弹出性也提高。
另一方面,尽管复捻度适当,但是,在比较例8中,初捻度过多,因此,耐弹出性降低;在比较例9中,初捻度过少,因此,耐弯曲疲劳性降低。另外,在比较例10中,复捻度多,初捻度过少,因此,耐弯曲疲劳性降低;在比较例11中,复捻度和初捻度均过少,因此,耐弯曲疲劳性和耐弹出性两者都降低。此外,在比较例12中,复捻度和初捻度均过多,因此,带拉伸强度降低。
详细且参考特定的实施方式对本发明进行了说明,但是,对于本领域技术人员而言显而易见的是,在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以加以各种修正、变更。
本申请基于2016年10月20日提出的日本专利申请2016-206182和2017年10月2日提出的日本专利申请2017-192971,将其内容作为参考并入本文中。
产业上的可利用性
本发明的合股捻绳能够用于各种传动带[例如,V型带、多楔带等摩擦传动带、齿形带、双面齿形带等啮合传动带等]的抗张力体等,可以适合地用作多楔带的芯线,从高水平地同时提高拉伸强度、耐弯曲疲劳性和耐弹出性的观点出发,可以特别适合地用作用于驱动搭载有ISG的发动机的多楔带的芯线。
符号说明
1…芯线
2…压缩橡胶层
3…楔部
4…胶粘橡胶层
5…延伸层

Claims (14)

1.一种合股捻绳,其包含三根含有对位系芳族聚酰胺纤维的初捻丝,其中,
所述对位系芳族聚酰胺纤维具有1000分特~1250分特的平均纤度、55GPa~70GPa的拉伸弹性模量和2800MPa~3500MPa的拉伸强度,
所述合股捻绳中,所述初捻丝的初捻度为33次/10cm~40次/10cm,复捻的方向为与初捻相反的方向,复捻系数相对于初捻系数之比为0.25~1。
2.如权利要求1所述的合股捻绳,其中,合股捻绳的复捻度为10次/10cm~15次/10cm。
3.如权利要求1或2所述的合股捻绳,其中,合股捻绳的复捻系数相对于初捻系数之比为0.5~0.75。
4.一种合股捻绳,其包含四根含有对位系芳族聚酰胺纤维的初捻丝,其中,
所述对位系芳族聚酰胺纤维具有1000分特~1250分特的平均纤度、55GPa~70GPa的拉伸弹性模量和2800MPa~3500MPa的拉伸强度,
所述合股捻绳中,所述初捻丝的初捻度为42次/10cm~52次/10cm,复捻的方向为与初捻相反的方向,复捻系数相对于初捻系数之比为0.25~1。
5.如权利要求4所述的合股捻绳,其中,合股捻绳的复捻度为5次/10cm~15次/10cm。
6.如权利要求4或5所述的合股捻绳,其中,合股捻绳的复捻系数相对于初捻系数之比为0.33~0.66。
7.如权利要求1~6中任一项所述的合股捻绳,其中,合股捻绳的平均直径为0.7mm~0.9mm。
8.如权利要求1~7中任一项所述的合股捻绳,其中,对位系芳族聚酰胺纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。
9.权利要求1~8中任一项所述的合股捻绳的制造方法,其包含:
初捻工序,将对位系芳族聚酰胺纤维沿一个方向进行初捻而得到初捻丝;
复捻工序,将三根或四根所述初捻工序中得到的初捻丝拉齐后沿着与初捻相反的方向进行复捻而得到合股捻绳。
10.一种传动带,其包含由权利要求1~8中任一项所述的合股捻绳形成的抗张力体。
11.如权利要求10所述的传动带,其中,抗张力体为芯线,芯线的平均节距为0.8mm~1.05mm。
12.如权利要求10或11所述的传动带,其中,所述传送带还含有压缩橡胶层,所述压缩橡胶层由含有橡胶成分的橡胶组合物形成。
13.如权利要求12所述的传动带,其中,橡胶成分为乙烯-α-烯烃弹性体。
14.一种方法,其中,为了驱动搭载有ISG的发动机而使用权利要求10~13中任一项所述的传动带。
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