DE10392190T5

DE10392190T5 - Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen und selbige verwendender hochbeanspruchbarer Kraftübertragungsriemen

Info

Publication number: DE10392190T5
Application number: DE10392190T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kobe Maeda; Hiroki Kobe Koyama; Hiroshi Kobe Takeuchi; Takahisa Kobe Shimada; Yuji Kobe Takeuchi; Katsumi Kobe Imae; Masaru Kobe Teshima; Atsushi Kobe Fujita
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP2003314619A; US7189785B2; DE10392190B4; US20050043486A1; CN1615337A; WO2003091331A1; CN1308390C; DE10392190T8

Abstract

Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen,
wobei 20 bis 40 Gewichtsteile eines Metallsalzmonomers einer organischen Säure und 5 bis 35 Gewichtsteile kurze Fasern in 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponente, bestehend aus einem Ethylen-α-Olefin-Elastomer und hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, eingemischt sind;
die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomeren in 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente bei 55 bis 75 Gewichtsteilen liegt und
die Menge an Acetonextrakt von der Kautschukkomponente% oder weniger beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Kautschukzusammensetzungen für hochbeanspruchbare Kraftübertragungsriemen und selbige verwendende hochbeanspruchbare Kraftübertragungsriemen.
Stand der Technik
Bekannte Keilriemen mit regelbarer Geschwindigkeit für Vierrad-Kraftfahrzeuge, Motorräder und dergleichen schließen einen einzelnen Zahnkeilriemen mit Zähnen lediglich auf der Riemeninnenfläche, einen Doppelzahnkeilriemen mit Zähnen sowohl auf der Riemeninnen- als auch auf der Riemenrückseite und einen Hybrid-Keilriemen ein, wobei eine Vielzahl von Blöcken in spezifischen Abständen und Intervallen in der Längsrichtung des Riemens mit bilateral gepaarten Zuggliedern verbunden sind. Für hochbeanspruchbare Kraftübertragungs-Keilriemen sind die seitlichen Drücke von Zahnriemenscheiben hoch. Daher müssen, um solche hohe seitlichen Drücke auszuhalten, Kautschukzusammensetzungen, wie sie für die oben stehenden verschiedenen Arten von hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen mit regelbarer Geschwindigkeit verwendet werden, einen hohen Elastizitätsmodul nach der Vernetzung aufweisen. Ferner müssen diese Kautschukzusammensetzungen nach der Vernetzung auch eine ausgezeichnete Wärmealterungsbeständigkeit und Biegeermüdungs-Rissbeständigkeit aufweisen und einen geringen Verformungsrest aufgrund von Temperatur und Druck aufweisen.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde herkömmlicher Weise von Peroxidvernetzten hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuken, die typischerweise mit einem Metallsalzmonomer einer ungesättigten Carbonsäure, wie Zinkdimethacrylat oder Zinkdiacrylat, verstärkt waren, Gebrauch gemacht. Für solche hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuke (HNBR) wird mit einer Zunahme des Gehalts an Metallsalzmonomer deren Elastizitätsmodul höher und diese werden dadurch vorteilhafter für die Hochleistungskraftübertragung. Allerdings ist die Kehrseite der Medaille, dass die Wärmealterungsbeständigkeit und Biegeermüdungs-Rissbeständigkeit der HNBRs verschlechtert wird, wodurch die Tendenz zu einer Erhöhung der Verformungsrest besteht. Um damit fertig zu werden, wurde herkömmlicher Weise eine Technik verwendet, welche die optimale Menge des in eine Kautschukzusammensetzung für einen Riemen eingemischten ungesättigten Metallsalzes festlegt unter Berücksichtigung der Ausgewogenheit zwischen dem Kraftübertragungsverhalten des Riemens, die gemäß der speziellen Anwendung erforderlich ist und Wärmebeständigkeit, Rissbeständigkeit und einen niedrigen bleibenden Verformung erforderte.
Inzwischen gab es in den letzten Jahren eine steigende Nachfrage nach der Entwicklung von Kraftübertragungsriemen, welche nicht nur die vorgenannten charakteristischen Anforderungen, sondern auch ihre Anforderung an die Haltbarkeit erfüllen können, selbst wenn sie in kalten Klimata, wie Nordamerika und Nordeuropa, eingesetzt werden, oder mit anderen Worten, nach weltweit einsetzbaren Kraftübertragungsriemen.
Wenn die oben stehend genannten Kautschukzusammensetzungen auf HNBR-Basis verwendet werden, um beispielsweise die Anforderung an die Flexibilität und Weichheit bei –35°C zu erfüllen, muss eine große Menge an Weichmacher, wie Öl, darin eingemischt werden. Dann hätten die resultierenden Kautschuke die nachteiligen Auswirkungen eines herabgesetzten Elastizitätsmoduls und eines erhöhten Verformungsrests bei Riemen, welche diese Kautschuke verwenden, und für die Riemen wäre es dann wiederum schwierig, die oben stehende gute Ausgewogenheit unter den vorgenannten Charakteristika zu erhalten.
Andererseits wurde in den letzten Jahren Ethylen-α-Olefin-Elastomeren, wie Ehtylen-Propylen-Copolymer (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) oder Ethylen- Octen-Copolymer, als Kautschukmaterialien für Kraftübertragungsriemen mit sowohl Wärmebeständigkeit als auch Kältebeständigkeit die Aufmerksamkeit geschenkt.
Für Kautschukzusammensetzungen auf Ethylen-α-Olefin-Elastomer-Basis jedoch besitzen die resultierenden Kautschuke einen geringen Elastizitätsmodul. Es mag möglich sein, den Elastizitätsmodul eines solchen Kautschuks durch Erhöhen der Menge an Füllstoff, wie Ruß, zu verbessern. In diesem Fall jedoch entsteht ein Problem, nämlich das ein den Kautschuk verwendender Riemen eine extrem starke Selbsterwärmung beim Biegen zeigt und eine schlechte Rissbeständigkeit aufweist, wodurch kein in der Praxis brauchbarer Grad erreicht wird. Um dieses Problem zu lösen, wurde erwogen, den Kautschuk-Elastizitätsmodul durch Hinzufügen eines Metallsalzmonomers einer ungesättigten Carbonsäure zu dem Ethylen-α-Olefin-Elastomer zu verbessern.
Zum Beispiel beschreibt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 5-17 635 eine Riemen-Kautschukzusammensetzung, in welcher 100 Gewichtsteile eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers mit einer Mooney-Viskosität (ML_{1 + 4}, 100°C) von 10 bis 70 und enthaltend 75 Mol-% oder mehr Ethyleneinheiten mit 15 bis 80 Gewichtsteilen eines Metallsalzmonomers einer Ethylen-ungesättigten Carbonsäure und 0,2 bis 10 Gewichtsteilen eines organischen Peroxids vermischt werden.
Die internationale Patentveröffentlichung Nr. WO 97/22 662 beschreibt eine Riemen-Kautschukzusammensetzung, in welcher 100 Gewichtsteile eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers mit einem Ethylengehalt von 40 bis 70 Gew.-% mit 32 bis 100 Gewichtsteilen eines Metallsalzes einer ungesättigten Carbonsäure vermischt sind.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kohyo) Nr. 9-500 930 und deren entsprechendes US-Patent Nr. 5 610 217 beschreiben Riemen-Kautschukzusammensetzungen, in welchen 100 Gewichtsteile eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers mit 1 bis 30 Gewichtsteilen eines Metallsalzes einer α-β-ungesättigten organischen Säure und 250 Gewichtsteile oder weniger eines verstärkenden Füllstoffs vermischt sind. Diese Dokumente beschreiben auch eine Technik, dass bis zu 25 Gewichtsteile HNBR in 100 Gewichtsteile des Ethylen-α-Olefin-Elastomers eingemischt werden.
Die internationale Patentveröffentlichung Nummer WO 97/22 663 beschreibt eine Riemen-Kautschukzusammensetzung, in welcher eine Kautschuk-Basismischung, die aus 41 bis 49 Gewichtsteilen eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers und 51 bis 59 Gewichtsteilen HNBR aufgebaut ist, mit 5 bis 80,5 Gewichtsteilen eines Metallsalzes einer ungesättigten Carbonsäure vermischt ist.
Allerdings besitzt im Falle der Zugabe eines Metallsalzmonomers einer ungesättigten Carbonsäure zu einem Ethylen-α-Olefin-Elastomer der resultierende Kautschuk einen hohen Elastizitätsmodul, doch ist seine Rissbeständigkeit extrem verschlechtert. Die oben stehend beschriebene ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 5-17 635 erwähnt, dass eine Kautschukzusammensetzung, in welcher ein Ethylen-α-Olefin-Elastomer mit einem Ethylengehalt von etwa 70 Mol-% oder weniger mit einem Metallsalzmonomer einer ungesättigten Carbonsäure vermischt ist, keine hohe Festigkeit vorsehen würde und geht davon aus, dass dies auf das schlechte Dispergiervermögen des Metallsalzmonomers zurückzuführen ist. Das oben stehend beschriebene Problem einer verschlechterten Rissbeständigkeit ist vermutlich auch auf die schlechte Dispergierbarkeit des Metallsalzmonomers zurückzuführen. In dem oben stehenden Fall einer Verwendung des 75 Mol-% oder mehr Ethyleneinheiten enthaltenden Ethylen-α-Olefin-Elastomers erreicht der resultierende Kautschuk eine hohe Festigkeit, bewirkt aber eine Kristallisation bei niedrigen Temperaturen aufgrund seines hohen Ethylengehalts. Deshalb reicht es nicht aus, der Biegebeständigkeit eines Riemens bei niedrigen Temperaturen zu genügen.
Die oben stehende Technik des Mischens eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers und von HNBR kann wirksam sein bei der Verbesserung der Kältebeständigkeit des resultierenden Kautschuks. Da aber der Gehalt an Ethylen-α-Olefin-Elastomer nur 41 bis 49 Gewichtsteile in 100 Gewichtsteilen der gesamten Kautschukkomponente beträgt, hat dies keine ausreichende Wirkung für die Verbesserung der Kautschuk-Kältebeständigkeit. Wenn andererseits die Menge an eingemischtem Öl erhöht wird, um die Kältebeständigkeit zu verbessern, führt dies leicht zu einer Dauerverformung (Verformungsrest) des Kautschuks.
Darüber hinaus erhöht im oben stehenden Fall eines Mischverhältnisses von 25 Gewichtsteilen oder weniger HNBR zu 100 Gewichtsteilen Ethylen-α-Olefin-Elastomer dessen hohes Mischverhältnis von Ethylen-α-Olefin-Elastomer die Kältebeständigkeit, verschlechtert aber die Rissbeständigkeit, was für die Haltbarkeit bei hohen Temperaturen von Nachteil ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemens wie eines Riemens mit variabler Geschwindigkeit unter Verwendung einer Kautschukzusammensetzung, welche durch Mischen von Ethylen-α-Olefin-Elastomer und HNBR erhalten wird, und hat das Ziel einer guten Ausgewogenheit zwischen hohem Elastizitätsmodul, Wärmealterungsbeständigkeit, Rissbeständigkeit, Verformungsrestbeständigkeit und Kältebeständigkeit.
Darüber hinaus hat die vorliegende Erfindung das weitere Ziel einer Verbesserung der Kältebeständigkeit des Riemens, ohne dessen Haltbarkeit bei hohen Temperaturen zu beeinträchtigen, unter Sicherstellung eines ausreichenden Kraftübertragungsverhaltens und unter gleichzeitiger Erhöhung von dessen Verformungsrestbeständigkeit.
Offenbarung der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung wird eine geeignete Menge an Metallsalzmonomer in eine Kautschukzusammensetzung von HNBR und Ethylen-α-Olefin-Elastomer hinzugegeben, wobei deren Mischverhältnis einen geeigneten Wert aufweist, wodurch die Kältebeständigkeit des resultierenden Riemens erhöht wird, ohne dessen Haltbarkeit bei hohen Temperaturen zu beeinträchtigen und unter Sicherstellung eines ausreichenden Kraftübertragungsverhaltens. Darüber hinaus wird der Kältebeständigkeits-Verbesserungseffekt von Ethylen-α-Olefin-Elastomer zur Verringerung der Menge an hinzugegebenem Weichmacher, wie Öl, verwendet, wodurch die Verformungsrestbeständigkeit verbessert wird.
Um spezifischer zu sein, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen, wobei 20 bis 40 Gewichtsteile eines Metallsalzmonomers einer organischen Säure und 5 bis 35 Gewichtsteile kurze Fasern in 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponnente, bestehend aus einem Ethylen-α-Olefin-Elastomer und hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, eingemischt sind;
die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomeren in 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente bei 55 bis 75 Gewichtsteile liegt und
die Menge an Acetonextrakt von der Kautschukkomponente 9% oder weniger beträgt.
Da die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomers 55 bis 75 Gew.-% in 100 Gewichtsteilen einer aus dem Ethylen-α-Olefin-Elastomer und hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk bestehenden Kautschukkomponente beträgt, ist dies vorteilhaft bei der Sicherstellung der Kältebeständigkeit des Riemens, ohne dessen Haltbarkeit bei hohen Temperaturen zu beeinträchtigen. In diesem Zusammenhang, falls die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomers weniger als 55 Gewichtsteile beträgt, hat dies keine ausreichende Auswirkung auf eine Verbesserung der Kältebeständigkeit. Wenn andererseits die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomers 75 Gewichtsteile übersteigt, wird die Kältebeständigkeit verbessert, doch verschlechtert sich die Rissbeständigkeit. Dies ist von Nachteil in Bezug auf die Sicherstellung der Haltbarkeit bei hohen Temperaturen. Die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomers liegt stärker bevorzugt im Bereich von 60 bis 70 Gewichtsteilen.
Da darüber hinaus das Mischverhältnis des Metallsalzmonomers der organischen Säure 20 bis 40 Gewichtsteile beträgt, kann der hydrierte Acrylnitril-Butadien-Kautschuk verstärkt werden. Dies erhöht den Elastizitätsmodul, und, mit anderen Worten, erhöht die Kautschukhärte für eine Verbesserung des Hochleistungs-Kraftübertragungsverhaltens des Riemens. In diesem Zusammenhang hat dies, falls das Mischverhältnis des Metallsalzmonomers der organischen Säure weniger als 20 Gewichtsteile beträgt, keine ausreichende Auswirkung auf die Kautschukverstärkung. Wenn andererseits das Mischverhältnis des Metallsalzmonomers der organischen Säure 40 Gewichtsteile übersteigt, verbessert dies den Elastizitätsmodul, ist aber von Nachteil in Bezug auf die Rissbeständigkeit. Das Mischverhältnis des Metallsalzmonomers der organischen Säure liegt stärker bevorzugt im Bereich von 25 bis 30 Gewichtsteilen.
Darüber hinaus, wie oben stehend beschrieben, beträgt die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomers 55 bis 75 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Kautschukkomponente, wodurch die Kältebeständigkeit verbessert wird. Daher kann die Menge des eingemischten Weichmachers, wie von Öl, verringert werden, und es kann wiederum die Menge an eingemischtem Öl auf Null verringert werden, was für die Verbesserung der Verformungsrestbeständigkeit des Riemens von Vorteil ist. Die Menge des Acetonextrakts von 9% oder weniger zielt auf eine Verringerung der Menge an eingemischtem Weichmacher, wie Öl, ab, um die Verformungsrestbeständigkeit zu verbessern. Die Menge des Acetonextrakts beträgt stärker bevorzugt 6 % oder weniger. Darüber hinaus beträgt beim Einmischen des Öls das Mischverhältnis vorzugsweise 5 Gewichtsteile oder weniger pro 100 Gewichtsteile der Kautschukkomponente.
Das Einmischen von kurzen Fasern zielt auf eine Erhöhung der Kautschukhärte ab, während gleichzeitig die Kautschuk-Selbsterwärmung beim Biegen des Riemens unterdrückt wird, wodurch das Kraftübertragungsverhalten des Riemens verbessert wird. Insbesondere wird ein Riemen wiederholt gebogen, wenn er sich um die Riemenscheiben bewegt. Wenn die Härte des den Riemen aufbauenden Matrixkautschuks (Kautschukkomponente mit Ausnahme der kurzen Fasern) zum Zwecke der Verbesserung des Kraftübertragungsverhaltens erhöht wird, dann erhöht der Kautschuk die an der Riemenkrümmung erzeugte Wärmemenge und neigt zu einer thermischen Zersetzung. Daher wird die Kautschukhärte durch das Einmischen von kurzen Fasern erhöht, während die Menge der durch den Kautschuk an der Riemenkrümmung erzeugten Wärme auf ein geringes Maß unterdrückt wird.
Falls in dem oben stehenden Fall das Mischverhältnis von kurzen Fasern weniger als 5 Gewichtsteile beträgt, kann keine ausreichende Wirkung der Kautschukverstärkung erzielt werden. Somit wird es notwendig, die Härte des Matrixkautschuks zu erhöhen, was bei der Unterdrückung der Wärmeerzeugung des Kautschuks von Nachteil ist. Wenn andererseits das Mischverhältnis von kurzen Fasern 35 Gewichtsteile übersteigt, wird deren Dispergiervermögen in dem Kautschuk herabgesetzt, was zu verschlechter ten physikalischen Eigenschaften von Kautschuk für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen führt.
Die kurzen Fasern umfassen vorzugsweise organische kurze Fasern mit einem Zugmodul von 15 GPa bis 300 GPa, und 5 bis 20 Gewichtsteile der organischen kurzen Fasern werden vorzugsweise in die Kautschukkomponente eingemischt. Insbesondere wenn der Zugmodul weniger als 15 GPa beträgt, ist der Kautschuksverstärkungseffekt gering. Dies schafft die Notwendigkeit einer Erhöhung der Härte des Matrixkautschuks oder einer Erhöhung des Mischverhältnisses von kurzen Fasern, was zu dem oben genannten Problem der Wärmeerzeugung oder schlechten Dispergierbarkeit führt. Der Zugmodul liegt im Bereich von vorzugsweise 15 GPa bis 100 GPa, oder stärker bevorzugt von 60 GPa bis 100 GPa.
Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise als Ethylen-α-Olefin-Elastomer Ehtylen-Propylen-Copolymer (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM) oder Ethylen-Octen-Copolymer.
Der gebundene Acrylnitril-Gehalt in dem hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk kann etwa 40% betragen. Allerdings kann ein gebundener Acrylnitril-Gehalt von 20% oder weniger sowohl die Kältebeständigkeit als auch die Verformungsrestbeständigkeit des Riemens erreichen, selbst wenn die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomers gering ist.
Die vorliegende Erfindung kann als Metallsalzmonomer der organischen Säure ein Metallsalz einer ungesättigten Monocarbonsäure, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure oder 3-Butensäure, ein Metallsalz einer ungesättigten Dicarbonsäure, wie Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure, oder ein Metallsalz eines ungesättigten Dicarbonsäuremonoesters, wie Monomethylmaleat, Monoethylmaleat oder Monoethylitaconat, verwenden. Das verwendete Metall unterliegt keiner speziellen Beschränkung, solange es ein Salz mit einer Ethylen-ungesättigten Carbonsäure bildet, doch schließen geeignete Metalle Zink, Magnesium, Calcium und Aluminium ein. Die Verwendung von Zinkdiacrylat oder Zinkdimethacrylat ist besonders bevorzugt.
Die verwendeten organischen Fasern in der vorliegenden Erfindung schließen Poly(paraphenylen-terephthalamid)-Fasern, Co-poly(paraphenylen-3,4'-oxydiphenylenterephthalamid)-Fasern, Poly(metaphenylen-isophthalamid)-Fasern, Poly(paraphenylenbenzobisoxazol)-Fasern, Polyvinylalkohol-Fasern und holaromatische Polyesterfasern ein. Die verwendeten organischen Fasern können ein Einzeltyp oder eine Mischung von zwei oder mehr Typen sein.
Bei der Kompoundierung der oben stehenden Bestandteile werden das Metallsalzmonomer der organischen Säure und der hydrierte Acrylnitril-Butadien-Kautschuk vorzugsweise vorvermischt, um das Metallsalzmonomer der organischen Säure in dem hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk ausreichend zu dispergieren, und der hydrierte Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, welcher das dispergierte Metallsalzmonomer der organischen Säure, das Ethylen-α-Olefin-Elastomer und die kurzen Fasern enthält, werden vorzugsweise in eine Verbindung gemischt. Dies verbessert das Dispergiervermögen des Metallsalzmonomers der organischen Säure, um die Verstärkung des hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuks sicherzustellen, was bei der Verbesserung der Rissbeständigkeit von Vorteil ist.
Darüber hinaus können, falls zur Verbesserung der Kompatibilität zwischen Ethylen-α-Olefin-Elastomer und hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk erforderlich, polare Gruppen, wie Carboxylgruppen, in eines oder beide Polymere eingeführt werden.
Die Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen besitzt vorzugsweise eine Kautschukhärte von 40 bis 60, wenn sie mit einem Durometer vom Typ D gemessen wird, und einen Wert t₅ von –50°C bis –35°C, wenn ein Gehman-Torsionstest vorgenommen wird.
Die Kautschukhärte-Präferenz von 40 oder höher gilt daher, weil der Riemen dadurch ein gutes Kraftübertragungsverhalten unter Hochbeanspruchungsbedingungen erreichen kann. Um ein solches Kraftübertragungsverhalten zu verbessern, ist eine höhere Kautschukhärte stärker bevorzugt. Wenn allerdings die Kautschukhärte 60 übersteigt, verschlechtert sich die Rissbeständigkeit des Riemens extrem und verschlechtert somit die Lebensdauer bei einem Hochtemperatur-Haltbarkeitstest extrem. Deshalb beträgt die Kautschukhärte vorzugsweise nicht mehr als 60. Stärker bevorzugt liegt die Kautschukhärte im Bereich von 45 bis 58.
Die t₅-Präferenz von –35°C oder weniger in einem Gehman-Torsionstest gilt daher, weil der Riemen dadurch die Niedrigtemperatur-Haltbarkeit (Kältebeständigkeit) erreichen kann. Um eine ausgezeichnete Niedertemperatur-Haltbarkeit zu erzielen, ist t₅ vorzugsweise –37°C oder weniger.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen, bei welchem ein Metallsalzmonomer einer organischen Säure und kurze Fasern in eine aus einem Ethylen-α-Olefin-Elastomer und hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk aufgebaute Kautschukkomponente eingemischt werden, die mit einem Durometer vom Typ D gemessene Kautschukhärte 40 bis 60 beträgt, der durch einen Gehman-Torsionstest erhaltene Wert t₅ –50°C bis –35°C beträgt und die Menge an Acetonextrakt aus der Kautschukkomponente nicht mehr als 9% oder nicht mehr als 6% beträgt.
Daher kann dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung eine gute Ausgewogenheit zwischen einem hohen Elastizitätsmodul, Wärmealterungsbeständigkeit, Rissbeständigkeit, Verformungsrestbeständigkeit und Kältebeständigkeit erzielen, und insbesondere die Kältebeständigkeit des Riemens erhöhen, ohne dessen Hochtemperatur-Haltbarkeit zu beeinträchtigen, ein ausreichendes Kraftübertragungsverhalten sicherstellen und gleichzeitig dessen Verformungsrestbeständigkeit verbessern.
Die bisher beschriebenen Kautschukzusammensetzungen sind auf einen Zahnkeilriemen anwendbar, bei welchem eine bestimmte Anzahl an Zähnen in bestimmten Abständen nur auf der Riemeninnenfläche oder sowohl auf der Riemeninnen- als auch -rückseite gebildet wird. Insbesondere sind die Kautschukzusammensetzungen auf mindestens eines der dem Zahnkeilriemen aufbauende Kautschukelemente anwendbar, zum Beispiel einen Kompressionskautschuk, welcher das zu der Riemeninnenfläche näher liegende Kautschukelement als zu dem Zugglied ist, ein Zuggummi bzw. -kautschuk, welches das näher an der Riemenrückseite liegende Kautschukelement ist, so wohl die Zug- als auch die Kompressionskautschuke, oder einen Haftkautschuk zum Halten des Zugglieds an der richtigen Position.
Diese Anwendungen können eine gute Ausgewogenheit zwischen einem hohen Elastizitätsmodul, der Wärmealterungsbeständigkeit, der Verformungsrestbeständigkeit und der Kältebeständigkeit erzielen, und insbesondere die Kältebeständigkeit des Riemens erhöhen, ohne dessen Hochtemperatur-Haltbarkeit zu beeinträchtigen, ein ausreichendes Kraftübertragungsverhalten sicherstellen und gleichzeitig dessen Verformungsrestbeständigkeit erhöhen, was bei der Erhöhung der Riemenhaltbarkeit von Vorteil ist.
Darüber hinaus sind die obenstehenden Kautschukzusammensetzungen auf einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungs-Keilriemen anwendbar, umfassend: ein aus einer Kautschukschicht mit einem darin eingelegten Cord gebildetes Zugglied; und eine Vielzahl von Blöcken, welche in spezifischen Abständen und Intervallen in der Längsrichtung des Riemens mit dem Zugglied, und insbesondere der Kautschukschicht des hochbeanspruchbaren Kraftübertragungs-Keilriemens verbunden sind. Diese Anwendung kann eine gute Ausgewogenheit zwischen einem hohen Elastizitätsmodul, der Wärmealterungsbeständigkeit, der Rissbeständigkeit, der Verformungsrestbeständigkeit und der Kältebeständigkeit erzielen, und insbesondere die Kältebeständigkeit des Riemens erhöhen, ohne dessen Hochtemperatur-Haltbarkeit zu beeinträchtigen, ein ausreichendes Kraftübertragungsverhalten sicherstellen und gleichzeitig dessen Verformungsrestbeständigkeit erhöhen, was bei der Verbesserung der Riemenhaltbarkeit von Vorteil ist.
Wie bis hierher beschrieben, kann gemäß der Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung einen Riemen aufbauender Kautschuk eine gute Ausgewogenheit zwischen einem hohen Elastizitätsmodul, der Wärmealterungsbeständigkeit, der Rissbeständigkeit, der Verformungsrestbeständigkeit und der Kältebeständigkeit erzielen, was bei der Verbesserung der Riemenhaltbarkeit von Vorteil ist.
Da darüber hinaus der Zahnkeilriemen oder der hochbeanspruchbare Kraftübertragungs-Keilriemen, bei welchem eine große Zahl von Blöcken, welche mit einem Zugglied gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind, die Kautschukzusammenset zung für ein Kautschukelement des Riemens verwendet, kann das Kautschukelement eine gute Ausgewogenheit zwischen einem hohen Elastizitätsmodul, der Wärmealterungsbeständigkeit, der Rissbeständigkeit, der Verformungsrestbeständigkeit und der Kältebeständigkeit erzielen, was bei der Verbesserung der Riemenhaltbarkeit von Vorteil ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Zahnkeilriemens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 2 ist eine Seitenansicht des obenstehenden Zahnkeilriemens.
Die 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Hybrid-Keilriemens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von 3.
Die 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Blocks des obenstehenden Hybrid-Keilriemens.
Die 6 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Zugglieds des obenstehenden Hybrid-Keilriemens.
Die 7 ist eine Grafik, welche die Beziehungen zwischen den Kautschukhärten von Zahnkeilriemen und deren übertragenen Drehmomenten zeigt.
Die 8 ist eine Grafik, welche die Beziehungen zwischen den Kautschukhärten von Hybrid-Keilriemen und deren übertragenen Drehmomenten zeigt.
Die 9 ist eine Grafik, welche die Beziehungen zwischen den Kautschukhärten und der Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer von Hybrid-Keilriemen zeigt.
Die 10 ist eine Grafik, welche die Beziehungen zwischen den Kautschukhärten und der Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer von Hybrid-Keilriemen zeigt.
Die 11 ist eine Grafik, welche die Beziehungen zwischen den Gehman-Torsionswerten t₅ und den Kälte-Haltbarkeitszyklen von Zahnkeilriemen zeigt.
Die 12 ist eine Grafik, welche die Beziehungen zwischen den Gehman-Torsionstest-Werten t₅ und den Kälte-Haltbarkeitszyklen von Hybrid-Keilriemen zeigt.
Die 13 ist eine Grafik, welche die Beziehungen zwischen den Mengen des Acetonextrakts und den Mittenabstand-Variationen von Zahnkeilriemen zeigt.
Die 14 ist eine Grafik, welche die Beziehungen zwischen den Mengen des Acetonextrakts und den Nachlauf-Interferenzen von Hybrid-Keilriemen zeigt.
Die 15 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen dem Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat und der Kautschukhärte zeigt.
Die 16 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Menge des Acetonextrakts und dem Mischverhältnis von Öl zeigt.
Die 17 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Menge an Öl und dem Gehman-Torsionswert t₅ zeigt.
Bester Weg zur Durchführung der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Konstruktion eines hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen
Zahnkeilriemen
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst ein Zahnkeilriemen 10 eine Kautschuk-Zugschicht 1 auf der rückseitigen Fläche, eine Kautschuk-Kompressionsschicht 2 an der Innenfläche, eine Kautschuk-Haftschicht 3 zwischen den Kautschuk-Zug- und -Kompressionsschichten 1 und 2 und einen in die Kautschuk-Haftschicht 3 eingelegten Cord 4. Die Oberfläche der Kautschuk-Zugschicht 1 ist mit einer großen Anzahl an Zähnen 5 in spezifischen Abständen in Längsrichtung des Riemens vorgesehen und besitzt eine gewellte Gestalt. Die Oberfläche der Kautschuk-Kompressionsschicht 2 ist ebenfalls mit einer großen Anzahl an Zähnen 6 in spezifischen Abständen in Längsrichtung des Riemens vorgesehen und besitzt eine gewellte Gestalt. Ferner ist die Oberfläche der Kautschuk-Kompressionsschicht 2 mit einem Untergewebe 7 überzogen. Der Cord 4 ist spiralförmig in der Kautschuk-Haftschicht 3 angeordnet, wobei deren Krümmungen sich in Längsrichtung des Riemens erstrecken und in spezifischen Abständen in Richtung der Breite des Riemens angeordnet sind.
Kevlar^®-Paraamid-Fasern, hergestellt durch DuPont, werden für den Cord 4 verwendet. Ein Nylongewebe wird als Untergewebe 7 verwendet. Eine Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird für die Kautschuk-Zug- und Kompressionsschichten 1 und 2 verwendet. Die Kautschukschichten 1 und 2 enthalten kurze Fasern, die in Richtung der Breite des Riemens ausgerichtet sind.
Hochbeanspruchbarer Kraftübertragungs-Hybrid-Keilriemen
Wie in 3 gezeigt, ist der Keilriemen 20 aus bilateral gepaarten Endlos-Zuggliedern 30 und 30 und einer großen Anzahl an Blöcken 40, 40 aufgebaut,... die in spezifischen Intervallen in Längsrichtung des Riemens mit den Zuggliedern 30 und 30 verbunden sind.
Jedes Zugglied 30 ist als eine integrale Struktur aufgebaut, bestehend aus: einer Kautschukschicht 31; einem spiralförmig im Kautschuk 31 angeordneten Cord, wobei dessen Krümmungen sich in Längsrichtung des Riemens erstrecken und in spezifischen Abständen in Richtung der Breite des Riemens angeordnet sind; und Ober- und Untergeweben 35 und 36, welche die Ober- und Unterseiten der Kautschukschicht 31 abdecken. Die Oberseite jedes Zuggliedes 30 ist mit rillenförmigen oberen Vertiefungen 33, 33 ausgebildet..., die sich in Richtung der Breite des Riemens und in spezifischen Abständen in Übereinstimmung mit den Blöcken 40 erstrecken. Die Unterseite jedes Zugglieds 30 ist mit unteren Vertiefungen 34, 34 ausgebildet,... die sich in Richtung der Breite des Riemens und in spezifischen Abständen in Übereinstimmung mit den oberen Vertiefungen 33, 33 erstrecken,...
Der Cord 32 ist aus einem gezwirnten Garn oder einer Flechte aus Aramidfasern mit hoher Festigkeit und hohem Elastizitätsmodul gebildet und wird einem Eintauchen in eine RFL-Flüssigkeit und Kautschukkitt bzw. -zement und einem Trocknen unterzogen.
Die Ober- und Untergewebe 35 und 36 sind aus Aramid-Gewebe gebildet, das so verarbeitet ist, dass es Streckbarkeit in Längsrichtung des Riemens besitzt, und gummiert.
Jeder Block 40 besitzt Einpass-Schlitze 41 und 41, die in der rechten und linken Seite für die loslösbare Aufnahme der entsprechenden Zugglieder 30 von der Seite gebildet sind. Ferner besitzt jeder Block 40 auch Kontaktteile 42, 42 zur Kontaktierung einer geriffelten Oberfläche einer Riemenscheibe auf dessen seitlichen Oberflächen oberhalb und unterhalb jedes Einpass-Schlitzes 41. Die Zugglieder 30 und 30 sind jeweils in die Einpass-Schlitze 41 und 41 jedes Blocks 40 eingepasst.
Auf der oberen Wandoberfläche jedes Einpass-Schlitzes 41 jedes Blocks 40 ist eine obere Rille 43 gebildet, welche sich in Richtung der Breite des Riemens erstreckt und in die korrespondierende obere Vertiefung 33 in der Oberseite des Zugglieds 30 eingreift. Auf der unteren Wandoberfläche jedes Einpass-Schlitzes 41 ist eine untere Rille 44 gebildet, welche sich in Richtung der Breite des Riemens erstreckt und in die entsprechende untere Vertiefung 34 in der Bodenfläche des Zugglieds 30 eingepasst ist. Durch die ineinander greifende Verbindung der oberen und unteren Rillen 43 und 44 jedes Blocks 40 mit den oberen und unteren Vertiefungen 33 und 34 des Zugglieds 30 sind die Blöcke 40, 40 sicher mit den Zuggliedern 30, 30 verbunden, um nicht in der Längsrichtung des Riemens zu wobbeln bzw. zu taumeln.
Jeder Block 40 ist aus einem harten, wärmehärtbaren Phenolharzmaterial, das mit kurzen Aramidfasern, gemahlenen Kohlenstofffasern oder dergleichen vermischt ist, gebildet. Innerhalb des Blocks 40, wie in den 4 und 5 gezeigt, ist ein Verstärkungselement 45 mit einer hohen Festigkeit und einem hohen Elastizitätsmodul aus einer leichtgewichtigen Aluminiumlegierung oder einem anderen ähnlichen Material im Wesentlichen in der Dickenmitte des Blocks 40 eingelegt.
Das Verstärkungselement 45 besteht aus oberen und unteren Trägern 45a und 45b, die sich in Richtung der Breite (Querrichtung) erstrecken, und einem Mittelpfeiler 45c, welcher zwischen lateralen Mittelpositionen der beiden Träger 45a und 45b eine vertikale Verbindung herstellt, und ist dabei im Wesentlichen in H-Form ausgebildet.
Weiterhin wird zuvor der Abstand t2 in dem Zugglied 30, wie in 6 gezeigt, d. h. der Abstand zwischen der Bodenfläche der oberen Vertiefung 33 (insbesondere der Oberseite des Obergewebes 35) und der Bodenfläche der korrespondierenden unteren Vertiefung 34 (insbesondere der Bodenfläche des Untergewebes 36) etwas, zum Beispiel etwa 0,03 bis 0,15 mm größer als der Abstand t1 in jedem Block 40 eingestellt, wie in 4 zu sehen, d. h. der Abstand zwischen der unteren und der oberen Rille 43 und dem oberen Ende der unteren Rille 44 (t2 > t1 ). Unter dieser Einstellung wird bei der Montierung der einzelnen Blöcke 40 auf das Zugglied 30 das Zugglied 30 in jeden einzelnen Block 40 eingebunden und gleichzeitig in der Dicke durch den Block 40 kompaktiert.
Wie in 4 gezeigt, ragt die laterale Seitenoberfläche 30a des Zugglieds leicht (zum Beispiel um 0,03 bis 0,15 mm) über die Kontaktteile 42, 42 aus Harz jedes Blocks 40 heraus in Richtung der Breite des Riemens (Vorsprungszuschlag Δd). Die laterale Seitenoberfläche 30a des Zugglieds steht mit der Riemenscheiben-Rillenoberfläche zusammen mit den Kontaktteilen 42 auf der Seitenoberfläche des Blocks 40 in Kontakt, so dass der Block 40 und das Zugglied 30 ihren Teil des seitlichen Drucks von der Riemenscheibe aufnehmen. Auf diese Weise werden Stöße am Eingang jedes Blocks 40 in die Riemenscheibenrille durch die laterale Seitenoberfläche 30a des Zugglieds 30 abgeschwächt.
Eine Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird für die Kautschukschicht 31 verwendet. Die Kautschukschicht 31 schließt kurze Fasern ein, die in Richtung der Breite des Riemens ausgerichtet sind.
Kautschukzusammensetzung
Die Tabelle 1 zeigt die Spezifizierung von Bestandteilen einer Kautschukzusammensetzung, die für die Kautschukschichten 1 und 2 des obenstehenden Zahnkeilriemens und die Kautschukschicht 31 des Zugglieds 30 des obenstehenden Hybrid-Keilriemens verwendet werden. Tabelle 1
Die Tabellen 2-1 bis 2-16 und die Tabellen 3-1 und 3-2 zeigen die Ergebnisse, welche durch die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften einer Kautschukzusammensetzung erhalten werden, und ihre Effekte bei resultierenden Zahnkeilriemen und Hybrid-V-Riemen durch Änderung der Formulierung seiner Bestandteile. In den Reihen von "Bestandteilen" in den folgenden Tabellen werden die Werte in Gewichtsteilen angegeben. Tabelle 2-1
Tabelle 2-2
Tabelle 2-3
Tabelle 2-4
Tabelle 2-5
Tabelle 2-6
Tabelle 2-7
Tabelle 2-8
Tabelle 2-9
Tabelle 2-10
Tabelle 2-11
Tabelle 2-12
Tabelle 2-13
Tabelle 2-14
Tabelle 2-15
Tabelle 2-16
Die Tabellen 2-1 und 2-2 (Formulierung Nr. 1–15) zeigen die Daten, bei denen das Verhältnis von EPDM zum hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk HNBR 1 (Zetpol 2010) bei 25/75 fixiert ist und die Mengen an Öl und Zinkdimethacrylat verändert werden. In gleicher Weise zeigen die Tabellen 2-3 und 2-4 (Formulierung Nr. 16–30) die Daten, bei denen das Verhältnis von EPDM zu HNBR 1 bei 35/65 fixiert ist und die Menge an Öl und die Menge an Zinkdimethacrylat verändert werden, die Tabellen 2-5 und 2-6 (Formulierung Nr. 31–45), bei denen das Verhältnis von EPDM zu HNBR 1 bei 45/55 fixiert ist und die Menge an Öl und die Menge an Zinkdimethacrylat verändert werden. Die Tabellen 2-7 und 2-8 (Formulierung Nr. 46–60), bei denen das Verhältnis von EPDM zu HNBR 1 bei 55/45 fixiert ist und die Menge an Öl und die Menge an Zinkdimethacrylat verändert werden, die Tabellen 2-9 und 2-10 (Formulierung Nr. 61–75), wobei das Verhältnis von EPDM zu HNBR 1 auf 65/35 fixiert ist und die Menge an Öl und die Menge an Zinkdimethacrylat verändert werden, die Tabellen 2-11 und 2-12 (Formulierung Nr. 76–90), bei denen das Verhältnis von EPDM zu HNBR 1 auf 75/25 fixiert ist und die Menge an Öl und die Menge an Zinkdimethacrylat verändert werden, die Tabellen 2-13 und 2-14 (Formulierung Nr. 91–105), bei denen das Verhältnis von EPDM zu HNBR 1 auf 80/20 fixiert ist und die Menge an Öl und die Menge an Zinkdimethacrylat verändert werden, und die Tabellen 2-15 und 2-16 (Formulierung Nr. 106–120), bei denen das Verhältnis von EPDM zu HNBR 1 auf 100/0 fixiert ist und die Menge an Öl und die Menge an Zinkdimethacrylat verändert werden.
Das in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigte HNBR 1 ist hydrierter Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, der 36% gebundenes Acrylnitril enthält. Auf der anderen Seite zeigen die Tabellen 3-1 und 3-2 die Daten unter Verwendung von hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk HNBR 2 (Zetpol 4110), welcher 17% gebundenes Acrylnitril enthält. In den Tabellen 3-1 und 3-2 ist das Verhältnis von EPDM zu HNBR 2 von 55/45 auf 65/35 und dann auf 75/25 verändert worden, und die Menge an Öl und die Menge an Zinkdimethacrylat sind für jedes Kautschukverhältnis abgeändert worden. Tabelle 3-1
Tabelle 3-2
Für die Kompoundierung der Kautschukzusammensetzung der in den Tabellen 2-1 bis 3-2 gezeigten Formulierungen wird ein Banbury-Mischer verwendet. Insbesondere wurden zwei Arten von Kautschuk, EPDM und HNBR, und Zinkdimethacrylat gleichzeitig zur Mastikation in den Mischer gegeben und danach wurden ein Antioxidans, Zinkoxid, ein Füllmaterial, Öl, ein Vernetzungsmittel (Peroxid) und kurze Fasern nacheinander in den Mischer gegeben und zu einem Gemisch vermischt.
Die resultierenden Kautschukverbindungen wurden auf die später beschriebenen Kautschukeigenschaften hin evaluiert. Weiterhin wurden die typischen Kautschukverbindungen in den Tabellen 2-1 bis 3-2 verwendet, um Zahnkeilriemen und Zugglieder für Hybrid-Keilriemen herzustellen, und die erhaltenen Riemen wurden in der später beschriebenen Weise bewertet.
In den Tabellen 3-1 und 3-2 zeigt "Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer: Feindispersion (h)" die Daten, wo ein anderes Kompoundierungsverfahren als das obenstehend beschriebene angewandt wurde.
Insbesondere wurden Zinkdimethacrylatpulver zu Teilchen von mehreren μm fein gemahlen, und grobe Teilchen von 20 μm oder mehr wurden durch eine Luftsetzmaschine bzw. einen Windsichter klassiert und entfernt. Als Nächstes wurde HNBR um eine Walzenmühle mit einer Oberflächentemperatur auf 120°C gewickelt, und die fein gemahlenen Zinkdimethacrylatpulver wurden in einer Menge hinzugesetzt, die jeder einzelnen Kautschukformulierung entspricht, und vermischt zur Herstellung von mit Zinkdimethacrylat dispergiertem hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk.
HNBR, welches das Zinkdimethacrylat enthält, und EPDM wurden zur Mastikation in einen Banbury-Mischer gegeben, und danach wurden ein Antioxidans, Zinkoxid, ein Füllmaterial, Öl, ein Vernetzungsmittel (Peroxid) und kurze Fasern nacheinander in den Mischer gegeben und zu einem Gemisch vermischt.
Messungen der Kautschukeigenschaften
a) Messung der Kautschukhärte
Die gemischte Kautschukverbindung wurde mit Hilfe einer Walzenmühle zu einer Bahn von etwa 2,2 mm Dicke geformt und danach bei 170°C 20 Minuten lang pressgeformt zur Herstellung einer vernetzten Bahn von 2 mm Dicke. Drei Lagen der Kautschukbahnen wurden auf die Kautschukhärte hin durch einen Durometer vom Typ D gemäß JIS K6253 gemessen.
b) Messung des Gehman-Torsionswerts t₅
Jede Probe der Kautschukverbindungen bzw. -gemische wurde bezüglich des t₅ (die Temperatur, bei welcher deren Torsionssteifigkeit einen 5 Mal so großen Wert wie bei 23°C aufweist) durch ein Gehman-Torsionstestgerät gemäß JIS K6261 vermessen. Gleichzeitig war die Probe ein 3 mm breiter Streifen, bei welchem die Orientierung der kurzen Fasern senkrecht zu der Länge des Streifens verlief.
c) Messung der Menge des Acetonextrakts
Die vernetzte Kautschukbahn wurde in einer Dicke von 0,5 mm oder weniger längsgeschnitten und bezüglich der Menge des Acetonextrakts mit Hilfe eines Extraktors vom Typ I gemäß der JIS K6229 A-Methode gemessen.
Riemenbewertung
a) Hochtemperatur-Haltbarkeitstest mit Zahnkeilriemen
Der erhaltene Riemen wurde einem Haltbarkeitstest in einem Zwei-Achsen-Layout unterzogen. Die Durchmesser des Antriebs und der angetriebenen Riemenscheiben waren 128 mm bzw. 105 mm. Eine Axialbelastung (DW) von 120 kg (1176 N) wurde auf die angetriebene Riemenscheibe angewandt. Die Antriebsriemenscheibe wurde mit 6000 U/min mit einer auf die angetriebene Riemenscheibe angewandten Kraft von 44 Nm rotieren gelassen.
Zuerst wurde der Riemen 24 Stunden lang laufen gelassen, wobei der Atmosphärendruck während der Laufbewegung auf 130°C gehalten wurde, und aus dem Testgerät entnommen. Der entnommene Riemen wurde auf den Mittenabstand gemessen, um die Längenveränderung zu erhalten. Insbesondere wurde der Unterschied zwischen dem Mittenabstand vor der Laufbewegung und demjenigen nach 24 Stunden Laufbewegung durch den Mittenabstand vor der Laufbewegung geteilt, um die Mittenabstand-Variation auf Prozentbasis zu erhalten.
Anschließend wurde die Atmosphärentemperatur auf 100°C gesenkt, und der Lauftest wurde unter Weiterlaufen lassen des Riemens fortgesetzt, bis irgendein Zahn riss. Die Zeitdauer, während welcher sich der Riemen bei 100°C weiterbewegte, wurde als die Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer definiert.
Zudem wurden Riemen unter Verwendung typischer Kautschukformulierungen bezüglich der Seitenoberflächentemperatur bei der Laufbewegung 24 Stunden nach Beginn der Laufbewegung bei 100°C durch einen kontaktlosen Infrarot-Temperaturfühler gemessen.
b) Niedrigtemperatur-Haltbarkeitstest mit Zahnkeilriemen
Der erhaltene Riemen wurde einem Haltbarkeitstest in einem Zwei-Achsen-Layout unterzogen. Die Durchmesser des Antriebs und der angetriebenen Riemenscheiben waren 68 mm bzw. 158 mm. Eine Axialbelastung (DW) von 120 kg (1176 N) wurde auf die angetriebene Riemenscheibe angewandt. Die Antriebsriemenscheibe wurde bei 1000 U/min mit einer auf die angetriebene Riemenscheibe angewandten Kraft von 44 Nm rotieren gelassen. Ein Zyklus wurde wiederholt, in welchem die Atmosphärentemperatur auf –30°C eingestellt war, das Testgerät und der Riemen wurden auf diese Temperatur 1 Stunde lang abgekühlt und danach wurde der Riemen 5 Minuten laufen gelassen und erneut 1 Stunde abgekühlt. Die Niedrigtemperatur-Haltbarkeit jedes Riemens wurde danach bewertet, wie viele Zyklen wiederholt wurden, bis irgendein Zahn riss.
c) Kraftübertragungsverhaltenstest mit Zahnkeilriemen
Ein Kraftübertragungsverhaltenstest wurde mit jedem Riemen in einem Zwei-Achsen-Layout durchgeführt. Die Durchmesser des Antriebs und der angetriebenen Riemenscheiben waren in beiden Fällen 105,8 mm. Eine Axialbelastung (DW) von 600 N wurde auf die angetriebene Riemenscheibe angewandt. Die Antriebsriemenscheibe wurde mit 3000 U/min rotieren gelassen. Die Atmosphärentemperatur wurde auf 25°C eingestellt. Das übertragene Drehmoment wurde schrittweise erhöht. Das Kraftübertragungsverhalten wurde anhand des übertragenen Drehmoments bewertet, wenn der prozentmäßige Riemenschlupf 2% erreichte.
d) Hochtemperatur-Haltbarkeitstest mit Hybrid-Keilriemen
Der erhaltene Riemen wurde einem Haltbarkeitstest in einem Zwei-Achsen-Layout unterzogen. Die Durchmesser des Antriebs und der angetriebenen Riemenscheiben waren 126 mm bzw. 71 mm. Eine Axialbelastung (DW) von 1100 N wurde auf die angetriebene Riemenscheibe angewandt. Das Drehmoment auf die Antriebswelle wurde auf 63 Nm eingestellt, und die Antriebsriemenscheibe wurde mit 5300 U/min rotieren gelassen. Die Atmosphärentemperatur während der Riemenbewegung wurde auf 110°C eingestellt. Zuerst wurde der Riemen 24 Stunden laufen gelassen, danach aus dem Testgerät entfernt und hinsichtlich des Verformungsrests in Bezug auf die Interferenz (t2 – t1) gemessen.
Im Anschluss wurde die Atmosphärentemperatur auf 90°C gesenkt, und der Lauftest wurde fortgesetzt durch Weiterlaufen lassen des Riemens, bis die Kautschukschicht irgendeines der Zugglieder riss. Die Gesamtlaufzeit des Riemens, bis der riss, wurde als die Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer definiert.
Außerdem wurden Riemen unter Verwendung typischer Kautschukformulierungen bezüglich der Seitenoberflächentemperatur während der Laufbewegung 50 Stunden nach dem Beginn der Laufbewegung bei 90°C durch einen kontaktlosen Infrarot-Temperaturfühler gemessen.
e) Niedrigtemperatur-Haltbarkeitstest mit Hybrid-Keilriemen
Der erhaltene Riemen wurde einem Haltbarkeitstest in einem Zwei-Achsen-Layout unterzogen. Die Durchmesser des Antriebs und der angetriebenen Riemenscheiben waren 68 mm bzw. 129 mm. Eine Axialbelastung (DW) von 120 kg (1176 N) wurde auf die angetriebene Riemenscheibe angewandt. Es wurde keine Torsion auf die Antriebswelle angewandt, und die Antriebsriemenscheibe wurde mit 1000 U/min rotieren gelassen. Es wurde ein Zyklus wiederholt, in welchem die Atmosphärentemperatur auf –35°C eingestellt war, das Testgerät und der Riemen wurden 2 Stunden lang auf diese Temperatur abgekühlt, und danach wurde eine Laufbewegung während 5 Sekunden und ein Stopp für 10 Sekunden dreimal wiederholt. Die Niedrigtemperatur-Haltbarkeit jedes Riemens wurde danach bewertet, wie viele Zyklen wiederholt durchlaufen wurden, bis die Kautschukschicht eines der Zugglieder riss.
f) Kraftübertragungsverhaltenstest mit Hybrid-Keilriemen
Ein Kraftübertragungsverhaltenstest wurde mit jedem Riemen in einem Zwei-Achsen-Layout durchgeführt. Die Durchmesser des Antriebs und der angetriebenen Riemenscheiben waren in beiden Fällen 98,5 mm. Eine Axialbelastung (DW) von 3000 N wurde auf die angetriebene Riemenscheibe angewandt. Die Antriebsriemenscheibe wurde mit 2500 U/min rotieren gelassen. Die Atmosphärentemperatur wurde auf 25°C eingestellt. Das übertragene Drehmoment wurde schrittweise erhöht. Das Kraftübertragungsverhalten wurde anhand des übertragenen Drehmoments bewertet, wenn der prozentmäßige Riemenschlupf 2% erreichte.
Untersuchung der Daten in den Tabellen 2-1 bis 2-16
Bezug nehmend auf die in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigten Daten wird eine Grafik zwischen der Kautschukhärte und dem übertragenen Drehmoment, welches die Hauptleistung jedes Keilriemens ist, aufgetragen. Die 7 zeigt die Beziehungen der Zahnkeilriemen und die 8 zeigt die Beziehungen der Hybrid-Keilriemen.
Bezug nehmend auf die 7 und 8 nimmt bei jedem der Zahnkeilriemen und Hybrid-Keilriemen das übertragene Drehmoment abrupt ab, wenn die Kautschukhärte auf über 40 abnimmt. Dies zeigt, dass für die Übertragung eines ausreichenden Drehmoments mittels einem der Zahn- und Hybrid-Keilriemen die Kautschukhärte vorzugsweise 40 oder mehr beträgt.
Bezug nehmend auf die in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigten Daten wird ein Graph zwischen der Kautschukhärte und der Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer aufgetragen. Die 9 zeigt die Beziehungen der Zahnkeilriemen und die 10 zeigt die Beziehungen der Hybrid-Keilriemen.
Bezug nehmend auf die 9 und 10 nimmt bei jedem der Zahnkeilriemen und Hybrid-Keilriemen die Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer abrupt ab, wenn die Kau tschukhärte größer als 60 ist. Mit anderen Worten, der Riemen wird wahrscheinlich reißen. Um daher das Kraftübertragungsverhalten zu verbessern, ist eine höhere Kautschukhärte stärker bevorzugt. Wie jedoch ganz klar in den 9 und 10 zu sehen ist, verschlechtert eine übermäßig hohe Kautschukhärte die Kautschuk-Rissbeständigkeit extrem und verkürzt wiederum extrem die Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer.
Wie anhand dieser Punkte zu sehen ist, besitzt das Kautschukmaterial für hochbeanspruchbare Kraftübertragungs-Keilriemen vorzugsweise eine Kautschukhärte zwischen 40 und 60, wenn sie mit einem Durometer vom Typ D gemessen wird. Darüber hinaus lässt sich sagen, dass für den Erhalt von Hochtemperatur-Haltbarkeit unter gleichzeitiger Erzielung eines hohen Kraftübertragungsverhaltens die Kautschukhärte vorzugsweise im Bereich von 45 bis 58 liegt.
Bezug nehmend auf die in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigten Daten wird eine Grafik zwischen dem Gehman-Torsionswert t₅ und der Niedrigtemperatur-Haltbarkeit aufgetragen. Die 11 zeigt die Beziehungen der Zahnkeilriemen, und die 12 zeigt die Beziehungen der Hybrid-Keilriemen.
Bezug nehmend auf die 11 und 12 nimmt bei jedem der Zahnkeilriemen und Hybrid-Keilriemen die Niedrigtemperatur-Haltbarkeitsdauer beträchtlich ab, wenn t₅ auf mehr als –35°C erhöht wird. Allgemein müssen Zahnkeilriemen eine Niedrigtemperatur-Haltbarkeit von 50 Zyklen oder mehr aufweisen, und die Hybrid-Keilriemen müssen eine Niedrigtemperatur-Haltbarkeit von 60 Zyklen oder mehr aufweisen. Die Figuren zeigen, dass für die Erfüllung dieser Anforderungen der Gehman-Torsionstest-Wert t₅ vorzugsweise zwischen –50°C und –35°C beträgt. Darüber hinaus lässt sich aus den Figuren ablesen, dass zur Vorsehung einer sehr ausgezeichneten Niedrigtemperatur-Haltbarkeitsdauer von 100 Zyklen oder mehr jeder der Zahn- und Hybrid-Keilriemen einen Gehman-Torsionswert t₅ von –37°C oder weniger aufweisen muss.
Für die hochbeanspruchbaren Kraftübertragungs-Keilriemen verwendete Kautschukmaterialien müssen einen geringen Verformungsrest aufweisen, wenn sie Wärme und Spannung ausgesetzt sind. Die Variation des Mittenabstands jedes der in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigten Zahnkeilriemens kann sich, wie anzunehmen ist, hauptsächlich daraus resultieren, dass eine Formveränderung infolge eines hohen seitlichen Drucks von der Riemenscheibe als ein Verformungsrest zurückblieb, weil der obenstehende Hochtemperatur-Haltbarkeitstest eine beschleunigte Bewertung ist, die bei hohen Temperaturen über einen kurzen Zeitraum durchgeführt wird. Wenn der Verformungsrest hoch ist, kann dies ein Reißen des Riemens in der Nähe des Cords oder ein Scheitern des Abtrennens bewirken.
Die 13 ist ein Graph, aufgetragen zwischen den Mittenabstand-Variationen und den Mengen des Acetonextrakts der Zahnkeilriemen unter Bezug auf die in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigten Daten. Wenn die Menge des Acetonextrakts etwa% übersteigt, erreicht die Mittenabstand-Variation infolge des Verformungsrests 3% oder mehr. Mit anderen Worten, um den Verformungsrest des Riemens infolge von seitlichem Druck zu vermindern, ist es erforderlich, den Acetonextrakt des Kautschuks auf etwa% oder weniger zu verringern. Es lässt sich sagen, dass der Acetonextrakt vorzugsweise 7% oder weniger, stärker bevorzugt 6% oder weniger beträgt.
Der Verformungsrest des Zugglieds eines Hybrid-Keilriemens kann mit Hilfe des Interferenzwertes nach der Riemenlaufbewegung bewertet werden. Wenn der Verformungsrest des Zugglieds groß ist und die Interferenz damit gering wird, verschlechtert sich die Retention der Blöcke, was zu einem Reißen des Blocks führt, wodurch die Riemenlebensdauer verkürzt wird. Außerdem wird das Geräusch während der Riemenlaufbewegung groß und der Riemen erzeugt in abnormaler Weise Wärme. Daher sollte zur Verlängerung der Lebensdauer eines Hybrid-Keilriemens die Interferenz von dessen Zugglied aufrechterhalten werden.
Die 14 ist eine Grafik, aufgetragen zwischen den Nachlauf-Interferenzen und den Mengen des Acetonextrakts der Hybrid-Keilriemen unter Bezugnahme auf die in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigten Daten. Die 14 zeigt, dass, um die Interferenz auf –0,26 mm oder höher zu halten, die Menge des Acetonextrakts eines Kautschukmaterials 9% oder weniger betragen muss. Anhand der Figur lässt sich sagen, dass der Acetonextrakt vorzugsweise 7% oder weniger, stärker bevorzugt 6% oder weniger beträgt.
Die Hauptbestandteile einer mit Aceton extrahierten Kautschukzusammensetzung sind Öl, ein Antioxidans und eine Polymerkomponente mit niedrigem Molekulargewicht. Es kann davon in Erwägung gezogen werden, dass, wenn solche organischen Substanzen mit einem niedrigen Molekulargewicht, die nicht zu einer Vernetzung beitragen, einen hohen Gehalt in dem vernetzten Kautschuk aufweisen, die Entspannungs- bzw. Relaxationszeit bei dem Kautschukmaterial verkürzt wird und damit wiederum leicht einen Verformungsrest bewirkt wird.
Beziehung zwischen den Kautschukeigenschaften und den Mengen der Kompoundierungsbestandteile
Wie obenstehend beschrieben, lässt sich sagen, dass bezüglich der Kautschukeigenschaften die Kautschukhärte mit einem Durometer vom Typ D vorzugsweise zwischen 40 und 60 liegt, t₅ nach dem Gehman-Torsionstest vorzugsweise zwischen –50°C und –35°C liegt und der Acetonextrakt vorzugsweise% oder weniger beträgt. Beispielhafte Formulierungen, welche solchen Kautschukeigenschaften genügen, sind in den Tabellen 2-1 bis 2-16 die Formulierungen Nr. 47–49, 62–64, 67–69, 77–79, 82–84, 92–94, 107–109, 113 und 114.
Zuerst wird das EPDM/HNBR-Verhältnis näher betrachtet. Wie anhand des Vergleichs der Formulierungen Nr. 47-49 mit den Formulierungen Nr. 2–4, 17–19 und 32–34 zu ersehen ist, kann ein Verhältnis von 55/45 oder höher (höheres EPDM/HNBR-Verhältnis) den Gehman-Torsions-Wert t₅ auf niedrige Temperaturen verringern. Wie aber anhand des Vergleichs der Formulierungen Nr. 77–79 mit den Formulierungen Nr. 92–94 und 107–109 deutlich wird, verkürzt ein Verhältnis von höher als 75/25 die Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer (verschlechtert die Rissbeständigkeit).
Daher lässt sich sagen, dass das EPDM/HNBR-Verhältnis vorzugsweise im Bereich von 55/45 bis 75/25 liegt. Da außerdem die Resultate der Formulierungen Nr. 62–64 bei dem Gehman-Torsionswert t₅ und der Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer ausgezeichnet sind, kann das EPDM/HNBR-Verhältnis stärker bevorzugt im Bereich von 60/40 bis 70/30 liegen.
Als Nächstes wird die Menge des Zinkdimethacrylats näher betrachtet. Die 15 ist ein Graph, aufgetragen zwischen dem Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat und der Kautschukhärte mit Bezug auf die in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigten Resultate. Wie anhand von 15 und des Vergleichs der Formulierungen Nr. 47–49 mit der Formulierung Nr. 46 deutlich wird, wenn das Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat niedrig ist, wird die Kautschukhärte extrem niedrig und das übertragene Drehmoment ist somit unzureichend. Außerdem, wie durch den Vergleich der Formulierungen Nr. 47–49 mit der Formulierung Nr. 50 deutlich wird, wird, wenn das Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat hoch ist, die Kautschukhärte hoch, doch verschlechtert sich die Rissbeständigkeit, wodurch die Hochtemperatur-Haltbarkeit negativ beeinflusst wird. Diese Tendenzen treffen auch auf die Formulierungen Nr. 61–65 und 76–80 zu.
Deshalb lässt sich anhand dieser Resultate sagen, dass das Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat vorzugsweise im Bereich von 20 bis 40 Gewichtsteilen liegt. Da darüber hinaus die Resultate der Formulierungen Nr. 48, 63 und 78 bei dem übertragenen Drehmoment und der Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer ausgezeichnet sind, lässt sich sagen, dass das Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat stärker bevorzugt im Bereich von 25 bis 35 Gewichtsteilen liegt. Außerdem zeigt die 15, dass für die Einstellung der Kautschukhärte zwischen 40 und 60 das Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat in etwa im Bereich von 20 bis 40 Gewichtsteilen liegen muss.
Als Nächstes wird die Menge des Acetonextrakts näher betrachtet. Zum Beispiel weisen die Formulierungen Nr. 53, 54, 58 und 59 eine große Menge Öl auf im Gegensatz zu den Formulierungen Nr. 48 und 49, und deshalb werden deren Mengen für den Acetonextrakt hoch (10% oder mehr). Weiterhin stellt man bei einer Betrachtung der Mittenabstand-Variationen der obenstehenden Zahnkeilriemen und der Nachlauf-Interferenzen der obenstehenden Hybrid-Keilriemen fest, dass in dem Maße, wie die Menge des Acetonextrakts zunimmt, die Mittenabstand-Variation größer wird und die Nachlauf-Interferenz in negativer Weise größer wird. Das bedeutet, der Kautschuk-Verformungsrest wird größer. Diese Tendenz trifft auch auf die Formulierungen Nr. 62–64, 67–69, 73, 74, 77–79, 82–84, 88 und 89 zu.
Deshalb lässt sich anhand dieser Resultate sagen, dass die Menge des Acetonextrakts vorzugsweise% oder weniger beträgt. Da darüber hinaus die Resultate der Formulierungen Nr. 62–64 und 77–79 bei der Mittenabstand-Variation und der Nachlauf-Interferenz ausgezeichnet sind, lässt sich sagen, dass die Menge des Acetonextrakts stärker bevorzugt 6% oder weniger beträgt.
Die 16 ist ein Graph, aufgetragen zwischen der Menge an vermischtem Öl und der Menge des Acetonextrakts unter Bezugnahme auf die in den Tabellen 2-1 bis 2-16 aufgeführten Resultate. Es lässt sich anhand der Figur ersehen, dass die Menge des in den Kautschuk eingemischten Öls etwa 10 Gewichtsteile oder weniger betragen muss, um den Acetonextrakt auf% oder weniger einzustellen, und etwa 5 Gewichtsteile oder weniger, um den Acetonextrakt auf 6% oder weniger einzustellen.
Außerdem ist es, wie sich anhand der 13, 14 und 16 ersehen lässt, wünschenswert, dass die Menge des in eine Kautschukzusammensetzung eingemischten Öls 5 Gewichtsteile oder weniger beträgt, um der Kautschuk-Verformungsrest weiter zu vermindern.
Die gleichen Resultate wie in den Tabellen 2-1 bis 2-16 wurden auch erhalten, als das EPM von Tabelle 1 an Stelle des obenstehenden EPDM verwendet wurde und als Ethylen-Octen-Copolymer von Tabelle 1 stattdessen verwendet wurde. Wenn jedoch das obenstehende EPDM durch die anderen Güteklassen von EPDM oder die anderen Ethylen-α-Olefin-Elastomere in exakt dem gleichen Kompoundierungsverhältnis ersetzt wird, hat die Kautschukhärte einen etwas anderen Wert infolge des Unterschieds in der Polymerkristallinität. Deshalb muss in einem solchen Fall die Kautschukhärte durch Verändern der Menge an Russ oder anderen Füllmaterialien reguliert werden.
Um darüber hinaus eine geeignete Kältebeständigkeit zu erzielen, ist es erwünscht, dass das Ethylen-α-Olefin-Elastomer (EPM, EPDM oder Ethylen-Octen-Copolymer) von amorpher Güteklasse ist, wie in Tabelle 1 gezeigt.
Die gleichen Wirkungen konnten auch erzielt werden, als Zinkdiacrylat an Stelle von Zinkdimethacrylat verwendet wurde. Deshalb fand man heraus, dass jegliche polymeri sierbare Metallsalzmonomere von organischen Säuren, wie typischerweise Zinkdimethacrylat und Zinkdiacrylat, wirksam für die vorliegende Erfindung verwendet wurden.
Untersuchung der Daten in den Tabellen 3-1 und 3-2
Ein Beispiel für ein wirksames Mittel zum Erhalt einer ausreichenden Kältebeständigkeit selbst bei einem Mischverhältnis von Öl von 5 Gewichtsteilen oder weniger (Acetonextrakt von 6% oder weniger) ist an Stelle der Verwendung von HNBR (Zetpol 2010), das 36% gebundenes Acrylnitril enthält, wie in den Tabellen 2-1 bis 2-16 gezeigt, die Verwendung von HNBR 2 (Zetpol 4110), das 17% gebundenes Acrylnitril enthält, wie in den Tabellen 3-1 und 3-2 gezeigt.
Die Tabellen 3-1 und 3-2 zeigen die Untersuchungsergebnisse von Formulierungsbeispielen, wenn das Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat 30 Gewichtsteile beträgt, das Mischverhältnis von EPDM in 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente innerhalb eines Bereichs von 55 bis 75 Gewichtsteilen verändert wird (d. h. das Mischverhältnis von HNBR 2 wird innerhalb eines Bereichs von 45 bis 25 Gewichtsteilen verändert), und das Mischverhältnis von Öl wird innerhalb eines Bereichs von 0 bis 10 Gewichtsteilen verändert. Die Kautschukeigenschaften der Formulierungsbeispiele sind wie folgt: die Kautschukhärte, wie mit einem Durometer vom Typ D gemessen, beträgt zwischen 40 bis 60, t₅, wie durch einen Gehman-Torsionstest erhalten, liegt zwischen –50°C und –35°C, und die Menge des Acetonextrakts ist% oder weniger.
Der Gehman-Torsionswert t₅ wurde zwischen den Formulierungen Nr. 121–129 in den Tabellen 3-1 und 3-2 verglichen, mit einem EPDM/HNBR-Verhältnis zwischen 55/45 und 75/25 und 30 Gewichtsteilen Zinkdimethacrylat, und die Formulierungen Nr. 48, 53, 59, 63, 68, 73, 78, 83 und 88 in den Tabellen 2-7 bis 2-11 und mit dem gleichen EPDM/HNBR-Verhältnis und dem gleichen Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat.
Wenn von HNBR 1 Gebrauch gemacht wird, welches 36% gebundenes Acrylnitril (Zetpol 2010) enthält, wie in den Formulierungsbeispielen der Tabellen 2-7 bis 2-11 gezeigt ist, um den Gehman-Torsionswert t₅ auf eine niedrige Temperatur von –35°C oder weniger unter der Bedingung von 5 Gewichtsteilen oder weniger an Öl in der Kautschuk komponente zu verringern, muss das EPDM/HNBR-Verhältnis auf 65/35 und weiter auf 75/25 erhöht werden. Wenn demgegenüber von HNBR 2 Gebrauch gemacht wird, das 17% gebundenes Acrylnitril (Zetpol 4110) enthält, werden äquivalente Gehman-Torsionswerte t₅ erzielt, selbst wenn das Mischverhältnis von Öl etwa 10 Gewichtsteile geringer ist als in den Formulierungsbeispielen der Tabellen 2-7 bis 2-11. Mit anderen Worten, die gewünschte Kältebeständigkeit kann in einem breiten Bereich des EPDM/HNBR-Verhältnisses von 55/45 bis 75/25, selbst bei 0 bis 5 Gewichtsteilen Öl in der Kautschukkomponente, vorgesehen werden.
Um somit sowohl eine ausgezeichnetere Kältebeständigkeit als auch einen geringen Verformungsrest eines Riemens zu erzielen, lässt sich sagen, dass der gebundene Acrylnitrilgehalt in HNBR vorzugsweise 20% oder weniger beträgt.
Darüber hinaus geben die Tabellen 3-1 und 3-2 typischer Formulierungsbeispiele Nr. 121, 124 und 127 die Ergebnisse des Hochtemperatur-Haltbarkeitstests, "Hochtemperatur-Haltbarkeitsdauer: feine Dispersion (h)", unter Anwendung eines Kompoundierungsverfahrens an, in welchem das obenstehend beschriebene Zinkdimethacrylat in HNBR dispergiert wird und danach das HNBR mit EPDM vermischt wird.
Die Formulierungsbeispiele, in welchen Zinkdimethacrylat in HNBR fein dispergiert wird, zeigte eindeutig eine längere Haltbarkeitsdauer gegenüber den anderen normalen Formulierungsbeispielen. Dies liegt vermutlich daran, weil die feine Dispersion von Zinkdimethacrylat in HNBR die Rissbeständigkeit der Kautschukzusammensetzung verbesserte.
Ein Beispiel für Kautschukmaterialien, in welchen Zinkdimethacrylat fein in HNBR dispergiert ist, ist Zeoforte ZSC, hergestellt von Zeon Corporation. Zeoforte ZSC wird hergestellt unter Anwendung bekannter Verfahren zur Klassierung von Zinkoxid, um grobe Teilchen von 20 μm oder mehr zu entfernen, hinzuzufügen und das Zinkoxid und eine Methacrylsäure in HBNR einzumischen für eine in-situ-Reaktion, wodurch ein Metallsalz gebildet wird.
Kurze Fasern
Die Tabellen 4-1 und 4-2 zeigen die Resultate der Messung von Hybrid- und Zahnkeilriemen bei der Seitenflächentemperatur unter einem Hochtemperatur-Haltbarkeitstest. Diese Hybrid- und Zahnkeilriemen wurden aus Kautschukzusammensetzungsformulierungen angefertigt, die durch Verändern der Menge der kurzen Fasern, die in einen Peroxid-vernetzten Kautschuk mit einem EPDM/HNBR 1-Verhältnis von 65/35 und einem Mischverhältnis von Zinkdimethacrylat von 30 Gewichtsteilen eingemischt wurden, erhalten werden. Bei jeder Formulierung wurde die Menge des eingemischten Silicas auf eine Kautschukhärte von 50 einreguliert. Tabelle 4-1 Temperaturen von Hybrid-Keilriemen bei Selbsterwärmung je nach den Arten und Mengen der kurzen Fasern
Tabelle 4-2 Temperaturen von Zahnkeilriemen bei Selbsterwärmung je nach den Arten und Mengen der kurzen Fasern
Wie anhand der Tabellen 4-1 und 4-2 deutlich wird, muss bei einer Verwendung nur von kurzen Nylonfasern mit einem Zugmodul von etwa 5 GPa der Matrixkatuschuk einen höheren Elastizitätsmodul aufweisen, um eine Kautschukhärte vorzusehen, mit der ein ausgezeichnetes Riemen-Kraftübertragungsverhalten erzielt werden kann. In diesem Fall wird die Selbsterwärmung von Kautschuk bei der Riemenkrümmung ziemlich hoch. Ein großes Maß der Kautschuk-Selbsterwärmung sorgt für Probleme eines herbeigeführten Kautschukrisses infolge der Wärmealterung und des erhöhten Kautschuk-Verformungsrests. Es lässt sich erkennen, dass auch dann, wenn das Mischverhältnis von kurzen Fasern gerade 3 Gewichtsteile beträgt, der Matrixkautschuk einen höheren Elastizitätsmodul aufweisen muss und daher die Kautschuk-Selbsterwärmung hoch wird.
Die Resultate der Tabelle 4-1 und 4-2 zeigen, dass zur Beibehaltung des Riemen-Kraftübertragungsverhaltens und zur Unterdrückung der Riemen-Selbsterwärmung der Kautschuk 5 Gewichtsteile oder mehr kurze organische Fasern mit einem Zugmodul von 15 GPa bis 300 GPa enthalten muss. Über 20 Gewichtsteile kurze Fasern verringern den Effekt der Unterdrückung der Riemen-Selbsterwärmung. Darüber hinaus verschlechtert dies extrem die Verarbeitbarkeit der Kautschukzusammensetzung, was zu den Problemen führt, dass eine flache Kautschukbahn nicht gebildet werden kann, die Klebrigkeit zwischen den Kautschukbahnen verloren geht und es sehr schwer wird, einen Riemen zu formen. Außerdem werden die Kompoundierungskosten der Kautschukzusammensetzung hoch. Unter Berücksichtigung dieser Punkte liegt das Mischverhältnis der kurzen Fasern vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 Gewichtsteilen.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Erfindung hat das Ziel der Erhöhung der Kältebeständigkeit eines hochbeanspruchbaren Kraftübertragungs-Keilriemens, ohne Verschlechterung seiner Haltbarkeit bei hohen Temperaturen, unter Sicherstellung einer ausreichenden Kraftübertragungsverhaltens und unter gleichzeitiger Erhöhung der Verformungsrestbeständigkeit. Um das Ziel zu erreichen, wendet die Erfindung für ein Kautschukelement des Riemens eine Kautschukzusammensetzung an, in der 20 bis 40 Gewichtsteile eines Metallsalzmonomers einer organischen Säure und 5 bis 35 Gewichtsteile von kurzen Fasern in 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponente, die aus EPDM und HNBR in einem Verhältnis von 55/45 bis 75/25 besteht, eingemischt sind, wobei die mit einem Durometer vom Typ D gemessene Kautschukhärte bei 40 bis 60 liegt, der Wert t5, erhalten durch einen Gehman-Torsionstest, –50°C bis –35°C beträgt und die Menge an Acetonextrakt von der Kautschukkomponente bei 9% oder weniger liegt.

Claims

Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen, wobei 20 bis 40 Gewichtsteile eines Metallsalzmonomers einer organischen Säure und 5 bis 35 Gewichtsteile kurze Fasern in 100 Gewichtsteile einer Kautschukkomponente, bestehend aus einem Ethylen-α-Olefin-Elastomer und hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, eingemischt sind; die Menge des Ethylen-α-Olefin-Elastomeren in 100 Gewichtsteilen der Kautschukkomponente bei 55 bis 75 Gewichtsteilen liegt und die Menge an Acetonextrakt von der Kautschukkomponente% oder weniger beträgt.
Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen von Anspruch 1, wobei die Menge an Acetonextrakt 6% oder weniger beträgt.
Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen von Anspruch 1, wobei die kurzen Fasern organische kurze Fasern mit einem Zugmodul von 15 GPa bis 300 GPa umfassen und 5 bis 20 Gewichtsteile der organischen kurzen Fasern in die Kautschukkomponente eingemischt sind.
Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen eines dritten Anspruchs, wobei die organischen kurzen Fasern mindestens einen Typ von Fasern umfassen, die aus der Gruppe von Poly(paraphenylen-terephthalamid)-Fasern, Co-poly(paraphenylen-3,4'-oxydiphenylen-terephthalamid)-Fasern, Poly(metaphenylen-isophthalamid)-Fasern, Poly(paraphenylen-benzobisoxazol)-Fasern, Polyvinylalkohol-Fasern und holaromatischen Polyesterfasern gewählt sind.
Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen von Anspruch 1, wobei die Kautschukzusammensetzung hergestellt wird durch Einmischen des Ethylen-α-Olefin-Elastomeren und der kurzen Fasern in eine Verbindung des hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuks, enthaltend das Metallsalzmonomer der organischen Säure in einer dispergierten Weise.
Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen von Anspruch 1, wobei die Kautschukhärte, gemessen mit einem Durometer vom Typ D, 40 bis 60 beträgt, und der Wert für t₅, bestimmt durch einen Gehman-Torsionstest, bei –50°C bis –35°C liegt.
Kautschukzusammensetzung für einen hochbeanspruchbaren Kraftübertragungsriemen, wobei ein Metallsalzmonomer einer organischen Säure und kurze Fasern in eine Kautschukkomponente, bestehend aus Ethylen-α-Olefin-Elastomeren und hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, eingemischt wird, die Kautschukhärte, gemessen mit einem Durometer vom Typ D, 40 bis 60 beträgt, der Wert für t₅, bestimmt durch einen Gehman-Torsionstest, bei –50°C bis –35°C liegt und die Menge an Acetonextrakt von der Kautschukkomponente% oder weniger beträgt.
Hochbeanspruchbarer Kraftübertragungs-Zahnkeilriemen, wobei mindestens eines der den Riemen aufbauenden Kautschukelemente aus der Kautschukzusammensetzung von mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildet ist.
Hochbeanspruchbarer Kraftübertragungs-Keilriemen, umfassend: ein Zugglied, das aus einer Kautschukschicht mit einem darin eingelegten Cord gebildet ist; und eine Vielzahl von Blöcken, welche in spezifischen Abständen und Intervallen in der Längsrichtung des Riemens mit dem Zugglied verbunden sind, wobei die Kautschukschicht aus der Kautschukzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildet ist.