CN114286903A - 中心帘线行v形带 - Google Patents

Abstract

一种中心帘线行V形带，其具有：嵌入在非常高模量的粘着胶中的螺旋缠绕的抗拉帘线的径向居中帘线行；上帘线的层；和下帘线的层。粘着胶具有基本上各向同性的模量，而上帘线和下帘线在顺纹模量和横纹模量方面具有各向异性。上帘线和下帘线的横纹模量小于粘着胶的模量。各向异性模量是被定向的短纤维以及顺纹模量在皮带中被轴向定向的结果。粘着胶优选不具有短纤维。皮带优选地不具有增强织物层并且不具有织物包裹。粘着胶、上帘线的层和下帘线的层优选基于乙烯‑α‑烯烃弹性体，其具有过氧化物硫化物、增强填料和α‑β‑不饱和有机酸的金属盐。皮带可在内径向表面和外径向表面中的一者或两者上具有槽口以用于额外的柔性。

Description

中心帘线行V形带

技术领域

本发明总体涉及一种没有织物增强件的中心帘线行V形带，更具体地涉及一种V形带，其具有很高模量的粘着胶和较小模量的纤维负载上帘线和下帘线。

中心帘线行(“CCL”)V形带已为人所知数十年。在帘线行位于皮带中心的条件下，硫化的皮带板坯或套筒可以切割成单独的皮带，该单独的皮带以材料浪费最少或无材料浪费的方式为交替倒置的和正立的皮带。中心帘线行还可以使V形带更稳定，即在使用中不易翻转。然而，与帘线行更靠近皮带顶部的现代V形带相比，由于帘线较低，因此CCL V形带被称为“低质量”皮带(即较低的承载能力)。因为V形形状，因此与靠近皮带的较宽顶部的帘线相比，在中心帘线行处穿过皮带宽度可装配的帘线更少，从而导致较低的抗拉强度。居中的帘线下方的支撑材料也较少，从而趋于降低横向刚度并且易于导致边缘帘线比中心帘线伸长得更多(凹压或下垂)，由此致使更早出现皮带失效。帘线上方的拉力区段中的材料越多，则中心帘线行皮带就越容易出现背部开裂。这些问题的现有解决方案通常涉及使用增强织物层来加强皮带，但这增加了皮带的成本且增加了制造步骤。由于这些问题，因此中心帘线行皮带在30年或更长时间内一直不受欢迎。

在美国专利第3,941,005和3,869,933号中公开了示例性的中心帘线行V形带，并且在美国专利第4,231,826和3,869,933号中公开了示例性的高帘线行皮带。后者的专利描述了CCL V形带中的帘线行下垂问题，并提出了增加织物层或抬高帘线行的解决方案。

美国专利第5,610,217和6,616,558号中公开了基于EPDM(三元乙丙橡胶)和其它乙烯-α-烯烃弹性体材料的皮带。

美国专利第4,106,966和2,016,140号中公开了带槽口或齿槽的V形带和方法。

Timken公司在手册“Carlisle Super II V﹣Belt for HVAC”，2017，货号10952中披露了一种最先进的EPDM CCL V形带，该皮带具有许多织物层压件。

需要一种可以在产生最少废料情况下制造但具有足够好的性能和足够低的成本以使得商业上可行的中心帘线行V形带。需要没有织物增强件的CCL V形带。

发明内容

本发明针对提供更灵活、更具成本效益的CCL V形带的系统和方法，这些CCL V形带具有良好的性能特征，其可以使用产生最少浪费材料的方法进行制造。

本发明涉及一种中心帘线行V形带，其具有：嵌入在非常高模量的粘着胶中的螺旋缠绕抗拉帘线的径向居中的帘线行；上帘线的层；和下帘线的层。粘着胶具有基本上各向同性的模量，而上帘线的层和下帘线的层具有不同的顺纹(with-grain)模量和横纹(cross-grain)模量。上帘线和下帘线的横纹模量小于粘着胶的模量。各向异性的模量是被定向的短纤维以及顺纹模量在皮带中被轴向定向的结果。粘着胶优选不具有短纤维。皮带优选地不具有增强织物层并且不具有织物包裹。粘着胶、上帘线的层和下帘线的层优选基于乙烯-α-烯烃弹性体，其具有过氧化物硫化物、增强填料和α-β-不饱和有机酸的金属盐。

优选的构造最大化轴向或横向刚度与弯曲刚度的平衡或比率。皮带可以在内径向表面和外径向表面中的一者或两者上具有槽口，这进一步增强了皮带的柔性。

前述内容已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以为了使本发明的下面的详细描述能够得到更好的理解。本发明的附加特征和优点将在下文描述，这些特征和优点构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以被容易地用作修改或设计其它结构以用于实现与本发明相同目的的基础。本领域技术人员还应当认识到，这种等效结构并不脱离所附权利要求中阐述的发明范围。当结合附图考虑时被认为是本发明特征的、关于其组织和操作方法的新特征与进一步的目的和优点一起将从以下描述中更好地被理解。然而，需要明确理解的是，所提供的每个附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在作为本发明的限制的定义。

附图说明

并入并构成说明书中的一部分的附图示出了本发明的实施例(其中相同的数字指代相同的部分)，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图l是本发明的第一实施例的局部部段透视图；

图2为本发明的第二实施例的局部部段透视图。

图3是本发明的第三实施例的局部部段透视图；

图4是本发明的第四实施例的局部部段透视图；

图5是制造本发明的实施例的过程中某一环节的局部部段视图；

图6是用于表征本发明的负载测试的布局的示意图；

图7是用于表征本发明的弯曲测试的布局的示意图；

图8是用于表征本发明的稳定性测试的布局的示意图；和

图9是例如皮带的功率损失相对皮带张力的关系图。

具体实施方式

本发明涉及V形带，其定义为这样的环形动力传输带，所述环形动力传输带具有梯形横截面以及以V形或部分V形布置成角度的轴向侧面。根据本发明的V形带具有弹性体皮带主体和嵌入其中的纵向延伸的螺旋缠绕的抗拉帘线。中心帘线行V形带具有在这样的层中的张力帘线，该层大体上大约位于皮带主体的径向中间。如背景技术中所述，V形带的性能取决于在皮带传动装置中用于拉动负载的高抗拉强度、以及在其处于V形滑轮或带轮中时用于抵抗V角侧上的楔入力的高横向刚度、以及良好的纵向柔性，所述良好的纵向柔性用来最大限度地减少围绕皮带传动装置中的带轮弯曲而造成的能量消耗和热量积聚。这三个目标往往互相矛盾。具有高横向刚度的橡胶复合物通常在纵向方向上具有相同的刚度。即使是各向异性橡胶复合物也不会在横向刚度和纵向刚度之间提供足够的差异(或足够高的刚度比)。使用各种纺织物来加强皮带也可能是不够的，而且肯定会增加皮带的成本和制造复杂性。通常增加的刚度还要求将帘线行移向皮带的顶部(径向外表面)，在所述顶部处，在弯曲过程中抗拉应变最高。因此，在保持或提高皮带的性能或质量的同时，难以获得CCL V形带的制造优势。

根据本发明的实施例，提供这样的CCL V形带，其具有高横向刚度、高抗拉强度、良好的柔性，从而在弯曲和负载能力测试中具有良好的皮带寿命。本发明的皮带除了抗拉帘线本身之外不具有织物或纺织增强件。具有中心帘线行允许高效制造并减少浪费。中心抗拉帘线层包括螺旋缠绕的抗拉帘线和非常高模量的粘着胶。皮带主体的其余部分(即上帘线的层和下帘线的层)包括纤维负载的高模量橡胶复合物。

图1﹣图4示出了本发明V形带的四个实施例。

图1示出了本发明的第一实施例。在图1中，V形带10包括抗拉层12，其包括抗拉帘线13和非常高模量的复合物14，所述复合物在本文中称为粘着胶14。V形带10还包括上帘线16和下帘线18。

在图2中示出了本发明的第二实施例。在图2中，V形带20包括抗拉层12，所述抗拉层包括抗拉帘线13和粘着胶14。V形带10还包括上帘线16和下帘线18。V形带20还包括位于皮带内表面或底面的单组槽口25。槽口是交替的凹陷或低谷以及齿或齿状突起。这些交替的凹陷以及突起可以优选遵循如图所示的大体正弦路径，当皮带在其运行过程中围绕带轮或滑轮经过时，这可以分散和最小化弯曲应力。

在图3中示出了本发明的第三实施。在图3中，V形带30包括抗拉层12，所述抗拉层包括抗拉帘线13和粘着胶14。V形带10还包括上帘线16和下帘线18。V形带30还包括位于皮带的外表面或顶面的单组槽口37。

在图4中示出了本发明的第四实施例。在图4中，V形带40包括抗拉层12，该抗拉层包括抗拉帘线13和粘着胶14。V形带10还包括上帘线16和下帘线18。V形带20还包括分别位于上帘线和下帘线中的两组槽口25和37。

在每个实施例中，抗拉帘线层均包括抗拉帘线和非常高模量的橡胶复合物，所述橡胶复合物在本文中也称为“粘着胶”。应该理解的是，对抗拉帘线、下帘线和上帘线的粘合只是粘着胶的功能之一。该复合物也是高横向刚度的关键。高模量的抗拉帘线层被限制在一个相对较薄的层中，该层位于皮带主体的中心，这有助于抗拉层在纵向方向上保持足够的柔性。抗拉帘线层的厚度可能仅略大于帘线的直径，最多为帘线直径的几倍。对于直径约为1mm的帘线，抗拉帘线层的厚度范围可以处于约1mm至约7mm，或厚度范围处于1.5mm至5mm，或厚度范围处于2mm至3mm。对于其它尺寸的V形带和帘线，抗拉帘线层的厚度(包括抗拉帘线和粘着胶)可以处于1到7，或1到5，或1.5到5，或2到3帘线直径的范围。

技术人员也将容易理解，在图1﹣图4中，粘着胶14以夸大的形式示出，以便在视觉上将其与皮带的其它弹性体部分区分开。实际上，硫化的复合物通常在视觉上无法与周围的弹性体皮带主体部分区分开，除非在特定情况下，例如，在粘着胶14和下帘线18和/或上帘线16中的一个加载有纤维而另一个未加载有纤维的情况下。此外，粘着胶不需要在上帘线或下帘线处形成完全平坦的界面，或者不需要类似于图中暗示的比例。根据粘着胶的应用方式和皮带的模制方式，粘着胶也可以包括突出部或其它形状的流线，而非图中所示的光滑分界面。

抗拉帘线可以是已知用于V形带的任何期望的高模量纤维材料。抗拉帘线可以是聚酯、尼龙、玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺(对位、间位或共聚芳族聚酰胺)、钢丝或线缆或它们的组合。聚酯、尼龙和芳族聚酰胺是优选的帘线材料。抗拉帘线可以具有任何所需的结构，即纱线样式、捻度、合股或多股线缆等。抗拉帘线可以利用任何所需的上浆、涂层、粘合剂等处理。

皮带主体的抗拉区段或上帘线16位于抗拉帘线层的径向外侧，即，所述抗拉区段或上帘线是当皮带处于正立位置时的皮带的顶层。皮带主体的压缩区段或下帘线18位于抗拉帘线层的径向内侧，即，所述压缩区段或下帘线是当皮带处于正立方向时的底层。因此，抗拉区段中的橡胶复合物被称为上帘线。压缩区段中的橡胶复合物被称为下帘线。由于抗拉帘线层位于中心，因此上帘线的厚度与下帘线的厚度大致相同。上帘线和下帘线可以具有相同的成分，以使得无论是从同一套筒上剪下的倒置皮带或正立皮带，它都将具有相同的成分和可比的性能。优选地，下帘线和上帘线的复合物具有相同的成分。优选地，下帘线和上帘线的复合物具有比粘着胶更大的柔性和抗裂性。通常，更大的柔性需要更低的模量、更高的伸长率等。可以选择上帘线和下帘线的复合物以在成角度的侧面和滑轮之间提供所需的摩擦系数(“COF”)。上帘线和下帘线的COF将主导V形带的摩擦性能，因为它们相对于抗拉帘线层中的粘着胶具有更大的表面积。短纤维可以被包含在上帘线和下帘线的复合物中。短纤维可以有助于提供所需的COF。当轴向定向(即在皮带中横向定向)时，短纤维可以帮助提供横向刚度，同时对纵向柔性的影响最小。

图5示出了用于制造本发明的CCL V形带的一种可能的制造过程中的一个环节。可以提供心轴50，在所述心轴上构建皮带材料。圆柱形的心轴(具有光滑的圆柱形表面)可用于使具有内表面和外表面中的一者或两者的V形带光滑。可以使用带凹槽的或波浪形的心轴来构建和/或模制带槽口的实施例。替代地，带凹槽或波浪形的基体可以缠绕在光滑的心轴上以模制带槽口的实施例。可以先在心轴上施加下帘线或上帘线之一。然后，可以在其上施加抗拉帘线层的材料。抗拉帘线层12可以以多种方式施加。抗拉帘线可以螺旋地缠绕在心轴上。抗拉帘线可以包括以平行方式同时施加的两条帘线，例如“S”加捻帘线和“Z”加捻帘线。粘着胶14可以施加在抗拉帘线之前或之后，或作为两层(一层在抗拉帘线之前，一层在抗拉帘线之后)施加。最后，在上面施加上帘线和下帘线中的另一个。由此得到的构建的材料层称为皮带板坯或皮带套筒52。

皮带套筒52可以在心轴50上硫化，或移动到第二心轴或模具以进行固化(或硫化)。可以以本领域已知的任何方式完成硫化。一种典型的方法是围绕心轴上的皮带套筒放置一个硫化袋，并施加足以硫化皮带套筒的热量和压力。如果需要槽口，硫化袋可以是带凹槽的或波浪形的。替代地，如果需要槽口，则在放置光滑的硫化袋之前，可以将带槽或波浪形的基体围绕皮带板坯缠绕。硫化后，可以将皮带套筒从心轴或模具上取下，或在心轴或模具上进一步处理。最重要的进一步处理步骤是切割皮带套筒以形成单独的CCL V形带。优选的方法是交替切割角，如图5所示，使得与倒置皮带55交替切割出正立皮带54。这种切割方法最大限度地利用了材料，从而导致每个皮带套筒只有两个部分皮带端件53作为废料。可以在单独的切割装置上进行切割，以避免损坏心轴或模具。

可以执行的其它处理步骤包括在皮带上施加标签或印刷，触摸研磨或机加工一个或多个表面以用于所需的最终效果或外观，以及翻转倒置生产的皮带以呈现正立定向。

如果希望将不同的复合物用于上帘线和下帘线，则可以通过对套筒进行V形切割，或通过方形切割然后磨削V角来将皮带制成相同的。因此，根据优选的制造工艺，所有的皮带都可以以全部倒置或正立形式制造。当然，这将意味着该工艺无法实现减少浪费，而这是制造CCL V形带的主要原因。

皮带两侧上的槽口基本上是相同的，但它们并不相互成镜像。经济地生产输送带所需的工艺不允许顶部和底部槽口间距完全相等。因此，顶部和底部槽口的峰和谷以一定的周期性进入和退出相位。周期性或间距可能取决于皮带周长，这是因为一个槽口图案向内弯曲，而另一个槽口向外弯曲。因此，任何皮带的任意点处的顶部至底部槽口定向通常是随机的。

粘着胶、上帘线和下帘线的复合物优选为橡胶配方，其基本弹性体选自乙基-α-烯烃共聚物。合适的乙烯-α-烯烃共聚物包括聚(乙烯-丙烯)、聚(乙烯-丁烯)、聚(乙烯-戊烯)等直至并包括聚(乙烯-辛烯)。合适的共聚物包括上述中的任意者，其还可以包括一种或多种其它的单体，例如硫化部位的二烯单体或其它的不饱和组分。最著名的示例是三元乙丙橡胶(EPDM)。在此，所有此类乙烯-α-烯烃弹性体及其混合物将被称为“乙烯弹性体”(“EE”)。

用于粘着胶、下帘线和下帘线的复合物的橡胶配方优选包括α-β-不饱和有机酸的金属盐。可用于本发明的α-β-不饱和有机酸的金属盐是酸的金属盐，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、乙基丙烯酸、乙烯基丙烯酸、衣康酸、甲基衣康酸、乌头酸、甲基乌头酸、巴豆酸、α-甲基巴豆酸、抗坏血酸、肉桂酸和2，4-二羟基肉桂酸。这些盐可以是锌、镉、钙、镁、钠或铝，并且优选是锌的那些。优选的α-β-不饱和有机酸的金属盐是二丙烯酸锌和二甲基丙烯酸锌。最优选的不饱和有机酸的金属盐是二甲基丙烯酸锌。可用于本发明的金属盐的量取决于配制皮带的哪种组分。

用于粘着胶、上帘线和下帘线的复合物的橡胶配方优选包括一种或多种增强填料。优选的增强填料包括二氧化硅和碳黑。填料的量和类型取决于配制皮带的成分。一般而言，结构较高、颗粒尺寸较小的填料更具有增强性，因此优选用于获得在本发明中有用的高模量复合物。

粘着胶优选为非常高模量的复合物。模量可以通过任何合适的直接测量来测量，例如ASTM D412或ISO 37。模量也可以通过间接测量来指示，例如邵氏硬度计，优选是A或D型，例如ASTM D2240中所教导的，或使用IRHD型，例如ASTM D1415中教导的。硫化流变仪测试(例如在ASTM D5289中描述的移动模具流变仪)上的MH(即达到的最高扭矩)也是在高温下粘着胶的非常高模量的良好指标。粘着胶优选包括无短纤维增强件。虽然已知短纤维会显著增加模量，特别是当它们的长宽比很高时，但尚未发现这种效果在CCL V形带的抗拉帘线层中是有利的。因此，优选的粘着胶在其物理性质上是适当各向同性的。优选地，粘着胶的各向异性(例如定义为顺纹/横纹模量)小于2.0，或小于1.5，或小于1.2。对于粘着胶，α-β-不饱和有机酸的金属盐的量的范围可以从约20phr至约50phr，并且优选从约25phr至约35phr。Phr是指每一百份橡胶或弹性体的组分或多个组分中的份数。用于粘着胶的增强填料优选主要是二氧化硅，可选地也具有一些碳黑。在相似的负载下，通常发现二氧化硅产生比碳黑更高的模量。增强填料的总含量可以在约30phr至约200phr的范围内，优选约40phr至约100phr。硅烷、钛酸盐或锆酸盐偶联剂也可与增强填料一起使用，以进一步增强复合物的模量和其它物理性能。非常高模量的粘着胶可以使用美国专利第5,610,217号和美国专利第6,616,558号中阐述的相关教导来配制，但关于使用短纤维或不连续纤维的教导除外。

基于根据ASTM D412在室温下测定的10％伸长率(“M10”)下的抗拉应力，粘着胶的模量的优选范围大于500psi(3.45MPa)。在125℃(257℉)下，粘着胶的针对M10的优选范围在顺纹和横纹方向上均大于250psi(1.72MPa)，或大于350psi(2.41MPa)，或从400psi(2.76MPa)到约600psi(约4.14MPa)。由硬度计硬度指示的优选模量大于约90邵氏硬度A，或大于约40邵氏硬度D，或从40至60邵氏硬度D。优选MH值大于80in-lb.(9N-m)，或大于90in-lb.(10N-m)或大于100in-lb.(11N-m)，或大于110in-lb.(12N-m)，或者在80到140in-lb.(9﹣16N-m)，或者90到130in-lb.(10﹣15N-m)，或者100到120in-lb.(11﹣14N-m)，或者110到130in-lb.(12﹣15N-m)。可以在177℃或更高的温度、优选地198℃或200℃下测量MH。

上帘线优选比粘着胶具有低模量配方。优选地，通过添加通过压延、挤压或其它加工操作定向的短纤维，使上帘线的特性具有各向异性。纤维的定向方向称为“顺纹”方向，与纤维正交的方向称为“横纹”方向。上帘线优选具有比粘着胶模量更低的横纹模量，但由于纤维的原因，其相对于所述粘着胶模量在顺纹方向上具有相当甚至更大的模量。重要的结果是，在皮带纵向方向(其将是复合物的横纹方向)上，上帘线具有适当的柔性，以承受在使用过程中围绕滑轮缠绕时的皮带的部分所经历的更高应变下的重复弯曲。另一方面局限于抗拉帘线层的区域的粘着胶在皮带使用过程中不会经历如此严重的应变和应力。因此，粘着胶模量确实可以做得非常高。

下帘线还优选具有比粘着胶更低模量的配方。下帘线还优选通过添加短纤维而在性能上具有各向异性，这些短纤维通过压延，挤出或其它加工操作定向，使顺纹方向在皮带的宽度上对准。下帘线的配方可以与上帘线的配方相同。当上帘线和下帘线是相同的配方并且两者都横向于皮带中的帘线方向定向时，从同一皮带套筒以倒置和正立定向切割出的单个皮带将具有匹配的结构(如图5所示)。

在室温(“RT”)下，上帘线和下帘线的M10优选范围在横纹方向上大于100psi(0.69MPa)，或大于200psi(1.38MPa)，或大于300psi(2.07MPa)，或大于400psi(2.76MPa)，并且在顺纹方向上大于200psi(1.38MPa)，大于400psi(2.76MPa)，大于600psi(4.14MPa)，或大于900psi(6.21MPa)。因此，上帘线和下帘线的基于在室温下M10的各向异性之比优选大于2.0、大于2.5、或约3或大于3.0。在125℃下的上帘线和下帘线的M10的优选范围在横纹方向上大于50psi(0.35MPa)、大于100psi(0.69MPa)、大于200psi(1.38MPa)或大于250psi(1.72MPa)、或者高达约200psi(约1.38MPa)、400psi(2.76MPa)或600psi(4.14MPa)，而在顺纹方向上大于100psi(0.69MPa)、大于200psi(1.38MPa)、大于500psi(3.45MPa)，或大于600psi(4.14MPa)。因此，上帘线和下帘线的基于在125℃下的M10的各向异性之比优选大于2.0、大于2.5、或约3或大于3.0。在室温下由硬度计硬度指示的上帘线和下帘线的优选模量大于约75、80、85或90邵氏硬度A，或大于约30或40邵氏硬度D，或为40至60邵氏硬度D。由硬度计硬度指示的上帘线和下帘线的优选模量比粘着胶的模量小几点，或小3至20点，或者小从5到10点。优选的MH值小于80in-lb(9Nm)，或小于70in-lb(8Nm)或小于60in-lb(7Nm)，或小于50in-lb(6Nm)，或处于20in-lb到80in-lb(2﹣9Nm)的范围内，或处于25到70in-lb(3﹣8Nm)，或处于30到60in-lb(3﹣7Nm)。可以在177℃或更高的温度下(最好在198℃或200℃下)测量MH。

可用于上帘线和下帘线的复合物的短纤维可以是任何常规或合适的材料或形式，其包括例如棉、洋麻、木材、人造丝、聚酯、芳纶、碳(包括纳米管)、聚酰亚胺、聚乙烯醇、尼龙和玻璃纤维的材料；并且其形式包括短纤维或短切纤维以及纸浆纤维或植绒纤维。所述纤维可选地利用上浆、粘合剂或本领域公知的其它常规和/或合适的纤维处理来处理。优选的纤维是棉、尼龙、聚酯和芳纶。最优选的是棉。所需的含量应该是由熟练的从业者应根据增强填料和其它成分的含量能够容易识别的。一般来说，纤维的量的范围可以从约1phr到约75phr，或者按照体积从约10％到约20％。短纤维长度可达约7mm。一些天然短纤维可能具有更长的长度。短切的合成纤维通常在1mm至3mm的范围内有用。

下帘线和上帘线的配方还可以利用美国专利第5,610,217号和美国专利第6,616,558号中阐述的相关教导，所述教导包括关于使用短纤维或不连续纤维的教导。

只要得到所需的属性，粘着胶、上帘线和下帘线的复合物还可以包括：其它的弹性体，所述其它的弹性体以按照重量计占总弹性体小于50％，优选小于20％而被混合；其它的增强和非增强填料；加工助剂和分散助剂；抗降解剂；增塑剂、软化剂和油；助剂；硫化物等等。

任何合适的硫化系统都可以用于粘着胶、上帘线和下帘线，并且它们可以都是相似的，以用于获得最大的相容性和粘合性。优选地，复合物利用有机过氧化物或其它促进自由基的材料硫化，可选地在混合的硫化系统中存在少量的硫。用于硫化乙烯弹性体的合适的过氧化物包括例如过氧化二异丙苯、双(叔丁基过氧化二异丙苯、过苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁酯、2，5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧己烷、α-α-双(叔丁基过氧)二异丙苯。优选的有机过氧化物的硫化剂是α-α-双(叔丁基过氧)二异丙苯。用于本发明目的的有机过氧化物的硫化有效量通常为约2phr至约10phr。优选的有机过氧化物含量为约4phr至约6phr。可选地将硫作为混合硫化系统的一部分以从约0.01phr至约1.0phr的量添加到有机过氧化物硫化剂中。

可以根据ASTM D430方法B中描述的DeMattia疲劳试验或根据ASTM D813的穿孔DeMattia裂纹扩展试验来测量复合物的柔性或抗弯曲性。以千周(“kcycles”)为单位测量的初始裂纹扩展至一英寸(试样宽度)的弯曲寿命可用作弯曲下复合物性能的相对指标。

可以根据已知方法混合所述复合物。例如，它们可以在密炼机中混合，在轧机上完成，并压延到所需的宽度和厚度，以用于使纤维定向并在心轴上构建V形带。可以使用典型的硫化温度和压力。

在表1中示出了用于粘着胶以及用于上帘线和下帘线两者的示例配方，其中量以phr给出。复合物的一些特性列于表2中。在表2中，Tb是断裂时的抗拉应力，Eb是根据ASTMD412、die-C、以6in./min(150mm/min)拉动在断裂时的伸长率。除了列出的特性之外，DeMattia裂纹扩展测试还以300cpm、0.5"(1.27cm)冲程在125℃、w/g条件下在上帘线/下帘线的复合物上进行。在缺少棉纤维的上帘线复合物上重复了相同的测试。有纤维的平均弯曲寿命约为5kcycles/in.，没有纤维时约为19kcycles/in。这说明有利的是当模量非常高的配方时从粘着胶中省略纤维并且降低加载纤维的上帘线/下帘线复合物的模量。

表1

¹40％活性剂成分

表2

如本文结合图5所述制造的示例(“Ex.”)CCL V形带。该皮带是所谓的“B截面”皮带，标称长度为42英寸(107cm)，外周长为45英寸(114cm)。该示例皮带由上述复合物和聚酯抗拉帘线(S加捻，每英寸16.5帘线的条件下具有大约0.050"(1.27mm)直径)构造。示例1根据图1的实施例构造为没有槽口。构成抗拉帘线层的压延的粘着胶的总厚度为0.024英寸(0.061cm)。示例1皮带的总厚度为0.39英寸(9.9mm)。示例2的构造与示例1类似，但粘着胶的厚度为0.060英寸(0.152cm)。示例2皮带的总厚度为0.36英寸(9.1mm)。

示例4是根据图4的实施例的制造有双槽口的创新CCL V形带。示例4的总厚度为0.43英寸(10.9mm)。

为了与本发明的皮带进行比较，还制造或获得对比示例(“Comp.Ex.”)皮带。对比示例3是如示例1和示例2的CCL V形带，但完全利用上面提到的上帘线/下帘线配方制成，即没有非常高模量的粘着胶。同样，对比示例5是如示例4的CCL V形带但完全利用上面提到的上帘线/下帘线配方制成，即没有非常高模量的粘着胶。

对比示例6是盖茨公司以商标

出售的传统商用B42织物包裹的V形带。对比示例6与图1一样是平的，即没有槽口。对比示例6中的聚酯抗拉帘线定位于皮带主体的顶部1/3处，因此不是CCL皮带。对比示例7是由Timken公司以商标

SuperII出售的毛边层压CCL V形带。对比示例7是B62结构，其外周长为65英寸(165cm)。因此，针对对比示例7的皮带测试结果必须使用SAE J637的寿命长度2.75幂律关系而被调整为等效长度基础以用于与其它示例比较。对比示例7优于包裹式V形带。因此，对比示例6和对比示例7代表最先进的商用皮带。

进行了三种不同的皮带测试来评估本发明皮带的性能。测试是负载耐久性测试、弯曲测试和稳定性测试。对于所有示例皮带，并非所有的测试都被完成。表3中记录了这些测试的结果。对于前5个示例，测试了构建和切割过程中的倒置和正立传送带。在弯曲测试中，倒置的输送带的性能有望优于正立式输送带，因为背侧的惰轮是测试中最严重的弯曲应力引发因素。

图6中所示的负载测试是一个两点测试，其中围绕4.75英寸(12.1cm)直径的驱动器62和从动滑轮63之间被拖曳的皮带60在室温下、以1750转/分钟和两种不同的负载条件下运行。第一个负载条件以262磅(1170N)的总张力和10马力(7.5千瓦)的负载运行。第二个负载条件以313磅(1390N)的总张力和12马力(8.9千瓦)的负载运行。通过使用比实际实践中推荐的用于皮带的马力和张力显著更高的马力和显著更高的张力，可以大大加快负载测试。此外，作为第一个近似，预计马力增加10％会使皮带寿命减半。为了比较，向对比示例3推荐的最大马力在约70磅(310N)的总张力下约为3.8马力(2.8kW)。

图7示出的弯曲测试在4.75英寸(12.1cm)直径的驱动器72、从动滑轮73、以及具有5英寸(12.7cm)直径的平背侧惰轮74上、且在室温下以3600转/分钟和50磅(220N)总张力运行并且没有负载。通过使用比实际使用的用于皮带的推荐的直径小得多的惰轮直径，可以大大加快弯曲测试。ARPM标准为这些皮带推荐的最小背侧惰轮直径约为7.7英寸(约19.6cm)。

如图8所示的稳定性测试包括增加错位角84直到皮带60翻转。稳定性测试的布局是两点测试，所述测试在室温下在6.75英寸(17.1cm)直径的带轮82和83上且在室温下以700转/分钟和260磅(1160N)的总张力运行。各带轮轴线平行，但一个带轮82沿其轴线移位，直到皮带60因翻转而失效。翻转时的错位角84指示皮带的稳定性。

在表3中示出了皮带测试的可用结果。可以从该数据进行若干比较。首先比较粘着胶厚度的影响。在示例2中发现的较厚的粘着胶在12马力(8.9kW)和10马力(7.5kW)负载测试中给予示例2优于示例1的表现。这些测试在高张力下进行，因此需要良好的横向刚度，所述良好的横向刚度由抗拉帘线层中的粘着胶提供。两种厚度水平在不会引起太大的横向应力的弯曲测试中都表现良好，但要求纵向柔性，所述纵向柔性由较低模量的上帘线和下帘线提供。在示例4中添加槽口导致最佳的弯曲测试结果，但在10马力(7.5kW)负载测试中寿命稍短。12马力(8.9kW)测试对于这些皮带结构中的一些而言根本不现实。

同样，将具有粘着胶的皮带(示例1、2和4)与没有粘着胶的皮带(对比示例3和5)进行比较显示，具有粘着胶的本发明的皮带通常产生更好的性能。

最后，本发明的CCL V形带(示例1、2和4)与商用最先进的皮带对比示例6和7相比比较有利。

表3

¹NA＝无效，即，未测试出

本发明的CCL-V形带因此提供了许多优点。通过避免通常的织物层压或包裹，制造变得更简单，材料成本降低。通过应用本文所述的高模量材料，其性能可以出乎意料地等于或甚至优于传统的层压或包裹式V形带。因此，意外地克服了针对CCL V形带的差质量的名声。

通过在CCL V形带的两侧模制出槽口，进一步降低了弯曲过程中的应变水平，并进一步降低了材料成本。同时，仍然避免使用织物。双槽口CCL V形带比传统的带状(包裹)V形带具有更好的性能。

本领域技术人员可以认识到，本发明的皮带在负载和弯曲测试中表现良好的原因是轴向刚度和纵向柔性的最佳组合。皮带需要一定的轴向刚度以能够承受载荷。抗拉皮带为向带轮施加扭矩提供了大部分的抗拉强度，但帘线需要横跨V形带轮的“桥”来支撑它。如果没有被完全支撑，则边缘帘线将比中心中的帘线拉伸得更多，从而导致皮带较早失效。因此，对于单纯载荷承载，需要非常坚硬的弹性体材料。

然而，皮带还必须在其运行(纵向)方向上弯曲。因此，由于滞后损失，非常坚硬的皮带效率将较低，并且由于较高的皮带工作温度，它们会更快失效。因此，需要一种具有高轴向刚度与纵向刚度比率的皮带。不仅该比率很重要。还将存在所需的最小轴向刚度以及最大允许弯曲刚度。

传递轴向刚度(或横向刚度)和纵向柔性的一种方法是应用具有各向异性特性的弹性体材料。当通过压延和切割/翻转而被正确对准时，短纤维增强的弹性体可以产生明显的正交各向异性的材料模量。传统上，大部分轴向刚度都依赖于这种方法。在这里，这种方法以保持良好柔性的方式应用于上帘线和下帘线。然后还应用了第二种获得轴向刚度的方法，即粘着胶。这些粘着胶的传统功能只是在抗拉帘线周围流动并粘合在抗拉帘线上。在本发明中，粘着胶是一种在帘线周围的、在窄带中的超高模量材料。因此，与传统皮带相比，这种材料在皮带的轴向刚度中所提供的贡献要大得多，同时使高刚度材料保持在非常靠近皮带的中性轴线的位置。因此，超高模量材料永远不会经历可能导致滞后损失的高应变，但它仍将提供足够的轴向刚度。结果是在距离中性轴线较远的皮带的上帘线和下帘线区域中的柔性弹性体材料得到了更好的平衡。结果是皮带具有良好的负载耐久性和柔性。结果是具有良好能量效率和低滞后损失或低热量积聚的皮带。与比如聚氯丁二烯或丁苯橡胶的传统弹性体相比，使用EE材料还可以产生非常高的耐热性(可能高达280℉或140℃的工作温度)。

因此，本发明涉及：

一种具有足够的轴向刚度(抗拉帘线支撑)以能够高效地很好地承载负载同时仍然具有低纵向弯曲刚度的皮带。

一种皮带，其中轴向刚度与弯曲刚度(或损失)的比率被最大化。计划对该比率进行测量。

一种皮带，其中大部分轴向刚度由围绕抗拉帘线的非常高模量的弹性体(即粘着胶)的薄层所提供。该抗拉帘线层的厚度优选在1mm至5mm之间(包括抗拉帘线和粘着胶)。该层的厚度也可以指定为帘线直径的倍数或指定为总皮带厚度的百分之几。在皮带的上帘线和下帘线中，皮带的其余部分可以由更柔韧的材料组成，以最小化弯曲刚度。

优选地，抗拉帘线位于皮带的中心线处。

皮带可以在一侧或两侧上带有槽口。

可以应用本文描述的特征的任何组合。

本文所述的本发明的V形带构造可用于多种V形带应用。应该认识到，这种结构也可以用作其它类型或样式的V形带的基础皮带主体，所述其它类型或样式的V形带例如为织物包裹的V形带(带状V形带)。本发明的结构也可以用作动力带的基础，即多个V形带绑在一起。它也可用于变速V形带。

如果愿意放弃制造优势，则本文所述的皮带材料可应用于高帘线V形带。

在另一系列测试中，发现本发明的皮带构造导致比其它V形带构造更高的效率或更高效的皮带性能。在该测试中，布局如图6所示，其中带轮62和63的外径为5.75英寸，B截面皮带的节圆直径为5.40英寸。驱动器在没有施加扭矩的情况下以1770转/分钟运行。在功率损耗测试期间，测量平均负载、平均驱动器速度和平均驱动器扭矩。首先，通过在每个轮毂负载处运行非常薄的小皮带来确定轴承损失或驱动器的寄生扭矩(parasitic torque)。然后运行各种示例皮带并减去轴承损失以确定由于皮带构造而在给定轮毂负载处的功率损失。所确定的功率损失以mW(毫瓦)为单位在表4中记录。本发明的CCL皮带(无论是倒置还是正立切割的)运行的功率损耗比传统的对比示例皮带中的任一种都要少得多。

功率损耗相对于轮毂负载在图9中绘制，其中很明显的是表4中针对每个皮带的数据都很好地拟合了一条直线。示例2的线远低于对比示例的线。将本发明皮带与对比皮带分开的虚线可由等式1给出：

功率损耗(mW)＝轮毂负载(N)/60(mW/N)+15(mW)。

因此，本发明的皮带可以通过该不等式描述的设计区域来表征：功率损耗(mW)≤轮毂负载(N)/60(mW/N)+15(mW)。该结果是针对标称顶部宽度为5/8英寸以及长度为45英寸的B截面V形带生成，但如果以适当的比例增减、测试布局来测量，预计至少大致适用于其它V形带的截面、长度和尺寸。术语“截面”是指皮带的横截面形状或轮廓，如本领域公知的那样。

表4功率损耗(mW)

再次概括地说，本发明的V形带具有中心帘线，因此它们可以从它们制成的板坯上切割而不具有浪费，然后一半被倒置使用，一半被正立使用。本发明的皮带在帘线行处具有非常高模量的粘着胶层，并且在帘线行下方和上方均具有较低模量的材料。本发明的皮带没有额外的织物或纺织增强层。然而，本发明的皮带在负载寿命测试和弯曲测试中的表现优于具有更高帘线行的传统缠绕V形带或织物增强的CCL V形带。此外，本发明的CCL V形带可以表现出比传统V形带更低的功率损耗。

尽管已经详细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限定的本发明范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。正如本领域普通技术人员从本发明的公开内容中容易理解的那样，执行与本文所描述的对应实施例基本相同的功能或获得与本文所描述的对应实施例基本相同结果的目前存在或之后发展的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤可以根据本发明来使用。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在它们的范围内。本文公开的本发明可以在缺少本文未具体公开的任何元件的情况下适当地实施。

Claims (13)

1.一种中心帘线行V形带，包括：嵌入在非常高模量的粘着胶中的螺旋缠绕的拉伸帘线的径向居中帘线；上帘线的层；和下帘线的层；

其中所述粘着胶包括基本上各向同性的模量；所述上帘线的层和所述下帘线的层包括不同的顺纹模量和横纹模量；所述上帘线和下帘线的横纹模量小于所述粘着胶的模量。

2.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，其中由在177℃或更高温度下的移动模具硫化流变仪上的MH值所指示的非常高模量的所述粘着胶的模量大于80in.-lb或9.0N-m。

3.根据权利要求2所述的中心帘线行V形带，其中由在177℃或更高温度下的移动模具硫化流变仪上的MH值所指示的所述上帘线和所述下帘线的模量小于80in.-lb或9.0N-m。

4.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，其中，所述上帘线和所述下帘线的各向异性的模量是被定向的短纤维以及所述顺纹模量在所述皮带中被轴向定向的结果。

5.根据权利要求4所述的中心帘线行V形带，其中，所述上帘线和所述下帘线的各向异性的模量由大于2.0的顺纹模量与横纹模量之比指示。

6.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，其中所述粘着胶不具有短纤维。

7.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，其中所述粘着胶的基本上各向同性的模量由小于2.0的顺纹模量与横纹模量之比指示。

8.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，所述中心帘线行V形带不具有增强织物层并且不具有织物包裹。

9.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，其中所述粘着胶、上帘线的层和下帘线的层基于乙烯-α-烯烃弹性体，其具有过氧化物硫化物、增强填料和α﹣β不饱和有机酸的金属盐。

10.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，所述中心帘线行V形带包括位于内径向表面和外径向表面中的一者或两者上的槽口。

11.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，其具有权利要求2至10的限制的任意组合。

12.根据权利要求1所述的中心帘线行V形带，其中在两点无扭矩测试仪上测量的以毫瓦为单位的功率损耗处于小于或等于以牛顿为单位的轮毂负载除以60再加上15毫瓦的范围内。

13.一种中心帘线行V形带，具有这样的功率损耗，在两点无扭矩测试仪上测量的以毫瓦为单位的所述功率损耗处于小于或等于以牛顿为单位的轮毂负载除以60再加上15毫瓦的范围内。

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