CN115461558B - 传动带 - Google Patents

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Abstract

传动带(B)包括由弹性体制成的带主体(11)和埋设在该带主体中的由碳纤维制成的芯线(12)。当带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为70N/mm以上。当带伸长率为0.5％时，每1mm带宽的带张力T0.5为220N/mm以上。带张力T0.2与带张力T0.5之比为0.33以上。

Description

传动带
技术领域
本发明涉及一种传动带。
背景技术
使用了由碳纤维制成的芯线的传动带已为人所知。例如，在专利文献1中公开了在橡胶制的带主体中埋设有由碳纤维制成的芯线的齿形带。
专利文献1：日本公开专利公报特开2005－24075号公报
发明内容
本发明以一种传动带为对象，所述传动带包括带主体和芯线，所述带主体由弹性体制成，所述芯线由碳纤维制成，所述芯线设置为埋设在上述带主体中并且形成在带宽方向上具有间距的螺旋，当带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为70N/mm以上，当带伸长率为0.5％时，每1mm带宽的带张力T0.5为220N/mm以上，并且所述带张力T0.2与所述带张力T0.5之比为0.33以上。
附图说明
图1A是实施方式所涉及的齿形带的一段的立体图；
图1B是实施方式所涉及的齿形带的一部分的纵剖视图；
图2是示出带拉伸试验机的结构的图。
图3A是实施方式所涉及的齿形带的制造方法的第一说明图；
图3B是实施方式所涉及的齿形带的制造方法的第二说明图；
图3C是实施方式所涉及的齿形带的制造方法的第三说明图；
图4是带运行试验机的带轮布局图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行详细的说明。
图1A和图1B示出实施方式所涉及的齿形带B。实施方式所涉及的齿形带B是啮合传动带，例如适用于机床、印刷机、纺织机、注塑成型机等高负荷传动用途。实施方式所涉及的齿形带B的带长例如为500mm以上且3000mm以下。带宽例如为10mm以上且200mm以下。带厚(最大)例如为3mm以上且20mm以下。
实施方式所涉及的齿形带B包括齿形带主体11，该齿形带主体11呈环形，并由聚氨酯树脂形成的弹性体制成。齿形带主体11具有平带部111和多个齿部112，该平带部111的剖面呈横向长的矩形，该多个齿部112设置在该平带部111的内周侧，与该平带部111形成为一体。多个齿部112在带长方向上以固定间距留有间隔而设。
作为齿部112的侧视时的齿形，例如能够列举出两侧朝外侧呈圆弧状鼓出的STS齿形或梯形齿形等。齿部112的齿数例如为30个以上且400个以下。齿宽(在带长方向上的最大尺寸)例如为2mm以上且10mm以下。齿高例如为2mm以上且8mm以下。布置间距例如为8mm以上且14mm以下。
形成齿形带主体11的聚氨酯树脂是由聚氨酯组合物经过加热和加压而固化得到的，该聚氨酯组合物是通过在聚氨酯预聚物中添加固化剂、增塑剂等添加剂而形成的。
聚氨酯预聚物是由异氰酸酯成分与多元醇成分反应而得到的、在末端具有多个异氰酸酯基(NCO)的、分子量相对较低的聚氨酯化合物。作为异氰酸酯成分，例如能够列举出甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等。作为多元醇成分，例如能够列举出聚四亚甲基醚二醇(PTMG)等。聚氨酯预聚物既可以由单一的聚氨酯化合物构成，也可以由多种聚氨酯化合物混合而成。
作为固化剂，例如能够列举出1，4－苯二胺、2，6－二氨基甲苯、1，5－萘二胺、4，4’－二氨基二苯甲烷、3，3’－二氯－4，4’－二氨基二苯甲烷(MOCA)等胺化合物等。固化剂优选含有这些化合物中的一种或两种以上。作为胺化合物的固化剂优选按照以下所述添加：使固化剂中的NH2基的摩尔数与聚氨酯预聚物中的NCO基的摩尔数之比，即α值(NH2基/NCO基)为0.70以上且1.10以下。
作为增塑剂，例如能够列举出邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等邻苯二甲酸二烷基酯；己二酸二辛酯(DOA)等己二酸二烷基酯；癸二酸二辛酯(DOS)等癸二酸二烷基酯等。增塑剂优选含有这些化合物中的一种或两种以上。增塑剂的添加量例如为：相对于100质量份的聚氨酯预聚物，增塑剂为3质量份以上且20质量份以下。
需要说明的是，作为其他添加剂，例如能够列举出着色剂、消泡剂、稳定剂等。
形成齿形带主体11的聚氨酯树脂的硬度例如为70°以上且100°以下。该聚氨酯树脂的硬度是根据日本工业标准JIS K7312:1996测量的。
实施方式所涉及的齿形带B包括芯线12，该芯线12由碳纤维制成，并埋设在齿形带主体11的平带部111中。从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，芯线12的外径优选为0.6mm以上且2.2mm以下，更优选为0.8mm以上且1.2mm以下。
从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，构成芯线12的碳纤维优选为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。从同样的观点出发，碳纤维的长丝直径优选为4μm以上且9μm以下，更优选为6μm以上且8μm以下。
从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，构成芯线12的碳纤维的总长丝根数优选为6000根(6K)以上且48000根(48K)以下，更优选为9000根(9K)以上且18000根(18K)，进一步优选为12000根(12K)。从同样的观点出发，构成芯线12的碳纤维的细度优选为400tex以上且3200tex以下，更优选为600tex以上且1200tex以下，进一步优选为800tex。
从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，芯线12优选为捻线。作为构成芯线12的捻线，能够列举出单捻线、合股线和同向捻线(lang's lay)。从同样的观点出发，捻线的芯线12优选为将碳纤维的长丝束朝着一个方向加捻而成的单捻线。从同样的观点出发，单捻线的芯线12的捻度优选为4捻/10cm以上且12捻/10cm以下，更优选为6捻/10cm以上且10捻/10cm以下。作为单捻线的芯线12，既可以使用S捻线，也可以使用Z捻线，还可以使用这两者。
芯线12设置为形成在带宽方向上具有间距的螺旋。芯线12也可以设置为由S捻线和Z捻线这两根构成，且这两根捻线形成双螺旋。芯线12被布置成在带宽方向上留有间隔地并行延伸，此时，从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，每10mm带宽上的芯线12的根数优选为6根/10mm以上且10根/10mm以下，更优选为7根/10mm以上且9根/10mm以下。
优选芯线12经过了粘接处理，例如在成型前预先浸泡在液态的粘接剂中，然后使其干燥等。
实施方式所涉及的齿形带B包括无纺布13，该无纺布13沿着带长方向被埋设在齿形带主体11中的、比芯线12在带厚方向上的埋设位置靠内周侧的位置。无纺布13既可以由一片构成，也可以由多片构成。
无纺布13包含形成齿形带主体11的聚氨酯树脂，并设置为在侧视时形成层。无纺布13的与齿部112相对应的部分以在侧视时朝着内周侧鼓出的方式进入到齿部112中，并在带厚方向上扩展得较厚。无纺布13的与齿部112之间相对应的部分与芯线12相接触，并在带厚方向上被压缩得较薄。
作为形成无纺布13的纤维材料，例如能够列举出尼龙纤维、聚酯纤维、芳纶纤维、聚酮纤维、碳纤维等。无纺布13既可以由单种纤维形成，也可以由多种纤维形成。
优选无纺布13经过了粘接处理，例如在成型前预先浸泡在液态的粘接剂中，然后使其干燥等。
实施方式所涉及的齿形带B在带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为70N/mm以上。从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，该带张力T0.2优选为80N/mm以上，更优选为90N/mm以上。从避免弯曲刚性变高而损害抗弯疲劳性能的观点出发，带张力T0.2优选为140N/mm以下，更优选为120N/mm以下。
实施方式所涉及的齿形带B在带伸长率为0.5％时，每1mm带宽的带张力T0.5为220N/mm以上。从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，该带张力T0.5优选为230N/mm以上，更优选为240N/mm以上。从避免弯曲刚性变高而损害抗弯疲劳性能的观点出发，带张力T0.5优选为440N/mm以下，更优选为300N/mm以下。
此处，这些带张力T0.2和带张力T0.5按照以下所述求出。
首先，在25℃的环境下，如图2所示，将实施方式所涉及的齿形带B缠绕在带拉伸试验机20的带轮直径为95.4mm的一对平带轮21上，该齿形带B的带背面与该一对平带轮相接触。
接下来，使一个平带轮21以50mm/分的速度远离另一个平带轮21。此时，记录一对平带轮21间的位移与经由一对平带轮21中的任一者所检测到的张力之间的关系。
接着，将一对平带轮21间的位移乘以2来计算出带伸长量，用该带伸长量除以实施方式所涉及的齿形带B在无负荷状态下的带长，由此将一对平带轮21间的位移换算成带伸长率。另外，用检测到的张力除以2来计算出带张力，并用该带张力除以实施方式所涉及的齿形带B的带宽，由此将检测到的张力换算成每1mm带宽的带张力。
然后，根据这些带伸长率与带张力之间的关系进行零点校正，以便使每1mm带宽的带张力达到50N的点成为起点，然后求出带张力T0.2和带张力T0.5。
实施方式所涉及的齿形带B，带张力T0.2与带张力T0.5之比(带张力T0.2/带张力T0.5)为0.33以上。从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，该带张力T0.2/带张力T0.5优选为0.35以上，更优选为0.38以上。从实用的观点出发，带张力T0.2/带张力T0.5的比值优选为0.55以下，更优选为0.50以下，进一步优选为0.45以下。
根据上述结构的实施方式所涉及的齿形带B，带张力T0.2为70N/mm以上，带张力T0.5为220N/mm以上，并且带张力T0.2与带张力T0.5之比为0.33以上，由此能够得到高负荷传动下的优异的耐久性。推测这是因为，由于带张力T0.2为70N/mm以上且带张力T0.5为220N/mm以上，因此在大范围的高负荷下的使用过程中能够得到优异的尺寸稳定性，除此以外，由于带张力T0.2/带张力T0.5的比值为0.33以上，因此例如即使带伸长率由于带轮的热膨胀而上升，也能够抑制产生过度的张力，从而能够抑制磨损加剧。
接下来，对实施方式所涉及的齿形带B的制造方法进行说明。
首先，如图3A所示，将无纺布13覆盖在圆柱状的内模具31上，并从其上方将芯线12卷绕成螺旋状。此时，剖面呈与齿部112相对应的形状的、沿轴向延伸的凹槽32在周向上留有间隔并以固定间距设置在内模具31的外周，并且在各凹槽32间构成有沿轴向延伸的突条33，因此，将无纺布13和芯线12设置成该无纺布13和芯线12被突条33支承。
接下来，如图3B所示，将内模具31收纳在圆筒状的外模具34中。此时，在内模具31与外模具34之间构成有齿形带主体成型用的空腔C。
然后，如图3C所示，将在聚氨酯预聚物中添加了添加剂而得到的液态聚氨酯组合物注入并填充到已密闭的空腔C中，并且进行加热。此时，聚氨酯组合物流动并固化，由此形成聚氨酯树脂的齿形带主体11。另外，在凹槽32中形成齿部112。芯线12与该齿形带主体11粘接并被埋设在该齿形带主体11中。此外，随着聚氨酯组合物浸渍并固化，无纺布13与齿形带主体11粘接并被埋设在齿形带主体11中。如上所述，齿形带主体11、芯线12和无纺布13一体化而成型为圆筒状带坯S。
最后，将带坯S从内模具31和外模具34脱模，并将其切成环状，由此而得到实施方式所涉及的齿形带B。
需要说明的是，在上述实施方式中，齿形带B由齿形带主体11、芯线12和无纺布13构成，但并不特别限定于此，也可以在齿形带主体的内周侧的齿部侧表面、和/或齿形带主体的外周侧的背面设置加强布。
在上述实施方式中，齿形带B的齿形带主体由聚氨酯树脂形成，但并不特别限定于此，齿形带主体也可以由交联橡胶组合物形成。
在上述实施方式中，作为传动带示出了齿形带B，但并不特别限定于此，也可以是平带、V型带、多楔带等。
[实施例]
(齿形带)
制作了实施例和比较例1～3的齿形带。在表1中也示出了各例中的这些齿形带的结构。
＜实施例＞
将结构与上述实施方式相同的STS齿形的齿形带作为实施例。
实施例的齿形带的带长为800mm，带宽为8mm，带厚(最大)为4.8mm。齿部为ISO13050：2014(E)中规定的S8M。
作为用于形成齿形带主体的聚氨酯组合物，使用了以下聚氨酯组合物：在该聚氨酯组合物中，相对于100质量份的聚氨酯预聚物，添加13质量份的作为固化剂的3，3’－二氯－4，4’－二氨基二苯甲烷、以及10质量份的作为增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯。形成齿形带主体的聚氨酯树脂的根据日本工业标准JIS K7312测得的硬度为92°。
作为芯线，使用了将长丝根数为12000根的碳纤维(Tenax-J UTS50 F22日本帝人公司制造、12K、800tex、长丝直径：7.0μm)的长丝束以每10cm长度的捻度为6捻/10cm的方式朝着一个方向加捻而成的单捻线。作为单捻线的芯线，准备了S捻线和Z捻线并让这些捻线经过粘接处理，在该粘接处理中，在将这些捻线浸渍在粘接剂中后使其干燥。将S捻线和Z捻线的单捻线的芯线设置成它们在带宽方向上交替排列而形成双螺旋。芯线的每10mm带宽上的根数为8根。芯线的外径为0.9mm。
作为无纺布，使用通过针刺法在没有加压的情况下制成的尼龙纤维制的无纺布。没有让无纺布经过粘接处理。
实施例的齿形带的带张力T0.2为100N/mm，带张力T0.5为250N/mm。因此，带张力T0.2/带张力T0.5的比值为0.40。
<比较例1>
比较例1的齿形带的情况如下：芯线的每10mm带宽上的根数为6根，除此以外，其他方面都与实施例相同。
比较例1的齿形带的带张力T0.2为65N/mm，带张力T0.5为200N/mm。因此，带张力T0.2/带张力T0.5的比值为0.33。
<比较例2>
比较例2的齿形带的情况如下：芯线的每10cm长度的捻度为12捻/10cm，芯线的每10mm带宽上的根数为10根，除此以外，其他方面都与实施例相同。芯线的外径为1.0mm。
比较例2的齿形带的带张力T0.2为80N/mm，带张力T0.5为260N/mm。因此，带张力T0.2/带张力T0.5的比值为0.31。
<比较例3>
比较例3的齿形带的情况如下：芯线的每10cm长度的捻度为9捻/10cm，除此以外，其他方面都与实施例相同。芯线的外径为1.0mm。
比较例3的齿形带的带张力T0.2为80N/mm，带张力T0.5为210N/mm。因此，带张力T0.2/带张力T0.5的比值为0.38。
【表1】
实施例 比较例1 比较例2 比较例3
捻度(捻/10cm) 6 6 12 9
芯线的根数(根/10mm) 8 6 10 8
带张力T<sub>0.2</sub>(N/mm) 100 65 80 80
带张力T<sub>0.5</sub>(N/mm) 250 200 260 210
带张力T<sub>0.2</sub>/带张力T<sub>0.5</sub> 0.40 0.33 0.31 0.38
高负荷耐久寿命(时间) 510 90 171 351
(高负荷耐久试验)
图4示出高负荷耐久试验中所使用的带运行试验机40的带轮布局。该带运行试验机40具有主动带轮41和从动带轮42，该主动带轮41的齿数为22，该从动带轮42设置在主动带轮41的右侧，齿数为33。从动带轮42构成为能够左右移动从而能够被施加轴荷，并且构成为也能够被施加负荷转矩。
针对实施例以及比较例1～3各例中的齿形带B，在60℃的环境下，将各例中的齿形带B缠绕在主动带轮41与从动带轮42之间，并且对从动带轮42施加608N的固定轴荷(SW)，从而对齿形带B施加张力，并且对从动带轮42施加34.24N·m的负荷转矩。在该状态下，使主动带轮41以4212rpm的转速旋转。并且，测量了到齿形带B断裂为止的时间，以该时间作为高负荷耐久寿命。
(试验结果)
在表1中示出了试验结果。由此可知，与比较例1～3相比，实施例在高负荷传动下的耐久性非常优异。
－产业实用性－
本发明在传动带的技术领域中是很有用的。
－符号说明－
B 齿形带(传动带)
C 空腔
S 带坯
11 齿形带主体
111 平带部
112 齿部
12 芯线
13 无纺布
20 带拉伸试验机
21 平带轮
31 内模具
32 凹槽
33 突条
34 外模具
40 带运行试验机
41 主动带轮
42 从动带轮。

Claims (12)

1.一种传动带，其特征在于：包括带主体和芯线，所述带主体由弹性体制成，所述芯线由碳纤维制成，所述芯线设置为埋设在所述带主体中并且形成在带宽方向上具有间距的螺旋，
当带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为70N/mm以上，当带伸长率为0.5％时，每1mm带宽的带张力T0.5为220N/mm以上，并且所述带张力T0.2与所述带张力T0.5之比为0.33以上。
2.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
所述带主体由聚氨酯树脂形成。
3.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
构成所述芯线的所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
4.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
所述碳纤维的长丝直径为4μm以上且9μm以下。
5.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
构成所述芯线的所述碳纤维的总长丝根数为6000根以上且48000根以下。
6.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
所述芯线是将所述碳纤维的长丝束朝着一个方向加捻而成的单捻线。
7.根据权利要求6所述的传动带，其特征在于：
所述单捻线的芯线的每10cm长度的捻度为4捻/10cm以上且12捻/10cm以下。
8.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
所述芯线的每10mm带宽上的根数为6根/10mm以上且10根/10mm以下。
9.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
当所述带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为140N/mm以下。
10.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
当所述带伸长率为0.5％时，每1mm带宽的带张力T0.5为440N/mm以下。
11.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
所述带张力T0.2/带张力T0.5的比值为0.55以下。
12.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：
所述带主体为齿形带主体。
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