CN1480659A - 传动带 - Google Patents

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Abstract

提供一种原料橡胶，其具有混合到橡胶组分中的切断芳香聚酰胺纤维和切断聚酯纤维，该橡胶组分是EPDM。该切断聚酯纤维比该切断芳香聚酰胺纤维更长。由该原料橡胶获得或模塑一种传动带。当模塑时，该切断的芳香聚酰胺纤维和该切断的聚酯纤维沿该三角带带体的宽度方向取向。

Description

传动带
技术领域
本发明涉及一种传动带，其用于小型摩托车等传动中的旋转力传递。
背景技术
小型摩托车传动中的传动三角带一般在高温下使用，而且运行时承受宽度方向上的高压。因此，该三角带由氯丁二烯橡胶制成，其具有较高的耐热性，而且在该三角带中混合了切断并且沿三角带宽度方向取向的对位芳香聚酰胺纤维，从而改善该带有关旁压力的强度。由此，传动三角带的耐用性已经改进到某种程度。然而，如果在三角带的宽度方向上受到更高压力，则这种耐用性仍然不足够。
因此，已经提出，混合到带中的切断芳香聚酰胺纤维应该更长，以便改进取向特性，并进一步提高三角带的耐用性。然而，切断的聚酰胺纤维的模量高，而且对于原料橡胶的分散性能差，这样难以用其中混合更长切断芳香聚酰胺纤维的原料橡胶来模塑传动带。因此，使用其中混合更长切断芳香聚酰胺纤维的原料橡胶不可能获得耐用性优良的传动带。
发明内容
因此，本发明的目的之一是，提供耐用性优良的传动带。
按照本发明，传动带具有用原料橡胶模塑的带体、混合到该带体中并且沿该带体上预定方向取向的切断芳香聚酰胺纤维、以及混合到该带体中并且沿预定方向取向的切断聚酯纤维。在该带中，该切断聚酯纤维比该切断芳香聚酰胺纤维更长。
优选切断芳香聚酰胺纤维和切断聚酯纤维沿带体的宽度方向取向。
优选相对于原料橡胶中100份的橡胶组分，将总重量5-30份的切断芳香聚酰胺纤维和切断聚酯纤维混合到原料橡胶中。
优选切断芳香聚酰胺纤维的长度小于3mm，并且切断聚酯纤维的长度小于5mm。
橡胶组分是乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯二烯烃三元共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶和氯丁橡胶等等之中的一种。
优选这些切断聚酯纤维经过涉及涂敷的一种处理，该涂敷使用间苯二酚-福尔马林-乳胶。进一步地，切断聚酯纤维是切断的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)纤维。切断的聚间苯二甲酸亚乙酯纤维、切断的聚对苯二甲酸丁二酯纤维、得自β-丙内酯(propionelactone)开环聚合物的切断纤维或得自对苯二甲酸二甲酯与1，4-环己烷二甲醇聚合的聚合物的切断纤维可用作切断的聚酯纤维。
切断芳香聚酰胺纤维优选是切断的对位芳香聚酰胺纤维和切断的间位芳香聚酰胺纤维中的一种。
该传动带优选是三角带，尤其是嵌齿的三角带。
按照本发明，传动带具有得自且模塑自原料橡胶的带体，该原料橡胶中混合了切断的芳香聚酰胺纤维和切断的聚酯纤维。这种带中，切断的聚酯纤维比切断的芳香聚酰胺纤维更长，而且该切断芳香聚酰胺纤维和切断聚酯纤维沿带体的一个预定方向取向。
附图说明
从参照附图的以下描述中将能更好地理解本发明的目的和优点，其中：
图1是本发明一个实施方案三角带的截面图；
图2是图1所示三角带的局部侧视图；
图3是抗张强度试验结果的曲线图；
图4是抗张强度试验结果的曲线图；
图5是抗压应力试验结果的曲线图；
图6是摩擦系数测量结果的图表；
图7是摩擦系数测量仪器的示意图；
图8是耐用性试验仪器的示意图；
图9是耐用性试验结果的图表；
图10是耐用性试验中常规三角带硬度和张力改变的图表；
图11是耐用性试验中本发明三角带三角带硬度和张力改变的图表；
图12是耐热性试验结果的图表。
具体实施方式
参考这些附图所示实施方案，描述本发明如下。
图1是实施方案中三角带10的一幅截面图。图2是图1所示三角带10的局部侧视图。由原料橡胶模塑成三角带10的带体。原料橡胶由EPDM(三元乙丙橡胶(含双环戊二稀))及其它添加剂组成，EPDM是一种橡胶组分。三角带10具有形成于顶侧的顶部橡胶11，和形成于底侧的底部橡胶12。沿着带10的纵向延伸的帘线14被包埋在顶部橡胶11和底部橡胶12之间。粘合橡胶层13紧密接触地布置在帘线14的顶表面和底表面上。顶部橡胶11的顶表面用面织物16覆盖。底部橡胶12具有嵌齿15，其沿纵向形成波浪状。底部橡胶12的底表面用有齿织物18覆盖。顶部橡胶11和底部橡胶12具有沿宽度方向取向的切断纤维20。切断纤维20是切断的芳香聚酰胺纤维和切断的聚酯纤维。切断的聚酯纤维比切断的芳香聚酰胺纤维长。
经过硫化由原料橡胶片材获得并模塑出三角带10的顶部橡胶11和底部橡胶12。原料橡胶片材含切断纤维，这些纤维事先掺混并沿预定方向取向。原料橡胶片材通过捏和混合了切断纤维的原料橡胶，然后用辊或滚筒(calendar)碾压该原料橡胶而制造。此时，切断纤维20沿碾压方向取向。
切断纤维20越长，则对于原料橡胶的分散性能越差，从而可加工性越差。因此，优选切断芳香聚酰胺纤维的长度为约1-3mm。
然而，如果只有约1-3mm长的切断芳香聚酰胺纤维被混合到原料橡胶片材中，则切断纤维太短，以致于碾压期间不能将它们全部按碾压方向取向。
另一方面，由于切断聚酯纤维的模量小于切断芳香聚酰胺纤维的模量，而且如果混合的切断聚酯纤维更长，则分散性能不会变得更糟。并且进一步地，混合的切断纤维越长，切断纤维沿碾压方向取向的比例越高。因此，如果使用更长的切断聚酯纤维，则能够获得几乎所有切断聚酯纤维都沿预定方向取向的三角带。然而，切断聚酯纤维的强度比切断芳香聚酰胺纤维的低，因此，如果仅混合切断聚酯纤维，则不能显著改进耐用性。
因此，在本实施方案中，将切断芳香聚酰胺纤维和比切断芳香聚酰胺纤维长的切断聚酯纤维混合到原料橡胶中。这种情况下，几乎所有切断聚酯纤维沿碾压方向取向，使得几乎所有切断芳香聚酰胺纤维沿碾压方向取向。因此，沿碾压方向取向的切断纤维比例比仅混合切断芳香聚酰胺纤维时更高。
切断芳香聚酰胺纤维的长度应当小于约3mm，优选约1-3mm，并更优选约1mm。切断聚酯纤维的长度应当小于约5mm，优选约1-5mm，并更优选约3mm。
在此实施方案中，为原料橡胶提供相对于作为橡胶组分的100重量份EPDM，总重量5-30份的切断纤维20(切断芳香聚酰胺纤维和切断聚酯纤维)。更具体地，应当为原料橡胶提供相对于作为橡胶组分的100重量份EPDM，约5-15重量份，更优选约10重量份的切断芳香聚酰胺纤维；和约5-15重量份，更优选约10重量份的切断聚酯纤维。
还可以使用乙烯丙烯共聚物(EPM)、丁腈橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、氯丁橡胶(CR)，或另一种橡胶代替三元乙丙橡胶(EPDM)作为橡胶组分。
优选比切断对位芳香聚酰胺纤维更廉价的切断间位芳香聚酰胺纤维。但是当需要更高耐用性的传动带时，优选强度更高的切断对位芳香聚酰胺纤维而不是切断间位芳香聚酰胺纤维。
切断聚酯纤维优选切断的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)纤维，但是切断聚酯纤维也可以是，切断的聚间苯二甲酸亚乙酯纤维、切断的聚对苯二甲酸丁二酯纤维、得自β-丙内酯(propionelactone)开环聚合物的切断纤维、得自对苯二甲酸二甲酯与1，4-环己烷二甲醇聚合的聚合物的切断纤维或另一种切断纤维。
切断聚酯纤维接受涉及涂敷的一种处理，该涂敷使用间苯二酚-福尔马林-乳胶(RFL)。例如，通过将长纤维浸渍在RFL溶液中、将纤维干燥，然后将它们切断成预定长度，形成该切断聚酯纤维。
实施例
【实施例橡胶和对比例橡胶】
将参考本发明的实施例以及对比例解释本发明。应当注意到，在任何情况下，本发明不限于这些实施例。
以下表1显示实施例A到实施例H以及对比例1和2的切断纤维组成。
表1
                             实施例     对比例
  A  B  C  D  E  F  G  H  1  2
芳香聚酰胺   长度(mm)   1  1  1  1  1  2  2  3  1  3
  *重量   10  5  15  5  15  10  10  10  10  10
聚酯   长度(mm)   3  3  3  3  3  3  5  5  1  3
  *重量   10  15  5  5  15  10  10  10  10  10
*重量：相对于100份EPDM，原料橡胶中混合的每种切断纤维的重量份数
实施例A的橡胶包含混合到100重量份100℃时门尼粘度为25的EPDM(商品名“Keltan 2340A”，由DSM制造)中的60重量份碳黑、14.7重量份有机金属盐、1重量份抗氧化剂、0.3重量份防焦剂、8.7重量份的石蜡油、5重量份的硫化剂、10重量份的长度1mm且直径14.32μm的切断间位芳香聚酰胺纤维(商品名“Conex”，帝人公司(Teijin)制造)，和10重量份长度3mm且直径23.8μm的切断PET纤维。
实施例B到实施例E的橡胶具有和实施例A橡胶相同的组成，只是相对于100橡胶组分的切断芳香聚酰胺纤维和切断聚酯纤维的重量份数有所不同。实施例B的橡胶相对于100份橡胶组分，具有5重量份切断芳香聚酰胺纤维和15重量份的切断聚酯纤维。实施例C的橡胶相对于100份橡胶组分，具有15重量份切断芳香聚酰胺纤维和5重量份的切断聚酯纤维。即，实施例B和C所结合的切断纤维的重量份数和实施例A的相同。
实施例D的橡胶相对于100份橡胶组分，具有5重量份切断芳香聚酰胺纤维和5重量份的切断聚酯纤维。实施例E的橡胶相对于100份橡胶组分，具有15重量份切断芳香聚酰胺纤维和15重量份的切断聚酯纤维。即，实施例D和E所结合的切断纤维的重量份数比实施例A的有了变化。
实施例F到实施例H具有和实施例A橡胶相同的组成，只是切断芳香聚酰胺纤维和切断聚酯纤维的长度有所不同。实施例F橡胶的切断芳香聚酰胺纤维长2mm并且切断聚酯纤维长3mm。实施例G橡胶的切断芳香聚酰胺纤维长2mm并且切断聚酯纤维长5mm。实施例H橡胶的切断芳香聚酰胺纤维长3mm并且切断聚酯纤维长5mm。实施例F到实施例H的切断芳香聚酰胺纤维和切断聚酯纤维的每一重量份和实施例A中的相同。
对比例1和2的橡胶具有和实施例A橡胶相同的组成，只是切断芳香聚酰胺纤维长度等于切断聚酯纤维的长度。对比例1橡胶中的切断芳香聚酰胺纤维长度为1mm且切断聚酯纤维的长度为1mm。对比例2橡胶中的切断芳香聚酰胺纤维长度为3mm且切断聚酯纤维的长度为3mm。
采用第一压应力试验评价实施例A到H以及对比例1和2的橡胶。当施加应力时测量压缩比(％)。试验结果列于表2到表4。试样为长度12.5mm且直径为29.0mm的圆柱形橡胶件。压缩的方向和切断纤维的取向方向相同。
表2
        实施例A         实施例B         实施例C         对比例1         对比例2
  ％*   S**   ％*   S**   ％*   S**   ％*   S**   ％*   S**
  1.0   0.2   1.0   0.1   1.0   0.1   1.0   0.1   1.0   0.2
  3.0   0.1   3.0   0.1   3.0   0.1   3.0   0.1   3.0   0.1
  5.0   1.1   5.0   1.1   5.0   1.1   5.0   1.2   5.0   1.2
  6.8   2.0   7.0   2.2   7.0   1.9   7.0   2.0   7.5   2.1
％*：压缩比(％)
S**：应力(N/mm2)
表3
      实施例D       实施例E       对比例1       对比例2
  ％*   S**   ％*   S**   ％*   S**   ％*   S**
  1.0   0.1   1.0   0.1   1.0   0.1   1.0   0.2
  3.0   0.1   3.0   0.1   3.0   0.1   3.0   0.1
  5.0   1.3   5.0   1.1   5.0   1.2   5.0   1.2
  8.3   2.1   7.1   2.1   7.0   2.0   7.5   2.1
％*：压缩比(％)
S**：应力(N/mm2)
表4
      实施例F       实施例G        实施例H       对比例1       对比例2
  ％*   S**   ％*   S**   ％*   S**   ％*   S**   ％*   S**
  1.0   0.1   1.0   0.1   1.0   0.2   1.0   0.1   1.0   0.2
  3.0   0.1   3.0   0.1   3.0   0.1   3.0   0.1   3.0   0.1
  5.0   1.1   5.0   1.1   5.0   1.2   5.0   1.2   5.0   1.2
  7.2   2.0   6.8   2.0   7.1   2.0   7.0   2.0   7.5   2.1
％*：压缩比(％)
S**：应力(N/mm2)
如表2到4所示，在第一压应力试验中，实施例A到H的结果与对比例1和2的结果相同。
采用抗张强度试验评价实施例A、C和E以及对比例1和2。当施加张力(MPa)时测量伸长率(％)。试验结果显示在图3中。通过切下JISK6251的5号类型哑铃形状橡胶，获得试样。该张力的方向与切断纤维的取向方向相同。
如图3所示，实施例A、C和E的伸长率小于对比例1和2的伸长率，即，实施例A、C和E中对张力的强度超过对比例1和2的强度，因为当把比切断芳香聚酰胺纤维长的切断聚酯纤维混入原料橡胶中时，改善了切断纤维的取向。
用抗张强度试验评价实施例F和H及对比例1和2的橡胶。该试验结果示于图4。如图4中所示，实施例F和H中对应张力的不同强度优于对比例1和2的强度，而且其与实施例A、C和E的结果类似。
如上述，通过在原料橡胶中混入切断芳香聚酰胺纤维和比切断芳香聚酰胺纤维长的切断聚酯纤维，提高了原料橡胶的强度。
【实施例橡胶和常规橡胶】
接下来，解释实施例A和常规实例的试验结果。常规实例的橡胶被常规地用作小型摩托车的三角带。常规实例的橡胶包含混合到100重量份氯丁橡胶中的56重量份碳黑、3.4重量份氧化镁、4重量份抗氧化剂、7重量份的硫化剂、12.6重量份的切断对位芳香聚酰胺纤维(商品名“Kevlar”，杜邦公司制造)，和8.4重量份长度1mm且直径12.35μm的切断对位芳香聚酰胺纤维(商品名“Technora”，帝人公司制造)。
用第二压应力试验评价实施例A和常规实例的橡胶。当施加应力时测量压缩比(％)。试验结果示于图5。这些试验样品是长度25.4mm且直径17.8mm的圆柱形橡胶件。压缩的方向和切断纤维的取向方向相同。
如图5所示，实施例A和常规实例的橡胶的压缩比和应力成比例地增加，直到应力达到预定的值。当应力超过预定的值时，试样纵向弯曲并且压缩比快速增加。这是应力达到弯曲点X1和X2时，所混合的切断纤维的弯曲偏移引起的。
橡胶压缩比增加会降低橡胶品质。即，达到弯曲点X1和X2所要求的应力越高，则橡胶的强度越高。正如试验所表明的，实施例A比常规实例的橡胶具有更高的强度。
另外，测量三角带的摩擦系数，这些三角带由实施例A和常规实例的橡胶模塑制成。图6显示结果。切断纤维沿宽度方向取向。摩擦系数是用摩擦系数测量仪器，例如是图7所示的30测量的。皮带盘31的直径为80mm，并且皮带盘31和三角带33之间的接触角(α)为90度(π/2)。当皮带盘31的速度为42转/分钟时用测量装置32测量水平方向上的张力(T1)，并且作用在三角带33上的垂直方向上张力(T2)为17.2N。三角带33的摩擦系数(μ)通过将张力(T1)代入式(1)中计算得出：
    μ＝{ln(T1/T2)}/α              (1)
如图6所示，常规三角带的摩擦系数(μ)为0.68而实施例A三角带的为1.22。已经经验性地发现小型摩托车传动带的合适摩擦系数为1.2左右。可以说，实施例A的三角带比常规三角带具有更合适的摩擦系数。即，实施例A的三角带比常规三角带提高了动力传动性能。
用图8所示的耐用性试验仪器40进行耐用性试验。将三角带43模塑成环形，其在包埋帘线的区域的极点长度为760mm，三角带顶表面的宽度为18mm，并且从背部表面到嵌齿顶部的高度为9mm。三角带43被紧绷在主动皮带盘42和被动皮带盘41上。初始张力为500N。主动皮带盘42的旋转速度是5000转/分钟，在100℃大气中施加10Nm的负荷。主动皮带盘42和被动皮带盘41是V字形皮带盘，100-mm外侧直径，且V形槽的角为30度。
图9表示耐用性试验的结果。耐用性时间是直到三角带43不再能运转的时间。就常规实例而言，约320小时后，底部橡胶损坏并且三角带不能运转。另一方面，实施例A，约680小时后，三角带才损坏和不能运转。即，这种耐用性试验表明，实施例A的三角带比常规三角带具有更佳的耐用性。
图10和11表示常规三角带和实施例A三角带在耐用性试验期间的硬度变化和安装张力变化。对实施例A和常规实例的三角带两者而言，相对过去的时间硬度上升而张力衰减。进一步地，实施例A三角带的张力在600小时处，由于该三角带的更换导线而快速恢复。
图12显示耐热性试验中，直到三角带不能再旋转时的时间。在120℃的气氛下进行该耐热性试验。将实施例A三角带和常规三角带悬挂在两个平面皮带盘(flat pulleys)之间并旋转，这两个皮带盘的皮带盘直径相同(77mm)。皮带盘速度设定为6000转/分钟，并且其初始安装张力设为150N。在本试验中，将三角带翻转并悬挂在这些皮带盘上，使得内侧橡胶表面变成外侧橡胶表面。
如图12所示，约290小时后，常规三角带在嵌齿处破坏，而实施例A的三角带在嵌齿处经过约1000小时后才发生破裂。即，本试验表明，实施例A三角带具有比常规三角带优异的耐热性，因为橡胶组分是EPDM。
尽管在此参考附图描述了本发明的实施方案，但是显然，本领域技术人员可不背离本发明范围地进行许多改进和变化。

Claims (12)

1.一种传动带，其特征在于，包括：
用原料橡胶模塑的带体；
混合到所述带体中并且沿所述带体上一个预定方向取向的切断芳香聚酰胺纤维；以及
混合到所述带体中并且沿所述预定方向取向的切断聚酯纤维；
其中，所述切断聚酯纤维比所述切断芳香聚酰胺纤维更长。
2.权利要求1的传动带，其特征在于，所述切断芳香聚酰胺纤维和所述切断聚酯纤维沿所述带体的宽度方向取向。
3.权利要求1的传动带，其特征在于，相对于原料橡胶中100份的橡胶组分，将总重量5-30份的所述切断芳香聚酰胺纤维和所述切断聚酯纤维混合到所述原料橡胶中。
4.权利要求1的传动带，其特征在于，所述切断芳香聚酰胺纤维的长度小于3mm。
5.权利要求1的传动带，其特征在于，所述切断聚酯纤维的长度小于5mm。
6.权利要求1的传动带，其特征在于，所述原料橡胶的橡胶组分是乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯二烯烃三元共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶和氯丁橡胶之中的一种。
7.权利要求1的传动带，其特征在于，所述切断聚酯纤维经过一种涉及涂敷的处理，该涂敷使用间苯二酚-福尔马林-乳胶。
8.权利要求1的传动带，其特征在于，所述切断聚酯纤维是切断的PET纤维、切断的聚间苯二甲酸亚乙酯纤维、切断的聚对苯二甲酸丁二酯纤维、得自β-丙内酯开环聚合物的切断纤维，和得自对苯二甲酸二甲酯与1，4-环己烷二甲醇聚合的聚合物的切断纤维中的一种。
9.权利要求1的传动带，其特征在于，所述切断芳香聚酰胺纤维是切断的对位芳香聚酰胺纤维和切断的间位芳香聚酰胺纤维中的一种。
10.权利要求1的传动带，其特征在于，所述传动带是三角带。
11.权利要求10的传动带，其特征在于，所述三角带是一种嵌齿的三角带。
12.一种传动带，其特征在于，包括：
得自且模塑自原料橡胶的带体，该原料橡胶中混合了切断的芳香聚酰胺纤维和切断的聚酯纤维；
所述切断聚酯纤维比所述切断芳香聚酰胺纤维更长；
其中所述切断芳香聚酰胺纤维和所述切断聚酯纤维沿所述带体的一个预定方向取向。
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