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Hintergrund
der Erfindung
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US-A-5,272,198
offenbart ein faserverstärktes
Material, das ein Elastomer und Mikrodenier-Acrylfasern mit einem
geringen Durchmesser bis zu etwa 12 Mikron umfasst.
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US-A-5,376,726
offenbart einen kurzfaserverstärkten
Kautschuk, wobei eine fibrillierte Polyacrylnitrilkurzfaser gleichförmig in
einem Kautschuk dispergiert wird, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
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US-A-5,889,080
offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Trockengemischs bei
der Herstellung eines Reibungsmaterials, wobei dessen Komponenten
fibrilliertes organisches, synthetisches Polymer; organische, synthetische
Polymerstapelfaser; und organische, synthetische Polymerpartikel
beinhalten.
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EP-A-1108750
offenbart einen Kraftübertragungsriemen
gemäß der Einleitung
von Anspruch 1.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen, welcher
eine frei radikalisch oder schwefelvulkanisierte Elastomerzusammensetzung
gemäß Anspruch
1 umfasst.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Die
begleitende Figur zeigt Ausführungen
dieser Erfindung, worin:
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1 eine
bruchstückhafte
Perspektivansicht ist, die eine Ausführung eines Endlos-Kraftübertragungsriemens
dieser Erfindung illustriert.
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2 ist
eine bruchstückhafte
Perspektivansicht, die eine Ausführung
eines Endlos-Kraftübertragungsriemens
dieser Erfindung illustriert.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es
ist ein vorzugsweise endloser Kraftübertragungsriemen gemäß Anspruch
1 offenbart.
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Der
Kraftübertragungsriemen
der vorliegenden Erfindung kann in Übereinstimmung mit den zwei
Gestaltungsformen von Kraftübertragungsriemen
des konventionellen Typs ausgeführt
sein. In der ersten Gestaltungsform ist der Polsterabschnitt mit
Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse verstärkt. In
der zweiten Gestaltungsform ist der belastungstragende und/oder
Spannabschnitt mit Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse
verstärkt.
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Nun
wird auf 1 der Zeichnung Bezug genommen,
die eine Endlos-Kraftübertragungsriemenstruktur
oder einen Riemen dieser Erfindung illustriert, der generell durch
die Referenzziffer 20 bezeichnet ist. Der Riemen 20 ist
besonders zur Anwendung bei zugehörigen Antriebsscheiben eingerichtet,
in Übereinstimmung mit
in der Technik bekannten Techniken. Der Riemen ist besonders geeignet
zur Verwendung bei kurzen Mittenantrieben, Trainingsausrüstung, Kraftfahrantrieben,
landwirtschaftlicher Ausrüstung,
sogenannten Drehmomenterfassungsantrieben, Anwendung, wobei dem
Riemen Schockbelastungen von verschiedener Riemenspannung auferlegt
werden, Anwendungen, wobei der Riemen auf variablen Geschwindigkeiten
betrieben wird, Anwendungen, wobei der Riemen federbelastet ist,
um seine Spannung zu regeln, und dergleichen.
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Der
Riemen 20 umfasst einen Spannabschnitt 21, einen
Polsterabschnitt 23 und einen belastungstragenden Abschnitt 25,
der zwischen dem Spannabschnitt 21 und dem Polsterabschnitt 23 angeordnet
ist. Der Riemen 20 kann die Antriebsfläche 28 aufweisen,
welche mehrfache Rippen 29 oder Keile umfasst. Der Riemen 20 von 1 weist
eine Textilrückschicht 30 auf,
jedoch kann statt einer Textilrückschicht
ein faserverstärkter
Kautschuk verwendet werden. Die Textilrückschicht 30 kann
zweiseitiges, nicht-gewebtes, gewebtes oder gewirktes Textil sein.
Die Textilrückschichtlage 30 kann
kann friktioniert, getaucht, aufgetragen, beschichtet oder laminiert
sein.
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Der
belastungstragende Abschnitt 25 weist belastungstragende
Mittel in Form belastungstragender Korde 31 oder Filamente
auf, die auf geeignete Weise in ein Elastomerpolster oder -masse 33 eingebettet
sind, in Übereinstimmung
mit in der Technik geläufigen
Techniken. Die Korde 31 oder Filamente können aus
jedem beliebigen in der Technik bekannten und verwendeten Material
bestehen. Repräsentative
Beispiele für
solche Materialien umfassen Aramide, Glasfaser, Nylon, Polyester,
Baumwolle, Stahl, Kohlenstofffaser und Polybenzoxazol.
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Die
Antriebsfläche 28 des
Riemens 20 von 1 ist mit mehreren keilförmigen Rillen
versehen. In Übereinstimmung
mit anderen Ausführungsformen
wird hierin erwogen, dass die Riemen der vorliegenden Erfindung
auch diejenigen Riemen umfassen, wobei die Antriebsfläche des
Riemens flach, mit einer einzigen keilförmigen Rille versehen und synchron
sein kann. Repräsentative
Beispiele für
Synchronriemen umfassen Riemen mit trapezförmigen oder krummlinigen Zähnen. Die
Zahngestaltung kann eine spiralförmig
versetzte Zahngestaltung haben, wie in US-A-5.209.705 und 5.421.789
gezeigt.
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Der
Riemen von 1 weist eine Antriebsfläche 28 auf.
Hierin wird jedoch erwogen, dass der Riemen zwei Antriebsflächen (nicht
gezeigt), wie etwa bei einem doppelseitigen Riemen, aufweisen kann.
Vorzugsweise weist der Riemen 20 eine einzige Antriebsfläche auf.
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Die
Elastomerzusammensetzungen zur Verwendung in dem Spannabschnitt 21,
Polsterabschnitt 22 und belastungstragenden Abschnitt 23 können gleich
oder unterschiedlich sein.
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Die
Elastomerzusammensetzung zur Verwendung in dem Spannabschnitt 21,
dem belastungstragenden Abschnitt 23 und/oder Polsterabschnitt 22 enthält ein vernetztes
Elastomer oder Kautschuk. Solcher Kautschuk kann aus der aus Ethylen-Alphaolefinkautschuk,
Silikonkautschuk, Polychloropren, Polybutadien, Epichlorhydrin,
Acrylnitrilkautschuk, hydriertem Acrylnitrilkautschuk, Zinksalzen
von ungesättigtem
Carboxylsäureestergepfropftem
hydrierten Nitrilbutadienelastomer, Naturkautschuk, synthetischem
cis-1,4-Polyisopren, Styrol-Butadienkautschuk, Ethylen-Vinylacetatcopolymer,
Ethylenmethacrylatcopolymeren und -terpolymeren, chloriertem Polyethylen,
chlorsulfoniertem Polyethylen, alkyliertem chlorsulfoniertem Polyethylen,
Trans-Polyoctenamer,
Polyacrylkautschuk, nicht-acryliertem cis-1,4-Polybutadien und Mischungen
davon bestehenden Gruppe gewählt
sein. In alternativen Ausführungen
sind die Kautschuke EPDM, hydrierter Acrylnitrilkautschuk, Naturkautschuk,
Polybutadien oder Styrol-Butadienkautschuk.
In anderen alternativen Ausführungen
umfasst die Elastomerzusammensetzung Styrol-Butadienkautschuk und Naturkautschuk
oder Polybutadien und Naturkautschuk.
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Das
Ethylen-Alphaolefinelastomer umfasst Copolymere, zusammengesetzt
aus Ethylen- und Propyleneinheiten (EPM), Ethylen- und Buteneinheiten,
Ethylen- und Penteneinheiten oder Ethylen- und Octeneinheiten (EOM),
und Terpolymere, zusammengesetzt aus Ethylen- und Propyleneinheiten
und einer ungesättigten
Komponente (EPDM), Ethylen- und Buteneinheiten und einer ungesättigten
Komponente, Ethylen- und Penteneinheiten und einer ungesättigten
Komponente, Ethylen- und Octeneinheiten und einer ungesättigten Komponente,
sowie deren Mischungen. Als ungesättigte Komponente des Terpolymers
kann jedes geeignete nicht-konjugierte Dien verwendet werden, einschließlich, beispielsweise,
1,4- Hexadien, Dicyclopentadien
oder Ethylidennorbornen (ENB). Das in der vorliegenden Erfindung
bevorzugte Ethylen-Alphaolefinelastomer enthält 35 Gewichtsprozent bis 90
Gewichtsprozent der Ethyleneinheit, 65 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent
der Propylen- oder Octeneinheit und 0 bis 10 Gewichtsprozent der
ungesättigten
Komponente. In einer bevorzugteren Ausführung enthält das Ethylen-Alphaolefinelastomer
50 Prozent bis 70 Gewichtsprozent der Ethyleneinheit und, in einer
meistbevorzugten Ausführung,
enthält
das Ethylen-Alphaolefinelastomer 55 Prozent bis 75 Prozent der Ethyleneinheit.
Das meistbevorzugte Ethylen-Alphaolefinelastomer
ist EPDM.
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Die
vernetzte Elastomerzusammensetzung enthält 1 bis 50 ThK Polyacrylnitrilkurzfaser
mit hoher Molmasse. In einer anderen Ausführung sind 1 bis 20 ThK Polyacrylnitrilfaser
mit hoher Molmasse vorhanden. In einer anderen Ausführung sind
1 bis 10 ThK Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse vorhanden.
Das die Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse enthaltende vernetzte
Elastomer kan in dem Spannabschnitt, belastungstragenden Abschnitt
und/oder Polsterabschnitt verwendet werden.
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Die
Elastomerzusammensetzung enthält
eine Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse. Mit "hoher Molmasse" ist eine gewichtsmittlere
Molmasse von wenigstens etwa 150.000 gemeint. Mit "Schnitt-" ist gemeint, dass
die Fasern nicht fibrilliert sind und einen generell konstanten
Querschnitt haben, der im Wesentlichen rund oder nicht rund sein
kann. Vorzugsweise ist die Stapelfaser eine Acrylstapelfaser mit
1. Additiven zur Erhöhung
der Thermostabilität,
oder 2. hohem Modul/hoher Molmasse mit einem Mindestmodul von 5,5 GPa
und einer gewichtsmittleren Mindest-Molmasse von 150.000.
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Die
hierin gebrauchsgeeigneten Fasern können Additive, wie etwa Cyanoguanidin
(DICY), Metallsalze, N-substituierte
Malimide, usw. enthalten, um die Thermostabilität zu erhöhen. Geeignete Polyacrylnitrilstapelfasern
mit hoher Molmasse können
aus Polymeren mit einem Acrylnitrilgehalt von wenigstens 85% (auf
Basis des Gewichts von Acrylnitrilmonomer zu Gesamtmonomergehalt
des Vorpolymerisationsgemischs) hergestellt werden. Geeignete Fasern
können
auch aus Polymeren mit einem Acrylnitrilgehalt über 89% hergestellt werden.
Geeignete Comonomere können
Methylmethacrylat oder Vinylacetat umfassen, welche mit Gehalten von
etwa 8,5 Gewichtsprozent vorhanden sein können.
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Eine
andere geeignete Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse ist
die aus einer statistischen Zweikomponentenfaser hergestellte, welche
aus einem 50:50-Gemisch eines 90/10-Acrylnitril/Methylmethacrylat- oder vinylacetatcopolymers
und einem 93/7-Acrylnitril/Methylmethacrylat-
oder Vinylacetatcopolymer hergestellt ist. Andere Comonomere können verwendet
werden. Die Kompatibilität
solcher anderer Monomere kann von einem Fachmann in der Technik
leicht durch einfaches Experimentieren ermittelt werden. Alternativ
kann die Acrylfaser Homopolymer sein.
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Geeignete
Polyacrylnitrilstapelfaserkomponenten mit hoher Molmasse können gekräuselt oder
nicht gekräuselt
sein.
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Geeignete
Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse wird einen Modul von
5,5 GPa bis 16,5 GPa, eine zahlenmittlere Molmasse von 150.000 bis
500.000 und eine spezifisches Gewicht von 1,1 bis 1,2 haben. Geeignete
Faser wird einen Durchmesser in einem Bereich von 5 bis 15 Mikron
und eine Länge
von 0,5 bis 15 mm haben.
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Eine
geeignete Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse ist als
CTF 525 von Sterling Fibers, Inc., erhältlich. CTF 525 hat typische
physikalische Eigenschaften, wie in der nachfolgenden Tabelle angegeben: Tabelle
A Typische
physikalische Eigenschaften CTF525 Polyacrylnitrilstapelfaser
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Die
das vernetzte Elastomer und die Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher
Molmasse enthaltende Elastomerzusammensetzung kann in dem Spannabschnitt 21,
Polsterabschnitt 23, und/oder den belastungstragenden Abschnitten 22 des
Riemens verwendet werden. Vorzugsweise wird die Elastomerzusammensetzung in
dem Polsterabschnitt 23 verwendet.
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Die
Elastomerzusammensetzungen, welche die Polyacrylnitrilstapelfaser
mit hoher Molmasse enthalten, können
durch Schwefel, UV-Vulkanisieren oder Peroxid-Aushärtungssystem
vernetzt werden. Bekannte Klassen von Peroxiden, die verwendet werden
können,
umfassen Diacylperoxide, Peroxyester, Dialkylperoxide und Peroxyketale.
Spezifische Beispiele umfassen Dicumylperoxid, n-Butyl-4,4-di(t-butylperoxy)valerat, 1,1-di(t-Butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan,
1,1-di(t-Butylperoxy)cyclohexan,
1,1-di(t-Amylperoxy)cyclohexan, Ethyl-3,3-di(t-butylperoxy)butyrat,
Ethyl-3,3-di(t-amylperoxy)butyrat,
2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan,
t-Butylcumylperoxid, α,α'-bis(t-Butylperoxy)diisopropylbenzol,
di-t-Butylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyn-3,
t-Butylperbenzoat, 4-Methyl-4-t-butylperoxy-2-pentanon und Mischungen davon.
Das bevorzugte Peroxid ist α,α'-bis(t-Butylperoxy)diisopropylbenzol.
Typische Mengen Peroxid belaufen sich auf 1 bis 12 ThK (basiert
auf aktiven Teilen Peroxid). Vorzugsweise beläuft sich die Peroxidmenge auf 2
bis 6 ThK.
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Während der
Vernetzungsreaktion der freien Radikalen ist ein Coagens vorhanden.
Coagentien sind monofunktionelle und polyfunktionelle ungesättigte organische
Verbindungen, die in Zusammenwirken mit den freien Radikalen-Initiatoren
verwendet werden, um verbesserte Vulkanisationseigenschaften zu
erzielen. Repräsentative
Beispiele umfassen organische Acrylate, organische Methacrylate,
Divinylester, Divinylbenzol, Bis-Maleimide,
Triallylcyanurate, Polyalkylether und -ester, Metallsalze einer
Alpha-Beta-ungesättigten
organischen Säure
und Mischungen davon. Das Coagens kann in einem Bereich von Niveaus
vorliegen. Allgemein gesprochen ist das Coagens in einer Menge vorhanden,
die sich auf 0,1 bis 40 ThK beläuft.
Vorzugsweise ist das Coagens in einer Menge vorhanden, die sich
auf 2 bis 15 ThK beläuft.
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Wie
oben erwähnt,
sind eine Klasse von Coagentien Acrylate und Methacrylate. Repräsentative
Beispiele für
solche Coagentien umfassen di-, tri-, tetra- und pentafunktionelle
Acrylate, di-, tri-, tetra- und pentafunktionelle Methacrylate und
Mischungen davon. Spezifische Beispiele solcher Coagentien umfassen
1,3-Butylenglycoldiacrylat,
1,3-Butylenglycoldimethacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, 1,4-Butandioldimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat,
1,6-Hexandioldimethacrylat, 2-Henoxyethylacrylat,
alkoxyliertes Diacrylat, alkoxyliertes Nonylphenolacrylat, Allylmethacrylat,
Caprolactonacrylat, Cyclohexandimethanoldiacrylat, Cyclohexandimethanol,
Methacrylatdiethylenglycoldiacrylat, Diethylenglycoldimethacrylat,
Dipentaerythritolpentaacrylat, Dipropylenglycoldiacrylat, di-Trimethylolpropantetraacrylat,
ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, ethoxyliertes Bisphenol-A-dimethacrylat, ethoxyliertes
Nonylphenolacrylat, ethoxyliertes Tetrabrombisphenol-A-diacrylat,
ethoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat, ethoxyliertes Bisphenoldimethacrylat,
ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, ethoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat,
Ethylenglycoldimethacrylat, Glycidylmethacrylat, hochpropoxyliertes
Glyceryltriacrylat, Isobornylacrylat, Isobornylmethacrylat, Isodecylacrylat,
Isodecylmethacrylat, Isoocrylacrylat, Laurylacrylat, Methoxypolyethylenglycolmonomethacrylat,
Methoxypolyethylenglycolmonomethacrylat, Neopentylglycoldiacrylat,
Neopentylglycoldimethacrylat, Octyldecylacrylat, Pentaacrylatester,
Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Polyethylenglycoldiacrylat,
Polyethylenglycoldi methacrylat, propoxyliertes Glyceryltriacrylat,
propoxyliertes Neopentylglycoldiacrylat, propoxyliertes Allylmethacrylat,
propoxyliertes Glyceryltriacrylat, propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat,
propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat,
Tetraethylenglycoldiacrylat, Tetraethylenglycoldimethacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat,
Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Tridecylacrylat, Tridecylmethacrylat,
Triethylenglycoldiacrylat, Triethylenglycoldimethacrylat, trifunktioneller
Acrylatester, trifunktioneller Methacrylatester, Trimethylolpropantriacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat, Tripropylenglycoldiacrylat, Tripropylenglycoldiacrylat,
tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurattriacrylat,
tris(2-Hydroxyethyl)isocanurattriacrylat und
tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurattrimethacrylat.
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Die
Metallsalze α,β-ungesättigter
organischer Säuren
umfassen die Metallsalze von Säuren
einschließlich
Acryl-, Methacryl-, Malein-, Fumarin-, Ethacryl-, Vinylacryl-, Itakon-,
Methylitakon-, Aconit-, Methylaconit-, Kroton-, Alpha-Methylkroton-,
Zimt- und 2,4-Dihydroxyzimtsäuren.
Die Metalle können
Zink, Cadmium, Calcium, Magnesium, Natrium oder Aluminium sein.
Zinkdiacrylat und Zinkdimethacrylat werden bevorzugt.
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Die
Elastomerzusammensetzung zur Verwendung in der Beschichtungslage
kann mit einem Schwefelvulkanisiermittel vulkanisiert werden. Beispiele
für geeignete
Schwefelvulkanisiermittel umfassen elementaren Schwefel (freien
Schwefel) oder schwefelabgebende Vulkanisiermittel, beispielsweise
ein Amindisulfid, Polymerpolysulfide oder Schwefelolefinaddukte.
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Vorzugsweise
ist das Schwefelvulkanisiermittel elementarer Schwefel. Die Menge
an Schwefelvulkanisiermittel wird abhängig von den restlichen Bestandteilen
in der Beschichtung und dem jeweiligen Typ des verwendeten Schwefelvulkanisiermittels
variieren. Allgemein gesprochen, beläuft sich die Menge an Schwefelvulkanisiermittel
auf 0,1 bis 8 ThK, wobei ein Bereich von 1,0 bis 3 bevorzugt wird.
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Beschleunigungsmittel
können
zur Steuerung der Vulkanisation der Beschichtung erforderlichen
Zeit und/oder Temperatur verwendet werden. Wie den Fachleuten bekannt
ist, kann ein Einzelbeschleunigungsmittel verwendet werden, das
in Mengen in einem Bereich von 0,2 bis 3,0 ThK vorliegt. Alternativ
können
Kombinationen von zwei oder mehr Beschleunigungsmitteln verwendet
werden, die aus einem Primärbeschleunigungs-mittel
bestehen, das generell in einer größeren Menge (0,3 bis 3,0 ThK)
verwendet wird, und einem Sekundärbeschleunigungsmittel,
das generell in kleineren Mengen (0,05 bis 1,50 ThK) verwendet wird,
um die Eigenschaften der Kautschukmasse zu aktivieren und zu verbessern.
Von Kombinationen dieser Beschleunigungsmittel ist bekannt, dass
sie synergetische Wirkungen auf die Endeigenschaften hervorrufen
und etwas besser sind als diejenigen, die durh die Verwendung eines
der Beschleunigungsmittel allein produziert werden. Auch ist die
Verwendung von Beschleunigungsmitteln mit verzögerter Wirkung bekannt, die
von normalen Verarbeitungstemperaturen nicht angegriffen werden
und auf gewöhnlichen
Vulkanisationstemperaturen zufriedenstellende Aushärtungen
produzieren. Geeignete Typen von Beschleunigungsmitteln umfassen
Amine, Disulfide, Guanidine, Thiocarbamide, Thiazole, Thiurame,
Sulfenamide, Dithiocarbamate und die Xanthate. Beispiele für spezifische
Verbindungen, die geeignet sind, umfassen Zinkdiethyldithiocarbamat,
4,4'-Dithiodimorpholin,
N,N-Di-Methyl-S-tertbutylsulfenyldithiocarbamat, Tetramethylthiuramdisulfid,
2,2'-Dibenzothiazyldisulfid,
Butyraldehydanilinmercaptobenzothiazol, N-Oxydiethylen-2-benzothiazolsulfenamid.
Vorzugsweise ist das Beschleunigungsmittel ein Sulfenamid.
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Üblicherweise
wird eine als Anvulkanisationshemmer bekannte Klasse von Verbindungsmaterialien verwendet.
Phthalsäureanhydrid,
Salicylsäure,
Natriumacetat und N-Cyclohexylthiophthalimid
sind bekannte Hemmmittel. Hemmmittel werden im allgemeinen in einer
Menge im Bereich von 0,1 bis 0,5 ThK verwendet.
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Konventionelle
Carbon Black-Arten können
ebenfalls in der Zusammensetzung vorliegen. Solche Carbon Black-Arten
werden in konventionellen Mengen verwendet, die sich auf 5 bis 250
ThK belaufen. Vorzugsweise werden die Carbon Black-Arten in einer
Menge verwendet, die sich auf 20 bis 100 ThK beläuft. Repräsentative Beispiele von Carbon
Black-Arten, die verwendet werden können, umfassen die durch ihre ASTM-Bezeichnungen
bekannten N110, N121, N242, N293, N299, S315, N326, N330, M332,
N339, N343, N347, N351, N358, N375, N550, N582, N630, N624, N650,
N660, N683, N754, N762, N907, N908, N990, N991 und Mischungen davon.
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Von
den Fachleuten in der Technik wird leicht verstanden, dass die Kautschukzusammensetzung durch
in der Kautschukverbindungstechnik allgemein bekannte Verfahren
hergestellt würde,
wie etwa Mischen der verschiedenen bestandteilbildenden Kautschuke
mit verschiedenen üblicherweise
verwendeten Additivmaterialien, wie beispielsweise Vulkanisierhilfsmitteln
und Verarbeitungszusätzen,
wie etwa Ölen,
Harzen einschließlich
klebrigmachender Harze und Weichmacher, Füllstoffen, Pigmenten, Fettsäure, Wachsen,
Antioxidantien und Ozonschutzmitteln. Die oben erwähnten Additive
werden in konventionellen Mengen ausgewählt und gemeinsam verwendet.
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Typische
Mengen klebrigmachender Harze, wenn verwendet, umfassen 0,5 bis
10 ThK, üblicherweise 1
bis 5 ThK. Typische Mengen an Verarbeitungshilfsmitteln umfassen
1 bis 50 ThK. Solche Verarbeitungshilfsmittel können beispielsweise Polyethylenglycol,
naphthenische und/oder paraffinische Verarbeitungsöle umfassen.
Typische Mengen Antioxidantien umfassen 1 bis 5 ThK. Ein repräsentatives
Antioxidans ist Trimethyldihydrochinolin. Typische Mengen Fettsäuren, falls
verwendet, die Stearinsäure
umfassen können,
umfassen 0,5 bis 3 ThK. Typische Mengen Wachse umfassen 1 bis 5
ThK. Oft werden mikrokristalline und Carnaubawachse verwendet. Typische
Mengen Weichmacher, falls verwendet, umfassen 1 bis 100 ThK. Repräsentative Beispiele
solcher Weichmacher umfassen Dioctylsebacat, chlorierte Paraffine
und dergleichen.
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Es
können
verschiedene Nicht-Carbon Black-Füllstoffe und/oder Verstärkungsmittel
zugesetzt werden, um die Stärke
und Integrität
der Kautschukzusammensetzung zur Herstellung des Kraftübertragungsriemens
der vorliegenden Erfindung zu erhöhen. Ein Beispiel eines Verstärkungsmittels
ist Silika. Silika kann in der vorliegenden Erfindung in Mengen
von 0 bis 80 Gewichtsanteilen und vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsanteilen,
basiert auf 100 Teilen Kautschuk, verwendet werden. Es können auch
anderen Nicht-Carbon Black-Füllstoffe
verwendet werden, einschließlich, jedoch
nicht beschränkt
auf, Ton, abgeschiefertem Ton, Talke, Glimmer, Kalziumkarbonat,
Stärke
und Holzmehl.
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Zusätzlich zu
den kleingeschnittenen Polyacrylnitrilstapelfasern mit hoher Molmasse
kann die Elastomerverbindung auch zusätzliche Fasern oder Flockfaser
enthalten. Die innerhalb der Elastomermischung zu verteilenden optionellen
Fasern oder Flockfasern können
jedes geeignete Material sein und sind vorzugsweise nichtmetallische
Fasern wie etwa Baumwolle oder aus einem geeigneten synthetischen
Material, einschließlich
Aramid, Nylon, Polyester, PTFE, Glasfaser und dergleichen hergestellte
Fasern. Jede Faser kann einen Durchmesser im Bereich von 0,001 Zoll
bis 0,050 Zoll (0,025 mm bis 1,3 mm) und eine Länge im Bereich von 0,001 Zoll
bis 0,5 Zoll (0,025 mm bis 12,5 mm) haben. Die Fasern können in
einer sich auf 5 bis 50 ThK belaufenden Menge verwendet werden.
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Zusätzlich zu
dem Obigen können
feste anorganische Schmiermittel in der Elastomerverbindung vorhanden
sein. Repräsentative
Beispiele solcher Schmiermittel umfassen Molybdändisulfid, PTFE, Molybdändiselenid,
Graphit, Antimontrioxid, Tungstendisulfid, Talk, Glimmer, Tungstendiselenid
und Mischungen davon. Die Menge solcher fester anorganischer Schmiermittel,
falls verwendet, beläuft
sich generell auf 1 bis 25 ThK.
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Das
Mischen der Kautschukzusammensetzung kann durch den Fachleuten in
der Technik bekannte Verfahren vollzogen werden. Beispielsweise
können
die Inhaltsstoffe in einer Stufe gemischt werden, werden jedoch
typischerweise in zumindest zwei Stufen gemischt, nämlich zumindest
einer nicht-produktiven Stufe, gefolgt von einer produktiven Mischstufe.
Die Endaushärtemittel
einschließlich Vulkanisiermitteln
werden typischerweise in der Endstufe gemischt, die konventionell
die "produktive" Mischstufe genannt
wird, worin das Mischen typischerweise auf einer Temperatur, oder
Höchsttemperatur,
stattfindet, die niedriger ist als die Mischtemperatur(en) der vorangehenden
nicht-produktiven Mischstufe(n).
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Das
Vulkanisieren der Kautschukzusammensetzung zur Verwendung in dem
Riemen wird im allgemeinen auf konventionellen Temperaturen im Bereich
von 160°C
bis 190°C
durchgeführt.
Vorzugsweise wird die Vulkanisation auf Temperaturen im Bereich
von 170°C
bis 180°C
durchgeführt.
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Bezugnehmend
auf 2 ist dort ein Endlos-Kraftübertragungsriemen 50 gemäß einer
anderen Ausführung
dargestellt. Gleichartig dem Riemen 20 von 1 umfasst
der Riemen 50 einen Spannabschnitt 51, einen Polsterabschnitt 53 und
einen belastungstragenden Abschnitt 55, der zwischen dem
Spannabschnitt 51 und dem Polsterabschnitt 53 angeordnet
ist. Der Riemen 50 von 1 weist
eine Vielzahl von Rippen 59 oder Keilen, eine Textilrückschicht 60 und
eine Antriebsfläche 57 auf.
Der belastungstragende Abschnitt 55 weist belastungstragende
Mittel in Form belastungstragender Korde 61 oder Filamente
auf, die in eine Elastomermasse 63 eingebettet sind. Die
in dem Polsterabschnitt 53 befindliche Elastomerverbindung
ist als Polyacrylnitrilstapelfasern mit hoher Molmasse enthaltend
illustriert.
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Wie
den Fachleuten bekannt ist, können
Kraftübertragungsriemen
auf einer Trommelvorrichtung gebaut werden. Zuerst wird die Rückschicht
als Bogen auf die Trommel aufgebracht. Als nächstes wird ein jeweiliger
Spannabschnitt als Bogen aufgebracht, gefolgt vom spiralförmigen Aufbringen
der Kord- oder Zugelemente (belastungstragender Abschnitt) auf die
Trommel. Danach wird der Polsterabschnitt aufgebracht und wird von
dem Textil gefolgt, falls verwendet. Das zusammengefügte Laminat
oder Slab und die Trommel werden in einer Form plaziert und vulkanisiert.
Nach der Vulkanisation werden Rippen in den Slab geschnitten und der
Slab wird auf eine den Fachleuten in der Technik bekannte Weise
zu Riemen zerschnitten.
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Die
Erfindung ist weiter durch die nachfolgenden, nicht einschränkenden
Beispiele illustriert.
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BEISPIELE
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In
den nachfolgenden Beispielen wurden physikalische Tests für unvulkanisierte
und mittels einer Form geformte Verbindungen durchgeführt. Die
Eigenschaften der vulkanisierten Kautschuke wurden gemäß den folgenden
Testprotokollen gemessen: MDRs durch ASTM D5289-95; Härte durch
ASTM D2240-97; spezifisches Gewicht durch ASTM D297-93; Reißfestigkeit
Werkzeug C durch ASTM D624-98; Zugeigenschaften durch ASTM D412-98a;
mit der Modifikation, dass die Grifftrennrate 152 pro Minute betrug,
um sich an die Faserfüllung
der Riemen anzupassen (siehe US-A-5.610.217) und dynamische Testdaten
durch ASTM D5992-96. Die Faserausrichtung wurde durch das Verhältnis der
physikalischen Eigenschaften in der "Hin"-Richtung
(Maschinenrichtung) zu den physikalischen Eigenschaften in der "Gegen"Richtung (senkrecht zur
Maschinenrichtung) bewertet.
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Kautschukzusammensetzungen,
die die in den Tabellen 1-3 aufgeführten Materialien enthielten,
wurden in einem BR BanburyTM-Mischer unter
Verwendung zweier getrennter Stufen des Zusetzens (Mischens) hergestellt,
nämlich
einer nicht-produktiven Mischstufe und einer produktiven Mischstufe.
Proben enthielten auch herkömmliche
Mischbestandteile, z.B. Prozessöl,
Schwefel oder Peroxid, Stearinsäure,
Zinkoxid, Antidegredantien und (ein oder mehrere) Beschleunigungsmittel,
zusätzlich
zu den Bestandteilen in den Tabellen 1-3. Die Zusammensetzungen
in jedem Beispiel waren identisch, außer in Hinblick auf das Vorhandensein
von Schnittfasern, wie in den Tabellen 1-3 angedeutet.
-
Die
Proben wurden auf 151°C
oder 171°C
etwa 20-30 Minuten, wo dies geeignet war, vulkanisiert. Die auf
ihre dynamischen Eigenschaften getesteten Proben wurden zusätzlich 15
Minuten lang vulkanisiert.
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BEISPIEL 1
-
Vergleich von HMW PAN
und Aramid in EPDM
-
In
diesem Beispiel wurde Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse (Probe
3) in einer peroxidvulkanisierten EPDM-Kautschukverbindung ausgewertet. Die
Kontrollproben 1, 2 und 4 beinhalteten verschiedene herkömmliche
Aramid-Schnittfasern. TABELLE
1
- 1Royalene
580HT
- 2Sterling NS-1
- 3T302 1,5 denier (1 den = 0,1 tex)
- 4TEIJIN CONEX
- 5Sterling CTF525
- 6T320 0,75 denier
-
BEISPIEL 2
-
Vergleich von HMW PAN
und Aramid in Neopren
-
In
diesem Beispiel wurde kleingeschnittene Polyacrylnitrilstapelfaser
mit hoher Molmasse in einer Polychloroprenkautschukmischung bewertet
und mit gleichartigen Mischungen, die herkömmliche Aramidschnittfasern
enthielten, verglichen. TABELLE
2
- 1Baypren 116
- 2N-550
- 3AKROFLOCK
- 4TEIJIN CONEX
- 5CTF525
-
BEISPIEL 3
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Vergleich von HMW PAN
und LMW PAN in SBR/NR
-
In
diesem Beispiel wurde Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse in
einer schwefelvulkanisierten Styrol-Butadien- und Naturkautschukmischung
bewertet und mit gleichartigen Mischungen, die herkömmliche kleingeschnittene
Polyacrylnitrilfasern enthielten, verglichen. TABELLE
3
- (1) PLIOFLEX 1502
- (2) SMR5L
- (3) N-550
- (4) HI-SIL (R) 243LD
- (5) CTF525
- (6) CTF395
- (7) Mini Fiber InC AEES4, 1,5 den, 1 mm
-
Die
Daten von Beispiel 3 demonstrieren, dass eine höhere dynamische Steifigkeit
für Kautschukzusammensetzungen
erhalten wird, die die Polyacrylnitrilstapelfaser mit hoher Molmasse
enthalten. Hohe Werte dynamischer Steifigkeit sind in einer Riemenmischung
wünschenswert,
da dynamische Steifigkeit eine gute Anzeige von Gürtelverwindungsfestigkeit
ist. Die Daten demonstrieren weiter einen hohen Modul bei niedrigen Ausdehnungen
in der Richtung im Wesentlichen parallel zur Faserorientierung,
für Proben,
die die Polyacrylnitrilstapelfaser enthalten. Somit sind gleichartige
Molwerte bei niedriger Ausdehnung in Riemen erhaltbar, die unter
Verwendung der Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse hergestellt
worden sind, unter Verwendung von weniger Faser als für ein Polyacrylnitril
mit niedrigerer Molmasse erforderlich ist. Mit anderen Worten zeigen, bei
gleichen Faserfüllgraden,
Proben, die Polyacrylnitrilfaser mit hoher Molmasse enthalten, eine
höhere
dynamische Steifigkeit, Modul und Härte als gleichartig mit Polyacrylnitril
mit niedriger Molmasse gefüllte
Proben. Gleichermaßen
ist für äquivalente
physikalische Eigenschaften eine geringere Befüllung der Faser mit hoher Molmasse
gegenüber
der Faser mit niedriger Molmasse erforderlich. Dies kann zu erheblichen
Kostenersparnissen führen,
in Anbetracht der hohen Kosten relativ zu anderen Komponenten der
Kautschukzusammensetzung. Mit der Faser mit hoher Molmasse hergestellte
Proben haben auch eine überlegene
Druckverformungsfestigkeit und sind beständiger gegen Scherkräfte beim
Mischen, Kalandern, Extrudieren und Formen als die Polyacrylnitrilfasern
mit niedrigerer Molmasse. Weiter kann mit den Fasern mit hoher Molmasse
hergestellte Mischung bei der Verarbeitung durch Maschinenausrüstung, wie
etwa Kalander und Extruder, leichter zu orientieren sein als Mischungen,
die mit Polyacrylnitril mit niedriger Molmasse hergestellt sind.