CN116733906A - 传动带 - Google Patents

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CN116733906A CN202310715438.7A CN202310715438A CN116733906A CN 116733906 A CN116733906 A CN 116733906A CN 202310715438 A CN202310715438 A CN 202310715438A CN 116733906 A CN116733906 A CN 116733906A
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Bando Chemical Industries Ltd
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Abstract

一种传动带(B)，其包括弹性体制成的带主体(11)和碳纤维制成的芯线(12)，该芯线设置为埋设在带主体(11)中并且形成在带宽方向上具有间距的螺旋。在从与芯线(12)的长度方向正交的侧面观察芯线时，构成芯线(12)的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝(F)与芯线(12)的长度方向所成的角度θ为8°以上且20°以下。

Description

传动带
本申请是申请日为2021年7月1日、申请号为202180033001.4(国际申请号为PCT/JP2021/024895)、发明名称为“传动带”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种传动带。
背景技术
使用了碳纤维制成的芯线的传动带已为众人所知。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，其包括带主体和芯线，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，在从与所述芯线的长度方向正交的侧面观察所述芯线时，构成所述芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与所述芯线的长度方向所成的角度为8°以上且20°以下。
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是从与长度方向正交的侧面观察埋设在齿形带主体中的芯线时的主视图；
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，并由聚氨酯树脂所形成的弹性体制成。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进行反应而得到的、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构成。
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JISK7312：1996测量的。
如图2所示，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。从获得优异的耐久性的观点出发，芯线12的外径D优选为0.4mm以上且2.7mm以下，更优选为0.5mm以上且2.4mm以下。
从获得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F的外径优选为4μm以上且9μm以下，更优选为6μm以上且8μm以下。
从获得优异的耐久性的观点出发，构成芯线12的碳纤维的长丝F的总根数优选为3000根(3K)以上且60000根(60K)以下，更优选为9000根(9K)以上且54000根(54K)，进一步优选为12000根(12K)以上且48000根(48K)以下。从同样的观点出发，构成芯线12的碳纤维的细度优选为200tex以上且4000tex以下，更优选为600tex以上且3600tex以下，进一步优选为800tex以上且3200tex。
从获得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。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。
从获得优异的耐久性的观点出发，在构成单捻线的芯线12的碳纤维的长丝F的总根数小于24000根(24K)的情况下，芯线12的每10cm长度的捻度优选为2.0捻/10cm以上且25.0捻/10cm以下，更优选为3.0捻/10cm以上且19.0捻/10cm以下，进一步优选为5.0捻/10cm以上且11.0捻/10cm以下。从获得优异的耐久性的观点出发，在构成单捻线的芯线12的碳纤维的长丝F的总根数为24000根(24K)以上的情况下，芯线12的每10cm长度的捻度优选为1.5捻/10cm以上且7.5捻/10cm以下，更优选为2.3捻/10cm以上且6.6捻/10cm以下，进一步优选为3.5捻/10cm以上且5.5捻/10cm以下。
在从与芯线12的长度方向正交的侧向观察芯线12时，构成芯线12的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝F与芯线12的长度方向所成的角度θ为8°以上且20°以下。从获得优异的耐久性的观点出发，该长丝F与芯线12的长度方向所成的角度θ优选为8°以上且20°以下，更优选为10°以上且19°以下。
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布置成在带宽方向上留有间隔地并行延伸，此时，从获得优异的耐久性的观点出发，芯线12在每10mm带宽上的根数优选为3根/10mm以上且16根/10mm以下，更优选为4根/10mm以上且15根/10mm以下。需要说明的是，由于芯线12设置为形成在带宽方向上具有间距的螺旋，因此芯线12的长度方向相对于带长方向倾斜。但是，由于该倾斜角度很微小，因此构成芯线12的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝F与芯线12的长度方向所成的角度θ和长丝F与带长方向所成的角度实质上相同。
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相对应的部分以侧视时朝内周侧鼓出的方式进入齿部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。
从获得优异的耐久性的观点出发，实施方式所涉及的齿形带B在带伸长率为0.1％时，每1mm带宽的带张力T0.1优选为30N/mm以上，更优选为45N/mm以上；而从避免弯曲刚性变高，抗弯疲劳性能遭受破坏的观点出发，该带张力T0.1优选为50N/mm以下，更优选为45N/mm以下。
该带张力T0.1按以下所述求出。首先，在25℃的环境下，将实施方式所涉及的齿形带B缠绕在带拉伸试验机的带轮直径分别为95.4mm的一对平带轮上，该齿形带B的带背面与该一对平带轮接触。接下来，使一个平带轮以50mm/分钟的速度远离另一个平带轮。此时，以经由一对平带轮中的任一者检测到的张力产生时为起点，记录一对平带轮间的位移与检测到的张力之间的关系。接着，将一对平带轮间的位移乘以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来计算带张力，并将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求出带张力T0.1。
根据以上结构的实施方式所涉及的齿形带B，在从与芯线12的长度方向正交的侧面观察芯线12时，构成芯线12的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝F与芯线12的长度方向所成的角度θ为8°以上且20°以下，由此能够得到优异的耐久性。可以推测，这是因为能够抑制构成芯线12的作为脆性材料的碳纤维的长丝F发生过大的应变之故。
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，由于剖面呈与齿部112相对应的形状的、沿轴向延伸的凹槽32在周向上隔开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，无纺布13和芯线12设置为该无纺布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的聚氨酯组合物注入并填充到密闭的空腔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的带坯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，也可以将加强布设置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。
在上述实施方式中，齿形带B的齿形带主体11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】
[试验评估1]
(齿形带)
制作了实施例1以及比较例1-1和比较例1-2的齿形带。在表1中也示出了这些齿形带各自的结构。
<实施例1>
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1。实施例1的齿形带的带长为1400mm，带宽为14mm，带厚(最大)为8.6mm。齿部为ISO13050：2014(E)中规定的S14M。
所使用的用于形成齿形带主体的聚氨酯组合物，相对于100质量份的聚氨酯预聚物，添加了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而制成的。形成齿形带主体的聚氨酯树脂根据日本工业标准JIS K7312测得的硬度为92°。
作为芯线，使用了将长丝束(长丝的总根数：48000根、总细度：3200tex)以每10cm长度的捻度为4捻/10cm的方式朝一个方向加捻而成的单捻线，该长丝束是将4根长丝根数为12000根的碳纤维(东丽卡T700SC-12000日本东丽公司制造、12K、800tex、长丝的外径：7μm)拉齐而得到的。构成芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与芯线的长度方向所成的角度为10°。作为单捻线的芯线，准备了S捻线和Z捻线，并让这些捻线经过了粘接处理，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。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4根。芯线的外径为2.0mm。
作为无纺布，使用了通过针刺法在不加压的情况下制成的尼龙纤维制无纺布。无纺布没经过粘接处理。
实施例1的齿形带的每1mm带宽的带强度为1302N/mm。带张力T0.1为40.0N/mm。
＜比较例1-1＞
在比较例1-1的齿形带中，使用了碳纤维制的合股线(长丝的总根数：48000根、总细度：3200tex)作为芯线，除此以外，其他方面都与实施例1相同。合股线按照如下所述制成：将与在实施例1中所使用的相同的、长丝根数为12000根的碳纤维的长丝束，以每10cm长度的捻度为4捻的方式朝着一个方向加捻而制成初捻线，将4根该初捻线汇集并拉齐，然后，这次将其以每10cm长度的捻度为4捻的方式，朝着与初捻线相反的方向加捻，由此制成合股线。构成合股线的芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与芯线的长度方向所成的角度为7°。
比较例1-1的齿形带的每1mm带宽的带强度为1267N/mm。带张力T0.1为38.5N/mm。
＜比较例1-2＞
在比较例1-2的齿形带中，芯线的每10cm长度的捻度为6捻/10cm，除此以外，其他方面都与实施例1相同。构成芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与芯线的长度方向所成的角度为21°。
比较例1-2的齿形带的每1mm带宽的带强度为640N/mm。带张力T0.1为41.0N/mm。
【表1】
(带耐久试验)
图4示出带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1以及比较例1-1和比较例1-2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，并且由对从动带轮42施加1960N的固定轴荷(SW)，从而对齿形带B施加1000N的张力，并且对从动带轮42施加120N·m的负荷转矩。在该状态下，使主动带轮41以1800rpm的转速旋转。并且，测量到齿形带B断裂为止的时间，以该时间作为带耐久寿命。
(试验结果)
在表1中示出了试验结果。由此可知，实施例1与比较例1-1和比较例1-2相比，耐久性非常优异。
[试验评估2]
(齿形带)
制作了实施例2-1和实施例2-2以及比较例2-1和比较例2-2的齿形带。在表2中也示出了各例中的齿形带的结构。
＜实施例2-1＞
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2-1。实施例2-1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。
作为芯线，使用了将与实施例1中所使用的相同的、长丝根数为12000根的碳纤维的长丝束以每10cm长度的捻度为6捻/10cm的方式朝着一个方向加捻而得到的单捻线。构成芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与芯线的长度方向所成的角度为9°。作为单捻线的芯线，准备了S捻线和Z捻线，并让这些捻线经过了粘接处理，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。
作为用于形成齿形带主体的聚氨酯组合物和无纺布，使用了与实施例1相同的聚氨酯组合物和无纺布。
实施例2-1的齿形带的每1mm带宽的带强度为1150N/mm。带张力T0.1为44.4N/mm。
＜实施例2-2＞
在实施例2-2中，芯线的每10cm长度的捻度为10捻/10cm，除此以外，其他方面都与实施例2-1相同。构成芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与芯线的长度方向所成的角度为19°。
实施例2-2的齿形带的每1mm带宽的带强度为738N/mm。带张力T0.1为40.5N/mm。
＜比较例2-1＞
在比较例2-1中，芯线的每10cm长度的捻度为4捻/10cm，除此以外，其他方面都与实施例2-1相同。构成芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与芯线的长度方向所成的角度为6°。
比较例2-1的齿形带的每1mm带宽的带强度为811N/mm。带张力T0.1为32.7N/mm。
＜比较例2-2＞
在比较例2-2中，芯线的每10cm长度的捻度为12捻/10cm，除此以外，其他方面都与实施例2-1相同。构成芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与芯线的长度方向所成的角度为21°。
比较例2-2的齿形带的每1mm带宽的带强度为694N/mm。带张力T0.1为42.8N/mm。
【表2】
(带耐久试验)
此处所使用的带运行试验机40与在试验评估1中所使用的带运行试验机相同，具有图4所示的带轮布局，并且实施例2-1和实施例2-2以及比较例2-1和比较例2-2的齿形带B的齿部分别与该带运行试验机40的主动带轮41和从动带轮42啮合。
针对实施例2-1和实施例2-2以及比较例2-1和比较例2-2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306N的张力，并且对对从动带轮42施加34.5N·m的负荷转矩。在该状态下，使主动带轮41以4218rpm的转速旋转。并且，测量到齿形带B断裂为止的时间，以该时间作为带耐久寿命。
(试验结果)
在表2中示出了试验结果。由此可知，实施例2-1和实施例2-2与比较例2-1和比较例2-2相比，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
F 长丝
S 带坯
11 齿形带主体
111 平带部
112 齿部
12 芯线
13 无纺布
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 (11)

1.一种传动带，其特征在于：包括带主体和芯线，所述带主体呈环形，并由弹性体制成，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，
在从与所述芯线的长度方向正交的侧面观察所述芯线时，构成所述芯线的碳纤维的长丝束中的位于最外部的长丝与所述芯线的长度方向所成的角度为8°以上且20°以下。
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：
所述碳纤维的长丝的外径为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长丝的总根数为3000根以上且60000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：
构成作为所述单捻线的所述芯线的、所述碳纤维的所述长丝的总根数3000根以上且小于24000根，并且所述芯线的每10cm长度的捻度为2.0捻/10cm以上且25.0捻/10cm以下。
8.根据权利要求6所述的传动带，其特征在于：
构成作为所述单捻线的所述芯线的、所述碳纤维的所述长丝的总根数为24000根以上且60000根以下，并且所述芯线的每10cm长度的捻度为1.5捻/10cm以上且7.5捻/10cm以下。
9.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3根/10mm以上且16根/10mm以下。
10.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。
11.根据权利要求10所述的传动带，其特征在于：
当带伸长率为0.1％时，每1mm带宽的带张力T0.1为30N/mm以上且50N/mm以下。
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