DE10202886A1

DE10202886A1 - Transmissionsriemen und Verfahren zum Herstellen einer Verbindung mit Poly-p-Phenylenbenzobisoxazol-Faser

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Publication number: DE10202886A1
Application number: DE10202886A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sogabe; Shigehiro Isshiki; Hiroyuki Yamamoto
Original assignee: Unitta Co Ltd
Current assignee: Unitta Co Ltd
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2002-09-19
Also published as: US6908676B2; ITMI20020137A1; US20020142147A1; FR2819872B1; FR2819872A1; ITMI20020137A0

Abstract

Ein Transmissionsriemen umfasst einen Riemenkörper und eine Schnur. Der Riemenkörper besteht aus einer Kautschukzusammensetzung. Die Schnur besteht aus Poly-p-Phenylenbenzobisoxazol-Faser. Die Schnur ist im Riemenkörper eingebettet. Der Riemenkörper und die Schnur sind durch Vulkanisieren der Kautschukzusammensetzung zu einer einstückigen Gesamtheit ausgebildet. Die Oberfläche der Schnur wird einer primären Behandlung, bei der eine Mischung aus einer Epoxyverbindung und einem Latex aufgebracht und diese wärmebehandelt wird, sowie einer zweiten Behandlung unterzogen, bei der ein Resorcinol-Formalin-Latexhaftmittel aufgebracht und dieses wärmebehandelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transmissionsriemen, z. B. einen Zahnriemen, einen V-Riemen oder einen V-Rippenriemen, der beispielsweise die Antriebskraft eines Automobilmotors auf ein Zusatzgerät überträgt.

Üblicherweise ist ein Zahnriemen mit einem Riemenkörper, Schnüren und einem Stoffüberzug versehen. Der Riemenkörper hat Zähne zum Aufnehmen eines Lastantriebs und besteht aus Kautschuk. Die Schnüre dienen als Elemente, welche die Zugbeanspruchung aufnehmen, und sind längs des Riemenkörpers eingebettet. Der Stoffüberzug bedeckt die Zahnflächen des Riemenkörpers und verhindert so eine Abnutzung.

Wird ein Zahnriemen als Synchronriemen für ein Automobil eingesetzt, so muss er hohen Temperaturen und einer Umgebung hoher Last standhalten. Deshalb wurde in der Vergangenheit an verschiedenen Verbesserungen hinsichtlich der für Zahnriemen verwendeten Materialien sowie hinsichtlich der Verfahren experimen tiert, nach denen eine Verbindung mit diesen Materialien hergestellt werden kann. Insbesondere wurde für die Kautschukmischung des Riemenkörpers an Stelle herkömmlichen Chloroprenkautschuks ein in der Hitzebeständigkeit hochwertige rer hydrierter Nitrilkautschuk, für die Schnüre an Stelle von Glasfaser hochfeste Aramidfaser und als Stoffüberzug an Stelle eines Nylon-6,6-Stoffes ein hinsicht lich der Hitzebeständigkeit hochwertigerer Stoff aus Aramidfaser verwendet.

Der Riemenkörper wird zwecks Ausbildung dreidimensionaler Strukturen einem Vulkanisationsprozess durch Erwärmen oder andersartige Behandlung der Kau tschukmischung unterzogen, die aus der oben genannten Kautschukmischung plus Schwefel oder einem organischen Peroxid, einem anderen Vulkanisiermittel oder einem Plastifizierungsmittel etc. besteht, wodurch die Elastizität, die Zugfe stigkeit und die Dimensionsbeständigkeit verbessert werden können. Ferner werden die Schnüre zum Herstellen einer Bindung oder Haftung in der Weise behandelt, dass eine Beschichtung mit Kautschukkitt (Kautschukzement) oder Resorcinol-Formaldehyd-Latex (im Folgenden als RFL bezeichnet) vorgenommen und diese bzw. dieses getrocknet wird, worauf dann die Schnüre in dem unvulka nisierten Riemenkörper eingebettet werden. Gleichzeitig mit dem Vulkanisierfor men des Riemenkörpers reagiert das Haftmittel infolge der Wärme, wodurch die Schnüre fest mit dem Kautschuk des Riemenkörpers verbunden werden.

In den vergangenen Jahren wurden Untersuchungen an Poly-p-Phenylen benzobisoxazol-Faser (im Folgenden als PBO-Faser bezeichnet) angestellt, die, was Hitzebeständigkeit, Flammfestigkeit und Dimensionsbeständigkeit betrifft, hochwertiger als Aramidfaser ist. PBO-Faser hat jedoch eine äußerst hohe Kri stallinität sowie eine eng verknüpfte Struktur, so dass ihr Bindungsvermögen mit Kautschukkitt oder RFL-Haftmittel gering ist. Es besteht also das Problem, dass bei einer herkömmlichen Behandlung der Schnüre zum Herstellen der Verbindung letztere mit dem Kautschuk des Riemenkörpers keine Bindung eingehen. Bei einem Zahnriemen, der wiederholt große Lasten aufnehmen muss, besteht näm lich des Problem, dass bei einem geringen Bindungsvermögen der Schnüre zwischen den beiden genannten Komponenten Grenzflächenbruch auftritt, was leicht zu einem Bruch des Zahnriemens selbst führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Festigkeit eines Transmissionsriemens, z. B. eines Zahnriemens, durch Verbesserung des Bindungsvermögens zwischen den aus PBO-Faser bestehenden Schnüren und dem Kautschuk des Riemenkörpers zu erhöhen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Transmissionsriemen mit den Merk malen des Anspruchs 1 bzw. durch das Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angege ben.

Die Erfindung sieht einen Transmissionsriemen vor, der einen Riemenkörper und eine Schnur enthält. Der Riemenkörper besteht aus einer Kautschukzusammen setzung. Die Schnur besteht aus Poly-p-Phenylenbenzobisoxazol-Faser. Die Schnur ist in den Riemenkörper eingebettet. Der Riemenkörper und die Schnur sind durch Vulkanisieren der Kautschukzusammensetzung zu einer einstückigen Gesamtheit ausgebildet. Die Oberfläche der Schnur wird einer primären Behand lung, bei der eine Mischung aus einer Epoxyverbindung und Latex als Schicht aufgebracht und wärmebehandelt wird, und einer sekundären Behandlung unter zogen, bei der ein Resorcinol-Formalin-Latexhaftmittel als Schicht aufgebracht und wärmebehandelt wird.

Dadurch können das Bindungsvermögen zwischen den Schnüren und der Kau tschukzusammensetzung sowie die Festigkeit des Transmissionsriemens verbes sert werden.

Ein Hauptinhaltsstoff der für den Riemenkörper verwendeten Kautschukzusam mensetzung ist vorzugsweise Chloroprenkautschuk oder ein hydrierter Nitrilkau tschuk. Beide sind hochwertig, was die Wärmebeständigkeit betrifft.

Die für die primäre Behandlung verwendete Epoxyverbindung ist vorzugsweise eine Polyepoxyverbindung mit mindestens zwei Epoxyringen in einem Molekül und in Wasser löslich. Vorzugsweise ist sie ein Diglycerolpolyglycidylether, ein Polyglycerolpolyglycidylether oder ein Sorbitolpolyglycidylether.

Das für die primäre Behandlung verwendete Latex ist vorteilhaft ein Acrylonitril- Butadien-Kautschuklatex oder Chloropren-Kautschuklatex.

In der primären Behandlung wird die Schnur vorzugsweise in eine primäre Be handlungslösung aus einer wässrigen Lösung der Expoxyverbindung, dem Latex und einem ringöffnenden Katalysator der Epoxyverbindung eingetaucht. Nach dem Eintauchen erfolgt eine Erwärmung auf 230° bis 280°, die eine vorbestimmte Zeit lang anhält. Vorzugsweise ist der ringöffnende Katalysator eine Imidazolver bindung. Die Imidazolverbindung ist beispielsweise 2-Methylimidazol und wird vorzugsweise in einer Menge zugegeben, die im Wesentlichen 10 Gew.-% bezo gen auf die Epoxyverbindung beträgt.

In der primären Behandlung beträgt die Feststoffgehaltbeschichtung nach der Behandlung 3 bis 8 Gew.-% bezogen auf die Schnur vor der Behandlung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Verbindung mit Poly-p- Phenylenbenzobisoxazol-Faser ist dadurch gekennzeichnet, dass eine primäre Behandlung, bei der eine Mischung aus einer Epoxyverbindung und einem Latex als Schicht auf die Oberfläche der Poly-p-Phenylenbenzobisoxazol-Faser aufge bracht und diese wärmebehandelt wird, sowie eine sekundäre Behandlung vorge nommen wird, bei der ein Resorcinol-Formalin-Latexhaftmittel als Schicht aufge bracht und dieses wärmebehandelt wird.

Die durch die Erfindung erreichten Wirkungen und die Vorteile der Erfindung werden im Folgenden an Hand der Figuren erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Transmissionsriemens als Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht eines Teils einer in Fig. 1 ge zeigten Schnur,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Primärbehand lung der Schnüre, die in dem Prozess zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Zahnriemens vorgenommen wird, und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung eines Tests zum Bewerten der Bindungsstärke zwischen den Schnüren und der Kau tschukzusammensetzung, wobei ein an einer Testvorrichtung ange brachtes Teststück gezeigt ist.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Zahnriemens 10 in perspektivischer Darstellung. Der Zahnriemen 10 hat einen Riemenkörper 12, an dessen einer Oberfläche Zähne 12a ausgebildet sind. Die Zähne 12a sind in konstanten Abständen in Längsrich tung des Riemenkörpers 12 angeordnet. Die Außenfläche der Zähne 12a ist mit einem Stoffüberzug 16 überzogen, der eine Abnutzung verhindert. In den Rie menkörper 12 sind mehrere Schnüre 18 eingebettet, die über die Querrichtung hinweg parallel zueinander angeordnet sind. Die Schnüre 18 erstrecken sich in Längsrichtung des Riemenkörpers 12.

Der Riemenkörper 12 wird in einem Vulkanisationsprozess gefertigt, in dem die Kautschukzusammensetzung vulkanisiert und gleichzeitig geformt wird. Die Kau tschukzusammensetzung besteht aus einer Kautschukmischung (Rohkautschuk, Ausgangsmaterial) wie Chloroprenkautschuk, einem hydrierten Nitrilkautschuk oder einem anderen Kautschuk mit verbesserter Hitzebeständigkeit und verbes serten Wirkeigenschaften, dem ein Vulkanisierbeschleuniger wie Schwefel und ein organisches Oxid, ein Füllmittel wie ein Vulkanisiermittel und Kohleschwarz, Zinkoxid, Sterinsäure, ein Plastifizierungsmittel, ein Alterungsschutzmittel etc. je nach Anwendung in geeigneter Weise zugegeben werden. Wird die unvulkani sierte Kautschukzusammensetzung vulkanisiert, so entstehen zwischen den Kautschukmolekülen kovalente Bindungen, wodurch sich dreidimensionale Strukturen ausbilden. Die Eigenschaften des Riemenkörpers 12 hinsichtlich Ela stizität, Zugfestigkeit und Dimensionsbeständigkeit werden so verbessert.

Als Stoffüberzug 16 wird ein Webstoff verwendet, der aus Aramidfaser oder Nylonfaser etc. besteht, die im Hinblick auf Hitzebeständigkeit und Abriebfestigkeit hochwertig ist. Als Stoffüberzug 16 kann auch ein Mischgarn oder eine Webstoff mischung desselben verwendet werden. Vorzugsweise wird in Längsrichtung des Riemenkörpers 12 dehnbare Faser und in Querrichtung Faser mit nur geringer Dehnbarkeit eingesetzt. Die Webart oder die Gewebebindung ist in keiner beson deren Weise eingeschränkt. So kann eine flache Webart, eine Satinwebart, eine Twillwebart etc. vorgesehen sein. Der Stoffüberzug 16 wird vor der Vulkanisation in engen Kontakt mit dem Riemenkörper 12 gebracht und mit der Vulkanisation und dem Pressen einstückig mit dem Riemenkörper 12 gemacht.

Die Schnüre 18 erhält man, indem ein Paar Schnurelemente unterschiedlicher Verdrillungsrichtungen, z. B. ein Schnurelement 18S mit S-Verdrillung (S-Grat) und ein Schnurelement 18Z mit Z-Verdrillung (Z-Grat) spiralig miteinander verbunden werden. Die Schnurelemente 18S und 18Z bestehen aus Garnen, die aus mitein ander verdrillten Poly-p-Phenylenbenzobisoxazol-Fasern, kurz PBO-Fasern, bestehen. An den Außenflächen der Schnurelemente 18S und 18Z sind mehrere Beschichtungen 186, 187 und 188 ausgebildet, wie Fig. 2 zeigt. PBO-Faser ist eine organische Faser hoher Festigkeit und hoher Elastizität. Sie ist ferner auch im Hinblick auf Hitzebeständigkeit, Flammbeständigkeit und Dimensionsbestän digkeit hochwertig. Die mehreren Beschichtungen dienen als Haftmittel, das das Bindungsvermögen zwischen der die Schnüre 18 bildenden PBO-Faser und dem den Riemenkörper bildenden Kautschuk verbessert.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung den Aufbau eines der beiden die Schnur 18 bildenden Schnurelemente, nämlich das Schnurelement 18S mit S- Verdrillung. In dieser Darstellung sind Teile weggeschnitten. Die Schnur 18 wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird der PBO-Faser, die durch die bezogen auf das Textilfeinheitsmaß Denier dünnen Fäden 182 gebildet ist, eine primäre Verdrillung in S-Richtung gegeben. Dann werden drei, in vorstehend erläuterter Weise miteinander verdrillte Fäden 182 gebündelt und diesem Bündel eine Endverdrillung in S-Richtung gegeben, die durch dieselbe Richtung wie die primäre Verdrillungsrichtung gege ben ist. Auf diese Weise erhält man das S-verdrillte Schnurgarn 184. Dicke und Zahl der Fäden 182 sowie Zahl der Verdrillungen und Verdrillungsverfahren sind nicht auf die oben beschriebenen beschränkt. Sie können entsprechend den Abmessungen des Zahnriemens 12 oder der gewünschten Zugfestigkeit geeignet geändert werden. Beispielsweise können in der primären Verdrillung die Fäden in Z-Richtung verdrillt werden, die der Richtung der Endverdrillung entgegengesetzt ist.

Die um das Garn 184 herum ausgebildeten Beschichtungen umfassen eine erste Beschichtung 186 und eine zweite Beschichtung 187. Die erste Beschichtung 186 besteht aus einer Mischung aus einer Emulsion natürlichen oder synthetischen Kautschuks, der ein Latex ist, und einer Epoxyverbindung. Die erste Beschichtung 186 ist um das Garn 184 herum ausgebildet. Die zweite Beschichtung 187 besteht aus einem RFL-Haftmittel und ist an der Außenseite der ersten Beschichtung 186 ausgebildet.

Das RFL-Haftmittel erhält man, indem auf dem zu beschichtenden Material eine RFL-Lösung aufgebracht und getrocknet wird. Die RFL-Lösung ist eine wässrige Lösung, die eine Mischung aus RF-Harz, das ein Anfangskondensat aus Re sorcinol und Formaldehyd ist, und verschiedenen Latexen. Im allgemeinen hat ein RFL-Haftmittel eine gute Verträglichkeit mit natürlichem Kautschuk oder Styrol- Butadien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk etc. Durch das Ausbilden kovalenter Bindungen oder Wasserstoffbindungen mit dem Kautschuk erhält man eine hohe und stabile Bindungsstärke, so dass ein RFL-Haftmittel weitläufig als Haftmittel zwischen Kautschuk und Faser eingesetzt wird. Ferner ist ein RFL-Haftmittel in Wasser löslich, so dass es geringe Probleme im Hinblick auf Sicherheit und Gesundheit als Kautschukkitt oder andere auf Lösungsmittel basierenden Haft mittel aufwirft. Jedoch ist das Haftmittel im Hinblick auf das Bindungsvermögen mit hydriertem Nitrilkautschuk schwächer, so dass es gängige Praxis ist, einen Kautschukkitt zwischen das RFL-Haftmittel und den hydrierten Nitrilkautschuk einzubringen, um so die Bindungskraft zu stärken.

Dagegen hat ein RFL-Haftmittel bekanntermaßen ein ausgezeichnetes Bindungs vermögen mit Nylonfaser, Reyon- oder Kunstseidefaser, Glasfaser etc., jedoch nur geringes Bindungsvermögen mit Aramidfaser. Es war deshalb bisher gängige Praxis, ein epoxybasiertes Haftmittel oder ein isocyanatbasiertes Haftmittel zwi schen dem RFL-Haftmittel und der Aramidfaser einzubringen, um die Bindungs kraft zu stärken. Wie für Aramidfaser hat sich für PBO-Faser herausgestellt, dass ihr Bindungsvermögen mit einem RFL-Haftmittel schwach ist. Dies liegt daran, dass PBO-Faser eine außerordentlich hohe Kristallinität und eine eng verknüpfte Struktur hat, so dass sich fast keine Bindungen zwischen der PBO-Faser und den RF-Elementen in dem RFL-Haftmittel ausbilden. Wie für die Aramidfaser ist es möglich, ein aus einer Epoxyverbindung bestehendes Haftmittel einzubringen. Eine ausreichende Bindungsstärke kann dadurch jedoch nicht erreicht werden. In dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird deshalb die erste Beschichtung 186, die aus einer Mischung aus einer Epoxyverbindung und Latex besteht, zwischen die PBO-Faser und das RFL-Haftmittel gebracht, um zwischen den beiden zuletzt genannten Komponenten die Bindungskraft zu stärken.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3, die schematisch eine Beschichtungsvorrichtung zum Ausbilden der ersten Beschichtung 186 zeigt, wird im Folgenden ein Prozess zum Herstellen der ersten Beschichtung 186 beschrieben.

Zunächst werden die Lösung der Epoxyverbindung und Latex vermischt, und dann wird ein Härtungsmittel (Vulkanisiermittel, Vernetzungsmittel), das eine Imidazol verbindung oder ein ringöffnender Katalysator einer Epoxyverbindung wie aroma tisches Amin, Phenolharz oder Säureanhydrid zugegeben, um eine primäre Be handlungslösung zuzubereiten. Das Garn 184 wird von einer Zuführwalze bereit gestellt. Das Garn 184 wird von der Zuführwalze 30 abgezogen und in die primäre Behandlungslösung geführt, die in einem Tauchbehälter 32 gehalten ist. Die primäre Behandlungslösung wird mit einem Rührer 34 gerührt.

Nach dem Eintauchen in die primäre Behandlungslösung wird das Garn 184 in einen oberen Trockenofen 36 geführt, in dem es wärmebehandelt wird. Durch diese Wärmebehandlung trocknet die primäre Behandlungslösung, mit der die Oberfläche des Garns 184 beschichtet ist, wobei der feste Anteil, d. h. nur die Epoxyverbindung und Latex, auf dem Garn 184 verbleiben. Dadurch wird die erste Beschichtung 186 ausgebildet. Das mit der ersten Beschichtung 186 überzogene Garn 184 wird von einer Aufnahmerolle 38 aufgenommen.

Eine Geschwindigkeitssteuerwalze 40 befindet sich zwischen dem Trockenofen 36 und der Aufnahmerolle 38, um die Geschwindigkeit des Garns 184 zu steuern. Dadurch wird die Verweilzeit des Garns 184 in dem Trockenofen 36 und damit die Zeit der Wärmebehandlung gesteuert. Die primäre Behandlung zum Ausbilden der ersten Beschichtung 186 ist nicht auf das vorstehend erläuterte Verfahren beschränkt. Beispielsweise kann die primäre Behandlungslösung auch durch Aufsprühen auf die Oberfläche des Garns 184 aufgebracht werden.

Die Epoxyverbindung kann eine beliebige Polyepoxyverbindung sein, die minde stens zwei Epoxyringe in einem Molekül hat und in Wasser löslich ist. Im Hinblick auf die Benetzbarkeit gegenüber der PBO-Faser ist eine Verbindung mit einer geeigneten Viskosität zu bevorzugen. Beispielsweise können Diglycerolpolyglyci dylether, Polyglycerolpolyglycidylether oder Sorbitolpolyglycidylether eingesetzt werden. Durch die Reaktion der Epoxyringe mit dem Härtungsmittel wird die Epoxyverbindung quervernetzt und dreidimensional gehärtet (vulkanisiert), so dass sie als Haftmittel wirkt.

Als Latex wird vorteilhaft Acrylonitril-Butadien-Kautschuklatex, im Folgenden kurz NBR-Latex, oder Chloropren-Kautschuklatex verwendet.

Als Härtungsmittel können die Imidazolverbindung 2-Methylimidazol oder Amin verbindungen Diphenylamin, Methylbenzolamin, Dimethylbenzylamin, Trimethyl benzylammoniumchlorid und Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid etc. verwendet werden. Die ringöffnende Reaktion der Epoxyverbindung ändert sich in Abhängig keit des Typs und der Menge des zugegebenen Härtungsmittels. Typ und Menge des zugegebenen Mittels werden dabei in Abhängigkeit der für die Arbeit benö tigten Zeit geeignet gewählt. Im Falle des 2-Methylimidazol, das eine vergleichs weise kurze Gelbildungszeit und eine hohe Aktivität aufweist, werden vorzugswei se etwa 10 Gew.-% bezogen auf die Epoxyverbindung zugegeben.

Nach der Behandlung beträgt die Feststoffgehaltbeschichtung vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Garn. Ist die Feststoffgehaltbeschichtung weniger als 3 Gew.-%, so erhält man keine ausreichende Bindungskraft. Ist sie dagegen größer als 10 Gew.-%, so wird die Beschichtung dick und neigt dann dazu, zur beim Aufbrechen auftretenden Grenzschicht zu werden. Die Feststoffgehaltbe schichtung wird durch die Konzentration der Behandlungslösung eingestellt. Um die oben genannte Feststoffgehaltbeschichtung zu erhalten, beträgt die Konzen tration der Behandlungslösung vorzugsweise etwa 10%.

Die Bedingungen für die Wärmebehandlung sind vorzugsweise so gewählt, dass die Behandlungstemperatur 230°C bis 280°C und die Behandlungszeit 1 bis 2 Minuten beträgt. Bei einer Temperatur unterhalb von 200°C reicht die Reaktion der Epoxyverbindung nicht aus und das Bindungsvermögen lässt nach. Die Zugs pannung zum Zeitpunkt der Behandlung ist nicht in besonderer Weise einge schränkt, da der Schmelzpunkt der PBO-Faser mit 650°C vergleichsweise hoch ist und bei einem Temperaturwechsel ausgehend von einer normalen Temperatur zur vorstehend genannten Behandlungstemperatur nur eine geringe Dehnung auftritt.

Die zweite Beschichtung 187 erhält man, indem man auf das zu beschichtende Material eine RFL-Lösung aufbringt, die eine wässrige Lösung aus einer Mischung aus Latex und einem RF-Harz ist, das ein Anfangskondensat von Resorcinol und Formaldehyd ist. Das zu beschichtende Material ist dabei durch die Schnurele mente 18S gegeben, auf die die erste Beschichtung 186 aufgebracht worden ist. Das hier verwendete Latex ist vorzugsweise ein Vinylpyridin-Styren-Butadien- Kopolymer-Latex, im Folgenden kurz als VP-SBR-Latex bezeichnet. Die sekundä re Behandlung zum Ausbilden der zweiten Beschichtung 187 kann im Wesentli chen nach derselben Technik erfolgen, wie dies für die oben beschriebene primä re Behandlung der Fall ist. So werden in ähnlicher Weise eine Tauchbehandlung und eine Wärmebehandlung vorgenommen, abgesehen davon, dass als Zuführ rolle 30 eine Rolle mit Garn 184 verwendet wird, das mit der in der primären Behandlung erhaltenen ersten Beschichtung 186 versehen ist, und dass die Lösung in dem Tauchbehälter 32 nunmehr eine RFL-Lösung ist.

Ist der Rohkautschuk (Kautschukmischung) des Riemenkörpers 12 ein hydrierter Nitrilkautschuk, so ist es von Vorteil, wenn eine dritte Beschichtung 188 aus Kautschukkitt auf die Außenfläche der zweiten Beschichtung 187 aufgebracht wird. Der Kautschukkitt besteht aus dem gleichen hydrierten Nitrilkautschuk wie der Rohkautschuk, der in Toluol oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel mit zusätzlichen Additiven gelöst ist, gleicht die Unebenheit auf den Oberflächen der zweiten Beschichtung 187 oder des Riemenkörpers 12 aus und härtet (vulka nisiert) so aus, dass die beiden Komponenten über einen Verankerungseffekt aneinander gebunden werden. Die tertiäre Behandlung zum Ausbilden der dritten Beschichtung 188 kann nach den gleichen Techniken erfolgen, wie das für die primäre Behandlung der Fall ist, abgesehen davon, dass zum Trocknen des Kautschukkitts die Behandlungstemperatur auf einen vergleichsweise geringen Wert von etwa 100°C und die Behandlungszeit auf etwa 60 Sekunden eingestellt wird.

Die Schnurelemente 18Z mit der Z-Verdrillung gleichen im Wesentlichen den Schnurelementen 18S mit der S-Verdrillung, abgesehen davon, dass ihre primäre Verdrillung und ihre Endverdrillung in Z-Richtung weist. Die aus jeweils einem Paar spiralig miteinander verwundener Schnurelemente 18S und 18Z bestehen den Schnüre 18 werden vor der Vulkanisation in den Riemenkörper 12 eingebet tet. Gleichzeitig mit den Vulkanisierformen des Riemenkörpers 12 werden die Beschichtungen 186, 187 und 188 erwärmt und reagieren, wodurch die Schnüre 18 fest an den Riemenkörper 12 gebunden werden.

In dem Zahnriemen 10 des erläuterten Ausführungsbeispiels ist also die erste Beschichtung 186, die aus einer Mischung aus einer Epoxyverbindung und Latex besteht, zwischen die Oberfläche der PBO-Faser (Garn 184) und das RFL- Haftmittel (zweite Beschichtung 187) gebracht, wodurch das Bindungsvermögen zwischen den aus der PBO-Faser bestehenden Schnüren 18 und der Kautschuk zusammensetzung des Riemenkörpers 12 verbessert und die Festigkeit des Zahnriemens 10 erhöht werden kann. Da sowohl die primäre Behandlungslösung als auch die sekundäre Behandlungslösung, die in dem erläuterten Ausführungs beispiel verwendet werden, in Wasser löslich sind, ist das erläuterte Ausführungs beispiel, was die Umwelt- und Gesundheitsverträglichkeit betrifft, einer Behand lung mittels eines herkömmlichen organischen Lösungsmittels überlegen.

Beispiele

Im Folgenden werden Beispiele der Erfindung angegeben.

In den folgenden Beispielen 1 bis 4 und dem Vergleichsbeispiel 1 wurden fünf Teststücke ausgebildet, um die Bindungsstärke der Schnüre zu messen, wobei lediglich die Formulierung der primären Behandlungslösung hinsichtlich der Rie menkautschukzusammensetzung abgeändert wurde. An den Teststücken wurden Tests vorgenommen, um die Bindungsstärke zu ermitteln. In Tabelle 1 bezeichnet das Symbol "-", dass keine Komponente zugegeben wurde.

Tabelle 1

Beispiel 1

Zunächst wurden PBO-Fasern mit 1000 Denier (Zylon AS 1110dtx Fäden von Toyobo Corp.) mit primären Verdrillungen in S-Richtung versehen und anschlie ßend drei der primär verdrillten PBO-Fasern zu einem Bündel zusammengefasst, worauf dieses Bündel mit einer Endverdrillung in S-Richtung versehen wurde. Daraus resultierte die Garnschnur. Die Garnschnur wurde mittels der in Fig. 3 gezeigten Beschichtungsvorrichtung der primären und der sekundären Behand lung unterzogen.

In der primären Behandlungslösung wurde Diglycerolpolyglycidylether (Denacol EX421 von Nagase Kasei Kogyo) als Epoxyverbindung, ein NBR-Latex mit einem Latexgehalt von 45 Gew.-% (Nipol NUN5100 von Nippon Zeon) als Latex und eine 10%-Lösung von Natriumhydroxid als ringöffnender Katalysator der Epoxyverbin dung verwendet. Es wurden 2 Gew.-% Diglycerolpolyglycidylether und 4,44 Gew.-% NBR-Latex (Festgehalt 2 Gew.-%) zugegeben, um ein Feststoffgehaltverhältnis von 1 : 1 zwischen der Expoxyverbindung und dem Latex einzustellen. Es wurden 2 Gew.-% einer 10%-Lösung von Natriumhydroxid (Gehalt 0,2 Gew.-%) zugegeben, um 10 Gew.-% Natriumhydroxid bezogen auf die Epoxyverbindung zu erzeugen. Dann wurde Wasser zugegeben, um 100 Gew.-% bezogen auf das Gesamtge wicht zu erzeugen und so die primäre Behandlungslösung fertigzustellen.

Es wurden 500 ml der wie oben beschrieben gemischten primären Behandlungs lösung zubereitet, worauf die Garnschnur mittels einer Beschichtungsvorrichtung eingetaucht wurde und dann die Schnur einer Wärmebehandlung bei einer Tem peratur von 250°C und einer Behandlungszeit von 100 Sekunden unterzogen wurde. Die Feststoffgehaltbeschichtung betrug zu diesem Zeitpunkt 2 Gew.-%.

Nachfolgend wird die sekundäre Behandlungslösung, d. h. die RFL-Lösung be schrieben. Zunächst wurden 1,88 Gew.-% Resorcinol in Wasser gelöst, dann wurden 2,76 Gew.-% einer Formalinlösung mit einer Konzentration von 37% und 0,51 Gew.-% einer Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von 10% zugegeben und miteinander verrührt. Dann wurde die Mischung bei 30°C sechs Stunden lang einem Alterungsprozess überlassen. Es wurde die Herstellung des RF-Harzes bestätigt, worauf 42,10 Gew.-% eines Vinylpyridin-Styren-Butadien- Kopolymer-Kautschuklatex mit einem Latexgehalt von 40,5% (Nipol 2518FS von Nippon Zeon) und 49,43 Gew.-% Ammoniakwasser mit einer Konzentration von 28% zugegeben wurden. Schließlich wurde Wasser zugegeben, um 100 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht zu erzeugen und so die zweite Behandlungslö sung zuzubereiten. Diese wurde bei Raumtemperatur zwölf Stunden lang einem Alterungsprozess überlassen.

Es wurden 500 ml der wie oben beschrieben gemischten sekundären Behand lungslösung zubereitet. Die der Primärbehandlung unterzogene Garnschnur wurde mittels einer Beschichtungsvorrichtung eingetaucht, und dann wurde die Schnur einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 250°C und einer Behandlungszeit von 100 Sekunden unterzogen.

Anschließend wurde die durch die primäre und sekundäre Behandlung erhaltene Schnur zur Zubereitung eines Teststücks verwendet. Als Kautschukzusammen setzung für das Teststück wurde die in Tabelle 2 angegebene Kautschukformulie rung A verwendet.

Tabelle 2

Kautschukformulierung A

Wie in Tabelle 2 angegeben, wurde in der Kautschukformulierung A Chloropren kautschuk als Rohkautschuk (Kautschukmischung) verwendet. Die Kautschukfor mulierung bestand aus 40 Gewichtsteilen Kohleschwarz, 2 Gewichtsteilen Sterin säure, 10 Gewichtsteilen eines Weichmachers auf Erdölbasis, 4 Gewichtsteilen Kienteer, 5 Gewichtsteilen Zinkoxid, 1,5 Gewichtsteilen N-Phenyl-β-Naphthylamin, 0,75 Gewichtsteilen 2-Benzothiazolylsulfid, 0,75 Gewichtsteilen Diphenylguanidin und 3,5 Gewichtsteilen Schwefel als Vulkanisiermittel bezogen auf 10 Gewichts teile (phr) des Chloropren-Kautschuks.

Durch Extrusion aus dieser Kautschukformulierung A wurde eine in Fig. 4 gezeigte Kautschukbahn 56 der Dicke 4 bis 5 mm erhalten. Die Kautschukbahn 56 wurde auf eine Länge von 120 mm geschnitten, und es wurden in Fig. 4 gezeigte behan delte Schnüre 54 einer Länge von 120 mm ohne Zwischenraum über eine Breite von 15 mm angeordnet. In Beispiel 1 betrug der Durchmesser einer solchen Schnur 54 etwa 0,7 mm. Die Gesamtzahl der Schnüre betrug 21. Ein in Fig. 4 mit 52 bezeichneter Stoffüberzug wurde zum Schutz auf den Schnüren 54 ange bracht. Das so erhaltene, in Fig. 4 mit 50 bezeichnete Teststück wurde in eine Form gebracht und dann gepresst und vulkanisiert. Die Vulkanisationsbedingun gen waren 150°C × 20 Minuten. Nach der Vulkanisation wurde das Teststück bei Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurde die Bindungsstärke mit einer Zugtestvor richtung (Modell AG-500 Autoclave von Shimazu Seisakusho) gemessen.

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung den Zustand des an einer Testzugvor richtung angebrachten Teststücks 50. In dem Zugtest wurde zunächst der Stoffüberzug 52 etwas von dem Teststück 50 abgezogen, worauf an dem abge zogenen Ende ein Schnitt zwischen den Schnüren 54 und der Kautschukbahn 56 vorgenommen wurde. Die Enden der Schnüre 54 und das Ende der Kautschuk bahn 56 wurden an Klemmvorrichtungen 60 bzw. 62 angebracht. Dann erfolgte eine Zugbeaufschlagung in Richtungen, in denen die Schnüre 54 und die Kau tschukbahn 56 voneinander abgezogen wurden. Die Schnüre 54 wurden also in Fig. 4 nach oben gezogen, während die Kautschukbahn 56 nach unten gezogen wurde. Dies erfolgte mit einer auf die elastische Beanspruchung bezogenen Rate von 50 mm/Minute. Es wurde die Kraft gemessen, die erforderlich war, um die Schnüre 54 und die Kautschukbahn 56 voneinander abzuziehen. Das Mittel von fünf Spitzenwerten wurde dann als Bindungsstärke bewertet. Außerdem wurde die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Abzug- oder Ablösestelle visuell bestimmt.

In Beispiel 1 betrug die Bindungsstärke 100 N/15 mm, wie in Tabelle 1 angegeben ist. Als Ablösestelle wurde die Grenzfläche zwischen den Schnüren 54 und der Kautschukbahn 56 bestimmt.

Beispiel 2

In Beispiel 2 erfolgten die Herstellung des Teststücks 50 und die Bewertung der Bindungsstärke nach den gleichen Verfahren wie in Beispiel 1, abgesehen davon, dass Unterschiede in den Inhaltsstoffen der primären Behandlungslösung bestan den. Wie in Tabelle 1 angegeben, betrug in der primären Behandlungslösung der Gehalt an Epoxyverbindung 5 Gew.-%, an Latex 11,1 Gew.-% (5 Gew.-% Fest stoffgehalt) und an wässriger Natriumhydroxidlösung 5 Gew.-%. Die Werte waren damit 2,5 mal größer als in Beispiel 1. Die Feststoffgehaltbeschichtung betrug dabei 5 Gew.-% bezogen auf das Garn, während die Bindungsstärke 110 N/15 mm betrug. Als Ablösestelle wurde die Grenzfläche zwischen den Schnüren 54 und der Kautschukbahn 56 bestimmt.

Beispiel 3

In Beispiel 3 erfolgten die Herstellung des Teststücks 50 und die Bewertung der Bindungsstärke nach den gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 und 2, abgesehen davon, dass Unterschiede in den Inhaltsstoffen der primären Be handlungslösung bestanden. Wie in Tabelle 1 angegeben, betrug in der primären Behandlungslösung nach Beispiel 3 der Gehalt an Epoxyverbindung 5 Gew.-% und an Latex 11,1 Gew.-% (5 Gew.-% Feststoffgehalt). Die Werte waren damit die gleichen wie in Beispiel 2. Ferner wurde als ringöffnender Katalysator der Epoxyverbindung 2-Methyl-Imidazol mit einer Konzentration von 10 Gew.-% an Stelle von Natriumhydroxid verwendet. Die Zugabe erfolgte dabei in einer Menge von 5 Gew.-% (Gehalt von 0,5 Gew.-% oder 1/10) der Epoxyverbindung. Die Feststoffgehaltbeschichtung betrug dabei 5 Gew.-% bezogen auf das Garn, während die Bindungsstärke 140 N/15 mm betrug. Als Ablösestelle wurde nicht die Grenzfläche zwischen den Schnüren 54 und der Kautschukbahn 56 bestimmt. Vielmehr trat der Bruch im Inneren der Kautschukbahn 56 auf.

Beispiel 4

In Beispiel 4 erfolgten die Herstellung des Teststücks 50 und die Bewertung der Bindungsstärke nach den gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 3, abge sehen davon, dass Unterschiede in den Inhaltsstoffen der primären Behand lungslösungen bestanden. Wie in Tabelle 1 angegeben, betrug bei der primären Behandlungslösung nach Beispiel 4 der Gehalt an Epoxyverbindung 5 Gew.-% und an Latex 11,1 Gew.-% (5 Gew.-% Festgehalt). Diese Werte waren demnach gleich denen in Beispiel 3. Ferner wurde als ringöffnender Katalysator der Epoxyverbindung wie in Beispiel 3 2-Methylimidazol mit einer Konzentration von 10% verwendet. Die Zugabe erfolgte in einer Menge von 0,5 Gew.-% (Gehalt von 0,05 Gew.-% oder 1/100) der Epoxyverbindung. Die Feststoffgehaltbeschichtung betrug dabei 5 Gew.-% bezogen auf das Garn, während die Bindungsstärke 90 N/15 mm betrug. Als Ablösestelle wurde die Grenzfläche zwischen den Schnüren 54 und der Kautschukbahn 56 bestimmt.

Vergleichsbeispiel 1

In dem Vergleichsbeispiel 1 erfolgten die Herstellung des Teststücks 50 und die Bewertung der Bindungsstärke nach den gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 4, abgesehen davon, dass Unterschiede in den Inhaltsstoffen der primären Behandlungslösung bestanden. Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden in der Behand lungslösung nach Vergleichsbeispiel 1 2,22 Gew.-% der Epoxyverbindung und 0,28 Gew.-% einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid mit einer Konzentrati on von 10%, welche die gleiche wie in den Beispielen 1 und 2 war und als rin göffnender Katalysator der Epoxyverbindung diente, zugegeben. Dagegen wurde kein Latex zugegeben. Ferner wurde Aerosol OT mit einer Konzentration von 5% in einer Menge von 2,24 Gew.-% als Benetzungsmittel zugegeben, um zu ge währleisten, dass die Epoxyverbindung leicht auf die PBO-Faser aufgebracht werden konnte. Die Feststoffgehaltbeschichtung betrug dabei 0,2 Gew.-% bezo gen auf das Garn. Ferner betrug die Bindungsstärke 50 N/15 mm. Als Ablöse stelle wurde die Grenzfläche zwischen den Schnüren 54 und der Kautschukbahn 56 bestimmt.

Wie aus den obigen Ergebnissen hervorgeht, zeigten die Beispiele 1 bis 4, in denen der primären Behandlungslösung Latex zugegeben wurde, eine Verbesse rung hinsichtlich der Feststoffgehaltbeschichtung und der Bindungsstärke gegen über dem Vergleichsbeispiel 1, bei dem kein Latex zugegeben wurde.

Vergleicht man die Beispiele 1 und 2, so stellt man fest, dass bei einem 2,5 mal größeren Feststoffgehalt der Epoxyverbindung und des Latex die Feststoffgehalt beschichtung ebenfalls 2,5 mal größer ist und die Bindungsstärke verbessert wird. Vergleicht man die Beispiele 2 und 3, so zeigt sich, dass die Verwendung von 2- Methylimidazol an Stelle des Natriumhydroxids zu einer außerordentlich verbes serten Bindungsstärke führt. Aus der Tatsache, dass der Bruch infolge der Zug beanspruchung nicht an der Grenzfläche, sondern in der Kautschukbahn 56 auftritt, ist zu schließen, dass die Schnüre 54 und die Kautschukbahn 56 stark aneinander gebunden sind. Der Unterschied zwischen den Beispielen 3 und 4 besteht lediglich darin, dass die Menge an ringöffnendem Katalysator (2- Methylimidazol) in dem einen Fall 10 Gew.-% und in dem anderen Fall 1 Gew.-% bezogen auf die Epoxyverbindung beträgt. Obgleich dabei kein Unterschied in den Feststoffgehaltbeschichtungen besteht, unterscheiden sich die Bindungsstärken stark voneinander. Dabei ist eine Katalysatormenge von etwa 10 Gew.-% bezogen auf die Epoxyverbindung eine geeignete Menge.

Das erläuterte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Zahnriemen. Die Erfin dung ist jedoch auf einen beliebigen Transmissionsriemen einschließlich eines V- Riemens, eines V-Rippenriemens etc. anwendbar.

Claims

1. Transmissionsriemen mit
einem aus einer Kautschukzusammensetzung bestehenden Riemenkörper und
mindestens einer aus Poly-p-Phenylenbenzobisoxazol-Faser bestehenden Schnur, die in den Riemenkörper eingebettet ist, wobei der Riemenkörper und die Schnur durch Vulkanisieren der Kautschukzusammensetzung zu ei ner einstückigen Gesamtheit ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberfläche der Schnur einer Primärbehandlung, bei der eine Beschich tung aus einer Mischung aus einer Epoxyverbindung und Latex aufgebracht und wärmebehandelt wird, und einer sekundären Behandlung, bei der eine Beschichtung aus einem Resorcinol-Formalin-Latexhaftmittel aufgebracht und wärmebehandelt wird, unterzogen worden ist.

2. Transmissionsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptinhaltsstoff der Kautschukzusammensetzung Chloroprenkautschuk oder hydrierter Nitrilkautschuk ist.

3. Transmissionsriemen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxyverbindung eine Polyepoxyverbindung, die mindestens zwei Epoxyrin gen in einem Molekül hat, und in Wasser löslich ist.

4. Transmissionsriemen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxyverbindung Diglycerolpolyglycidylether, Polyglycerolpolyglycidylether oder Sorbitolpolyglycidylether ist.

5. Transmissionsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latex ein Acrylonitril-Butadien-Kautschuklatex oder ein Chloropren-Kautschuklatex ist.

6. Transmissionsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnur durch Eintauchen von Poly-p- Phenylenbenzobisoxazol-Fasern in eine primäre Behandlungslösung aus ei ner wässrigen Lösung der Epoxyverbindung, dem Latex und einem ringöff nenden Katalysator der Epoxyverbindung und durch nach dem Eintauchen erfolgendes, eine vorbestimmte Zeit anhaltendes Erwärmen auf 230°C bis 280°C gebildet ist.

7. Transmissionsriemen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringöffnende Katalysator eine Imidazolverbindung ist.

8. Transmissionsriemen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ringöffnende Katalysator 2-Methylimidazol ist.

9. Transmissionsriemen nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ringöffnende Katalysator in einer Menge zugegeben worden ist, die im Wesentlichen 10 Gew.-% bezogen auf die Epoxyverbindung beträgt.

10. Transmissionsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffgehaltbeschichtung nach der primären Behandlung 3 bis 8 Gew.-% bezogen auf die Schnur vor der primären Be handlung beträgt.

11. Verfahren zum Herstellen einer Verbindung mit Poly-p-Phenylen benzobisoxazol-Faser, dadurch gekennzeichnet, dass
eine primäre Behandlung vorgenommen wird, bei der auf die Oberfläche der Poly-p-Phenylenbenzobisoxazol-Faser eine Beschichtung aus einer Mi schung aus einer Epoxyverbindung und einem Latex aufgebracht und diese wärmebehandelt wird, und
eine zweite Behandlung vorgenommen wird, bei der eine Beschichtung aus einem Resorcinol-Formalin-Latexhaftmittel aufgebracht und dieses wärme behandelt wird.